Active filter circuit 실험 보고서

소개글

Active filter circuit 실험 보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 순서

3. 이론적 배경
1) 수동 여파기와 능동 여파기의 차이점.
2) 1차 능동 여파기와 2차 능동 여파기의 차이점.
3) dB 단위에 대하여..
4) 차단 주파수

4. 실험 결과

본문내용

회로에서 C와 L의 소자를 관찰하면 각각 수동 저역 필터와, 능동 저역 필터를 얻을 수 있다. 이러한 수동 필터의 단점은 소자의 특성에 대한 의존도가 크기 때문에 증폭하고 싶은 범위의 설정에 제한을 받는 다는 것이다. 능동소자를 이용한 증폭기는 이러한 문제를 해결한다. 즉 원하는 이득과 전압 범위를 간단하게 조절할 수 있게 되었다. 커패시터를 능동 소자와 병렬로 연결하면 능동 저역 필터가 되고 커패시터를 직렬로 연결하면 능동 고역 필터가 된다. 실험은 두 가지로 진행이 되었는데 먼저 능동 저역 여파기에 대해서 알아보면, 주파수 응답에 대한 그래프는 다음과 같다.
저역 필터의 차단 주파수는
인데 회로에서 R은 10킬로옴이고 C는 0.1 마이크로패럿이다. 따라서 차단 주파수는 1000Hz가 된다. 이론상의 차단 주파수인 1000Hz 근처에서 dB은
식에 의해 주어지는데, 출력이 0.4이고 입력이 2이므로, 이때는 13.97데시벨이 된다. 이론상의 차단 데시벨은 3데시벨이다. 이러한 오차는 실제 3데시벨 차단주파수는 1000Hz보다 훨씬 위쪽에 위치한다는 것을 의미한다. 오차가 발생할 수 있는 원인으로는 능동 소자의 불량에서 찾을 수 있다. 사용한 능동 소자도 앞서 몇 번의 검사를 통해서 정상적으로 작동하는 제품을 찾아야 했는데, 앞선 실험에서 소자내 과도한 전압과 전류는 소자의 내부를 망가뜨렸을 가능성이 높다. 또한 소자에 걸리는 직류 전압이 규정된 전압보다 지나치게 높을 경우에는 소자가 올바르게 작동하지 않을수도 있다. 보통은 작게 흘려줘야 하는데 실험에서는 15~20볼트 정도의 전압을 걸어주었다. 실험에서 파형이 나타낸 위상차는 72도이다. 시물레이션한 그래프는 다음과 같다.
고역 통과 여파기에서의 주파수 응답은 다음과 같다.
여기에서 이상적인 차단 주파수는
에 의해서 저항은 470옴이고 커패시터는 0.1마이크로 패럿이므로 47Hz이다. 이 부근 이상부터의 주파수는 모두 통과시킨다. 약 50Hz의 주파수 응답 dB은 6데이벨로서 이상적인 차단 주파수인 3데시벨과 두 배의 차이를 보였다. 발생할 수 있는 오차의 요인은 위에서 설명한 것과 동일하며, 다만 주파수의 범위가 작아지고 소자의 저항이 작아졌을 때 보다 더 차단 주파수에 근접한다는 사실을 알았다. 이것은 소자에서 소모될 수도 있는 전류나 전압의 가능성이 그만큼 적어졌다는 것을 의미한다. 차단 주파수 이후의 그래프에 대해서 살펴보면 이론에서 첨부한 그림을 보면 도움이 된다.
바로 이 그림인데, 1차 필터 회로에 비해 2차 필터의 주파수 응답의 선이 뒤로 많이 끌린다는 것을 보여준다. 즉 떨어지거나 올라가는 기울기가 더 완만하다는 것이다. 이것은 회로에 2차로 첨가된 커패시터의 역할 때문이다. 커패시터는 에너지를 저장 했다가 시간에 따라 서서히 방출해주는 소자이기 때문에, 이처럼 응답 그래프의 지연을 초래할 수 있다. 따라서 2차 회로에서는 커패시터 하나를 더 첨가함으로 인해 원하는 주파수 응답의 주파수 대역을 더 늘릴 수 있게 된다. 고역회로에서의 시물레이션은 다음과 같다.

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