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[멀티미디어] MIT Media LAB(미디어 랩)에 관한 보고서

MIT 미디어 랩 (The Media Laboratory at MIT)( MIT 미디어 랩 전경 )연혁1980년에 Nicholas Negroponte교수와 전 MIT 회장이었던 Jerome Wiesner에 의해 Meida 연구소가 제안되었고, 1985년 가을에 I.M.Pei가 디자인한 Wiesner Building에다 미디어 랩을 만들었다. 미디어 랩이 만들어진 이래, 교육과 연구를 같이 병행하면서, 지금 시대에 친숙한 디지털 미디어와 멀티미디어등을 연구해 왔다. 그 후에 추가로 전자음악, 홀로그래피, 생체 인식 장치 같은 것도 연구했다. 창설자의 이념에 의거해 lab은 디지털 기술의 창조적인 사용, 연구, 발명에 초점을 맞추었다.지금은 새로운 프론 티어인 무선통신기술과 인공 지능, 예술적 표현의 새로운 양식(디지털을 이용한)을 중점적으로 연구하고 있다.교육 과정MIT의 다른 기관과는 달리, Media Lab은 교과 프로그램과 연구 프로그램으로 이루어져 있다. 약 40여명의 교수진, 선임연구원, 방문학자와 연구와 시설 및 행정을 지원하는 100여명의 스텝으로 구성된다. 대학원 연간 입학 학생수는 180여 명으로 이중 40%는 박사과정생, 60%는 석사과정생이다. 그 중 150여 명은 Media Arts and Science 소속이며 나머지 30여 명은 다른 MIT학과 소속이지만 Media Lab 교수진의 지도 하에 연구를 수행해내고 있다.Media Arts and Science는 갓 태어난 단계의 학문 분야이며, 분야 내 모든 전문적 경력 자체도 선구자적이다. 따라서 이 분야에 대한 최적화된 교과과정을 정확하게 기술하기는 불가능하다. 오히려 진취적 기상과 탐구의 정신을 소유한 학생들이 그들만의 새로운 길을 개발할수 있도록 노력하고 있다. 학생들은 강의실과 연구 보조 혹은 스튜디오에서 연구하는 형태로 교육을 수행하고 있다. 학생들 각자의 학업이 그들이 선택한 특정 연구 분야에 집중한다 할지라도 학생들이 전체로서 고려되어지는 통합적인 스타일을 이해할 수 있도록, groponte와 전 MIT 학장인 Jerome Wiesner에 의해 설립된 Media Lab.은 공학과 사회과학 등 다양한 학제적 연구를 바탕으로 새로운 커뮤니케이션 시스템과 미디어/인간의 접합 관계를 연구하는 최고의 연구소이자 교육기관이다. 세계 최고로 손꼽히는 280여명의 연구원들이 240여개 프로젝트를 수행중이며 computation, 출판, 방송을 비롯하여 인간/기계의 인터페이스, 인식력, 전자음악, 그래픽 디자인, 비디오, 홀로그래피 분야를 연계 발전시키고 디지털 비디오, 멀티미디어 분야에서 산학 협력을 통한 신기술 개발을 선도하고 있다.Media Lab.의 연구를 요약하면 디지털 네트워크 작업이라고 할 수 있다. 입는 컴퓨터, 신는 컴퓨터, 안경 컴퓨터, 손목 컴퓨터, 컴퓨터 장난감 등을 만드는 것이 주요 과제이다. 연구 그룹은 5개의 컨소시엄과 7개의 Special Interest Groups(SIGs)을 구성하여 해당 연구를 수행하고 있다.5개 컨소시엄 중 CP (Changing Places) 프로젝트는 건축과와 Media Lab.의 공동 컨소시엄이다. CP는 디자인에 대한 신기술, 재료, 전략들이 삶의 복잡성에 반응하기 위한 가능한 동적이고 발전적이며, 집이라는 장소와 치료하는 장소, 일하는 장소, 배우는 장소, 지역사회와의 연결성을 강조한 'Living Laboratory'를 만들 수 있는 방법을 탐구한다. 이런 디지털 기술 발전의 영향으로 다른 사람과 의사소통하고, 상품과 서비스를 구매하고, 재정을 관리하고, 정치에 참여하고, 의학 치료를 제공하거나 제공받고, 사업을 경영하고, 즐거움을 찾는 등의 활동들이 집에서 일어날 것이다.DL (Digital Life) 프로젝트는 모든 사람에 의해, 모든 사람을 위해 만들어지고 더 자연스러운 행동을 하는 기계들로 가득 찬 네트워크 세상에 의해 특징짓고 있다. 연구는 다음의 3가지 테마로 집중된다. 1) 연결성 (connectedness): 사회적, 개인적 목표를 위해 서비스가 가능한 통신체계에 대한 ) 설립추진 협정을 맺었다. 독립적이고 대학교육수준의 이 센터는 20명의 교수진과 35명의 전임 또는 시간 연구자, 100여명의 대학원생 규모로 성장할 것으로 본다. 또한 자유로운 정보 교환 촉진을 위해서 MIT Media Lab.과 Media Lab. Europe은 초기 10년 간 향후 두 지역에서 산출된 모든 지적재산권을 공유한다. 그리고 2001년 6월에는 인도와 독립적이고 비영리적인 Media Lab. Asia (MLAsia)를 설립하기 위해 1년 간의 탐구 계획도 발표했다. 그 탐구 결과로 MLAsia 건립의 기본 계획을 세우고 MIT의 역할도 결정할 것이다.Media Lab은 스폰서 단체와 긴밀한 협력관계를 유지하고 있다. 현재 150여 개의 기업체, 정부, 비정부 단체, 재단으로부터 지원을 받고 있다. 2000-01년에는 전년도에 비해서 18% 증가된 36백만 달러이상을 지원 받았으며 그 중의 95%이상을 기업에서, 나머지를 정부와 비영리 단체 등이다. 그리고 도출된 모든 연구 결과들이 MIT의 Technology Licensing Office와 Media lab.의 정책을 통해서 모든 스폰서와 학생저자 그리고 발명가들을 위해서 사용되어질 수 있도록 하는 독특한 정보 공유 환경을 가지고 있다. 반면, 모든 일의 저작권과 특허는 MIT에 종속된다.예술과 과학, 컴퓨터 기술이 만나는 곳세계 최대, 최고의 멀티미디어랩, 20세기 전자기술의 보고, 최첨단 신기술의 산실 등 미국 MIT 미디어랩에 쏟아지는 찬사는 헤아릴 수 없는 만큼 많다. 미디어랩은 ‘인간의 위한 새로운 매스컴 개발’을 목적으로 1985년에 설립됐다.MIT 미디어랩은 지난 20년 동안 예술 및 과학의 창조성과 컴퓨터 기술이 만나는 곳에서 미디어의 실험과 다가올 디지털 문화의 탐색을 지속해온 독특한 연구소 중 하나다. 세계 유수의 기업에서 막대한 자본을 경쟁적으로 유치하여 3백여 명이 넘는 연구진들이 컴퓨터와 관계된 30여개 의 진보적 연구 주제와 4백여 개의 프로젝트를 지속적으로 개발하고 ‘전자우편카드’는 원작자의 선명한 그림에 자신이 보내고 싶은 문구를 하이퍼미디어 형식인 HTML방식을 이용해 전세계 인터네트 이용자에게 보낼 수 있도록 한 것.서비스 개통 이후 최근까지 38만여명이 이 서비스를 이용할 정도로 높은 참여율을 자랑하고 있다. 미디어랩의 온라인 하이라이트 코너는 이밖에도 자연어연구, 음성자동생성기등 다양한 서비스를 실시하고 있다.집주인 취향에 맞춰 알아서 척척 '스마트 룸'각광문을 열고 들어가자 평소 좋아하는 음악이 흘러나온다. 은은히 풍기는 향기는 내가 좋아하는 자스민향이다. 벽에 달린 평면 모니터에는 레오나르도 다 빈치의 명화들이 선명한 영상으로 나타나고 있다.결코 미래의 이야기가 아니다. 미국 시애틀에 있는 빌 게이츠 마이크로소프트사 회장의 저택이 가진 여러 첨단 기능중 일부일 뿐이다. 6000만달러 이상을 쏟아부은 그의 저택은 스스로 예견했던 여러 미래상을 몇 년 앞당겨 놓았는데, 방문객의 취향에 맞춘 음악과 영상, 향취를 선사하는 기능은 방문객이 저택에 들어서면서 옷깃에 꽂는 작은 핀 때문이다. 이 핀에는 방문객의 개인 정보를 담은 마이크로칩이 들어 있다.미 매사추세츠공과대학(MIT)의 미디어랩은 빌 게이츠 회장의 집이 가진 것보다 더 뛰어난 기능들을 아주 값싸고도 손쉽게 제공할 수 있는 방법을 연구하고 있다. 그 중 '집'과 관련된 프로젝트는 '스마트 룸'(Smart Rooms)이라는 제목을 달고 있다. 스마트 데스크, 스마트 클로즈 등도 여기 포함된다.프로그램을 이끌고 있는 알렉스 펜틀런드 교수는 "눈에 보이지 않는 집사를 두고 있다고 생각하면 이해하기 쉽다"라고 스마트 룸 프로젝트를 설명한다. 스마트 룸에는 카메라와 마이크로폰, 각종 센서가 설치되어 있어서 누가 들어오면 그가 방의 주인인지 아닌지 판별하며, 주인일 경우 그의 손동작이나 명령을 해석해 그에게 가장 쾌적한 환경을 제공한다. 적정한 실내 온도와 습도, 주인의 취향에 맞춘 음악 등은 기본이다. 자동차의 실내도 마찬가지. 운전자의 명령이 없더라도 그의 발이나 등의 변화를 통해 전달하는 ‘앰비언트(ambient) 글러브’는 손을 대면 이를 인식하고 빛의 색깔이 변하기도 한다. 건물 모형을 테이블 위에 배치하고 바람의 방향과 세기를 설정하면 시뮬레이션 된 공기 흐름을 시각적으로 표시하는 장치와, 모듈라 로보틱스 분야의 원리를 이용해 만든 일종의 장난감으로 구부리거나 돌리는 움직임을 기억하였다가(Kinetic Memory) 그와 동일한 움직임을 반복하는 장치들도 개발중이다.MIT 물리학 박사 출신인 조 파라디소 교수는 미디어 랩에서 센서 전문가로 통한다. ‘반응적 환경(Responsive Environments)’ 연구 그룹을 통해 잠을 자다가 빛을 비추면 깨어나 임무를 수행하는 절전형 센서나, 새로운 형식의 경험과 표현을 지원하는 다양한 감지 메커니즘들을 연구하고 있다. ‘푸시핀(Pushpin)’은 일종의 무선으로 연락하는 센서 네트워크용 노드. 벽에 꽂으면 벽에서 전원을 공급 받아 작동하고 센싱이나 제어 이벤트를 주변으로 확산하는 독특한 네트워크를 구성한다. 동일 연구그룹에서 개발한 ‘트리블(Tribble)’ 디바이스는 다양한 센서 및 액추에이터들이 결집된 패치들로 구성된 축구공 모양의 물체에 달린 인공의 털을 만지면 촉각을 인식하고, 이에 반응하여 다양한 색의 빛을 발하기도 한다.IBM 노트북 컴퓨터의 트랙 핀을 발명한 테드 셀커 교수는 ‘상황인지 컴퓨팅(Context Aware Computing)’이라는 연구 그룹을 이끌고 있다. 이 팀에서는 다양한 부엌용 스마트 시스템들도 개발 중이다. 발을 디딘 위치를 센서로 인식해 위치를 표시하는 바닥이라든지 스마트 침대로 누워서 눈의 움직임을 통해 천장에 부착된 디스플레이의 내용을 제어하는 장치들도 있다. 일종의 투시형 냉장고로 내용물을 카메라로 촬영한 후 외부 도어에 투사하여 문을 열지 않고 내용물을 알 수 있게 하는 프로젝트도 진행중이다. 테드 셀커 교수는 끓고 있는 음식의 온도, 점도, 단맛, 짠맛 등의 감지가 가능한 인공 혀도 선보여 모두를 놀라게 했다.마이클 보및 계획

공학/기술| 2005.03.13| 13페이지| 1,000원| 조회(1,459)

미디어, mit, 윤송이

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[기초회로실험] 기초회로 실험을 위한 기본지식 및 계기활용

제1장 - 기초지식과 계기의 사용법1 실험의 목적이 장에서는 실험의 목적, 실험시의 일반적 주의사항, 안전 조치 사항, 실험 보고서의 작성, 데이터 및 오차 처리 등에 관한 기본적인 사항을 다룬다.2 기초 이론1> 실험하는 목적실험의 주된 목적은 가설의 검증에 있다. 법칙도 가설로서 제기되는 것이므로, 법칙을 검증한다는 것은 바로 그 가설을 검증하는 것이다. 가설의 검증 외에 미지(未知)의 현상을 예측하지 않고 탐사하는 것도 실험의 목적으로 꼽을 수 있다. 어떤 금속을 극저온(極低溫)의 상태로 했을 때 전기전도도에 특수한 변화가 일어날 것인가, 일어난다면 몇 도에서인가 하는 것을 덮어놓고 해보고 조사하는 경우 등은 이 부류에 속한다.이와 같은 새로운 성질을 발견하기 위한 실험은 어떤 한 조건을 변화시켜서, 예를 들면 그것을 이전에 가능했던 조건 이상으로 강화하는 경우가 종종 있는데, 이를 위해서는 실험장치의 개발이 중요하다. 실험은 자연계에서 복합적으로 일어나는 현상의 한 요소를 끄집어내어 재현시킨다는 뜻도 지니고 있는데, 이런 면에서는 실험을 현상분석의 수단으로 볼 수 있다.여러 가지 현상을 맞추어서 때로는 자연적으로는 일어나지 않는 현상을 만들어 보는 실험도 많이 시도되고 있다. 예를 들면, 생물학에서 자연적으로는 생기지 않는 기형(奇形)을 만들어 보는 일 등이다. 그러나 이것도 어떤 법칙을 검증하는 수단이라는 뜻에서는 현상의 분석과 밀접한 관계가 있다고 할 수 있다.2> 실험의 설계가설의 검증으로서 행해지는 실험은, 실제로는 그 가설에서 연역(演繹)된 하나의 결론, 즉 예언을 검증하는 것이다. 따라서 먼저 원래의 가설을 검증한다는 것이 얼마만한 뜻을 지니고 있는지를 생각해야 한다. 다시 말하면 이러한 검증으로서 가급적 큰 뜻을 지니는 실험을 선정해야 할 것이다. 그리고 실험에서는 조건의 조정이 중요하며, 실험을 설계할 때는 이것이 매우 중요한 일이 된다.대규모의 실험이면 그것이 과연 가능한 실험인가, 얼마나 유망한가에 대한 예상을 세우기 위한 예비실험이 행해진다. 소형 장치로 해 보는 경우, 여러 가지 재료와 농도 등으로 일단 시험해 보고, 그 중에서 유망한 것을 고르는 경우(스크리닝) 등이 있다. 함부로 많은 자료를 쓰는 것이 아니라 소수의 예로 결론을 내리고, 이것을 가설로 하여 더 적은 예로 검증해 가는 절차를 추계학(推計學)에 의해서 정밀화한 실험계획법도 작성되어 있다.3> 오차 처리♣ 오차의 정의어떤 양을 측정할 때 측정값은 참값과 차이가 생기는데 이 차이를 오차라 하며 측정오차를측정오차 = 측정값 - 참값로 정의한다. 이때 측정오차의 절대값을 오차의 크기라고 정의하며, 오차의 크기가 작을수록 측정이 정밀하다고 한다.♣ 오차의 종류오차는 크게 세가지로 계통오차, 과실오차, 우연오차로 분류할 수 있으며 오차의 종류와 원인을 규명함으로써 오차를 줄일 수 있다.(1) 계통오차(systematic error)계통오차는 대략 세 가지로 분류되며 오차의 크기와 부호를 추정할 수 있고 보정할 수 있는 오차이다.1계기오차 : 측정계기의 불완전성 때문에 생기는 오차.예) 자, 온도계, 계기판 등의 눈금이 정확하지 않거나 영점보정이 안된 경우.2환경오차 : 측정할 때 온도, 습도, 압력등 외부환경의 영향으로 생기는 오차.예) 측정기구의 온도에 따른 팽창과 수축으로 인한 눈금의 변화, 질량측정시공기의 부력에 의한 영향등3개인오차 : 개인이 가지고 있는 습관이나 선입관이 작용하여 생기는 오차.예) 시간을 측정할 때 한 현상이 일어나는 시간을 인식하는 정도가 사람마다 다르다.(2) 과실오차(erratic error)계기의 취급부주의로 생기는 오차를 말한다. 예를 들면 척도의 숫자를 잘못 읽었다든지 계산을 틀리게 하여 생기는 오차이며 실험자가 충분히 주의하여 제거하여야 하는 오차이다.(3) 우연오차(random error)주위의 사정으로 측정자가 주의해도 피할 수 없는 불규칙적이고 우발적인 원인에 의해 발생하는 오차를 말하며, 평균값을 사용함으로써 이와 같은 우연오차를 작게 할 수는 있으나 보정할 수는 없는 오차이다.예) 측정시 갑자기 주위환경이 불규칙하게 변하여 측정계기에 영향을 주는 경우♣ 측정값과 유효숫자측정값에서 자리만을 나타내기 위하여 사용하고 있는 0을 자리수라 하며, 자리수가 아닌 모든 숫자를 유효숫자라 한다. 예를 들면 어떤 측정값이 0.0097이면 9앞에 있는 0들은 자리수 이고 9와 7이 유효숫자이다. 또 측정값이 3000 이라면 3뒤에 있는 0들은 자리수인지 유효숫자인지 알 수가 없다. 그래서 유효숫자를 정확하게 나타내기 위해서 과학적인 표시법을 쓰는데 0.0097은 으로, 3000에서 유효숫 자가 3이라면 으로 적으면 유효숫자를 정확하게 측정할 수 있다.

공학/기술| 2004.04.04| 3페이지| 1,000원| 조회(746)

오차, 회로, 기초회로실험, 회로실험, 계기활용

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[기초회로실험] 옴의 법칙과 분압기 분류기 평가B괜찮아요

제 2장 - 옴의 법칙1 실험의 목적회로 상에서 전류(I), 전압(V), 저항(R)과의 이론 관계를 실험적으로 이해한다.2 기초 이론I = neAv 로 표시되므로 전류의 세기는 유동속도에 비례하고, 또 전기장에도 비례한다.전기장의 세기는 도선 양단의 전위차에 비례하고 도선의 길이에 반비례하므로 전류의 세기는 도선 양단의 전위차에도 비례함을 알 수 있다. 옴은 이러한 사실을 실험적 결과로 얻었다. 금속 도체 양단의 전위차를 바꾸어가면서 전류의 세기를 조사하여 그래프로 그리면 비례한다. 종류, 굵기, 길이가 다른 금속 도체로 이러한 관계를 조사해 보면, 그래프의 기울기가 다른 것을 알 수 있다.기울기가 작은 금속 도체일수록 같은 전위차에서 전류의 세기가 약해지고, 이것은 이 도체에서 전자의 이동, 즉 전류를 방해하는 성질이 크다고 생각할 수 있다.이와 같이 도선 속에서 전류의 흐름을 방해하는 성질을 전기저항이라 하고, R로 표시한다.또 같은 전위차에서는 R 의 값이 클수록 전류가 약해져야 하므로{I= { V_{ `_{ ab } } } over { R }로 표시할 수 있다. 이러한 관계를 옴의 법칙이라고 한다.그러나 이렇게 표시되는 옴의 법칙도 한계성이 있다.전기 회로에서는 옴의 법칙이 비교적 잘 적용되는 금속 도체를 사용한 경우이고, 액체, 즉 용액 속의 이온에 의한 전류와 진공 속에서 방전의 형태로 흐르는 전류의 경우에는 잘 적용되지 않는다. 금속 도체 속의 전자들은 임의의 방향으로 자유롭게 운동하고 있으며, 운동 속도는 대단히 빨라서 105km/s 정도가 된다.이와 같이 빠르게 운동하는 전자가 금속 이온과 충돌한 후 다른 금속 이온과 또다시 충돌하는 사이의 평균 시간은 3 10-15 초 정도로 극히 짧다. 전자는 충돌할 때마다 새로운 방향으로 튕겨져 나가기 때문에 전자의 운동은 불규칙하다. 이 때 금속 도체 내에 전압을 가하면 충돌과 충돌 사이의 짧은 시간에 전기장은 전자를 도선과 나란한 방향으로 가속시키는 것이다. 따라서 전자 자체의 운동은 분주하면서 도선과 나란한 방향으로 10-2m/s 정도의 느린 평군속도(유동 속도)가 유지된다.이 유동 속도는 전기장의 세기와 충돌해서 다음 충돌까지의 시간에 각각 비례(충돌 빈도에 반비례)한다. 이러한 모형에 의하면 저항은 금속 도체의 온도가 높아짐에 따라서 증가할 것이다.따라서, 옴의 법칙은 그렇게 완전한 법칙이 아니고, 다만 도선 속에서 비교적 잘 적용되는 법칙인 것이다.제 3장 - 분압기와 분류기1 실험의 목적분압, 분류의 원리를 익히고 실제 실험을 수행하고 응용을 생각해 본다.2 기초 이론1> 전압 분배기전압을 저항에 의해 분압하는 것을 분압기라 한다. 회로상에서 전압을 측정하고자 할 때 전압계는 회로와 병렬로 접속해야만 한다. 분압기는 분류기와 동일한 개념으로서 전압계의 측정 범위, 즉 레인지를 확대시키기 위하여 사용하게 된다. 전압계는 회로에 병렬 접속되므로 전압계의 내부 저항은 큰 것을 사용해야만 한다. 그렇지 않으면 회로에 흐르는 전류의 상당 부분이 전압계 자체에서 분류되어 측정시 오차가 발생하게 된다.{V = V1+V2+V3 = (R1+R2+R3)i = Rsi(V1 = R1i, V2 = R2i, V3 = R3i, Rs = R1+R2+R3)i= V/Rs이므로V1= R1i = (R1/Rs)V, V2= R2i = (R2/Rs)V, V3= R3i = (R3/Rs)V*주의할 점*전압계는 저항이 비교적 큰 저항기를 가동 코일에 직렬로 연결한 것이다. 전압계에 전류가 흐르면 이 저항기에 걸리는 전위차에 비례하는 전류가 가동 코일에 흘러서 코일이 회전하게 되고 그 회전 눈금이 전압을 나타내도록 정해서 사용한다. 분압기는 이때 가동 코일에 직렬로 연결한다.

자연과학| 2004.04.04| 3페이지| 1,000원| 조회(1,177)

실험, 회로, 기초회로실험, 분류기, 옴의법칙

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[기초회로실험] 키르히호프의 전압 전류법칙 + 테브린 노턴 정리

제 4장 - 키르히호프의 전류 법칙(KCL)1. 실험목적키르히호프의 전류법칙을 이해하고 실험적으로 익혀본다.2. 기초이론"도선의 임의의 접합점에 유입하는 전류의 대수합은 각 순간에 있어서 0이다 이 법칙을 적용함에 있어서 접합점으로 유입하는 전류와 유출하는 전류는 부호를 달리하여 생각해야 한다. 그림 2에 있어서 접합점 O에 유입하는 전류를 +로 잡으면 {i_1 - i_2 - i_3 = i_4 - i_5 = 0이 성립한다. 유출하는 전류를 +로 잡으면 이 식의 부호를 전부 바꾼 것이 된다. 식 1을 시간 {t_1부터 {t_2까지 적분하면{LEFT ( INT _{ t_1}^{t_2 } i_1 dt + INT _{ t_1}^{t_2 } i_4 dt RIGHT ) - LEFT ( INT _{ t_1}^{t_2 } i_2 dt + INT _{ t_1}^{t_2 } i_3 dt + INT _{ t_1}^{t_2 } i_5 dt RIGHT ) = 0가 된다.이 식은 임의의 시간내에 도선의 접합점에 흘러 들어간 전하만큼 반드시 거기서 흘러나온다는 것을 나타내며, 도선의 접합점에서는 전하가 축적될 수 없고 발생할 수도 없다는 것을 의미한다. 주의할 것은 KCL이 어느 순간에 있어서도 각 접합점에서 성립한다는 것이다.{{{{제 5장 - 키르히호프의 전압법칙(KVL)1. 실험목적키르히호프의 전압법칙을 이해하고 실험적으로 익혀본다.2. 기초이론임의의 폐회로에 따라 한 방향으로 일주하면서 취한 전압 상승의 대수적 합은 각 순간에 있어서 0이다 이 법칙을 적용함에 있어서 일주하는 방향으로의 전압 상승은 +로 하고, 그 방향으로의 전압강하는 -로 해야한다. 일주하는 방향은 시계 방향이라도 좋고, 반시계 방향이라도 좋다. 가령 그림 3에 있어서 시계 방향으로 일주하면서 KVL을 적용하면 {-v_1, + v_2 + v_3 - v_4 = 0이 성립한다. 이 식의 좌변은 반시계 방향으로의 전압 강하의 대수적 합이므로 KVL은 다음과 같이 표현할 수 있다. 임의의 폐회로에 따라 한 방향으로 일주하면서 취한 전압 강하의 대수적 합은 각 순간에 있어서 0이다. 또한, 윗식을 바꾸어 {v_2 + v_3 = v_1 + v_4와 같이 쓰면 좌변은 시계 방향으로의 전압 상승, 우변은 시계 방향으로의 전압 강하를 나타내므로 KVL은 또 다음과 같이 표현할 수 있다. 임의의 폐회로를 따라 일주하면서 취한 전압 상승의 합은 전압 강하의 합과 같다.주의할 것은 KVL이 어떤 순간에 있어서도 각 폐회로에 대하여 성립한다는 것이다.{{{{제6장 - 테브린 & 노턴 정리1. 실험의 목적테브린 - 노턴의 정리에서 등가회로의 개념을 이해하고, 이것을 회로 해석에 응용한다. 직,병렬 회로에 있어서 테브린 등가전압과 등가저항의 값을 실험적으로 관찰한다, 노턴 등가전류와 등가저항의 값을 실험적으로 관찰한다.2. 기초이론(1) Thevenin의 정리그림 1에서처럼, 두 단자를 가진 임의의 회로망을 하나의 등가전원과 하나의 등가저항이 직렬연결된 회로로 바꾸어 놓을 수 있다는 것이 Thevenin 정리이다.{그림 1. 임의의 회로망과 그 Thevenin 등가회로이 때 등가전원 Vth와 등가저항 Rth의 값은 등가회로를 생각하면 쉽게 구할 수 있다. 실험적으로, Vth는 두 단자 사이를 개방시킨 상태에서의 두 단자 사이의 전압인 open-circuit voltage (Voc)를 재서 구할 수 있다. 회로망의 내부 회로가 알려져 있을 경우에는, 역시 두 단자 사이가 개방된 상태에서의 두 단자 사이의 전압을 계산하여 구할 수 있다.예로서 그림 2(a)의 회로의 Thevenin 등가 전원을 구해보자. 두 단자 a, b 사이를 개방하면 R3에는 전류가 흐르지 않으므로, 그림 2(c)에서와 같이 Vth는 공급전원 V에 의한 전류가 R1과 R2를 통해 흐를 때 R2에 걸린 전압과 같다. 즉,{V_th ~=~ V`` R_2 over {R_1 ``+``R_2}``(1)이다.{그림 2. Thevenin 등가 회로 구하기. (a) 주어진 회로망, (b)와 (c) 등가 전원의 값 구하기, (d)와 (e) 등가 저항 구하기, (f) Thevenin 등가 회로.Thevenin 등가저항 Rth는 여러 가지 방법으로 구할 수 있다. 첫 번째 방법으로는 open-circuit voltage (Voc)를 short-circuit current (Isc)로 나누어 구할 수 있다. Voc는 위에서 설명한 바와 같고, 그림 1(b)의 회로에서는 Vth가 된다. Isc는 두 단자 사이를 단락시킨 상태에서 두 단자 사이를 흐르는 전류를 재는 것으로 그림 1(b)의 회로에서는 Ohm의 법칙에 의해 Vth/Rth가 된다. 따라서 Voc를 Isc로 나누면,{{V_oc} over {I_sc} ~=~ V_th over {V_th `/ R_ th} ~=~ R_th ``(2)가 되어, Rth를 얻게 된다.두 번째 방법으로는, 회로망 내의 모든 전원을 단락시키고 두 단자를 개방한 상태에서의 두 단자 사이의 저항을 측정하거나 계산하여 구할 수 있다. 예를 들어 그림 2의 경우, (d)가 전원을 단락시킨 회로이고, 이를 (e)와 같이 바꿔 그릴 수 있으므로, Rth는{R_th ~=~ R_3 ``+`` R_1 // R_2 ~=~ R_3 ``+``{R_1 R_2} over {R_1 ``+`` R_2}``(3)가 된다.세 번째 방법으로는 그림 2(f)와 같이 두 단자 사이에 가변저항을 부하저항으로 연결한 후, 가변저항 값을 바꿔가면서 두 단자 사이의 전압을 측정하다가, 두 단자 사이의 전압이 0.5 Voc가 될 때의 가변저항의 저항값을 측정하면 Rth와 같아지게 된다. 왜냐하면, 가변저항 RL 양단의 단자간 전압 Vter는{V_ter ~=~ V_th`` R_L over {R_th + R_L }``(4)이고, RL = Rth 일 때, Vter = 0.5 x Vth 이기 때문이다.(2) Norton의 정리그림 3에서처럼, 두 단자를 가진 임의의 회로망을 하나의 등가전류원과 하나의 등가저항이 병렬연결된 회로로 바꾸어 놓을 수 있다는 것이 Norton 정리이다.{그림 3. 임의의 회로망과 그 Norton 등가회로Thevenin 등가회로의 경우와 마찬가지로, Norton 등가회로에서도 등가전류원 IN와 등가저항 RN의 값은 등가회로를 생각하면 쉽게 구할 수 있다. 실험적으로, IN는 두 단자 사이를 단락시킨 상태에서의 두 단자 사이의 전류인 Isc를 재서 구할 수 있다. 회로망의 내부 회로가 알려져 있을 경우에는, 역시 두 단자 사이가 단락된 상태에서의 두 단자 사이의 전류를 계산하여 구할 수 있다.예를 들어 그림 4(a)의 회로의 경우, Isc는 (b)와 같이 두 단자 사이를 단락시켰을 때 두 단자 사이의 전류이고, 이를 (c)와 같이 변형하여 그리면 R3를 통해 흐르는 전류이다. 전지를 통해 흐르는 총 전류는 V/[R1+(R2//R3)]이고, 이 전류가 R2와 R3를 통해 나누어 흐르므로

자연과학| 2004.04.04| 6페이지| 1,000원| 조회(896)

기초회로실험, KVL, 노턴, KCL, 테브린

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[반도체공학] pn반도체의 활용과 그 예제

♠ 발광 다이오드1. Application발광 다이오드(LED)2. 원리는 어떻게 되나?발광 다이오드는 이름 그대로 다이오드의 한 종류인데 전류를 흘려보내면 빛을 낸다는 재미있는 성질을 가지고 있다. 특정한 반도체로 만든 PN다이오드에서는 P형에 + N형에 -의 전압을 걸면 P형 속의 정공과 N형속의 전자가 PN 접합부에서 재결합하면서 빛을 내는 것이다. 이를 목적으로 한 반도체로는 일반적으로 갈륨을 주성분으로 한 화합물이나 혼정(2개 이상의 물질이 혼합한 상태의 결정에서 고용체의 일종)이 이용되는데 그 성분이나 조성비 불순물의 성분이나 양 등에서 빛의 색이나 효율, 휘도 등이 달라진다.{{{LED의 안쪽에는 발광소자가 있으며, 이 발광 소자에 전기에너지가 가해지면, 발광소자는 전기에너지를 빛으로 변환하여 출력하는 형태이다. 그 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.물질은 원자로 이루어져 있으며, 원자 내부에는 핵이 있고 그 주위를 전자가 돌고 있다. 여기서, 전자는 궤도를 형성하여 핵 주위를 돌고 있는데, 궤도가 핵에서 멀어질수록 그 궤도를 돌고 있는 전자는 많은 에너지를 가지고 있어야만 한다. 만약 낮은 궤도에서 돌고 있던 전자가 외부로부터 어떠한 형태이던 간에 에너지를 받으면 '흥분해서' 높은 궤도로 뛰어올라가게 된다.{{이 때, 높은 궤도에서 머물러있기란 대단히 불안한 것이기 때문에 전자는 서둘러서 낮은 궤도로 내려가려고 하며, 높은 궤도로 올라오기 위해서 '먹었던 에너지를 뱉어내야' 한다. 여기서 뱉어내는 에너지의 형태를 빛으로 조절해 놓은 것이 발광다이오드이다. 소자로 사용하는 물질의 종류에 따라서 전자가 올라갔다 내려가는 준위에 차이가 있으며, 이러한 준위의 차이는 곧 만들어내는 에너지의 차이로 이어진다. 같은 빛이라 하더라도 높은 에너지준위에서 만들어지는 빛은 짧은 파장을 가지고 있어서 파란색이 되며, 낮은 에너지준위에서 만들어지는 빛은 긴 파장을 가지고 있어서 적색 등이 되는 식이다.3. 어디에 활용 되나?발광다이오드는 일반적으로 저 전압 소전류복합 소자, 광 파이버 통신용 등에 사용되고 있다. 또한 디지털시계나 디지털 계기와 같이 숫자를 차례차례로 바꾸어 표시하고 싶을 때에도 사용한다. 현재 빨강, 초록, 파랑의 3색이 실용화 단계에 있다.♠ PN 포토다이오드 & PIN 포토다이오드1. ApplicationPN 포토다이오드 & PIN 포토다이오드2. 원리는 어떻게 되나?< PN 포토다이오드 >PN 포토다이오드란 것은 빛이 닿으면 전류가 만들어지는 일종의 다이오드로서 PN 접합을 이용하는 것이 PN포토다이오드인데 반도체로는 거의 실리콘을 사용한다. PN접합이란 반도체 단결정에 불순물로서 억셉터 원자를 약간 가한 P형과 도너 원자를 가한 N형을 연결한 모양으로 만든 것이 PN 접합니다. 접합의 경계 주위에는 P형의 정공 +와 N형속의 전가 -가 서로 확산하는 동안에 마주쳐서 재결합 -> 소멸하는데 이럴 경우 경계에서는 전류의 주체가 되는 정공과 전자가 없어진 적막한 공간이 넓어져 버리는 공핍층이 발생한다.이와 같이 P형에서 +정공 N형에서 -전자가 나가면 그들이 빠진 양만큼 P형의 영역은 반대로 -를 띤 이온으로 되고 N형쪽은 +이온으로 되어 전계가 만들어진다. 그런데 P층위에서 빛이 들어가 PN접합까지 오면 빛으로 원자가 여기되어 전자가 튀어나온다. 그 후에는 정공으로 되지만 전자 -와 정공 +의 조합에 전계의 힘이 작용하여 -전자는 +쪽 그리고 +정공은 -쪽으로 뿔뿔이 흩어져 움직인다.PN 포토다이오드의 P층과 N층 사이에 I층이란 층을 끼우고 P-I-N- 모양으로 끼운 것이 문자 그대로 PIN 포토다이오드라는 소자이다. I는 진성의라는 의미로서 진짜 반도체를 말한다. 아래 그림과 같이 순도가 높은 I층이 P층과 N층사이에 끼워지면 이 부분은 저항이 높은 공핍층이 두껍게 만들어진 것과 같다. 여기에 PN 다이오드의 역방향으로 바이어스 전압을 걸면 전압은 대부분 고저항인 I층에 걸쳐져서 여기에 강한 전계가 작용하게 된다. 그런데 이것에 빛이 닿으면 P층에서 I층까지 들어온 빛에 의해서 원자가 여기ㅐ되 I층에 걸려있는 강한 전계의 힘으로 순식간에 -전자는 +가 걸린 N층으로 +정공은 -의 P층으로 이동시켜 광전류가 흐르게 되는 것이다. {{3. 어디에 활용되나?PN을 발전시킨 PIN 포토다이오드는 1GHz 이상이나 고속 응답성을 가지는 것이 특징이며 주파수가 높은 변화의 광신호를 캐치하는 수광소자이다. 그래서 광 파이버 통신의 PCM 전송 또는 텔레비전이나 VTR 의 적외선 리모컨도 수광용으로 활용되고 있다.♠ 태양전지1. Application태양전지2. 원리는 어떻게 되나?태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.{{태양광 전지를 통해 빛 에너지가 전기 에너지로 바뀌는 과정태양전지에 빛을 쪼였을 때 전기가 발생하는 반응은 두 가지의 현상이 연속적으로 일어나는 것으로 설명 될 수 있다..첫째는 전자 (자유전자) 가 발생되는 현상이다..둘째는 이렇게 생겨난 자유전자를 외부 회로로 내보내어 전기를 유도하는 과정이다.고체 내부에는 전자가 많이 존재한다. 전자는 원자핵에 결합되어 있는 것("묶인전자")과 고체 내부를 자유롭게 돌아다닐 수 있는 것("자유전자")으로 구분되어 그 중에서 자유전자가 전기의 흐름을 담당하게 된다.반도체는 대체로 전기를 잘 통하지 않는 물질이다. 즉 자유전자를 많이 갖고 있지 않다는 뜻이다. 반도체에 빛을 비추면 "묶인전자"가 빛 에너지를 받아서 자유전자 상태로 되어, 빛 에너지는 원자핵에 "묶여" 있던 전자가 결합을 끊고 자유롭게 되도록 (=자유전자가 되도록) 힘을 보태주는 셈이 된다.자유전자가 외부회로에 도달하게 하기 위해서 필요한 것이 반도체 p-n접합입니다. 이것은 말 그대로 "p-형 반도체" 와 "n-형 반도체"를 붙여서 만듭니다. 이렇게 되면 접합 부분에 전기장이 생깁니다. 이것은 다른 말로 하면 접합 부분에 +극과 -극을 띤 부분이 생긴다는 뜻이 됩니다. 이러한 극성 때문에 자유전자는 n-형 쪽으로 (그림의 왼쪽으로) 끌리게 됩니다. 일단 자유전자가 n-형 쪽으로 끌려 넘어가면 다시 p>빛을 반도체에 쪼이면 자유전자가 생겨나고 이 자유전자들은 n-형 쪽으로 끌려 넘어가게 되어 n-형 쪽에 자유전자가 계속 쌓이게 된다. 이 때 만약 반도체에 전기선이 연결되어 있다면 전자는 전기선을 통해 외부로 빠져나가려고 할 것이다. 따라서 전기선을 따라 전자가 흐르게 되고, 우리는 전기를 얻게 된다.3. 어디에 활용되나?]- 시 스루 태양전지발전을 하면서 입사광의 일부를 투과시키는 시스루 태양전지가 개발되었다. 이 것은 비정질 실리콘 및 금속 전극에 다수의 미소한 구멍을 균일하게 설계한 것으로 채광성이나 투시 성을 가진 새로운 개념의 태양전지 이다.- 플렉시블 태양전지플라스틱 기판 위에 비정질 실리콘을 형성한 초경한 태양전지이다. 자동차, 인공위성의 분야에서 널리 사용되고 있다.- 태양전지 기와태양전지 패널이 필요 없이, 종래의 지붕건축 재료를 겸하여 사용할 수 있는 것부터 시스템으로서의 가격을 낮출 수 있는 이점을 가지고 있다.♠ 제베크 효과 , 펠티에 효과1. Application제베크 효과 , 펠티에 효과2. 원리는 어떻게 되나?제베크 효과(Seebeck effect)서로 다른 두 종류의 금속을 접촉하여 두 접점의 온도를 다르게 하면 온도차에 의해서 열기전력이 발생하고 미소한 전류가 흐르는 현상.1 구조 : 금속 환상 회로의 일부분에 n형 반도체를 사용 접합시켜 구성한다.2 작용a 고온부에서 많은 전자가 여기되어 충만대에서 전도대로 이동되고 저온부 쪽으로 확산된다. 고로 상대적으로 고온부에서 저온부 쪽으로 향하는 전기장이 생기므로 반도체 내부의 에너지 준위가 경사를 이룬다.b 양측 금속의 페르미 준위 사이에는 온도차가 생겨 고온부가 양전위의 열기전력이 생긴다.c p형 반도체일 경우는 그 작용이 반대로 되어 저온부가 양전위의 열기전력이 생긴다.{펠티에 효과(Peltier effect)두 종류의 금속을 접촉하여 전류를 흘리면 그 접점의 접합부에서 열의 발생 및 흡수 현상이 생기는 현상. 전자 냉동기에 응용1 구조 : 금속 환상 회로의 일부분에 n형 반도체으로 되어 있지만 전압을 가하여 전류를 흘리면 아래 그림과 같이 페르미 준위는 반도체 내부에서 경사를 이루고 양쪽 금속 사이에 전위차가 발생한다.b 왼쪽 금속에 있는 전자가 에너지 준위가 높은 반도체의 전도대로 이동하려면 준위차 W[eV]를 뛰어 넘을 만큼의 에너지가 필요하므로 전자는 주위로부터 열에너지를 흡수해서 이동하며, 접합부는 이러한 흡열 작용으로 온도가 떨어진다.c 반대로 오른쪽 금속으로 이동하려면 낮은 에너지 준위로 떨어지는 것이므로 에너지를 방출한다. 이 방출 에너지는 발열 작용으로 나타난다.d p형 반도체를 사용할 경우에는 발열, 흡수 등의 현상은 n형과 반대로 된다.{< {>제베크 현상 및 펠티에 효과에 관해 힌트를 얻은 곳3. 어디에 활용되는가?제베크 효과 : pn 접합 반도체 내의 제베크 효과에 의해 온도차에 따른 전하의 흐름으로 인해 생긴 열기전력으로 온도계 및 계측기에 응용하여 사용하고 있다.펠티에 효과 : pn 접합부에 전류를 흘리면 2개의 접합부에 발열과 흡열이 일어나는 현상을 펠티에 효과라 한다. 이 현상을 이용하여 냉각 장치, 전자 냉동에 응용하여 냉장고 에어컨 등에 사용되고 있다.♠ 반도체 레이저1. Application반도체 레이저2. 원리는 어떻게 되나?갈륨과 비소 등의 고체 재료를 사용하는데 레이저의 발생메커니즘이 조금 다르기 때문에 고체레이저와 구별한다. 반도체레이저는 갈륨과 비소의 p형 반도체와 n형 반도체를 접합한 반도체 p-n접합다이오드에 전류를 흘려서 들뜨게 하여 레이저를 발진시키는 것이다. 갈륨과 비소의 p-n접합다이오드에 p형으로부터 n형 방향으로, 즉 순방향으로 전류를 흐르게 하면 p형 쪽에는 양의 전하를 가진 구멍이 증가하고 n형 쪽에는 음전하를 가진 전자가 증가한다. 이 때가 반도체레이저가 들뜬상태이다. 이 상태로부터 전자가 구멍과 재결합할 때 빛에너지를 외부에 방출한다. p-n접합다이오드에 흐르는 전류를 크게 하면 구멍과 전자가 계속 증가하여 반전분포가 형성된다. 그 때문에 왕성하게 유도방출이 일어나 p주>

공학/기술| 2003.11.28| 8페이지| 1,000원| 조회(1,199)

반도체, 펠티에, Pn, 제베크

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