설계실습 9. LPF와 HPF 설계 - 결과레포트

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설계실습 9. LPF와 HPF 설계 - 결과레포트에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

.62%
XY mode로 측정한 파형
X축 :FG출력전압
Y축: 인덕터전압
↑그림6 XY mode로 측정한 파형
★근거
두 파형을 XY mode로 하였더니 위의 그림2처럼 타원형 파형이 관측되었다. 위와 같은 파형이 측정된 이유는 2가지가 있다. 첫 번째 이유는 위상차가 있기 때문이다. 만약 위상의 차이가 없는 동위상 상태이었다면 직선이 관측되었을 것이다. 또한 하필이면 원이 아니라 타원형인 이유는 파형의 크기(amplitude)가 각각 다르기 때문이다. 만약 크기가 같으면 원형 모양이 나왔을 것이다.
4.5 크기가 1V인 입력정현파의 주파수를 100kHz까지 변화시키면서 그래프를 그릴 수 있도록 HPF의 출력전압의 최대값을 측정하여 기록하라. HPF의 출력전압의 크기를 주파수의 함수로 하여 그래프(linear-liner 그래프와 dB(H)-log(주파수) 그래프)로 그려서 제출하라. 같은 그래프에 실험에 사용된 소자의 값으로 계산한 계산치도 같이 그려라(EXCEL 사용). 잘 맞는가? 오차가 있으면 어느 주파수에서 어느 정도인가? 그 이유는 무엇이라 생각하는가? L의 저항성분을 무시한다면 설계와 실험사이에 어느 정도의 오차가 날 것인가?
크기(VL)의 linear-linear 계산치 그래프와 측정치 그래프
↑그림7 크기(VL)의 linear-linear 계산치 그래프와 측정치 그래프
★ 그림3 그래프의 데이터 값들의 분산을 구하고자 한다. 구하면..
↑표3 그래프7의 오차 및 분산 구하기
★ 오차의 원인
그래프로 봐서는 내려가는 기울기도 비슷하고, 그렇게 많은 차이는 없어보였지만, 실제로 계산하니 오차가 10%전후로 해서 크게 계산되었다. 이것은 우리가 측정할 전압이 너무 작은 값이어서 조금만 차이가 나도 오차가 크게 계산되었기 때문이라고 본다. 또한 scope의 cursor를 이용하여 전압을 측정하였을 때 정확하게 눈금을 맞추지 못하고 쟀을 가능성도 있어, 이러한 미세한 부분에서 오차가 발생하였다고 본다.
크기(Vc)의 dB-log 계산치 그래프와 측정치 그래프
↑그림8 크기(Vc)의 dB-log 계산치 그래프와 측정치 그래프
★ 그림4 그래프의 데이터 값들의 분산을 구하고자 한다. 구하면..
↑표4 그래프8의 오차 및 분산 구하기
★ 오차의 원인
그래프로 봐서는 내려가는 기울기도 비슷하고, 그렇게 많은 차이는 없어보였지만, 실제로 계산하니 오차가 10%전후로 해서 크게 계산되었다. 이것은 우리가 측정할 전압이 너무 작은 값이어서 조금만 차이가 나도 오차가 크게 계산되었기 때문이라고 본다. 또한 scope의 cursor를 이용하여 전압을 측정하였을 때 정확하게 눈금을 맞추지 못하고 쟀을 가능성도 있어, 이러한 미세한 부분에서 오차가 발생하였다고 본다.
~결론~
첫 번째 실험에서는 RC직렬회로를 구성하여 LPF를 제작하였다. 회로내의 모든 저항값을 합친 실제 R값(저항소자(1120Ω)+FG내부저항(50Ω))은 1170Ω이었고, 실제 커패시터의 값은 11.6nF이었다. 커패시터전압 파형의 크기를 측정한 결과 0.86V로 이론치 0.84V와의 오차는 2.3%이었다. FG출력전압과 커패시터전압사이의 위상차(시간)를 측정한 결과 11us로 이론치 11.422us와의 오차는 3.84%로 적당하게 측정되었다. LPF의 전달함수(Vc/Vin)의 주파수응답을 측정하여 이론치와 비교한 결과 오차의 평균은 약 10.05%로 매우 높게 측정되었다.
두 번째 실험에서는 RL직렬회로를 구성하여 HPF를 제작하였다. 회로내의 모든 저항값을 합친 실제 R값(저항소자(1120Ω)+FG내부저항(50Ω)+인덕터 내부저항(27.74Ω))은 1197.74Ω이었고, 실제 인덕터의 값은 10.14mH이었다. 인덕터전압 파형의 크기를 측정한 결과 0.52V로 이론치 0.53V와의 오차는 1.9%이었다. FG출력전압과 인덕터전압사이의 위상차(시간)를 측정한 결과 16us이었고, 이론치 17.219us와의 오차가 7.62%이었다. HPF의 전달함수(VL/Vin)의 주파수응답을 측정하여 이론치와 비교한 결과 오차의 평균은 약 11.9%로 다소 높게 측정되었다.
실험의 진행에 있어서는 원활하게 진행되었으나, 측정한 결과의 오차가 다른 조에 비해 상대적으로 높게 계산된 것 같다. 물론 인간에 의해서 발생하는 human error도 있겠지만, 그래도 너무 큰 오차값이 측정된 것 같다. 다음부터는 하나하나씩 소자값도 정확하게 측정하고, 회로도도 꼼꼼히 살펴보며 정확한 실험을 진행할 수 있도록 해야겠다.

키워드

설계실습,   설계,   LPF,   Low pass filter,   High pass filter,   HPF