[실험보고서] RLC회로 실험

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목차

1. RLC회로의 배경지식
2. 실험 용어 조사
3. 실험 결과
4. 실험결과 관찰
5. 오차원인 분석
6. 전자가 기계에 필요한 이유

본문내용

.80
8.83
0.340
795.77
1698.0
∠27.9。
< RL직렬회로 실험값 >
주파수(Hz)
Eo(V)
EL(V)
ER(V)
XL()
Z
실험값
이론값
오차(%)
실험값
이론값
오차(%)
500
10.0
4.40
4.64
5.17
6.80
8.86
23.3
314.16
677.27
∠27.6。
1000
10.0
8.00
7.23
10.6
6.00
6.90
13.0
628.32
868.78
∠46.3。
1500
10.0
10.4
8.44
23.2
4.80
5.37
10.6
942.48
1117.3
∠57.5。
2000
10.0
11.2
9.02
24.2
4.00
4.31
7.19
1256.6
1392.5
∠64.5。
< RLC직렬회로 실험값 >Level
-f <------ 0 ------> f
BW(3dB)
-6dB
-3dB
0dB
-3dB
-6dB
주파수
8.756KHz
9.567KHz
10.90KHz
12.32KHz
13.63KHz
2.753
공진주파수
실험값(KHz)
이론값(KHz)
오차(%)
10.900KHz
10.730KHz
1.58
4. 실험결과 관찰
(1) RC직렬회로
RC직렬회로 실험결과는 는 주파수가 증가 할수록 감소했으며, 은 주파수가 증가 할수록 증가하였다.
는 주파수가 증가 할수록 오차율이 증가하였고 은 주파수가 증가 할수록 오차율이 감소 하였다.
Xc의 값이 주파수가 증가 할수록 감소하였다.
임피던스의 크기는 주파수가 증가 할수록 증가하였고, 위상각 역시 증가하였다.
오차율은 가 에 비해 낮다.
실험값이 이론값에 비해 항상 작다.
< 그래프 1. 주파수에서 따른 , 의 결과값 >
< 그래프 2. 주파수에서 따른 , 의 오차율 >
(2) RL직렬회로
RL직렬회로 실험결과는 은 주파수가 증가 할수록 증가했으며, 은 주파수가 증가 할수록 감소하였다.
는 주파수가 증가 할수록 오차율이 증가하였고 은 주파수가 증가 할수록 오차율이 감소 하였다.
XL의 값이 주파수가 증가 할수록 증가하였다.
임피던스의 크기는 주파수가 증가 할수록 감소하였고, 위상각 역시 감소하였다.
오차율의 평균은 비슷하며 반비례 관계에 있다.
의 실험값은 대체로 이론값보다 크지만 의 실험값은 이론값보다 낮다.
< 그래프 3. 주파수에서 따른 , 의 결과값 >
< 그래프 4. 주파수에서 따른 , 의 오차율 >
(3) RLC직렬회로
대역폭이 dB가 증가 할수록 커진다.
공진주파수의 실험값이 이론값보다 크다.
공진주파수에서 +dB와 -dB로의 거리는 조금의 오차율이 있지만 대체로 같다.
Level
BW(KHz)
공진주파수와의 주파수 차이
0dB
0.000
0.000
-3dB
2.753
1.333 , 1.450
-6dB
4.874
2.144 , 2.730
* 임피던스값 분석
RL직렬회로
공식에서 알 수 있는 것처럼 저항 이 커질수록, 주파수가 커질수록, 값이 커질수록 임피던스의 값이 증가한다. 실험에서 주파수의 값이 증가함에 따라 임피던스의 값이 그에 비례해서 증가함을 알 수 있다.
RC직렬회로
RL직렬회로와 같이 저항 이 커질수록 임피던스의 값이 증가하지만, 다른 점은 주파수와 의 값에 반비례한다. 위의 식에 따라 실험에서 주파수가 증가함에 따라 임피던스의 값이 감소함을 알 수 있다.
5. 오차원인 분석
이번 실험에서 오차의 원인으로는 여러 가지가 있는데 도선과 회로의 저항이 그 원인 중 하나이다. 실험에서의 이론값을 구하기 위한 식은 모두 도선의 굵기가 무한히 얇아서 저항이 0이라는 가정하에 만들어 진 식들이다. 따라서 현실에서는 오차율이 0%라는 것은 불가능하다. 실험에서 대체로 이론값보다 실험값이 낮게 측정되었는데, 이는 도선과 회로의 저항에 의한 것으로 생각된다. 실제로 이론값을 구하는 과정의 여러 공식에는 저항의 값이 필요하며 저항의 값이 달라지면 당연히 계산 결과값도 달라지게 된다. 그리고 의 오차율은 주파수가 증가 할수록 감소하는데 이는 식 에서 알 수 있는데, 주파수가 증가 할수록 저항의 값이 증가하기 때문에 오차율이 감소하게 된다.
오차의 또 다른 원인으로는 오실로스코프로 관찰된 실험값이 육안으로 관찰되었기 때문에 정확도가 떨어진다는 점이다. 측정된 값이 수치로 나와서 읽은 것이 아닌 이상 사람의 눈은 완벽히 결과값을 읽을 수 없다. 또한 위의 이론값들은 책의 표를 참조해서 주파수가 500Hz, 1000Hz, 1500Hz, 2000Hz 일 때에 계산한 값이지만 실제로 실험에서 주파수는 503Hz, 995Hz, 1497Hz, 2003Hz 이었다. 따라서 주파수의 값의 차이로 인해 오차율이 발생되었다.
마지막으로 R, L, C 각 부분이 가지는 오차의 값도 계산에 포함되지 않았다. 이러한 부품들에도 오차가 존재할 수 있다. 예를 들어 저항의 경우 오차율을 색 띠로 표현한다.
이러한 오차의 원인들로 이번 실험에서는 E02 = ER2 + EC2 의 식이 성립하지 않았고, 오차가 발생하였다.
* 오차원인정리
회로와 도선의 저항.
육안으로 관찰된 실험결과.
실제 주파수와 교재 주파수와의 차이.
R, L, C 각 부품의 오차.
6. 전자가 기계에 필요한 이유
기계와 전자를 합친말로 메카트로닉스란 용어가 있다. 지능형 로봇, 반도체/디스플레이 제조장비, 각종 자동화장비 산업의 기반이 되는 기술이며, 요소기술로는 기계설계(mechanical design), 제어, 임베디드시스템, SI 기술등이 있다. 이러한 전자와 기계의 융합은 현대 공학에서 필수 요소이다.
기계에 있어 대부분의 제어는 프로그램을 통한 전기신호에 의해 제어가 된다. 즉, 기계가 만들어져서 올바른 상황에 올바른 움직임을 하려면 전자공학에 의한 기계 제어가 필요하며, 이를 통해 사용자와 기계와의 대화를 가능하게 만든다. 가장 좋은 예로는 로봇분야가 있는데 로봇의 골격과 연결부 등의 외형적인 면은 기계공학이지만, 로봇이 지능을 가질 수 있고 통제와 제어를 가능하게 하는 내적인 면은 전자공학이다. 앞으로 전자와 기계는 서로 분리될 수 없는 분야가 될 것이다. 만약 둘 중하나라도 설계에서 문제가 있다면 당연히 제대로 작동하지 않을 것이다.

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실험보고서,   RLC회로,   실험