본 자료는 Ball Levitation 실험의 예비 보고서 및 결과보고서를 포함하고 있다. 포토트랜지스터(빛 감지 센서)와 코일의 전자기력을 사용하여 공을 띄우는 실험이다. 실험은 성공적으로 마쳤으며 본 레포트는 가장 높은 평가를 받았다.

목차

1. 실험 제목
2. 실험 목표
3. 실험 방법
4. 실험 결과
5. 고찰

본문내용

1. 실험 제목
Ball levitation

2. 실험 목표
- 자동 제어 이론을 통해 배운 지식을 활용하여 실제 제어 시스템을 이해한다.
- 직접 보상기를 설계함으로써 보상기의 역할을 이해한다.
- Bode plot, root locus 방법을 이용한 시스템 분석을 익힌다.

3. 실험 방법
본 실험은 센서로부터 받아들인 입력에 따라 코일의 자기력의 크기를 조정, 공이 equilibrium state를 유지하도록 하는 실험이다.
(1) 센서는 발광부(: 빛을 발하는 부분. IR LED)와 수광부(: 빛을 받아들이는 부분. Photo transistor)로 나뉜다. Photo diode의 원리에 대해 간단하게 정리하여 설명하시오. (어떤 원리로 빛을 감지하는지, 빛이 감지되었을 때 base/emitter/collector의 상태 변화 등)
→ 포토다이오드(Photo diode)는 간단히 설명하자면 빛 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 빛 감지 센서의 일종이다. 포토다이오드는 빛의 입자가 다이오드에 닿으면 전자(-)와 정공(+)이 생기며 둘 사이에 전류가 흐르게 되는 광기전력을 이용한 센서이다.
빛의 세기가 강해질수록 전류가 증가하기 때문에 해당 센서를 통해 빛의 세기를 알 수 있다. 포토다이오드에는 P형 반도체와 N형 반도체가 사용되는데, 이 둘의 접합 부분인 PN 접합에 역방향 바이어스(reverse bias)를 걸어주면 P층과 N층으로 나뉘게 된다. 이 때 들어오는 빛의 에너지가 반도체의 밴드갭(band gap)보다 크면 전자가 밴드(valance band)에 있던 전자들이 빛 에너지를 흡수한 후에 전도대(conduction band)로 이동하게 된다. 이 때문에 전자와 정공이 생겨 전류가 흐르게 되므로 포토다이오드가 빛 에너지를 전기에너지로 바꿔줄 수 있는 것이다.
빛이 감지되면 적외선 다이오드(emitter)에서 적외선이 나오는데, 이를 포토트랜지스터의 베이스(base)가 감지하면 베이스에서 빛의 세기에 비례한 전류를 흘러주게 된다.

참고 자료

없음