브리지 회로를 이용한 인덕턴스 측정

소개글

브리지 회로를 이용한 인덕턴스 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 개요
2. 실험 원리 학습
2.1 실험 원리의 이해
2.1.1 임피던스 브리지
2.1.2 임피던스 브리지의 인덕턴스 측정
2.1.3 Maxwell-Wien 브리지(직렬형)
2.1.4 Hay 브리지(병렬형)
2.2 시뮬레이션 학습
3. 실험 기기 및 부품
4. 실험 방법

본문내용

인덕터가 된다. 물론 완전한 도체는 없기 때문에 항상 유한한 를 갖는다.
2.1.3 Maxwell-Wien 브리지(직렬형)
브리지에 인덕턴스를 포함한 것으로, 교류를 가하여 표준 코일을 써서 비교 측정을 한다. 무유도 저항 유도 작용이 없는 저항을 말한다.실제로는 유도 작용이 전혀 없는 저항은 있을 수 없다. 따라서 저항에 대하여 인덕턴스의 영향을 무시할 수 있는 저항이다. 무유도 권선 저항기, 솔리드형 저항기, 각종피막 저항기 등이 있다.
을 가지고 있어 미지의 인덕턴스를 측정하고 비교하는 데에 사용한다. 평형 상태는 주파수와 무관하다.
다음 [그림 4]의 Maxwell-Wien 브리지에 식(2)의 평형조건을 적용하면
(5)
의 관계가 성립하며, 이 식을 정리하면 다음 식과 같다.
(6)
식 (6)에서 실수부와 허수부를 각각 분리한다.
(7)
(8)
를 얻고, 인덕터의 구성이 직렬형임을 감안하여 식 (7)을 식 (3)에 대입하면 의 지수 는 다음 식과 같다.
(9)
그림 4. Maxwell Wien 브리지 회로
2.1.4 Hay 브리지(병렬형)
인덕턴스의 측정에 사용되는 교류 브리지의 일종이다. 미지 임피던스의 인접한 두 변은 순 저항이고, 대향 변이 저항과 커패시터의 직렬 분기인 브리지이다. 브리지의 평형은 주파수에 관계한다.
다음 [그림 5]의 브리지의 평형조건으로부터
(10)
식 (10)에서 실수부와 허수부를 분리한다.
(11)
이 식으로부터 각각 다음을 얻는다.
(12)
(13)
를 얻고, 인덕터의 구성이 병렬형임을 감안하여 식 (4)를 이용하면 의 지수 는 다음 식과 같다.
(14)
그림 5. Hay 브리지 회로
2.2 시뮬레이션 학습
(1)Maxwell-Wien 브리지를 이용한 인덕턴스 측정에 대한 PSpice 시뮬레이션
다음의 스키메틱 회로에서 크기가 5이고 주파수가 1000Hz인 사인파를 입력전원 으로 인가한다. 로 표시되는 저항 으로 결정한다.
으로 표시되는 인덕터가 일 경우 Maxwell-Wien 브리지 회로의 저항 에는 전류가 흐르지 않는다. 따라서 인덕터 값을 변화시켰을 때에 저항 에 전류가 흐르지 않는 경우를 찾아보기 위해 Parametric Swepp 시뮬레이션을 수행하여 본다.
[Parametric Swepp 시뮬레이션 조건]
[단계1] Maxwell-Wien 브리지 스키메틱 회로를 작성하고 의 값을 변수 {}로 설정한 다.
[단계 2] PARAM을 선택하여 스키메틱 회로 내의 임의의 위치에 배치한다.
이 부분은 Libraries의 SPECIAL을 선택한 후 PARAM을 클릭하고 OK 버튼을 누른다
.
[단계 3] PARAMETERS를 더블클릭 한 후 New Column을 클릭하고, Undo Warning!! 팝업창이 뜨면 Yes를 선택한다. Add New Column 팝업창이 뜨면, Name에 를 Value에 적당한 값 0.5mH를 입력한다
[단계 4] 컬럼을 선택하고, Display Properties를 클릭한 후 Name and Value를 선 택하면 스키메틱에 다음과 같이 나타나게 된다.
[단계 5] 시뮬레이션 프로파일 만들기
PSpice/New Simulation Profile을 선택 후, New Simulation 팝업창이 뜨면, Name에 임의의 이름을 입력한 후 Create를 선택한다.
[단계 6] 시뮬레이션 조건 설정
Analysis type : Time Domain(Transient), Options에서 parametric swepp 클릭
/sweep variable은 Global parameter를 선택
/Parameter name에 입력
/Sweep type Value list를 클릭 후 0.98m, 0.99m, 1m, 1.01m, 1.02m를 입력한 후 확인을 누른다.
[단계 7] 실행하기(Run PSpice)
All을 선택한 후 OK 버튼을 누르면 실행결과 probe 창이 나타난다. Probe 창의 시뮬레이션 파형을 살펴보면, 에 흐르는 전류가 0A인 경우의 파라미터 의 값은 1.0mH인 경우이다.
위의 결과 파형을 살펴보면 변수 가 1.0mH일 때, 저항 에 전류가 흐르지 않는다.
결론적으로 위의 시뮬레이션 결과에서 Maxwell-Wien 브리지 회로가 평형이 될 때의 이미지의 인덕턴스 값은 이론과 일치하며, 임을 알 수 있다.
(2) Hay 브리지를 이용한 인덕턴스 측정에 대한 PSpice 시뮬레이션
위에서 설명한 Maxwell-Wien 브리지 시뮬레이션 절차와 마찬가지로 수행하면 된다.
[단계 1] 스키메틱 회로
[단계 2] 시뮬레이션 결과 파형
위의 결과 파형을 살펴보면 변수 가 1.0mH일 때 저항 에 전류가 흐르지 않는다.
결론적으로 위의 시뮬레이션 결과에서 Hay 브리지 회로가 평형이 될 때의 미지의 인덕턴스값은 이론과 일치하며 임을 알 수 있다.
3. 실험 기기 및 부품
- 디지털 멀티미터
- 함수발생기
- 만능 기판(bread board) 또는 만능 기판이 장착된 실험 키트
- 가변저항 : 100Ω 2개
- 저항 : 20Ω, 5Ω(또는 4.7Ω) 각 1개
- 커패시터 : 10㎌
- 인덕터 : 2.2mH 1개
4. 실험 방법
미지의 인덕턴스 를 포함하여 [그림 6]의 회로를 구성한 후, 함수발생기의 주파수와 가변저항 , 를 변화시키면서 브리지 평형조건을 만족시키는 , 값을 측정 한다. 단, 는 미지의 인덕터의 내부 등가 직렬저항이다.
그림 6. Maxwell-wien bridge 실험 회로
② 동일한 미지의 인덕터에 대해 [그림 7]의 회로를 구성하고, 주파수와 가변 저항값을 변 화 시키면서 브리지 평형 조건을 만족시키는 , 값을 측정한다. 단, 는 미지의 인덕터의 내부등가 병렬저항이다.
③ 인덕터의 값을 다른 값으로 변경시켜서 ①, ② 를 반복한다.
그림 7. Hay bridge 실험 회로
참고 및 문헌(예비 보고서)
회로이론실험1 실험8 예비보고서
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=925804&cid=47338&categoryId=47338 네이버 백과사전
http://blog.naver.com/rd_kh_sung/220520939222 네이버 블로그

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회로이론실험,   인덕턴스,   인덕터,   브리지회로,   브릿지회로