전자 하드웨어 기초 기초
궁금한 것 찾아보면 메모하고 링크를 달아놓은 포스트 입니다.
[출처 : http://programfrall.tistory.com/39 ]
주파수 : (Frequency)는 파형이 주기적으로 1초 동안에 얼마나 진동했는지를 의미합니다. 그래서 1초동안에 몇번 같은 파형이 반복되는지 측정함으로서 주파수를 알 수 있습니다.
주기 : 한개의 파형이 나타나고 다음 파형이 나타날때까지의 시간입니다.
T = 1/f
1Hz 는 주기가 1초
0.5초 = 1/2
220V AC 60Hz
1초에 60개의 파형이 있는 전압이 220V.
저항
: 전기적 흐름을 강제로 방해하는 소자.
옴의 법칙 : V= IR
저항의 병렬 연결
: 각 저항값의 역수를 합한 값의 역수와 같다.
2옴, 3옴이 병렬 연결이라면
1/R = 1/2 + 1/3
1/R = 3/6 + 2/6 = 5/6
R = 1.2
저항의 회로적 의미와 용도
- 전류의 제어
- 회로블럭에 특정크기의 전류를 흘려주려고 할 때
- 전압의 분배
- 전압이 강하되는 것을 이용해서 원하는 전압의 크기를 만들 수 있음.
TIP : 저항이 1개 달려있다면 전류 제어!, 2개 이상달려있다면 전압분배!
전력
전력이란 전기가 일을 하는 힘을 뜻합니다. 힘이 소비된다는 것은 일을 한다는 의미
P = I * V (전력은 전압이 높을 수록, 전류가 많이 흐를 수록 커진다)
P = I*I*R
P = V*V / R
10V*10V*10옴 = 10W(와트)
전력량
: 전력이 순간적인 소비량에 대한 설명이라면, 실제 시간에 따른 소비량을 계산한 것을 전력량이라 합니다.
!!저항에서 전력을 알아야 하는 이유
저항이라는 소자에는 전력이라는 것이 걸리게 됩니다. 전력은 일을 한 양이므로 필연적으로 열이 발생하게 됩니다. 이 열때문에 정격전력을 알아야 하는 것입니다.
[ http://programfrall.tistory.com/63 ]
전기 저항의 공식
소재의 저항의 경우 그 소재의 단명적과 길이에 따라 저항값이 변하게 됩니다.
R = ρL / A
ρ: 도선의 비저항
A: 도선의 단면적
L: 도선의 길이
E = V/L
E: 전기장
V: 전압
L: 거리차
F = qE
q: 전하량
E: 전기장의 크기
- a = F/m = qE / m
- a: 가속도
- F: 힘
- m: 질량
- q: 전하량
- E: 전기장의 크기
도선내의 전자는 가속도 운동을 하며 움직이게 되죠. 하지만 도선내에는 여러 입자(원자 핵등)에 부딪치게 되고 전자는 종단속도에 이르게 됩니다. (공기중의 물체가 일정 속도 이후 공기 저항으로 인해 종단속도에 이르는 것과 같습니다.)
결국 전자의 속도는
v = μE
v: 속도
μ: 모빌리티 상수
E: 전기장
이것들을 이용해서 도선의 전류밀도를 구하게 되면 전류밀도 J는
J = nqv = nqμE
J: 전류밀도
n : 전자의 갯수
q : 전하량
v : 속도
전류밀도에 단면접을 곱하게 되면 전류값이 나오기 때문에 단면적을 곱해봅니다.
J*A = nqμE*A
I = nqμE*A
E = V/L
I = nqμV*A / L
R = ρL / A
저항의 종류
- 권선 저항
- 단순히 도선을 길게 만들어서 만든 저항입니다. R = L/S 탄소 피막 저항
- 저항중에 가장 흔하고 저렴한 저항. 세라믹을 이용하여 봉을 만든 후 탄소계의 저항체를 붙여 만들며, 이 때 저항체로 사용되는 피막을 나선형으로 홈을 만들어 저항의 크기를 조절합니다. 일반적인 사용에는 큰 무리가 없으나 온도에 따른 저항값의 변화가 크고 미세한 노이즈가 있기 때문에 정밀한 신호회로에선 사용되지 않습니다.
- 금속피막 저항
- 탄소 피막 저항과 만드는 방식이나 구조는 같으나 소재가 금속이라는 것이 다른 점입니다. 때문에 온도에 따른 저항값의 변화가 작기 때문에 정밀함이 필요한 아날로그 회로에서 많이 쓰입니다. 또한 다양한 저항값으로 만들 수 있기 때문에 값도 상대적으로 저렴합니다. 도장형, 박막형 등 여러가지 타입이 존재합니다.
- 시멘트 저항
- 탄소피막 저항 혹은 권선 저항 외보를 시멘트로 덮어버리는 구조의 저항입니다. 시멘트 덕분에 열에 매우 강하며 일반적인 전력선에 많이 사용됩니다.
- 칩 저항
- 칩모양 저항. SMD 타입 저항 임.
- 매우 작으나 잡음 많고, 고전력을 견디지 못하여 아날로그 회로나 전력회로에는 부적절합니다. 대부분 디지털 회로에서 많이 사용되며 SMD 타입으로 많이 제작되고 있습니다.
보통 1608, 2012라고 언급하는 저항들이 칩저항들입니다. - 네트워크 저항
- 여러개의 저항을 하나로 묶어 만든 저항입니다. 보통 IC주변회로에서 많이 쓰입니다. 내부구조도 다양하게 존재하기 때문에 데이터 시트를 보고 자신이 원하는 네트워크 저항을 사용.
- 가변저항
- 볼륨 조절기 등이 가변저항을 이용한 장치.
축전기(커패시터)
축전기는 전류를 저장하고 그 저장된 전류를 방출하는 소자입니다. 우리가 회로를 설계하고 전자의 흐름을 제어할 때 때로는 흐름을 안정화 시켜야 할 경우가 있습니다. 그럴 때 이 커패시터를 사용하여 흐름이 원활할 때 전류를 저장해 놓고 흐름이 원할하지 못할 때 전류를 흘려주는 것입니다.
기호 : ┤├
두 도체 사이에 절연체를 채우고 양측이 전기적으로 이어지지 않도록 합니다. 그러면 양단에 전압이 걸리면서 도체에 전하가 모이게 되는 것임. 전하가 모이게 되면 전류가 충전되는 것입니다.
Q= CV
Q: 전하량
C: 정전용량(쿨롱)
V: 전압
정전용량(capacitance) C는 단면적과 거리에 영향을 받는데 그 식은
C = ε A/L
C: 정전용량
ε: 절연체의 비유전율
A: 단면적
L: 두 판사이의 거리
단면적이 넓을수록 두 극판 사이의 거리가 좁을 수록 정전용량이 크다는 것입니다.
정전용량이 크다는 말은 같은 전압에서 더 많은 전하를 저장할 수 있다는 말과 같음.
커패시터 성질
https://m.blog.naver.com/roboholic84/220456521276
전기분야에서 콘덴서와 커패시터는 같은 전자부품을 말합니다.
직류 전압을 가하면 각 전극에 전기(전하)를 축적(저장)하는 역할
(콘덴서의 용량만큼 저장된 후에는 전류가 흐르지 않음)
교류에서는 직류를 차단하고 교류 성분을 통과시키는 성질
[콘덴서의 사용]
불안정한 전원을 잡아주기 위해 사용
노이즈를 제거하기 위한 방법으로 사용
직류를 차단하며 교류를 통과시키기 위해 사용
IC(직접회로)의 안정된 작동을 위해 사용
[용어]
정격전압 : 부품을 작동시키는데 필요한 표준 전압
정격정전용량 : 저장되는 양의 정전용량
- 다이오드
다이오드는 한쪽으로만 전원을 흘려줍니다. 소자의 특성상 전압강하가 일어납니다.
반대로 전원을 입력할 때에는 특정 전압내에서는 전원을 통과시키지 않도록 하지만, 그 전압 이상이 공급되면 다이오드가 참다 못해 전원을 통과시키게 됩니다.
Anode(입력부), Cathode (출력부)
전압레귤레이터
[ https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=roboholic84&logNo=220337738286&proxyReferer=https%3A%2F%2Fwww.google.co.kr%2F]
- 정전압 레귤레이터(Voltage Regulator)
- 일정 전압을 잡아주는 역할을 합니다. 예를 들자면 5V에서 작동하는 보드에 2.5V~3.5V 를 필요로하는 CPU 를 장착해야 한다면, 레귤레이터를 이용해 CPU 로 입력되는 전압을 조정해줍니다. 레귤레이터는 어떤한 전압이 들어오더라도 미리 점퍼나 스위칭에 의해 정해진 전압만을 출력합니다.
연산증폭기란?(OP AMP)
[ https://m.blog.naver.com/roboholic84/220338779460]
연산증폭기는 두개의 입력단자와 한개의 출력단자를 가지며, 두 개의 입력단자간의 전압차이를 증폭시키는 증폭기로, 고증폭도를 가지며 아날로그 신호의 가산, 감산, 적분 등의 연산이 가능한 증폭기를 말합니다.
어떤 용도로 사용하느냐에 따라 목적이 달라지며, 공급되어야 하는 전압 또한 달라집니다.
연산 증폭기는 전압에 의해 신호를 증폭해주는 전압증폭기에 포함이 될 수도 있고, 2개의 입력신호의 차에 비례해 출력을 얻는 차동증폭기에 포함 될 수도 있습니다.
트랜지스터
[ https://m.blog.naver.com/roboholic84/220329192135]
정의 : 규소, 게르마늄 따위의 반도체를 이용하여 전기 신호를 증폭하여 발진시키는 반도체 소자. 세 개 이상의 전극이 있다.
즉, 트랜지스터는 3개 이상의 단자를 가지고 있는 능동소자를 말하며,
(능동소자 : 입력과 출력을 가지고 있어 신호를 증폭이나 변환시켜 전기에너지를 변환시키는 소자를 말함)
트랜지스터는 3개의 반도체, 3개의 단자로 이루어져있습니다.
npn형, pnp형
E: emitter
B: base
C : collector
E는 접지(-), B는 입력(전류 흐름을 제어하여 증폭 또는 변환),
C는 출력(Output)
화살표가 밖으로 나가는 npn에서 N은 밖으로 나가는 모양,
화살표가 안쪽으로 들어가는 pnp형에서는 P는 안으로 들어가는 모양
릴레이란
[ https://m.blog.naver.com/roboholic84/220460268471]
릴레이는 쉽게 말해 On, Off 가 있는 일종의 ‘스위치’ 입니다.
보통 사용하는 스위치는 수동으로 작동하지만, 릴레이는 ‘자동’으로 On, Off 할 수 있게끔 해주는 전자부품입니다.
별도로 분리되어 흐르는 전기를 스위칭할 수 있는 신호 또는 펄스를 만들어 줍니다.
릴레이는 작동하기 위해 필요한 전압은 낮지만, 입력될 수 잇는 전압은 높습니다.
그래서 릴레이는 흔히 낮은 전압/전류를 이용하여 더 높은 전압/전류를 제어하는데에 많이 사용합니다.
일반적으로 조명은 220VAC, 60W 로 동작하는데, 전원과 조명 사이에 릴레이스위치(250VAC 10A, 125VAC 10A)를 두면,
250VAC 10A 까지 버틸 수 있으니, 전기를 막고 있다가 5V 를 인가하면, 조명까지 전기를 흐르게 하여 스위치 같은 역할 을 합니다.
릴레이는 내부에 전자석이 있습니다.
모스펫(MOSFET)
[https://m.blog.naver.com/roboholic84/220467544049]
릴레이와 비슷하게 보다 큰 전압의 것을 제어하기 위해 릴레이나 모스펫을 사용합니다.
풀업저항, 풀다운저항, 플로팅 개념 알아보기
[http://blog.xcoda.net/77]
[플로팅 상태]
디지털 로직은 High, Low, 즉 1과 0으로 표현됩니다.
하지만, 1도 아니고 0도 아닌 애매모호한 것이 있는데, 이를 Float 상태라고 합니다.
[풀업저항]
vcc, Digital입력, gnd 사이에 스위치가 열렸을 때, Floating 상태가 되는 것을 방지하기 위해서 스위치가 열려있을 때, 5V(High) 이든 0V(Low) 로 만들어주기 위한 저항회로임.
[http://blog.xcoda.net/77]
설명이 너무 잘 되어 있어서, 이게 왜 필요한지 쉽게 이해할 수 있었습니다.
