실험공진회로와 광석라디오 결과레포트

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본문 전자공학실험2 결과보고서 실험 9. 공진 회로와 광석 라디오 1. 실험의 목표 a) 병렬 공진 회로의 전기적 특성을 실험하여 공진 회로의 동작 원리를 이 해한다. b) 원리가 응용된 동조 회로를 사용하는 광석 라디오를 제작하여 AM 방송을 수신한다. 2. 실험 과정 및 결과 A) 페라이트 코어에 총 42바퀴의 피복선을 두 겹으로 감아서 코일로 사용 하게 된다. 직경 0.5mm이고 길이가 165cm인 피복선을 사용하여 3cm의 여유를 남기고 페라이트 코어의 중간부터 21바퀴를 감는다. 그리고 계속 해서 같은 회전 방향으로 다시 21바퀴를 반대쪽으로 감고, 그림 9.13과 같이 피복선의 양끝을 꼬아서고정시킨다. 이 코일의 인덕턴스는 약 142 mu H이고 직류 저항은약 0.16Ω이다. ㆍ검토 : 실험에서는 코일이 미리 감겨있는 코어를 사용하였다. B) 코일과 콘덴서의 병렬 공진에 대한 등가 컨덕턴스를 측정하기 위하여 신 호 발생기의 출력전압을 진폭이 1V이고 주파수가1251kHz인 정현파로 설 정하라. C) 그림 9.14의 병렬 공진 회로를 구성하라. 신호원 v _ s 와 저항 50Ω은 신호 발생기의 등가회로이고, 인덕터 L과 커패시터 C는 각각동조 코일과 가변 콘덴서이며, 가변 저항은 연결하지 않는다. 그러면 R _ x = INF 로 컨덕턴스 G _ x =1/R _ x =0이 된다. 그림 1 9.14 병렬 공진 회로 D) 가변 콘덴서의 커패시턴스를 변경하면서 10X 프로브를 사용하여 출력 파형만을 오실로스코프로 관찰하라. 이것은 공진 회로가 오실로스코프 채 널의 입력 임피던스에도 민감하므로 필요한 채널만을 사용하여 정확한 측정을 하기 위한 것이다. 가변 콘덴서로 출력 신호의 진폭이 600mV가 되도록 신호 발생기를 조절하라. ㆍ검토 : 출력 신호의 진폭이 600mV가 되도록 조절해야 하지 만 600mV까지 출력이 나오지 않아서 300mV로 출력 을 조절하였다. E) 신호 발생기의 주파수를 공진 주파수 1251kHz보다 높은 주파수로 증가 시키면서 출력 신호의 진폭이 600/ sqrt 2 =424mV가 되는 고주파 차단 주 파수 f _ 2 를 찾아라. 반대로 공진주파수보다 낮은 주파수로 감소시키면서 출력 신호의 진폭이 424mV가 되는 저주파 차단 주파수 f _ 1 을 찾아 표 9.1을 완성하라. 표 1 병렬 공진 회로의 차단 주파수와 양질도 f _ 1 (kHz) f _ 0 (kHz) f _ 2 (kHz) 양질도 Q _ 0 1225 1251 1265 31.275 F) 표 9.2에 주어진 가변 저항값에 따라 공진 상태에서 출력 신호의 진폭을 측정하여 표 9.2를 완성하라. 이 실험을 통하여 병렬 저항의 변화에 따라 공진 주파수, 즉 출력 신호의 진폭을 최대로 하는 커패시터의 크기가 변 하지 않음도 확인하라. 표 2 병렬 컨덕턴스의 변화에 대한 병렬 공진 회로의 전압 가변저항R _ x (kΩ) INF 47 22 10 6.8 4.7 v _ o 의 진폭(V) 0.6 0.32 0.22 0.12 0.08 0.07 컨덕턴스 G _ x ( mu S) 0 21.3 45.5 100 147 213 v _ o 진폭의 역수 (V ^ -1 ) 1.67 3.125 4.55 8.33 12.5 14.29 ☞ 그리고 아래는 병렬 저항의 변화에 따른 공진 주파수이다. 그림 2 공진 주파수 그림 3 공진주파수 그림 4 공진 주파수 그림 5 공진 주파수 G) 동조 회로에 대한 실험을 하기 위하여 신호 발생기의 출력 전압을 진폭 이 100mV이고 주파수가 1251kHz인 정현파로 설정하라. H) 안테나의 등가 모델을 사용한 그림 9.15의 동조 회로를 구성하라. 안테 나 모델의 커패시턴스가 33pF로 변경된 이유는 출력에 연결되는 10X프로 브가 나타내는 약 8에서 16pF의 등가 커패시턴스를 보상하여 동조 실험 을 하기 위한 것이다. 그림 6 동조 회로도 I) 10X 프로브를 사용하여 입력 파형과 출력 파형을 오실로스코프로 동시 에 관찰하면서 출력 전압 v _ o 의 진폭이 최대가 되도록 동조 콘덴서 C를 조정하라. 이제 주파수 1251kHz의 신호에 회로가 동조되어 있다. J) 1251kHz에 동조된 이 회로에 대하여, 입력과 출력 전압의 진폭과 위상 을 관측하고 입력 전압에 대한 출력 전압의 증폭도와 위상을 구하여 표 9.3을 완성하라. 그리고 주어진 입력 전압 파형에 대하여 출력 전압 파형 을 그림 9.16에 그려라. 표 3 동조 회로의 특성 v _ o 의 진폭 v _ i 의 진폭 v _ o 의 진폭 증폭도 v _ o over v _ i v _ i 에 대한 v_ o 의 위상 100mV 100mV 1.2V 12 -90 ^ o 그림 7 동조 회로의 파형 K) 신호 주파수 1251kHz에 동조된 인덕터와 콘덴서를 그대로 사용하여 그 림 9.17의 광석라디오를 구성하라. 안테나는 동심 직경이 0.5mm이고 길 이가 300cm인 피복선을 사용하고, 접지는 수도 배관이나 안전이 확인된 전원 접지를 이용한다. 안테나와 양호한 접지는 광석 라디오의 동작에 매 우 중요하므로 필수적으로 접속하여야 한다. 이제 크리스털 이어폰을 통 하여 CBS 방송을 들을 수 있을 것이다. 그림 8 광석 라디오 회로도 L) 방송이 들리면 가변 콘덴서를 미세하게 조정하면서 얼마나 동조가 잘 되었는지를 음미하고 안테나와 동조 회로에 대한 등가 모델의 아름다움 을 감상하라. 방송이 들리지 않으면 방송이 들리도록 가변 콘덴서를 매우 미세하게 조정하라. ㆍ검토 : 회로는 맞게 구성되었으나 라디오 방송을 듣지 못하였 다. 후에 알게된 사실이지만 실험실 창가쪽에서 접지 및 안테나를 설정하여야만 라디오를 들을 수 있다는 사실을 확인하였다. 3. Homework (A to D) a) 표9.2의 실험 데이터를 그림 9.18에 그려서 모든 점들이 직선상에 위치 하는가를 확인하고, 이 직선과 x축과의 교점에서 컨덕턴스 G _ o 를 구하라. 그리고 코일과 콘덴서의 병렬 회로에 대한 등가 컨덕턴스 G와 등가 저항 R=1/G를 계산하라. 1. 그림 9 측정 그래프 2. G _ o =22 mu s 3. G=G _ o -G _ g =22-4.998 APPROX 17 mu s 4. R=1/17=58.82KΩ ㆍ검토 : 계산을 통해 선형에 가까운 그래프를 확인 하였다. b) 그림 9.14에서 인덕턴스가 142mu H일 때, 이 병렬 공진 회로의 양질도 Q _ o 를 계산하여 실험5에서 측정한 양질도와 비교하라. 1. w _ o = 1 over sqrt LC ,`2 pi TIMES 1251K= 1 over sqrt 142 mu .c ,`c=1.139 TIMES 10 ^ -10 2. Q _ o =w _ o Rc=2 pi TIMES 12K TIMES 40.503K TIMES 1.139 TIMES 10 ^ -10 =36.26 3. 측정값 : 31.275 4. 차이는 약 4.98이다. c) 코일 제작에 사용한 동선의 저항도가 16.8X10-9Ωm일 때, 코일의 직류 저항 R _ o 를 계산하여 측정값 0.16Ω과 비교하라. 1. R=(비저항X길이)/단면적 2. 비저항 : 16.8X10-9Ω 3. 길이 : 1.65m 4. 단면적 : PI (0.5/2) ^ 2 = PI TIMES 0.0625 TIMES 10 ^ -6 m ^ 2 5. 직류저항 : 16.8 TIMES 10 ^ -9 TIMES 1.65 over PI TIMES 0.0625 TIMES 10 ^ -6 SIMEQ 0.14Ω d) 코일의 모델에서 사용한 직렬 저항 0.4Ω이 계산하거나 측정한 직류 저 항보다 큰 이유를 표피 효과(skin effect) 관점에서 설명하라. 1. 도선에 직류 전압을 가하면 전류가 일정하게 흐른다. 그러나 교류 전압을 가하면 입력신호의 주파수가 높을수록 도선에 유도 기전력이 발생하여 선의 내부로 갈수록 전류 밀도는 낮아져서 전류가 도선표면에만 흐르게 된다. 즉, 고주파일수록 도선의 직류저항이 커지게 된다. 따라서 측정한 직류저항보다 0.4Ω만큼 더 크게 된다. 4. 고찰 11월 18일로 전자공학실험2가 중간고사 이후 네 번째 시간이자 아홉 번째 실험을 맞이하게 되었다. 지난주에는 우리 1조의 두 번째 발표 날이자 마지막 발표를 깔끔하게 마무리하였다. 조금 아쉬웠으나 남은 실험 및 과제, 그리고 11월 달력 만들기 미션을 생각하니 다행이라는 생각마저 든다. 하고 싶은 말 좀 더 업그레이드하여 자료를 보완하여, 과제물을 꼼꼼하게 정성을 들어 작성했습니다. 위 자료 요약정리 잘되어 있으니 잘 참고하시어 학업에 나날이 발전이 있기를 기원합니다 ^^ 구입자 분의 앞날에 항상 무궁한 발전과 행복과 행운이 깃들기를 홧팅 키워드 공진, 출력, 그림, 회로, 실험, 병렬