기초회로실험 04 - Capacitor 및 Inductor의 특성-과도 특성 (커패시터, 인덕터)

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목차

1. 관련이론
2. 실험결과
3. 결론 및 토의
4. 레퍼런스

본문내용

R
C
시정수(이론값)
시정수(측정값)
(a)
1 K
0.1
1 s
1.5 s
(b) 병렬
1 K
0.2
2 s
3 s
(c) 직렬
1 K
0.05
0.5 s
0.6 s
나. RL 회로의 시정수 측정
위의 식에서 는 위의 회로의 시정수(time constant)이며, 일 때 이다.
왼쪽 그림은 v(t)의 파형이다.
입력 신호로 구형파(square wave)를 입력하면 아래 그림과 같은 출력 파형을
관찰할 수 있으며, 이 출력 파형으로부터 시정수(τ)를 측정할 수 있다.
구형파
500 Hz
(주기는 2sec)
1 V
회로
R
L
시정수(이론값)
시정수(측정값)
(a)
1 K
100 mH
1 s
0.6 s
(b)
1 K
200 mH
2 s
1.5 s
(c)
1 K
50 mH
0.5 s
0.4 s
다. 커패시턴스 측정 <표 5.1>
커패시턴스 측정 회로
정현파(sine wave), 2V, 주파수는 1000Hz(주기 1msec)와 2000Hz
커패시터 전압 측정
저항 전압 측정
회로
주파수
C
Vc
VR
C=
(a)
1000 Hz
0.1
800 mV
460 mV
4.6A
1739
(a)
2000 Hz
0.1
560 mV
600 mV
A
933
(b)
1000 Hz
0.2
800 mV
630 mV
A
1269
(b)
2000 Hz
0.2
940 mV
380 mV
A
2473
(c)
1000 Hz
0.05
920 mV
280 mV
A
3285
(c)
2000 Hz
0.05
720 mV
400 mV
A
1800
라. 인덕턴스 측정 <표 5.2>
인덕턴스 측정 회로
정현파(sine wave), 2V, 주파수는 1000Hz(주기 1msec)와 2000Hz
회로
주파수
L
VR
VL
L=
(a)
1000 Hz
0.1 H
0.82 V
0.82 mA
0.56 V
0.68 kΩ
0.108 H
(a)
2000 Hz
0.1 H
0.60 V
0.60 mA
0.79 V
1.32 kΩ
0.105 H
(b)
1000 Hz
0.2 H
0.67 V
0.67 mA
0.78 V
1.16 kΩ
0.185 H
(b)
2000 Hz
0.2 H
0.37 V
0.37 mA
0.94 V
2.54 kΩ
0.202 H
(c)
1000 Hz
0.05 H
0.97 V
0.97 mA
0.30 V
0.31 kΩ
0.049 H
(c)
2000 Hz
0.05 H
0.86 V
0.86 mA
0.56 V
0.65 kΩ
0.052 H
마. 위상 차 측정
RC 회로 위상 차 측정
RL 회로 위상 차 측정
인덕터에서는 전류가 전압보다 90도 위상 뒤쳐졌고(lagging),
커패시터에서는 전류가 전압보다 90도 위상 앞섰다(leading).
3. 결론 및 토의
- 실험 가. 나.
구형파 함수를 발생시키고 RC와 RL 회로의 시정수를 측정하는 실험이였다. 커패시터와 인덕터를 직렬과 병렬로 연결해서 실험해본 결과 커패시터는 직렬일때는 저항의 병렬처럼, 병렬일 때는 저항의 직렬처럼 작용하고, 인덕터는 저항의 직병렬 연결과 같게 작용한다는 사실을 확인하였다.
인덕터와 커패시터는 처음에 회로를 전압원에 연결하자마자 전류가 급하게 흐르는 것에 제동을 걸어 준다는 것을 그래프 모양을 통하여 알 수 있었다.
오실로스코프를 사용하여 시정수를 측정할 때 화면 아래쪽에 시정수 값이 나온다. 이 값은 오실로스코프 화면에서 큰 네모 한칸의 시정수를 의미하는데 이 큰 네모가 가로 5칸으로 나뉘어져 있다. 따라서 100s 라고 나온다면 작은 네모 1칸은 100/5=20s인 것이다. 그리고 세로에서 63% 구간에 해당하는 값까지의 가로길이가 시정수였다.
시정수가 이론값과 약간 차이가 났는데 이는 오실로스코프로 측정할 때 정확히 63%되는 구간을 눈으로 판단하여 측정하기가 쉽지 않았기 때문인 것 같다.
RL회로의 시정수 측정실험에서 처음에 값이 이상하게 나왔었는데 저항에서 전압을 측정해야하는데 인덕터에서 전압을 측정했기 때문이였다.
또 계속 값이 이상하게 나왔었는데 측정봉의 빨간색이 플러스, 검은색이 마이너스인데 반대로로 측정하고 있었다.
오실로스코프의 두 채널을 사용하여 한번에 파형을 측정할때는, 오실로스코프가 그라운드를 공유하므로 연결하는데 주의가 필요했다.
- 실험 다. 라. 마.
회로에 정현파 전압을 발생시키고 커패시턴스와 인덕턴스를 측정하는 실험이였다. 커패시터에서 직렬일 때는 저항의 병렬처럼, 병렬일 때는 저항의 직렬처럼 작용하고, 인덕터에서는 저항의 직,병렬 연결과 같게 작용한다는 사실을 확인하였다.
용량형 리액턴스 Xc에 주파수를 곱하여 역수를 취해준 값은 커패시턴스이고, 유도형 리액턴스 XL에 주파수를 나눈 값은 인덕턴스임을 실험을 통해 확인하였다. 이렇게 구한 각각의 C와 L은 실제 C나 L값과 약간의 오차가 있었다. 이는 전압 VR을 측정할 때 발생한 것 같다. 전선의 미미한 저항과 커패시턴스나 인덕턴스가 실제로 정확히 딱 떨어지는 값이 아니라 약간의 오차를 가진 값이기 때문에 거기서 오차가 발생한 것 같다.
인덕턴스 측정 실험에서 처음에 측정값이 안나와서 인덕터를 교체하여 다시 실험을 하였더니 측정이 되었다. 인덕터 자체가 불량이여서 측정이 안되었던 것 같다.
바르게 회로를 구성하였으나 회로기판에서 전선을 끝까지 깊게 넣지 않아서 전류가 흐르지 않아서 값이 측정이 안되었던 적도 있었다. 항상 전선을 회로기판판 구멍에 깊숙하게 넣어야 회로가 제대로 작동되었다.
함수 발생기에서 2Vpp에 맞추어서 2V를 얻으려 했었는데 4V가 나왔었다. 2V를 얻기 위해서는 1Vpp에 맞추어야지만 양쪽으로 더해져서 2V의 함수가 발생되었다.
Vc구할 때 처음에 음의 값이 나와서 잘못 측정한 줄 알았는데, 생각해보니 그라운드를 공유하는 사실을 고려해서 연결을 하였기 때문에 음의 값이 나오는게 당연하고 부호는 반대로 해줘야 했다.
4. 레퍼런스
- Hallday 일반물리학 제 8판 / 범한서적주식회사 / Hallday / p.890 ～ 920
- Hallday 일반물리학 제 8판 / 범한서적주식회사 / Hallday / p.1024 ～ 1027
- 그림으로 쉽게 배우는 회로이론 / 저자 신윤기 / 도서출판 인터비젼 / p.144 ～ 150

키워드

기초회로실험,   커패시터,   인덕터,   capacitor ,   inductor