[기초회로실험] 신호모델 및 해석 : 시스템과 입출력 신호와의 이론적 관계 이해 & RC, RL, RLC 와 같은 회로시스템 해석을 위한 다양한 입력 신호의 수학적 행태를 이해하고 Function Generator 사용법

소개글

[기초회로실험] 신호모델 및 해석 : 시스템과 입출력 신호와의 이론적 관계 이해 & RC, RL, RLC 와 같은 회로시스템 해석을 위한 다양한 입력 신호의 수학적 행태를 이해하고 Function Generator 사용법에 대한 보고서 자료입니다.

목차

신호모델 및 해석

1. 실험의 목적

2. 실험 준비물

3. 기초 이론

4. 실험 진행

5. 실험예상

6. 실험 결과 및 분석

7. 오차의 원인과 개선방향

8. 감상

본문내용

면서 출력에서 나오는 전압을 측정하여 멀티미터 표시 전압이 7V가 되도록 조정하라. 이 때, 멀티미터를 직류전압 측정으로 바꾸고 같은 전원의 전압을 측정하라.
-> 함수발생기의 전압을 정확히 7.00[V]에 맞추고 실험을 하였다. 디지털 형식으로 입력이 가능하였기 때문에 정확한 값을 맞출 수 있었다. 멀티미터에 표시된 전압은 약간의 오차가 나타난 7.02[V] 값이 나왔다.
직류전압측정으로 측정했을 때는 0.7[V] 즉 거의 0[V]에 가까운 전압값이 측정되었다.
(3) 진폭은 그대로 두고 함수 발생기의 주파수를 바꾸어 가면서 멀티미터로 교류 전압을 측정하라.
100㎐
1㎑
10㎑
100㎑
1㎒
교류전압
(Function
Generator 표시값)
5.00[V]
5.00[V]
5.00[V]
5.00[V]
5.00[V]
교류전압
(멀티미터 측정값)
5.04[V]
5.03[V]
5.026[V]
3.75[V]
2.42[V]
오 차(%)
0.4%
0.3%
0.2%
-2.5%
51.6%
-> 앞서 (1) (2)에서 실험한 데이터에서 교류 전압을 5[V]을 함수발생기를 통해 흘려주었다. 1㎑ 일 때 5.00[V] 가 되도록 조절된 상태에서 주파수를 바꾸어 가며 데이터를 측정하였다. 주파수의 변화에 관계없이 모든 주파수대역에서 같은 전압이 출력될 것이라고 생각했지만 실제로 멀티미터에서 측정된 전압은 주파수의 변화에 따라 그 값이 달라졌다. 변화 양상은 주파수가 커질수록 전압값은 작아졌다. 주파수를 1MHz 까지 높혀 주니 교류전압은 함수 발생기를 통해 흘려준 값과 매우 큰 차이가 발생했다. 50% 가 넘는 오차가 발생했다. 이론적인 원인에 의한 것 이라기보다는 Function Generator 의 한계 혹은 멀티미터의 성능상의 문제에 의한 오차로 생각된다.
(4) 주파수를 1㎑로고정하고 함수 발생기의 직류 오프셋(DC OFFSET)을 세 가지 값으로 변화 시키면서 출력정압을 멀티미터의 교류 및 직류 모드로 측정해 보라. 결과를 기록하라.
직류 오프셋
0.5V
1V
1.5V
교류모드(이론값)
5[V]
5[V]
5[V]
교류모드(측정값)
5.025[V]
5.020[V]
5.030[V]
오 차
0.5%
0.4%
0.6%
직류모드(이론값)
+0.5[V]
+1[V]
+1.5[V]
직류모드(측정값)
1.0125[V]
2.0184[V]
3.0268[V]
값의 차이[이론값]
0.5[V]
0.5[V]
값의 차이[측정값]
1.0059[V]
1.0084
주파수를 1㎑로 고정하고 RMS를 5V로 놓은 후 함수발생기의 DC offset을 변화시킬 때 멀티미터로 측정한 교류전압 및 직류전압을 기록했다. 직류전압은 offset의 변화에 따라 일정하게 반응하였다. 즉 직류 오프셋 값을 일정하게 높혀 줄수록 직류전압값 역시 일정하게 높아졌다., 교류전압은 offset을 변화시킴에 따라 규칙적이지 못한 미미한 변화를 보여서 오차로 의심되었다. 교류전압의 DC offset이 변할 때의 RMS값을, 공식을 이용해 예상해 보면 다음과 같다.
따라서 직류전압이 곧 DC offset임을 감안할 때, 직류전압이 변하면(음, 양에 관계없이) 정현파 교류전압의 RMS는 항상 증가해야 한다는 점을 알 수 있다. 그런데 실험값에서 DC offset을 증가시킴에 따라 직류전압이 3.0268[V]나 되어도 교류전압 RMS값은 매우 적은 변화를 보였다. 멀티미터의 교류전압 측정값은 DC offset이 무시된 채 계산된 결과임을 조심스럽게 추측할 수 있다. 직류 모드로 측정된 전압값에서 오프셋의 변화에 따른 값의 차이를 이론값과 측정값으로 살펴보았을대 약 2배 정도 측정값에서 그 차이가 높게 나왔다. 이는 멀티미터가 전압값을 측정하는데 발생한 오류로 생각할 수 있다.
(5) 함수발생기와 오실로스코프의 프로브를 연결하라. 오실로스코프의 자동(AUTO)설정단추를눌러 파형이 표시되도록 하여 앞의 2번에서 4번까지의 실험을 멀티미터 대신 오실로스코프를 써서 다시 하라. 이 때 필요한 경우 입력 커플링을 DC로 전환하여 DC 오프셋 역할을 확인하라. 측정된 결과의 파형을 그려라.
▲ 주파수=100㎐, 전압 = 5.00[V] 주기 = 2ms
▲ 주파수=1k㎐, 전압 = 5.00[V] 주기 = 0.2ms
▲ 주파수=10k㎐, 전압 = 5.00[V] 주기 = 0.02ms
▲ 주파수=100k㎐, 전압 = 5.00[V] 주기 = 2s
▲ 주파수=1M㎐, 전압 = 5.00[V] 주기 = 20s
직류 오프셋 1[V] , 교류전압 : 5[V] , 주파수 : 1kHz , 주기 : 0.5ms
(6) 오실로스코프를 연결하여 파형을 표시한 상태에서 함수 발생기를 삼각파, 구형파 등으로 전환하여 파형을 확인하라. 또한 스위프 주파수 및 시간을 설정하여 파형의 주파수 스위프를 오실로스코프로 확인하라. 측정된 결과의 파형을 그려라.
주파수 : 100㎑, 오프셋: 0, 진폭: 7.150
●스위프파형 : 지정파형(삼각파, 구형파, 정현파)의 주파수가 선형적 또는 대수적으로 초기 지정주파수에서 최종 스톱 주파수까지 주파수 변화를 일으키면서 발생되는 것을 말한다.
▲ 사각파
▲ 삼각파
●스위프율 : 초기주파수 발생과 스톱주파수발생사이의 시간을 지정하는 것으로 이 값을 크게 할수록 지정 범위의 주파수 변화가 더 빨리 일어난다.
7. 오차의 원인과 개선방향
이번실험에서는 실험상에서 발생할 수 있는 오차는 존재하지 않았다. 고작해야 프로브 전선에서 발생하는 극미한 미세저항값이라고 생각할수 있다. 이번 실험에서 핵심적으로 실험값에 영향을 준 오차의 원인으로는 Function Generator에서 흘려주는 함수 값에 대한 정확성 과 멀티미터 기기 내부상에서 존재하는 오류이다. 실험(3)에서 교류 전압의 변화 양상은 주파수가 커질수록 전압값은 작아졌다. 주파수를 1MHz 까지 높혀 주니 교류전압은 함수 발생기를 통해 흘려준 값과 매우 큰 차이가 발생했다. 50% 가 넘는 오차가 발생했다. 이론적인 원인에 의한 것 이라기보다는 멀티미터의 성능상의 문제에 의한 오차로 생각된다. 또한 실험(4)에서 직뮤로드 측정 전압이 일정하게 높은 값이 나왔는데 이는 멀티미터에서 일정하게 발생한 오차의 원인

키워드

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