설계 3. 필터(Filter)
□ 목적: 원하는 주파수 신호를 선택할 수 있는 BPF(Band Pass Filter)의 원리 를 이해하고 설계 및 제작할 수 있다.
□ 준비물
Capacitor: 50 [nF] 근방
Inductor: 50 [mH] 근방
Resistor
LCR Meter
예비보고서(120점)
1. 전기 신호의 주파수를 선택하는 필터가 무엇인지 공진(resonance) 관점 에서 논하시오. (20점)
2. 필터 이론에 등장하는 대역폭(bandwidth)과 Q-factor(quality factor)를 설명하시오. (40점)
3. 다음 BPF 회로를 설계하시오. (60점)
주의) EMtool Design Studio로 simulation 하지 말 것
RS 50, RL 50로 가정
필터의 주파수 특성은 f = 3 [kHz], 대역폭(BW) = 300 [Hz]로 가정0 하시오.
RLC 직렬 공진회로를 설계하시오. (30점)
RLC 병렬 공진회로를 설계하시오. (30점)
결과보고서(설계 및 제작 방법: 410점)
1. 주어진 capacitor와 inductor 값을 읽고 정확한 값은 측정을 통해 결정한 다. (60점)
Capacitor와 inductor 값을 어떻게 측정할 수 있는가? Capacitor는 병렬 회로로, inductor는 직렬 회로로 모델링하여 예측할 수 있다.
(20점)
LCR meter와 universal meter로 측정한다. (10점)
부품에 표시된 값과 측정 결과를 상호비교 하시오. (10점)
소자에 명시된 값과 실제 제작한 측정 결과가 차이나는 이유는 무엇 인지 생각하라. (20점)
2. simulation을 활용하여 Q = 10인 BPF를 설계한다. (200점)
직렬 BPF를 설계한다. 공진주파수가 2.8 ~ 3.2 [kHz] 범위에 있도록 L과 C를 조정한다. (30점)
설계시 RS 50, RL 50으로 가정한다.
Simulation S/W: 수치해석 가능한 모든 S/W 가능
설계시 고려요소: 공진주파수, 대역폭, Q-factor (30점)
LCR meter로 측정한 L과 C값을 이용하여 직렬 BPF 설계치를 다시 계산하라. 얼마나 특성이 변화하는가? (20점)
병렬 BPF를 설계한다. 공진주파수가 2.8 ~ 3.2 [kHz] 범위에 있도록 L과 C를 조정한다. (30점)
설계시 RS 50, RL 50으로 가정한다.
Simulation S/W: 수치해석 가능한 모든 S/W 가능
설계시 고려요소: 공진주파수, 대역폭, Q-factor (30점)
LCR meter로 측정한 L과 C값을 이용하여 병렬 BPF 설계치를 다시 계산하라. 얼마나 특성이 변화하는가? (20점)
설계한 직렬과 병렬 BPF의 부하효과를 조사하라. RL 5~50,
50~500
RL 두가지 경우에 대해 공진주파수와 대역폭의 변화를 조 사하라. (40점)
3. simulation S/W를 활용하여 Q = 100인 BPF를 설계하라. (60점)
공진주파수가 3 [MHz]가 되도록 하고 Q = 100이 되도록 고차 BPF 를 자유롭게 설계한다. (30점)
설계시 RS 50, RL 50으로 가정한다.
설계시 고려요소: 공진주파수, 대역폭, Q-factor (30점)
4. BPF의 측정 결과를 쓰시오. (90점)
고려 항목: 공진주파수, 대역폭, Q-factor
설계 결과물의 부하 조건(5~100)에 따른 전압 특성을 대역폭과 Q-factor 관점에서 관찰하시오. 예를 들어 RL 5,50,100라고 가정한 다. (30점)
RL 50 인 경우에 대해 측정값을 바탕으로 주파수 응답표(Bode plot: magnitude and phase)를 작성하시오. 주파수는 5개를 택해서 측정하시오(공진주파수, 차단주파수, 차단주파수 이외의 주파수). 이 를 이론 결과와 비교하시오. (60점)
