728x90

4. 복소수

 

허수와 복소수

허수와 위상의 관계

- j를 곱하면 90도 전진. -j를 곱하면 90도 지연

-> 허수 j로 위상을 표현 가능

 

|Z|

- Z는 임피던스(교류 저항의 합)

- Z = 저항 R + 리액턴스 X[유도 리액턴스 X_L + 용량 리액턴스 X_C]

- |Z|는 저항의 크기

 

관련 역사

- 1748년 오일러가 오일러의 공식을 발표

- 가우스는 복소 평면을 제안

- 1886년 영국의 헤비사이드는 교류회로 계산 시 복소수 사용을 제안

- 1893 영국의 케넬 리가 임피던스를 복소수로 나타내어 계산 할수 있는 것을 증명

- 같은 해 미국의 슈타인츠가 허수 j를 사용해 교류 회로를 계산

 

오일러 식

지수 함수

- exp = exponential = 지수

- 산각 함수를 지수함수로 변환하여 지수 계산이 가능해짐

 

교류 전압의 식 변환

 

지수 함수의 복소 평면 상 표현

 

직교 형식과 극 형식

- 벡터가 가리키는 점은 직교/극 형식을 통해 나타 낼 수 있음.

- 직교 형식 : 좌표를 지정

- 극 형식 : 각도를 이용해 표현

 

복소 벡터의 표시 방법

- 직교 형식 : 직교 좌표

- 극 형식 : 극 좌표, 삼각 함수, 지수 함수

복소수 계산

- 공역 복소수

- 복소수 편각

- 복소수 절댓값

- 복소수 연산

 

공역 복소수

- 실수축 중심으로 대칭 관계

 

복소수의 편각

- 복소수의 편각은 위상 각을 의미

- arg는 argument의 약어로 아크로 읽음.

 

복소수의 노름(절댓 값)

- 절댓값 : 복소수나 실수 등에서 사용.

- 노름 : 수 뿐만 아니라 공간에서도 적용.

 

RLC 회로의 임피던스를 구하여 전압과 전류의 관계를 벡터 도로 나타내자.

 

 

 

미분방정식을 이용한 풀이

 

 

jw의 미분 적분 치환

j의 곱의 의미

- j를 곱한다 = 위상 90도 전진 -> 미분

- -j를 곱한다 = 위상 90도 지연 -> 적분

 

단상 교류와 3상 교류

- 단상 교류 : 전압이나 전류의 파형이 1개인 교류. ex) 가정 콘센트

- 3상 교류 : 전압/전류 파형이 3개인 교류. ex) 공장 전원, 전봇대 전선

 

 

3상 교류의 장점

- 전력 효율이 좋음

- 전봇대 변압기에서 단상 교류로 변환

 

 

3상 교류와 회전 벡터

- 단상 교류를 회전벡터로 바꾼것 처럼 3상 교류도 회전 벡터 3개로 표현 가능

- 각 전류 끼리의 위상은 120도. 어느 순간에든 전류의 합은 0이 된다.

 

 

3상 교류의 회로도

- I_a + I_b + I_c에 흐르는 전류는 0이므로 다음과 같이 정리 가능

- 전봇대 3줄 송전선에 해당

 

5. 교류 회로

동조

- 특정 주파수의 골라 잡는 것(ex. 라디오)

- 코일과 콘덴서를 조합하여 만듬

* 유도 리액턴스는 주파수에 비례, 용량 리액턴스는 주파수에 반비례

공진 주파수

- 동조점 때의 주파수

- 711KHz 방송을 듣는다면 이 주파수가 공진주파수가 되도록 조절하면 됨

-> 공진 주파수에서 저항은 최소, 전류는 최대 | but 나머지 주파수 대의 저항은 커짐

가변 콘덴서

- 라디오에서 사용

- 콘덴서의 캐패시턴스(= 전기 용량)을 바꿈

-> 콘덴서의 용량 변경 -> 용량 리액턴스 변경 -> 공진 주파수 변경

RLC 회로의 공진 주파수 f를 구하시오

 

- 공진 주파수 f는 임피던스 z가 최소가 되는 지점

1. 임피던스 z 는 저항 R + 유도 리액턴스 X_l + 용량 리액턴스 X_c

2. 임피던스 크기를 구한 후 wL이 가장 작은 시점의 주파수를 찾으면 된다.

증폭

- 동조로 얻은 특정 주파수 신호를 더 크게 만듬

- 트랜지스터를 이용 -> 전자회로

- 이전에 본 RLC 회로는 전기 회로

 

전자 회로

- RLC 외 다이오드나 트랜지스터 등 과같은 반도체 소자를 이용한 회로

- 다이오드 : 한 방향으로만 전류가 흐르게 함.

- 트랜지스터 : 증폭 또는 전류가 흐르게하는 스위치 역활

 

 

동조 증폭 회로

트랜지스터

- E(이미터), B(베이스), C(콜렉터) 3 단자로 구성

- 이 단자를 이용해 증폭

증폭 원리

1. 회로에 전압을 주면 베이스-이미터 사이로 전류가 흐름 -> 베이스 전류

2. 베이스 전류가 흐르면 콜렉터-이미터 사이 전류도 흐름 -> 콜렉터 전류

* 콜렉터 전류는 베이스의 몇십~몇백배의 전류 => 증폭

 

전류 증폭률

- 전류 증폭률 = 콜렉터 전류(출력 전류) / 베이스 전류(입력 전류)

 

 

* 임피던스, 주파수 특성, 전류 증폭률 등을 구할 때 전자 회로에서 계산이 힘듬

-> 등가 회로 이용

* 주파수 특성 : 주파수와 임의의 물리량의 관계

 

등가 회로 1

- 전자 회로의 트랜지스터 등을 RLC나 전원으로 치환하여, 전기회로 처럼 바꾼 회로 

이상 전류원

- 전류를 임의로 발생시키는 장치

 

등가 회로 2

- 왼편은 입력 전류, 우측은 출력 전류로 나뉨

- 각 각의 전류를 구하면 전류 증폭 률을 구할 수 있음.

 

등가 회로의 전류 증폭률

 

공진 주파수와 전류 증폭률의 관계

- 공진 주파수 일때 전류 증폭률이 최대

라디오 방송 시 동작 과정

1. 다이얼 돌림

2. 공진 주파수를 맞추도록 가변 콘덴서가 움직임

3. 공진 주파수일 때 임피던스(교류 저항)이 최소가 되고, 전류는 최대 == 전류 증폭률도 최대

 

 

가변 콘덴서의 범위를 구하라

- 동조 증폭기에서 AM 방송을 수신할 수 있도록 가변 콘덴서 C가 잡을수 있는 범위를 설정하자.

- L = 1[mH], 540[kHz] < f < 1600[kHz]

라디오 수신 한다 -> 전류 증폭률이 최대가 된다. == 임피던스가 최소가 된다.

 

라디오 원리

1. 안테나에서 전파 수신

2. 동조 증폭회로로 선택 된 주파수 증폭

3. 복조 회로에서 전기 신호를 음성 신호 추출

4. 저주파 증폭 회로가 음성 신호를 들릴 만큼 증폭

 

300x250

'로봇 > 전기전자&메카' 카테고리의 다른 글

마이크로프로세서 메카트로닉스 제어 - 1 AVR계열 ATmega128 개요  (0) 2020.05.11
전자 회로  (0) 2020.04.22
전기 수학2  (0) 2020.04.21
전기 수학  (0) 2020.04.21
전기 - 정리  (0) 2020.04.18

+ Recent posts