회로이론 설계 과제[전원 line filter 설계]

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본문내용

다는 것을 확인하였다.
5. 분석
- PSPICE를 이용하여 합성된 함수의 전달함수를 확인하고, common mode와 differential 모드의 전달 함수를 분석한다.
Pspice를 이용해 합성된 전달함수를 확인하여 본 결과는 다음과 같다.
Common모드의 경우 전류 분배의 원리를 통해 다음과 같은 식을 얻을 수 있었다.
다음 수식을 바탕으로 cutoff frequency를 임의로 적당한 값으로 설정한 후 각 소자들의 값들은 계수 비교법을 통해서 계산할 수 있고, 이를 통해서 Pspice를 이용해 cut off frequency가 부합한지 여부, 그리고 출력 값을 확인할 수 있었다.
Common mode의 magnitude와 phase를 동시에 확인한 결과 3차 low pass filter가 됨을
알 수 있는데 3차 함수이므로 -60dB/decade의 기울기를 가지게 된다. 또한 다른 피터에
비해 cutoff frequency 근처에서 천천히 감쇠되는 것을 확인할 수 있다.
마찬가지로 differential mode의 경우의 수식은 다음과 같다.
k값을 1로 두어 인덕턴스의 값을 무시하고, 전류 분배의 원리를 이용해 C2와 C3의 값을 계산하였다. 이를 통해
그리고 common mode에서 구한 C1, C3의 값을 통해, 로 임의의 C2와 C3값을 계산할 수 있었다.
로 계산하였다.
differential mode 역시 pspice를 이용하여 Magnitude와 Phase를 시뮬레이션 한 결과 1차 low pass filter가 됨을 알 수 있었다.(-20dB/decade)
6. 평가
- Pspice를 이용하여 회로를 구성하고, 설계 결과물이 3차 저대역 필터로서 목표 및 기준에 부합하는지 평가
전체 회로는 다음과 같으며 앞에서 구한 common filter와 differential mode를 이용하여 구한 수동소자의 값을 전체회로에 적용시켜서 설계하였다. 여기서 인덕터에 흐르는 전류를 coupling 계수를 0으로 해주어 상쇄시켰다. 앞서 전달함수를 통해 구한 소자 값들을 이용하여 다음과 같이 설계 회로를 설계하였고, 설계 결과물이 3차 저대역 필터로서 목표 및 기준에 부합하는지 평가를 하기 위해 다음과 같이 전체 회로를 설계하고 시뮬레이션 해보았다.
다음 결과를 살펴보면 전체적으로 LPF의 모습을 확인할 수 있으며, 10MHz일 때 -50dB이하를 나타내야 하는데 약 -90dB을 나타내는 것으로 보아 알맞은 필터를 설계했다고 본다. 전달함수가 1이기 때문에 시작값이 0dB에서 시작하는 것을 확인할 수 있었으며 약간의 오차가 발생한 것은 저항소자 자체의 오차, 그리고 소자의 값을 계산하는 과정에서 정확한 소자의 값을 찾지 못하고 근사값으로 계수를 찾았기 때문인 것으로 보인다.
7. 논의사항
1) Superposition을 이용하여 common mode / differential mode 회로로 분해하여 분석.
common mode와 differential mode로 superposition 방법을 이용해 회로를 분해하여서 분석하였으며, superposition을 이용해 각 소자의 파라미터를 산출해 낼 수 있었다. 그 결과는 시뮬레이션 결과와 평가를 통해 확인하였다.
2) 3차 Butterworth filter를 구현하기 위해 L, C 값 정하는 방법 제시.
super position을 통해 각 소자의 값을 결정할 수 있게 되는데, 앞서 언급한
이 식을 통해 C1, C4, L1의 값을 산출해 낼 수 있고, C2, C3 소자의 결정은
을 통해 C2+C3의 값을 얻게 되어 임의의 값을 설정함으로써 회로에 적용할 수 있다.
3) 주어진 소자만으로 회로가 구성되었는지, 부품의 정격 조건은 만족하는지 논의
회로에 직접 소자의 값을 설정하고, 그에 부합하는 동작을 직접 확인하였을 때 설정값에 부합하고, 동작을 확인할 수 있었으므로 주어진 소자만으로 회로가 구성되었다고 할 수 있으며, 부품의 정격 조건 범위에도 캐패시터의 경우 n, uF범위 그리고 인덕터의 범위도 수백 mH의 단위를 주로 사용하므로 벗어나지 않기 때문에 적당한 소자를 이용해서 회로를 구성하였다고 할 수 있다.
8. 참고 문헌, URL
- 일반 물리학/ Hallday, Resnick, Walker/범한서적주식회사/2008년
- Basic Engineering Circuit Analysis 8th edition/Irwin./WILEY/ 2005년
- 전자회로/ Lalond/Ross/ ITP

키워드

전자공학실험,   전원 line filter,   중첩의 원리,   전달함수