설계 레포트(테브닌 회로)

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본문내용

전압과 전류를 계산하면 된다.
위의 두 식으로 load저항에 걸리는 전압과 전류를 구할 수 있다.
④ load 저항에 걸리는 전압과 전류 측정(실험)
load저항이 1kΩ
(19.7mV)
load저항이 2kΩ
(34.4mV)
load저항이 3kΩ
(45.6mV)
load저항이 4kΩ
(54.8mV)
load저항이 5kΩ
(62.4mV)
load저항이 6kΩ
(68.6mV)
실험을 통해서 각각의 load저항에 걸리는 전압을 알아볼 수 있었다. 이를 통해서 전류값 또한 계산 할 수 있다.
(※표) 동가회로에서 load저항에 걸리는 전압과 전류(실험 값)
저항(kΩ)
load저항에 걸리는 전압 (V)
load저항에 걸리는 (A)
1
0.0197
0.0207
2
0.0344
0.0182
3
0.0456
0.0162
4
0.0548
0.0146
5
0.0624
0.0133
6
0.0686
0.0122
⑤ PSPICE 를 이용한 load 저항에 걸리는 전압과 전류 (PSPICE)
가. 기본 회로도 구성( ex. load 저항에 1kΩ 일 때의 회로도)
전
압
전
류
나. load 저항에 걸리는 전압
load저항이 1kΩ
(21.16mV)
load저항이 2kΩ
(37.04mV)
load저항이 3kΩ
(49.38mV)
load저항이 4kΩ
(59.26mV)
load저항이 5kΩ
(67.34mV)
load저항이 6kΩ
(74,07mV)
다. laod 저항에 걸리는 전류
load저항이 1kΩ
(21.16uA)
load저항이 2kΩ
(18.52uA)
load저항이 3kΩ
(16.46uA)
load저항이 4kΩ
(14.82uA)
load저항이 5kΩ
(13.4u7A)
load저항이 6kΩ
(12.35uA)
⑥ 실험 값과 이론치, PSPICE 로 얻은 값들 간에 차이
저항(kΩ)
실험과 이론값의 전압의 오차(%)
실험과 이론값의 전류의 오차(%)
1
7
1
2
8
1
3
8
1
4
8
1
5
8
1
6
8
1
실험값과 이론값을 비교해본 결과 전압값은 8%, 이론값은 1% 정도 오차가 남을 알 수 있었다. 오차가 나는 요인은 몇 가지를 들 수 있다.
1) 저항의 실제값과 공칭값이 정확히 일치하지 않는다.
1kΩ의 실제값
0.995kΩ
(오차 : 0.5%)
3kΩ의 실제값
2.996kΩ
(오차 : 0.13%)
2) 전원 공급 장치(power supply)의 단위가 mV(V)까지 정확하게 공급할 수 없다.
3) 디지털멀티테스터기(DDM)에 연결하여 측정할 때, DDM을 통해 약간의 측정오차가 발생 한다.( ex. DDM은 전압 측정 시 10MΩ 이상의 저항을 갖고 있다. 따라서 순수한 측정값보다 는 약간의 오차가 발생한다.)
4) 도선과 빵판(bread board)의 자체 임피던스 영향이 실험값이 오차를 발생시킨다.
4) 고찰 및 정리
임의의 회로를 테브닌 등가회로로 표현하고 실험을 통해 테브닌 정리의 의미를 살폈다. 실험에 앞서 ‘테브닌 정리’에 대한 정확한 의미파악이 중요하다. 테브닌 정리는 회로에서 복잡하며 관심없는 부분을 아주 간단한 등가회로로 대체하는데에 주로 사용된다. 테브닌 정리와 노튼의 정리를 사용할 경우 회로가 매우 간단해지기 때문에 원래의 회로가 부하에 공급하는 전류, 전압 및 전력을 빠르게 계산할 수 있다. 또한 이 부하 저항에서 가장 적합한 저항 값을 선택하는데도 도움이 된다. 즉, 테브닌의 정리의 최대 장점은 복잡한 회로의 ‘단순화’이다.
실험을 통해 테브닌 등가회로를 활용함으로써 load에 걸리는 전압, 전류, 전력 등을 손쉽게 구할 수 있었다. 복잡한 회로라서 쉽지 않을 듯한 회로였지만, 등가저항과 등가전압만 구하면 회로를 재구성 함으로써 단순화 시킬 수 있었다.
실험에서 이론값과 실험값이 각각 1%, 8%정도 오차가 발생하는 것을 확인했다. 이번 실험의 경우 여러 가지 오차의 요인들을 생각할 수 있었다.
첫째, 저항의 실제 값과 공칭 값의 차이 때문이다. 우리가 알고 있는 공칭 값의 경우 1kΩ, 3kΩ 등으로 정확히 떨어진다. 하지만 실제 값은 그 와는 다른 오차를 나타낸다. 저항의 오차는 띠의 색을 통해서 금색(5%), 은색(10%), 무색(20%)에 따라서 각각 실제 값과 공칭 값의 오차의 범위를 나타낸다.
둘째, 전원 공급 장치(power supply)의 단위가 제한되어 있기 때문이다. 우리가 쓰는 전원 공급 장치의 경우 mV단위는 표시할 수 없다. 즉, 이번 실험과 같이 미세한 값(21.16mV)을 측정해야 하는 경우에는 오차가 발생할 수 있다. 테스터기를 통해서 전원 공급 장치의 전압공급을 비교적 정밀하게 맞춰줄 수는 있지만, 우리가 원하는 정확한 값을 공급해주는 것은 어렵기 때문이다.
셋째, 디지털멀티테스터기(DDM)에 연결하여 측정 시, 약간의 측정오차가 발생하기 때문이다. DDM내부에는 매우 큰 저항(10MΩ이상)이 존재한다. 따라서 전압을 측정하기 위해 DDM을 사용할 때, 내부저항에 의해서 약간의 오차가 발생할 수 있다.
넷째, 도선과 빵판의 자체 임피던스 영향 때문이다. 도선과 빵판의 자체 임피던스로 인해서 이것은 각각의 실험에 다른 영향을 미치게 되는데 이로 인해 실험값과 이론값의 오차를 가져온다. 이러한 각각의 요인들이 이번 실험에 오차를 가져오는 원인이 되었다. 또한, 이번 실험은 이론값과 실험뿐만 아니라 PSPICE를 통해 설계하는 작업도 병행하였다.
PSPICE란 간단한 회로도를 작성하고 시뮬레이션 작업을 통해서 그 회로도를 분석하고 파악 할 수 있는 프로그램이다. 처음 사용하는 프로그램이라 어려운 점도 많았지만, 아직은 단순한 회로만 설계하는 작업 이였기에 쉽게 회로도를 작성할 수 있었다. PSPICE 작업 중에 한 가지 곤란한 점이 발생하기도 하였다. 특정 컴퓨터에서는 시뮬레이션 작동 시 계속 ‘꺼짐 현상’ 이 발생하였다. 정확한 원인은 알 수 없었지만, 이로 인해서 컴퓨터를 여러군데 옮겨다니는 수고를 하기도 하였다.
이번 실험은 테브닌 등가회로를 사용하여 ‘경제적’으로 전압, 전류, 전력 등을 손쉽게 구할 수 있었고, PSPICE의 활용을 통하여 설계, 보수하고 시뮬레이션 함으로써 이론값과 실제 값을 비교할 수 있었다.

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테브닌회로,   설계,   광운대