(결과) 교류회로 소자의 특성

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본문내용

직렬과 병렬의 합성의 성질을 가진다.
-커패시터(capacitor)
-유전체의 전하 축적 능력을 의미한다. 단위 (Farad)
-인덕턴스가 도선에서 전류의 변화에 중요한 역확을 하는 것처럼 커패시턴스도 비 슷하지만 특성은 정반대로 유전체나 절연체 양단에서 전압 이 변화할 때 중요한 역할을 한다.
-콘덴서의 종류는 유저체에 따라서 이름이 달라지며 대부분 공기, 종이, 운모, 자기, 전해질 콘덴서가 사용된다.
즉 용량(capacity)은 마주보는 극판의 면적(plate)이 넓을수록 전하가 머물러 있을 곳이 많아지기 때문에 커지고 또 극판이 가까울수록 흡인력이 증가하여 커지며 극판사이에 유전체(절연물)의 종류에 따라서도 용량은 커진다.절연물을 극판사이에 넣으면 정전유도 작용에 의해서 절연물에 +와 -의 전하가 발생하여 극판이 접근한 것과 같으므로 용량이 커지는 것이다
콘덴서의 정기용량 C 에 관한 수식으로 다음과 같은 식이 있다. 이 식에서 알 수 있는 것은 전극판의 면적 A가 클수록 또 전극판의 거리 L이 좁을 수록 전기를 축적하는 능력이 커진다는 것이다.
이와 같이 콘덴서에 충전할 수 있는 정도 즉 용량의 크기는 극판의 면적과 간격 및 유연체(절연물)에 따라서 결정된다. 이처럼 콘덴서의 용량은 여러 가지 조건에 따라서 달라지므로 콘덴서는 1V의 전압을 공급했을 때 1쿠울롬의 전하가 충전되는 콘덴서의 용량을 1패러드(farad :F)라 정했다. 이것이 콘덴서의 용량의 기본단위이다.
1F(패러드)는 실용적으로는 단위가 너무 크기 때문에 다음과 같은 보조단위를 많이 이용하고 있다.
- 1/106F=1μF(마이크로 패러드
- 1/106μ1F=1μμF(마이크로 마이크로 패러드)
- *1μμF는 1pF(피코 패러드)
- 106pF=1μF, 1012pF=1F 0.0001μF=100pF
-커패시터도 옴의 법칙이 성립한다. -Vc = Xc*I
-용량성 리액턴스
-커패시터에 흐르는 전류의 흐름을 방해하는 정도. Xc로 표기. 단위Ω
-Xc = 1/ 2πf -f=0일 때 개방형 회로의 역할을 한다.
-커패시터 연결
콘덴서를 연결하는 방법도 저항을 연결하는 방법과 같이 병렬연결, 직렬연결, 직병렬연결법의 3가지가 있다.
-병렬연결(parallel connection) : 그림과 같이 전류가 흐르는 길이 여러갈래의 길이 되도록 콘덴서를 두 단자에 공통으로 연결하는 방식인데 보다 큰 용량을 필요로 할 때 이용합니다. 병렬로 연결했을 때 합성용량은 병렬로 연결된 모든 콘덴서의 용량을 합한 것과 같다.
이것을 식으로 나타내면 Ct=C1+C2+C3가 된다.
용량이 0.1μF, 0.2μF, 0.5μF인 3개의 콘덴서가 병렬로 연결되었다면 합성용량
Ct=0.1+0.2+0.5=0.8μF가 되는 것입니다.
0.5μF콘덴서 5개를 병렬로 연결하면 Ct=0.5+0.5+0.5+0.5+0.5=0.5×5=2.5μF가 된다. 꼭같은 용량의 콘덴서를 병렬로 연결했을 때의 합성용량을 구하려면 1개의 용량에 개수를 곱하면 된다. 또 1000pF의 콘덴서와 1pF의 콘덴서를 병렬로 연결하면 Ct=1000+1=1000pF가 된다.
이상의 결과에 의하면 월등히 적은 용량과 큰 용량의 콘덴서를 병렬로 연결하면 월등히 적은 용량은 무시된다는 것을 알 수 있다. 콘덴서를 병렬로 연결하면 그 중 가장 큰 용량의 콘덴서보다도 용량이 더욱 커진다.
- 직렬연결(series connection) :전기의 통로가 외길
이 되도록 연결하는 방식인데 더욱 적은 용량을 얻
으려고 할 때 이용한다. 직렬로 연결했을 때의 합
성용량은 각 콘덴서의 용량역수 총합의 역수
와 같다. 이것을 식으로 나타내면 합성용량이 된다
- 직병렬연결(seriec parallel connection) : 그림과 같이 직렬연결과 병렬연결이 조합된 것으로 적당한 용량을 얻고자 할 때 이용한다. 직렬연결법이나 병렬연결법만으로는 꼭 맞는 용량을 얻을 수 없는 때가 있다.
Ct = 1 / [1/C1+1/C2+1/(C3+C4)]
-RLC 회로
공진회로란 RLC 복합회로로서 인가되는 전원의 특정 주파수에서 최대전류(내부 임피던스가 순수 저항 만 있는 경우와 같이 되기 때문에)가 흐르게 되는 회로이다. 이런 공진주파수는 회로의 모양과 L, C 값에 따라 차이가 나며, 이 현상을 이용하여 특정 주파수대의 출력특성 만을 추출할 수 있다.
위의 그림과 같이RLC회로에서 주파수 f인 교류전원을 인가할 때 회로의 전체 임피던스 Z = V / I는 다음과 같이 나타난다.
여기서 XL=2πfL과 Xc=1/2πf은 각각 L과 C의 리액턴스이다. 위의 회로에서 인가전압 V의 크기를 일정하게 유지하고 주파수f를 변화시키면 XL과 Xc가 같게 되는 주파수에서 값을 얻을 수 있다. 이와 같이 XL과 Xc가 같은 값을 가질 때 회로는 공진이 되었다고 말하며, 이때의 주파수를 공진주파수(fr)라고 한다.
2.실험 결과
3. 실험검토
이번 실험은 인덕터와 캐패시터의 직 병렬연결일때의 리액턴스 변화를 관찰하였다. 처음 리액턴스 소자인 인덕터나 캐패시터를 사용한 것은 아니었으나 그 모양이 비슷한 것이 많아 처음에 구별하는데 큰 어려움이 있었다.
이번의 실험은 지난 실험의 연장에서 인덕터와 케패시터의 특성을 측정하였다. 실험 도중에 오실로 스코프의 작동을 잘 몰라서 헤매는 조가 많았는데. 자주 다루어 보지 못하고 오랜만에 다시 장비를 대하게 되어 처음엔 많이 혼동 되었다. 또한 그라운드의 접지에 있어서도 많이 부분 헤갈렸는데. 바른 실험을 위해서는 간단하지만 확실하게 그라운드의 의미를 알아야 할 것이다.
또한 실험 도중 인덕터와 케패시터의 값을 읽는 법도 아주 중요할 것이다. 이것은 우리가 저항의 표시값을 읽는것과는 다른 방법이므로 유의해야 할 것이다. 또한 다른 조에서 여러 실험을 반복하였어도 올바른 결과값을 볼수 없었는데 이것은 인덕터나 케패시터 자체의 결함으로 생긴 것이었다. 알려지기로는 인덕터나 케패시터는 불량률이 적은 것으로 알고있으나 실험실에서 사용한 것은 많은 불량이 있었다.
그리고 케패시터는 충전의 역할을 하는데 어떻게 그렇게 작은 부품이 충전을 하고 방전을 할수 있는지 의문이 된다.

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