PART9필터회로(Active Filter)
목적
- 1.Low pass filter의 특성에 대하여 알아본다.
- 2.High Pass Filter의 특성을 실험을 통하여 알아본다.
- 3.Band Pass Filter의 특성을 실험을 통하여 알아본다.
실험 1 :저역통과 여파기 (Low-Pass Filter)
이론
가장 간단한 2차 저역통과 여파기는 VCVS(Voltage Controlled Voltage Source) 회로인데, 그 회로는 그림 9-2과 같다. 이 회로에 대한 차단 주파수는 다음과 같다.
√R1R2C1C2)" />
이 여파기의 설계 시 고려해야 할 사항은 두 개의 저항과 두 개의 콘덴서에 대한 값의 결정이다. 가장 쉬운 방법은 R1과 R2를 같게 하고, C1과 C2를 같게 하는 것으로 이때 차단 주파수는 다음과 같다.
이것은 동치소자(Equal Component) 저역통과 여파기라고도 한다. 통과대역의 이득은 2차 버터워즈(Butter Worth) 응답인 경우, 1.586(4dB)으로 고정되고 이것은 이 회로에 적용되는 유일한 이득이다. 차단주파수는 여파기응답이 통과대역 응답보다 3dB로 떨어지는 응답이 된다. 차단주파수 이하에서 응답은 12dB/Octave 혹은 20dB/decade로 감소한다. 이 여파기는 비반전 입력단자에서 OP-Amp를 사용하기 때문에 궤환저항 RB는 전압이득이 1.586으로 되게 하기 위해서, 입력저항 RA값의 0.586배가 되어야 한다. 5%의 저항을 사용하면 그림 9-3와 같이 이들 저항에 대한 선택은 각각 27kΩ, 47kΩ으로 된다.
실험 과정
1. M-09의 회로-1에서 1c-1d, 1f-1g 양단을 단락시켜 그림 9-4와 같이 회로를 구성한다.
2. 1a-1b 양단에 1V(rms)의 입력을 인가한다. 그리고 주파수는 표 9-1에 주어진 것과 같이 변화시키면서 출력전압을 측정하여 해당란에 기록한다.
3. 이번에는 1c-1e, 1f-1h 단자를 단락시켜 그림 9-5와 같이 회로를 구성한다.
4. 1V(rms)의 입력에 대하여 표 9-1에 주어진 주파수를 사용하여 출력전압을 측정하여 기록한다.
5. 측정한 결과를 이용하여 실험 결과보고서 안에 있는 그래프에 나타내어라.
tab1실험 9-1.1 저역 통과 필터 실험 (M-09의 Circuit-1에서 그림 9-4 (a), 그림 9-5(b)와 같이 회로를 구성한다.)
1.결선방법(M09의 Circuit-1), 그림 9-4 LPF 회로(a)
1.회로 결선
커패시터 C1, C3 연결 ; Circuit-1의 1c 단자와 1d 단자 간, 1f 단자와 1g 단자 간을 황색선으로 연결한다.
2.전원 결선
내부적으로 연결되어 있다.
3.계측기 결선
함수 발생기 결선
Input 결선 : 전면 패널 Signal Output의 BNC단자에 BNC 케이블을 연결하고, 적색 리드선을 Circuit-1의 1a 단자에, 흑색 리드선을 1b 단자에 연결한다.
전압계 결선
Input 전압 측정 결선 : 전면패널 Signal Input의 CH A A+ 단자와 Circuit-1의 1a 단자 간을 적색선으로, A- 단자와 1b 단자 간을 흑색선으로 연결한다.
Output 전압 측정 결선 : 전면패널 Signal Input의 CH B B+ 단자와 Circuit-1의 1i 단자 간을 적색선으로, B- 단자와 1j 단자 간을 흑색선으로 연결한다.
2.결선도
flash
3.측정 방법
- 1Touch LCD패널에서 analog output 을 선택한 다음, Function Generator의 Amplitude Range를 , Amplitude의 를 클릭하여 amplitude 15% 로 설정한다.
Signal을 으로, Frequency를을 선택하여 를 클릭하여 주파수가 frequency 200hz가 되도록 한다.을 클릭하여 Function Generator의 출력을 Circuit-1 입력에 가한다.
1V(rms)를 Vpp로 고치면 다음 식에 의한다.
VPP=Vrms×2√2=1V×2×1.414=2.83VPP
위에서 설정한 20Vpp의 15%는 3.0Vpp이므로 1V(rms)의 근사치로 설정한 것임.
- 2측정
전면 패널 analog input 을 선택한 후, Volt & Ampere Meter 탭을 선택하고 CH A, CH B에서 , , 를 클릭하고, CH B에 측정된 출력전압을 표 9-1의 해당란에 기록한다.
Touch LCD 패널 좌측 하단의 quick launch 를 선택하고 Analog Output를 클릭한 다음 Function에서 Frequency의 를 이용하여 주파수를 표 9-1과 같이 변화시키면서 측정된 출력전압을 표 9-1의 해당란에 기록한다.
측정이 끝나면 quick launch 화면의 을 클릭하여 출력을 차단한다.
- 3그림 9-3 LPF 회로(b) 실험
커패시터 C2, C4 연결하여 측정 : 커패시터 C1, C3 연결된 것을 Circuit-1의 1c 단자와 1e 단자 간, 1f 단자와 1h 단자 간으로 바꿔 황색선으로 연결한다.
결선도
flash
위 과정 2)와 같이 수행하여 측정 결과를 표 9-1 해당란에 기록한다.
측정이 끝나면 quick launch 화면의 을 클릭하여 출력을 차단한다.
4.계산
1. LPF(a)회로와 LPF(b) 회로에서 차단주파수를 구하여라,
R1과 R2를 같게 하고, C1과 C2를 같게 하는 것으로 이때 차단 주파수는 다음과 같다.
실험 결과 보고서
1. 실험 결과표
2. 검토 및 정리
1) 표 9-1의 측정한 결과를 이용하여 Graph에 특성곡선을 그린다.
Active Filter(LPF) 특성
2) 다음 그림과 공식을 가지고 회로 9-4, 회로 9-5의 증폭도 Av, Q, 차단주파수 및 3dB 주파수를 구하시오.(Q=0.699, Kc =1 일 때 K3=1)
