능동필터회로 예비보고서

본문내용

실험 5. 능동 필터 회로
1. 목 적
1, 2차 저역 통과 필터와 2차 고역 통과 필터에 대해서 알아보고 실험을 통해서 이론을 확인한다.
2. 이론 정리
1) 수동필터
필터란 원하는 주파수 성분만을 통과시키고 나머지 주파수들은 제거 혹은 감쇄시키는 회로를 말한다. 그 중에서도 수동소자란 R, L, C로만 구성된 것을 말한다. 반대로 능동필터란 수동소자와 능동소자가 포함된 필터를 말한다. 필터의 종류는 크게 저역통과필터, 고역통과필터, 대역통과필터, 대역차단필터 등으로 구분할 수 있다.
저역통과필터 : 직류(DC)부터 차단주파수(ωc)까지 통과하는 특성을 갖는 필터.
고역통과필터 : 차단주파수(ωc)이상의 주파수 성분을 통과하는 특성을 갖는 필터.
대역통과필터 : ω1<ω<ωc2 주파수 대역의 모든 주파수 성분을 통과시키는 필터.
대역차단필터 : ω1<ω<ωc2 주파수 대역의 모든 주파수 성분을 차단시키고 그 밖의 대역을 통과시키는 필터.
차단주파수 : 전압이득이 0.707이 되는 주파수
<저역통과 여파기> <저역통과 응답> <고역통과 여파기> <고역통과 응답>
2) 데시벨(㏈)
전압이득은 입력 전압과 출력 전압의 비 () 로 나타낸다.
저역 통과 여파기에서 낮은 주파수에서의 전압이득 A는 1 이고 차단 주파수에서의 A는 0.707 이다.
데시벨은 이러한 필터에서의 전압이득 등을 표기하는 단위로써 그 정의는 아래와 같다.
여기에서 로그는 기수가 10인 상용로그다. "㏈"는 "데시벨"의 단위이다.
3) 능동 저역 통과 필터
능동 필터는 연산증폭기와 리액턴스 등의 소자들을 사용하여 설계하며 수동필터에 비해서 여러 가지 장점을 가지고 있다. 저역 차단 주파수에서 인덕터를 제거할 수 있으며, 전압이득을 쉽게 변화시킬 수 있을 뿐만 아니라 차단 주파수의 값을 바꾸기가 용이하다. 그리고 능동 필터는 낮은 임피던스를 갖는 부하를 이득을 감소시키지 않으면서 구동시킬 수 있다는 뜻이다.
차단 주파수는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
< 회 로 > < 응 답 >
4) 2차 저역 통과 필터
차단 주파수를 넘어선 주파수 대역은 모두 전압이득을 12dB/octave로 감소시키고, 저주파에서는 2개의 캐패시터가 모두 개방되면서 주어진 회로를 전압 플로어(voltage follower)로 동작시키게 한다.
또한 주파수가 증가하여도 이득이 계속 1을 유지하다가 차단 주파수에 도달함과 함께 전압이득을 3dB 떨어뜨리고, 차단 주파수보다 주파수가 증가할수록 이득을 감소시킨다. 이때 이득의 감소는 2개의 캐패시터의 영향 때문에 1차 여파기보다 2배 빠르게 나타난다. 즉, 전압강하의 비율은 12dB/octave EH는 40dB/decade인 것이다. 차단 주파수는 다음과 같다.
< 회 로 > < 응 답 >
5) 2차 고역 통과 필터
고역 통과 필터는 저주파수에서는 캐패시터들은 개방회로로 동작하면서 전압이득을 거의 '0'에 가깝게 만든다. 하지만 고주파에서는 캐패시터들이 단락회로로 동작하여 주어진 회로는 전압 플로어(voltage follower)로서 동작한다.
차단 주파수는 다음과 같다.
< 회 로 > < 응 답 >
3. 시뮬레이션 내용 및 결과
1) 1차 저역 통과 필터
① f=100Hz
< >
② f=200Hz
<　　＞
③ f=500Hz
＜ >
④ f=1kHz
< >
⑤ f=2kHz
<　　＞
　　⑥ f=5kHz
< >
2) 2차 저역통과 필터
① f=100Hz
<　　＞
　　② f=200Hz
＜ >
③ f=500Hz
< >
④ f=1kHz
< >
⑤ f=2kHz
< >
⑥ f= 5kHz
< >
⑦ f=10kHz
< >
3) 2차 고역 통과 필터
① f=100Hz
< >
② f=200Hz
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③ f=500Hz
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④ f=1kHz
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　　⑤ f=2kHz
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　　⑥ f=5kHz
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⑦ f=10kHz
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