[기초공학실험] RC회로_RC필터와 정류회로(오실로스코프를 이용한 회로 및 계측실험)

소개글

[기초공학실험] RC회로_RC필터와 정류회로(오실로스코프를 이용한 회로 및 계측실험)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ.서론

1. 저항값 읽는법
2. 커패시터 읽는법
3. 브래드보드 용도 및 사용법
4. 함수발생기와 오실로스코프의 용도
5. 디지털 오실로스코프 사용법 (실험 방법)


Ⅱ.본론

1. RC회로 이론적 해석
2. CR회로 이론적 해석
3. RC회로 과도응답
4. CR회로 과도응답


Ⅲ.결론

1. 입력과 출력비, 위상의 이론값과 실험값 비교 (, 값 비교)
2. Matlab을 이용한 실험 wave 증명 및 결과값 해석(Low, High pass filter)
3. 이론적 Bode 선도를 통한 실험값 비교
4. 개인고찰

본문내용

을 다시 확인할 수 있다. 위상 차이 역시 매우 작은 주파수 일 때 () 차이를 나타내고 고주파 영역에서는 0이 됨을 알 수 있다.
4. 개인고찰
본 실험과정은 주어진 Bread board에 회로를 직접 구성하고, 함수발생기를 이용하여, 오시로스코프 화면상에 주파수에 따른 파형(사인파(sine wave), 사각파(square pulse)), 입력,출력 전압 차이에 따른 사용자가 원하는 신호가 얻기 위해 무슨 회로를 사용하는 것이 적합한지를
알아보는 실험이었다. 이론 설명 후 책으로만 접해왔던 RC회로와 CR회로를 직접 구성하여 화면상에 파형을 접하였다. 처음 오실로스코프를 사용해서 그런지 실험을 이해하는데 약간의
어려움을 겪었지만, 이론들을 숙지하고 우리가 실험한 결과값과 이론값을 비교해보며, 점점 실험의 내용을 이해하였다.
오실로스코프 화면에 입력 값과 실험값을 통해 RC회로의 값이 저주파에서 크고 고주파에서 작은 값을 가진다는 것을 알 수 있었다. 또한 CR회로는 RC회로와 반대로 고주파에 잘 반응한다는 사실도 알게 되었다. 이를 통해 RC회로는 저역필터의 특징을 가진다는 사실을 알게 되었고, CR회로는 고역필터의 특징을 가진다는 사실을 알게 되었다.
실험을 통해 진폭 비 , 가 이론값과 약간의 오차가 보였다. 이러한 오차의 원인은 여러 가지 원인이 있을 수 있지만, 우선 오실로스코프 자체의 저항으로 인한 약간의 오차로 기여할 커패시터의 저항 등을 무시하고 이론식을 유도했기 때문에 오차가 발생을 했을 거라 생각된다.
또 다른 오차발생원인으로 Bread board에 회로를 구성하는 과정에서 발생한 오차, 저항 및 캐패시터, 회로 등에서 자체적으로 생기는 오차가 발생하였다고 생각하였다.
본 실험을 통해 RC회로는 저역필터(lowpass filter), CR회로는 고역필터(highpass filter)의 기능을 갖는 사실을 알게 되었으며, 잊고 있었던 저항, 캐패시터확인법, 함수 발생기와 오실로스코프의 용도와 사용법에 대해 확실히 할게 숙지하였다.
오실로스코프는 전자분야뿐만 아니라 적당한 변환기를 사용하면 모든 종류의 현상들을 측정할 수 있다. 변환기는 소리, 기계적 마찰, 압력 등의 물리적 반응을 전기적인 신호로 변환시키는 것이다. 이를 통해 오실로스코프가 전자분야가 아닌 기계 분야에도 필요한 기계임을 느낄 수 있었다.
이번 실험은 함수발생기와 디지털 오실로스코프의 사용법을 익히고 디지털 오실로스코프를 이용하여 과도응답과 주파수를 측정하는 실험이었다. 실험데이터하고 이론식과 실험식에 그 값들을 적용하여 Matlab을 이용한 그래프를 만들고 정리하는 파트를 맡게 되었다. 우선 Bread board에 RC 회로와 CR 회로를 만들고 디지털 오실로스코프에 연결하여 각각의 회로에서 Sine Wave 와 Square Wave가 보기 좋도록 주파수를 설정하여 데이터를 얻었다. 그래프 그림뿐만 아니라 엑셀 파일 형식의 수치들도 얻어낼 수 있었다. 엑셀의 함수(max, min)를 이용하여 각 그래프의 최대, 최소 전압 값을 얻어내고 그 값의 크기를 서로 더하여 Input과 Output 진폭의 크기를 알 수 있었다. (진폭비)과 (위상각)을 구하는 식은 RC회로에서 이론식 와 이고 실험식 와 이며 CR회로에서는 이론식 와 이고 실험식 와 이다. 이 식에 대입만하면 내가 원하는 값을 간단하게 알 수 있었다. 단순하고 반복적인 계산이 많아 엑셀의 함수를 이용하여 편리하게 계산하였다. 다음으로는 Matlab을 이용하여 그래프를 그리는 것이었는데 현재 Matlab 수업을 듣고 있었고 배운 내용을 활용하여 그래프를 그리는 것은 많이 까다롭지 않았다. 하지만 데이터 용량이 큰 그래프를 load해야 되기 때문에 한 번 ploting할 때마다 2~3분 정도 걸리는 경우가 많았다. 실험을 하면서 디지털 오실로스코프의 다양한 기능에 흥미로웠고 기회가 된다면 조금 더 깊이 있는 실험을 해보고 싶다.
RC회로 sin과 사각파, 그리고 CR회로 sin과 사각파 계측 실험을 하면서 오실로스코프라는 갖가지 파형을 보내며 입력 전압과 출력전압의 형태를 알 수 있었고 그로 인하여 저주파와 고주파를 걸러내는 filter 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. 원래라면 파형의 중간중간마다 저주파도 섞여있어 모양이 이상해지지만 RC회로는 저주파 필터로서 고주파를 걸러 저주파만이 잘 나오도록 하고 CR회로는 고주파 필터로서 저주파를 걸러 고주파가 잘나도록 한다는 것이 참 신기했다. 또한 필터를 분류하기 위해서 이론적으로 입력과 출력의 전압을 비교하여 식을 세워보니 만일 나중에 다른 필터가 나오더라도 같은 방식으로 하면 어떤 필턴지 알 수 있겠다 느꼈다. 뿐만 아니라 여러 기기를 사용하면서 예전 브래드 보드를 사용하는 것을 다시 한번 알 수 있었고 오실로스코프로 진폭과 주파수도 조절하며 함수를 저장할 수 있는 기능을 보곤 여러 방향으로 사용할 수 있을 것 같았다.
이번 실험을 통해 오실로스코프를 처음 접하게 되어 작동방법과 어떤 용도로 쓰이는지에 대해서 배우게 되었다. 멀티미터는 전압을 쉽고 빠르게 측정할 수 있으나 오실로스코프로으로는 전압의 크기를 시간이 경과함에 따라 변화하는 형태를 시가적으로 나타내어 파형의 전압 최소/최대치, 주기적 신호의 빈도, 펄스 간의 시간, 관련 신호 간의 시차 등을 분석할 수 있게끔 한다. RC회로를 통해 low pass filter의 특징을 관찰하였다. RC회로에서는 낮은 주파수는 감쇠 없이 자유롭게 통과하나 높은 주파수에 대해서는 큰 감쇠를 준다. 그래서 RC회로에서는 고주파보다는 저주파에서 더 정확한 값이 나오는걸 확인 할 수 있었고 반대로 CR회로에서는 high pass filter의 특징인 고주파의 자유로운 통과와 저주파에서의 큰 감쇠를 확인할 수 있어서 저주파보다는 고주파에서 더욱 정확한 값을 얻을 수 있었다. 오차의 원인으로 생각하는 요인은 일반적으로 사용하는 저항과 커페시터에서도 오차가 발생한다고 하고 우리는 도선에서 발생하는 저항을 무시하여 계산하지 않았다. 또한 filter에서도 불필요한 주파수를 완벽히 차단하지 못하기 때문에 오차가 발생한 것으로 생각한다.

키워드

기초공학실험,   RC,   RC회로,   정류회로,   오실로스코프,   회로 및 계측실험