[공학]Low pass filter LPF 저역통과필터 로우패스필터 시뮬과 이론

실험목졵
(1) OP-AMP를 이용하여 능동 2차 LPF를 부귀환 방식으로 구성하고, 필터 특성을 측정한다.
(2) LPF 필터의 주파수 변화에 의한 진폭특성에 대해서 알아본다.
2.이론
수동필터나 능동필터는 모두 원하는 주파수 대역을 통과시키는 동작을 하지만 능동필터는 수동필터에 비해 여러 가지 이점이 있다. 수동필터는 R, L, C등의 소자를 사용하는 반면에 능동필터는 이들 수동소자 이외에 트랜지스터왿� OP-AMP등의 능동소자를 같이 사용한다. 필터의 동작주파수 범위는 사용된 소자의 종류에 따라 다르다. 예를 들면 RC필터는 저주파 영역에 사용되는 반면에 LC필터나 수정필터는 고주파 영역에서 사용되는데, 특히 수정필터는 Q가 높으므로 고주파 대에서 안정한 동작을 한다. 그러나 저주파에서는 인덕터의 크기가 커지므로 잘 사용되지 않는다. 능동필터는 수동필터에 비해 다음과 같은 장점을 갖는다.
1. 이득 및 주파수 조정의 융통성 : OP-AMP는 증폭능력이 있으므로 수동필터에 비해 입 력신호가 감쇠 되지 않으며, 수동필터에 비해 조정이 쉽다.
2. 부하 문제가 없다 : OP-AMP는 입력임피던스가 높고 출력임피던스가 낮으므로 능동필 터는 신호원의 부하로 되지 않는다.
3. 비용 : 일반적으로 능동필터는 수동필터보다 가격이 싸다. 이것은 값싼 OP-AMP의 종 류가 다양하고 인덕터가 없기 때문이다.

수동회로의 종류

- Filter (여파기) : 수동회로의 꽃이라 불리우는 필터는 기본적으로 공진을 이용한 주파수 선별회로이다. 목적에 따라서 LPF (Low-pass filter), HPF (High-pass filter), BPF (band-pass filter), BSF (Band-stop filter ;일명 notch) 의 4가지로 분류된다. 일반적인 RF 통신회로에서는 원하는 대역폭만 추출하는 BPF왿� 잡음제거 및 다용도로 사용되는 LPF가 주로 애용된다. RF에서는 Microstrip이나 공진기를 주로 이용하여 설계하게 되며, 다양한 설계방식이 존재한다.

- Duplexer : 이동통신장비의 필수품중의 하나로서, 하나의 안테나를 송신단과 수신단이 공유하기 위한 회로로서, 주로 송신단과 수신단의 BPF 왿� 송수신단을 서로 분리하기 위한 notch로 구성된다. RF에서는 lumped element가 아니라 combline 형태를 이용한 distributed type 필터가 주로 이용된다.

- RF switch : 하나의 통로를 통해 여러개의 RF 신호가 지나가야 할 경우, DC로 조절가능한 스위치를 이용하게 된다. RF 스위치는 사용자의 디지털 입력신호에 의해 RF 신호의 경로를 바꾸어주는 장치이다. 기지국단에서의 고장에 대비한 예비회로 연결용이나, 무선 LAN이나 TDD방식의 통신에서 하나의 안테나를 이용하여 입출력 신호를 분기하는 듀플렉서 대용으로 사용되기도 한다.

- Coupler (결합기) : 하나의 신호에서 특정 전력만큼만 추출해내고자 할 때 사용되며 그 추출전력 레벨에 따라 3dB coupler, 15dB coupler 등등으로 분류된다. 전력을 특정비율로 배분하거나 신호의 특성을 조사하기 위해 sampling을 하고 싶을 때 사용한다.