PART3교류(A.C.) 회로
실험 5 :Filter Circuit
이론
Inductor(L)와 Capacitor(C)는 정상상태에서 직류와 교류에 대하여 다음과 같은 특성이 있다. DC에서 L은 short되고 C는 open된다. AC에서는 반대로 L은 open, C는 short된다. 이상은 극단적인 예이지만 이러한 특성을 이용하여 필터회로를 구현할 수 있다. 다음은 Capacitor와 Inductor를 이용한 LPF(Low Pass Filter), HPF(High Pass Filter), BPF(Band Pass Filter)의 회로와 주파수에 따른 전압변화를 보여준다.
LPF
그림 3-18 (a)에서 υi와 υo의 관계는 다음과 같다.
위 식에서 ω 즉, f 가 증가하여 일정한 값 fc보다 크게 되면 υo/υi는 점차로 작아져서 "0"에 가깝게 되는 것을 그림 3-18(b)를 보면 알 수 있다. 따라서 υo=Kυi의 관계로부터 υi의 주파수가 fc보다 커질수록 는 "0"에 가까워지고 υi에서 낮은 주파수 성분만이 υo에 나타나는 것을 알 수 있다. 이와 같이 그림 3-18(a)의 회로는 저주파 성분만을 통과시키는 저역통과필터(LPF)의 역할을 한다.
HPF
그림 3-19(a)는 R과 L을 사용한 고역통과필터(HPF) 회로인데 여기서 υi와υo 의 관계는 다음과 같다
위 ω식에서 즉, f가 감소하여 일정한 값 fc보다 작게 되면 υo/υi는 점차로 작아져서 “0”에 가깝게 되는 것을 그림 3-19(b)에서 알 수 있다. 따라서 υo=Kυi의 관계로부터 υi의 주파수가 fc보다 작아질수록는 υi “0”에 가까워지고 에서 높은 주파수 성분만이 υo에 나타날 수 있게 된다. 이러한 특성을 이용하여 그림 3-19(a)의 회로는 고역통과필터(HPF)로 사용할 수 있다.
BPF
그림 3-20(a)는 대역통과필터(BPF) 회로이며 여기서 υi와 υo는 다음과 같은 관계를 갖는다.
위 식에서 ω 즉, f 가 증가하여 일정한 값 f1보다 크게 되면 υo/υi는 점차로 커지고 f2보다 크게 되면 υo/υi는 다시 작아져서 "0"에 가깝게 되는 것을 그림 3-20 (b)에서 알 수 있다. 따라서 υi의 주파수가 f1보다 크고 f2보다 작은 범위의 주파수 성분만이 에 나타날 수 있게 된다. 이러한 특성을 이용하여 그림 3-20(a)의 회로는 대역통과필터(BPF)로 사용할 수 있다.
실험 과정
1. M-03의 회로-5를 그림 3-21과 같이 실험회로를 구성한 후 입력 전압의 크기를 2V(rms)로 하고 주파수를 변화시키면서 -3dB, -6dB가 되는 주파수를 찾아서 표 3-10의 해당란에 기록하라. 그리고 각 주파수를 계산에 의한 값을 표에 기록하라.
tab1실험 3-5.1 RC LPF 회로 (M-03의 Circuit-5를 그림 3-21과 같이 실험회로를 구성)
1.결선 방법
1.R1을 20㏀으로 설정한다.
전면 패널의 Multimeter High 단자와 5a 단자간을 적색선을 연결하고, Low 단자를 5c 단자에 연결한다.
연결선을 제거한다.
2.회로 결선
함수 발생기 연결
전면 패널 Signal Output의 A+ 단자와 Circuit-5의 5a 단자 간을 적색선으로, A- 단자와 5d 단자 간을 흑색선으로 연결한다.
오실로스코프 & 전압계 연결
전면 패널에 Signal input CH A의 A+ 단자와 Circuit-5의 5a 단자를 적색선으로 연결하고, A- 단자와 5d 단자를 흑색선으로 연결한다.
전면 패널에 Signal input CH A의 B+ 단자와 Circuit-5의 5c 단자를 적색선으로 연결하고, B- 단자와 Circuit-5의 5e 단자를 흑색선으로 연결한다.
2.결선도
flash
3.측정 방법
- 1전면 패널 좌측 메뉴에서 analog output 을 선택한다.
Function Generator창에서 Amplitude를 로 선택하고 를 클릭하여 진폭을amplitude 28%로 설정한다.
Frequency를 로 선택한다. frequency 1.0khz
Signal을로 선택한 후 을 클릭하여 1kHz 2Vrms를 출력한다.
- 2전면 패널 좌측 메뉴에서signal input 을 선택한다.
Volt & Ampere Meter를 선택하고, CH A와 CH B에서 각각 , , 를 선택한다.
CH A의 값이 2Vrms 인지 확인하고, CH B 값을 표 3-9에 기록한다.
- 3전면 패널 좌측 메뉴 하단에서 quick launch 을 선택하고, analog output를 클릭한다.
Frequency 1.00kHz 우측에 을 클릭하여 주파수를 1kHz 증가시키고, Volt & Ampere Meter의 CH B에 표시된 측정값을 표 3-9의 해당 주파수 란에 기록한다. (CH B는 EC1)
주파수를 20KHz 까지 변화시키면서 측정 기록한다.
4.계산
1. -3dB, -6dB가 되는 주파수를 계산에 의한 값을 표 3-10에 기록하시오.
실험 과정
1. 그림 3-22 (a)의 회로에서 입력 전압의 크기를 2V(rms)로 하고 주파수를 변화시키면서 -3dB, -6dB가 되는 주파수를 찾아서 표 3-7의 해당란에 기록하라. 그리고 각 주파수를 계산에 의한 값을 표에 기록하라.
tab2실험 3-5.2 RC HPF 회로 (M-03의 Circuit-5를 그림 3-22과 같이 실험회로를 구성)
1.결선 방법
1.R2를 20㏀으로 설정한다.
전면 패널의 Multimeter High 단자와 5a 단자간을 적색선을 연결하고, Low 단자를 5c 단자에 연결한다.
2.회로 결선
함수 발생기 연결
전면 패널 Signal Output의 A+ 단자와 Circuit-5의 5f 단자 간을 적색선으로, A- 단자와 5i 단자 간을 흑색선으로 연결한다.
오실로스코프 & 전압계 연결
전면 패널에 Signal input CH A의 A+ 단자와 Circuit-5의 5f 단자를 적색선으로 연결하고, A- 단자와 5i 단자를 흑색선으로 연결한다.
전면 패널에 Signal input CH A의 B+ 단자와 Circuit-5의 5h 단자를 적색선으로 연결하고, B- 단자와 Circuit-5의 5j 단자를 흑색선으로 연결한다.
2.결선도
flash
3.측정 방법
- 1실험 3-5.1 LPF 회로의 측정방법을 수행한다.
- 2(CH B는 ER2임)
4.계산
1. -3dB, -6dB가 되는 주파수를 계산에 의한 값을 표 3-10에 기록하시오.
실험 과정
1. 그림 3-23 (a)의 회로에서 입력 전압의 크기를 2V(rms)로 하고 주파수를 변화시키면서 -3dB, -6dB가 되는 주파수를 찾아서 표 3-11의 해당란에 기록하라. 5l-5m 이를 단락하여 부하를 연결 후 -3dB, -6dB가 되는 주파수를 찾아 기록하라. 그리고 각 주파수를 계산에 의한 값을 표 3-12에 기록하라.
tab3실험 3-5.3 LC LPF 회로 (M-03의 Circuit-5를 그림 3-23와 같이 실험회로를 구성)
1.결선 방법
1.회로 결선
함수 발생기 연결
전면 패널 Signal Output의 A+ 단자와 Circuit-5의 5k 단자 간을 적색선으로, A- 단자와 5n 단자 간을 흑색선으로 연결한다.
오실로스코프 & 전압계 연결
전면 패널에 Signal input CH A의 A+ 단자와 Circuit-5의 5k 단자를 적색선으로 연결하고, A- 단자와 5n 단자를 흑색선으로 연결한다.
전면 패널에 Signal input CH A의 B+ 단자와 Circuit-5의 5l 단자를 적색선으로 연결하고, B- 단자와 Circuit-5의 5o 단자를 흑색선으로 연결한다.
2.결선도
flash
3.측정 방법
- 1전면 패널 좌측 메뉴에서 analog output 을 선택한다.
Function Generator창에서 Amplitude를 로 선택하고 클릭하여 진폭을amplitude 28% 로 설정한다.
Frequency를 로 선택한다. frequency 1.0khz
Signal을 로 선택한 후 을 클릭하여 1kHz 2Vrms를 출력한다.
- 2전면 패널 좌측 메뉴에서 signal input 을 선택한다.
Volt & Ampere Meter를 선택하고, CH A와 CH B에서 각각 , , 를 선택한다.
CH A의 값이 2Vrms 인지 확인하고, CH B 값을 표 3-11에 기록한다.
- 3전면 패널 좌측 메뉴 하단에서 quick launch을 선택하고,analog output를 클릭한다.
Frequency 1.00kHz 우측에 을 클릭하여 주파수를 1kHz 증가시키고, Volt & Ampere Meter의 CH B에 표시된 측정값을 표 3-11 (LPF) 무부하의 해당 주파수 란에 기록한다.
주파수를 20KHz 까지 변화시키면서 측정 기록한다.
- 4저항 부하 R3의 연결 및 측정
Circuit-5에서 단자 5l과 5m을 황색선으로 연결한다.
측정방법 1)~3)과정을 수행하고 CH B에 표시된 측정값을 표 3-11 (LPF) 부하의 해당 주파수 란에 기록한다.
4.계산
1. -3dB, -6dB가 되는 주파수를 계산에 의한 값을 표 3-12에 기록하시오.
실험 과정
1. 그림 3-24 (a)의 회로에서 입력 전압의 크기를 2V(rms)로 하고 주파수를 변화시키면서 -3dB, -6dB가 되는 주파수를 찾아서 표 3-11의 해당란에 기록하라. 5r-5r를 단락하여 부하를 연결 후 -3dB, -6dB가 되는 주파수를 찾아 기록하라. 그리고 각 주파수를 계산에 의한 값을 표 3-12에 기록하라.
tab4실험 3-5.4 LC HPF 회로 (M-03의 Circuit-5를 그림 3-24과 같이 실험회로를 구성)
1.결선 방법
1.회로 결선
함수 발생기 연결
전면 패널 Signal Output의 A+ 단자와 Circuit-5의 5q 단자 간을 적색선으로, A- 단자와 5t 단자 간을 흑색선으로 연결한다.
오실로스코프 & 전압계 연결
전면 패널에 Signal input CH A의 A+ 단자와 Circuit-5의 5q 단자를 적색선으로 연결하고, A- 단자와 5t 단자를 흑색선으로 연결한다.
전면 패널에 Signal input CH A의 B+ 단자와 Circuit-5의 5r 단자를 적색선으로 연결하고, B- 단자와 Circuit-5의 5u 단자를 흑색선으로 연결한다.
2.결선도
flash
3.측정 방법
- 1실험 3-5.3 LPF 회로의 측정방법 1)~3)을 수행하여 CH B에 표시된 측정값을 표 3-11 (HPF) 무부하의 해당 주파수 란에 기록한다.
- 2저항 부하 R4의 연결 및 측정
Circuit-5에서 단자 5r과 5s를 황색선으로 연결한다.
측정방법 1)~3)과정을 수행하고 CH B에 표시된 측정값을 표 3-11 (HPF) 부하의 해당 주파수 란에 기록한다.
4.계산
1. -3dB, -6dB가 되는 주파수를 계산에 의한 값을 표 3-12에 기록하시오.
실험 결과 보고서
1. 실험 결과표
1) 표 3-9의 측정값을 아래 그래프에 그린다.
(LPF)
(HPF)
2) 2V 지점을 0 dB, 1.5V 지점을 –3dB라 할 때 그래프와 만나는 점의 Y축 값을 표 3-10에 기록한다. 또한 1.0V 지점을 –6dB라 할 때 그래프와 만나는 점의 Y축 값을 표 3-10에 기록한다.
2. 검토 및 정리
1) 그림 3-20. 3-21에 주어진 회로에서 차단 주파수(fC) 및 –6dB 점의 주파수를 계산하고 표 3-10에 기입하고, 측정 결과와 비교하시오.
2) 측정 fC와 계산된 fC와 차이가 나는 이유를 설명하시오.
3. 실험 결과에 대해 토의한다.
실험 결과 보고서
1. 실험 결과표
1) 표 3-11의 측정값을 아래 그래프에 그린다. (적색-부하시, 녹색–무부하시)
(LPF)
(HPF)