전자공학실험2 9장 2009037406 최광호

소개글

전자공학실험2 9장 2009037406 최광호에 대한 보고서 자료입니다.

목차

9.1 목적
9.2 해설
9.3 예비문제
9.5 실험내용
9.5 실험분석
9.6 연습문제
실험 후 느낀 점

본문내용

커패시터와 인덕터 전압의 증폭도를 나타낸다. 대역폭 와 양질도 의 관계는 병렬 공진 회로와 같은 식으로 주어지며, 가 증가하면 대역폭이 좁아지면서 주파수 선택도가 향상된다.
그림 9.4는 직렬 공진 회로의 공진 상태에서 진폭이 10㎷인 입력 전압 , 인덕터 전압 , 그리고 커패시터 전압 의 파형들을 나타낸다. 입력 전압은 인덕터 전압이나 커패시터 전압과 90° 위상 차이가 있고, 인덕터 전압과 커패시터 전압은 서로 180° 위상 차이가 있어 공진 상태에 있음을 확인할 수 있다. 그리고 인덕터 전압이나 커패시터 전압의 진폭이 입력 전압의 진폭보다 10배 이상 크므로 이 공진 회로의 양질도 도 10 이상임을 알 수 있다.
(3) 코일과 콘덴서의 공진 회로
인덕터로 사용하는 코일(coil)에는 도선 저항에 기인한 저항 손실, 전자파 방사에 기인한 방사 손실, 또는 페라이트 코어에 기인한 코어 손실이 있으며, 커패시터로 사용되는 콘덴서(condenser)에는 누설 전류로 인한 손실과 유전체에 기인한 유전 손실이 있다. 일반적으로 이러한 손실을 포함하는 코일과 콘덴서의 등가 회로는 여러 가지가 있으나 모든 주파수 영역에서 등가인 모델을 구성하기는 매우 어렵다. 여기서 우리는 이 손실들을 코일에는 직렬 저항 로 콘덴서에는 병렬 저항 로 표현하는 간단한 등가 모델을 사용할 것이다. 코일과 콘덴서의 병렬로 구성된 실제적인 병렬 공진 회로의 등가 회로가 그림 9.5에 나타나 있다.
이 회로는 그림 9.1의 표준 공진 회로로 변환될 수 있다. 저항과 인덕터로 표현된 코일의 어드미턴스는
로 변환되며, 등가 병렬 저항 와 병렬 인덕턴스 은 인덕터의 양질도 를 사용하여
,
로 각각 주어진다. 그러므로 표준 병렬 공진 회로의 컨덕턴스는
로 주어지며, 이면 인덕턴스는 로 근사된다.
(4) 코일과 콘덴서의 컨덕턴스 측정법
코일과 콘덴서로 구성된 병렬 공진 회로에서 등가 컨덕턴스 는 회로의 양질도에 영향을 주어서 주파수 선택도를 변화시키는 중요한 성분이다. 이것은 코일과 콘덴서의 내부 손실을 나타내는 기생 저항에 기인하는 성분으로, 그림 9.6을 사용하여 측정할 수 있다. 여기서 는 전압 신호 발생기의 내부 저항과 이 신호 발생기를 전류 신호원으로 변경하기 위하여 필요한 큰 직렬 저항의 합을 나타낸다. 그리고 는 공진 상태에서 출력 전압의 크기 를 변경하기 위한 가변 컨덕턴스이다.
공진 주파수 에서 출력 전압의 크기 는 최대가 되고 회로 전체의 컨덕턴스는
로 주어진다. 출력 전압의 크기와 가변 컨덕턴스의 관계는
로 표현된다. 이 식은 가 에 선형으로 의존하는 직선 방정식이며, 이면 는 0이 되어 x축과 교차하게 된다. 그러므로 코일과 콘덴서의 등가 컨덕턴스는 다음 식을 사용하여 구할 수 있다.
그림 9.7은 가변 컨덕턴스 를 변화시키면서 공진 전압의 크기 를 측정하여 그 역수를 점으로 표시하고, 이 점들을 잘 지나도록 직선을 그린 것이다. 이 직선이 x축과 만나는 점에서 의 값이 이다.
(5) 광석 라디오
광석 라디오(crystal radio)는 라디오 방송의 초기인 1920년대에 널리 사용되었다. 이 라디오는 전원 공급기를 사용하지 않고, 방송되는 전파 신호의 자체 에너지를 이용하여 동작한다. 코일과 콘덴서의 공진 회로를 특정한 방송국의 진폭 변조(AM) 신호에 동조시켜 신호 진폭을 증폭하고 다이오드로 검파하여 이어폰으로 청취한다. 그림 9.8은 광석 라디오의 블록도를 나타낸다.
전파를 탐지하는 안테나는 수 미터 이상의 도선으로 실현되고, 광석 라디오의 동작에 중요한 기능을 하는 접지는 수도 배관이나 가정용 전원의 접지 단자를 이용한다. 수신 주파수를 선택하는 동조 회로는 병렬이나 직렬 공진 회로로 구현되며, 동조 주파수는 주로 커패시턴스의 변화로 결정된다. 진폭 변조된 음성 신호를 복조하는 검파기는 동작 전압이 낮은 게르마늄 다이오드, 저항 그리고 커패시터로 구성된다. 그리고 이어폰으로는 입력 임피던스의 크기가 2㏀ 이상인 이어폰이나 압전 또는 크리스털 이어폰이 사용된다. 이어폰의 등가 입력 저항 성분과 머패시턴스가 검파에 적합하면 검파기에서 저역 통과 필터를 구성하는 저항과 커패시터는 생략될 수 있다.
그림 9.9는 대표적인 광석 라디오의 회로를 나타낸다. 여기서 입력 저항과 커패시턴스를 갖는 압전 이어폰이 저역 통과 필터로도 작용하므로, 이 필터를 구성하는 커패시터는 제거되었으며 저항 로 생략될 수 있다. 광석 라디오의 설계와 정량적인 이해에 중요한 것은 안테나 임피던스이다. 이것은 동조 회로에 영향을 미치므로 동조 회로의 설계 시 그 크기를 고려해야 한다. 도선 안테나의 임피던스는 송수신 전파의 파장과 안테나 길이에 주로 의존한다. 안테나 임피던스의 저항 성분은 주로 도선 저항과 방사 저항에 기인하는데 수십 Ω 이하이다. 이 방사 저항을 크게 하여 양호한 수신 감도를 얻으려면 긴 안테나를 높이 설치해야 한다. 안테나 리액턴스는 파장이 수백 미터인 AM 대역에서 수 미터의 안테나를 사용하면 인덕턴스보다는 커패시턴스가 된다.
그림 9.10은 1251㎑의 CBS 방송 수신을 위한 안테나와 동조 회로의 등가 회로를 나타낼 것이다. 신호원 는 안테나에 유기된 전압이고, 는 안테나 저항이며, 는 안테나 커패시턴스이다. 그리고 와 는 코일의 등가 회로이고, 와 는 콘덴서의 등가 회로이다. 이 회로는 표준 공진 회로가 아니며 병렬과 직렬 공진 회로가 공존한다. 병렬 공진 회로의 공진 주파수는 근사적으로
로 계산된다. 이 주파수는 회로 전체의 공진 주파수 =1251㎑보다 높으므오 이 병렬 공진 회로의 리액턴스는 인덕턴스가 된다. 이 인덕턴스가 안테나 커패시턴스 와 직렬 공진 회로를 구성하여 수신 주파수 에 공진하게 된다.
그림 9.11은 안테나와 동조 회로에서 얻어지는 전압 이득의 크기와 병렬 공진 회로의 등가 임피던스 크기에 대한 주파수 특성이다. 여기서 안테나에 수신된 신호 전압이 동조 회로의 출력으로 10배 이상 증폭되는 것을 알 수 있다. 신호의 수신 전력이 1㎻ 정도이면 방송 내용을 알아들을 수 있으나 수십 ㎺이면 겨우 들리기만 한다.
그림 9.12는 안테나에 수신된 전압의 진폭이 100㎷일

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공진회로와 광석라디오,   전자공학실험2 9장,   전자공학실험