슬라이드 1

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아령 나
5 years ago
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1 한경대학교전기전자제어공학과 유동상교수

3 실험목적 - 회로의주파수응답및필터에대해이해 강의내용 - 주파수응답과필터 - 저주파통과필터 - 고주파통과필터 오늘의실험 - Multisim을이용한시뮬레이션 - 브레드보드에회로구성을통한실험및계측

4 이득 (Gain) : 입력정현파의진폭에대한출력정현파의진폭의비 gain output amplitude input amplitude 위상차 (Phase Shift) : 출력정현파의위상과입력정현파의위상사 의차 (difference) phase shift output phase angle input phase angle v in ( t) cos 683t o v out ( t) cos(683t 48 ) input output 48 o cos(683t 8.47 gain 8.47 phase shift ) ( phase lead) 0 ( phase lag)

5 입력정형파의주파수가변하면이득과위상차가변함 회로망함수 (Network Function) 는입력주파수에따른회로의거동 을표현하는수식 H( ) Y( ) X( ) 출력페이저 입력페이저 gain H( ) Y( ) X( ) phase shift H( ) Y( ) X( ) 주파수응답 (Frequency esponse) 이란주파수함수로써이득과위 상차를표현하는수식

6 주파수변화에따른출력 ( 커패시터전압 ) 의변화

7 주파수변화에따른출력 ( 커패시터전압 ) 의주파수응답 ( 이득 )

8 주파수변화에따른출력 ( 저항전압 ) 의변화

9 주파수변화에따른출력 ( 저항전압 ) 의주파수응답 ( 이득 )

10 필터 (Filter) - 어떤주파수대역의신호는잘통과시키지만나머지다른주파수대역의신호는통과시키지않는주파수선택적회로 - 선택된주파수의신호를제외하고다른모든주파수는걸려냄 저주파통과필터 (Low-pass Filter) Pass band Stop band 절점주파수 (Cutoff frequency)

11 고주파통과필터 (High-pass Filter) Pass band Stop band 대역통과필터 (Band-pass Filter) Stop band Pass band Stop band

12 대역저지필터 (Band-stop Filter, Notch Filter) Pass band Pass band Stop band

13 C 저주파통과필터 (C Low-pass Filter) - C 직렬회로에서커패시터전압을출력으로선택 - 주파수가증가함에따라리액턴스가감소하게되고리액턴스와저항값이같아지는 (X C =) 주파수에도달할때까지출력전압은점진적으로감소 - 절점주파수 (Cutoff Freq.) : X C =가되는주파수 X C f C c f c C [Hz]

14 - 절점주파수에서의출력전압 X out X C I 절점주파수에서의이득 out in C in in in X C out log0 0log0(0.707) in 3dB 데시벨 (Decibel) - 소리의강도 (Intensity) 에대한인간의청각기관의로그적반응 (logarithmic response) 으로부터기인 - 하나의파워와다른파워의비율또는하나의전압과다른전압의비율을로그적측정 in P out db 0log 0 db 0log0 Pin out in

15 보드선도 (Bode Plot) 는주파수응답특성을시각적으로표현하기 위해로그 - 주파수 ( 수평축 ) 에대한데시벨단위의이득과위상차 ( 수직축 ) 를그래프로표현하는것 out in dB tan 45 at X f C c ( X C )

16 차저주파통과필터 ( nd Order Low-pass Filter) f c Cascade Connection - 절점주파수 (Cutoff Freq.) C C [Hz] - 뒤단회로가앞단회로에부하로작용하여특성이변화 - 부하효과를최소화하기위해뒤단의임피던스가앞단의임피던스보다 0배가되도록설계되어야 ( =0, C =0.C )

17 능동필터 : OP-Amp와 C회로의결합한필터 - C 회로필터는출력에연결되는부하에의해특성이변함 - 부하의영향을받지않고본연의기능을발휘하기위해서는 OP- Amp를이용하여부하와격리가가능 ( 이상적 OP-Amp) - 실제 OP-Amp에서는부하저항에따라출력전압이제한됨

18 전압팔로워를이용한 차저주파통과능동필터

19 비반전증폭기를이용한 차저주파통과능동필터 A I f out c in in Cs ( ) I I, Cs Cs C DC Gain Cs out in I Cs A Cs jc out in Cs Cs Cs out

20 반전증폭기를이용한 차저주파통과능동필터 I f out c in in I, DC Gain C I ( Cs ) Cs out in out Cs ( ) jc out in Cs ( ) out

21 차저주파통과능동필터 A f v c 3 4 C C

22 C 고주파통과필터 (C High-pass Filter) - C 직렬회로에서저항전압을출력으로선택 - 리액턴스와저항값이같아지는 (X C =) 주파수보다더커지게되면리액턴스는점점작아지게되고이에따라출력전압도점진적으로증가하여입력전압에도달 - 절점주파수 (Cutoff Freq.) : X C =가되는주파수 X C f C c f c C [Hz]

23 - 절점주파수에서의출력전압 out I 절점주파수에서의이득 out in in in in X C out log0 0log0(0.707) in 3dB in

24 보드선도 ( 주파수응답특성 ) out in dB tan X 45 at f C c ( X C )

25 차고주파통과필터 ( nd Order High-pass Filter) Cascade Connection - 절점주파수 (Cutoff Freq.) f c C C [Hz] - 뒤단회로가앞단회로에부하로작용하여특성이변화 - 부하효과를최소화하기위해뒤단의임피던스가앞단의임피던스보다 0배가되도록설계되어야 ( =0, C =0.C )

26 전압팔로워를이용한 차고주파통과능동필터 연산증폭기의고주파특성 : MHz 이상에서는신호감쇄

27 C f f C j C j Cs Cs Cs Cs I I Cs Cs I Cs c in out in out out in out A in Gain ) ( ) (, ) ( 비반전증폭기를이용한 차고주파통과능동필터 I A

28 반전증폭기를이용한 차고주파통과능동필터 I Cs in I I, Cs Cs out Cs out Cs f f c in Gain C in I out jc jc in Cs ( ) Cs out

29 차고주파통과능동필터 A f v c 3 4 C C

30 . 실험회로구성 Bode Plotter L 00[ ], [ k], 00[ M] low-pass filter 접지 (GND) 연결방법 : place > connectors > on-page connector 클릭한후 Pop-up 화면에서 GND 라는이름으로새로운컨넥터등록 -> 이후실제접지와연결 접지가필요한곳에 place>connectors>on-page connector 클릭하여 Pop-up 화면의 available connectors 리스트에서 GND 선택 -> 접지가필요한곳에연결

31 0 0 와이어 (Wire) 번호생성하기 - AC Analysis에서해석하기위한소자의전압을지정하기위해필요 - 와이어에마우스커서를놓고오른쪽버튼클릭하여 Properties 선택 - Pop-up 화면에서 Show net name 을체크 - 와이어붙는번호는회로작성시소자를그리는순서에따라지정됨 - 접지에붙는와이어번호는 0 와이어 (Wire) 에의한전압표기 (AC Analysis 해석 ) - 커패시터 C 전압 : () - 전원전압 : (3) - 저항 전압 : (3)-()

32 . 절점주파수계산 f c C [Hz].59[kHz] 3. AC Analysis 기능을이용한주파수응답해석 A. 회로구성후멀티심의메뉴에서 Simulate > Analyses > AC Analysis 선택 B. 해석하고하는주파수파라미터설정

33 C. 해석하고자하는회로변수선택 : 커패시터전압 괄호안번호로회로구성에서와이어의번호로앞의회로에서는커패시터가연결된와이어의번호는 번이므로 () 가커패시터전압을의미 D. 해석하고자하는회로결과에대한타이틀지정 L =00[Ω] 일때 : Load L =00[M Ω] 일때 : No Load

34 E. 시뮬레이션수행 : 부하저항이 00[Ω]( 부하 ) 과 00[MΩ]( 무부하 ) 일때주파수응답특성이어떻게변하는가관찰하고 Graph 캡처 그래프중첩 (Overlay) 방법 3 4 page #: graph. 기준이되는해석결과 Tab 활성화. 마우스버튼으로그래프선택 : 이득또는위상 3. Overlay Traces 클릭 4. 원하는페이지의그래프선택 page #: graph

35 E. 시뮬레이션결과 L 00[ ] L 00[ M]

36 E. 시뮬레이션결과비교 L 00[ M] L 00[ M] 00[ ] L L 00[ ]

37 4. Bode Plotter를이용한주파수응답시뮬레이션 - 관찰된이득와위상차를기록하고화면갭처 주파수 [khz] No Load (00MΩ) Load (kω) Load (00Ω) 이득 (db) 위상차 ( 도 ) 이득 (db) 위상차 ( 도 ) 이득 (db) 위상차 ( 도 ) 0.0f c 0.f c f c 0f c 00f c

38 . 실험회로구성 L 00[ ], [ k], 00[ M]. 절점주파수계산 f c C [Hz].59[kHz]

39 3. AC Analysis 기능을이용한주파수응답해석 - 시뮬레이션수행 : 부하저항이 00[Ω]( 부하 ) 과 00[MΩ]( 무부하 ) 일때주파수응답특성이어떻게변하는가관찰하고 Graph 캡처

40 4. Bode Plotter를이용한주파수응답시뮬레이션 - 관찰된이득와위상차를기록하고화면캡처 주파수 [khz] No Load (00MΩ) Load (kω) Load (00Ω) 이득 (db) 위상차 ( 도 ) 이득 (db) 위상차 ( 도 ) 이득 (db) 위상차 ( 도 ) 0.0f c 0.f c f c 0f c 00f c

41 . 실험회로구성 L 00[ ], 00[ M]. 절점주파수계산 f c C [Hz].59[kHz]

42 3. AC Analysis 기능을이용한주파수응답해석 - 시뮬레이션수행 : 부하저항이 00[Ω]( 부하 ) 과 00[MΩ]( 무부하 ) 일때주파수응답특성이어떻게변하는가관찰하고 Graph 캡처

43 4. Bode Plotter를이용한주파수응답시뮬레이션 - 관찰된이득와위상차를기록하고화면캡처 주파수 [khz] No Load (00MΩ) Load (kω) Load (00Ω) 이득 (db) 위상차 ( 도 ) 이득 (db) 위상차 ( 도 ) 이득 (db) 위상차 ( 도 ) 0.0f c 0.f c f c 0f c 00f c

44 . 실험회로구성 L 00[ ], 00[ M]. 절점주파수계산 f c C [Hz].59[kHz]

45 3. AC Analysis 기능을이용한주파수응답해석 - 시뮬레이션수행 : 부하저항이 00[Ω]( 부하 ) 과 00[MΩ]( 무부하 ) 일때주파수응답특성이어떻게변하는가관찰하고 Graph 캡처

46 4. Bode Plotter를이용한주파수응답시뮬레이션 - 관찰된이득와위상차를기록하고화면캡처 주파수 [khz] No Load (00MΩ) Load (kω) Load (00Ω) 이득 (db) 위상차 ( 도 ) 이득 (db) 위상차 ( 도 ) 이득 (db) 위상차 ( 도 ) 0.0f c 0.f c f c 0f c 00f c

47 . 실험회로구성 L [ k] 00[ M](or Open) 함수발생기설정 : 진폭 p ( 오실로스코프로에서의진폭은 4). 절점주파수계산 f c C [Hz].59[kHz]

48 3. 오실로스코프를이용하여입력및출력전압의진폭및위상지연 시간측정 주파수 [khz] No Load (00MΩ) in [] out [] Δt [ms] 이득 (db) 위상차 ( 도 ) Load (kω) in [] out [] Δt [ms] 이득 (db) 위상차 ( 도 ) 0.0f c 0.f c f c 0f c 00f c out 이득 (db) 0log 0 in 위상차( ) t f 360 [deg]

49 Phase (deg) Magnitude (db) 4. 보드선도 0 Bode Diagram f Frequency (rad/s) f c

50 . 실험회로구성 L 00[ ], 00[ M](or Open) 함수발생기설정 : 진폭 p ( 오실로스코프로에서의진폭은 4). 절점주파수계산 f c C [Hz].59[kHz]

51 3. 오실로스코프를이용하여입력및출력전압의진폭및위상지연 시간측정 주파수 [khz] No Load (00MΩ) in [] out [] Δt [ms] 이득 (db) 위상차 ( 도 ) Load (00Ω) in [] out [] Δt [ms] 이득 (db) 위상차 ( 도 ) 0.0f c 0.f c f c 0f c 00f c out 이득 (db) 0log 0 in 위상차( ) t f 360 [deg]

52 Phase (deg) Magnitude (db) 4. 보드선도 0 Bode Diagram f Frequency (rad/s) f c

53 . 실험회로구성 L [ k], 00[ M](or Open) 함수발생기설정 : 진폭 p ( 오실로스코프로에서의진폭은 4). 절점주파수계산 f c C [Hz].59[kHz]

54 3. 오실로스코프를이용하여입력및출력전압의진폭및위상지연 시간측정 주파수 [khz] No Load (00MΩ) in [] out [] Δt [ms] 이득 (db) 위상차 ( 도 ) Load (00Ω) in [] out [] Δt [ms] 이득 (db) 위상차 ( 도 ) 0.0f c 0.f c f c 0f c 00f c out 이득 (db) 0log 0 in 위상차( ) t f 360 [deg]

55 Phase (deg) Magnitude (db) 4. 보드선도 0 Bode Diagram f Frequency (rad/s) f c

56 . 실험회로구성 L [ k], 00[ M](or Open) 함수발생기설정 : 진폭 p ( 오실로스코프로에서의진폭은 4). 절점주파수계산 f c C [Hz].59[kHz]

57 3. 오실로스코프를이용하여입력및출력전압의진폭및위상지연 시간측정 주파수 [khz] No Load (00MΩ) in [] out [] Δt [ms] 이득 (db) 위상차 ( 도 ) Load (kω) in [] out [] Δt [ms] 이득 (db) 위상차 ( 도 ) 0.0f c 0.f c f c 0f c 00f c out 이득 (db) 0log 0 in 위상차( ) t f 360 [deg]

58 Phase (deg) Magnitude (db) 4. 보드선도 0 Bode Diagram f Frequency (rad/s) f c

59 연산증폭기구동을위한전원연결 DC Power Supply CH CH CH3 7 번핀 공통 ( 기준 ) 접지로활용 - CH 의 (+) 단자와 CH 의 (-) 단자를연결하기위해서는별도의물리적연결이필요없이파워서플라이의 Series 모드를선택하면내부적으로자동연결 4 번핀 CH CH 7 번핀 : (+) 전원공급 4 번핀 : (-) 전원공급 번핀 : 반전입력단자 3 번핀 : 비반전입력단자, 5, 8 번핀 : 연결않음

Microsoft Word - Lab.7

Microsoft Word - Lab.7 Lab. 1. I-V C Lab. 7. Characterist tics of a Dio 능동필터 ode 1. 실험목표 연산증폭기를이용한저역통과필터 (low-pass filter), filter), 대역통과필터 (band-pass filter) 회로를구성, 연산증폭기능동필터회로를이해 고역통과필터 (high-pass 측정및평가해서 2. 실험회로 A. 연산증폭기능동필터