§1
실험 개요
능동 필터는 OP-amp + RC 네트워크로 만든 필터로, 수동 RLC보다 정밀한 차단 특성을 제공한다. Sallen-Key는 가장 보편적인 2차 토폴로지로 학부에서 LPF/HPF를 설계해 차단주파수와 Q를 측정한다.
§2
이론 배경
2차 시스템
H(s) = K ω0²/(s² + (ω0/Q)s + ω0²). f0 = 1/(2π√(R₁R₂C₁C₂)), Q는 components 비로 결정.
응답 종류
Q < 0.5: 과감쇠(완만). Q = 0.707: Butterworth(평탄). Q > 0.707: 공진 봉우리. 보통 Butterworth가 출발점.
§3
실험 장치 및 시약
- — OP-amp (TL072)
- — 이중 전원
- — 함수발생기
- — 오실로스코프
- — 정밀 R·C
§4
실험 절차
- 1.Sallen-Key LPF (f0 = 1 kHz, Q = 0.707) 회로 설계.
- 2.주파수 100 Hz~10 kHz 스윕, 출력 진폭·위상 측정.
- 3.보드 선도 그리기.
§5
데이터 처리
−3 dB 점에서 측정 f0와 설계값 비교. 차단 후 슬로프 측정(2차는 −40 dB/decade). 위상 응답.
§6
예비보고서 항목별 작성 팁
이론
수동 필터와 능동 필터의 차이(load 효과·이득 가능성) 명시.
§7
자주 하는 실수
- — OP-amp GBW 한계로 고주파 동작 부정확
- — C 허용오차로 f0 어긋남
- — 발진 (Q 너무 큼)
§8
자주 묻는 질문
Q. 왜 능동 필터가 수동보다 좋은가요?
(1) load 효과 없음(OP-amp 출력 임피던스 작음), (2) 이득 가능, (3) 인덕터 없이 LC 필터의 특성 구현 가능 (인덕터는 크고 비쌈), (4) 다단 캐스케이드 쉬움.
Q. Q가 너무 크면 왜 발진하나요?
Q = 1/(2ζ)에서 ζ가 작아질수록 시스템 감쇠 부족. ζ = 0이면 무감쇠 진동(자기 발진). 실제로는 OP-amp 비이상성·전원 잡음이 트리거가 되어 발진. Q < 10이 안정 영역.
§9
참고 표준·문헌
본 가이드는 다음 표준·교과서·핸드북의 정의·식·표준 절차를 따라 작성되었습니다. 학교 양식과 표준 절차가 다를 경우 학교 양식을 우선합니다.
- [1]Sedra, A.S., Smith, K.C. — Microelectronic Circuits, 8th ed., Oxford University Press, 2019
- [2]Horowitz, P., Hill, W. — The Art of Electronics, 3rd ed., Cambridge University Press, 2015