전자회로 실험 설계

소개글

전자회로 실험 설계에 대한 보고서 자료입니다.

목차

설계. BPF 결과 보고서

1. 사용장비 및 부품

2. 설계 목적

3. 설계 일정

4. 실험 배경 이론

5. 실험방법

6. 설계과정

7. 구현한 회로 이득과 차단주파수 계산

8. 실험값과 이론값 비교 결과표

9. LPF와 HPF의 주파수 응답

10. 결과 검토 및 고찰

본문내용

험 배경 이론
< 가 산 기 >
가산기 전압 이득 :
※ 일 경우 를 얻을 수 있음(부호 반전)
< 고역통과필터 - HPF >
< 저역통과필터 - LPF >
5. 실험방법
Band-Pass Filter 회로도
< 가산기 >
< HPF >

6. 설계과정
< 전반적인 BPF 설계사진 >
회로구현 과정 사진(1)
회로구현 과정 사진(2)
회로구현 과정 사진(3)
이론값 계산 사진
< 가산기 설계 과정 >
각 장비간 접지 분리
인가
가산기 구현 사진(1)
가산기 구현 사진(2)
서로 다른 입력에 를 인가
가산기에 의한 결과파형( 이론값 : , 실험값 : )
< High-Pass Filter(Sallen-Key Circuit) 설계 과정 >
각 장비간 접지 분리
인가
High-Pass Filter 구현 사진(1)
()
High-Pass Filter 구현 사진(2)
()
(, Gain : 2)
입력에 200Hz를 인가했을 때,
HPF를 통관한 출력파형()
입력에 5kHz를 인가했을 때,
HPF를 통관한 출력파형()
입력에 10kHz를 인가했을 때,
HPF를 통관한 출력파형()
이론값의 차단주파수 2.023kHz를 인가했을 때,
HPF를 통과한 오실로스코프에서의 출력파형
실제 이득을 기준으로한 차단주파수를 측정,
HPF를 통과한 오실로스코프에서의 출력파형
< Low-Pass Filter(MFB Architecture) 설계 과정 >
각 장비간 접지 분리
인가
Low-Pass Filter 구현 사진(1)
()
Low-Pass Filter 구현 사진(2)
()
(, Gain : -1)
입력에 1kHz를 인가했을 때,
LPF를 통관한 출력파형()
입력에 10kHz를 인가했을 때,
LPF를 통관한 출력파형()
입력에 100kHz를 인가했을 때,
LPF를 통관한 출력파형()
이론값의 차단주파수 20.429kHz를 인가했을 때,
LPF를 통과한 오실로스코프에서의 출력파형
실제 이득을 기준으로한 차단주파수를 측정,
LPF를 통과한 오실로스코프에서의 출력파형
< BPF-Pass Filter(가산기+HPF+LPF)설계 과정 >
각 장비간 접지 분리
인가
가산기, High-Pass Filter 그리고 Low-Pass Filter를 연결하여
Band-Pass Filter를 구현한 사진(1)
가산기, High-Pass Filter 그리고 Low-Pass Filter를 연결하여
Band-Pass Filter를 구현한 사진(2)
(Bandwidth : , Gain : 2)
1. 입력에 를 인가해서,
BPF를 통과시킨 후, 오실로스코프에 출력된 파형
2. 입력에 를 인가해서,
BPF를 통과시킨 후, 오실로스코프에 출력된 파형
1. 대역통과필터의 대역폭이 이므로, 주파수가 1kHz인 입력은 통과시킬 수 없으므로, 출력에는 10kHz의 주파수의 입력만이 이득에 비례해서 출력되었다.
2. 두 개의 입력이 모두 대역폭내에 있는 주파수 이므로, 두 입력 모두 대역통과필터를 통과해서, 입력이 합쳐진 파형이 오실로스코프에 출력되었다.
3. 두 개의 입력 모두 대역통과필터의 대역폭 내에 없는 주파수여서, 모두 통과하지 못했다. 이론적으로는 출력파형이 0에 가까워야하는데, 실험과정상 60Hz의 전원을 사용하므로, 불규칙한 파형이 출력되었다.
3. 입력에 를 인가해서,
BPF를 통과시킨 후, 오실로스코프에 출력된 파형
7. 구현한 회로 이득과 차단주파수 계산
< 고역통과필터 > < 저역통과필터 >
8. 실험값과 이론값 비교 결과표
이론값
실험값
오차범위
가산기 전압이득
-1
0.92
8 %
저역통과 전압이득
-1
-1.03
3 %
고역통과 전압이득
2
2.04
2 %
저역통과 차단 주파수
20.429 KHz
23 KHz
12.5 %
고역통과 차단 주파수
2.023 KHz
2.5 KHz
23 %
대역통과 이득
2
1.755
13 %
※ 오차범위 = ( 1 - 으로 계산 !!
9. LPF와 HPF의 주파수 응답
HPF(Sallen-Key Circuit)의 회로도
LPF(MFB Architecture)의 회로도
10. 결과 검토 및 고찰
위 설계는 Band Pass Filter를 만들기 위한 것으로 한학기 동안 배웠던 접지개념과 계측기사용하는 방법과 연산증폭기의 기본 동작원리를 응용하여 설계했습니다.
설계과정은 우선 가산기를 만들어서 2개의 주파수가 다른 입력 을 합친 파형이 전압이 각각 더해져서 나오는지 확인했습니다. ( 저희 실험에서는 각각 1Vpp를 가해주어 1.84Vp-p의 출력을 확인 할 수 있었습니다. )
그 다음, 고역통과필터를 거쳐서 저주파 대역의 입력신호를 걸러내도록 설계하였습니다.
마지막으로 저역통과필터를 거쳐서 고주파성분을 걸러내어 원하는 대역의 입력을 뽑아 내도록 하였습니다.
여기서 주의 할 것은 설계시 고역통과필터의 차단주파수가 저역통과필터의 차단주파수보다 작게 설계해야 Band Pass Filter를 구현할 수 있다는 것입니다.
실험시 오차가 생긴 이유를 생각해보면, 이론적인 이득값의 3dB 떨어진 값을 가지는 주파수를 측정하려고 했기 때문입니다. 또한 실제로 1Vpp를 인가한다고 해서, 실제로 1Vpp가 인가되는 것이 아니고 연산증폭기가 이론값의 이득을 증폭시키는 것도 아니기 때문입니다. OPamp의 공정상 오차와 수동소자들 사이의 오차가 더 큰 오차를 만들어냈다고 생각합니다.
실험시 어려웠던 점은 가산기는 학기중에 배웠던 실험과 유사하게 바로 결과값을 도출할 수 있었지만, 고역통과필터와 저역통과필터는 소자값이 변함에 따라 이득변화가 매우 심해서 차단주파수에서 -3dB 떨어지는 정도의 결과값을 도출해내기 어려웠다는 점입니다. 하지만 반복실험과 여러번의 테스트결과 이론과 유사한 결과값을 도출해 낼 수 있었습니다.
이번 설계를 하면서 처음에 어떤 것을 설계할까 많이 고민했었는데, 1학기 동안 배웠던 이론들과 실제로 실험했던 내용을 조합해보고 조교님의 조언을 얻은 결과 Band Pass Filter를 설계하기로 결정하였고, 설계과정에 있어서 팀원간의 분담이 매우 중요하며 실제 이론과 매치시켜서 회로를 구현해내기가 얼마나 어려운 것인지 다시한번 느끼게되었습니다.

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