[전자회로실험] 직렬 및 병렬 공진 회로 실험 (예비+결과레포트)

소개글

[전자회로실험] 직렬 및 병렬 공진 회로 실험 (예비+결과레포트)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 목적

2. 이론적 배경

3. 사용 장비 및 부품

4. 실험 방법

5. 실험결과

본문내용

수 (resonance frequency)
공진 주파수
어드미턴스에서 서셉턴스 성분이 0이 되는 주파수
또는
공진 회로에 공진 주파수를 갖는 신호가 인가되면 어드미턴스 성분은 컨덕턴스 성분만 남게 되어 최대 전압이 걸리게 된다.
⇒
⇒
⇒
공진시 인덕터와 커패시터에 흐르는 전류의 합은 최소가 된다.
⇒
⇒공진주파수에서 저항에 최대 전류가 흘리게 된다.
주파수 변화에 따른 저항에 흘리는 전류의 변화
⇒대역 통과 필터 형태의 모습
2.1.3 대역폭 (bandwidth)
직렬 공진 회로에서와 동일
2.1.4 (quality factor)

정의 : 병렬 공진 회로에서 주파수 특성 곡선의 첨예도
, 에 흘리는 전류는 입력 전류의 배만큼 증폭된다.
, ,
2.3직렬공진과 병렬공진의 비교
구 분
직렬 공진 회로
병렬 공진 회로
공진주파수
공진주파수에서의 임피던스()
최소
최대
3.사용 장비 및 부품
오실로스코프
함수발생기
전원공급장치
저항 : 1 Ω(2개), 100 Ω, 120 Ω, 240 Ω, 5.1 kΩ
인덕터 : 2 mH
커패시터 : 0.01μF
4.실험 방법
1) 그림 6.1과 같이 직렬 공진회로를 구성하시오(, , ).
2) 함수발생기로 정현파를 인가하여 신호의 크기를 로 맞춘 후, 오실로스코프의 접지를 노드 D에 두고, CH1 입력은 노드 B에서 취하고 CH2 입력은 노드 C에서 취하시오. 이러한 연결에서 커패시터 양단 전압()과 인덕터 양단 전압() 및 를 측정하는 방법을 설명하고 측정하시오.
3) 함수발생기의 주파수를 변화시켜가면서 오실로스코프상에서 커패시터와 인덕터에 걸린 전압의 크기가 같은 경우의 주파수를 구하시오. 또한 그 주파수에서 값과, 값을 측정하고, 측정된 값을 사용하여 Q값을 구하시오.
4) 저항을 240에서 120으로 바꾼 후 실험 3)을 반복하시오.
5) 이론적인 공진 주파수와 Q값을 구한 뒤 실험값과 비교하시오. 저항값의 변화에 따른 Q값의 변화를 설명하시오.
6) 그림 6.2와 같이 병렬 공진회로를 구성하시오(, , , )
7) 함수발생기로 정현파를 인가하여 신호의 크기를 로 맞춘 후, 오실로스코프의 CH1 입력은 인덕터에 흐르는 전류를 측정하기 위해 노드 A에 놓고, CH2 입력은 커패시터에 흐르는 전류를 측정하기 위해 노드 B에 놓으시오. 이때, 프로브의 배율은 1X에 놓고 측정하시오.
8) 함수발생기의 주파수를 변화시켜가면서 오실로스코프상에서 인덕터에 흐르는 전류와 커패시터의 흐르는 전류의 크기가 같은 주파수를 찾으시오. 또한 그 주파수에서 저항에 흐르는 전류값을 측정하여 Q값을 구하시오.
9) 이론적인 공진주파수와 Q값을 구한 뒤 실험값과 비교하시오.
5.실험결과
※각 항목에 반드시 검토 및 토의 내용을 작성하여 제출할 것.
실험번호
제출일
제출자
실험조
학번
이름
6
2009. 4. 23.
( 7 ) 조
200311661
조영만
200511234
정용석
200811652
홍은화
실험1 RLC 직렬 공진회로
공진
주파수
Q
Q
(이론값)
240
35.67
3.12
3.14
0.16
1.72
0.299
0.297
120
35.67
5.08
5.12
0.28
1.52
0.58
0.59
검토 및 토의
첫 번째 실험은 RLC직렬공진회로를 구성하여 커패시터, 인덕터, 저항의 각 양단전압과 공진주파수, Q,를 구하는 것이었다. 커패시터와 인덕터에 걸린 전압을 측정하기 위해 CH1은B노드에, CH2는 C노드에 연결한다. 그러면 CH1에서는 인덕터에 걸리는 전압()과 커패시터에 걸리는 전압()을 더한 값( )가 측정되고, CH2에서는 커패시터에 걸리는 전압( )만 측정된다. 따라서, CH1 값에서 CH2값을 빼면 인덕터에 걸린 전압( )을 구할 수 있다. 마찬가지로, 을 구하기 위해 CH2만 A노드로 이동해 주면 CH2는 의 값을 측정하게 되고, CH1은 값을 측정하게 되므로, CH1-CH2를 하면 을 구할 수 있다.
실험 결과, 위의 표와 같이 값이 측정되었다.
공진주파수는 로 구할 수 있는데 회로상의 값을 대입해보면,
이다.
여기서 공진주파수는 커패시터와 인덕터에 걸린 전압의 크기가 같은 경우, 즉 이 되는 경우의 주파수인데, 함수발생기로 조절해서
가 그나마 0에 가까워 질 때 주파수를 측정해보니, R = 240Ω, 120Ω인 경우 둘다 35.67kHz로, 실제 이론 값과 비슷하게 나왔다.
Q는 로 구할 수 있는데, 이론적으로 값을 구해보면
R = 240Ω일 때, 이고, R = 120Ω 일 때,
이다. 실험에 사용한 저항은 238.6Ω과 123Ω으로, 회로의 값과 정확히 일치하지는 않았다. 이 값들을 대입해보면
R = 238.6Ω일 때 이고,
R = 123Ω일 때 이다.
둘 다 이론값과 비슷하게 나온 것을 알 수 있다.
실험2 RLC 병렬 공진회로
공진 주파수
Q
Q(이론값)
35.60 KHz
44mA
46mA
39A
1.80136
1.81509
검토 및 토의
첫 번째 실험은 RLC병렬공진회로를 구성하여 커패시터, 인덕터, 저항에 흐르는 전류와 공진주파수, Q,를 구하는 것이었다. 인덕터에 흐르는 전류를 측정하기 위해 CH1은 A노드에, 커패시터에 흐르는 전류를 측정하기 위해, CH2는 B노드에 연결한다. 커패시터, 인덕터에 흐르는 전류 . 값이 서로 같을 때의 공진주파수를 구한 후, 각각의 커패시터, 인덕터와 저항 1Ω사이에 오실로스코프로 연결하여 . 전류값을 구할 수 있었다. 이론상으로는 각각 . 값이 같아야 하지만 측정값을 구하니 2mA 차이가 있었다.
공진주파수는 직렬회로와 마찬가지로로 구할 수 있는데 인덕터와 커패시터는 직렬회로와 변함이 없으므로, 이론상의 공진주파수는 그대로 35.59k이다. RLC 병렬공진회로에서의 공진주파수는 인덕터에 흐르는 전류와 커패시터에 흐르는 전류의 크기가 같을 경우의 주파수인데, 측정을 해보니, 35.60kHz로, 이론값과 거의 일치했다.
병렬회로에서 Q는 로 구할 수 있는데, 회로의 값을 대입해서 구해보면, 이론적으로 이 나온다.
그러나, 실험에 사용한 저항은 실제로 5.06kΩ이었다. 이 값으로 Q값을 구해보면, 이 나온다. 이 값도 이론값과 거의 일치함을 알 수 있다.

키워드

직렬회로,   병렬회로,   공진회로,   공진 회로,   대역폭,   주파수,   직렬 공진회로,   병렬 공진회로