회로이론 설계 - 대역 통과 필터 설계(Band Pass Filter Design)

[1] 설계과제의 목표:
1. 대역 통과 필터에 대한 이해
2. 대역 통과 필터에서 주파수 변화에 따른 이득에 대한 이해
3. 대역 통과 필터의 설계과정에 대한 이해를 증진

[2] 설계스펙
1. 중심 주파수 : 180kHz
2. 대역폭 : 34kHz
3. 사용할 CAD도구; OrCAD PSPICE

1. 서 론

대역 통과 필터란 어떤 주파수를 중심으로 하여 한정된 범위의 주파수 대역만 통과시키는 필터. 밴드란 한정된 주파수 대역이라는 뜻이다.
공식을 이용하여 계산 한다. 인덕터를 임의의 값으로 먼저 지정한 후 커패시터의 값을 구하고 공식을 사용하여 저항 값을 구한다.
대역 통과 필터의 그래프는 수업시간에 배운바와 같이 계속 상승하다가 하강하는 그래프가 나타날 것이다.

2. 대역 통과 필터 회로 분석
2-1. R-L-C 회로
(이 ...

회로이론 설계 - 대역 통과 필터 설계(Band Pass Filter Design)

[1] 설계과제의 목표:
1. 대역 통과 필터에 대한 이해
2. 대역 통과 필터에서 주파수 변화에 따른 이득에 대한 이해
3. 대역 통과 필터의 설계과정에 대한 이해를 증진

[2] 설계스펙
1. 중심 주파수 : 180kHz
2. 대역폭 : 34kHz
3. 사용할 CAD도구; OrCAD PSPICE

1. 서 론

대역 통과 필터란 어떤 주파수를 중심으로 하여 한정된 범위의 주파수 대역만 통과시키는 필터. 밴드란 한정된 주파수 대역이라는 뜻이다.
공식을 이용하여 계산 한다. 인덕터를 임의의 값으로 먼저 지정한 후 커패시터의 값을 구하고 공식을 사용하여 저항 값을 구한다.
대역 통과 필터의 그래프는 수업시간에 배운바와 같이 계속 상승하다가 하강하는 그래프가 나타날 것이다.

2. 대역 통과 필터 회로 분석
2-1. R-L-C 회로
(이 회로에서의 소자 값들은 이 보고서에서의 값들과 무관하다.)
, 공식을 이용하여 중심주파수가 180kHZ인 대역 통과 필터를 제작한다.

3. 이론적인 설계과정

Step1: 에서 인덕터의 값을 3mH로 둔다.

Step2: 커패시터 C 값은 이 된다.

Step3: 밴드 폭 공식인 을 이용하면 이 된다.
따라서 저항 R 값은 이 된다.



4. CAD 도구(OrCAD-SPICE)를 이용한 설계과정과 결과


5. 결론

⇒바로 납땜해서 제작하기에 앞서 Pspice 시뮬레이션을 돌린 회로도를 구성한 결과 peak 지점 즉, 중심주파수가 대략 176kHZ로 나타남을 확인 할 수 있었습니다. 계산 값으로 커패시터는 0.26nF이였지만 0.26nF이 없어서 0.1nF 3개를 병렬 연결하여서 0.26nF으로 대체 하였습니다. 인덕터는 0.1mH 3개를 직렬 연결하였습니다.

⇒peak 지점에서 3dB (0.707V) 떨…(생략)

어지는 지점으로 밑으로는 159kHZ, 위로는 192kHZ로 밴드 폭 BW = 192-159 =33kHZ임을 확인 할 수 있었습니다.

⇒실제로 납땜하여 회로를 제작 하였습니다.
윗부분이 HPF 이고, 아래 부분이 BPF입니다.

⇒제작한 회로 BPF를 실제로 구현 해 보았을 때 peak 지점 즉, 중심주파수가 190kHZ로 나타남을 확인 할 수 었습니다. 커패시터를 0.26nF대신 0.3nF으로 사용하였고, 납땜을 해서 제작하다보니 계산하여 예상한 중심주파수 값이 오차가 발생한 것을 확인 할 수 있었습니다. 커패시터를 직렬로 연결해서 중심 주파수를 약간 조절 가능하다는 것을 확인 할 수 있었지만 10%오차 범위에 들었기 때문에 일단은 그냥 두었습니다.
⇒제작한 회로 BPF를 실제로 구현 해 보았을 때 peak 지점 즉, 중심주파수가 190kHZ일 때 8.08V정도로 나타났고 peak 지점에서 3dB (0.707V) 떨어지는 지점으로 대략 5.68V가 되는 지점은 밑으로는 174kHZ, 위로는 211kHZ로 밴드 폭 BW = 121-174=37kHZ임을 확인 할 수 있었습니다. 밴드 폭 역시 계산 값으로는 640이였는데 밴드 폭을 조금씩 줄여가기 위해서 최종적으로는 430을 달아서 밴드 폭을 대략 37kHZ로 맞추었습니다.
계산 값으로는 BPF의 소자의 값이이였습니다. 실제 회로 설계에 사용한 값으로는 BPF의 소자의 값이 이였습니다.
실제로 회로를 구성 하는데 있어서 일부 원하는 값이 없는 소자들이 있어서 직, 병렬 연결하여 원하는 소자값을 근사적으로 맞추어서 회로를 구성하였고, 실제로 납땜을 하고 난 후 열에 민감한 소자들이라서 그런지 값들도 약간씩 바뀌는 것 같았고, 실제로 각 소자마다 오차율이 조금씩은 존재하기 때문에 원하는 값을 만드는데 계산 값과 실제 값은 약간의 오차가 어쩔 수 없이 발생한다는 것을 확인 할 수 있었습니다. BPF의 경우에는 쉽게 오차가 줄어들지 않았습니다. 중심주파수와 밴드 폭을 조절하기 위해서 커패시터와