ps를 이용한 옴의 법칙

목차

11-1 옴의 법칙

11-2 키르히호프 전압법칙

11-3 키르히호프 전류법칙

11-4 직병렬 회로의 등가 저항값

11-5 중첩의 원리

11-6 테브난, 노턴 등가회로

11-7 최대전력 전달

11-8 NODE 방정식

3. 실험 후 느낀점

본문내용

두고 시뮬레이션 시키면 된다. 전류값을 측정하기 위해 전류 프루브를 이용하여 전류값을 측정한 다음, 각 저항으로 흐르는 전류값을 읽도록 한다.
□ 시뮬레이션 결과
직렬회로의 경우 등가저항에 걸리는 전압은 10V, 측정된 전류는 1mA이므로 I1=I2+I3+I4가 성립한다.
11-5 중첩의 원리
(1) 실험회로
□ 회로개요
2개의 SOURCE, 즉 전압원과 전류원을 구성하고 3개의 저항으로 구성된 회로에 있어 Vref의 전압을 중첩의 원리에 의해 구해보는 회로이다.
□ 회로해석
먼저V1에 의한 Vref값을 구해보면 이 때 전류원 I1은 등가적으로 ∞이므로 V1(2V)에 대한 R1, R3 분압회로가 된다. 따라서 V1에 의한 Vref1=1V가 되며 전류원 I1(2mA)에 의한 Vref2는 전압원 V1이 등가적으로 0옴(short)이 되므로 R1, R3가 병렬저항이 되어 등가적으로 1K가 된다. 따라서 등가저항 1K에 걸리는 전압은 옴의법칙에 의거 1K*2mA는 2V가 된다. 즉 Vref=2V가 되어 Vref=Vref1+Vref2=1V+2V=3V 가 된다.
□ 시뮬레이션 조건
Transient해석에서 Run to Time을 1000ns로 두고 시뮬레이션 시키면 된다. 전압값을 측정하기 위해 전압 프루브를 이용하여 R1, R2, R3의 교차점 Vref포인트의 전압값을 측정하면 된다.
□ 시뮬레이션 결과
예제회로에서 보듯이 Vref의 값인 3V가 출력된다.
11-6 테브난, 노턴 등가회로
(1) 실험회로
□ 회로개요
임의의 한 회로에 대해 테브난 등가회로와 노턴 등가회로를 동시에 구성하여 동일한 부하에 대한 결과치가 같음을 보기 위한 회로이다.
□ 회로해석
부하저항을 끊고 점선안에 회로에서 A지점을 바라봤을 때의 A점에 걸리는 전압은 2V*2K/(2K+2K)=1V가 된다. 그리고 등가저항을 구해보면 앞서 설명한 바와 같이 전압원은 등가적으로 0옴 즉 short이므로 A지점을 기준으로 한 등가저항은 R1/R2 즉 1K가 된다. 따라서 테브난등가에서 Veq=1V가 되며 Req=1K가 된다. 이렇게 하여 점선내를 등가치황하여 동일한 부하저항 1K를 달아 계산하면 1V를 1K저항 2개로 분압한 회로가 되어 0.5V가 걸린다. 즉 원래회로에서의 A지점값과 같게 된다. 또 이 테브난 등가회로로부터 노턴회로로 치환하면 등가전류원 Veq/Rth에 의해 1V/1K=1mA가 되며 등가 저항은 테브난등가회로에서의 Req와 같은 1K가 된다. 이렇게 하여 동일한 부하저항 1K를 달면 1mA의 전류가 양분되어 0.5mA씩 흐름으로 A지점의 전압은 1K*0.5mA=0.5V가 되어 원래회로의 A지점 값과 같게 된다. 이와 같이 본 회로와 치환한 2개의 회로가 모두 똑같은 작용을 하는 회로라 볼 수 있다.
□ 시뮬레이션 조건
Transient해석에서 Run to Time을 1000ns로 두고 시뮬레이션 시키면 된다. A지점의 전압값을 측정하기 위해 전압 프루브를 이용하여 전압값을 읽도록 한다. 여기서 주의할 점은 Rth나 RL같은 부호가 중복되면 시뮬레이션 에러가 발생하므로 1, 2를 추가하여 Rth1, Rth2 같이 해야 한다.
□ 시뮬레이션 결과
3가지 회로(원회로, 테브난등가회로, 노턴등가회로)에서 동일한 부하저항 1K인 A지점에서의 결과 전압값이 모두 0.5V가 되므로 3종류의 회로가 동일한 작용을 하는 회로라 볼 수 있다.
11-7 최대전력 전달
(1) 실험회로
□ 회로개요
전압원과 내부저항을 1K로 하고 부하저항 RL을 rval을 0.1옴에서 10K로 가변하면서 부하에 전달되는 전력을 측정하는 회로이다.
□ 회로해석
신호원의 내부저항 Rs가 1K이므로 부하저항 RL이 1K일 경우 최대전력이 전달됨을 알 수 있다. 따라서 부하저항 RL에 흐르는 전류를 먼저 구해보면 1V/(Rs+RL)= 1V/(1K+1K)는 0.5mA이다. 따라서 부하저항 RL에 전력값은 I*I*R식에 의해 0.5mA*0.5mA*1K
=0.25mW가 되면 본 회로에서 최대 전력량은 0.25mW가 되며 이렇게 되기 위한 조건은 Rs=RL이다.
□ 시뮬레이션 조건
본 회로의 해석은 부하 저항 RL의 값을 가변하면 부하저항 RL에 전달되는 최대전력을 보기 위한 것으로 RL의 값을 가변함수 rval로 두고 DC Sweep 해석을 해야 한다. 조건설정은 위와 같이 한다. 그리고 주의할 점은 {rval}과 같은 변수를 적용할 때는 필히 “PARAM"이라는 변수설정용 소자를 사용해야 하며 변수값 즉 rval과 임의 설정값 즉, 본 회로에서는 1K을 기입해야 한다. 본 시뮬레이션에서는 큰 의미는 없다. 변수를 2개 혹은 3개를 지정할 수도 있는데 이 때는 가변값이 아닌 값은 PARAMETERS에 지정된 값에 의해 지배를 받게 된다.
□ 시뮬레이션 결과
결과파형에서 보듯이 X축은 rval값이 Y축은 I(RL)*I(RL)*rval값, 즉 부하저항 RL에 전력이 된다. 결과파형에서 보듯이 rval값이 1K일 때 0.25mW의 최대전력값이 됨을 알 수 있다.
11-8 NODE 방정식
(1) 실험회로
□ 회로개요
3개의 전압원과 3개의 Vref 임피던스 Z1, Z2, Z3로 구성된 회로에 있어 Vref의 전압을 구해보기 위한 회로이다.
□ 회로해석
NODE Equation을 적용하여 풀어보면
따라서 에 의해 계산하면 Vref=6/3=2V가 된다.
□ 시뮬레이션 조건
Transient해석에서 Run to Time을 1000ns로 두고 시뮬레이션 시키면 된다. Vref지점의 전압값을 측정하기 위해 전압 프루브를 이용하여 전압값을 읽도록 한다.
□ 시뮬레이션 결과
회로상의 Vref값이 2V가 나왔으며 계산한 결과와 동일함을 알 수 있다.
3. 실험 후 느낀점
이번 회로 기본 법칙의 실험을 통해 느낀점은 pspice를 다루는데 도움이 되었으며, 실제 회로가 동작하는데 따른 전압 및 전류값의 변화하는 과정을 이해하였습니다. 그리고 실험회로가 동작유무를 확인 하여 스스로 원인규명을 하여 회로의 동작원리를 이해하였습니다. 예를 들면 6. 테브난 노턴의 등가회로를 통해 교과서에 나와있는대로 회로를 설계시 결과값이 다르게 나온다는 것을 파악 할 수 있었습니다.

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