와 Vo를 계산하라
Vc = 1.951V Vo = -0.451V
c. 순서 b의 결과를 사용하여 vi가 다른 반주기로 스위치가 되고, 다이오드가 off 된후의 Vo를 계산하라.
Vo = -5.951V
d. 예상파형
e. 오실로스코프 결과 화면
예상화면과 크게 다를바 없다. 단지 실험할 때 Amplitude가 8V라서 그 값이 크게 나왔을 뿐 다를 바가 없다.
f. 다이오드를 반대로 하고 Vt의 값을 사용하여 다이오드가 “온” 상태가 되는 Vi의 반주기에 대하여 Vc와 Vo를 결정하라
Vc = -4.951V
Vo = 0.951V
g. 순서 f의 결과를 사용하여 Vi가 다른 반주기로 스위치 되고 다이오드가 off 된후의 Vo를 계산하라.
Vo = 8.951V
h 예상파형
I.오실로스코프 결과화면
예상화면과 크게 다를바 없다. 단지 실험할 때 Amplitude가 8V라서 그 값이 크게 나왔을 뿐 다를 바가 없다.
9) 클램프 (정현파 입력)
a.회로를 꾸미고 정현파 입력을 하라
b. 각 계산치와 예상파형도
Vi = +4V 일 때 Vo = 0.549V
Vi = -4V 일 때 Vo = -7.451V
Vi =0V 일 때 Vo = -3.451V
c. 오실로스코프 파형
예상화면과 크게 다를바 없다. 단지 실험할 때 Amplitude가 8V라서 그 값이 크게 나왔을 뿐 다를 바가 없다.
5) 클램퍼 (R의 효과)
a. 그림 6-1의 회로에서 다이오드를 off 상태로 개방회로로 근사화 될 수 있는 입력신호의 간격에 대하여 시정수를 결정하라
τ= 0.1
b. 인가되는 신호의 주기를 계산하고 인가신호의 첫 싸이클동안 다이오드가 off 상태가 괴는 시간간격과 일치하는 반주기를 결정하라
T = 1ms
T/2 = 0.5ms
다이오드가 오프 상태가 되는 반주기는 0.5ms - 1ms 사이에서이다.
c. RC 회로의 방전주기는 약 5τ이다. 순서 a의 결과를 사용하여 5τ로 설정되는 시간 간격을 계산하고 b에서 계산된 T/2와 비교하라
5τ=2.5s
반주기 시간 간격 0.5ms 에 비해 5000배나 큰 값이다. 고로 반주기 동안 RC 회로는 거의 충전되어 있다고 볼 수 있다.
d. 좋은 클램핑 작용을 위해서, 5τ가 인가신호의 T/2보다 훨씬 큰 이유는 무엇인가?
커패시터의 방전되는 시간이 길어져서 인가신호의 T/2동안 커패시터에 저장된 전압이 거의 변하지 않게 되어 클램핑 파형이 인가신호와 비슷하게 나오게 된다.
e. R 을 1kΩ을 가졌을 때 오실로스코프 파형
h. 왜곡이 나타났는가? 양과 음의 피크를 통해 알 수 있는 것은?
왜곡이 나타났다. 양과 음의 피크를 통해 알 수 있는 것은 피크일때는 원래 파형이 나오나 점차 시간이 지날수록 커패시터가 방전되므로 파형이 그대로 유지하지 않고 그 값이
떨어지는 것을 볼 수 있다.
I.R을 100kΩ으로 바꾸고 5τ의 새로운 값을 계산하라
5τ = 0.5s
만약 100Ω이라면 5τ=0.5ms
j. 순서 I에서 계산한 5τ를 인가 신호의 T/2 와 비교하라. 보다 낮은 R이 실험e의 파형에 어떤 영향을 미치는가?
100kΩ일 때 5τ는 인가신호의 비해 매우 긴 시간이다.
100Ω일 때 5τ는 인가신호 T/2와 같은 시간 간격이다.
이는 인가신호의 반주기 동안 방전이 일어나므로 인가신호에 심각한 왜곡을 가져온다.
k.클램퍼회로에서 R이 100Ω일때 입력을 설정하고 오실로스코프의 결과파형을 그려라
l. k의 파형결과에 대해 논하고 e의 결과 파형과 실험 7의 순서 e의 적당히 클램프된 파형과 비교하라.
이 파형은 인가신호의 반주기 동안 방전이 일어나므로 인가신호의 미분기회로처럼 동작하게 된다. 이는 하이패스필터 회로와 동일하다고 볼 수 있다.
하지만 R의 값이 커짐에 따라 순서 e의 파형처럼 점차 방전이 느리게 일어나게 되고
실험7의 순서 e 처럼 방전시간이 거의 5000배나 가까이 된다면 방전은 거의 일어나지 않고 인가신호의 왜곡 또한 무시할 만한 수준이 된다.
m. 순서 a~l의 결과를 토대로 출력파형이 입력과 같은 파형을 가지는 것을 보증할 5τ와 파형의 주기 T 사이의 관계를 확립하라 그 관계는 5τ와 T 사이 관계이지 T/2사이 관계가 아님을 주목하라.
5τ와 T 사이의 관계에서 5τ가 T의 2500배 가량 된다면 입력 신호를 거의 왜곡하지 않는다.
2. 실험 결과 및 검토
결론
이번 실험은 클리핑 회로와 클램프회로의 구조와 특성에 대해서 알아본 것이다.
먼저 클리퍼에서 병렬 클리퍼를 살펴 보았다. 이때 배터리의 방향에 따라서 최하 전압값이 바뀌는 것을 볼 수 있었다. 그리고 두 번째 병렬 클리퍼에서는 배터리 없이 다이오드 특성만을 이용한 것인데 게르마늄 다이오드가 없어서 실리콘 다이오드로 대체하여 사용하였기 때문에 0을 기준으로 +- 다이오드의 천이전압값으로 최대 최소값이 주어지는 것을 볼 수 있다. 그리고 구형파든 정현파든 같은 클리핑 효과를 보여주는 것을 볼 수 있다. 그래서 병렬 클리퍼는 주어지는 배터리의 전압값과 다이오드의 천이전압에 의해 최대 또는 최소의 전압값을 조절 할 수 있으며 그 입력이 구형파든 정현파든 관계없이 안정하게 동작하는 것이라 결론 지을 수 있따.
두 번째 클리퍼는 직렬 클리퍼로 병렬과는 달리 입력신호에 직렬로 다이오드가 연결되어 있다. 여기서 구형파입력일 때 입력신호가 하이에서 로우로 떨어질 때 음으로 꼬리가 달려있는 것을 볼 수 있다. 이 이유는 다이오드의 동작시간에 비해 입력신호의 변화가 더 빨라서 일어난 현상이다. 왜냐하면 정현파 입력에서는 그런 꼬리가 보이지 않기 때문이다.세 번째 클램퍼는 클리퍼 회로에 커패시터를 더한 것인데 커패시터의 충전 방전 특성에 의해 입력파형에 DC성분을 넣어주는 역할을 한다고 실험을 통해 알 수 있다. 또한 DC성분의 마음대로 조절하기 위해서는 DC 배터리를 추가해주면 DC성분 값을 조절해줄수 있다.
그리고 커패시터와 저항간의 상호관계에 의해 시상수 타우에 의해 어떻게 잡아주는 것이 제대로 된 클램퍼의 동작을 하는 것인지에 대해 알아보았다. 그 결과 입력신호의 주기에 2500배의 시간을 방전시간으로 갖는 클램퍼 회로가 입력신호의 왜곡이 거의 없이 동작한다고 결론 지었다.