A반 3조

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제목:Building and analyzing a basic DC low-pass filter

실험개요:

주파수가 다른 두 파형을 저주파 필터에 각각 통과 시킨 후 컷오프 주파수보다 주파수가 높은 파는 출력이 안되고 컷오프 주파수보다 주파수가 낮은 파만 출력되도록 회로를 구성하고 작동시켜 저주파필터를 이해한다.

준비물:

  • 아두이노보드
  • 브레드보드
  • 1킬로 옴 저항
  • 1.44 마이크로 패럿 커패시터
  • 점퍼 와이어
  • 555타이머 (실패)
  • AD9833 IC (실패)
  • 함수 발생기 (성공)


실험 한 것들:

1.555 타이머

회로도2ㄷ22.jpg











555 타이머 실험 절차:

  1. 핀 1 (GND): 그라운드에 연결합니다.
  2. 핀 2 (Trigger): R1과 C1이 연결되는 곳에 연결합니다.
  3. 핀 3 (Output): 파형 출력을 위해 사용되며, 출력 신호를 원하는 장치 또는 회로에 연결합니다.
  4. 핀 4 (Reset): 파형 생성 중에 재설정 신호를 사용하지 않을 경우에는 그라운드에 연결합니다.
  5. 핀 5 (Control Voltage, CV): 일반적인 사용 시에는 사용하지 않으며, 바이패스 커패시터를 이용하여 그라운드에 연결할 수 있습니다.
  6. 핀 6 (Threshold): R1과 C1이 연결되는 곳에 연결합니다.
  7. 핀 7 (Discharge): 저항 R1이 연결되는 곳에 연결합니다.
  8. 핀 8 (VCC): 전원 공급에 사용되며, 양쪽 전압을 제공해야 합니다.
  9. 두개의 555타이머를 이용해 저주파 고주파 생성후 두 파형을 연결하여 합성파형을 만듭니다



555 타이머 실패 분석:

저희가 처음 이 실험을 진행 할 떄 555타이머 2개를 이용하여 높은 주파수, 낮은 주파수 파형 2개를 만들고 2개의 파형을 직렬연결해 로우패스 필터를 통과하게 한 후, 로우패스필터를 통과한 파형을 아두이노 오실로스코프를 통해 확인하는 방식으로 실험을 계획하고 진행했습니다. 진행 과정 중 555타이머로 파형을 만드는 것과 두 파형을 하나로 합치는 것에 문제가 생겨 교수님이 준비해주신 AD9833칩을 사용하여 실험하는 방식으로 처음부터 다시 시작했습니다.




2.AD9833칩

AD9833.jpg











AD9833칩 실험 절차:

  1. VCC핀에 5V를 인가합니다.
  2. SDATA핀을 디지털 11번에 연결합니다.
  3. SCLK핀을 디지털 13번에 연결합니다.
  4. FSYNK핀을 디지털 10번에 연결합니다.
  5. ANGD핀을 GND핀에 연결합니다.
  6. OUT핀을 A0에 연결합니다.


9833칩 이용 .jpg



회로를 다음과 같이 구성했습니다.














AD9833칩 실패 분석:

교수님께서 올려주신 AD9833 관련 글 읽으며 https://tinyurl.com/2palpf5d 이 글에 나온대로 파형을 생성해 보았지만 1HZ 파형이 생성되지 않고 이상한 파형이 나왔습니다. 원하는 파형을 구현하지 못했습니다.

9833칩 이용 파형 이상함.jpg



위 2가지 실험에서 파형을 생성할 떄 문제가 생긴 것인지, 저주파 필터 회로가 틀린 것인지 확인하기 위해 틴커캐드에서 low pass filter 회로를 만들어 시뮬레이션을 돌려본 결과 회로가 정상적으로 동작하는 것을 확인했습니다.










틴거캐드로 구현한 저주파필터:


10K옴 저항과 1마이크로 패럿 커패시터를 이용해서 저주파 필터를 만들었습니다.

컷오프 주파수 = 1 / (2π * 10,000 옴 * 1 * 10^(-6) 파라마이크로페럿) = 1 / (2π * 10,000 옴 * 1 * 10^(-6) 파라마마이크로페럿) ≈ 15.92 kHz 이며 영상에선 17kHz를 인가해서 저주파필터가 돌아 가는걸 확인했습니다.

따라서 555타이머와 AD9833칩을 이용하여 실험을 진행했을 떄 파형을 생성할 떄 문제가 있었다는 결론이 나왔고, 이 문제를 해결하기 위해서 함수발생기를 사용하여 다시 실험을 진행했습니다.



함수발생기를 사용하여 구현한 저주파 필터:

저주파 필터 회로 사진.jpg


<-저주파 필터 회로도



함수 발생기에서 컷오프 주파수보다 낮은 주파수와 높은 주파수를 각각 입력하여 주파수에 따라 진폭이 어떻게 변화하는지 확인했습니다.
























실험 결과:

함수 발생기를 이용하여 여러 주파수를 저역통과 필터에 입력했을 떄 진폭이 달라지는 것을 확인하였다. 우리가 구성한 회로는 컷오프 주파수가 110.03Hz이기 떄문에 60Hz, 120Hz, 160Hz, 240Hz인 파형을 입력하여 실험을 진행 하였고 60Hz에서 진폭: 500 120Hz에서 진폭: 350 160Hz에서 진폭: 300 240Hz에서 진폭: 250 으로 나오는 것을 확인하였다. 따라서 신호가 저역통과필터를 통과할 떄 컷오프 주파수보다 낮은 주파수는 신호의 세기가 감소되지 않고 그대로 통과하고 컷오프 주파수보다 높은 신호는 신호의 세기가 감소하여 통과되는 것을 확인하였다.