RC 미분.적분회로와 CAPACITOR의 특성-예비보고서

목차

1. 실험목적

2. 기초이론

3. 실험방법

4. 참고문헌

본문내용

in함수의 적분은 “-”의 cos함수이다.
일반적으로 RC회로에서 캐패시터에 전압 V가 인가될 때 캐패시터에 흐르는 전류I는
로 주어진다. 그런데 캐패시터에 걸린 전압은 Vi - V0이므로 캐패시터C를 통하여 흐르는 전류 I는,
로 된다.
한편, 저항에 흐르는 전류는 이고, 직렬회로이므로 캐패시터와 저항에서의 전류 I는 같다. 즉,
로 된다. 이때, 캐패시터에 걸린 전압 VC가 저항 R에 걸린 전압 V0보다 매우 크다고 하면 즉 Vc≫V0의 조건 (이는 캐패시터의 리액턴스 값을 저항에 비하여 크게 하면 된다.) 이 만족되면, 항을 무시할 수 있다. 따라서, 최종적으로
로 되어 입력신호 Vi를 미분한 파형이 출력 V0에서 얻어지게 된다.
이제, 적분회로의 원리를 알아본다.
위 그림의 회로에서 캐패시터에 흐르는 전류는 이고, 저항에 흐르는 전류는 이다. 회로도는 직렬회로이므로
로 된다. 또한, 이를 정리하면
로 된다. 이때, VR≫C0의 조건(이는 캐패시터의 리액턴스 값을 저항에 비하여 아주 작게 하면 된다.)이 만족되면, V0를 무시할 수 있다. 따라서,
로 되어 입력신호 Vi를 적분한 파형이 출력 V0로 얻어지게 된다.
미분회로의 경우에는 VC ≫ V0의 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 ≫ V0의 조건이 필요한데, 이 조건은 큰 용량의 캐패시터를 사용하고, 저항도 값이 큰 것을 사용하면 충족된다.
3. 실험방법
(1) RC 직렬회로의 특성
①위에 쓰인 직렬회로를 구성하라. 이때, 저항 R로는 1.2㏀을 사용하고 캐패시터 C로는 1㎌를 사용한다. 또한, VS로는 200㎐, 15 VP-P의 정현파를 인가한다.
②리액턴스(XC)를 계산하여 아래의 표에 기록하라.
③임피던스 Z(이론값)를 계산하여 표에 기록하라.
④VR과 VC를 멀티미터로 측정하여 표에 기록하라.
⑤VR은 오실로스코프의 채널1로 측정하고, VC는 채널2로 동시에 측정하여 그 파형을 그린다.
⑥그린 파형을 참조하여 VR과 VC간의 위상차를 구하라.(참고로 파형의 1주기의 위상은 360°이다.)
⑦를 계산하여 표에 기록하라.
캐패시터
XC
(계산)
VR
Vc
I [㎃]
Z
(이론값)
Z
(실험값)
0.47㎌
3.4
2.0
6.0
3.0
3.8
3.5
6
0.22㎌
8.4
6.2
4.5
1.5
5.5
3.2
8
(2) 파형의 미분
①위의 미분회로를 구성한다. 여기에서 전원전압 Vi(t)로는 파형발생기를 이용하여 진폭이 10Vp-p인 구형파를 인가하되, 주파수는 1㎑로 한다. 또한 저항 R은 100Ω, 전해 캐패시터는 0.33㎌(극성에 유의)를 연결한다.
②오실로스코프의 채널1에 파형발생기의 출력을 연결하여 10Vp-p, 1㎑의 구형파가 출력됨을 확인한다.
③오실로스코프의 채널2로 V0(t)를 측정하여 채널1데 표시된 구형파와 함께 그 파형을 도시한다.
④표에 Vi(t)의 진폭과 주파수 및 V0(t)의 진폭과 주파수를 (오실로스코프로)측정하여 기록한다.
⑤Vi(t)를 정현파로 바꾸고, 위의 실험과정 ③, ④를 반복한다.
구형파
정현파
진폭
주파수
진폭
주파수
Vi(t)
13.5
86
15
96
V0(t)
25.1
64
45
132
(3) 파형의 적분
①위의 적분회로를 구성한다. 여기에서 전원전압 Vi(t)로는 파형발생기를 이용하여 진폭이 10Vp-p인 구형파를 인가하되, 주파수는 1㎑로 한다. 또한, 저항 R은 100Ω, 전해 캐패시터는 4.7㎌를 연결한다.
②오실로스코프의 채널1에 파형발생기의 출력을 연결하여 10Vp-p, 1㎑의 구형파가 출력됨을 확인하라.
③오실로스코프의 채널2로 V0(t)를 측정하여 채널1데 표시된 구형파와 함께 그 파형을 도시한다.
④표에 Vi(t)의 진폭과 주파수 및 V0(t)의 진폭과 주파수를 측정하여 기록한다.
⑤Vi(t)를 정현파로 바꾸고, 실험과정 ③, ④를 반복한다.
구형파
정현파
진폭
주파수
진폭
주파수
Vi(t)
21
342
18
385
V0(t)
85
485
88
584
4. 참고문헌
-Pspoce와 함께하는 기초전자전기공학실험 (홍순관외 3명, 홍릉과학출판사)
-전기전자공학기초 (안휘웅외, 원창출판사, 2002)
-Mechatronics를 위한 기초전기전자공학 (진상호, 복두출판사 1998)
-전자 실험 (최동선외 5명, 광명출판사, 1999)

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