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RC circut,Intergration circuit(적분회로), Low-pass Filter 결과레포트

1. 실험 제목1) RC circut2) Integrator (Intergration circuit)3) Low-pass Filter2. 실험 데이터1) RC circut2) Integrator (Intergration circuit)3) Low-pass Filter저항 양단의 전압이 전체 전압의 배 되는 주파수3. 분석 및 토의실험 기기 : R=10kΩ, C=10nF1) RC circuttau `=`RC 값인 시상수를 직접 측정해 보는 실험이다. 커패시터가 충전을 시작하여 63% 충전시 까지 걸리는 시간과 방전을 시작하여 63% 방전되어 37%만 충전되었을 때까지 걸리는 시간을 측정한다. 이론적으로 측정되어야 할 시상수값은RC`=`(10k OMEGA )(10nF)`=`100 mu sec이다.완전히 충전되었을 때의 커패시터 양단 전위차가 V0일 때, 전체의 약 63%에 해당하는 0.632V0로 충전될 때까지 걸리는 시간은tau ``=`110 mu `sec 로 측정되었다.커패시터 양단 전압의 초기값을 V0 일 때, 전체의 약 63%에 해당하는 전압값이 감소하여 약 37%인 0.368V0로 전압이 감소될 때까지 걸리는 시간은tau `=`110 mu `sec 로 측정되었다.두 값은 모두tau `=`RC 에 해당하는 값으로 충전될 때 충전한 값과 방전될 때 측정한 값이 같아야 한다.tau `=`110 mu `sec로 동일하게 측정되었으나 오차율이{��110-100��} over {100} TIMES 100%`=`10% 으로 나타났다.2) Integrator (Intergration circuit)적분 회로를 구성하고 출력 파형이 입력 파형의 적분 형태가 되는지 확인한다.입력 파형이 sine wave 일 때 출력 파형이 cosine wave 형태로 위상이 90도 어긋난 형태로 나타났다. 또한 입력 파형이 square wave 일 때 출력 파형이 triangular 형태로 나타났다. 모두 출력 파형이 입력 파형의 적분형이 되는 것을 확인 할 수 있다.커패시터가 완전히 충전되기 위해선 시상수의 5배 정도의 시간(5 tau `)이 필요하다. 입력 파형의 주기가5 tau `보다 짧다면(고주파수) 커패시터가 충분히 충전되기 전에 파형이 바뀌기 때문에 커패시터의 영향 무시할 수 있고 출력파에 영향을 미치지 않게된다.입력 파형의 주기가5 tau `보다 길다면(저주파수) 커패시터가 충분히 충전된 후 파형이 바뀌기 때문에 커패시터의 영향으로 입력파와 출력파의 위상이 달라지게 된다. 따라서 저주파수에서 이러한 커패시터의 영향으로 달라진 출력 파형이 입력 파형의 적분형태가 되는 회로를 적분회로라고 한다. 적분회로는 Low-pass Filter로 활용될 수 있다.3) Low-pass Filter특정 주파수 이하의 주파수 신호만을 통과시키는 필터이다.저주파수와 고파수를 구분짓는 경계에 해당하는 주파수는X _{c} `=`R 만족할 때의 값이다. 정리하여f`를 구하면 아래와 같다.X _{c} `=` {1} over {omega C} `=` {1} over {2 pi fC} `=`R phantom{} ```````````````````` RARROW ```````````````f`=` {1} over {2 pi RC}f`=` {1} over {2 pi RC} 값을 경계로 고파수와 저주파수를 구분지을 수 있다.X _{c} `=`R를 만족하는 경우 위와 같은 위상자를 생각해보면V _{R} `=`V _{C} ` 이므로V _{R} `과`V` 사이각이 450라는 것을 알 수 있다.X _{c} `=`R일 때V _{R} `=` {1} over {sqrt {2}} V 가 된다. 따라서 저항 양단의 전압 측정시V _{R} `=` {1} over {sqrt {2}} V 을 만족하는 순간의 주파수가f`=` {1} over {2 pi RC}가 되고 이 값이 고주파수와 저주파수를 구분짓는 값임을 알 수 있다.이번 실험에서 RC = 0.0997kHz이므로 대입하여 이론값을 계산하면 아래와 같다.f`=` {1} over {2 pi RC} `=` {1} over {2 pi (0.0997kHz)} `=`1.5`96kHz 이 값을 실험적으로 확인하기위해 주파수를 높여가며 저항에 걸리는 전압이 전체 전압의{1} over {sqrt {2}}에 해당하는 전압이 될 때의 해당 주파수를 측정했다.

공학/기술| 2018.11.13| 5페이지| 1,000원| 조회(108)

전자회로, 적분회로, Low-pass filter, 로우패스필터, integra..

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다이오드 클램프, 리미트 실험 결과레포트

1. 실험 제목3-6. Diode Clamp3-7. Diode Limiter2. 관련 이론1) Diode반도체 소자 중 가장 간단한 것이 다이오드(diode)이다. 다이오드는 그 용도에 따라서 일반 다이오드, 제너 다이오드, 발광 다이오드(LED)로 나누어진다. 실험에서는 일반 다이오드를 사용한다.아래의 [그림1]은 일반적으로 쓰이는 pn접합형 다이오드의 구조 모델이다. 이것은 p형 반도체와 n형 반도체를 접합한 것이며, p형 반도체 쪽에 높은 전압(순방향 바이어스)을 공급하면 p형에서는 정공(hole)이, n형 에는 자유전자가 접합면을 넘어서 이동하기 때문에 애노드(anode:양극)에서 캐소드(cathode:음극)를 향해서 순방향 전류(forward current)I _{F}가 흐른다. 캐소드는 일반적으로 K로 표기한다. 여기서 전자의 흐름은 전류의 방향과 반대이다. 전류가 흐르도록 공급된 전압을 순방향 전압(forward voltage)V _{F} 라 하며, 반대로 전압을 가해도 전류는 역방향으로 흐르지 않는다. 이것을 다이오드의 정류 작용이라 한다.그림 1 그림 2[그림4]는 pn 접합형 Si 다이오드의 전압-전류 특성을 나타낸 것이다. 순방향 전압 V를 높이면서 임의의 전압V _{th} image 0.7[V]를 넘으면 급격히 전류I가 흐른다. 이와 같은 경계선이 되는 전압을 스레숄드 전압(threshold voltage : 차단값 전압)이라 한다.2) Diode Clamp(클램프)클램프라는 용어는 전압을 특정 범위에 고정하거나 혹은 제한한다는 뜻을 지니고 있다. 다이오드 크램프가 정상적으로 동작 할 때, 다이오드는 차단상태를 유지한다. 신호가 비정상적이거나 너무 과대할 때 다이오드는 전압을 차단한다.3) Diode Limiter(리미터)교류신호의 진폭을 제한하거나 교류전압을 미리 정한 레벨로 제한하기 위해 사용되는 회로를 리미터(Limiter)라고 한다. 리미터는 입력신호의 크기를 제한하는 작은 진폭의 신호는 그대로 통과시키고 특정 임계값을 넘으면 크기를 제한하는 동작을 하며, 과도한 신호 크기에 의한 오동작이나 소자 파괴를 방지하기 위한 보호회로에 사용된다.ㄱ) 양 리미터그림 3[그림3]은 양의 임계값으로 출력을 제한하는 양(positive) 리미터 회로이다.Vin ≥ VB + Vr 이면 다이오드가 도통되어 출력전압은Vout = VB + Vr으로 제한된다. 이때 Vin 이 증가하더라도, Vout은 VB +Vr로 일정하게 유지된다. 반면에 Vin < VB +Vr 이면 다이오드는 개방되며, 따라서 Vout은 VB에 영향을 받지 않고Vout=Vin가 된다. 따라서 이 회로는 출력을 VB +Vr로 로 제한하는 회로로 동작한다.ㄴ) 음 리미터그림 4[그림3]의 회로에서 다이오드와 전압 VB의 방향을 반대로 바꿔 [그림4]처럼 만들면, 출력을 음의 일정한 값으로 제한하는 음(negative) 리미터 회로로 동작한다.Vin ≤ -(VB +Vr) 인 경우, 다이오드가 도통되어 출력이Vout = -(VB +Vr )로 일정하게 유지된다. 반면에 Vin >-(VB +Vr) 인 경우에는 다이오드가 개방되어 출력은 VB에 영향을 받지 않고Vout=Vin가 된다. 따라서 이 회로는 출력을 -(VB +Vr )로 제한하는 회로로 동작한다.ㄷ) 양방향 리미터그림 5[그림1]과 [그림2]을 결합하여 [그림3]과 같이 회로를 구성하면 양의 값과, 음의 값을 모두 제한하는 양방향 리미터 회로가 된다.Vin ≥ VB1 +Vr 이면 다이오드 D1은 도통되고 D2는 개방되므로 출력은,Vout = VB1 + VrVin ≤ -(VB2 +Vr)이면 다이오드 D1은 개방되고, D2는 도통되므로 출력은,Vout = -(VB2 +Vr )-(VB2 +Vr) < Vin < VB1 +Vr 인 경우에는 다이오드 D1과 D2모두 개방되므로 출력은,Vout=Vin따라서 이 회로는 양의 값과 음의 값을 모두 제한하는 회로로 동작한다.3. 실험 데이터3-6. Diode Clamp(클램프)3-7. Diode Limiter(리미터)실험1)실험2)4. 분석 및 토의3-6. Diode Clamp(클램프)다이오드가 순방향으로 배열될 경우, Vin ≥ 5.6에서 다이오드가 개방되므로 출력은 Vout = 5+0.6으로 일정하게 나타났다. 따라서 다이오드에 걸리는 전압 VD=0.6인 것을 알 수 있다. Vin < 5.6 인 경우 다이오드는 무시되므로 Vout=Vin으로 나타났다.다이오드가 역방향으로 배열될 경우, Vin ≤ 4.4에서 다이오드가 개방되므로 출력은 Vout = 5-0.6으로 일정하게 나타났다. 따라서 다이오드에 걸리는 전압 VD=0.6인 것을 알 수 있다. Vin < 4.4 인 경우 다이오드는 무시되므로 Vout=Vin으로 나타났다.클램프 회로를 구성하면 전압을 특정 범위에 고정하거나 제한할 수 있음을 확인할 수 있었다.3-7. Diode Limiter(리미터)다이오드에 걸리는 전압을 VD라고 할 때,Vin ≤ -VD이면 그림상 왼쪽 다이오드만 개방되므로 출력은 Vout = -VD이고,-VD < Vin < 5 +VD 인 경우에는 다이오드 2개가 모두 무시되므로 출력은 Vout=Vin,Vin > 5 +VD 이면 그림상 오른쪽 다이오드만 개방되므로 출력은 Vout = 5+VD일 것이다.실험1)Vin ≤ -0.6일 때 출력은 Vout = -0.6으로 일정하게 나타났다. 그림상 왼쪽 다이오드만 개방되므로 출력전압이 다이오드에 걸리는 전압값으로 일정하게 나타난 것이다. 따라서 전압이 (-)일때 최소값인 -0.6을 통해 다이오드에 걸리는 전압이 VD=0.6일 것으로 추측할 수 있다. 이론적으로 Vin

공학/기술| 2018.10.26| 6페이지| 1,000원| 조회(164)

다이오드, 전자회로, Diode, 리미터, 클램프, CLAMP, Limiter

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전자기학 용어 정리

주요 용어Laplace's equation : 전가가 없는 곳에서의 (ρ=0) Poission's equation.NABLA ^{2} =0Image charge method : 주어진 boundary condition을 만족하는 Poission's equation이나 Laplace's equation의 해를 직접 구하기 어려울 때 이용하는 방법. 원래의 boundary condition을 만족하는 image charge를 설정해서 문제를 푸는 방법.**Liner dielectronic : 선형유전체.P= epsilon _{0} chi _{전기} E 식을 따르는 재료**Ampere's law : B의 회전에 관한 방정식으로NABLA TIMES B`= mu _{0} JInduced dipole : 전기적으로 중성인 원자를 전기장 E 속에 둘 때 원자핵은 전기장 방향쪽으로 전자는 반대 방향으로 쏠려서 일시적으로 생기는 쌍극자.multipole expanstion : 1/r의 급수로 펼친 V(r)의 근사법Lorentz force law : 자기장 B 속에서 속도 v로 움직이는 전하 Q가 받는 자기력을 나타내는 법칙. Fmag=Q(v×B)3장.Boundary condition : 미분방정식의 일반해에 포함되는 임의의 상수 또는 임의의 함수를 정하는데 필요한 영역의 경계에 부과하는 조건Laplace's equation : 전하가 없는 곳에서의 (ρ=0) Poission's equation.NABLA ^{2} =0Separation of variables : 변수 분리법. 편미분방정식을 풀 때 오직 하나의 변수에만 의존하는 각 함수의 곱으로 된 해를 찾는 방법Fourier's trick : 무한급수 속의 계수 Cn을 결정하는 방법Image charge method : 주어진 boundary condition을 만족하는 Poission's equation이나 Laplace's equation의 해를 직접 구하기 어려울 때 이용하는 방법. 원래의 boundary condition을 만족하는 image charge를 설정해서 문제를 푸는 방법.4장.conductor : 도체. 전도도가 높아서 전기가 통하기 쉬운 재료insulator : 절연체. 전기나 열을 전달하기 어려운 성질을 갖는 물질dielectric : 유전체. 전기장 내에서 극성을 지니게 되는 절연체Polarized : 아주 많은 작은 쌍극자들이 전기장의 방향과 나란히 늘어선다Polarization : 편극밀도. 단위부피 속에 든 쌍극자 모멘트Bound charge : 유전체에 전기장이 작용할 때 유도작용으로 유전체 표면에 나타나는 전하**Liner dielectronic : 선형유전체.P= epsilon _{0} chi _{전기} E 식을 따르는 재료Eletric susceptibility : 전기편극률.P= epsilon _{0} chi _{전기} E에서 비례상수chi _{ 전기} }를 Eletric susceptibility이라고 한다Permittivity : 유전상수. 전하 사이에 전기장이 작용할 때 그 전하사이의 매질이 전기장에 미치는 영향을 나타내는 상수. 매질이 저장할 수 있는 전하량으로 볼 수도 있다.5장.Current : 도선의 어느 곳을 단위시간 동안 지나가는 전하량Surface current density : K. 전류에 수직인 단위길이의 폭을 지나가는 전류.표면전하밀도가sigma , 속도v이면 K=sigma vVolume current density : J. 흐름에 대해 수직인 단위면적을 지나가는 전류Continuity equation : 연속방정식. 국소적 전하 보존법칙을 수학적으로 정확히 표현한 것.NABLA BULLET J`=`- {PARTIAL rho } over {PARTIAL t}Steady current : 정상전류. 늘거나 줄지 않고, 진로도 바뀌지 않으며, 영원히 계속되는 전하의 흐름.Biot-Savart law : steady current가 만드는 자기장을 계산하는 방법. 주어진 전류가 생성하는 자기장이 전류에 수직이고 전류에서의 거리의 제곱에 반비례한다는 법칙.Ampere's law : B의 회전에 관한 방정식으로NABLA TIMES B`= mu _{0} J6장.Magnetized : 자화. 자기장을 걸어주면 자기 쌍극자들이 나란히 배열되어 매질이 자성을 띠게 되는 현상Paramagnet : 상자성체. 자기장을 걸어주면 자기 쌍극자들의 배열방향이 자기장과 나란한 물질Diamagnet : 반자성체. 자기장을 걸어주면 자기 쌍극자들의 배열방향이 자기장과 반대방향인 물질

자연과학| 2018.08.22| 2페이지| 1,000원| 조회(704)

용어, 전자기, 전자기학 용어

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편광, 부르스터각, 말루스법칙 결과 보고서

Polarization and Brewster angle1. 실험 목적Brewster각을 이해하고 아크릴의 Brewster을 측정하고 편광판을 이용한 실험을 통해 Malus 법칙을 확인한다.2. 실험 데이터가. 아크릴의 Brewster angle 측정Ratio(%)각도(deg)공기 → 유리유리 → 공기spsp10100.23.5215211.5672.520223.1112.225335.991.83042.59.9990.6354221.90854051.848.97915457179.9*************55100.8*************010065196.77100100702520.*************42.87100100805067.98*************10010*************00< Brewster angle 측정 장비 셋팅 >회전센서의 각도를 5도씩 돌려가며 측정을 진행했다.빛이 완벽하게 편광되는 특수한 입사각을 Brewster angle이라고 하고, 반사된 광선과 굴절된 광선이 90도 일 때 발생한다. Brewster angle을theta _{B}라 하고 굴절에 법칙에 적용하면tan theta _{B} `=` {n _{2}} over {n _{1}}을 알 수 있다. 실험에 사용된 아크릴의 굴절률은 1.49, 공기의 굴절률은 1로 계산하면tan theta _{B} `=` {n _{2}} over {n _{1}} `=` {1.49} over {1} `=`1.49#````theta _{B} `=`tan theta _{B} ^{-1} (1.49)`=`56 ^{0}임을 알 수 있다. 또한 실험에서 빛이 공기에서 유리로 진행할 때 P-polarization이 최소값을 갖는 그 각도가 Brewster angle이다.실험을 통해 측정한 데이터를 바탕으로 그래프를 그리면 다음과 같다.공기에서 유리로 진행 할 때 P-polarization의 경우인 붉은색 곡선의 최저값일 때의 각도를 확인하면 실험에 사용한 아크릴의 Brewster angle을 알 수 있다. 각도는 5도씩 측정되었으므로 그래프 상에서 55도와 60도 사이에서 최소값을 갖는 것을 확인 할 수 있다. 이론으로 계산한 Brewster angle각이 56도 인 것을 볼 때 이론과 유사한 실험 측정값을 얻었다고 판단 할 수 있다.나. Malus 법칙 확인1) 편광판 2개< 편광판 2개 장비 세팅 > < 그래프 >편광판 2개를 통과한 빛의 세기는 이론적으로I`=`I _{0} `cos ^{2} ` phi 이다. 측정한 데이터를 바탕으로 그래프를 나타내면 그 개형이cos ^{2} phi 이 평행 이동한 형태임을 알 수 있다. Angular Position이 0일 때 최대값을 갖으며 감소해야하는데cos ^{2} phi 개형이 왼쪽으로 살짝 평행 이동한 형태를 확인할 수 있다. 이것은 장비 세팅 시 광축 조정에 있어서 정밀하지 못했던 것이 원인이 되어 나타난 결과라고 생각 할 수 있다.평행이동 된 것을 배제하면 그래프의 개형은cos ^{2} phi 을 확인할 수 있다.2) 편광판 3개< 편광판 3개 장비 세팅 > < 그래프 >편광판 3개의 경우, 두 번째와 세 번째 편광판의 편광축 사이의 각도가phi 일 때, 3번째 편광판을 지나서 진행하는 빛의 세기I _{3}는 이론적으로 다음과 같이 주어진다.I _{3} = {I _{1}} over {4} sin ^{2} (2 phi )LEFT ( I _{1} =첫`편광판을`지난`빛의`세기 RIGHT ) Angular Position이 0일 때 최소값을 갖으며 증가해야하는데sin ^{2} phi 개형이 왼쪽으로 살짝 평행 이동한 형태를 확인할 수 있다. 이것은 장비 세팅 시 광축 조정에 있어서 정밀하지 못했던 것이 원인이 되어 나타난 결과라고 생각 할 수 있다.평행이동 된 것을 배제하면 그래프의 개형은sin ^{2} phi 을 확인할 수 있다.3. 실험 결론아크릴의 Brewster angle 측정을 통해 Brewster angle을 이해하고 편광판을 이용한 실험을 통해 Malus 법칙을 확인할 수 있다.4. 실생활 응용1) 대기 편광 측정을 통한 대기 오염물질 평가지구 대기에서의 편광 현상을 촬영하기 위해 태양이 지평선에 걸친 순간 편광필터와 전천 카메라를 이용하여 전천 사진을 촬영하고, 사진으로부터 편광 현상에서의 편광비와 편광폭을 정의하고 이를 측정하는 방법이 있다. 편광비와 편광폭의 시계열 촬영을 통해 기상 조건에 따라 매일 달라지는 편광 현상을 정량적으로 분석할 수 있게 되었고, 이것은 기상 요소 중 대기 오염 물질과 의미 있는 상관관계를 갖는다. 대기 편광 현상은 대기 중 대기 오염 물질의 영향을 받는데 오염 물질이 많을수록 편광비는 작아지고 편광폭은 커지는 경향을 보였다. 이는 오염 물질이 광자를 더욱 산란시켜서 편광 현상을 관찰하는 하늘의 넓은 영역으로 퍼지게 하는 효과인 것으로 추측된다.[1]2) Brewster angle 현미경Brewster angle 현미경의 원리는 Brewster angle의 원리에 기초한다. Brewster angle현미경의 검출 원리는 다음과 같다. 관찰하고자 하는 물질의 표면에 아주 작은 변화가 발생함에 따라 표면의 굴절률이 변하게 되고, 그 결과 Brewster angle도 변하게 된다. 즉, 현재의 입사각은 더 이상 Brewster angle이 아니게 되어 굴절률이 변한 계면에서 빛의 반사가 일어나게 된다. 이에 따라 반사된 빛이 검출기에 감지되기 시작하고 이 현상을 통해 계면 상태의 변화를 이미지로 얻을 수 있다. 이 때의 감도는 매질 표면 위에 단일 분자 층의 형성을 감지할 정도로 민감하다. Brewster angle의 원리는 주로 액체 표면상에서 지질의 단분자층 및 그 상태의 변화 등을 관찰하는 방법으로 사용되어 왔다. 최근에는 DNA 혼성화 반응의 검출 방법으로 사용되는 방법으로 제시되기도 했다. [2]

공학/기술| 2018.06.05| 4페이지| 1,000원| 조회(943)

편광, 광학, polarization, malus, brewster angle, 말루스 법칙

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회절실험 [푸아송 스팟, 단일&이중 회절 무늬측정, Fresnel 회절과 Fraunhofer 회절 비교] 결과 보고서

1. 실험 목적가. Poisson's spot을 관찰해 보고 원리를 파악나. 단일슬릿, 이중슬릿 회절 무늬 측정, Image J를 이용하여 세기 plot하여 이론과 비교다. 단일 슬릿의 Fresnel 회절과 Fraunhofer 회절 비교 관측<중 략>2. 실험 데이터1) 푸아송 스팟(Poisson's spot) 관찰레이저 빛이 입자라면 쇠구슬에 반사되어 나타나는 빛의 형태에서 중앙부분이 어두워야한다. 하지만 실제 관측결과 중심에 밝은 점이 나타나며 이를 푸아송 스팟이라고 한다. 이것은 빛의 회절의 결과이며 빛이 파장이라는 증거가 된다.image J로 세기분포를 Plot하여 관찰하면 중앙에서 빛의 세기가 증가한 부분을 찾을 수 있다. 이 지점이 푸아송 스팟이다. 육안으로 밝게 관측된 점에 실제로 빛이 모여 세기가 증가한 것을 확인할 수 있다. 쇠구슬 그림자 중앙의 밝게 맻히는 푸아송 스팟을 통해 빛이 파동이라는 명확한 증거를 제시할 수 있다.

공학/기술| 2018.06.05| 8페이지| 1,000원| 조회(897)

회절, Fresnel, Diffraction, Fraunhofer, Image ..

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