전자공학-실험 #7 커패시터 및 RC 회로

본문내용

to-peak 전압 및 주기를 측정한다.
▲ channel 1의 peak-to-peak 전압 및 주기
- peak-to-peak 전압 :
- 주기 :
▲ channel 2의 peak-to-peak 전압 및 주기
- peak-to-peak 전압 :
- 주기 :
3. 함수발생기가 삼각파 발생하도록 하고, 위의 실험절차를 반복한다.
▲ channel 1의 peak-to-peak 전압 및 주기
- peak-to-peak 전압 :
- 주기 :
▲ channel 2의 peak-to-peak 전압 및 주기
- peak-to-peak 전압 :
- 주기 :
4. 함수발생기가 구형파를 발생하도록 하고, 위의 실험차를 반복한다. 이때, 커패시터 양단의 전압 V는 완벽한 구형파가 아니다. 그 이유에 대하여 생각해 보고, V의 rise time과 fall time을 측정한다.
▲ channel 1의 peak-to-peak 전압 및 주기
- peak-to-peak 전압 :
- 주기 :
▲ channel 2의 peak-to-peak 전압 및 주기
- peak-to-peak 전압 :
- 주기 :
▲ 커패시터는 전압의 변화에 따라 순간적으로 점프할 수 없기 때문에 완벽한 구형파가 나타나지 않을 것이다.
▲ rise time :
▲ fall time :
6. 아래와 같은 회로를 구성한다. 이 회로에서 Rg의 역할은 전압전원 Vg를 전류전원으로 바꾸어 주는 것인데, 그 원리를 설명한다.
▲ 만약, 전압전원이 회로내에서 전압강하 즉, 전력이 소모되지 않는다면, 전류는 발생하지 않을 것이다. 그러나 저항에서의 전압강하로 인한 전류가 발생하게 된다. 그러나 실제는 회로가 구성되면, 전압원 자체의 내부저항과 도선의 저항 등으로 인해 약간의 전류는 흐르게 된다.
7. 위의 회로에서 정현파, 삼각파, 구형파에 대하여 V의 peak-to-peak 전압이 10V(또는 그 이내에서의 최대치)가 되도록 한 후, V와 I의 파형을 그리고, peak-to-peak 값을 기록한다.
▲ 정현파
▲ 삼각파
▲ 구형파
▲ channel 2 파형이 약간 밑으로 쳐지는데, 그 이유는 커패시터가 함수발생기에서 나오는 DC 파형을 흡수하기 때문이다. 이는 함수발생기의 DC off set로 조정이 가능하다.
4. 연습문제
1. 커패시터의 종류를 조사하고, 그 특성에 관하여 설명하라.
▲ 세라믹 콘덴서
- 티탄산바륨등의 원판을 은전극으로 끼운 것을 도료로 씌운 것
- 온도부상용과 고유전율의 두 종류가 있다.
온도보상용 : 0.5 ～ 5000㎊
고유전율바이패스용 : 100㎊ ～ 0.47㎌
- 동시에 고주파회로에 잘 쓰인다.
- 값이 싸다.
▲ 마이카 콘덴서
i) 운모(마이카)를 알루미늄판으로 끼우고 베이크라이트등의 지방으로 몰드 한 것
- 용량 : 1 ～ 10000㎊
- 용량변화가 없어 안정하다.
- 고주파 동조회로에 쓴다.
- 값이 비싸다.
ii) 마이카의 필름을 전극사이에 끼우고 틀감기로 한 것
- 용량 : 1000㎊ ～ 1㎌
- 저주파 특성은 좋지 않다.
- 고주파 특성은 좋지 않다.
- 대용량으로 되며 값이 싸다.
▲ 스티롤 콘덴서
- 스티롤의 필름을 전극사이에 끼우고 로울감기로 한 것
- 용량 : 1 ～ 10000㎊
- 고주파 특성이 좋다.
- 동조회로에 사용한다.
- 열이나 신나등에 약하다.
- 오차가 작은 것이 있다.
▲ 페이페 콘덴서
- 절연지를 알루미늄 백으로 끼어 로울감기로 하여 파라핀으로 굳힌 것
- 용량 : 1000㎊ ～ 47㎌
- 이중에는 오일콘이나 MP콘이 포함이 된다.
- MP콘은 자기회복기능이 있다.
- 저주파회로나 전동기회로에 쓴다.
▲ 알루미늄 전해 콘덴서
- 알루미늄박의 표면에 산화피막을 형성하여 이것에 콘덴서 종이를 겹쳐 로울감기로 한 것
- 용량 : 0.47 ～ 1000000㎌
- 소형으로 대용량의 것이 있다.
- 극성이 있으므로 주의해야 한다.
- 저주파 및 전원용으로 사용
▲ 탄탈고체 콘덴서
- 탄탈을 전해화하여 산화피막을 만들어 이것에 이산화망간을 부착시켜 음극은 그래파이트로 한다.
- 용량 : 0.1 ～ 220㎌
- 극성이 있다.
- 소형으로 대용량
- 온도범위가 넓다
- 특성이 좋고 수명도 길다.
- 내압이 낮고 값이 비싸다.
- 저주파, 시정수 회로용
2. 실험절차 2에서, i와 v사이의 위상차는 얼마인가? 이론치와 실험치를 비교하라.
▲ i와 v사이의 위상차는 90°이다.
▲ 이론치와 실험치는 거의 차이를 보이지 않는다.
3. 실험절차 3에서, i의 이론치와 실험치를 비교하라.
▲ 이론치
▲ 실험치
▲ 이론치와 실험치가 약 -0.1698 ㎃의 차이를 보이는데, 이는 오실로스코프 관측시의 오차에 따른 것으로 보아진다.
4. 실험절차 4에서, 회로의 시정수(time constant)는 얼마인가? 이 시상수를 결정하는 3가지 요소들은 무엇인가?
▲ 회로의 시정수
▲ 시정수 혹은 시상수는 회로의 구조와 소자치에 의해서 결정된다. 따라서 실험절차 4에서의 시상수는 R-C 회로이고 저항값 R과 커패시터 용량 C 이 세가지 요소에 의해서 결정되어 진다.
5. 커패시터 양단의 전압은 커패시터에 축적된 전하량에 관계된다. 만일, 전압이 Δv 만큼 변하면 전하량도 따라서 다음과 같이 변하여야 한다.
이때 Δq 는 전류로부터 다음과 같이 구할수 있다.
실험절차 5에서 구형파의 전체적인 전압변화는 2Δq 이다. 따라서 전류의 적분값은 2ΔqC이어야 한다. 이것을 실험치와 비교하라.
6. 실험절차 6과 7에서 v의 실험치들을 이론치와 비교하라.
▲ 정현파
- 이론치 : 11.10 V
- 실험치 : 10 V
▲ 삼각파
- 이론치 : 9.07 V
- 실험치 : 8.8 V
▲ 구형파
- 이론치 : 10 V
- 실험치 : 8.8 V
▲ 각 파형에서 비교적 큰 오차가 발생하였는데, 이는 오실로스코프 측정시의 오차로 보여지며, 정현파와 삼각파, 구형파로 파형변화를 할 때, 정확히 10 V로 맞춘것이아니라 정현파에서 고정시켰던 값으로 실험하였기 때문인 것으로 추측되어진다.
참고문헌
신회로이론 : 박송배 저 : 문운당
일반전자공학실험 : 김태중 저 : 상학당

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커패시터,   rc,   전자공학