저역통과필터(lpf)

소개글

저역통과필터(lpf)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 과 제
2. 이 론
3. 회로도 및 분석
4. 실험 결과 및 분석
5. 토의 / 고찰 및 문제점
참고도서:

본문내용

이러한 디지털 신호의
장점 때문이다.
예를 들어 음악의 경우, 처음 녹음장치의 아날로그부분에 같이 들어온다. 이러한 잡음의
원인은 여러 가지 있는데, 아날로그의 경우, 모든 전달 장치도 역시 크던, 적던 잡음을
가지고 있다. 그러므로 전달과정에서 잡음이 계속 늘어날 수밖에 없다. 디지털의 경우,
일단 디지털 신호가 되면, 어떠한 전달 장치도 신호자체를 망가뜨리지는 않게 되므로,
더 이상의 잡음이 더해지지 않는다. 반면, 앞에서 말한 아날로그 신호의 장점인 정밀도를
디지털에서 높이자면 회로나 신호의 양, 기술적문제가 높아지고 또한 디지털 신호로
만드는 과정에서 생기는 정밀성의 한계에서 오는 오차 , 즉 \'양자화 오차\'는 어쩔 수
없는 디지털 신호의 한계이다. 비트수를 아무리 높여도, 항상 LSB 1개는 오차로서
존재한다.
단지 분야에 따라서, 오차의 범위를 정해서 쓸 수밖에 없는 것이다. 그렇다고 오차가
\'많다\'라고 표현하는 것은 그렇게 옳은 것은 아니다. 왜냐하면 실용적인 범위에서
조절해서 쓰는 것이 가능하기 때문이다.
2) 아날로그신호에서 디지털신호로 바꿀 때 값의 차이 극복법
어떤 아날로그 신호, 사람의 목소리를 보면 주파수가 낮은 소리 주파수가 높은 소리가
막 섞여 있을 것이다. 그리고 마이크를 통해서 이 소리가 전기신호로 변환 되서 들어
온다.
아날로그 녹음기면 그냥 들어오는 그대로 테이프에 녹음 하면 되겠지만 디지털로
녹음 하려면 이것을 1010 과 같은 이진수로 바꿔야 한다. 따라서 지속적으로 들어
오는 신호 중에 어느 한 순간의 신호를 뽑아내야 한다. 이때 뽑아내는 주기를 빨리
하면 그만큼 원래의 신호에 가깝게 뽑아 낼 수 있다. 이렇게 어느 한순간의 아날로
그 신호를 뽑아내는 것을 “샘플링한다“고 한다.
샘플링 주파수가 높을수록 좀 더 원본 신호에 가깝게 뽑아 낼 수 있습니다만 이를
디지털로 변화하면 그만큼 데이터 량이 많이 늘어난다.
따라서 최대한 원본 아날로그 신호를 나중에 디지털 신호로부터 손실 없이 복구해
낼 수 있도록 하면서도 데이터 량이 적게끔 샘플링을 해야 하는데. 이론상 신호 주파수가
최대인 것의 두 배의 주파수로 샘플링하면 정확하게 원래의 신호를 복원할 수 있다.
원래의 신호에서 나올 수 있는 최고의 주파수를 미리 다 계산해 놨기 때문에 용도에
따라 어느 신호를 디지털로 변환 할 것이냐에 따라 샘플링 주파수를 달리 해주는
것이다.
예를 들어 우리가 들을 수 있는 가청 주파수가 대략 20에서 20kHz 이므로 이론상
40kHz 의 샘플링 주파수로 디지털화 하면 원래의 오디오신호를 복원할 수 있다만,
기술의 실제적인 한계로, 좀 더 여유있게 샘플링을 해서 보통 시디에서는 44.1kHz로
좀 더 나은 샘플링으로는 48kHz를 사용하는 것이다.
5. 토의 / 고찰 및 문제점
이번 Term Project는 저역 통과필터에서의 아날로그 신호와 샘플링 신호사이의 출력을 비교하는 것이었다. 2학년 1학기때 RC 저역 통과 필터를 해보아 쉽게 할 수 있을 것이라 생각했지만 막상 프로젝트를 해보니 어려움이 한 두가지가 아니었다. 아날로그 신호와 샘플링 신호사이의 출력차이를 알아내는 것이 목적이었지만 우리는 LPF을 직접 설계하여 거기에 들어가는 고주파, 저주파 신호를 알아내려고 하였고 또한 RC=1을 입력하는 것이었지만 처음 계획당시는 주파수를 고정시키고 RC값을 입력하여 진행하는 등 프로젝트가 의도하는 방향과 완전히 엇나가게 하였다. 그래서 잘못된 방향으로의 실험을 하고 나서 전면 계획을 수정하고 다시 프로젝트를 진행하였다. 두 번째, 아날로그 신호와 샘플링 신호사이의 실질적인 오차 값을 비교할 수가 없었다. 그래서 이러한 차이를 표시하기 위해 단순한 값 표시보다는 그림으로 표시하고자 하였다. 하지만 이러한 그래프를 그리는 것 또한 쉽지 않았다. 그래서 우리는 MatLab을 사용하여 값을 입력하고 이것에 대한 그래프를 뽑아서 보고서에 삽입하였다. 대학교 2학년 교육과정에서 MatLab에 관한 수업은 없어서 상당히 힘들었지만 이와 관련된 서적과 인터넷을 참고로 하여 MatLab을 사용을 할 수 있게 되었다. 세 번째, 이론적 내용과 설계 당시의 내용 차이다. 우리는 처음 회로를 설계할 당시 Pspice를 통해 회로를 꾸미고 이것의 그래프화 된 출력 결과를 토대로 예상 값을 작성하였다. 하지만 이론적인 회로에서 사용한 TL072 OPAMP 증폭기가 신호의 왜곡을 발생시켜 실제 실험을 할 때는 우리가 예상한 결과 값이 나오지 않았다. 그래서 회로를 간단한 능동형으로 바꾸어 다시 진행을 하였다. OPAMP 증폭기를 이용했을 때 원하는 결과 값이 나오지 않은 이유를 알아보기 위해 교과 서적부터 도서관에 있는 서적과 인터넷까지 찾아보았고 이유를 알 수 있었다. 그 이유는 OPAMP를 이용할 때 OPAMP 자체의 주파수 대역을 고려하고 설계를 했었어야 했던 것이다. 그리하여 OPAMP를 가지고한 회로에서는 우리가 원하던 값을 얻지 못했던 것이다.
이번에 이 프로젝트를 하게 되면서 우리가 알게 된 사실은 신호의 복원이다. 샘플링을 통해 디지털 신호든지 아날로그 신호를 우리가 들을 수 있는 아날로그 신호로 복원하는 것이 그 목적이다. 사실 이 프로젝트를 맡기 전까지는 이러한 개념들을 알고는 있었지만 실생활에 어떻게 적용되고 이용되는지에 대한 생각이 없었다. 하지만 이번 프로젝트를 통해 이와 관련된 내용들을 조사하고 공부하면서 우리가 일상생활에서 듣는 라디오, TV 등 가전제품들이 어떻게 이용되는지 알게 되었다. 그리고 이러한 경험들이 다음 학년으로의 교과과정에서도 상당한 도움이 될 것이라고 생각이 된다.
참고도서:
1.신호 및 시스템
Phillips, Charles L. | 아이티씨 | 2005
2. (IT기술자를 위한) 회로이론
이대식 | 홍릉과학 | 2009
3. (PSpice를 이용한) 회로 시뮬레이션 : OrCAD PSpice 사용
조준익 | 기한재 | 2006
4. MATLAB 기반) 디지털 신호와 시스템 실험
나상신 | 브레인코리아 | 2006
5. (OP-AMP 실험) 디지털공학실험
이정일 | 동일 | 2009

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