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설계13. 초음파센서를 이용한 물체 검출회로 설계 (예비레포트)

1. 실험목적? 초음파의 기본 원리와 특징을 이해한다.? 초음파센서의 구조와 동작원리를 이해하고, 구동 회로 설계능력을 배양한다.? 초음파센서를 이용한 물체 검출회로의 동작원리를 이해하고 이를 이용한 전기설비 경보회로의 설계능력을 배양한다.2. 관련이론1) 초음파의 개요와 성질초음파는 인간의 가청주파수 범위 이상의 주파수를 가진 음파를 의미한다. 여기서 음파라는 것은 어떤 공간적인 위치에서 발생한 진동 에너지가 매질에 전파되어 가는 현상으로서 공기뿐만 아니라 액체 또는 고체 매질을 타고 전파될 수가 있다. 따라서 초음파 진동자와 센서는 각각의 매질에 따라 그 형태가 다르다. 초음파 센서는 압전 세라믹 진동자의 비약적인 발달로 응용대상 분야는 수중탐사용, 공업계측, 의료계측 및 자동차 등 활용도가 매우 넓어지고 있다.2) 초음파와 전파의 비교음파는 음향 에너지이고 반드시 진동 매체가 존재한다. 즉 아무리 주파수가 높게 되더라도 음향 에너지인 초음파는 진공 안을 전파할 수 없기 때문이다. 반면 전파는 전자기장 진동이고 그것에는 반드시 전기장과 자기장이 존재한다. 즉 전파에는 전자기장 에너지가 존재하고 이것은 진공 중에서도 전파할 수 있다.3) 초음파의 이용초음파는 빛이나 전파와 같이 파동 에너지이지만 전파 속도가 늦고, 반사하기 쉬운 특징 때문에 각종 거리계, 소나, 단충진단장치 등에 이용되고 있다. 이는 초음파를 정보로서 이용하는 것으로 여기서는 초음파 센서에 관계하고 있다. 또 이 경우 단지 외계의 초음파를 수신하는 수동 방식뿐만 아니라 장치 자체로부터 초음파를 발진하여 그 방향을 검출하는 능동 방식도 있다.4) 초음파 센서의 원리와 종류초음파 센서는 송신부에 의한 음파가 물체에서 반사되어 수신부로 되돌아오는 원리를 사용한다. 초음파 변환부의 압전소자로 로셀염 (Rochelle salt) 티탄산바륨 (BaTiO3) 등의 결정체의 압전효과 (piezoelectric effect)를 이용한다. 압전소자는 응력에 의해 전기적 분극을 일으키는 압전효과와 전압에 의해 받았을 때 유전체 내의 전하가 +, - 로 분극되는 현상으로 아래 오른쪽 그림과 같이 기본 원리를 보여준다.① 압전소자에 외부 구동전압이 인가되지 않으면 상태변화는 전혀 변위가 없다.② 압전소자의 내부 분극 전하와 인가전압이 같을 때는 압전소자는 전극에 반발하여 압축된다.③ 압전소자에 내부 분극 전하와 인가전압이 서로 다를 경우 끌어당겨서 압전소자는 신장한다.? 개방형 공중 초음파 센서 구조 - 아래 왼쪽그림은 개방형 초음파 센서의 내부 구조와 외관을 보여 주고 있다. 공중 초음파 센서는 진동판의 압전 세라믹, 전극판이 샌드위치형으로 형성되고 이것에 콘형 (로트형)의 공진자를 결합한 복합 진동체를 실리콘 접착제에 의하여 베이스에 탄성 있게 고정시킨 다음 케이스에 수납한 구조로 만들었다. 가격이 저렴하여 설계, 실습에 많이 활용되고 있다.? 방적형 (밀폐형) 공중 초음파 센서 - 아래 오른쪽 그림은 방적형 초음파 센서의 내부 구조와 외관 실물을 보여 주고 있다. 개방형 구조로는 옥외에서 비에 의한 물방울, 오염 물질이나 먼지의 부착 등에 문제가 있어 사용하기 곤란하다. 이 문제를 해결하기 위해 금속 케이스에 압전 세라믹을 부착하고, 베이스에 흡음재를 붙여서 만든 것이다.5) 초음파 센서의 검출방식초음파를 이용한 검출방식은 직접 전파되는 투과형과 되돌아오는 반사형이 있다. 투과형 검출방식은 송신기와 수신기를 마주보게 배치하고 직접파가 있을 때(신호 전압이 있을 때)는 물체가 없고, 신호 전압이 없을 때는 물체가 존재하는 것으로 판단한다.3. 설계내용3-1. 직접형 물체 검출 방식3-1-1. 회로구성초음파 센서를 이용한 물체검출회로 (투과형)3-1-2. 회로분석MA40A3R(수신부)를 통해서 받은 신호는 LM393을 이용해서 증폭되어 구형파로 출력되어 LM2907N에서 F-V변환을 하게 된다. F-V컨버터는 frequency to Voltage라는 뜻으로 주파수에 비례한 DC전압으로 나타내는 회로이다. F-V변환 전압전압 Vout은 다음과 같이 나타낼 수 있다. V 투과형 물체검출회로는 피검출물체가 MA40A3S(송신부)와 MA40A3R(수신부) 사이에 위치하여 신호가 차단하게 20 KHz이하로 떨어지게 되여 LED가 off가 된다. 이를 이용해서 물체가 감지되면 점등되고 평상시에는 소등되는 상태를 구현하기 위해서는 LM2907N의 내부 비교기 입력을 역으로 연결하면 된다.그림은 송파기와 수파기 사이에 물체가 끼어들어 초음파가 차단될 때 회로가 동작하는 형태이다. NC타입 실험에서는 물체가 끼어들었을 때 수파기에서 받아들이는 신호가 없어져서 비교기가 OFF되어 LED가 꺼지는 형태로 동작한다. 반대로 NO타입 실험은 LM2907의 내부 비교기 입력만 반대로 해주면 된다.3-1-3. 고찰 - 이 실험은 투과형으로 초음파센서를 이용해 물체검출 하는 실험이다. NE555 타이머의 발진동작을 이용해서 기본적인 회로를 구동 시키며 구형파 형태의 발진 신호를 발생하게 된다. 이전의 NE555를 사용한 실험에서 알 수 있듯이 이론상으로는 완벽한 구형파이나 실제 사용에서는 소자 및 주변의 요인으로 인해서 완벽한 형태의 구형파는 구현이 되지 않고 아래와 같이 일정 부분이 약간 튀는 형태의 파형이 출력 될 것이라는 것을 알 수 있다. LM2907N의 입력에는 회로에서 확인 할 수 있듯이 0.7 V 가 LM393의 출력 전압에 추가로 더해져서 LM2907N의 11번핀(Vin)으로 입력되게 되어 있다. 이는 LM393의 "Low"일 때의 출력 레벨이 부족하기 때문이다.회로는 교재를 보며 어설프게 따라 설계해 보았지만 이번 단원은 처음보는 소자들과 기존에 배우지 않았던 새로운 소재거리가 많아 피스파이스를 완벽하게 수행 할 수 없었다. 직접 실험을 해보고 공부를 좀 더 한 다음에 혼자서 다시 시도해볼 것이다.3-2. 반사형 검출방식에 의한 물체검출회로3-2-1. 회로구성초음파 센서를 이용한 물체검출회로 (반사형)3-2-2. 회로분석1) 제어 단자가 "H"이면 발진이 정지하고 "L"이면 발진이 지속된다. - 제어 단자가 "H"는 High를 뜻하는진 주파수 계산반사형 검출은 투과형과는 다르게 평상시 수신부의 수신 신호는 없고 물체가 초음파를 반사할 경우에만 신호가 발생한다. 이러한 실험의 구성은 센서의 발신부와 수신부가 일직선으로 배치 된 것이 아니라 엇갈리게 배치를 해서 실험을 설정하여 구동이 가능하도록 할 수 있다. 이러한 점을 이용해서 물체가 초음파 센서에서 발생하는 초음파 신호를 반사 시켜 수신부에 입력 되도록 하면 회로가 동작 되도록 설정 할 수 있다. 앞에서 실험한 회로와는 반대로 동작한다는 것을 알 수 있다. 본 실험에서 회로의 동작은 평상시에는 LED가 점등되고, 물체가 검출되면 LED가 소등된다.3-2-3. 고찰 ? 이 실험은 반사형으로 초음파센서를 이용해 물체검출 하는 실험이다. 위 그림은 송파기와 수파기를 신호적으로 나란히 두어 물체에 반사되어 들어오는 초음파를 감지하여 동작한다. 이런 반사형의 검출회로로는 물체의 유무와 함께 거리의 측정도 가능하다. 초음파가 출발한 시간과 도착한 시간을 재어서 거리를 계산하면 된다. 송수신부를 같이 두어 겸용으로 사용할 수도 있다. 그렇게 사용하려면 송수신부를 교환하는 회로가 필요하다. 실험에서는 물체가 신호를 반사할 경우 신호를 발생하여 LED가 켜지고 신호가 반사 되지 않을 경우 LED가 꺼진다.(NC타입) 마찬가지로 비교기 단자를 바꾸어 주면 앞 실험과 마찬가지로 반대로 동작하도록 할 수 있다.이러한 동작 원리는 송신기와 수신기가 같이 위치한 것과 같은 형태로 표현할 수 있다. 물체의 반사에 의해서 동작되는 원리를 통해서 수신부로 신호를 받아 입출력 동작을 조절 할 수 있는 것이다.3-3. 투과형1(Silent ON) 초음파 센서 설계 및 실험투과형1(Silent ON) 초음파 센서를 이용한 물체 검출회로와 표시부 회로3-3-1. 회로구성3-3-2. 회로분석초음파센서를 이용한 물체 검출 방식은 센서에서 만들어 송출된 초음파가 반사되어 돌아오는 수신량의 변화나 세기를 비교검출하면 물체의 유무 탐지기가 된다. 이러한 예는 SRF-04와 같이 수신 표시부 회로는 물체검출 회로1 의 출력신호를 받아 F/V 변환기의 입력신호로 인가하여 입력주파수가 시정수에 의한 차단주파수 20 kHz 보다 높게 감지되면서 전압 비교기의 전압분배 전압 6 V 를 초가하면 LED 부하가 점등한다. 반대로 차단주파수보다 낮으면, 즉 물체가 수신을 거부하게 되면 물체가 감지된 것으로 LED부하는 소등된다. 물체 검출 회로의 초음파 센서의 신호의 수신 여부를 이용해서 출력 신호를 받아서 F-V변환기의 입력신호를 인가받게 된다. 인가된 입력주파수가 시정수에 의한 차단주파수인 Fin=20 kHz보다 높게 감지되면 전압 비교기의 전압 분배 전압 6 V를 초과 하면서 LED가 점등 된다. 반대로 낮은 경우에는 LED가 소등된다.검출내용LED 동작4번핀 전압 [V]11번핀 전압 [V]물체 검출된 경우OFF06물체 검출되지 않은 경우ON1263-3-3. 고찰 - 이 실험은 앞의 첫번째 실험과 유사한 결과를 나타낸다. 물체가 수신을 거부하게 되면 물체가 감지된 것으로 LED부하는 소등되고 반대의 경우는 점등되는 효과를 실험하는 내용이다. 출력 전압은 가변 저항 VR1을 이용해서 조절 할 수 있으며 실험에서 설정한 것과 같이 최대가 될 때 까지 조절 하면 된다. LM393은 이 회로에서 비교기로 동작하며 기준전압이 Vn 일 때, Vinpur>Vn 인 경우 출력은 High로 나오게 되고, Vn>Vinput 인 경우 출력은 Low로 나오게 된다. 이렇게 증폭된 신호는 LM2907N에서 F-V변환을 한다.3-4. 투과형2(Loud ON) 초음파 센서 설계 및 실험투과형2(Loud ON) 초음파 센서를 이용한 물체 검출회로와 표시부 회로3-4-1. 회로구성3-4-2. 회로분석표시부 회로는 초음파 센서(수신진동자)에 물체가 검출되면 LED는 ON상태로 되고 비 검출 시 LED는 OFF상태가 된다. 초음파 송신기 NE555 발진회로와 LM339을 이용한 수신기 회로는 이 앞 실험의 검출회로를 그대로 사용하고, LM2907N을 이용한 V/F 변환기 회로만

공학/기술| 2014.06.15| 7페이지| 8,000원| 조회(316)

타코미터, 전기공학설계1, 초음파센서를 이용한 물체 검출회로 설, 물체검출회로, LM2907N

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설계13. 초음파센서를 이용한 물체 검출회로 설계 (결과레포트)

1. 설계목적? 초음파의 기본 원리와 특징을 이해한다.? 초음파센서의 구조와 동작원리를 이해하고, 이를 이용하여 간단한 기본적인 회로를 구성하여 실험해본다. 이를 통해 초음파센서를 이용한 물체 검출회로의 원리를 이해한다.2. 설계결과2-1. 초음파센서를 이용한 물체 검출회로 설계2-1-1. 회로구성① 555타이머를 이용한 40k Hz 구현 회로40 kHz를 구현하기 위해R _{A} ,`R _{B} =가변저항,C=0.001`` mu F을 사용했다. 회로의 출력 파형에서 리플을 잡아주기 위해0.1`` mu F 커패시터를 연결해 주었다. 가변저항R_{ B}를 이용하여 출력파형이 40 kHz가 되도록 설계하였다.타이머와 비교기 사이에 초음파를 이용한 입출력 센서를 설치하고 입력받은 초음파를 이용해서 비교기 UA741으로 증폭하여 구형파 신호를 나타내게 되는 회로이다. 위 회로에서 커패시터 0.1mu F은 아래 그림에서 볼 수 있듯이 리플을 잡아주는 역할을 위해 사용했다. 효과를 보지는 못했지만 회로 구성에 포함 시킨 상태에서 실험을 진행했다. 또 가변저항은 2M OMEGA 을 사용하였으며, 비교기에 입력되는 단자는 UA741의 2번 입력단으로써, +가 아닌 -로 들어가고, 커패시터C _{S}의 값은 0.01mu F을 사용했다.② ua741 비교기를 이용한 증폭회로세 번째 회로에 쓰이는 소자인 LM2907N은 입력되는 주파수에 비례해서 전압으로 출력하는 것으로 두 번째 회로에서 나오는 구형파 신호는 LM2907N에서 F-V 변환한다. 처음에 조교님께서 그려주신 왼쪽 사진과 같이 회로를 똑같이 구성해서 해보았는데 계속 실험이 되질 않았다. 이것저것 여러 가지를 시도 해본 끝에 가변저항의 아래쪽에 4번 단자 선과 연결되어있는걸 안 만나게 하니 결과가 정상적으로 나왔다.③ LM2907N을 이용한 V/F 변환기 회로④ 초음파센서를 이용한 물체 검출회로(①+②+③)2-1-2. 결과분석☞ 조교님께서 중간 중간에 힌트를 주셨는데 그 중 하나가 초음파 센서 간의 간격을 10 cm로 만드는 방법에 대해 설명해 주셨다. 그것은 바로 LM2907N을 이용한 V/F 변환기 회로에서 가변저항을 돌려가며 3번회로의 아웃풋 출력전압과 2번 회로의 출력전압을 일치하게 맞추면 된다는 것이다. 각각 3번 회로의 아웃풋은 CH1이고 2번회로의 아웃풋은 CH2이며 그 두 개의 채널을 맞춘 모습이 왼쪽 사진이다. 초음파 센서를 서로 마주본 상태로 놓고 오실로 스코프로 파형을 관찰하면 CH2가 약간의 삼각파 모양으로 출력되는데 이것은 초음파 센서가 정상적으로 잘 작동하고 있음을 의미한다. 오른쪽 사진은 40 kHz를 구현한 것을 나타내는 사진이다.0.1`` muF 커패시터로 리플을 잡아주었음에서 잡음이 많이 섞여 있었다. 소자 값을 좀 더 조정하여 리플 없는 파형을 얻을 수 있었겠지만 이번 실험에서는 40 kHz의 파형을 구현하는 데만 목적이 있기 때문에 그 과정은 생략했다.10 cm 간격으로 서로 마주보는 초음파 센서서로 방향을 비틀어 마주보지 않는 초음파 센서☞ 위와 같이 모든 회로를 완벽히 구성한 후 초음파 센서를 움직여 가며 실험해 보았다. 그 결과 간격이 10 cm 정도로 떨어져서 서로 마주보게 하면 LED 불이 꺼졌고, 서로 비틀어 마주보지 않게 하니 LED 불이 다시 켜지는 것을 볼 수 있었다.2-1-3. 고찰 - 555타이머로 40 kHz를 구현하는 것은 지난 7장에서 있었던 비안정회로 설계에서 했던 내용과 같기 때문에 별 어려움 없이 회로설계를 할 수 있었다. 소자값을 정하고 설계했던 7장 실험과 달리 가변저항 2개를 가지고도 간단한 40 kHz 출력을 얻을 수 있었다. 또한 회로 출력파형에서 확인할 수 있듯이 타이머에서의 출력 파형에 비해 비교기에서 받는 입력이 작음을 확인할 수 있었다. 초음파 센서를 서로 마주보고 있는 상태에서는 약 10 cm이상 거리가 떨어진 상태에서도 동작 하는 것을 확인할 수 있었으며, 서로 마주보지 않고 방향을 비틀거나 중간지점을 막아버리면 동작이 멈추며 비교기에는 더 이상 출력파형이 발생되지 않는다는 것을 알 수 있었다. 그리고 이번에 LM2907N 이라는 새로운 소자를 사용해 보았는데 F-V변환은 frequency-voltage 변환으로 주파수를 전압으로 바꿔주는 것을 의미한다. 회로에서 주파수 입력의 유무에 따라 LED의 불의 ON, OFF가 결정된다. 따라서 송신용 초음파 센서와 수신용 초음파센서를 나란히 놔두면 불이 꺼지고 서로 빗나가거나 거리를 일정거리 이상 떨어트리면 LED의 불이 켜지는 원리를 이해할 수 있었다.3. 토론주제 - 자동차 후방 감지기에 사용되는 초음파 센서와 고정밀 레벨센서에 사용되는 초음파 센서는 서로 상이한 특성을 갖는다. 그 차이를 비교 설명하고, 각자가 하나의 초음파 센서 응용 분야를 결정하여 이에 적합한 초음파센서의 특성을 결정하시오.자동차용 후방 감지기에 사용되는 초음파 센서는 송신기와 수신기의 역할을 한다. 작동과정을 보면 센서가 송신기로 초음파를 쏘고 장애물에 부딪쳐 돌아오는 초음파를 다시 수신기로 변한 센서가 받아들이고 그 시간 차이를 계산하여 거리를 측정하는 것이다. 이러한 구조로 모든 후방감지기는 실시간 검출되지 않고 약간의 시차를 가진다.고정밀 레벨센서에 사용되는 초음파 센서 예로는 컴퓨터 주변기기 등 형태에 따라 고 정밀 장치에 사용된다. 이것을 Hall 센서라고한다. Hall 센서는 구자석 사이에 도체를 놓고 도체에 전기를 흐르게 하면 기존에 있던 영구자석 사이에 발생하는 자속의 변화로 인하여 전압변화가 발생되며 그 전압변화를 측정하여 감지하는 원리이다. 즉, 반도체에 전류를 흘리고 전류에 직각인 방향으로 자계를 가하면 전류와 자계의 양자에 직각인 방향으로 전압이 발생하는 홀 효과가 이 소자의 동작 원리이며, 이중 입력 단자가 전류 단자이고 출력 단자가 홀 전압 단자로 표시된다.

공학/기술| 2014.06.15| 4페이지| 8,000원| 조회(300)

타코미터, 전기공학설계1, 초음파센서를 이용한 물체 검출회로 설, 물체검출회로, LM2907N

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설계12. 포토인터럽트를 이용한 전기설비의 경보회로 설계 (예비레포트) 평가A+최고예요

1. 실험목적? 포토인터럽터의 구조와 동작원리를 이해하고, 이를 이용한 빛 검출회로와 빛 차단회로의 동작원리를 이해한다.? 광소자의 기본 원리와 특징을 이해한다.? 전기설비의 경보회로로의 응용을 이해하고 회로설계 능력을 키운다.2. 관련이론1) 빛 - 빛은 입자와 파동의 성질을 함께 가진 에너지이며 넓은 의미로 전자파의 법주에 속한다. 빛 입자가 진동수를 가질 때 빛 에너지는 이며, 빛의 속도라면 의 파장을 갖는 파동으로 표현할 수 있다. 아래그림은 파장영역에 따른 빛의 종류 분류이다. 태양빛에는 눈에 보이는 가시광선보다 눈에 보이지 않는 적외선이나 자외선등이 훨씬 많다. 파장이 1 mm 이상이면 전자파라 부르고, 투과도가 높은 X선 등은 방사선이라는 별도의 범주에 넣고 있다.수광소자는 빛을 검출하는 광센서를 총칭하는 것으로, 광센서는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 트랜스듀서로서 물질이 광을 흡수하여 광전자를 방출하는 현상을 광전 효과라 한다. 아래그림은 광전효과에 의한 광센서의 분류이다.2) 광도전소자 - 반도체 화합물인 CdS는 빛을 받으면 도전성이 크게 증가하는 성질을 가진다. 예를 들면, 암실에서는 1 MΩ에 가까운 큰 저항을 CdS셀이 형광등 밑에서는 수 kΩ, 직사광선을 받으면 수 10 Ω으로 저항이 감소하는 것을 볼 수 있다. 빛에 의해 움직이는 일종의 광 가변 저항기인 셈이다.아래 그림에서 S자 모양의 곡선이 실제로는 황색을 띈 CdS화합물이다. 이렇게 구불구불한 모양으로 만든 이유는 빛이 닿는 면적을 넓히기 위함이다. 양편의 회색공간은 빗살 형 전극이고 여기에 리드선이 연결되어 있다. 크기는 직경으로 표시하며, 실외 노출 형은 플라스틱 하우징이 씌워져 있다.3) 포토 다이오드 - 광 에너지를 전기 에너지(기전력)로 변화시키는 다이오드이다. 직사광선을 받으면 0.6 ~ 0.8 V 정도의 기전력을 일으킨다. 그러나 전류의 세기는 매우 미약하여 최대 1 mA 이내이다. 왜냐하면 수광 면적에 비례하여 전류가 생성되는데 포토다이오드의 수광 면적은 F되어 SCR은 차단된다. 포토다이오드에 빛이 들어오면 광도전효과에 의해 A → K 방향으로 도통되어 전류가 흐를 수 있게 된다. 전원(+) → 부하 → Q1(이미터 E1 → 베이스 B1) → 포토다이오드(A → K) → Q2(베이스 B2 → 이미터 E2) → 전원(-) 로 순환하는 전류가 흐르게 된다. 그러면 처음 광전류가 Q1 의 베이스전류가 되어 흐르고, 이것의 증폭된 전류는 곧바로 Q2 베이스전류로 들어가 다시 증폭된다. Q2 의 증폭전류는 다시 Q1 의 베이스전류가 되어 순식간에 두 트랜지스터를 포화상태까지 도통되게 한다. 한번 도통된 포토 SCR은 빛을 주지 않아도 멈추지 않고, 전원을 역방향으로 가하거나 일시 차단해주면 멈춘다.3. 설계내용3-1. 포토 인터럽터를 이용한 빛 검출 경보회로포토 인터럽터는 빛을 발산하는 발광부와 발산된 빛을 받아들이기만 하는 수광부로 이루어져 있다. 발광부는 다리의 길이가 긴 쪽이 양극이며 +측에 연결 되고 다리가 짧은 쪽은 음극으로 -측에 연결 된다. 전원을 연결하여 인가하면, 발광부의 발광다이오드에 전압이 걸리면서, 빛을 발산하게 된다. 수광부는 트랜지스터와 비슷한 구조를 가지며, 베이스단자가 없고 수광 된 빛이 베이스의 구동원이 되는데 받아들인 빛의 양에 따라서 소자의 통과 전류를 변환시킨다. 회로는 교재를 보며 어설프게 따라 설계해 보았지만 이번 단원은 처음보는 소자들과 기존에 배우지 않았던 새로운 소재거리가 많아 피스파이스를 완벽하게 수행 할 수 없었다. 직접 실험을 해보고 공부를 좀 더 한 다음에 혼자서 다시 시도해볼 것이다.3-1-1. 회로구성3-1-2. 회로분석 - 이 회로는 통상 빛을 차단하고 있다가 물체가 이탈하여 빛이 수광부에 감지되면 부하가 동작하는 회로이다. 교재에 있는 순서대로 회로를 하나하나 분석해보면,1) 전원이 인가되었을 때, 투과형 포토 인터럽터에 발광소자 쪽에 12 V의 전압이 걸린다. 여기서 발광다이오드에 생기는 전압강하를 생각하고, SG-23FF에 인가되는 전류의 크기의 안정화를 은 원리이기 때문이다.4) 다음으로 100 kOMEGA 저항을 생각해보면, 전원전압의 5 % 정도 되는 히스테리시스 문턱을 만들어 주는 역할을 하는데, 전원전압의 5 % 즉, 12TIMES 0.05=0.6 V의 전압을 만들어 주는 역할을 한다. 회로의 동작을 안정화시키기 위한 목적으로 사용되는 저항이다. 이렇게 100 kOMEGA 의 저항을 달아주는 이유는, 외부적으로 히스테리시스를 추가하여, 외부 잡음에 의해 비교기가 발진하지 못하게 하기 위해서이다. 즉, 비교기가 작동할 수 있는 임계 값을 히스테리시스로 조절할 수 있다는 말이 된다. 위의 회로와 같이, 풀 출력을 갖는 비교기는 직접적으로 출력과 비반전 입력 사이에 (+) 피드백 저항을 배치해야 하는데, 비반전 입력은 특정 레퍼런스 레벨로 고정적이다. 즉, 외부 잡음에 반응하지 않도록, 위에서 주어진 0.6 V이상의 전압이 주어져야 비교기가 작동하는 원리이다. 여기서 왜 100 kOMEGA 의 저항 값을 사용하는 지는, 식으로 구해 볼 수 있다.R _{1} =R _{2} TIMES {V _{Th}} over {V _{cc}} ` RARROW `5K=R _{2} TIMES {0.6} over {12} ` RARROW R _{2} =5K TIMES {12} over {0.6} =100K OMEGA 5) 다음으로 비교기가 동작하는 원리를 생각해보면, 먼저 (+)단자에 기준전압 6 V가 항상 인가되고 있는 상태에서, (-)단자 즉, C점의 전압을 생각해본다. 만약, 포토 트랜지스터에 빛이 도달하지 못해 turn off된 상태라면, C지점은 H(12 V)가 인가되고, 비교기의 출력은 0 V가 된다. 반대로 포토 트랜지스터에 빛이 도달하여 turn on 된 상태라면, C지점은 L(0 V)가 된다. 이 때, 비교기는 풀 출력인 12 V의 출력을 냄으로써, 트랜지스터 C3228을 도통시키는 조건을 만들어 주게 된다.6) 다음으로 NPN 트랜지스터 C3228을 생각해보면, Op-Amp의 출력이 높아짐으로써, 이 트랜지스터 C지점의 전압은 L(0 V)가 되어, 비교기가 작동하게 된다.(여기서 비교기의 기준전압(+)단의 전압은 약 6 V로 주어주고 있는 상태이다.) 비교기가 작동하면, 출력단에 최고 출력전압 12 V가 출력되어 나온다. (비교기의 동작을 안정시키기 위해 히스테리시스 저항 100 kOMEGA 을 달아주게 된다.) 이렇게 비교기에서 출력 되어지는 전압 값, H(12 V)와 L(0 V)를 이용하여 다시 트랜지스터 C3228의 도통 여부를 결정하게 된다. 만약 H(12V)가 출력되면, 트랜지스터의 도통 특성(LEFT | V _{BE} RIGHT | =0.6V)가 만족되므로, 트랜지스터가 turn on이 된다. 따라서 트랜지스터 컬렉터 단에 전류가 흐르게 되고, 이는 릴레이 스위치를 작동시키며, 이는 버져를 울리게 된다. 그와 동시에, 부하단의 LED를 작동시켜, 불이 들어오게 되는 원리이다. 하지만, L(0 V)가 출력된다면,LEFT | V _{BE} RIGHT | =0.6V를 만족시키지 못하므로, 트랜지스터가 turn off된다. 따라서 트랜지스터 컬렉터 단에 전류가 흐르지 않게 되고, 이에 따라 LED와 버저를 울리지 않게 된다. 이런 원리로, 빛의 검출 여부를 확인할 수 있는 원리이다. 이와 같은 원리의 포토인터럽터 회로가 빛이 통과할 때 각부의 전압상태와, 빛을 차단한 상태에서의 회로 각부의 전압을 예상한 표이다.측정점상태U1의 3번(기준 전압)U1의 3번(센서 출력)U1의 1번(비교기 출력)TR의 컬렉터(출력 전압)빛 차단 시6 V12 V0 V12 V빛 검출 시6 V0 V12 V0 V다시 간단히 설명하면, 먼저 비교기 U1의 3번, 즉 기준 전압은 항상 6 V가 인가되고 있는 상황이다. 다음으로 U1의 2번 센서 출력, 즉 Vin의 전압은 빛이 차단될 때, 포토트랜지스터는 turn off 상태이므로, 트랜지스터에 전류가 흐르지 않으므로, Vcc가 그대로 C지점에 인가되어 12 V가 된다. 반대로, 빛이 검출이 되면, 포토트랜지스터는 turn on이 되어, 트랜지스을 측정하는 실험으로, 이를 통해 TR의 도통 여부를 측정하는 것이다. 5 V의 전원이 인가되면, 발광 다이오드는 빛을 내어 수광소자 쪽으로 빛을 보낸다. 여기서 포토 트랜지스터는 이 빛을 받아, 트랜지스터가 turn on 된다. 보통의 포토 TR과 같이 빛을 받을 때, 60 %이상 움직이면 정상이고, 전원 5 V를 0 V로 줄이거나 빛을 차단할 때 지침이 크게 줄어들면 역시 정상으로 볼 수 있다. 소자의 이상이 없는 한, 앞서 말한 것 과 같은 결과가 나올 것이라 생각한다.그리고 이와 같은 포토인터럽터는 생산현장에서 활용이 많이 된다. 예를 들어, 정상작업 중일 때는 램프가 표시되고, 공정에 이상이 생기거나 고장 발생 시에는 경보기가 울리게 하는 등 실생활에서 아주 유용한 것 같다.3-2. 빛 차단 경보회로위 회로는 Dark on 방식의 빛 차단 경보회로이다. 말 그대로 빛이 차단될 때, 경보가 울리게 되는 방식으로 설계된 회로이다. 앞의 빛 검출 회로와 거의 다른 게 없으나, 변한 것이 있다면 출력 트랜지스터의 종류가 npn에서 pnp TR로 바뀌었고, 부하단의 위치도 아래로 옮긴 것이다. 기본적인 회로의 원리는 거의 실험1과 같다.3-2-1. 회로구성3-2-2. 회로분석 ? 출력 트랜지스터에서의 동작원리를 살펴보면, 먼저 빛이 검출되어 비교기의 입력전압이 0이 되면, 비교기 출력 단에는 12 V의 전압이 출력되어 나온다. 이 때, 앞 실험과는 달리 유의해야 될 점은, 트랜지스터의 종류가 바뀌어, 이미터 단의 전압이 12 V가 인가되고 있다는 것이다. 그럼 트랜지스터의 도통 특성인,LEFT | V _{BE} RIGHT | =0.6V가 만족되지 않는다. 출력이 12 V가 나오면,LEFT | V _{BE} RIGHT | =12-12V=0V가 되어, 트랜지스터가 turn off 상태라는 것이다. 따라서 트랜지스터에 전류가 흐르지 않게 되고, 따라서 트랜지스터 컬렉터 단에도 전류가 흐르지 않으므로, 부져와 LED가 작동하지 않게 된다.하지만 빛이 검출되지 않아, 준다.

공학/기술| 2014.06.15| 7페이지| 8,000원| 조회(421)

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설계10. 삼상 교류회로의 임피던스 및 전력 측정 (예비레포트)

1. 실험목적? 대칭 Y 부하에서의 선간전압과 상전압, 대칭 Δ 부하에서의 선전류와 상전류에 대해 배우고설계를 통해서 이해한다.? 3상 부하의 전력을 전력계로 측정하는 방법을 습득한다.2. 관련이론1) 대칭 Y 부하에서의 선간전압과 상전압대칭 Y 부하가 대칭 3상 회로의 일부를 형성하고 있을 때 선전류 Ia, Ib, Ic 는 그림 (a)와 같이 대칭을 이루고 있으며, 상전압 도 대칭을 이룬다.따라서 선간전압 이고, 상순을 abc라 하면 그림 (b)와 같이 로 된다. 따라서 대칭 Y부하에서의 선간전압과 상전압의 관계식은선간전압과 상전압의 크기를 각각 라 하면 대칭 Y 부하에서 이들의 관계는 이다.2) 대칭 Δ 부하에서의 선전류와 상전류대칭 Δ 부하가 대칭 3상 회로의 일부를 형성하고 있을 때 선간전압 는 대칭을 이루고 있으며, 그림과 같이 상전류 도 대칭이 된다.선전류 가 되고 상순을 abc라 하면, 그림 (b)와 같이 이 되므로,대칭 Δ 부하에서의 상전류와 선전류의 관계는그러므로 선전류와 상전류의 크기를 각각 라 하면 대칭 Δ 부하에서 이들의 관계는 식은 이다.3. 설계내용3-1. 대칭 Y 부하① Z에 R만 연결② Z에 R, C 직렬연결③ Z에 R, C, L 직렬연결3-1-1. 회로구성 ? 부하가 Y결선으로 연결된 3상 회로이다. 부하단에는 저항으로만 연결 되어있는 경우, R과, C를 직렬로 연결한 경우, R, L, C를 직렬로 연결한 경우 이렇게 3가지 회로를 통해 실험한다. 여기서 측정할 것은 부하단의 상 전압, 회로의 선 전압, 회로에 흐르는 선전류를 측정한다. 또한, 부하에서 소모한 전력을 측정하는 실험을 할 것이다. 입력 전압 소자는 Vsin으로 하여 각각 차례대로 10 V, 10∠120 V, 10∠-120 V로 설정하였다.3-1-2. 회로분석Van, Vbn, Vcn 측정Vab, Vbc, Vca 측정Ia, Ib, Ic 측정PZ1, PZ2, PZ3 측정① Z에 R만 연결입력전압이 10 V이므로 저항에는 입력 전압이 그대로 걸리게 된다. 하지만 파형에서 토글커서로 측정한 결과 선 전압의 크기는 17.317 V가 나왔다. 측정값과 이론값이 거의 비슷한 것을 확인할 수 있었다. 위상차 역시 마찬가지로 16.522 : (5.6522-4.1304) = 360 : x에서 x는 31.198이 나므로 위상차가 약 30? 정도 차이가 나는 것을 확인했다. 세 번째 파형은 선 전류를 측정한 것인데, Y결선에서는 회로의 선에 흐르는 선 전류와, 부하에 흐르는 상전류의 크기와 위상각의 크기가 같다. 선전류를 계산해보면 10/26=0.385 A이다. 시뮬레이션 결과, 전류의 크기는 384.806 mA로, 계산 값 0.385 A와 거의 비슷한 것을 알 수 있고, 부하단의 상 전압과 같은 위상을 가진다. 마지막 파형은 부하에 걸리는 전력을 시뮬레이션 한 결과이다. 이론값은 10*0.385=3.85 W이고 시뮬레이션 결과는 3.8123 W가 나왔으며 이론값과 비슷한 것을 확인 하였다. 따라서 3상 회로의 저항이 소모한 총 전력 P는 3.8123*3=11.4369 W가 된다. 역률은 cos0?=1 이 되고, 무효전력은 없다. 즉, 소비하는 전력 모두가 유효전력이 되는 것이다.Van, Vbn, Vcn 측정Vab, Vbc, Vca 측정Ia, Ib, Ic 측정PZ1, PZ2, PZ3 측정QZ1, QZ2, QZ3 측정SZ1, SZ2, SZ3 측정② Z에 R, C 직렬연결입력전압을 교류로 하였기 때문에, C역시 저항으로 볼 수 있다. 따라서 부하 단에 걸리는 전압은 역시 입력 전압과 같은 10 V, 10∠120 V, 10∠-120 V를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 토글커서로 측정한 값으로 비례식을 세워보면 (20.783-4.1861) : (9.696-4.1861) = 360 : x 이고 x를 계산해보면 119.514이 나오며, 앞 실험과 같이 약120?의 위상 차이를 나타난다. 두 번째 측정한 그래프는 회로의 선에 걸리는 선 전압을 측정한 파형이다. 이 역시 위의 실험과 동일하다. 토글커서로 측정한 결과 선 전압의 크기는 17.162 V가 이 나옴을 알 수 있었다. 네 번째, 다섯 번째, 여섯 번째 파형은 각각 부하단의 저항에 걸리는 유효전력, C에 걸리는 무효전력 그리고 피상전력 S를 나타낸 것이다. 시뮬레이션 결과 유효전력의 크기는 시뮬레이션 값 1.8614 W가 나왔고 무효전력 역시 시뮬레이션 값 1.8996 VAR로 나왔다. 피상 전력의 크기는 2.6522 VA가 나왔으며, 이는 이론값들과 근접한 값을 나타냄을 확인할 수 있었다. 따라서 삼상회로에 걸리는 총 피상전력 S=2.6522*3=7.9566 VA가 됨을 확인 했다. 커패시터로 인해 무효전력과 유효전력이 있는데 이론값으로 구해 보면, 2.65*cos(44.981)=1.876 W(유효전력), 2.65*sin(44.981)=1.874 VAR(무효전력)이 된다.따라서 S=1.876 - i1.874 VA가 되고, 피상전력은S= sqrt {1.876 ^{2} +1.874 ^{2}} =2.65 VA가 됨을 증명 할 수 있다.③ Z에 R, C, L 직렬연결Van, Vbn, Vcn 측정Vab, Vbc, Vca 측정Ia, Ib, Ic 측정PZ1, PZ2, PZ3 측정- 입력전압을 교류로 하였기 때문에, C뿐 아니라 L 역시 단순히 저항으로 볼 수 있다. 따라서 부하 단에 걸리는 상 전압은 인가된 전압과 크기와 위상이 같은 전압이 걸리며, 이를 위의 시뮬레이션 파형으로 크기가 10 V이고, 위상차 약 120?가 되는 것을 확인하였다. 두 번째 측정한 그래프는 회로의 선에 걸리는 선 전압을 측정한 파형이다. 이 역시 앞에서 했던 실험들과 거의 동일하다. 위의 파형에서 알 수 있듯이, 토글커서로 측정한 결과 선 전압의 크기는 17.346 V가 나왔고 이론값 10*sqrt {3}=17.321 V와 거의 비슷한 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었고 위상차 역시 마찬가지로 약 30? 정도 차이가 나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 L과 C의 연결로 인해서 전류는 일정한 시간이 지나야 안정기에 들어와 피크치를 나타낸다. 세 번째 그래프는 전류를 측정한 파형인데낸다. 따라서 Y결선된 부하 단이 소비하는 총 소비전력 P는 3.7772*3=11.3316 W가 된다. 역률은 cos0.2?=1이 되어, 무효전력이 없어짐을 알 수 있다. 즉, 소비하는 전력은 순수 유효 전력이 된다. 초기부분을 보면 C를 연결했을 때와 마찬가지로 일정한 시간이 지난 뒤에 전력의 값이 피크치에 도달하는 것을 확인 할 수 있다. 이는 L과 C의 영향으로 인한 전류의 파형이 전압계산에 반영된 것으로 보면 된다.3-1-3. 고찰 ? 이 실험은 대칭 Y 부하에 관한 실험으로, 부하가 대칭 3상 회로의 일부를 형성하고 있을 때 선전류 Ia, Ib, Ic 는 위의 회로와 같이 대칭을 이루고 있으며, 상전압도 대칭을 이룬다. 따라서 선간전압 이 되며, 순서를 abc라 하면 로 된다. 그러므로 대칭 Y 부하에서 선간전압이 상전압보다sqrt {3}배 크고 항상 30? 앞서있다는 것을 실험을 통해 확인 할 수 있었다. 위의 실험에서 살펴보았듯이 부하에 C나 L이 연결되어도 선간전압과 상전압의 관계식은 항상 불변이다. 하지만 상전압과 선전류의 위상각은 차이가 날 수 있는데 이는 커패시터나 인덕터에 따라 위상각이 뒤틀리기 때문이라는 것도 알게 되었다. 두 번째 실험에서 커패시터로 인해 위상각이 45? 차이가 났었고 세 번째 실험에서 인덕터로 인해 ?45? 차이가 발생해야 하지만 커패시터로 인해 서로 상쇄가 되어 0.2? 정도의 차이가 발생한 것을 확인 하였다. 그리고 위상값을 구하는데 있어서 약간의 오차가 몇 개 발생하였는데 이는 실험을 통해서 제대로 해보도록 할 예정이다.3-2. 대칭 Δ 부하3-2-1. 회로구성 - 부하가 Δ로 연결된 3상 회로이다. 실험1과 마찬가지로 부하단에는 저항으로만 연결 되어있는 경우, R과, C를 직렬로 연결한 경우, R, L, C를 직렬로 연결한 경우 이렇게 3가지 회로를 통해 실험한다. Y부하 실험과 다른 점은 선 전압 대신에 상전류를 측정할 것이다. 마찬가지로 입력 전압 소자는 Vsin으로 하여 각각 차례대로 10 V, 10∠12타낸다. 선전류의 크기는 Ia=sqrt {3}IabANGLE -30DEG 식에 의해 665.365 *sqrt {3}=1152.44 mA가 나오며, 이 계산값은 실제 시뮬레이션에서 측정한 선전류값인 1.1508 A와 근접함을 알 수 있다. 세 번째 파형은 상전압의 그래프를 나타낸다. 시뮬레이션 결과 17.317 V가 측정되었는데 이는 VL=sqrt {3}Vp의 계산식을 통해 10 *sqrt {3}=17.321 V 값과 매우 근접한 것을 확인할 수 있었다. 마지막 파형은 부하에 걸리는 전력을 시뮬레이션 한 결과이다. 평형 Δ 부하의 전력을 계산한 파형에서도 이러한 위상 차이를 확인 할 수 있다. R만 연결한 평형 Δ 부하의 전력은 11.525 W가 측정되었는데 이는 이론 값 17.317 (V)*665.36 (mA)=11.522 W와 거의 근접한 값을 나타낸다. 역률 cos0DEG =1이 되고, 무효전력은 없다. 즉, 소비하는 전력 모두가 유효전력이 되는 것이다.Iab, Ibc, Ica 측정Ia, Ib, Ic 측정Vab, Vbc, Vca 측정PZ1, PZ2, PZ3 측정QZ1, QZ2, QZ3 측정SZ1, SZ2, SZ3 측정② Z에 R, C 직렬연결 - 각 입력전원은 R만을 부하로 사용했을 때와 동일한 10V, 60Hz, 위상차가±120DEG 가 나며 이는 각 도선을 따라 평형 Δ 부하에 공급되게 된다. 두 번째 파형은 선전류의 그래프를 나타낸다. 선전류는 468.460*sqrt {3}=811.39 mA으로 계산되고 이 값은 실제 시뮬레이션에서 측정한 805.935 mA와 근접함을 알 수 있다. 세 번째 파형은 상전압의 그래프를 나타낸다. 시뮬레이션 결과 17.191 V가 측정되고, 10 *sqrt {3}=17.321 V 값과 매우 비슷한 값을 나타낸다. 또한, 실험1과 마찬가지로 커패시터 C로 인해 위상각이 뒤틀려서 위상각은 부하 단에 걸리는 전압과 차이가 나므로 계산을 해보면 약 44.8745DEG 가 나오므로 이 역시 거의 45?와 근접한 값이다. 네 번째,었다.

공학/기술| 2014.06.15| 7페이지| 8,000원| 조회(299)

상전압, 선전류, 선간전압, 상전류, 전기공학설계1, 삼상 교류회로의 임피던스 및..

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설계12. 포토인터럽트를 이용한 전기설비의 경보회로 설계 (결과레포트) 평가D별로예요

1. 설계목적? 광소자의 기본 원리와 특징을 이해한다.? 포토인터럽터의 구조와 동작원리를 이해하고, 이를 이용한 빛 검출회로와 빛 차단회로의 동작원리를 이해한다.? 전기설비의 경보회로로의 응용을 이해하고 회로설계 능력을 키운다.2. 설계결과2-1. 부품의 도통 시험수광소자 쪽 포토 트랜지스터의 저항을 측정하기 위한 회로이다. 이 저항측정을 통해 TR의 도통 여부를 알 수 있다. 5V의 전원이 인가되면, 발광 다이오드는 빛을 내어 수광소자 쪽으로 빛을 보내고 포토트랜지스터는 이 빛을 받아 트랜지스터가 turn on 된다. 따라서 입력전압을 5V보다 더 낮게 줄이거나, SG-23FF 소자 가운데 물체를 끼워 빛을 가려보며 각 상황의 저항을 측정해보았다.2-1-1. 회로구성2-1-2. 결과분석☞ 첫 번째로 발광소자 쪽, 즉 1차측 LED측 도통 여부를 알기 위해 멀티미터를 다이오드 측정단자에 옮기고 측정을 하였다. 발광 측이 도통이 된다는 것은 발광 다이오드가 정상적으로 도통한다는 말이 되므로, 디지털 멀티미터로 측정을 하였을 때, ‘Good‘이 뜨면 정상적으로 도통되었다는 의미이다. 측정결과 그 값이 약 1024 mV가 나왔으며 멀티미터에 ’Good‘이 나온 것으로 보아, 정상적으로 동작을 한다는 의미로 해석할 수 있다.빛 통과 시빛 차단 시1.0 V 입력 시☞ 수광 측 도통을 확인하기 위해, 디지털 멀티미터의 측정단자를 저항으로 옮기고 측정을 하였다. 먼저 이론적으로 접근해 보면, 빛이 포토 트랜지스터로 전달되면, 포토 트랜지스터에 전류가 흐르게 되고, 이는 turn on을 뜻한다. 반대로 빛이 포토 트랜지스터의 베이스단에 전달되지 못하면, 포토 트랜지스터는 turn off 상태로 전류가 흐르지 않는 상태가 된다. 즉, 전류가 흐르지 못하는 상태, 이상적으로 Open상태라고 할 수 있는 것이다. 전원 5 V를 0 V로 줄이거나 빛을 차단할 때 저항값이 커지면 그 소자는 정상이라고 볼 수 있다. 실험결과 빛이 통과하였을 때의 포토 트랜지스터 저항은 3.58 kΩ이 측정되었고 빛을 차단했을 때의 포토 트랜지스터 저항은 측정을 시작할 때보다 크기가 점점 커져 27.22 MΩ 까지 나온 것을 확인하였다. 또한 5 V를 1 V로 줄이니 10.04 MΩ이 측정되었다. 따라서 도통이 잘되는 것을 확인하였기 때문에 이 소자는 정상적인 상태임을 알 수 있었다.2-1-3. 고찰 - 위의 포토 인터럽터는 빛을 발산하는 발광부와 발산된 빛을 받아들이기만 하는 수광부로 이루어져 있다. 발광부는 다리의 길이가 긴쪽이 양극이며 +측에 연결 되고 다리가 짧은 쪽은 음극으로 -측에 연결 된다. 전원을 연결하여 인가하면, 발광부의 발광다이오드에 전압이 걸리면서 빛을 발산하게 된다. 수광부는 트랜지스터와 비슷한 구조를 가지며 빛의 양에 따라서 소자의 통과 전류를 변환시킨다. 이 때문에 컬렉터와 이미터 사이에 흐르는 전류의 양이 변하게 되는데 이로 인해 전압도 변환된다. 이 전압을 이용해 빛이 들어왔는지 들어오지 않았는지를 판단하게 되는 원리이며 이를 통해 SG-23FF 소자가 정상적으로 도통이 되는지 확인할 수 있었다.2-2. 포토 인터럽터를 이용한 빛 검출 경보회로2-2-1. 회로구성포토 인터럽터 응용회로를 설계한 사진이다. 비교기(LM358)를 기준으로 출력 1번핀에 2k Ω과 NPN트랜지스터 2N2222를 열결 하였다. 실험실에 10k Ω이 없어서 5.1k Ω저항 2개를 직렬연결하여 사용하였다. 포토 인터럽트(SH-23FF)는 포토 다이오드와 트랜지스터로 연결된 소자인데 포토 다이오드의 사진의 오른쪽부분이 아노드, 왼쪽부분이 캐소드 이고, 트랜지스터는 오른쪽 부분이 이미터, 왼쪽부분이 컬렉터이다. Ry부분에 부저를 사용하지않고 다이오드 1N4148로 대신하였다.2-2-2. 결과분석빛 차단 시빛 통과 시☞ 회로에서 빛이 인가될 때, 포토 인터럽터의 트랜지스터가 도통되고, 비교기의 입력부분에 양극(+)의 전압이 음극(-)의 전압 보다 높아지게 되기 때문에 비교기의 출력에서 H값이 출력되어 트랜지스터 2N2222가 도통된다. 그래서 LED에 불이 들어옴을 확인할 수 있었다. 반대로 빛이 차단되었을 때, 포토 인터럽터의 트랜지스터가 차단되고, 비교기의 입력부분에 음극(-)의 전압이 양극(+)의 전압보다 높아지게 되므로 비교기의 출력에서 L값이 출력되어 트랜지스터 2N2222가 차단된다. 그래서 LED에 불이 꺼짐을 확인할 수 있다.측정점상태U1의 3번(기준 전압)U1의 2번(센서 출력)U1의 1번(비교기 출력)TR의 컬렉터(출력 전압)빛 차단 시5.87 V11.82 V93.60 mV10.54 V빛 통과 시6.13 V186.00 mV10.53 V27.50 mV☞ 빛 차단 시 비교기의 기준전압(5.87 V)보다 센서출력전압(11.82 V)이 높아지게 되므로 비교기 출력은 L(0에 가까운 93.60 mV)가 되며 TR의 컬렉터의 출력전압은 10.54 V을 확인할 수 있었다. 반대로 빛 검출 시 비교기의 기준전압(6.13 V)보다 센서출력전압(0에 가까운 186.00 mV)이 낮아지게 되므로 비교기 출력은 H(10.53 V)가 되며 TR의 컬렉터의 출력전압은 27.50 mV를 확인할 수 있었다.2-2-3. 고찰 - 이 실험은 포토 인터럽터에서 빛 검출 시, 빛 차단 시 각각 회로가 어떻게 동작되는지를 알아보는 실험 이었다. 빛이 들어오게 되면 포토 인터럽터의 트랜지스터가 도통되어 비교기에 양극(+)전압이 음극(-)전압보다 높게 입력되어 출력이 H가되고, 그로인해 트랜지스터 2N2222를 도통시켜 발광다이오드 LED에 불이 들어오는 원리이다. 빛이 차단되면 포토 인터럽터의 트랜지스터가 차단되어 비교기에 음극(-)전압이 양극(+)전압보다 높게 입력되어 출력이 L가되고, 그로인해 트랜지스터 2N2222가 차단되어 발광다이오드 LED에 불이 들어오지 않는다.2-3. 빛 차단 경보회로2-3-1. 회로구성빛 차단 경보 회로를 보면 왼쪽 첫 번째 회로는 빛 차단 경보 회로를 구성하는 방법을 나타낸 회로이다. 포토인터럽터 쪽의 회로는 그전의 실험과 동일하여 빛이 들어갈 때에 동작을 하고 빛을 차단해주면 동작을 하지 않는다. 이번 실험은 포토인터럽터에 들어가는 빛을 차단하여 포토인터럽터의 전류를 막으면 비교기를 지나서 연결되있는 pnp접합 트랜지스터가 도통이 되고 발광다이오드에 빛이 들어오게 된다. 실험은 5월 28일에 완료했지만 회로도 사진이 잘 나오지 않아 5월 29일 목요일에 다시 실험실에 가 회로를 만들어서 사진을 찍었다.2-3-2. 결과분석빛 차단 시빛 통과 시☞ 빛 차단 경보회로는 그전 실험인 포토 인터럽터 응용회로와는 반대로 빛을 차단하였을 때 작동을 하고 빛을 통과시킬 때에 작동을 하지 않는 회로이다. 위의 사진은 이번 실험의 결과를 나타내는 사진이다.전의 실험과 결과 값이 반대로 나오는 이유는 트랜지스터에 있다. 두 번째 실험에서 npn접합 트랜지스터를 사용한 반면에 이번 실험에서는 pnp접합 트랜지스터를 사용하였기 때문에 빛의 차단 시에 다이오드에 도통시켜 발광을 하는 모습을 보이고 빛을 통과시킬 때에는 다이오드는 도통되지 않아 발광하는 모습을 볼 수 없었다.2-3-3. 고찰 - 세 번째 실험인 빛 차단 경보회로는 두 번째 실험과 정반대의 결과 값이 나왔다. 그 이유는 트랜지스터에서 찾을 수 있었는데, 두 번째 실험에서는 npn접합 트랜지스터를 사용한 반면에 세 번째 실험은 pnp접합을 사용하여 포토인터럽터가 빛을 받았을 때 동작하여 흘려주는 전류에 따라 동작을 하게 되는데 이때 그 전류를 받는 트랜지스터의 동작이 반대이기 때문에 이 회로의 동작이 반대인 것을 확인하였다.2-4. 출력회로를 SSR 방식으로 변경2-4-1. 회로구성이번 실험에서는 포토 인터럽터 응용회로의 입력전압과 트랜지스터의 collector 부분에 연결하여 일반 가정용 교류 전압의 스위칭 동작에 적용하는 실험을 진행한다. 2번째 실험인 포토 인터럽터 응용회로에서 다이오드(1N4148)을 제거한 후 SSR소자의 1번을V _{CC}와 연결하고, 트랜지스터(2N2222)의 collector 부분과 SSR소자의 2번을 연결, 해준 뒤 교류 220 V와 연결했다. 실험은 5월 28일에 완료했지만 회로도 사진이 잘 나오지 않아 5월 29일 목요일에 다시 실험실에 가 회로를 만들어서 사진을 찍었다.2-4-2. 결과분석빛 차단 시빛 통과 시☞ SSR은 무접점식 릴레이의 대표적인 것으로, 반도체를 이용한 전자릴레이이다. SSR 입력 측에 동작 전압 이상의 High 신호가 들어가게 되면 포토커플러가 동작하여 트리거회로에 의해 스위칭 소자가 close되며 전류가 흐르고, 입력 전압이 복귀 전압 이하의 Low 신호가 들어가게 되면 스위칭 소자가 open된다. SSR에 전류가 흐르게 되면 이로 인해 스위치가 닫히는 성질이 있다. 스위치가 닫히기 때문에 교류 전원 220 V가 걸리게 되고 아래 220 V 점등 램프에 불이 들어오게 된다. 이때 회로는 트랜지스터가 도통되며 실험2번의 빛 검출결과와 같이 LED가 점등이 된다. 반대로 빛이 차단 될 경우 LED에 점등이 되지 않는 동시에

공학/기술| 2014.06.15| 6페이지| 8,000원| 조회(333)

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