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일반물리학 실험 - RLC 공진회로
1. 실험 제목 : RLC 공진회로
2. 목적
- 주파수 변화에 따른 RLC 병렬회로의 전류와 임피던스의 변화를 실험을 통하여 확인하고, RLC 병렬회로의 공진 주파수를 찾는다.
3. 이론
저항 : I 〓 Imax cos(ωt) 전압과 전류의 위상은 똑같습니다.
따라서 각속도 ω가 변하다라도 저항에서의 위상은 전혀 변화가 없습니다.
코일 : I 〓 Imax sin(ωt) 〓 cos(ωt - π/2) 전류는 전압보다 위상이 π/2만큼 느립니다.
각속도 ω〓 0 일 때 전압은 최대(Vmax)가 걸리지만 전류는 전혀 흐르지 않습니다.
각속도가 증가함에 따라 전압는 점점 약해지고 전류는 점점 증가합니다. ω가 계속해서 증가하면 서로 최대와 최소가 반복하여 나타날뿐 무한대는 위미가 없습니다.
콘덴서 : I 〓 - Imax sin(ωt) 〓 cos(ωt + π/2) 전류는 전압보다 위상이 π/2만큼 빠릅니다.
각속도 ω〓 0 일 때 전압은 최대(Vmax)가 걸리지만 전류는 전혀 흐르지 않습니다.
각속도가 증가함에 따라 전압는 점점 약해지고 전류는 -값으로 점점 증가합니다. 코일과 마찬가지로 ω가 계속해서 증가하면 서로 최대와 최소가 반복하여 나타날뿐 무한대는 위미가 없습니다.
(1) 공진 주파수
L과 C가 병렬로 연결된 그림 1의 회로를 생각 하자. 여기서, 인 조건을 만족시키는 주파수를 병렬공진이 일어나는 공진 주파수로 정의하고, 이때의 는
로 주어진다. 여기서,
, 이다.
(2) 전류
식(2)에 의하면 주파수 가 공진 주파수보다 클 때, 인덕터의 리액턴스은 콘덴서의 리액턴스보다 크게 되고 반대로, 주파수 가 공진 주파수보다 작을 때, 인덕터의 리액턴스은 콘덴…(생략)
(3) 임피던스
4. 실험 장치 및 기구
① Function Generator
② Oscilloscope
③ 저항 3.3kΩ, 커패시터 0.022, 인덕터 10mH
5. 실험방법
① 회로를 연결한다.
② Oscilloscope를 조정하여, Function Generator의 출력을 로 한다. A와 C점에 Function Generator(A점에 빨간색, C점에 검정색)를, 3.3kΩ양단 즉, B와 C점에 Oscilloscope(B점에 프로브, C점에 악어잭)를 연결한다.
③ Function Generator의 주파수 범위 버튼을 10kHZ에 맞춘다.
④양단전압 이 최소가 되는 점까지 주파수 를 증감시켜가며 조정한다. 이렇게 함으로써 어떤 주파수 양측근방에서이 증가하고 있음을 알 수 있다. 이때 주파수를 을 공진 주파수라 한다. 이 공진 주파수 을 표에 기록한다.
⑤ Oscilloscope를 이용하여 공진시 양단(B와 C점)전압 과 병렬 연결 양단(A와 B점)전압 (A점에 악어, B점에 프로브를 연결)을 측정하여 표에 기록한다. 이때, LC병렬 연결 양단의 전압은 매우 낮으므로 Oscilloscope의 측정전압범위를 조절한다.
⑥ 표에 기록되어 있는 주파수에 대해 신호 발생기의 주파수를 조정한다. 각 주파수에 대해
⑦와 의 peak-to-peak 전압을 실효값으로 바꾼다.
⑧ 선전류를 계산하여 표에
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