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#11 인덕터의 특성

실험 No.학번성명제출일검 인# 11005월 23일실험 제목인덕터의 특성1. 실험의 목적① 인덕터의 종류와 특성을 알아본다.② 교류와 직류에 대한 인덕터의 특성변화를 알아본다.③ 주파수애 따른 인덕터의 특성변화를 관찰한다.2. 관련이론(1) 인덕터의 종류와 특성인덕터는 구리선과 같은 선재를 나선 모양으로 감아서 만들면 이 때문에 코일이라고도 한다.아래 그림 맨 왼쪽에 있는 것은 코어에 가느다란 동선을 감은 것으로, 용량은 100uH이다.두 번째의 것은 봉 모양의 코어에 가는 동선을 감은 것으로, 용량은 470uH이다. 나머지 2개는 고주파용의 인덕터로, 발진회로나 중간주파수(455 KHz) 동조회로 등에 사용된다.고주파이므로 다른 회로로부터 자기에 의한 영향을 받지 않도록 하거나, 또는 주변 부품에 영향을 주지 않도록 하기 위해 금속 케이스(차폐상자 또는 실드케이스라고 한다)에 수납되어 있다. 이 케이스는 반드시 어스에 연결하여야 한다.그리고, 이러한 것은 동조용, 발진용이므로 인덕턴스값을 변화시킬 수 있도록 되어 있다.코일 중심의 코어부는 나사 모양으로 되어 있어, 드라이버 등으로 돌리면 코어가 코일에 들어가거나, 나오기도 한다. 따라서 코어의 상하 움직임에 따라 코일의 인덕턴스값이 변화한다.코일의 권수를 바꾸어도 되지만, 일일이 그렇게는 할 수 없는 일이다.FM 라디오의 튜너부 등은 87.5MHz∼108MHz 부근의 고주파를 취급하기 때문에 코어에 감으면 인덕턴스값이 너무 커지므로 공심 코일이 사용된다.이 경우의 조정은 코일의 권선 간격을 변화시켜 조절한다. FM 라디오 등을 분해하여 보면 코일이 모두 한결같이 일률적으로 되어 있지 않고, 코일의 간격이나 리드의 형태가 제각기 멋대로 되어 있는 것을 볼 수 있을 것이다. 이것을 깨끗하고 보기 좋게 하려고 해서는 안된다. 이것은 일부러 구부리거나 코일 간격을 바꾸어 인덕턴스값을 조절하고 있기 때문이다.한편, [H] 단위는 실제 회로에 있어 매우 큰 단위이므로 보통은 [mH]의 단위가 사용된다.인덕터는 자신의 인덕턴스 값에 따라 전류의 변화를 방해하는 작용을 하며, 이는 결국 인덕터도 저항성분을 나타냄을 의미한다. 인덕터가 나타내는 교류신호에 대한 저항성분을 유도성 리액턴스라고 한다. 유도성 리액턴스는 XL 로 나타내며, 단위는 마찬가지로 [Ω]이다. 유도성 리액턴스의 크기는 주파수에 비례한다. 즉, 인덕터의 인덕터의 인덕턴스 값을 L[H]라고 할 때,XL 은 ‘XL = 2pifL’ 로 주어진다.유도성 리액턴스는 교류신호의 주파수에 비례함을 알 수 있다.(2) 인덕턴스의 측정인덕턴스 L은 LCR미터를 이용하면 쉽게 측정할 수 있다. 그러나 LCR미터를 사용하지 않고 회로를 통해서도 측정할 수 있다. 아래 그림을 참조하여 이를 설명한다.위 그림은 인덕터만의 회로이므로 회로의 임피던스 Z는 유도성 리액턴스와 같다.또한 옴의 법칙은 교류회로에도 마찬가지로 적용되므로 인덕터에 걸린 전압을 VL,회로에 흐르는 전류를 I라고 하면,VL = I*Z = I*XL로 된다.따라서, XL ={VL} over {I}되며, 여기에서 구한 XL을 식에 대입하면 주어진 주파수 f에 대하여 인덕턴스 L을 구할 수 있다. 이 방법에는 약간의 오차가 있을 수 있는데, 이는 인덕터의 코일이 나타내는 순수한 저항값으로 인한 오차이다. 이 오차는 XL이 코일 자체의 저항보다 매우 크다면 무시 할 수 있다.3. 준비사항3.1 실험에 사용할 기기? 오실로스코프 1대? 파형발생기 1대? 디지털 멀티미터 1대3.2 실험에 사용할 부품? 인덕터(10mH, 3mH) 각 1개? 저항(100Ω, 500Ω) 각 1개? 가변저항(1KΩ) 1개4. 실험방법(1) 인덕턴스의 측정① 아래 회로를 구성하라. Vi로는 파형발생기를 이용하여 10Vp-p의 정현파를 인가하고,저항 R은 1KΩ의 가변저항을, 인덕터 L은 10mH를 각각 연결하라.② 오실로스코프의 채널1로는 Vr을, 오실로스코프의 채널2로는 VL을 각각 측정하라. 이때, 그림에 표시된 a점을 공통접지로 하라.③ 가변저항을 조절하여 오실로스코프의 채널1과 채널2에 표시되는 Vr과 VL이 같아지도록 한다④ 가변저항을 회로에서 떼어내어 그 값을 측정하여 표에 기록하라.⑤ 식을 이용하여 인덕턴스 L을 계산하고 표에 기록하라.⑥ 인덕터를 3mH로 바꾸고 위의 실험과정 2~10를 반복하라.인덕터가변저항의값(= XL)계산된 L(mH)10mH713.5OMEGA `11.093mH332.1OMEGA `5.11(2) 교류전류에 대한 인덕턴스의 효과① 위의 회로를 구성하라. vi로는 파형발생기를 이용하여 10Vp-p의 정현파를 인가하고,저항 R은 100Ω, 인덕터 L은 10mH를 각각 연결하라.② 전체전류 I가 표에 나타낸 값이 되도록 입력전압 vi를 조절하고, VL의 값을 멀티미터로 측정하여 표에 기록하라.③ 각 전류에 대하여{VL} over {I}(=XL)를 계산하여 표에 기록하라.I[mA]25mA20mA15mA10mAXL의 평균값VL{VL} over {I}(= XL)(3) 주파수에 따른 XL의 변화① 위의 회로를 구성하라. Vi로는 파형발생기를 이용하여 10Vp-p의 정현파를 인가하고,저항 R은 500Ω, 인덕터 L은 10mH를 각각 연결하라. 이때, Vi의 주파수는 표를보고설정하라.② 멀티미터로 저항 R에 걸린 전압 Vr과 인덕터 L에 걸린 전압 VL을 각각 측정하여 다음 의 표에 기록하라.

공학/기술| 2011.06.20| 7페이지| 3,000원| 조회(697)

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#10 파형의 미분과 적분

실험 No.학번성명제출일검 인# 10005월 16일실험 제목파형의 미분과 적분1. 실험의 목적① 커패시터와 저항에 의한 미분회로와 적분회로의 원리를 배운다.② 미분회로와 적분회로에 실제로 파형을 인가하여 파형의 미분과 적분 특성을 실험한다.2. 관련이론입력파형에 대하여 미분된 형태의 파형을 출력하는 회로를 미분회로(differential circuit)라 하고, 입력파형에 대하여 적분된 형태의 파형을 출력하는 회로를 적분회로(integration circuit)라고 한다. 미분 및 적분회로는 RC회로 또는 인덕터를 이용한 RL회로로 구성하거나, 연산증폭기(OP Amp)를 사용하여 구성할 수 있다.(입력파형) (미분파형) (적분파형)다음으로, 정현파에 대한 미분과 적분파형이 있다. sin함수의 미분은 cos함수이므로 미분파형은 cos함수의 파형을 보여준다. 또한 sin함수의 적분은“-”의 cos함수이며, 이를다음과 같이 확인할 수 있다.저항 R과 캐패시터 C를 이용한 RC미분회로와 적분회로를 보였다. 먼저 RC미분회로의 특성을 보면 일반적으로 캐패시터에 전압 V가 인가될 때 캐패시터에 흐르는 전류 I는,I=로 주어진다. 그런데, 캐패시터에 걸린 전압는 Vi-Vo이므로 캐패시터C를 통하여 흐르는 전류 I는, I=로 된다.한편, 저항에 흐르는 전류는이고, 이 직렬회로이므로 캐패시터와 저항에서의 전류 I는같다. 즉, I==로 된다.위 식을 정리하면= Vo+로 된다. 이때, 캐패시터에 걸린 전압 Vc가 저항 R에 걸린 전압 Vo보다 매우 크다고 하면, 즉 Vc > Vo의 조건(캐패시터의 리액턴스 값을 저항에 비하여 크게하면 된다.)이 만족되면항을 무시할 수 있다. 따라서, 최종적으로Vo =로 되어 입력신호 Vi를 미분한 파형이 출력 Vo에서 얻어지게 된다.위 회로에서 캐패시터에 흐르는 전류는이고, 저항에 흐르는 전류는이다.위 회로도 직렬회로이므로,=로 된다. 이를 또 정리하면Vi = Vo+RC로 된다.이때, VR > Vo의 조건(이는 캐패시터의 리액턴스 값을 저항에 비하여 아주 작게하면 된다.)이 만족되면, 식에서 Vo를 무시할 수 있다. 따라서,Vo =?Vidt로 되어 입력신호 Vi를 적분한 파형이 출력 Vo로 얻어진다.미분회로의 경우에는 Vc ≫ Vo의 조건이 필요한데, 이 조건을 구체적으로 설명하면, 캐패시터의 용량성 리액턴스는 그 용량에 반비례하므로 용량이 작은 캐패시터를 사용하고, 저항도 그 값이 작은 것을 사용하면 보다 성능이 좋은 미분회로를 구현할 수 있다.또한, 적분회로의 경우에는 Vr ≫ Vo 의 조건이 필요한데, 이 조건은 큰 용량의 캐패시터를 사용하고, 저항도 값이 큰 것을 사용하면 충족된다.3. 준비사항3.1 실험에 사용할 기기? 오실로스코프 1대? 파형발생기 1대3.2 실험에 사용할 부품? 저항 1/2W(100Ω, 47Ω) 각 1개? 전해 캐패시터(0.1uF, 0.33uF, 4.7uF) 각 1개4. 실험방법(1) 파형의 미분① 의 회로를 구성하라. 여기에는 전원전압 Vi(t)로는 파형발생기를 이용하여진폭이 10Vp-p인 구형파를 인가하되, 주파수는 1KHz로 하라. 또한, 저항 R은 100Ω,전해 캐패시터는 0.33uF(극성에 유의)를 연결하라.② 오실로스코프의 채널1에 파형발생기의 출력을 연결하여 10Vp-p 1KHz의 구형파가출력됨을 확인하라.③ 오실로스코프의 채널2로 Vo(t)를 측정하여 다음의에 채널1에 표시된구형파와 함께 그 파형을 도시하라.④ 에 Vi(t)의 진폭과 주파수 및 Vo(t)의 진폭과 주파수를 (오실로스코프) 측정하여기록하라.⑤ Vi(t)를 정현파로 바꾸고, 위의 실험과정 ③,④를 반복하라.구형파정현파진폭주파수진폭주파수20V1Khz20V1Khz25V1Khz3V1Khz 미분회로의 특성(a) 미분회로의 파형 비교(구형파의 미분)(b) 미분회로의 파형 비교(정현파의 미분)(2) 파형의 적분① 의 회로를 구성하라. 여기에는 전원전압 Vi(t)로는 파형발생기를 이용하여진폭이 10Vp-p인 구형파를 인가하되, 주파수는 10KHz로 하라. 또한, 저항 R은 100Ω,전해 캐패시터는 4.7uF(극성에 유의)를 연결하라.② 오실로스코프의 채널1에 파형발생기의 출력을 연결하여 10Vp-p 1KHz의 구형파가출력됨을 확인하라.③ 오실로스코프의 채널2로 Vo(t)를 측정하여 다음의에 채널1에 표시된구형파와 함께 그 파형을 도시하라.④ 에 Vi(t)의 진폭과 주파수 및 Vo(t)의 진폭과 주파수를 (오실로스코프) 측정하여기록하라.⑤ Vi(t)를 정현파로 바꾸고, 위의 실험과정 ③,④를 반복하라.구형파정현파진폭주파수진폭주파수13V10KHz13V10KHz0.8V10KHz0.6V10KHz 적분회로의 특성(a) 적분회로의 파형 비교(구형파의 적분)(b) 회로소자에 따른 미분특성(정현파의 적분)(3) 회로소자에 따른 미분특성의 변화① 의 회로를 구성하라. 여기에는 전원전압 Vi(t)로는 파형발생기를 이용하여진폭이 10Vp-p인 구형파를 인가하되, 주파수는 1KHz로 하라. 또한, 저항 R은 47Ω,전해 캐패시터는 0.1uF를 연결하라.② 오실로스코프의 채널1에 파형발생기의 출력을 연결하여 10Vp-p 1KHz의 구형파가출력됨을 확인하라.③ 오실로스코프의 채널2로 Vo(t)를 측정하여 다음의에 채널1에 표시된구형파와 함께 그 파형을 도시하라.④ 에 Vi(t)의 진폭과 주파수 및 Vo(t)의 진폭과 주파수를 (오실로스코프) 측정하여기록하라.⑤ Vi(t)를 정현파로 바꾸고, 위의 실험과정 ③,④를 반복하라.(a) 회로소자에 따른 미분특성(구형파)(b) 회로소자에 따른 미분특성(정현파) 회로소자에 따른 미분특성구형파정현파진폭주파수진폭주파수20V1KHz20V1KHz20V1KHz0.6V1KHz5. PSspice 시뮬레이션?대상회로 : 그림7.3, 그림7.4?시뮬레이션할 내용 : 미분회로 및 적분회로를 이용한 구형파의 미분과 적분, 소자값의변화에 따른 미분특성의 변화?시뮬레이션의 주의 사항 : 입력 파형과 출력 파형을 별도의 윈도우에 표시, 구형파를 회로에 인가하기 위한 전원의 파라미터 설정방법?시뮬레이션 결과 : 시뮬레이션의 결과와 실제 실험의 결과를 비교하여 보자.

공학/기술| 2011.06.20| 10페이지| 3,000원| 조회(826)

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#9 캐패시터의 특성 및 RC 직렬회로

실험 No.학번성명제출일검 인# 9005월 16일실험 제목캐패시터의 특성 및 RC 직렬회로1. 실험의 목적① 캐패시터의 용량을 읽는 방법을 배운다.② 캐패시터의 직렬연결과 병렬연결에 따른 용량의 변화를 배운다.③ 캐패시터의 리액턴스와 RC 직렬회로의 특성을 배운다.2. 관련이론(1) 캐패시터캐패시터(capacitor)는 콘덴서(condenser)리고도 하며, 전하를 축적하는 기능을 가진소자이다. 캐패시터는 기본적으로 유전체를 매개하여 양쪽에 도체판을 위치시킴으로써전하를 유기하여 축적하는 구조를 갖는다. 도체판에 전압을 걸면, 각 전극에 전하(電荷)가 축적된다.? 캐패시터 종류① 전해 캐패시터이 캐패시터는 얇은 산화막을 유전체로 사용하고, 전극으로는 알루미늄을 사용하여 만들어진다. 이때, 유전체인 산화막을 매우 얇게 할 수 있어 캐패시터의 체적에 비해 큰 용량을얻을 수 있다.② 탄탈 캐패시터온도 특성이나 주파수 특성은 전해 콘덴서보다 우수하다. 주로 온도에 의한 용량변화가 엄격한 회로와 고주파용 회로 등에 사용된다.③ 세라믹 캐패시터세라믹 캐패시터는 전극간의 유전체로 티탄산 바륨과 같은 유전율이 큰 재료를 사용한다.이 캐패시터는 인덕턴스 성분이 적어 고주파 특성이 양호하므로 고주파의 바이패스(고주파 성분 또는 잡음을 접지로 직결한다)용으로 사용된다.④ 마일러 캐패시터이 마일러 커패시터는 가격은 저렴한 대신에 높은 정밀도를 기대할 수 없으며,±5```%~±10#% 정도의 오차를 갖는다.(2) 캐패시터의 용량을 읽는 방법전해 캐패시터와 같이 몸체에 용량과 정격전압 등을 직접 기재하는 방법 이외의 용량을표시하는 방법으로 숫자에 의한 표시방법이 가장 많이 사용된다. 예로 “103K”에서“10”은 유효숫자아고, “3”운 지수이다. 이때 붙이는 단위는 pF(10 ^{-12}F)이다. "K"는 허용오차를 나타내며 각 문자에 대해 정해져있는 허용 오차가 있다.문자코드허용오차[pF]문자코드허용오차[%]C± 0.25 pFF±1%D± 0.5 pFJ±5%E± 0.1 pFK±10%G± 2.0 pFM±20%(3) 캐패시터의 직렬과 병렬연결병렬로 연결된 n개의 캐패시터의 합성용량(Ct)은 단순히 각 캐패시터의 합으로 주어진다.Ct = C1 + C2 + C3....+Cn직렬로 연결된 캐패시터는 Ct = 1/[{1} over {C1} `+` {1} over {C2} ``+` {1} over {C3} ``+....{1} over {Cn}]이다.(4) RC 직렬회로의 특성저항은 전류의 흐름을 방해하는 회로요소이다. 이와 유사하게 캐패시터와 안덕터도전휴의 흐름을 방해하는 저항성분을 나타내며 이를 리액턴스(reactance)라고 한다.특히, 캐패시터가 나타내는 리액턴스를 용량성 리액턴스 Xc라고 하며 식으로는Xc ={1} over {2pifC} [Ω] 이다.저항은 인가된 신호에 관계없이 일정한 저항성분을 나타내지만, 용량성 리액턴스 식에서알 수 있듯이 주파수 “f”에 반비례한다. 주파수 f = 0 이면, Xc는 무한대로 된다.이는 캐패시터는 직류전류를 차단하는 기능을 가지고있고, 교류신호와 밀접한 관련이 있음을의미한다.저항 R과 커패시터 C가 직렬로 연결된 RC 직렬회로를 생각해보자.여기에서 전원 Vs로는 교류신호의 공급이 가능한 파형발생기를 이용한다.RC직렬회로에서, 저항과 캐패시터간에는 인가된 교류전원에 위상의 차이가 생긴다. 즉,캐패시터 쪽에 걸린 전원신호의 위상이 저항 쪽 보다 90{} ^{o} 늦어지게 되는데, 이를페이져도로 그리면리액턴스 성분과 저항을 포함한 회로전체의 저항값을 임피던스(impedance)라고 하며, Z로표시한다. RC회로의 임피던스 Z는 저항 R과 리액턴스 Xc의 벡터 합으로 구할수 있음을알 수 있다.임피던스 Z는sqrt {R ^{2} +Xc ^{2}} [Ω]으로 이때의 전류 I ={Vs} over {Z}로 주어진다.마찬가지로 저항과 캐패시터에 걸리는 전압도 90{} ^{o} 위상의 차이가 있으므로 전원전압Vs도 저항에 걸린 전압 Vr과 캐패시터에 걸린 전압 Vc의 벡터 합으로 구한다.Vs =sqrt {Vs ^{2} +Vc ^{2}} [Vp-p]이다.3. 준비사항3.1 실험에 사용할 기기? 파형발생기 1대, 오실로스코프 1대? 디지털 멀티미터 1대? LCR미터 1대3.2 실험에 사용할 부품? 저항 1/2W(100Ω, 220Ω, 1KΩ) 각 1개? 캐패시터(0.47uF, 0.22uF) 각 1개, (1uF) 2개, 전해 캐패시터도 무방함.4. 실험방법(1) 캐패시터의 용량을 읽는 방법① 에 나타낸 캐패시터의 용량을 읽어 기록하라.표시 숫자용량허용오차473C332K224F391K(2) 캐패시터의 직렬 및 병렬연결1) 캐패시터의 병렬연결① 아래의 회로를 구성하고, 커패시터 C1, C2로는 각각 1uF, 0.47uF를 사용하고, Vs로는 파형발생기를 사용하여 100Hz, 15Vp-p의 정현파를 인가한다.② a,b점간의 전압을 멀티미터로 측정하여 기록한다.③ 멀티미터를 교류전류의 측정상태로 설정한 후, a점을 흐르는 교류전류 I를 측정하라.④ 식을 이용하여 임피던스 Z를 계산하라.⑤ 실험과정 ④에서 구한 Xc를 이용해 캐패시터의 합성 용량 Ct(실험값)를 구하라.⑥ 커패시터의 합성 용향 Ct(이론값)를 구하라.V _{s}[ⓐ-ⓑ점간 전압]I[mA]Z(=X{} _{c})C _{T}(실험값)C _{T}(이론값)9.61801073.131.452uF1.47uF2) 캐패시터의 직렬연결① 아래의 회로를 구성한다. 커패시터 C1, C2로 1uF 를 사용하고, Vs로는 파형발생기를 사용하여 100Hz, 15Vp-p를 인가한다.② a,b점간의 전압을 Vct를 멀티미터로 측정하여 기록한다.③ a점에 흐르는 전류 I(교류)를 측정하라.④ 식을 이용하여 임피던스 Z를 계산하라. 이때, 식의 Vs로는 위의 실험과정 ②에서 구한Vct를 사용한다.⑤ 실험과정 ④에서 구한 Xc를 식에 대입하여 캐패시터의 합성 용향 Ct(실험값)를 구하라.⑥ 식을 이용하여 캐패시터의 합성 용량 Ct(이론값)를 구하라.V _{CT}I[mA]Z(=X{} _{c})C _{T}(실험값)C _{T}(이론값)9.69603184.71457.4nF500nF(3) RC 직렬회로의 특성① 회로를 구성하고, 저항 R로는 1KΩ울 사용하고 캐패시터 C로는 0.47uF를 사용한다.또한, Vs로는 200Hz, 15Vp-pdnk 정현파를 인가한다.② 리액턴스(Xc)를 계산하여 기록한다.③ 임피던스 Z(이론값)를 계산하여 기록한다.④ Vr과 Vc를 오실로스코프로 측정하여 기록한다.⑤ Vr은 오실로스코프의 채널1로 측정하고, Vc는 채널2로 동시에 측정하여 다음의그림에 그 파형을 그려라.⑥ 그린 파형을 참조하여 Vr과 Vc간의 위상차를 구하라.Vr과 Vc간의 위상차 : [{} ^{o}]⑦sqrt {Vs ^{2} +Vc ^{2}}를 계산하여 기록한다.

공학/기술| 2011.06.20| 10페이지| 3,000원| 조회(1,012)

pspice, 커패시터, 캐패시터, 기초전자실험

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#8 태브냉 및 노턴의 정리

실험 No.학번성명제출일검 인# 8005월 9일실험 제목태브냉 및 노턴의 정리1. 실험의 목적① 단일 전원을 갖는 선형 저항 회로의 테브냉(Thevenin) 및 노오텬(Norton)정리의개념을 이해하고 실험을 통하여 증명한다.2. 관련이론테브냉의 정리테브냉 및 노오턴의 정리는 선형 저항 회로에서 어느 특정한 부하에 걸리는 전압이나 전류에만 관심이 있는 경우 적용하는 대단히 유용한 정리이다. 테브냉 정리는그림 1(a)와 같이 임의의 회로망 N 과 부하 L이 연결되어 있는 경우 부하 L 이 연결된단자 a-b를 제외한 회로망 N 을 그림 1(b)와 같이 등가적으로 하나의 전압원 Veq 에 하나의 등가 저항 Req 를 직렬로 연결한 회로로 대치할 수 있다는 것이다. 여기서 회로망N 및 부하 L 은 임의의 선형 저항 회로가 될 수 있으며 단자 a와 b사이의 전압과 전류는 부하 L 의 구성요소에 상관없이 동일해야 한다. 그리고 등가 전압 Veq 는 원 회로망에서 단자 a-b를 개방했을 때 여기에 나타나는 전압과 같으며 이를 개방 회로 전압(open circuit voltage) 혹은 테브냉의 등가 전압(equivalent voltage)이라고 한다. 그리고 저항 Req 는 원 회로망내의 모든 전원을 제거(즉 전압원은 단락(short)하고 전류원은 개방(open))하고 단자 a-b에서 측정한 저항으로 테브냉의 등가 저항(equivalentresistor)이라고 한다.예를 들어 그림 2(a)와 같은 회로에서 태브냉 정리를 이용하여 저항 R에 흐르는전류 I를 계산하고자 한다면 먼저 단자 a-b의 오른쪽 회로를 제거한 그림 2(b)에서 개방 회로 전압 Veq 을 구할 수 있는데 Veq 는가 된다. 그리고 태브냉 등가 저항 Req 는 단자 a-b의 왼쪽 회로에서 독립 전원을 제거(독립전압원은 단락, 독립전류원은 개방)한 그림 2(c)에서 등가 저항 Req 를 구할 수 있는데 Req 는가 된다. 그리고 태브냉 등가 저항 Req 는 단자 a-b의 왼쪽 회로에서 독립 전원을 제거(독립전압원은 단락, 독립전류원은 개방)한 그림 2(c)에서 등가 저항 Req 를 구할 수 있는데 Req 는가 된다.노오턴의 정리노오턴 정리는 그림 1(a)와 같이 임의의 구조를 갖는 선형 회로망에서 관심이있는 가지 a-b를 제외한 회로에 대해서 이것을 등가적으로 하나의 전류원에 하나의 등가 저항으로 대치할 수 있다는 것이다. 즉 노오턴 정리는 임의의 회로망 N 과 부하 L이 연결되어 있는 경우 부하 L 이 연결된 단자 a-b를 제외한 회로망 N 을 그림 3과 같이 등가적으로 하나의 전류원 Ieq 에 하나의 등가 저항 Req 가 병렬로 연결된 회로로 대치할 수 있다는 것이다.여기서 회로망 N 및 부하 L 은 임의의 선형 저항 회로가 될 수 있으며 단자 a와b사이의 전압과 전류는 부하 L 의 구성요소에 상관없이 동일해야 한다. 그리고 등가 전압 Ieq 는 원 로망에서 단자 a-b를 단락했을 때 여기에 흐르는 전류와 같으며 이를 단락회로전류(short circuit current) 혹은 노오턴의 등가 전류(equivalen current)라고 한다. 그리고 저항 Req 는 테브냉의 등가 저항과 같이 원 회로망내의 모든 전원을 제거(즉전압원은 단락(short)하고 전류원은 개방(open)하고 단자 a-b에서 측정한 저항으로 노오턴의 등가 저항이라고 한다.예를 들어 그림 2(a)와 같은 회로에서 노오턴 정리를 이용하여 저항 R에 흐르는전류 I를 계산하고자 한다면 먼저 단자 a-b의 오른쪽 회로를 제거하고 단자 a-b를 단락한 그림 3(a)에서 단락 회로 전류 Ieq 를 구할 수 있는데 Ieq 는가 된다. 그리고 노오턴 등가 저항 Req 는 태브냉 등가 저항을 구하는 것 처럼 단자 a-b의 왼쪽 회로에서 독립 전원을 제거(독립전압원은 단락, 독립전류원은 개방)하고 등가저항 Req 를 구할 수 있는데 Req 는 태브냉 등가 저항과 같은가 된다. 그리고 노오턴 등가 회로와 그림 2(a)에서 제거한 부분을 연결하면 그림 3(b)가 되며 여기서 전류 I를 구하면가 된다.3. 준비사항3.1 실험에 사용할 기기? 직류전원공급장치 1대? 디지털 멀티미터 1대3.2 실험에 사용할 부품? 저항 1/2W(100Ω , 220Ω , 330Ω , 470Ω) 각 1개4. 실험방법(1) 그림 5에서 사용되는 저항의 측정치를 기록하라.(전원은 2V로 변경하여 실험할것,저항단위는 ohm)(2) 부하 전압 VL 과 부하 전류 I L 를 계산하라.(3) 회로망 N에서 단자 a-b왼쪽 회로에 대한 테브냉 등가 저항 Req 와 등가 전압 Veq 계산하라. 여기서 전압원은 이상적이라고 생각한다.(4) 위 (3)에서 얻은 결과로 테브냉의 등가 회로와 부하를 연결한 회로도를 그려라.(5) 위 (4)의 결과를 이용하여 부하 전압 및 부하 전류를 계산하라.(6) 만약 전압원이 이상적이 아니고 전압원의 출력 단자에서 측정한 내부저항이 각각10Ω , 50Ω 100Ω 이라고 했을 때의 테브냉의 등가 전압 Veq 및 등가 저항 Req 를계산하라.(7) 단자 a-b를 개방(부하 470Ω 을 제거)한 상태에서 전압계로 단자 a-b사이의 개방 회로 전압 Veq 를 측정하라.(8) 전압원은 단락하고 부하는 개방시키고 회로망 N의 단자 a-b에서 저항 Req 를 저항계로 측정하라.(9) 위 (7) 및 (8)에서 얻은 결과를 이용하여 테브냉의 등가 회로와 부하를 연결한 회로도를 그려라.(10) 위 (9)의 회로를 구성하고 부하 전압 및 부하 전류를 측정하라.5. 익힘 문제(1) 태브냉 정리를 실제 회로해석을 위해 어떻게 이용할 수 있는지 구체적인 예를 들어설명하시오.(2) 실험 (2) 및 (5)의 결과를 비교 하라.(3) 전압원의 내부 저항은 태브냉 등가 회로에서 어떤 영향을 미치는가?

공학/기술| 2011.06.20| 7페이지| 3,000원| 조회(290)

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#8 중첩의 원리

실험 No.학번성명제출일검 인# 8005월 9일실험 제목중첩의 원리1. 실험의 목적① 복수의 독립된 신호원을 가진 선형회로에서 중첩의 원리를 확인한다.2. 관련이론선형회로가 복수의 독립된 전원을 가질 때 (서로 병렬이나 직렬연결되어 있지않을 때), 선형회로 내의 1 개 소자에 걸리는 전압 혹은 그 소자를 통해 흐르는 전류 값은 개별 전원에 의한 전압 혹은 전류 값의 합한 값이 된다. 개별 전원에 의한 소자의전압이나 전류는 다른 전원을 제거한 후 계산한다. 전원을 제거하는 것은 전압원인 경우 전압원 VS=0(단락), 전류원인 경우 전류원 IS=0 (개방)로 두면 된다. 그러나 전력계산에는 중첩의 원리가 적용되지 않는다. 전력은 전류의 제곱에 비례하기 때문이다. 그림 1은 2개의 DC 전압원(V1, V2)을 가진 저항회로에서 저항 R1 양단의 전압 VR1을 중첩의원리에 의해 계산하는 과정을 설명한다.중첩의 원리를 적용하기 위해서는1? 여러 개의 독립전원을 포함하는 회로에서, 각 전원은 다른 전원을 꺼 놓은 채로 단독으 로 인가될 수 있다.2? 전압 원을 끌 때는 단락회로로 대체하고, 전류 원을 끌 대는 개방회로로 대체한다.3? 전원들이 개별적으로 회로에 인가될 때, 우리가 배웠거나 곧 배우게 될 모든 회로법칙 과 기법들을 이용하여 해를 구할 수 있다.4? 각 전원을 단독으로 인가하여 얻어진 결과들을 대수적으로 합함으로써 해가 얻어진다.중첩의 원리는 종속전원과 독립전원이 여러 개 들어 있는 회로에도 적용할 수 있다.실제로 중첩의 원리는 회로에 열거 가지 형태로 적용될 수 있다. 예를 들면 세 개의 독립전월을 가진 회로의 경우, 앞의 예에서와 같이 각 전원을 단독으로 인가함으로써 해를 구할 수도 있고, 또는 두 개의 독립전원은 동시에 있는 것으로 취급하여 부분 해를 구하고, 나머지 하나의 독립전원은 단독으로 있는 것으로 하여 부분 해를 구한 뒤, 이들을 합함으로써 원하는 최종 해를 구할 수 있다. 또한 독립전원의 크기를 실제의 크기대로 또는 0으로 가정할 필요가 없다. 그러나 선택된 다른 값들의 함은 전원의 총합과 더해져야만 한다.중첩의 원리는 선형방정식에서는 기본적으로 충족되는 것이며, 따라서 원인과 결과가 선형적으로 관련이 있는 경우에는 항상 적용될 수 있다.이러한 관점에서 선형회로의 전류와 전압에서는 중첩의 원리가 적용되지만, 비선형 함수로 주어지는 전력을 구하는 데에는 적용된 수 없다는 것을 알아 두어야 할 필요가 있다.3. 준비사항3.1 실험에 사용할 기기? power supplier 1 대? 디지탈 멀디미터 1 대3.2 실험에 사용할 부품? 저항: l kΩ 1개, 2 kΩ 1개, 4 kΩ 1개4. 실험방법(1) 그림 2의 회로를 구성하고 저항값을 DVM으로 측정하여 기록하라.R1=______________ΩR2=______________ΩR3=______________Ω(2) 그림 2의 회로에서 전류 I1을 계산하고 전압 VR1와 I1을 측정하여 기록하라. DVM으로측정된 저항값을 사용하여 계산할 것.계산값 I1=______________A측정값 VR1=_____________V측정값 I1=______________A(3) 다음의 회로에서 전류 I2를 계산하고 전압 VR1와 I2을 측정하여 기록하라.계산값 I2=_____________A측정값 VR1=____________V측정값 I2=_____________A(4) 다음의 회로에서 전류 I를 계산하고 전압 VR1와 I를 측정하여 기록하라.계산값 I=_____________A측정값 VR1=____________V측정값 I=_____________A(5) 두개의 전원중 오른쪽 전원의 방향을 바꾸어 실험을 되풀이 한다. 실험 (2)의 결과를 옮겨적는다.계산값 I1=______________A측정값 VR1=_____________V측정값 I1=______________A(6) 다음의 회로에서 전류 I2를 계산하고 전압 VR1와 I2을 측정하여 기록하라.계산값 I2=_____________A측정값 VR1=____________V측정값 I2=_____________A(7) 다음의 회로에서 전류 I를 계산하고 전압 VR1와 I를 측정하여 기록하라.계산값 I=_____________A측정값 VR1=____________V측정값 I=_____________A5. 익힘문제(1) 실험 (2)의 측정값과 계산값을 비교하고 서로 다르면 그 이유를 설명하라.(2) 실험 (3)의 측정값과 계산값을 비교하고 서로 다르면 그 이유를 설명하라.(3) 실험 (4)의 측정값과 계산값을 비교하고 서로 다르면 그 이유를 설명하라.(4) 실험 (2), (3), (4)의 결과 (I1+I2)R1=IR1임을 보여라.이론값과 측정값은 다르다. 그 이유는 저항이나 측정기기에 오차가 있을 수 있기 때문이다. 또한 전류계나 전압계에도 내부의 저항에 의해서 오차가 생기기 때문입니다. 그리고 측정위치에 따라서 오차가 생길수도 있다. 측정할 때의 위치가 달라지므로 오차가 발생한다. 그러므로 이론값과 측정값은 다를 수밖에 없다.6. PSpice 시뮬레이션? 시뮬레이션 할 내용 : 전체전류 및 각 저항에 흐르는 전류 측정? 시뮬레이션 조건 : Transient 해석, Run to time : 40ms? 시뮬레이션 결과 : 각 저항에 나뉘어 흐르는 전류의 합이 전체전류와 같은지 확인한다.7. 검토 및 고찰실험을 하면서 일단 중첩의 원리가 나온다면 가장 먼저 잔압원은 단락회로로 전류원은 개방회로로 대체하는 것을 머리에 새겼다.

공학/기술| 2011.06.20| 8페이지| 3,000원| 조회(275)

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