R.L.C회로 실험

R.L.C 회로의 특성을 이해하고 교류 전압이 인가되었을 때 각각의 특성에 대하여 알아보는 실험입니다. 주파수의 변화에 따라 각각의 전압이 어떻게 변화하는지 우리는 이 실험을 통해서 알아볼 것입니다. 실험을 통해서 얻어진 결과와 이론적인 결과와 얼마나 일치하는지 비교해 볼 수 있습니다.

 

실험 방법

1. 실험 준비물

저항 100Ω, 콘덴서 0.01mF, 전기 기판 보드, AC 전원 입력장치(주파수 변환 가능), 오실로 스코프, 멀티 미터기.

 

2. 실험방법

1) 먼저 저항, 코일, 콘덴서의 크기나 용량이 맞는지 미터 기기로 측정하여 확인합니다.

2) 회로 기판에 저항, 코일, 콘덴서를 순서대로 설치합니다. 콘덴서의 방향이 있을 경우 콘덴서의 방향을 고려해서 설치합니다.

3) 스위치와 교류 전원 입력 장치를 연결하고 전원의 이상이 없는지 확인을 합니다.

4) 스위치를 켜고 멀티 미터기로 코일과 콘덴서의 양 끝점에 멀티 미터기를 설치하여 코일과 콘덴서의 양단에 전압이 얼마가 걸리는지 측정합니다.

5) 입력 전압의 주파수를 변화시켜 가면서 코일과 콘덴서 양단의 전압을 측정합니다. 이때 가장 낮게 전압이 주파수가 공명 주파수가 됩니다.

6) 오실로 스코프에 전원을 넣고 기기의 이상이 없는지 입력 케이블에 이상이 없는지 확인을 해보고 이상이 있을 경우는 reset을 합니다.

7) 오실로 스코프의 채널 1에 코일 양단을 연결하고 채널 2에는 콘덴서 양단에 연결합니다.

8) 입력 전압의 주파수를 변화시키면서 코일과 콘덴서에 걸리는 전압을 변화를 관찰해보고 공명 주파수에서 코일과 콘덴서의 위상차가 어떻게 되는지 리사주 도형으로 확인해봅니다.

9) 저항 양단에 멀티 미터기를 연결하고 입력 전압 주파수의 변화에 따라 전압이 어떻게 변화하는지 관찰합니다.

10) 9)의 실험을 하면서 데이터를 가지고 주파수에 따른 전압의 변화가 어떻게 일어나는지 그래프로 확인해봅니다.

11) 실험을 통해 얻어진 결과들이 이론적인 값과 일치하는지 확인해봅니다.

 

결과 및 고찰

처음에 코일과 콘덴서의 양단의 전압을 한 번에 측정하여 공명 주파수를 찾았을 때 코일과 콘덴서 전체의 전압이 1V 정도로 더 이상 낮은 전압이 나오지 않았습니다. 이때에 오실로스코프를 사용하며 코일과 콘덴서의 전압을 각각 입력하여 리사주 도형을 관찰할 수 있었습니다. 이때에 코일과 콘덴서의 위상차임을 알 수 있었습니다. 그리고 저항 양단의 전압을 측정하였을 때는 공명 주파수일 때가 오히려 가장 높게 나왔습니다.

입력 전압 주차수의 변화에 따른 저항 양단의 전압을 그래프로 나타내면 공명 그래프가 나타나는 것을 볼 수 있었습니다. 주파수가 5kH 일 때에 전압이 1.25V로 가장 높은 것을 알 수 있었습니다.

이론적으로 보면 공명 주파수일 때 코일과 콘덴서의 전압이 상쇄되어서 "0"이 되어야 되는데 위와 같이 차이가 나는 것은 코일의 구리선이 길게 되어있어 이 코일이 하나의 저항체 역할을 하고 있기 때문에 차이가 나는 것입니다.

R.L.C 회로에 관한 실험은 이 것뿐만이 아니라 각 소자에서 전압과 전류의 위상차에 대해서도 할 수 있고 공명 주파수에서의 전류에 대한 것도 할 수 있습니다. 이렇게 실험할 수 있는 사항들이 많이 있지만 다하지 못하는 것은 다른 실험들을 해봐야 하기 때문이었습니다.