[기초전기전자] 테브난의 등가 회로 실험

목차

1. 실험목적

2. 이론

3. 실험준비물

4. 실험 방법

5. 실험 시 유의 사항

6. 실험결과

7. 실험결론

본문내용

1. 실험목적
-테브난 등가회로를 손으로 계산해보고 그 결과를 실습을 통해 확인한다.
2. 이론
3. 실험준비물
- power supply, bread board, multimeter, 저항, 전선, 리드봉
4. 실험 방법
1. 빵판(Bread Board)에 <그림 1>과 같은 회로를 구성한다. (실험 시 5kΩ의 저항이 없어 4.7kΩ의 저항으로 대체하여 실험을 하였다.)
2. 파워서플라이의 전압을 10V에 맞춘 상태에서 Voc와 Rth의 값을 테브난의 정리를 이용하여 구한다.(<그림 2>와 같이 회로를 간략화 하면 더욱 쉽게 회로를 이해 할수 있다.)
3. 구한 값을 옴의 법칙(Voc=Isc*Rth)을 이용해 Isc값을 구한다.
4. 구성한 회로의 전류를 멀티미터를 이용해 측정해보고 이를 3)의 과정에서 구한 값과 비교하여 본다.
5. 회로의 저항을 변경 혹은 제거하여 실험을 진행하여 본다.
5kΩ
10kΩ
10V
20kΩ
<그림1>
Rth=14kΩ
Voc=8V
<그림2>
5. 실험 시 유의 사항
-이번 실험을 할 때 회로에 리드봉을 접촉하기 전 다음과 같은 오차가 발생하는 것을 볼 수 있었다. 전류를 측정한 후 오차값을 빼주는 것을 유의하여 실험값을 찾아보자.
<오차값>
6. 실험결과
5kΩ
10kΩ
◎ 실험1.
10V
20kΩ
테브난의 정리를 이용하여 Voc를 구하면
Voc = (20/(20+5))*10V = 8V가 되고
5kΩ
다음 Rth를 구하기 위해 다음과 같이 회로의 전압을 단락시킨 뒤 화살표 방향으로 저항을 차례대로 계산하여 주면 된다.
10kΩ
20kΩ
Rth= 10+(20//5)kΩ = 14kΩ 이므로 회로를 간략화 시키면 다음 <그림 5>와 같이 회로를 그릴 수 있다.
Rth=14kΩ
Voc=8V
<그림 5>의 회로를 이용하여 Isc의 이론값을 구하면
Isc = Rth/Voc = 0.571mA 이고, 실험값은 다음과 같다.
실험값
Isc = (0.593-0.007)mA = 0.586mA
이론값
실험값
오차
Isc(mA)
0.571
0.586
2.62%
20kΩ
5kΩ
◎ 실험2. (변경 10kΩ->20kΩ)
20kΩ
10V
테브난의 정리를 이용하여 Voc를 구하면
Voc = (20/(20+5))*10V = 8V가 되고
다음 Rth를 구하기 위해 다음과 같이 회로의 전압을 단락시킨 뒤 화살표 방향으로 저항을 차례대로 계산하여 주면 된다.
20kΩ
20kΩ
5kΩ
Rth=14kΩ
Rth= 20+(20//5)kΩ = 24kΩ 이므로 회로를 간략화 시키면 다음 <그림 5>와 같이 회로를 그릴 수 있다.
Voc=8V
<그림 5>의 회로를 이용하여 Isc의 이론값을 구하면
Isc = Rth/Voc =0.333mA 이고, 실험값은 다음과 같다.
실험값
Isc = (0.349-0.007)mA = 0.341mA
이론값
실험값
오차
Isc(mA)
0.333
0.341
2.4%
5kΩ
10kΩ
◎ 실험3. (실험1에서의 10kΩ 제거)
20kΩ
10V
테브난의 정리를 이용하여 Voc를 구하면
Voc = (20/(20+5))*10V = 8V가 되고
다음 Rth를 구하기 위해 다음과 같이 회로의 전압을 단락시킨 뒤 화살표 방향으로 저항을 차례대로 계산하여 주면 된다.
20kΩ
5kΩ
10kΩ
Rth=4kΩ
Rth = (20//5)kΩ = 4kΩ 이므로 회로를 간략화 시키면 다음 <그림 5>와 같이 회로를 그릴 수 있다.
Voc=8V
<그림 5>의 회로를 이용하여 Isc의 이론값을 구하면
Isc = Rth/Voc =2mA 이고, 실험값은 다음과 같다.
실험값
Isc = (2.162-0.007)mA = 2.155mA
이론값
실험값
오차
Isc(mA)
2
2.155
7.8%
7. 실험결론
이번 실험은 테브난의 정리를 이용하여 Voc와 Rth를 구하여 회로를 간략화 시키고 이를 통해 Isc를 구해보는 실험이었다. 이번 실험에서 또한 각 각의 실험에서의 오차값을 찾을 수 있었는데, 그 이유로는 첫째, 5kΩ의 저항소자가 없어서 4.7kΩ의 소자로 대체하였기 때문이다. 둘째로 이번실험은 연결된 전선의 수가 없어 오차값을 줄 일 수 있었으나, 멀티미터의 내부저항과 각 소자들의 연결부의 저항값으로 인해 오차값이 발생한 것으로 보여진다.(각 실험의 오차율은 실험1(2.62%)실험2(2.40%)실험3(7.8%)이다.)
그리고 실험을 하기 전에 멀티미터의 오차값이 0.007mA가 측정이 되었는데, 이는 회로의 문제가 아니라 멀티 미터의 내부의 문제로 보여진다. 따라서 실험값을 측정한 후에 오차값을 빼주는 것에 유의하여 실험을 진행하였다.

키워드

테브난 등가회로,   빵판,   리드봉,   테브난의 정리