[제어공학실험] 미분제어요소

소개글

"[제어공학실험] 미분제어요소"에 대한 내용입니다.

목차

1. 【실험목적】 … (2p)
2. 【기본이론】 … (2~3p)
3. 【실험회로】 … (4p)
4. 【사용기기 및 재료】 … (4p)
5. 【실험순서 및 결과】 … (4~10p)

본문내용

1. 【실험목적】
미분(D-제어요소)제어요소의 회로해석과 시간 및 주파수 응답특성을 관측한다.
특징 : 입력전압을 시간에 대해서 미분한 신호를 얻는다.
용도 : Edge 검출, 파형변환(삼각파-구형파, 정현파-여현파), 아날로그 연산(미분)
주의 : 고주파 이득이 크기 때문에 잡음이나 고조파를 증폭하기 쉽다.

2. 【관련이론】
미분제어요소는 비례제어요소의 입력저항 대신에 콘덴서를 연결한 회로이다. 미분회로(그림 5.1)는 입력을 시간으로 미분한 결과를 출력한다. 미분회로에 비해 적분회로의 이용가치가 높은 것은 정지입력을 일정 증가 출력으로 변환할 수가 있기 때문이다. 미분에서는 반대로 입력의 변화율을 출력으로 나타내지만, 이것은 별로 사용 용도가 적으며 입력신호의 에지를 검출하는 정도에 이용한다. 미분의 원리도 역시 콘덴서의 충,방전이다. 콘덴서 충,방전 관력 식은

… (5.1)

위 식의 양변을 시간으로 미분하면

… (5.2)

가 얻어진다. 그림 5.1에서 미분회로는 적분회로의 C와 R을 서로 교환한 것으로

… (5.3)

즉,

… (5.4)

가 얻어진다. 식(5.4)로부터 출력전압 는 입력전압의 미분으로 얻어지는 것을 알 수 있다. 여기서 를 미분상수라고 한다.

그림 5.1 미분제어요소(입력이 + 인 경우)

그림 5.2 고주파 이득을 제한한 미분제어요소

미분회로는 적분회로와 반대로 고주파에서 높은 이득을 가진다. 그러나 이득은 실제로 OP 앰프의 주파수 특성 때문에 제한되며, 어느 정도 이상의 높은 주파수에서는 작동하지 않지만 입력에 잡음이나 고조파의 왜곡성분이 있으면 크게 증폭되는 경향이 있다. 이것을 피하기 위하여 일반적으로 입력저항을 부가해서 고주파 이득을 억제한다. 이것을 불완전 미분이라고 한다.(그림 5.2)
식(5.4)에서 입력주파수가 높을 경우 출력전압은 포화가 된다.(높은 주파수에서는 입력임피던스 Z=0이기 때문) 즉, 높은 주파수의 입력신호는 이득을 제한할 수 없게 된다. 따라서 그림 5.2와 같이 입력 측에 저항 과 콘덴서 를 직렬로 연결하여 사용하면 높은 주파수에 대하여 이득을 으로 제한할 수 있다.

참고 자료

없음