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전시회 관람자에게 팜플릿을 주기 전에 시스템에 팜플릿을 통과시키면 전시회 관람자의 수가 7-segment에 출력되는 시스템

2009-2-회로이론 (2) 팀별프로젝트결과보고서과목담당교수님학과제출일제출인(11)조 Project-2 결과 보고서1. Project 명 : 전시회 관람자에게 팜플릿을 주기 전에 시스템에 팜플릿을 통과시키면 전시회 관람자의 수가 7-segment에 출력되는 시스템2. Project 구성명단성 명소속학년학 번연락처e_mail3.목표설정- 전시회 관람자에게 팜플릿을 주기 전에 시스템에 팜플릿을 통과시키면 전시회 관람자의 수가 7-segment에 출력되는 시스템을 설계하려고 한다. 통과시킨 팜플릿의 수가10개 이상이 되는 경우에는 항상 초록색 LED를 켜서 표시를 한다. 또한, 통과시킨 팜플릿의 수가9개가 되는 순간에 동작을 시작하여 9초가 지나면 빨간색 LED를 켜서 표시를 하는 1초 단위로 동작 시간을 표시하는 7-segment를 포함하는 회로를 설계하고 제작한다.- 요구조건1) Power supply는 9V 건전지 하나만 사용. 각 소자의 Vcc값은 +5V로 설정. 전원 on/off 스위치.2) 모든 저항은 5%계열에서 선택하고 전력정격을 고려하는 과정을 설명하여야 한다.3) 관람자의 수는 10진수 두 자리로 표시. 관람자의 수 표시를 위한 counter는 하나만 사용.4) 관람자의수 표시7-segment는 common-anode방식, 시간표시는 common-cathode방식 사용4.분석 및 합성4-1 전체 구성도팜플릿검출부BCD 카운터와BCD to7-segmentdecoder17-segment1펄 스발생부BCD 카운터와BCD to7-segmentdecoder27-segment25V전원부LED구동부4-2 설계 과정4-2-1 팜플릿 검출부 설계- D5, Q5가 한 패키지 안에 포함된 photo-interrupter를 사용한다. 선택소자는 SG-23FH로 한다.- R6값 설정 : datasheet1에서 보이듯이 input의 forward current 최대값 60mA이고, R6에는 그 이하의 전류가 흐르도록 한다.인데 더 크게 검출하기 위해서 68Ω선택.- R11값 설정 : Q5의 emitter 전류와 R11의 전류가 근사적으로 같다고 가정한다면, datasheet에서 output collector 최대값 40mA을 확인하고, R11에 흐르는 전류는 40mA 이하가 되도록 설정한다.(최악의 상황에서도 정격전류가 흐르도록 설정)이므로 1㏀선택.- NOT gate는 74LS14를 사용하고 출력(+Va)을 BCD counter의 clock A pin에 연결한다.- D5와 Q5 사이가 막혀 있으면 Q5 off 되어서 7414 입력전압이 0V가 되고 출력 Va는 +5V가 된다. 그러나 D5와 Q5 사이가 막혀 있지 않으면 즉 구멍 감지를 감지하면, Q5 on이 되어서 7414 입력전압이 5V가 되고 출력 Va는 +0V가 된다. 여기서 Va의 파형은 구멍 감지 전까지는 +5V로 유지 되다가 구멍이 감지되면 0V로 떨어지고 이 순간 BCD counter의 값이 1 증가한다.4-2-2 BCD 카운터와 BCD to 7-segment decoder 1- 10진수 두 자리 표시를 위해서 IC내부에 두 개의 counter를 포함하는 74LS390 BCD counter를 사용한 다. 하나는 1의 자리, 다른 하나는 10의 자리를 count하도록 설계한다.- 74LS390 datasheet에서 pin 13(QA)를 pin 12 CKB(clock B)에 연결하면 0->1->...->0 순으로 출력되는 BCD counter가 된다. CKA(clock A)의 입력전압 Va의 값이 high level (+5V)에서 low level (0V)로 변할 때 4bit 출력 QD QC QB QA 값이 변한다. 1의 자리 counter의 값이 9에서 0으로 변할 때 10의 자리 counter의 값이 1씩 증가되어야 하므로 1의 자리 counter 출력 중 pin 7(QD)을 10의 자리 counter의 pin15 CKA(clock A)에 연결한다.- 강제로 7-segment 출력을 모두 0으로 (두 counter의 출력을 모두 0으로) 만들려면 두 counter의 출력을 모두 0으로 만들어 주면 된다. 이것은 datasheet에서 reset 조건을 보면 되는데, 2, 14핀에 high level을 가하면 reset 된다. 핀을 연결하고 저항을 통해서 0V에 연결하여 거기에 스위치를 통해서 5V를 연결한다. 이렇게 하면 스위치를 누르기 전에는 pin 2, 14에 low level(0V)로 간주되어 counter가 reset(출력이 모두 0)되지 않는다. 그러나 스위치를 누르면 pin 2, 14에 high level(+5V)이 입력되어서 counter가 reset되어서 7-segment에 0이 출력된다.- 74LS48은 BCD 입력 A, B, C, D를 받아서 그 입력의 숫자 모양을 common-cathode 7-segment에 표시하는데 필요한 출력을 내는 BCD to 7-segment decoder이다. 74LS47은 common-anode 7-segment 구동 decoder이다. pin 6, 2, 1, 7은 BCD 입력으로 BCD counter의 출력과 연결된다. pin 13, 12, 11, 10, 9, 15, 14는 출력으로 저항을 통해서 7-segment에 연결된다.4-2-3 7-Segment 1- SR-1056K common-cathode 7-segment는 pin 3, 8 pin에 모든 LED segment들의 cathode 단자가 연결되어 있다. 여기에 GND를 연결하고 나머지 pin들은 각각의 LED segment들의 anode 단자로 여기고 7448의 출력을 연결해준다. 그러나 LED segment의 전류 최대값이 제한되므로 전류 제한저항을 직렬로 연결해주어야 한다. diode 구동 회로 때와 유사하게 저항 값을 설정하면 된다. LED segment의 전류가 20mA 이하가 되도록 하는 저항값을 설정한다.4-2-4 펄스 발생부- 555 timer IC를 사용해서 1Hz 펄스를 발 생하는 회로를 구성한다.의 식을 이용하여f=1Hz가 되도록 R1,R2,C값을 정한다.따라서 저항은 R1=R2=33㏀, C=22㎌ 을 사용하기로 한다.4-2-5 BCD 카운터와 BCD to 7-segment decoder 2- BCD counter와 BCD to 7-segment decoder 1의 부분을 참조하여 설계한다.4-2-6 7-segment 2- 7-segment 1 부분과 같이 74LS48에 연결되는 common-cathode 7-segment는 3, 8 pin에 GND가 연결되는 것을 주의한다.4-2-7 LED 점등부- Green LED는 팜플릿이 통과한 수가 9이상 즉 10이 될 때부터는 항상 점등이 되어야 하므로 논리게이트인 OR-gate를 이용하여 서 10의 자리의 74390의 QA와 QB를 OR-gate에 연결 또, QC와 QD를 OR-gate에 연결 하여 각각 출력을 또 OR-gate로 연결하여 마지막 출력을 LED에 연결 하므로써 10의 자리의 출력이 나오고 있을 때이면 언제나 LED가 점등 되어 있을 수 있도록 설계하였다.- Red LED는 팜플릿이 통과한 수가 9이상 되면 동작하여 1초단위로 9초까지 시간이 지났을 때 점등 되어야 하기 때문에 7490의 출력이 이진수로 9가 나올 때만 동작하여야 하므로 QA와 QD를 논리게이트인 AND-Gate로 연결하여 그 출력을 LED에 연결하여 9초가 되었을 때만 점등이 되도록 설계 하였다.4-2-8 타이머 동작부- 팜플릿이 9번 통과하는 순간부터 1초 단위로 9초까지 동작하였다가 다시 0으로 돌아가서 9초까지 진행 되는 타이머가 되어야 하므로 74390의 1의 자리 출력이 9가되는 QA와 QD와 Green LED를 점등시키는 OR-Gate의 출력부를 논리게이트인 OR-Gate로 연결하여 그 출력을 NE-555의 출력인 3번 핀과 AND-Gate로 연결하여 그 출력을 7490의로 입력하여 주면 팜플릿이 9개 통과하는 순간부터 타이머의 출력이 입력되어 BCD카운터가 동작하여 7-segment 까지 표시가 될 수 있다5. 제작 및 시험5-1 설계된 회로도5-2 사용된 부품 리스트부품명규격개수단가부품명규격개수단가R330Ω23IC74LS390168Ω174HC0811kΩ5switchon/off switch333kΩ17-segment5101ASR(ANODE)2VR33㏀15101CSR(CATHODE)1C22㎌1PhotointerruptSG-23FI10.1㎌2555 TimerNE555P1D1N41481(9V->5V)RegulatorKA78M051IC74LS472LED녹색174LS901적색174LS1419V 건전지74LS481건전지 홀더74HC321총 액5-3 제작된 회로 사진회로제작이 완성된 기판 사진전원이 들어온 모습을 찍은 사진팜플릿을 한번 통과한 사진통과시킨 팜플릿의 수가9개가 되는 순간에 동작을 시작하여 9초가 지나면 빨간색 LED를 켜져서 표시를 하는 1초 단위로 동작 시간을 표시한 사진.통과시킨 팜플릿의 수가10개 이상이 되어 항상 초록색 LED가 켜진 사진5-4 회로 실험 결과- 오실로스코프로 측정을 하였는데 한 칸이 1s이고 펄스는 약 1칸 정도에 1주기를 보이므로 1Hz의 펄스를 구동 하는데 잘 측정이 안 되서 직접 시계초 움직임을 비교하여서 봤더니 1초보다 조금 빠르게 움직여서 1초에 가깝게 조정하였다.

공학/기술| 2010.06.25| 24페이지| 1,500원| 조회(201)

회로이론, 회로, 7Segment, 카운터 회로

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사이보그 다큐 감상기

R/E/P/O/R/T제어관련 동영상 감상기과목교수학과학번이름제 출1. 과제 목적제어공학의 응용에 대한 과제물을 통하여 제어이론과 국내외 제어기술 동향 및 응용에 대한 이해도를 증가시킨다.동영상 자료를 통해 현재 사이보그 기술의 현 주소와 미래의 사이보그와 인간의 개념에 대해 생각해보며 이런 사이보그 기술에 대해 우리가 해야 할 일에 대해 생각해본다.2. 과제 내용(동영상 자료 내용)사이보그의 기술 발전은 뇌의 신호를 판독 해내는 기술이 급성장하면서 가능 해 졌다.인간의 몸속에 있는 신경계는 수백만 개의 신경섬유로 이루어져 있다. 이 신경을 매개로 뇌에 신호를 보내는 기술이 발전하면서 사이보그의 기술이 발전하였으며 이런 과학의 혜택을 받는 장애인들이 있다.이 남자는 두 팔을 잃었다. 하지만 생각만으로 로봇 팔을 움직일 수 있다. 사이보그 기술이 이 남자에게 새로운 팔을 갖게 한 것이다.로봇 팔은 가슴과 연결 되는데 가슴의 신경신호에 반응해서 움직이는 것이다.우리가 팔을 움직일 때 뇌에서 부터 나오는 명령이 전기신호의 형태로 몸에 전해진다.이 신경계를 가슴에 있는 근육에 옮겨 놓았고, 전기 신호가 가슴으로 전달되면 로봇 팔에 부착된 소형 컴퓨터가 신호를 감지해 생각하는 데로 로봇 팔이 움직인다.이 남자는 20살 때부터 시각을 잃었다. 현재는 비디오카메라가 달린 인공눈을 사용하고 있다.카메라에 포착된 이미지는 컴퓨터로 전송이 되고 컴퓨터에서 이미지는 전기신호로 전환되는데 우리 몸의 신경계에서 전달되는 신호와 거의 동일하다. 이 신호들이 뇌로 보내지고 뇌에서 이 신호를 영상으로 인식하게 되는 것이다.이 장애인의 뇌에서 인식되는 이미지는 이런 모습이다. 흑백화면에 물체의 형태만 식별할 수 있는 100화소 정도의 영상인 것이다.개발자사 사망하면서 연구는 중단되었고 현재는 6화소 정도의 영상만을 보고 있다고 한다.이 로봇 옷은 컴퓨터가 근육을 움직이는 신경자극을 분석한 다음 로봇이 똑같이 움직이도록 명령을 내린다.신체장애가 있는 사람들이 입을 수 있도록 근육의 힘을 보조하기 위해서 개발되었다.이 옷을 입을 경우 보통사람의 10배에 해당하는 힘을 발휘할 수 있다고 한다.사이보그는 점차 인간이 할 수 없었던 일들이 앞으로는 가능하게 될 것이다.인간의 장점과 기계나 컴퓨터의 장점을 결합해 인간이나 기계가 단독으로 능력을 발휘할 때보다 훨씬 더 높은 작업 능력을 발휘할 수 있다.사이보그 기술은 원래 장애가 있는 신체기능을 돕기 위해 개발되었다.그런데 인공장치를 사용하면 뇌에도 큰 변화를 준다는 사실이 밝혀지고 있다.일본에서 한 실험을 하였다. 팔을 잃은 여성에게 위의 남자와 같은 로봇 팔을 주고 사용하게 하였다.이 사진은 처음 로봇 손을 사용하였을 때와 1개월 후의 사진이다.훈련 전 사진은 붉은 색은 뇌가 활성화된 영역으로 여러 기능을 하는 뇌 전체에 고루 나타나 있다. 로봇 손을 사용 하였을 때 뇌가 처음에는 혼란을 겪었기 때문에 뇌 전체가 반응을 한 것이다.1개월 후의 사진은 붉은 색이 손의 움직임을 관장하는 영역에서만 나타나고 있다.뇌가 센서를 통해 어떻게 로봇 손을 움직여야 하는지 배우게 되면서 실제 손을 사용할 때 와 똑같은 상태로 회복된 것이다.이는 뇌가 기계를 신체의 일부로 인식하고 있다는 뜻이다.뇌가 불완전한 정보를 보완하기 위해 새로운 능력을 개발하기 때문이다.청각 장애인 같은 경우 일반인은 150만개의 유모세포가 있는데 비해 사이보그의 유모세포 기능을 하는 것은 겨우 23개이다. 하지만 위와같은 뇌의 능력 때문에 청각장애인을 위한 사이보그 기술도 가능해 지는 것이며 앞으로는 이런 뇌의 능력을 더 활용 할 수 있을 것이다.쥐에게 삽입된 전극 봉이 뇌로 명령을 전달하면 원격 조정 장치를 통해 신호를 송출된다. 컴퓨터의 원격조정 프로그램을 통해 쥐의 움직임을 조정할 수 있다.쥐는 높이 올라가는 것을 싫어 하지만 원격 조정 장치로 사다리를 올라가도록 명령할 수 있다.쥐에 등에 설치된 카메라를 통해 멀리서도 쥐의 움직임을 관찰 할 수 있다. 이 실험은 원숭이를 대상으로 한 실험에서도 성공되었으며 미국 국방부가 이 기술에 많은 지원을 해 왔기 때문에 언젠가는 전쟁에 사용될 수 있으며 혹은 사람에게도 설치될지 모르는 일이다.그리고 뇌 기능을 증진하기 위해 사이보그 기술을 활용하는 연구도 추진하고 있다고 한다.사이보그 기술이 재기 하는 윤리 문제들은 어떤 것들이 있을까?한 교수는 말한다.“뇌는 인간에게 가장 핵심적인 부분입니다. 당연히 우리가 뇌 상태를 많이 바꾼다면 우리는 ‘인간’이라는 생물종이 아니라 다른 종으로 변하지 않겠냐고 질문을 던질 수밖에 없습니다. 사실 인간을 정의내리는 것은 아주 어려운 문제입니다. 그리고 우리가 인간과 다르게 변한다면 그것이 좋은 일일까요? 아니면 나쁜 일일까요? 저도 정답은 모릅니다. 아직은 몇 년을 기다려야 이런 첨단 기술이 보급되겠죠. 그런 점에서 바로 지금이 그런 문제에 대해 진지하게 토론해야 할 때라고 봅니다. 신경과학 기술의 사회적 의미까지도 이제 이야기를 시작해야 합니다.”3. 느낀 점 및 결론중간고사가 끝난 어느 날 수업시간에 한 동영상 자료를 보았다. 사이보그와 관련된 내용이다. 머리에 구멍을 뚫어 칩을 넣는다. 그 칩은 머리 밖에 있는 컴퓨터와 연결이 되고 그 컴퓨터가 무엇인가 부족한 장애인들의 부족한 부분을 채워준다. 시각 장애인의 경우 카메라로 찍는 실시간 동영상이 컴퓨터로 옮겨지고 이 컴퓨터에서 머리에 들어가 있는 칩에 연결된다. 사람이 카메라를 통해 컴퓨터에 영상이 저장되는 것을 직접 ‘본다’ 라고 느끼는 것이다. 청각 장애인의 경우 작은 컴퓨터가 소리를 들어 뇌신경에 전달하여 장애인이 소리를 ‘듣는다’라고 느끼게 된다.이 동영상 자료를 보면서 뇌에서 전기적 신호를 보낸다. 나는 이 문구에 흠칫 놀라 버렸다. 순간 이런 생각도 해보았다. 지금 ‘인간’ 이라 불리는 존재가 사이보그가 아닐까? 먼 옛날 지금의 인간보다 더 약한 인간의 과학기술에 의해서 강력한 사이보그라 만들어진 존재가 지금의 인간은 아니었을까. ‘뇌’ 라는 컴퓨터를 머리에 넣고 이 ‘뇌’ 라는 컴퓨터에서 전기적 신호를 보내서 움직이게 하고 기계이기 때문에 필요한 에너지를 스스로 공급할 수 있게 음식물 섭취하여 몸에 스며들게 하여 에너지를 주는 스스로 살아갈 수 있는 ‘인간’ 이라는 사이보그가 탄생된 것은 아닐까.인간의 진화라든지 지구의 역사 등등을 보면 당연히 이것은 아니다. 라고 말 할 수 있겠지만 문득 이런 생각이 들었던 것이다.1시간도 안 되는 짧은 강의시간에 띄엄띄엄 사이보그 관련된 동영상을 보았고 나는 그 동영상 자료에 흥미를 갖게 되었다. 인터넷을 통해 관련된 동영상 자료를 찾던 중 똑같은 동영상 자료를 찾게 되었고 이 동영상을 감상하기로 한 것이다.공학에는 많은 분야들이 있다. 그중 사이보그는 신경공학과 관련된 학문이라고 한다. 학교 게시판에도 붙어있는 ‘뇌 공학과’ 라는 포스터를 보았다. 과연 뇌를 분석해서 어떻게 하겠다는 것인가? 라는 의문도 들었지만 한편으로는 꽤나 흥미로웠던 포스터였다. 보통 사람의 신체가 포함이 되면 대게 의학 일 텐데 뇌 ‘공학’ 이라니, 동영상 자료를 듣고 이 뇌 공학으로 인해서 사이보그가 탄생하고 있는 것이라 생각하니 조금은 섬뜩하고 인간의 과학 이라는 것이 이렇게나 발전하였나. 라는 생각을 하게 되었다.현재의 사이보그 기술은 크게 2가지로 분류가 된다. 하나는 장애인들을 위한 복지이다. 시각 장애인이 컴퓨터를 이용해서 볼 수 있다거나 청각장애인, 팔이 없는 장애인들이 보고 듣고 느낄 수 있게 만들어 주는 것이다. 이것이 본래의 사이보그의 목적이다.

공학/기술| 2010.06.25| 6페이지| 1,000원| 조회(185)

장애, 제어공학, 다큐, 사이보그

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2단 small signal amplifier의 설계.hwp

- 목 차 -1. 실험 목표 22. 기본 실험 23. 설계 과정 33-1. AC해석 33-2. DC해석 43-3. Capacitor값 결정 54. 제작 및 결과 64-1. 설계된 회로도 64-2. 사용된 부품 리스트 64-3. 제작된 회로 사진 64-4. 회로 실험 결과 74-4-1. P-spice결과 화면 74-4-2. 회로 측정 결과 85. 평가106. 참고문헌 121. 실험 목표2단 small signal amplifier의 설계, 제작 및 테스트 하는 것으로 Vcc = 10V, 입력 신호가 100Hz, 1kHz, 5kHz, 10kHz, 50kHz, 100kHz일 때의 출력을 구해보고 중심 주파수 10kHz에서 no load gain이 100이 되도록 설계하고 P-spice 및 제작을 통해 확인한다.2. 기본 실험트렌지스터의 기본특성을 기본실험을 통해 이해하고및 VCE(SAT)일 때의 IB를 확인해 본다.구하기실험결과 Vc=5.2V가 나왔으며VCE(SAT) 구하기즉, 설계를 하기 위해로 설정을 하면 된다.VCE(SAT)의 값을 구하기 위해 VBB를 계속해서 증가시켰을 때 VCE값이 계속해서 떨어지지 않는 시점의 IB 전류값을 측정하였는데 파워 서플라이에서 VBB를 최대(30V)까지 올렸을경우에도 VCE(SAT)값을 구할수 없었다.그래서 왼쪽과 같은 회로를 구성하였으며 VBB를 증가시켰을 때 7.7V에서 sat되었으며 이때의 VCE=0.4mV임을 확인 할 수 있었고 이값이 VCE(SAT)값이라는 것을 알 수 있었다.C-E를 바꾼 화면실험하였을 때 Vc=7.2V가 나왔으며으로 BJT의 collector와 emitter를 바꾸어 끼었을 때도 동작은 되나값이 차이가 나는 것을 볼 수 있다.3. 설계 과정3-1 AC해석1단 회로의 구성도먼저 위와 같은 1단 증폭 회로를 만들었다.Rc = 1kΩ으로 가정하고 r'e값을 고려하여 RE1 = 75Ω, RE2 = 75Ω으로 가정하였다.3-2 DC해석로 R2값이 나왔다. 실제 소자 값으로 R2 = 6.8kΩ으로 결정하였다.으로 R1값이 나왔다. 실제 소자 값으로 R1 = 43k로 결정하였다.1단 최종 회로이다.이 회로는 이론과 달리 실제 소자 값으로 구성되었기 때문에 다시 분석할 필요가 있다.stiff 사용여부 확인DC분석을 통한 Q-Point 확인Q-Point를 확인 할 수 있다.3-3 Capacitor값 결정10*Xc?RE2 이므로 10*Xc=RE2=75Xc=7.5 , 최소주파수 f=100Hz로 Capacitor는보다 더 큰 용량을 가진 Capacitor를 사용하면 되기 때문에 C=220uF로 결정하였다.2단 증폭회로 1차 완성이렇게 2단 증폭 회로를 만들었다. 여기서 1단회로의 Gain값을 다시 볼 필요가 있다.이 되기 때문에을 다시 구해볼 필요가 있다.gain이 약 123으로 100보다 23배오차가 난 것을 볼 수 있다. 하지만 실제 회로를 제작하여 확인하였을 때는 약 90배 정도로 떨어졌으며 원인을 찾자면 소자 각각의 오차와 계산할 때의 소수값, 그리고 이런 오차와 gain을 구하는 식 자체에도 오차가 있음을 알게 되었다. gain오차가 100 (+-10)의 오차범위에 들었으나 정확히 100배를 맞추고 싶다는 생각에 2단 증폭단의 RE1을 75Ω에서 82Ω으로 올려서 측정을 하였다. 결과는 (+-1~2) 정도의 오차로 100배에 근접하였다.4. 제작 및 결과4-1 설계된 회로도2단 small signal amplifier4-2 사용된 부품 리스트부품명규격개수(개)저항43k26.8k21k2821753capacitor50V / 220uF5회로 기판단면 80 × 80mm1transistor2N390424-3 제작된 회로 사진4-4 회로 실험 결과4-4-1 P-spice 결과 화면주파수 10kHz일때의 파형주파수 응답 파형4-4-2 회로 측정 결과100Hz에서의 1단 증폭100Hz에서의 2단 증폭1KHz에서의 1단 증폭1KHz에서의 2단 증폭5KHz에서의 1단 증폭5KHz에서의 2단 증폭10KHz에서의 1단 증폭10KHz에서의 2단 증폭50KHz에서의 1단 증폭50KHz에서의 2단 증폭100KHz에서의 2단 증폭5. 고찰먼저 기본 실험의 경우 Electronic Devices 제8판(전자회로) 책에 있는 예제 5-1번과 같이 회로를 꾸몄으며 이로 인해와값을 알 수 있었으며 처음 회로를 설계할 때 증폭도와는 연관이 없음만 확인 하고값을 150으로 가정하고 회로를 꾸몄으나때문에 R1, R2값이 틀어져 원하는 증폭 도를 얻지 못하였는데 기본실험을 하여이라는 값을 알게 된 후 회로를 설계하니 이론과 근접한 증폭 도를 얻을 수 있었다.그리고 2단 small signal amplifier의 모델을 설계할 때도 강의 시간에 배운 1배 증폭기를 사용한 후 2단에서 100배를 증폭시킬 생각도 하였지만 2단에서만 100배를 증폭시킬 경우 위상이 뒤집힐 거라는 생각에 각각 -10배씩을 증폭시켜 100배의 이득을 얻으려고 하였다. 이런 2단 증폭회로를 꾸미는데도 단순히 1단 증폭회로를 2개 연결 한 것이기 때문에 증폭률도 같다는 생각을 하게 되었다. 하지만 2단의 경우로 증폭률을 이론과 맞출 수 있었으나 1단의 경우 Rin(tot)을 고려해 주지 않아 너무 많은 오차가 난다는 것에 원인 파악을 못하고 있었다. 하지만 강의시간에 설계관련 설명을 해주시면서 1단의 경우 Rin(tot)을 고려해야 한다는 것을 깨닫게 되었고이 식을 대입하여 오차 문제를 해결해 나가니 조금은 오차율을 줄일 수 있었다. 증폭률 100배를 맞추기 위하여 조금씩 오차를 줄여 나갔고 결과적으로 증폭률 100배에 해당하는 이득을 얻을 수 있었다. 각각 1단 9배, 2단 11배 정도의 이득을 얻었으며 이론으로는 각각 10배, 12배가 나왔으며 1배 정도의 오차를 보인 것으로 만족한 결과를 얻을 수 있었다.새로 알게 된 사실이라면 BJT의 collector와 emitter의 위치를 바꾸어도 고장 나지 않고 정상 동작을 한다는 것이다. 작년 전기전자실험 과제에도 BJT를 사용하였는데 그때 BJT를 거꾸로 꽂는 실수를 하였을 때는 타거나 망가졌었는데 그 당시에는 transistor의 내부 반도체의 형태나 동작원리를 정확히 이해를 못하고 실험을 하였기 때문에 실험과정에서 BJT를 거꾸로 꽂으면 타게 된다는 것이 당연스럽게 여겨졌는데 이번 설계과제를 해가면서값만 줄어들 뿐 망가지거나 타지는 않는다는 것을 알게 되었다. 실제 collector와 emitter의 위치를 바꾸어서 실험을 할 때도 망가지면 어쩌나 라는 생각도 하였다.

공학/기술| 2010.06.25| 12페이지| 1,500원| 조회(359)

증폭기, 전자회로, 트렌지스터, amplifier, 2단 증폭기, small si..

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물체나 소리가 감지되면 LED로 그 사실을 알려주는 시스템

2009-2-회로이론 (2) 팀별프로젝트결과보고서과목담당교수님학과제출일제출인(11)조 Project-1 결과 보고서1. Project 명 : 물체나 소리가 감지되면 LED로 그 사실을 알려주는 시스템2. Project 구성명단성 명소속학년학 번연락처e_mail3. 목표 설정- 물체나 소리가 감지되면 LED로 그 사실을 알려주는 시스템을 설계하려고 한다. 구체적으로 물체가 센서로부터 직선으로 8cm떨어진 위치에 존재하면 노란색 LED가 켜지고 7cm에 위치하면 노란색 LED가 꺼지고 초록색 LED가 켜진다. 물체가 7cm에 위치하고 동시에 소리가 감지되면 초록색 LED가 꺼지고 빨간색 LED가 켜진다. 이와 같은 동작을 하는 회로를 설계하고 제작한다.- 요구조건① power supply는 9V 건전지 하나만 사용. 각 소자의 VCC 값은 +5V로 설정. 전원 on/off 스위치② 광센서 발광부는 펄스 구동 방식으로 구현, 광센서 수광부는 형광등 빛과 같은 저주파 성분을 차단할 수 있도록 filter사용해서 구현.③ 모든 저항은 5% 계열에서 선택하고 전력 정격을 고려하는 과정을 설명하여야 한다.4. 분석 및 합성4-1 전체 구성도펄스발생광센서발광부광센서수광부광센서필터부광센서증폭부LED구동부5V전원부마이크구동부마이크 신호증폭부마이크 신호비교부LED구동부4-2 설계 과정4-2-1 광센서 발광부 설계- D1를 SI3311-H IRED(Intrared Enitting Diode)를 선택했다.- 아래 그림처럼 absolute maximum ratings에서 peak forward current 확인결과 1A까지 구동이 가능. 단, pulse 구동해야 하고 pulse는 duty ratio =1/16, pulse width=0.1ms- 광센서 발광부 설계는 Q1과 R3,R4 선택하는 과정을 보인다.- Q1선택은 D1의 구동 전류를 선택. 0.5A 선택하면 Q1은 collector 전류가 0.5A 보다 큰 것을 선택한다.(2N2222로 선택)- R3 값 선택. collecto2W이상을 선택해야 한다.- R4 값은 2N2222 데이터시트에서전압값을 참조해서를 50mA이하가 되도록 하느 R4의 조건을 구한 후에 R4값을 선택한다.(Va는 5V 출력 가정, VBE는 최소값 0으로 가정)(R4는 10Ω보다 큰 저항을 선택한다.)실제 100Ω을 선택하여 사용하였다.4-2-2 펄스 발생부 설계- 555 timer IC를 사용해서 구형파 펄스 발생부 설계=> 광센서 발광부에서 요구하는 펄스 파형은 dutyratio=1/16, pulse width=0.1ms- high timelow time주파수=> 이식을 사용해서 주어진 조건을 만족하도록 R1,R2,C값을 결정한다.- C 값은 제한적이므로 일반적인 C 값들을 나열하고 그림처럼 테이블을 작성해서 R1, R2값 선택CR1R2fC값을 큰 것을 고르면 R값이 너무 작아져서 C값을 작은 것을 선택0.001uF144kΩ2160kΩ10KHz0.01uF14.4kΩ216kΩ0.1uF1.44kΩ2.16kΩ0.22uF654Ω9.81kΩ0.47uF306Ω4.59kΩ- C 값을 0.01uF으로 했을 경우- 주파수 10kHz 로 정해져 있고, duty 비도 1/16으로 결정되어 있으므로 tH,tL값도 정할 수 있다.C값은 흔히 사용하는 0.01uF로 설정하였다.- C는 0.01uF, R1은 과 R2는 이론치와 비슷한 14.7kΩ, 220kΩ을 사용하였다.4-2-3 광센서 수광부 설계- Q2는 phototransistor로 ST3811 사용- R5값 선정 => ST3811 datasheet에서 collector 전류 최대값 확인(20mA)=> Q2의 emitter전류와 R5의 전류가 근사적으로 같다고 가정하고 Q2의 collector전류를 구해서 그 값이 20mA 이하가 되도록 하는 R5의 조건을 구한 후에 R5값 결정.- 이 식을 토대로 우리는 R5 = 300Ω을 사용할 것이다. R5값의 정격을 고려해보면이므로 1/4W를 사용하여도 무방하다.4-2-4 광센서 필터부 설계- 형광등 빛과 같은 저주파 성분을 차단할 수 주파수를 10kHz로 설정하였다.C=0.1uF 으로 설정하면,.우리는 C= 0.1uF, R6= 22kΩ을 사용하였다.4-2-5 광센서 증폭부 설계- LED 구동부에 적합한 전압을 가할 수 있도록 필터부의 신호를 증폭시킬수 있도록 설계-,값 결정by KCL :⇒ideal op-Amp를 가정 :가 saturation 되지 않았다고 가정 :위의 식을 이용하여 증폭도를 결정할 수 있다. LED 구동에 적합한 전압을 가하기 위해 V단위까지 증폭을 시켜야 할 것이다. 우리조는 약 20배 정도의 증폭도를 하기로 결정하였고,로 결정하였다.4-2-6 LED 구동부 설계- 8cm 떨어진 곳에 물체가 있을 때 증폭부 전압 값으로부터 비교기 사용해서 노란색 LED 구동 회로 설계- 7cm 떨어진 곳에 물체가 있을 때 증폭부 전압 값으로부터 비교기 사용해서 초록색 LED 구동 회로 설계- 위와 같이 회로를 구성하였으며 센서의 전압 변화를 관찰후 비교단의 ‘-’단자값을 결정해 주기 위해 가변저항을 사용하였다.4-2-7 마이크 구동부 설계R1값 결정- 소리가 없을 때 V1의 값이 전원(VCC)의 1/2과 최대한 가까운 값이 되도록 R1값을 설정- VCC, R1, V1을 포함하는 KVL 방정식 이용. R1값을 2K로 설정한 후에 V1전압을 측정하면 R1에 흐르는 전류 IR1를 구할 수 있다. IR1은 R1 값을 변경해도 일정하다고 가정하면 V1 = VCC/2 가 되도록 하는 R1 값을 계산할 수 있다. 설계된 R1의 값으로부터 표준 저항을 선택하는 과정을 설명하고 mic의 최대 전류 정격(0.8mA로 가정)을 넘지 않도록 한다는 점도 확인하라.- V2의 파형소리가 있을 때 V2의 파형이 어떻게 되는 지 설명하라.- 인식하려는 소리의 최소 크기인식하려는 소리의 최소 크기를 정하고 그와 같은 소리가 입력될 때 V2의 peak 값이 얼마가 되는 지를 적어라. 이와 같이 인식하려는 소리의 최소 크기를 고려하는 이유를 증폭단의 설계와 연관해서 설명하라.- R1값 결정처음 R1값을 5KΩ으로 정하고려는 소리의 최소 크기 설명소리의 최소크기는 2mV로 설정하였다. 최소크기를 결정하는 이유는 증폭단을 몇배 증폭할지를 결정하기 위함이다. 몇배 증폭해서 증폭한 최소크기가 얼마가 나오냐에 따라 비교단의 비교전압을 결정 할 수 있기 떄문이다.4-2-8 마이크 비교기 설계- 우리조는 소리의 최소크기를 2mV로 설정하였다. 이 말은 즉 조그마한 소리가 나도 비교단에서 출력을 시키겠다는 뜻이다. 조그마한 소리라도 입력이 되면 비교기를 통해 sat되는 구간이 길어져 빨간색 LED가 조금더 오래 빛을 내기 때문이다.4-2-9 부져 구동부 설계- 8cm 일 때 노란색 LED가 켜져야 한다. 7cm의 신호가 들어오면 노란색 LED가 꺼지고 초록색 LED가 켜져야 되기 때문에 7cm의 신호는 NOT게이트를 달았고 그 신호를 AND게이트로 통과시켰다. 8cm의 신호가 있고 7cm의 신호가 없을 때 노란색 LED가 켜지도록 구성하였다.- 7cm일 때 노란색 LED가 꺼지고 초록색 LED가 켜져야 한다. 이는 7cm의 신호가 있으면 NOT게이트 때문에 8cm의 AND게이트가 작동하지 않아 노란색 LED는 꺼지게 된다. 그리고 7cm인 상태에서 소리가 있으면 초록색 LED가 꺼지고 빨간색 LED가 켜져야 하기 때문에 MIC에서 나오는 전압을 NOT게이트를 달았고 그 신호를 AND게이트로 통과시켰다. 7cm의 신호가 있고 MIC의 소리가 없을 때 초록색 LED가 켜지는 것이다.- 마지막으로 빨간색 LED는 7cm의 신호가 있고 MIC의 신호가 둘가 있어야 빨간색 LED가 켜지게 된다. 이는 AND게이트로 7cm신호와 MIC의 신호를 받아서 둘다 신호가 있을 때 초록색 LED가 꺼지고 빨간색 LED가 켜지게 된다.※ 노란색 LED에 커패시터를 연결 한 이유는 NOT게이트에 의해 위상차가 조금나는 것을 잡아주기 위함이다.4-2-10 5V 전원부- 9V 건전지에서 5V를 만드는 것은 5V 출력의 positive voltage regulator 7805를 사용한다.- 9V 건전지를 input으C100uF19V건전지10.01uF2건전지 홀더10.1uF2총액5-3 제작된 회로 사진5-4 회로 실험 결과5-4-1 5V전원부7805를 사용해서 9V 건전지를 input으로 연결했더니 output에서 5.10V 전압이 측정되었다.요구한 5V를 얻어낼 수 있었다.5-4-2 펄스발생부555 timer를 이용해서 얻은 펄스 파형이다.pk-pk가 약 3.9V가 측정되었다. 이론상으로는 5V가 측정되어야 정상이지만 오실로스코우프와 각 소자들의 내부저항, 값의 오차 때문에 이런 약간의 오차가 생겼다고 생각된다.5-4-3 발광부 측정초기 전압은 약 4.2V가 출력되었다.5-4-4 8cm 증폭 전 후 비교8cm 일 때 증폭전 48mV에서 증폭후 1.84V까지 증폭된 것을 확인 할 수 있다.5-4-5 7cm 증폭 전 후 비교7cm 일 때 증폭전 60mV에서 증폭후 3.04V까지 증폭된 것을 확인 할 수 있다.5-4-6 MIC 전압 출력마이크 초기 전압은 2.56V가 출력되었다.5-4-7 MIC 전압 출력후 커패시터 통과 전압과 비교전압우리조는 마이크 전압을 증폭시키지 않고 바로 비교기를 달았다. 커패시터를 통과한 마이크 전압은 소리가 없을 때 OV가 뜨게 되고 조금의 소리가 있으면 비교기를 통해 바로 sat되게 하기 위해 비교전압을 약 2.72mV로 잡아주었다.5-4-8 마이크 소리 입력시 전압과 비교기 출력 비교위의 그래프가 비교기 출력 전압파형이고 아래의 그래프가 마이크에 소리 입력시 전압 파형이다.이 그래프를 보면 입력파형이 위로 올라가면 sat되는것을 볼 수 있으며 파형이 아래로 내려가면 약 0V가 출력되는 것을 볼 수 있다.5-4-9 8cm 노란색 LED ON8cm에 다가갔을 때 노란색 LED가 켜진다.5-4-10 7cm 초록색 LED ON7cm에 다가갔을 때 노란색 LED가 꺼지고 초록색 LED가 켜진다.5-4-11 7cm에서 소리 입력 빨간색 LED ON7cm에서 초록색 LED가 켜진 후 마이크에 소리를 입력했을 때 빨간색 LED가 켜지고 초록색 LED가 꺼진다.

공학/기술| 2010.06.25| 29페이지| 1,500원| 조회(713)

회로이론, 센서, 물체감지, 소리감지

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