2차 지연요소

소개글

2차 지연요소에 대한 보고서 자료입니다.

목차

실험목적
기본이론
실험회로
사용기기 및 재료
실험순서 및 결과

본문내용

50Hz 구형파(스텝응답)를 인가하였을 경우 과 를 관측하시오. PSpice에 의한 시뮬레이션 결과와 비교하시오.
DSO
DSO
PSpice
콘덴서 =0.1㎌로 했을 경우 과 를 관측하시오. PSpice에 의한 시뮬레이션 결과와 비교하시오.
DSO
DSO
PSpice
콘덴서 =0.047㎌, 콘덴서 =0.1㎌로 했을 경우 과 를 관측하시오. PSpice에 의한 시뮬레이션 결과와 비교하시오.
DSO
DSO
PSpice
5.4실험 에는 의 값은 변화 하지 않고 의 값을 상승시켰다. 실험 5.3과 비교하였을 때 콘덴서 값을 교환했다 하더라도 전달함수는 변함이 없으므로 똑같은 출력이 나왔고,
는 1차 지연요소의 전압이므로 이 변화 하지 않은 것은 다시 시정수가 작아져, 응답이 빨라짐을 확인할 수 있게 되었다. 위의 실험을 통해 C1,C2의 값을 증가시키면 시정수가 늘어나서, 응답이 느려짐을 확인하게 되었다.
의 조건으로 다음 표를 완성하시오.
f [Hz]
w
[rad/s]
Vpp
[v]
20log
│G(jw)│
delay time
∠G(jw)
0.8
5
측정불가
1.2
8
1.6
10
1
0.00
0
0.00
4.8
30
1
0.00
0
0.00
8
50
1
0.00
0.001
-2.88
12
80
1
0.00
0.001
-4.32
16
100
1
0.00
0.0008
-4.61
48
300
1
0.00
0.0006
-10.37
79
500
1
0.00
0.0006
-17.06
120
800
0.96
-0.35
0.0006
-25.92
159
1000
0.92
-0.72
0.0006
-34.34
480
3000
0.62
-4.15
0.00048
-82.94
796
5000
0.48
-6.38
0.00037
-106.03
1200
8000
0.34
-9.37
0.00029
-125.28
1591
10000
0.28
-11.06
0.000244
-139.75
4800
30000
0.14
-17.08
0.000094
-162.43
7958
50000
0.12
-18.42
0.000061
-174.76
12000
80000
0.1
-20.00
0.000041
-177.12
15910
100000
측정불가
표 4 오실로스코프측정 C1=0.0.022uF, C2 = 0.047uF
5.5의 표를 사용하여 보드선도를 작성하시오. Pspice에 의한 시뮬레이션 결과와 비교하시오. 단, 이다.
실험값
전달함수
PSpice
표 5 AC sweep, 전달함수, 실험값 에의한 보드선도
실험값, 전달함수, AC sweep 등 다양한 방법을 통해 보드선도를 그려볼 수 있었다. 이론값인 전달함수와 ac sweep을 이용하여 내가 생각하는 이론과 맞아 떨어짐을 확인할 수 있었다 ac sweep은 x축이 각주파수가 아닌 주파수인 점만 유의하면 될 것이다. 실험값은 조금씩 어긋난 경우가 있었으나 대체로 비슷한 양상을 보였다. 이득은 0dB부터 점점 떨어지기 시작했고, 위상은 0에서 180도로 수렴을 하였다.
1차 지연 후 출력은 20dB/decade, -45°/decade 이고, 2차 지연 후 출력은 40dB/decade, -90°/decade 인 것을 알 수 있다.
입력전압 를 정현파전압 1로 인가하고 주파수를 변화시켜 입력에 대하여 출력전압의 크기 및 위상각을 측정하여 다음 표를 작성하시오. 각주파수 를 측정하여 기록한 후 5.7에서 작성한 Bode선도와 비교하시오. Pspice에 의한 시뮬레이션 결과와 비교하시오.
Φ
45˚
90˚
135˚
175˚
0.774
0.424
0.136
0.037
[dB]
-2.23
-7.45
-17.33
-28.63
225
577
1530
8000
1413.71
3625.39
9613.27
50265.48
Φ
45˚
90˚
135˚
175˚
0.839
0.46069
0.117
0.0034
[dB]
-1.523
-6.732
-18.64
-49.37
193
500
1395
7900
1212.65
3141.59
8765.04
49637.16
DSO에서는 함수발생기의 주파수를 변화시키면서 지연시간을 측정하여 각각위상에 대한 출력전압의 크기를 측정하여 위와 같이 정리하였고 PSpice 또한 주파수를 변화시켜서 지연시간을 cursor를 이용해 계산하여 그때의 출력전압 크기를 측정하여 위와 같이 정리했다. 135˚까지는 값들이 거의 비슷했지만 175˚에서는 차이가 났다. (DSO에서는 매우 작은 값을 측정하는데 한계가 있기 때문이다.) 위상이 커지면 커질수록 주파수가 커졌고, 전압이득은 낮아졌다.
이상의 실험과 시뮬레이션을 통하여 2차 지연요소에 대한 결론을 적으시오.
1차 지연요소를 전향경로에 직접연결을 시켜서 2차 지연요소를 구성하여 실험을 한 결과, 2차 지연요소는 1차 지연요소에 비해 응답이 느리고 주파수 변화에 따른 이득과 위상변화가 큼을 실험과 이론을 통해 알 수 있었다. 구형파를 인가하여 (1차 지연요소)와 (2차 지연요소)의 시간응답을 5.2~5.4실험으로 알 수 있었다. 다른 크기의 커패시터를 C1, C2 위치에서 서로 바꾸어 실험한 결과 2차 지연요소의 값은 변화가 없음을 확인하였는데 이는 2차 지연 출력 시정수에는 커패시터 변화가 무의미한 것을 알 수 있었다.
보드선도에서는 세 개의 곡선으로 비교를 했다. 곡선의 모양은 거의 비슷했지만 PSpice는 f[Hz] 단위이고 실험 보드선도에서는 오실로스코프로 측정할 수 있는 최소전압이 제한이 되어서 이론보다는 크게 나왔고 저주파수에서는 이득변화가 크지 않기 때문에 1decade 당 40dB로 떨어지는 것을 볼 수 없었지만 전달함수를 이용한 MATLAB 보드선도에서는 분모에 s함수가 2차계가 되기 때문에 1decade 당 40dB로 떨어지는 것을 볼 수 있었고 위상도 0˚~-180˚의 범위에 있었다. 위상을 45˚, 90˚, 135˚, 175˚에 대해서 각각 주파수와 출력전압을 크기를 DSO와 PSpice에서 측정해본 결과 저주파수 즉, 저 위상각에서는 값들이 거의 비슷했지만 175˚(고주파수)에서는 실험오차가 있었다. 위에서 언급한 바와 같이 DSO의 낮은 값에서 출력전압 측정한계 때문이다.

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