커패시터의 충전 및 방전, R-L, R-C 결과보고서

목차

1. 실험 제목
2. 실험 목적
3. 실험 준비물
4. 실험 결과
5. 고찰 및 토론

본문내용

실험 4. 결과보고서
1. 실험 제목
-커패시터의 충전 및 방전
- R-L, R-C 직병렬 회로
2. 실험 목적
- 커패시터의 충전 및 방전 과정을 이해한다.
- RC 시상수의 개념을 이해하고, 구하는 방법을 숙지한다.
- 저항과 인덕턴스, 저항과 커패시턴스를 직렬 또는 병렬로 연결할 경우 각 회로의 전기적 특성을 실험을 통하여 학습한다.
3. 실험 준비물
- 전원공급기
- 오실로스코프
- 함수발생기
- 브레드보드
- 커패시터 (2.2nF, 47uF,)
- 저항 (200kΩ, 2kΩ,5kΩ)
- 가변직류전원
4. 실험 결과
◆ 실험1. 커패시터의 방전
① PSpice 시뮬레이션
<커패시터의 방전회로도>
<방전 그래프>
<방전시 전압값>
<방전시 시간값>
② 실험결과
계 산 값
측 정 값
오 차
최고전압(V)
시상수(sec)
③ 결과 분석 및 고찰
이론상 시상수 값을 계산하면 이다. 최고 전압이 5.04V일 때 시상수 0.44s에서의 전압값은 1.84V로 측정되었다. 또한 최고 전압으로부터 63%만큼 방전되었을 때의 전압값은 1.84V로 시상수 0.44s에서의 전압값과 같음을 알 수 있었다. 전원공급기로부터 5V의 전압이 걸리도록 설정하였으나 저항과 커패시터, 전원공급기에 의한 오차로 인해 실제로 5.04V만큼 공급되었다.
◆ 실험2. 커패시터의 충전 및 방전
① PSpice 시뮬레이션
<커패시터의 충전 및 방전회로도>

<방전 그래프>
<방전시 전압값>
<방전시 시간값>
② 실험결과
계 산 값
측 정 값
오 차
시상수에서의 전압(V)
시상수(sec)
③ 결과 분석 및 고찰
이론상의 시상수를 계산하면 이고, PSpice 시뮬레이션에서 94ms일 때의 전압값은 로 측정되었다. 시상수일 때 최고전압의 63%가 방전되므로 그 때의 전압값을 계산하면 이며, 실제 실험에서도 시상수 일 때의 전압값이 로 계산한 값과 같게 측정되었다.
5. 고찰 및 토론
이번 실험은 시상수 값을 이용하여 커패시터에서의 충전과 방전을 알아보는 실험이었다. 실험 1은 직류전원을 공급하였을 때 커패시터에서의 방전 과정을 알아보는 실험이었고, 실험 2는 함수발생기로 pulse파를 설정하여 전원을 공급하였을 때 커패시터의 충전 및 방전 과정을 알아보는 실험이었다. RC회로에서 시상수 의 값은 이고, 이 때 최고 전압의 63%만큼 방전됨을 이용하여 실험을 수행하였다. 실험2에서 예비실험은 주파수를 20KHz로 설정하여 PSpice 시뮬레이션 하였으나 실제 실험에서는 5Hz로 설정하여 실험하였다. 예비실험과 실제실험의 주파수 값을 다르게 설정한 이유는 주파수가 낮을 경우 PSpice에서 커패시터에서의 충전 및 방전을 확인하기 어렵고, 주파수가 높을 경우에는 실제 실험을 할 수 없기 때문이다.
◆ 실험3. C-R 회로
① PSpice 시뮬레이션
< 그림 13 - 1 >
< 입력 파형 >
② 실험결과
입력 전압
출력 전압(계산값)
출력 전압(실험값)
③ 결과 분석 및 고찰
<계산값>
ⓐ일 때
총 임피던스 값 Z
총 전류 I
저항 R에서의 전압
따라서 출력 전압 은 입력 전압 보다 만큼 위상이 앞서고 값은 이다.
ⓑ일 때
총 임피던스 값 Z
총 전류 I
저항 R에서의 전압
따라서 출력 전압 은 입력 전압 보다 만큼 위상이 앞서고 값은 이다.
ⓒ일 때
총 임피던스 값 Z
총 전류 I
저항 R에서의 전압
따라서 출력 전압 은 입력 전압 보다 만큼 위상이 앞서고 값은 이다.
ⓓ일 때
총 임피던스 값 Z
총 전류 I
저항 R에서의 전압
따라서 출력 전압 은 입력 전압 보다 만큼 위상이 앞서고 값은 이다.
-의 저항을 사용하여야 하나 저항 자체의 오차로 인해 의 저항을 이용하였다. 또한 주파수를 정확한 값으로 맞추기 어렵고 전원 공급 장치의 저항 등으로 인해 약간의 오차를 보였다.
◆ 실험4. R-C 회로
① PSpice 시뮬레이션
< 그림 13 - 2 >
< 입력 파형 >
② 실험결과
입력 전압
출력 전압(계산값)
출력 전압(실험값)
③ 결과 분석 및 고찰
<계산값>
ⓐ일 때
총 임피던스 값 Z
총 전류 I
커패시터에서의 전압
따라서 출력 전압 은 입력 전압 보다 만큼 위상이 뒤지고 값은 이다.
ⓑ일 때
총 임피던스 값 Z
총 전류 I
커패시터에서의 전압
따라서 출력 전압 은 입력 전압 보다 만큼 위상이 뒤지고 값은 이다.
ⓒ일 때
총 임피던스 값 Z
총 전류 I
커패시터에서의 전압
따라서 출력 전압 은 입력 전압 보다 만큼 위상이 뒤지고 값은 이다.
ⓓ일 때
총 임피던스 값 Z
총 전류 I
커패시터에서의 전압
따라서 출력 전압 은 입력 전압 보다 만큼 위상이 뒤지고 값은 이다.
5. 고찰 및 토론
이번 실험에서는 C-R회로와 R-C회로를 직접 구성하고 각 회로 간의 특성과 차이에 대해 알아보았다.
실험 1의 C-R회로에서는 출력 전압이 저항 R에 걸리는 전압 이다. 주파수 f가 커질수록 용량 리액턴스 의 값은 작아진다. 저항 R과 커패시터 C는 직렬연결이므로 전압분배의 법칙을 이용하면 주파수가 커질수록 커패시터 C에 걸리는 전압 의 값이 작아지므로 따라서 저항 R에 걸리는 전압이 더 높아짐을 알 수 있다. 이는 마치 고주파를 통과시키고 저주파를 차단하는 것처럼 역할을 하므로 고주파 통과 필터로 사용할 수 있다.
실험2의 R-C회로에서는 출력 전압이 커패시터 C에 걸리는 전압 이다. 주파수 f가 커질수록 용량 리액턴스 의 값은 작아진다. 저항 R과 커패시터 C는 직렬연결이므로 전압분배의 법칙을 이용할 수 있다. 출력 전압이 은 용량 리액턴스 의 값과 비례하므로 주파수가 커질수록 출력전압이 작아짐을 알 수 있다. 이는 마치 저주파를 통과시키고 고주파를 차단하는 것처럼 역할을 하므로 저주파 통과 필터로 사용 가능하다.

키워드

커패시터의 충전,   커패시터,   R-L,   R-C 직병렬,   회로커패시터방전