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B급 전력 증폭기 회로 실험 결과레포트

실험 12. B급 전력 증폭기 회로□ 목적· B급 루시퐁 증폭기의 특성을 이해할 수 있다.· 교차왜곡의 해결 방법을 이해할 수 있다.· 위상 분리기 회로의 특성을 이해할 수 있다.□ 실험 기기 및 부품(1) 직류전원장치 1대(2) VOM, DMM 1대(3) 브레드보드(4) 2채널 오실로스코프 1대(5) 함수 발생기 1대(6) 100OMEGA, 680OMEGA, 4.7k`OMEGA 1kOMEGA,(7) 점퍼선(8) 커패시터1`mu`F,`100muF(9) 트랜지스터 2N3904 ,2N3906(10) 다이오드 1N914□ 관련 이론○ B급 증폭기의 특성B급 동작트랜지스터의 B급 동작은 컬렉터 전류가 오직 교류 사이클 중에서 180도 동안만 흐른다는 것을 의미하며 Q점은 직류 부하선과 교류 부하선의 차단점에 위치한다. B급 동작의 이점은 트랜지스터의 전력소비를 낮추고 전력유출을 감소시키는데 있다.푸시-풀 회로트랜지스터가 B급으로 동작하게 되면 반주기가 제거되므로 왜곡을 피하기 위해서 push-pull 배열로 2개의 트랜지스터가 사용된다. 이것은 하나의 트랜지스터가 반주기 동안만 동작하고 나머지 반주기에는 또 다른 트랜지스터가 동작하는 것을 의미하며 푸시 풀 회로로 b급 증폭기를 구성하면 낮은 왜곡, 큰 부하전력 ,높은 효율을 얻는다.B급 동작 회로는 NPN 이미터 할로워나 PNP 이미터 할로워로 푸시 풀 회로나 보상회로로 구성된다. 이런 것을 이해하려면 아래 직류 등가회로를 먼저 해석해야 하는데 설계하는 과정에서 Q점을 차단점에 위치하도록 바이어스 한다. 각 트랜지스터의 이미터 다이오드는 이미터 다이오드를 간단히 차단시킬 수 있는 0.6V로 바이어스 된다.이상적으로I _{CQ} =0이다 회로가 대칭임을 유의하고 각 이미터 다이오드는 같은 전압으로 바이어스 되었기 때문에 바이어스 저항도 같다. 결과적으로 각 트랜지스터의 양단에 걸리는 전압강하는 공급전원의 절반이다.직류부하선아래 왼쪽 그림에서 컬렉터나 이미터 회로에서 직류 저항이 없기 때문에 직류 포화전류는 무한대가 된다. 이것은 직류 부하선이 수직선이라는 것을 의미하며 오른쪽 회로에서 표시된 것과 같다.교류 부하선한쪽의 트랜지스터가 도통될 때 트랜지스터의 동작점 스윙은 교류 부하선의 위쪽에서 스윙이 일어나고 다른 트랜지스터의 동작점은 차단점에 남아 있게 된다. 도통된 트랜지스터의 전압 스윙은 차단점으로부터 포화점까지 이루어진다. 또한 나머지 반주기에서 다른 트랜지스터가 같은 동작을 반복하며 이것은 B급 푸시-풀 증폭기의 교류 출력 컴플라이언스가 A급 증폭기보다 크게 된다.크로스오버 왜곡아래 첫 번째 그림은 푸시풀 이미터 활로위의 교류 등가회로이며 이미터 다이오드에 가해지는 바이어스가 없다고 하면 입력되는 교류전압은 전위장벽을 극복할 수 있는 0.7V까지 증가해야한다.그 이유는 Q1은 0.7V 미만일 때 전류가 흐르지 않고 나머지 반주기 또한 마찬가지이다. 따라서 전압이 그 아래로 내려가기 전까지 이미터 다이오드에 바이어스가 걸리지 않아 전류가 흐르지 않는다.가운데 그림은 같은 B급 푸시풀 이미터 활로워의 출력을 나타내며 반주기 동안에 클리핑이 생기기 때문에 신호는 왜곡되고 더 이상 정현파의 형태가 아니다. 클리핑은 한 트랜지스터의 차단되는 시간과 다른 트랜지스터의 도통되는 시간에 발생하기 때문에 크로스 오버 왜곡이라 한다. 이것을 제거하기 위해 각 이미터 다이오드에 약하게 순방향 바이어스를 공급해야 한다.오른쪽 그림은 표시한 것처럼 Q점을 약간 차단점 위로 이동시키고I _{CQ}는I _{C}의 1~5%정도이다. 엄격히 말하면 AB급 동작이 되는데 이것은 컬렉터 전류가 180도보다는 크고 파이보다는 작은 각에서 각 트랜지스터에 흐르며 이런 동작은 B급에 가깝기 때문에 B급 증폭기 회로라고 한다.B급 증폭기에서의 전력공식B급 푸시풀 증폭기의 교류 부하전력은 아래 식처럼 주어진다.P _{C} = {V _{PP}^{2}} over {8R _{L}}여기서P _{L}은 교류 부하전력V _{PP}는 피크-피크 부하전압R _{L}은 부하 저항을 표시한다. 오실로스코프를 사용해서 피크-피크 부하전압을 측정할 때 위 공식을 사용한다.실제 증폭기에서는 교류 포화점은 수직축과 정확하게 일치하지 않으며 Q점은 차단점보다 약간 위에 있다. 아래 그림처럼 B급 증폭기의 트랜지스터에서 얻을 수 있는 클리핑되지 않은 최대 전류와 전압파형을 표시하고 있다. 점선으로 표시된 부분은 다른 트랜지스터가 생성하는 것이다. 따라서 교류출력 컴플라이언스는 피크-피크 전압과 같고 최대 부하전력 식은 아래와 같다.P _{L(max)} = {PP ^{2}} over {8R _{L}}트랜지스터의 전력소비는 교류 부하선이 얼마나 사용되었는가에 의존하며 최악의 경웨 해당하는 전류소비는 부하선의 63%가 사용된다.P _{P(MAX)} = {PP ^{2}} over {40R _{L}}1) 전압분배 바이어스두 개의 트랜지스터 상보대칭이며, 이것은V _{BE} 특성곡선과 최대정격이 유사하다는 의미이다. 얘룰 들어 2N3904와 2N3906은 상보대칭으로 첫 번 째는 NPN 트랜지스터과 두 번째는 PNP 트랜지스터로V _{BE} 특성곡선과 최대정격이 유사하다. 따라서 상보대칭 쌍은 어떤 B급 푸시풀 증폭기 설계에서도 사용가능 컬렉터 전류와 이머터 전류는 거의 같은데 그 이유는 상보 트랜지스터가 직렬로 연결되었기 때문에 각 트랜지스터의 전압강하는 공급전원 절반이 된다.크로스 오버 왜곡을 피하기 위해서는 Q점을 차단점보다는 약간 위쪽에 놓아야 하며 이때의V _{BE}는 온도나 트랜지스터의 종류, 기타 요인에 의존하여 대략 0.6V이다.전압 분배기는 각 이미터 다이오드를 안정하게 구동시키며 온도가 증가하면 각 이미터 다이오드의 고정전압이 컬렉터 전류를 증가시킨다. 예를 들어서V _{BE}가 60mV 감소하면 고정된 바이어스 60mV가 너무 높아 컬렉터 전류가 10의 배수로 증가한다. 궁극적으로 오는 위험은 ‘열폭주 현상’ 이다. 이를 피하기 위하여 다이오드 바이어스를 사용한다.□ 실험순서1. 아래 그림처럼 회로를 구성하고 입력과 출력의 파형을 측정하고 표에 기록하라. 함수발생기는 1V, 1KHz, 0도로 설정하고 5V로 고정한다. 저항은1K`OMEGA사용한다.2, 아래 그림처럼 회로를 구성하고 파형을 측정한 후 표에 기록.□ 실험결과1.· 일반적으로 트랜지스터는 교류파형의 반 사이클만 증폭을 하나 위의 실험의 경우 2개의 서로 다른 트 랜지스터 (NPN, PNP) 를 서로 직렬로 연결, 입력된 교류 파형의 전체 사이클을 증폭을 할 수 있게 하며 해당 실험의 경우 입력파형과 회로를 거친 출력파형과의 차이를 비교.위의 오른쪽 사진의 노란색 파형은 입력 파형이고 초록색 파형은 출력 파형이다.위의 실험 결과를 통해 negative, positive 출력 파형이 입력 파형의 경향에 따라 측정되는 것을 확인할 수 있으며 이는 해당 회로가 회로의 설계 의도대로 모든 교류 입력 파형에 대한 증폭이 정상적으로 이루어짐을 의미한다.다만 전압의 극이 바뀌는 지점에서 출력 파형의 기울기가 0인 지점, 즉 변화가 없는 지점이 발생한다. 이는 트랜지스터의 문턱전압에 의해 발생하는 것으로 일반적으로 트랜지스터는 turn on 전압 이하에서는 cut off되며 이에 따라 문턱 전압 이하의 낮은 입력 신호 구간에서는 트랜지스터 2개 모두 cut off 된 상태, 교차왜곡 (crossover distortion) 현상이 일어나게 된다.따라서 이 구간에서는 증폭을 못하는 상황이 되므로 입력 신호가V _{out}으로 정상적으로 전달되지 못하며 출력전압은 실험 결과에서와 같이 0이 측정되게 된다.해당 회로는 전력 증폭기회로로서 전압을 증폭하는 것 보다는 부하를 구동하기 위한 전류를 증폭하는 기능을 하며 따라서 전압증폭률(전압이득)A _{V}는 보통1로 근사된다.그러나 위의 실험결과는 출력파형이 입력파형보다 약간 작은 크기로 측정되며 이는 트랜지스터의 전압이득beta값에 변화가 발생했다는 것을 의미한다.해당 회로에서 트랜지스터는 베이스 바이어스 된 형태로 온도 변화에 매우 민감한 회로이다. 실험 진행 과정에서 트랜지스터를 오랜 시간동안 바이어스한 상태가 유지 되었으며 이에 따라 트랜지스터의 온도가 증가하고 필연적으로 전압이득이 변화되었을 가능성이 높다.결과적으로 달라진 전압이득에 의해 위와 같은 입력 전압과 출력 전압의 차이가 발생하였다고 볼 수 있다.

공학/기술| 2021.09.15| 5페이지| 1,000원| 조회(245)

전력 증폭기, 전자공학실험, 실험레포트

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BJT 바이어스 회로의 특성 실험 결과레포트 평가A+최고예요

실험 10. BJT 바이어스 회로의 특성 실험□ 목적· 베이스 바이어스 회로의 특성을 이해할 수 있다.· 이미터 귀환 바이어스 회로의 특성을 이해할 수 있다.· 컬렉터 귀환 바이어스 회로의 특성을 이해할 수 있다.· 전압분배기 바이어스 회로의 특성을 이해할 수 있다.□ 실험 기기 및 부품(1) 직류전원장치 1대(2) VOM, DMM 1대(3) 브레드보드(4) 2채널 오실로스코프 1대(5) 함수 발생기 1대(6)100`OMEGA ,910`OMEGA,1K`OMEGA,2.2`K`OMEGA,3.6`K`OMEGA,10`K`OMEGA,430`K`OMEGA,200`K`OMEGA(7) 점퍼선(8) 트랜지스터 2N3904□ 관련 이론○ 베이스 바이어스아래 그림은 베이스 바이어스를 표시하고 있으며 일반적으로 베이스 전원은 컬렉터 전원과 같이V _{BB} =`V _{CC}로 표시한다. 이러한 경우에 베이스와 컬렉터 저항은 그림과 같이 컬렉터 전원 + 측에 연결되며 베이스 바이스는 동작점이 불안정하므로 트랜지스터가 선형동작을 하도록 하므로 적절한 바이어스 방법이 아니다.○ 이미터 귀환 바이어스아래 그림을 전압이득의 변화를 보상하는 회로로 베이스와 컬렉터 전원은 등가이며 그림에 표시된 회로는 서로 등가회로이다. 두 회로 모두 전압이득의 영향을 최소화 하기위해 이미터 저항 양단에 걸리는 전압을 사용하며 이미터 귀환 바이어스는 증가된 컬렉터 전류가 이미터 저항 양단에 걸리는 전압을 증가 시키고 이것이 결국 베이스 전류를 감소시키면 결과적으로 컬렉터 전류가 감소하는 것을 이용하는데 실제로 저항 값 떄문에 회로가 잘 동작하지 않으며 이런 효과를 얻기 위해서는 가능한 큰 이미터 저항이 필요하다.○ 컬렉터 귀환 바이어스아래 그림은 컬렉터 귀환 바이어스이며 베이스 저항이 전원 쪽보다 컬렉터 쪽으로 귀환되고 있다. 이것은 컬렉터 귀환 바이어스와 베이스 바이어스를 구분할 수 있는 차이점이다.온도가 증가하는 경우 전압이득이 증가하고I _{C} 또한 증가한다.I _{C}가 증가하면서 컬렉터-이미터 전압이 감소한다. 이러한 현상은 베이스 저항 양단에 걸리는 전압이 적어지고 베이스 전류가 감소하는 원인이며 감소한 베이스 전류는 컬렉터 전류를 상쇄시킨다. 이러한 점이 컬렉터 귀환 바이어스의 장점이다.부하선의 방정적과 포화점, 차단점은 각각 다음과 같다.I _{C} CONG {V _{CC} -V _{CE}} over {R _{C}}{V _{CC}} over {R _{C}}V _{CC}회로가 전압이득 변화에 민감하더라도 실제 응용회로에 종종 이용되며 두 개의 저항만을 회로에 사용하기 때문에 간단하고 주파수 응답 개선의 이점이 있는 장점이 있다.또한 베이스 저항이 감소함에 따라 동작점이 부하선의 포화점을 향해서 움직이더라도 트랜지스터는 포화상태에 도달할 수 없다.베이스 저항과 단락된 컬렉터 귀환 바이어스 회로의 경우 베이스가 컬렉터와 단락되었기 때문에 트랜지스터는 다이오드처럼 동작하며 보통 Q점을 직류 부하선의 중간 근처에 설정한다.○ 전압분배기 바이어스아래 그림은 전압 분배기 바이어스를 표시하고 있으며 선형회로에서 가장 폭 넓게 사용되기에 범용 바이어스라고도 한다. 전압 분배기는 저항R _{1}과R _{2}에 의해 전압을 나누어주며R _{2} 저항 양단에 걸리는 전압V _{TH`} = {R _{2}} over {R _{1} +R _{2}} V _{CC}가 이미터 다이오드에 순방향 바이어스를 걸어준다.해당 회로에서I _{C}는I _{E}와 거의 같으며 다시I _{E} = {V _{TH} -V _{BE}} over {R _{E}}인데 식에 전압이득이 없는 것은 회로가 Q점에 고정되어 있고 따라서 전압이득에 무관하기 때문이다. 이렇기 떄문에 해당 회로는 선형 트랜지스터 회로에서 많이 사용된다.□ 실험 순서1. 아래 그림과 같이 베이스 바이어스 회로를 구성하고 전압과 전류를 측정하라 부하선과 Q점의 좌표를 구하고 표에 기록하라.2. 아래 그림처럼 이미터 귀환 바이어스 회로를 구성하고 1과 같이 측정하라.3. 아래 그림처럼 컬렉터 귀환 바이어스 회로를 구성하고 1과 같이 측정 후 기록하라.4. 아래 그림처럼 전압분배기 귀환 바이어스 회로를 구성하고 1과 같이 측정 후 기록하라.5. 표를 참조하여 각 회로의 특성을 비교하라.□ 기초문제1. 아래 그림의 회로에 사용된 바이어스 기법과 쌍극성 트랜지스터의 종류를 구분하라.1. NPN, 이미터 귀환 회로2. NPN, 베이스 바이어스3. NPN 전압 분배기 바이어스4. PNP, 이미터 귀환 바이어스□ 실험 결과1. 베이스 바이어스 회로베이스 바이어스는 단일 바이어스 전원V _{CC}를 사용하여 트랜지스터가 활성영역에서 동작하도록 하는 것이며 베이스 전류I _{B} 다음과 같다.I _{B} = {V _{CC} -V _{BE}} over {R _{B}}이미터 단자가 접지이므로 컬렉터 전압V _{C} =V _{CE}이며 다음과 같이 정리된다V _{CE} =V _{CC} -I _{C} `TIMES`R _{C}이를 통해I _{C}와V _{CE} 가 동작점 Q를 결정하며 이는 위의 그래프와 같이 도시된다.따라서 회로에 키르히호프법칙을 사용하면15V=I _{C} R _{C} +V _{C}RARROW `15V APPROX 17.1mA` TIMES ``750` OMEGA ` TIMES `+2.16`=14.91V회로의 내부저항 등으로 약간의 오차가 발생하였으나 그 오차가 매우 작아 키르히호프 법칙을 만족한다고 볼 수 있다.베이스 바이어스 회로는 Q점이 온도에 민감하므로 온도가 상승하면 컬렉터 전류가 증가하고 이에 따라R _{C} 양단 전압강하가 증가하여V _{C}가 감소한다. 정리하면V _{CE}는 감소,I _{C}는 증가하므로 초기 동작점의 위쪽에 동작점이 위치한다. 반대로 온도가 감소하면 경우는I _{C}는 감소,V _{CE}가 증가하므로 동작점이 아래로 이동한다. 따라서 측정값이 측정시마다 쉽게 변할 가능성이 있다.2. 이미터 귀환 바이어스 회로역시 위의 이미터 회로에 대해 키르히호프 법칙을 적용하면 다음과 같다.·V _{C} =15V-I _{C} R _{C},V _{C} =15V-10.3mA`TIMES``910`OMEGA`=5.63V측정한 결과인 5.70V와 유사하며 이는 키르히호프 법칙의 성립을 의미한다.위의 이미터 바이어스 회로에서 베이스 전류는 누설전류 등으로 인해 0이 아닌 전류가 흐르고 있다. 이와 더불어I _{C} != I _{E} RARROWI _{C} =alpha`I _{E} 이므로 따라서 해당 회로는 키르히호프 법칙을 만족할 수 없으며 이론값과 약간의 오차가 발생한다.이미터 저항R_E로 인해 이미터 바이어스 회로는 베이스 전류에 크게 의존하지 않으며 온도에도 크게 민감하지 않다. 따라서 앞서 실험한 베이스 바이어스 회로보다 Q점이 안정적이라고 볼 수 있다.

공학/기술| 2021.09.15| 7페이지| 1,000원| 조회(202)

전자공학실험, 실험레포트, 바이어스 회로

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기초회로실험 미분회로 적분회로 실험 결과레포트 평가A+최고예요

실험 ○. 미분회로 적분회로□ 실험목적(1). RC 또는 RL직렬 회로가 적분회로나 미분회로로 동작할 수 있는 이유를 설명한다,(2). 사각파 발생기로 구동되는 RC와 RL 회로의 파형을 비교한다.(3). 주파수 변화가 펄스를 인가한 RC와 RL회로의 파형에 미치는 영향을 살펴본다.□ 실험재료인덕터 100mH 1개커패시터 1000pF 0.01㎌ 각 1개씩저항 10㏀ 1개□ 실험원리인가된 전압이 일정하다면 커패시터에 걸리는 전압은 지수적으로 증가한다, 그러나 이 지수적 증가 과정에서 아주 짧은 구간만을 살펴보면 이 전압은 수학적 적분과 비슷하게 선형적인 형태로 증가하는 것처럼 보인다, 커패시터에 걸리는 전압이 최종전압과 비교해 볼 때 작게 변하는 한, 출력은 적분을 나타내게 될 것이다. 적분기는 출력이 입력신호의 적분에 비례하는 회로이다. 어떤 응용 회로에서 커패시터 양단이 출력인 RC회로는 적분기이다, 전압의 변화가 최종 전압에 비해 작게 되는 조건을 만족하는 것은 쉬운 일이다. 회로의 RC 시정수가 입력파형의 주기보다 길면 커패시터 양단의 파형은 적분이 된다.적분의 상대는 미분이다. 미분은 변화율을 구하는 과정이다. 회로의 rc 시정수가 입력 파형의 주기에 비해 짧다면 저항 양단의 파형은 미분이 된다. 펄스 파형을 미분하면 에 보인 것처럼 상승 엣지와 하강 엣지에서 스파이크가 발생한다. 미분 회로는 펼스의 상승 엣지와 하강 엣지를 감지하는 데 사용된다, 다이오드를 사용하여 양의 스파이크나 음의 스파이크 어느 한 쪽을 제거할 수 있다.예상한 것처럼 RL회로 또한 적분기나 미분기로 사용된다. RC회로에서와 마찬가지로 RL 적분회로의 시정수는 입력 파형의 주기보다 길어야 하며 미분회로의 시정수는 입력 파형의 주기보다 짧아야한다. RL회로는 RC회로와 비슷한 파형을 갖는데 출력파형이 미분회로에서는 인덕터에서 얻어지고 적분회로에서는 저항에서 얻어진다는 것이 다르다 RC와 RL 회로의 적분과 미분 회로에 대한 파형을 이번 실험에서 관찰해볼 것이다.□ 실험순서1. 100mH 인덕터 0.01㎌과 1000㎊ 커패시터 그리고 10㏀ 저항을 측정하여

공학/기술| 2021.09.15| 10페이지| 1,500원| 조회(666)

기초회로실험, 미분회로, 적분회로, 실험레포트

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기초회로실험 정현파측정 실험 결과레포트입니다(A+) 평가A+최고예요

실험 ○. 정현파측정□ 실험목적(1) 오실로스코프로 정현파의 주기와 주파수를 측정한다.(2) 오실로스코프로 접지되지 않은 부품의 전압을 측정하는 방법을 배운다.□ 실험재료저항 : 2.7kOMEGA, 6.8 kOMEGA 1개씩□ 실험원리정현파를 설명하기 앞서 스프링에 추가 매달려 있는 것을 예로 들면 스프링 당겼다가 놓았을 때 추가 멈춰있던 곳에서 추가 닿는 맨 위쪽 또는 오른쪽까지 움직이는 폭을 진폭(amplitude)라고 하며 그림에서는 ‘b’의 크기로 나타낸다.추가 위아래로 한 번 진동하여 다시 처음 위치로 돌아오는데 걸리는 시간을 주기(period)라고 하며 1초 동안에 추가 진동한 횟수를 진동수 또는 ‘주파수’(frequency)라고 한다. 이를 그림에서는 ‘a’의 크기로 나타낸다. 이와 같은 물체의 주기적인 움직임을 단진동이라고 하며 이를 시간의 흐름에 따라 변하는 그래프로 나타내면 사인함수 모양의 정현파가 된다. 이러한 정현파는 모든 파형들의 가장 기본이 되는 파형이다.추의 움직임을 시간의 흐름에 따라 그래프로 나타낸 그림물체가 일정한 속도로 원운동을 하고 있다고 할 경우 원의 중심에서 물체를 잇는 반지름벡터를 세로축에 빛으로 비추어 나타내면 그 그림자는 단진동운동을 하게 된다. 물체가 움직인 각도를 x축으로 그 각도만큼 움직였을 때 물체의 높이를 y축으로 하여 그래플 그리면 사인함수 모양의 정현파가 된다.오실로스코프이번 실험에서는 오실로스코프를 통해 정현파에 관련된 여러 항목을 측정한다. 스코프 조정장치들의 기능과 조작방법을 확실히 알아두어야 하므로 필요하면 이 책의 뒤쪽에 실려 있는 ‘오실로스코프 사용법’을 다시 한 번 읽어보도록 한다. 이번 실험에서는 스코프화면에서 정현파의 한 주기가 자치하는 칸수(DIV)에 SEC/DIV 값을 곱하여 주기를 측정해본다.함수 발생기함수발생기에서 발생시킬 수 있는 신호파형은 대개 정현파, 사각파, 삼각파이며 디지털논리회로를 실험할 때 쓸 수 있도록 펄스신호를 출력할 수 있는 것 또한 있음. 함수발생기에는 출력하는 다음 실험할 회로와 연결하면 파형의 크기가 처음에 맞춘 값보다 작아지는 일이 생길 수 있음. 따라서 함수발생기의 출력단자와 실험회로를 서로 연결한 상태에서 스코프나 멀티미터로 출력파형의 크기를 맞추어 주도록 함.□ 실험순서1.함수발생기를 주파수 1.25kHz, 피크 대 피크 값 1.0V_PP, 신호파형은 정현파로 맞추고 스코프 화면에 이 정현파 신호의 한 주기가 나타날 수 있도록 스코프의 SEC/DIV 손잡이를 0.1ms/div로 맞춤. 이 정현파 신호의 주기는 주파수의 1.25kHz 의 역수로 0.8ms가 됨. 따라서 신호의 한 주기는 스코프 화면에서 8칸을 차지한다.2.함수발생기의 주파수를 에 수록한 값으로 바꾸고 각 주파수에 대해 먼저 주기를 계산하여 표에 써넣고 다음으로 스코프로 측정한 주기를 표에 기록함.3.여기에서는 프로브 두 개를 스코프의 두 채널에 각각 하나씩 연결하여 측정하기로 함.를 보면 저항R_2는 회로접지와 연결되고R_1은 접지와 연결되어 있지 않음. 접지와 연결되지 않은 부품의 전압을 스코프로 측정할 때는 특별한 주의가 필요함. 의 회로에서 만일 스코프의 접지와 회로접지가 다르다면 아무런 문제없이R_1에 걸리는 전압파형 측정 가능. 그러나 에서는 스코프접지의 전위가 회로접지와 같으므로 프로브의 두 단자를 저항R_1의 양쪽 단자에 갖다 대는 순간, 그림에서 보듯이 프로브의 접지단자와 회로의 접지단자 사이에 연결경로가 생기게 됨.※ 이것은 두 접지단자를 도선으로 연결한 것과 같은 효과를 나타내므로R_2는 회로에 연결되지 않은 것처럼 되어 저항R_1만 연결된 것으로 바뀌게 됨. 이러한 파형을 잘못 측정된 것임.이런 경우는 접지되지 않은R_1의 두 단자에 각각 한 채널씩 연결한 뒤 스코프가 가진 ‘빼기기능’을 통하여 두 채널의 차이를 구하면R_1의 전압을 제대로 측정할 수 있음. 이러한 기능을 사용하기 전에는 항상 교정(calibration)을 제대로 하고 VOLTS/DIV 손잡이를 같은 값으로 맞춰야 하며 두 채널의 AC/GND/DC 스위치ODE’ 스위치가 있는 경우 이것으로 채널1 ? 채널2 계산이 이루어지며R_1의 전압이 화면에 표시됨.(2).이 스위치가 없는 스코프는 먼저 INVERT 스위치를 눌러 채널 2의 신호를 뒤집은 다음 ADD 스위치를 눌러 채널 1- 채널 2 계산이 이루어짐.R _{1}과 R_2전압을 측정하여 에 기록하고 전압이 제대로 측정되었는지 전압분배법칙으로R _{1} 과R _{2}에 걸리는 전압을 계산하여 비교하라.□ 실험결과 함수발생기 주파수에 따른 오실로스코프를 통한 신호의 측정값함수발생기주파수주기(계산값)스코프SEC/DIV스코프에서움직인 칸수주기(측정값)1.25 kHz0.8 ms0.1 ms/div8.0 div0.8 ms1.90 kHz0.53 ms0.25 ms/div2.0 div0.526 ms24.5 kHz40.8mu s10 ms/div4.0 div40.1mu s83.0 kHz12.5mu s2.5 ms/div5.0 div12.1mu s600 kHz1.67mu s0.5 ms/div3.2 div1.67mu s○ 함수발생기를 통해 발생하는 주파수의 정현파 주기는 다음의 공식으로 계산.T= {1} over {f}따라서 위의 에서 표시된 값을 통해 주기의 계산값을 계산 가능.· 주파수 1.25 kHz(1)/(1.25 kHz) = 0.8 ms ( 측정값과의 오차 : 0.0 % )· 주파수 1.90 kHz(1)/(1.90 kHz) = 0.53 ms ( 측정값과의 오차 : 0.76 % )· 주파수 24.5 kHz(1)/(24.5 kHz) = 40.8mu s ( 측정값과의 오차 : 1.75 % )· 주파수 83.0 kHz(1)/(83.0 kHz) = 12.5mu s ( 측정값과의 오차 : 0.33 % )· 주파수 600 kHz(1)/(600 kHz) = 1.67mu s ( 측정값과의 오차 : 0.0 % )○ 스코프의 화면을 통해 대략적인 파형인 움직인 칸수를 구할 수 있으나 조금 더 정확한 값 은 ‘(주기)/(스코프 SEC/DIV 값)’ 을 통해 계산 가능.· 주파수 1.25 kHz◆ 함수발생기의 주파수가 커짐에 따라 주파수의 파형의 주기는 짧아지는 것을 확인.◆ 주파수에 따라 파형의 크기 변화, 그에 따라 파형을 스코프 화면에 맞추기 위해 스코프 SEC/DIV 값을 적절히 조절 필요 회로상에서 함수발생기 전압V _{s} 에 따른R _{1} `과`R _{2`} `전압의 측정값과 계산값함수발생기전압V _{s}R _{1}의 전압V _{1}R _{2}의 전압V _{2}측정값1.0V _{pp}0.3V _{pp}0.76V _{pp}계산값1.0V _{pp}0.28V _{pp}0.72V _{pp}R _{1} `과`R _{2}는 직렬로 연결되어 있으므로 전압분배법칙을 통해 각각의 전압을 구할 수 있음.※ 직병렬 회로에서 전압 분배 법칙1. 직렬 회로에서 각 저항에 걸리는 전압은 다음과 같이 각 저항값의 비율에 정비례한다.V _{1} = {R _{1}} over {R _{1} +R _{2}} V _{S}2. 병렬 회로에서 각 가지에 걸리는 전압은 같다.따라서V _{1} =` {R _{1}} over {R _{1} +R _{2}} V _{S} = {2.7} over {2.7+6.8} (1.0) = 0.28V _{pp} ( 측정값과의 오차 : 6.67 % )V _{2} =` {R _{2}} over {R _{1} +R _{2}} V _{S} = {6.8} over {2.7+6.8} (1.0) = 0.72V _{pp} ( 측정값과의 오차 : 5.26 % )스코프의 ‘빼기기능’은 함수발생기의 출력전압을 측정한 ‘채널 1’과R _{2}의 전압을 측정한 ‘채널 2’를 서로 빼기를 함으로써R _{1}의 전압을 구하는 것으로 에 기록된 값으로 확인해보면 아래와 같다.·(함수발생기`전압`V _{S} )-(V _{2} ) = (1.0V _{pp}) - (0.76V _{pp}) = 0.24V _{pp} ( 상대오차 : 14.2 % )◆ 스코프의 ‘빼기기능’을 통해 함수발생기의 출력전압과R _{2}의 전압의 측정값을 이용해R _{1}의 전압 측정 가능.◆ 전압분배법칙을 통해SEC/DIV’와 스코프에서 파형이 움직인 칸수, 주기간의 관계에 대해서 측정값과 계산식의 비교를 통해 각각의 관계식을 실험적으로 증명 및 습득.(3).에서 주파수의 크기에 비례해 주기가 짧아지는 것을 통해 주파수와 파형의 주기에 관계에 대해 확인할 수 있으며 또한 에서 회로를 구성하는데 사용한 저항의 크기에 비례해 첨두치의 값이 커지는 것을 통해 파형의 크기와 저항의 크기의 관계를 실험적으로 확인할 수 있음.◆ 오차의 원인1.주기를 측정하는 과정에서 측정값과 계산값 사이에 1% 내외의 오차가 발생하였다. 위의 이유로는 함수발생기의 자체의 오차로 인해 실험하고자 하는 주파수와 다르게 주파수 값이 설정되었을 가능성이 있다. 이는 일반적으로 함수 발생기기의 경우 적분회로와 비교기회로를 이용하게 되는데 이 과정에서 회로 상의 부유용량으로 인해 주파수 설정에 영향을 미쳤을 가능성이 있다.2.‘(주기)/(스코프 SEC/DIV 값) = (스코프에서 파형이 움직인 칸수)’ 이와 같은 관계식을 통해 구한 ‘움직인 칸수’와 스코프에서 육안측정을 통한 칸수의 오차가 1% 미만으로 발생하였는데 이는 스코프에서 육안으로 관측한 파형은 스코프 화면 크기의 한계와 육안 관측의 한계로 인해 다소 오차가 발생할 수도 있다.3.에서R _{1} ,R _{2} 전압을 측정하는 과정에서 5% 내외의 오차가 발생하였다. 이는 앞서‘1.’에서 설명하였듯이 함수발생기 자체의 오차로 인해 전압V _{s}의 값이 실험에서 요구되는 값과 상이했을 가능성이 있으며 또한 회로의 계산값에는 회로상에서 발생하는 내부저항이 고려되지 않으므로 실제 측정값과는 다른 결과를 얻을 가능성이 있다.※ 오차해결방법1.함수발생기는 높은 주파수 일수록 그 오차가 커지므로 실험과정에 낮은 주파수를 주로 사용하면 오차를 줄일 수 있다. 또한 같은 조건에서 반복적인 실험을 통해 오차를 일부분 줄일 수 있을 것으로 본다.2.스코프화면상에서 파형의 육안측정은 측정의 한계로 쉽게 오차가 발생할 수 있으므로 div 값을 구하는 것은 위에서 % )

공학/기술| 2021.09.15| 9페이지| 1,500원| 조회(845)

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기초회로실험 테브낭 정리 실험 결과레포트입니다.(A+) 평가A+최고예요

실험 ○. 테브낭 정리□ 실험목적1. 선형 저항성 회로마을 테브낭 등가회로로 변환한다.2. 여러 가지 부가저항의 효과를 비교함으로써 의 회로망과 테브낭 회로가 등가인 것을 증명한다.□ 실험재료저항 : 150Ω, 270Ω, 470Ω, 560Ω, 680Ω, 820Ω 각 1개씩전위차계 1KΩ 1개□ 실험원리회로소자들을 직렬 또는 병렬로 결합하여 등가회로로 만들 수 있다.◆ 등가회로를 통해 전류와 전압에 대한 해석을 쉽게 할 수 있음.테브낭 정리는 특별히 관심이 있는 2단자의 복잡한 선형 회로망을 등가회로로 간단하게 줄여주는데 테브낭 등가회로는 한 개의 전압원과 한 개의 직렬 저항으로 구성된다. 여러 개의 전압원과 전류원 저항들을 포함하는 복잡한 회로망을 과 같이 등가회로로 단순화 시킬 수 있다. 테브낭 정리로 단순화된 회로어떤 회로를 테브낭 등가회로로 간단하게 하는 데는 두 단계를 거치게 된다.1. 구하려는 단자에서 부하저항을 제가한 후 전압을 측정하고 계산한다. 이때의 개방회로 전압이 테브낭 전압이다.2. 전원들을 내부저항으로 대치하고 같은 개방 단자에서 바라본 저항값을 계산한다. 전압원에서 내부저항을 보통 0Ω으로 하고 전류원에선 내부저항을 무한대로 생각한다.□ 실험순서1.에 나열된 저항 6개의 저항값을 측정하고 기록하여라. 마지막 세 개의 저항은 이 실험에 테스트할 부하저항들을 나타낸다. 실험을 위해 구성해야 되는 회로도2. 의 회로를 구성하여라. 전압원에서 바라본 등가회로를 계산하여라. 에 보인 등가회로를 사용하여 부하저항에 걸리는 예상 전압V _{L1}을 계산하여라. 이 단계에선 테브낭 정리를 사용하지 않는다. 실험보고서의 주어진 빈 공간에 부하전압을 계산하는 과정을 보여라. 테브낭 정리를 사용하여 단순화되는 회로3. 계산결과를 확인하기 위해 부하전압을 측정하여라. 에 부하전압의 계산값과 측정값을 기록하여라. 이 결과값들은 실험오차 내에서 서로 일치해야 한다.4.R _{L1} 을`R _{L2}로 바꾼다. 앞에서 한 것과 같은 방법으로 부하저항에 걸리는 예압을에 기록하여라.10. 에서 그린 회로를 구성하여라. 테브낭 저항은 1KΩ 전위차계를 사용한다. 전위차계를 그림에 표시된 저항값으로 조정하고 테브낭 전압값으로 전압원을 맞춘다. 하 번에 하나씩 각 부하저항을 테브낭 회로에 연결하고 부하전압을 측정하여라. DP 측정한 전압값을 기록하여라.11. 테브낭 회로에서 부하저항을 제거하고 개방회로 전압을 측정한다. 이 전압을 의V _{TH}의 ‘계산값’과 ‘측정값’칸에 기록하여라. 의R _{TH}란에 전위차계의 측정값을 기록하여라.□ 실험결과 실험에서 사용한 저항의 표시값과 측정값부품표시값측정값R _{1}270 Ω268 ΩR _{2}560 Ω564 ΩR _{3}680 Ω675 ΩR _{L1}150 Ω147 ΩR _{L2}470 Ω464 ΩR _{L3}820 Ω811 Ω 각 부하저항에 걸리는 전압과 테브낭 전압, 테브낭 저항의 계산값과 측정값부품계산값측정값V _{L1}1.17 V1.18 VV _{L2}2.72 V2.73 VV _{L3}3.70 V3.72 VV _{TH}7.16 V7.18 VR _{TH}756 Ω755 Ω※ 직병렬 회로에서 등가저항1. 저항들이 직렬로 연결되어 있을 경우 등가저항은 각 저항의 합과 같다.2. 저항들이 병렬로 연결되어 있을 경우 등가저항은 각 저항의 역수의 합에서 다시 역수를 취해준 값과 같다.따라서 위 규칙에 따라 다음과 같이 회로를 구성할 수 있다. 실험에서 사용된 회로의 등가회로※ 직병렬 회로에서 전압 분배 법칙1. 직렬 회로에서 각 저항에 걸리는 전압은 다음과 같이 각 저항값의 비율에 정비례한다.V _{1} = {R _{1}} over {R _{1} +R _{2}} V _{S}2. 병렬 회로에서 각 가지에 걸리는 전압은 같다.따라서(R _{Lx} +R _{2} )||R _{3}와R _{1}은 직렬로 연결되어 있고(R _{Lx} +R _{2} )`와`R _{3}는 병렬 연결이므로((R _{Lx} +R _{2} )||R _{3}에 걸리는 전압 ) ={(R _{Lx} +R _{2} )||R {L2} +R _{2} )} ={(R _{L2} +R _{2} )||R _{3}} over {R _{1} +(R _{L2} +R _{2} )||R _{3}} V _{S} =` {407 OMEGA } over {675 OMEGA } 10`V=6.03`V○V _{L2} = {R _{L2}} over {(R _{L2} +R _{2} )} V _{(R _{L2} +R _{2} )} = {464 OMEGA } over {(464 OMEGA +564 OMEGA )} 6.03V=2.72`V (상대오차 : 0.37 % )·V _{(R _{L3} +R _{2} )} ={(R _{L3} +R _{2} )||R _{3}} over {R _{1} +(R _{L3} +R _{2} )||R _{3}} V _{S} =` {453 OMEGA } over {721 OMEGA } 10`V=6.28`V○V _{L3} = {R _{L3}} over {(R _{L3} +R _{2} )} V _{(R _{L3} +R _{2} )} = {811` OMEGA } over {(811` OMEGA +564 OMEGA )} 6.28V=3.70`V ( 상대오차 : 0.54 % ) 부하저항인R _{Lx}를 제거하여 개방시킨 회로도다음과 같이 부하저항인R _{Lx}를 제거하여 만든 개방회로의 전압이 테브낭 전압인V _{TH}이다.V _{`ab}가 개회로이므로R _{2}방향으로는 전압이 인가되지 않는다. 따라서V _{X} =V _{TH}이다.전압분배법칙을 사용하여 주면V _{TH} = {R _{3}} over {R _{1} +R _{3}} V _{S} = {675} over {943} 10=7.16V ( 상대오차 : 0.28% )R _{TH}의 경우1. 로드회로를 가상의 저항값으로 치환하고 회로쪽으로 "바라본" 전체저항 R을 측정한다.2. 전압원은 단락회로로 전류원은 개회로로 치환한다.따라서 전압원을 단락회로로 치환하고V _{ab}에서 바라본 회로의 전체저항을 측정하면R _{3} 와R _{1}은 병렬로 연결,R _계의 값과 전압값을 에 정확히 맞추는 것이 불가하여V _{TH`} 와`R _{TH}에서 서로의 값이 상이하게 기록되었다.R _{TH} 와`V _{Lx}가 직렬로 연결되어 있으므로 전압분배의 법칙에 따라·V _{L1} = {R _{L1}} over {R _{L1} +R _{TH}} = {147 OMEGA } over {147 OMEGA +748 OMEGA } =1.20V (상대오차 : 5.08 %)·V _{L2} = {R _{L2}} over {R _{L2} +R _{TH}} = {464 OMEGA } over {464 OMEGA +748 OMEGA } =2.79V (상대오차 : 0.36 % )·V _{L3} = {R _{L3}} over {R _{L3} +R _{TH}} = {811` OMEGA } over {811` OMEGA +748` OMEGA } =3.79V (상대오차 : 0.53 % )◆ 의V _{Lx}의 계산에 비해 의V _{Lx} 계산이 훨씬 간단한데 이는 같이 복잡한 선형 회로망을 같이 테브낭 등가회로로 바꿔줌으로써 회로를 간단히 해석할 수 있기 때문이다.◆R _{Lx}을 변경하더라도 회로를 해석함에 있어서 변경되는 사항이 없다.□ 결론1.처음의 같이 회로에 연결된 저항 3개를 전위차계를 이용해 의 테브낭 회로로 변경하면서 복잡한 선형 회로망을 등가회로로 간단하게 표현할 수 있음을 실험적으로 증명하였다. 또한 와 의V _{L1} `,`V _{L2} `,`V _{L3} 값이 서로 오차율 4% 미만으로 의 회로와 테브낭 등가회로가 서로 같다는 것을 알 수 있다.2.테브낭 회로를 이용하지 않고V _{ab}에 부하저항을 연결해 부하전압을 계산할 경우 부하저항이 변경될 때마다 회로를 다시 해석해줘야 하는 불편함이 있다. 그러나 테브낭 회로를 이용할 경우 테브낭 저항과 테브낭 전압이 모두 직렬로 연결되어 있어 부하저항이 변경되어도 부하저항의 저항값만 변경하면 될 뿐 계산식을 처음부터 다시 작성하지 않아도 되는 편리함이 있다.◆ 오차의 원인1.과 에을 수도 있다. 실제로 실험에서는 7.20 V를 인가하였으나V _{TH}는 7.28 V 가 측정되었다. 따라서 설정하고자 했던 전압과 실제 인가된 전압의 차이로 인해 오차가 발생하였을 가능성이 있다. 또한 전압값을 측정하는 과정에서 멀티미터의 내부저항이 측정에 영향을 미쳤을 가능성도 있다.※ 오차해결방법1.저항값을 멀티미터로 측정하기 앞서 저항의 다리나 측정집게에 이물질이 있는지 여부를 확인한다.2.전압이나 저항을 측정하는 과정에서 부정확한 접촉으로 상이한 값이 나오는 것을 방지하기 위해 여러 번의 측정 시도한다.3.파워 서플라이에는 약한 접촉에도 전압이 변경될 수도 있으므로 실험중에 충격이나 접촉을 삼간다. 또한 인가되는 전압이 설정하고자 하는 전압과 상이한지 실험전에 멀티미터로 측정해 미리 확인한다.□ 평가 및 복습문제1.와 에 있는 전압 측정값을 비교하여라. 두 회로에 대해 어떤 결론을 끌어낼 수 있는가? 에서 사용한 회로도 에서 사용한 테브낭 등가회로에서V _{L1} ,`V _{L2} ,V _{L3}의 측정값과 에서의V _{L1} ,`V _{L2} ,V _{L3}의 측정값은 오차율 1 % 미만으로 서로 아주 근접한 값을 나타내고 있다. 따라서 이러한 결과값을 통해 두 회로는 같다고 볼 수 있으며 또한 의 회로를 테브낭 정리를 통해 의 회로로 간단히 나타낼 수 있음을 보여준다.2.에서 부하저항을 단락시켰을 때 흐르는 부하전류를 계산하여라. 그리고 에서 그린 테브낭 회로에 대해 계산을 다시 해본다.I _{-> }downarrow i 부하저항을 단락시켰을 때의 회로도부하저항을V _{ab}를 단락시키는 경우V _{ab}에 흐르는 부하전류를 구하려면I= {V _{S}} over {(R _{1} +R _{3} ||R _{2} )} = {10} over {575} =0.0174`A따라서i는 전류분배법칙에 따라i`=` {R _{2}} over {R _{3} +R _{2}} I= {564} over {675+564} 0.0174A=7.92`mAI _{-> } 부하있다.

공학/기술| 2021.09.15| 12페이지| 1,500원| 조회(292)

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