자연과학 자료 물리학 실험 - RLC 과도 응답 자료 UZ

자연과학 자료 물리학 실험 - RLC 과도 응답 자료

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자연과학 자료 물리학 실험 - RLC 과도 응답

[자연과학] 물리학 실험 - RLC 과도 응답

1. 실험 제목 : RLC 과도 응답

2. 실험 목적

- 본 실험을 통해

RLC회로의 특성을 파악하고 또한 각각의 특성을 파악하도록 한다.

오실로스코프와 함수발생기의 사용법을 정확하게 익힌다.

소자 값에 따른 응답형태를 파악한다

3. 실험 준비물

-오실로스코프

-함수발생기

-디지털 멀티미터(DMM)

-저항(3개) : 470Ω, 1kΩ, 10kΩ 가변저항

-인턱터(2개) : 100mH, 500mH

-커패시터(2개) : 10μF, 0.1μF

-기판(BreadBoard)

-전선, 니퍼, 집게코드

4. 실험 순서

1) 신호 발생기의 출력이 5V의 진폭(peak-to-peak 전압이 10V)을 갖는 10Hz

안팎의 구형파가 되도록 설정하고(duty cycle은 50%가 되도록 함), 1kΩ 저항과

10μF의 커패시터가 직렬 연결된 회로에 인가하라. 이 때 저항과 커패시터에 나타나는

전압 파형을 오실로스코프로 관측하고 그려라. 이 그림으로부터 시정수를 구해보라.

2) 신호 발생기의 출력이 5V의 진폭을 갖는 200Hz 안팎의 구형파가 되도록 설정하고

(duty cycle은 50%가 되도록 함), 470Ω의 저항과 500mH의 인덕타가 직렬

연결된 회로에 인가하라. 이 댸 저항과 인덕터에 나타나는 전압 파형을 오실로스코프로

관측하고 그려라. 이 그림으로부터 시정수를 구해보라.

3) 신호 발생기의 출력이 5V의 진폭을 갖는 구형파가 되도록 설정하고(자파수와

duty cycle은 측정이 편리하도록 각자 정할 것), 470Ω 저항, 10kΩ의 가변저항,

100mH의 인덕터, 0.1μF의 커패시터를 직렬로 연결한 회로에 인가하라. 가변저항을

조정함으로써 over damping, critical damping, under damping이 발생하는

조건을 각각 1가지씩 찾고, 각각의 경우에 있어서 R, L, C에 나타나는 전압 파형을

그려라 (단, 전체 저항 값, 인가한 구형파의 주파수와 duty cycle을 명기할 것)

5. 실험 결과

1) 실험과정 5.1의 결과를 그리고(사진) 이로부터 시정수를 구하시오. 그리고 이론상의

시정수도 계산하시오

`RC-저항 전압 파형`

`RC-커패시터 전압 파형`

이론값 : τ(시정수) = RC = (1x10³)(10x10) = 10ms

2) 실험과정 5.2의 결과를 그리고(사진) 이로부터 시정수를 구하시오. 그리고 이론상의

시정시도 계산하시오.

`RL-저항 전압 파형`

`RL-인덕터 전압 파형`

이론값 : τ(시정수) = L/R = (5x10³)/470 = 0.106ms = 106μs

3) 실험과정 5.3의 결과를 그리고(사진), 각 damping 조건을 쓰고, 이를 설명하시오.

1. Over damping 발생 조건

R ` 2√(L/C) = RL+470 ` 2√[(100x10³)/(0.1x10) = RL ` -270Ω

2. Critical damping 발생 조건

R = 2√(L/C) = RL+470 ` 2√[(100x10³)/(0.1x10) = RL = -270Ω

3. Under damping 발생 조건

R ` 2√(L/C) = RL+470 ` 2√[(100x10³)/(0.1x10) = RL ` -270Ω

`저항`-

`저항 Over damping`

`저항 critical damping`

`저항 Under damping`

`인덕터`

`인덕터 Over damping`

`인덕터 Critical damping`

`인덕터 Under damping`

`커패시터`

`커패시터 Over damping`

`커패시터 Critical damping`

`커패시터 Under damping`

6. 고찰

이번 실험은 함수 발생기와 오실로스코프를 이용해 RLC 회로의 특성을 파악하고 그에 따른 시정수를 구하며, 각 소자에 따른 Over damping, Critical damping, Under damping 발생 조건을 파악하고 그에 따른 실제 파형을 조사하여 기록하는 실험이다.

먼저 신호 발생기를 사용해 지정된 진폭을 갖는 일정 수치 안팎의 구형파가 되도록 설정하고 주어진 저항과 커패시터, 인덕터가 직렬 연결된 회로에 인가하였다. (참고로 오실로스코프의 사용 시, 주어진 채널만을 사용하고, 다른 버튼을 함부로 건드리면 오작동을 일으켜 정확한 결과를 측정해 내기 어렵다.)

첫 번째 실험에서 오실로스코프에 나타난 RC-저항 과 커패시터의 파형은 위 사진을 보면 잘 나타나 있다. 특히, RC-커패시터의 이론값의 시정수τ는 = RC = (1x10³)(10x10) = 10ms이고, 실제 측정된 시정수는 10.2ms로 아주 근소한 차이만 나타났다. RL-저항과 RL-인덕터의 파형 역시 위 사진에 잘 나타내어져 있고, RL-인덕터의 시정수 역시 이론값은 τ(시정수) = L/R = (5x10³)/470 = 0.106ms = 106μs이고, 실제 측정값은 105μs로 역시 아주 근소한 차이만을 나타내고 있다.

각 소자에 대한 Damping의 파형을 알아보면 Over damping이 발생 할 조건은

RL ` -270Ω이고 Critical damping의 발생 조건은 RL = -270Ω, Under damping

의 발생 조건은 RL ` -270Ω이다. 이 조건을 잘 지켜 파형을 측정한 결과 위 사진과 같이

나타났으며, 특히 각 소자 R, L, C 의 Over damping은 모두 비슷한 형태를 띄고 있었다.

이번 실험을 통해 오실로스코프의 정확한 사용방법을 알게 되었고, 각 소자에 대한 파형을

처음 접함으로써 회로와 소자에 대한 더욱 큰 이해와 흥미를 가지게 되었다.

[문서정보]

문서분량 : 7 Page

파일종류 : HWP 파일

자료제목 : 자연과학 자료 물리학 실험 - RLC 과도 응답

파일이름 : [자연과학] 물리학 실험 - RLC 과도 응답.hwp

키워드 : 자연과학,물리학,실험,RLC,과도,응답,자료

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