실험제목 : 실험 #5 테브냉/ 노튼 등가회로 : 전압/전류 측정

본문내용

문인 것으로 추측된다.
3. 등가회로
1) 1/4W 짜리 저항 4개(1㏀에서 10㏀사이)를 골라서 각각 R1, R2, R3, R4라 하고, multimeter를 사용하여 각 저항값을 측정한다.
측 정 치
저항값
오 차
1
2
3
4
5
평 균
R1
1.002
1.002
1.002
1.001
1.002
1.002
1.0㏀
0.002
R2
3.870
3.871
3.871
3.871
3.872
3.871
3.9㏀
-0.029
R3
6.754
6.753
6.753
6.754
6.753
6.753
6.8㏀
-0.047
R4
5.053
5.053
5.053
5.052
5.053
5.053
5.1㏀
-0.047
2) 다음과 같은 회로를 구성한다.
전원전압을 10V로 한다. 두 단자 a와 b사이의 전압 Vab를 측정하고 이론치와 비교분석한다.
측 정 치
이론치
오 차
1
2
3
4
5
평 균
Vab
3.169
3.170
3.169
3.168
3.169
3.169
3.411
-0.242
▲ 이론치
▲ 오차의 원인은 도선과 멀티미터, power supply 등의 내부저항 때문인 것으로 추측된다.
▲multimeter에 흐르는 전류 I는 Vab/Rm이 된다.
3) 다음과 같이 multimeter에 병렬로 dexade resistance box를 연결한다.
저항을 여러단계로 변화시키면서 전압과 저항값을 기록하여 표를 만든다.
▲ 6～7번 정도 저항을 변화시키면 충분할 것이나, 얻은 전압값이 multimeter만 회로에 부착하였을 때 얻을 수 있는 값과 0사이에 어느정도 균일하게 분포되도록 한다.
측 정 치
저항값
비 고
1
2
3
4
5
평균(V)
R-1
0.100
0.101
0.100
0.101
0.100
0.100
100Ω
R-2
0.149
0.149
0.148
0.148
0.148
0.148
150Ω
R-3
0.195
0.194
0.195
0.194
0.195
0.195
200Ω
R-4
0.286
0.285
0.285
0.284
0.285
0.285
300Ω
R-5
0.408
0.409
0.408
0.407
0.408
0.408
450Ω
R-6
0.674
0.673
0.673
0.673
0.673
0.673
800Ω
R-7
0.796
0.795
0.795
0.796
0.796
0.796
1㏀
4) 전원을 제거하고 그 부분의 회로를 단락시킨다. decade resistance box도 제거하고 단자 a와 b 사이의 저항을 multimeter로 측정한다.
측 정 치
이론치
오 차
1
2
3
4
5
평 균
R
3.027
3.026
3.026
3.027
3.026
3.026
3.051
-0.025
▲ 이론치
전원을 단락시켰다고 가정하고 회로의 좌측으로부터 합성저항을 구하면,
R1//R2이므로,
R1//R2와 R3는 직렬이므로,
R1//R2+R3와 R4는 병렬이므로,
▲ 오차의 원인은 저항 자체의 오차와 측정시 멀티미터 내부의 저항도 포함되었으리라고 추측된다.
연습문제
1. 실험 1에서 전류계를 부착하지 않은 상태에서는 각 저항에 걸리는 전압이 V/2, 즉 5V가 될 것이다. 따라서 테브난등가전압 Vt는 아래의 그림과 같이 5V가 된다.
내부저항이 1㏁인 전압계로 전압을 측정했을 경우에 발생하는 오차율 ε1을 계산하라. 이 ε1값을 이용하여 이 회로의 테브난저항 Rt를 계산하라.
2. 실험 1에서 100㏀이나 10㏀의 저항을 사용하였을 때의 오차율은 그다지 크지 않았을 것이다. (Rb에 전압계를 대고 전압을 측정한다.) 두 개의 저항이 같다면 테브난등가전압은 V/2(=5V)가 되고 이론적인 단락전류는 V/Ra, 그리고 테브난 등가저항은 Ra/2가 된다. 이 때 전압계의 저항이 10㏁이라면, Ra=Rb=100㏀일때의 전압측정치는 얼마이고 Ra=Rb=10㏀일때의 전압측정치는 얼마인가? 실험치와 비교하면 얼마나 다른가? 각각의 경우에 오차율은 얼마인가?
3. 디지털멀티미터를 전류계로 사용할 때에는 내부에서 최대 0.2V를 측정할수 있는 전압계를 사용하여 전류를 측정하기 위한 저항 Rm에 걸리는 전압을 측정한다. 최대 측정가능전류가 2mA라면 100Ω의 저항이 필요하다(0.2V/2mA). 전류의 크기를 결정하려면 I1의 오차율이 매우 낮아야 한다. 전류계의 저항이 없다면 I2와 I3는 모두 I1/2의 값을 나타내야 한다. 그러나 전류계의 저항이 0이 아니므로, I2와 I3에 대한 오차가 커진다. 전류계를 부착하지 않았을 때 전류 In이 I1/2였다고 가정하면 최대측정가능전류가 2mA 일때와 20mA 일 때의 오차율 ε2는 각각의 경우에 대하여 얼마이었는가? 이 오차율을 볼 때 회로의 노튼등가저항은 얼마인가? (주의 : 최대측정가능전류가 20mA 일 때, 전류계의 저항은 10Ω에 불과하였다.)
- 다음과 같은 노튼등가회로를 구성하면,
▲ 최고측정치가 2mA 일 때
▲ 최고측정치가 20mA 일 때
4. 실험 3에서 저항이 4개 있는 회로의 테브난 등가저항은 쉽게 계산할수 있었다. 한 가지 방법은 V, R1, R2를 아래 그림과 같이 테브난 등가회로로 바꾸는 방법이다. 실험에서 사용한 저항값을 그대로 쓰면 Vt＇는 얼마이고, 이값을 토대로 Rt＇를 계산하라.
a
+
10V
-
+
Vab
-
b
R1=1㏀ R3=6.8㏀
R2=3.9㏀ R4=5.1㏀
▲ 등가전압 Vt= 3.411 V
▲ 등가저항 Rt를 구하면, R1//R2이므로
이 결과치와 R3는 직렬이므로
이 결과치와 R4는 병렬이므로
5. 다음의 V, R1, R2를 위의 오른쪽 회로로 대치하였다. 아래 그림에서 Vt와 Rt의 값을 Vt＇와 Rt＇을 이용하여 계산하라. Vt, Rt, In을 실험적으로 얻으려면, 측정항 전압값을 부하전류(즉, 전압을 부하저항으로 나눈 값)에 대한 함수로 그래프를 그리면 된다. 이렇게 하여 얻은 실험값들을 이론치와 비교하라.
▲ 이론치
▲ 오차 = -0.242V
▲ 오차의 원인은 도선과 멀티미터, power supply 등의 내부저항 때문인 것으로 추측된다.
▲multimeter에 흐르는 전류 I는 Vab/Rm이
참고문헌
신회로이론 : 박송배 저 : 문운당
일반전자공학실험 : 김태중 저 : 상학당

키워드

테브냉,   노튼등가회로,   저압전류