디지털공학실험 기초보충자료 -...

디지털공학실험기초보충자료

2005. 3. 10

김태형, 김병호

전기전자ㆍ메카트로닉스공학부

저항 : 전류의 흐름을 방해(제한)하는 소자

저항의 용도 : 회로에 전류가 흐르는 양을 조절하는 역할

EX. 내부저항이 10[Ohm]인 전구가 있다. 이 전구는 전류가 1.5[A]이상 흐르면 끊어진다. 이전구를 밝히기 위한 회로는 다음과 같다. 전원은 20V이다.

수동소자의 기초보충보충

전하가 이동시 충돌이 적다

전하가 이동시 충돌이 많다

탄소피막저항의 구조

20[V]

i=V/R=20/10=2[A] 큰전류가 흘러 전구가 끊어진다.

20[V]

i=V/R=20/20=1[A] 적당한 전류가 흐르므로 이상없다.

10[Ohm]

저항의 원리


콘덴서 : 전하를 축적하는 소자, 직류는 차단하고 교류는 통과시킨다. 전압을 지연한다.

콘덴서의 용도 : 직류원의 차단이나 잡음제거, 전원안정화등에 사용된다.

++++++

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+ -

콘덴서의 원리 전해콘덴서의 구조 전해콘덴서의 실제


코일 : 도선을 감아놓은 것으로 인턱턴스를 발생하며, 전류를 지연

코일의 용도

1) 전류의 지연코일은 코일내의 전류의 변화를 억제하려는 특성을 가지고 있다. 전류가 흐를려고 하면 “렌츠의 법칙”에 의해 코일은 전류를 흘리지 않으려고 하며, 전류가 감소하면 계속 흘릴려고 하는 성질이있다.

2) 전력의 전달변압기(transformer)에 사용되는 원리는 코일의 상호유도작용을이용한다. 즉 두 코일을 가까이 하면 한쪽 코일의 전력을 다른 쪽코일에 전달할 수 있다.전력을 공급하는 쪽의 코일(입력)을 1차측, 전력을 꺼내는 쪽(출력)을 2차측이라고 하고, 1차측 권수와 2차측 권수의 비율에 따라 2차측의 전압이 변화 된다.

3) 전자석의 역활코일을 도체에 감고 전류를 흘리면 자석이 된다. 이 성질을 이용한 것이 계전기(릴레이)로 전류가 흐를 때에 철판을끌어당겨 철판에 부착된 스위치 접점을 닫도록 하는 것이며, 가정집에서 사용하는 대문 개폐기나 차임벨도 전자석의 성질을 이용한 것이다. 스피커의 원리도 이 전자석의 원리가 이용된다.

능동소자의 기초보충보충

다이오드 : 단방향, 무제어성으로 전류의 흐름을 제어

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i

공핍층이 얇아진다.

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공핍층이 두터워진다.


트랜지스터 : 단방향, 제어성으로 전류의 흐름을 제어

트랜지스터의 용도 : 신호증폭, 스위칭

트랜지스터의 구조와 기호

베이스는 양극에 비해 극히 얇다.

P N P N P NE C E C

같은 P형 반도체이지만불순물의 농도가 다르다.

B B


트랜지스터의 원리

B, E간 순방향이므로 전위장벽이 낮아져, E에서B로 전자가 이동하여 대부분이 C까지 이동

B, C간 역방향이므로 전위장벽이 높아져(공핍층확대) 전자가 이동할 수없다.

기초실험장비 사용법보충보충

브레드 보드 : 회로의 개발 또는 원형판(prototype version)을 위하여 사용하는 기판, 별도의 납땜 또는 접속없이 전선 및 부품을각 홈에 삽입하여 회로를 구성

가로줄은 연결되어 있음

전원부는 세로로 연결되어 있음

가운데를 중심으로 양쪽은 연결되지 않음

브레드보드와 회로구성의 예 브레드보드의 구조


전원장치(Power supply) : 직류(교류)전원을 공급하는 장치

전원공급장치의 부분별 명칭과 기능

1) 전원스위치(Push ON/OFF)2) B-POWER (B-Ch) 출력전류계3) B-POWER Constant Current 동작표시 LED4) B-POWER Digital Volt-Meter(3-digit)5) B-POWER 전압가변 조절기6) B-POWER DVM Internal External 선택스위치7) B-POWER DC 출력 Terminals8) B-POWER Current Limit ADJ.9) 샤 - 시 Ground Terminals10) Fixed Voltage(+5V, 2A) 출력 Terminal11) A-POWER (A-Ch) Current Limit ADJ12) A-POWER DC출력 Terminails13) A-POWER DVM의 Internal/External 선택스위치14) A-POWER 전압가변조절기15) A-POWER Digital Volt-Meter(3-digit)16) A-POWER Constant Current 동작표시 LED17) A-POWER 출력전류계

그림. 직류전원공급장치의 부분별 명칭


직류전원공급장치의 사용순서

전원 스위치를 OFF 하라

Power Input Voltage Selector가 입력전압과 같게 선택되었는가 확인하라. (장비뒷면에 있음)

AC Power Input Plug를 AC Line Power에 연결하라.

Voltage조절기(A-Ch 및 B-Ch)를 반시계방향 최소로 돌려 놓아라.

DVM스위치를 모두 "INT"로 하라.

전원 스위치를 ON하라.

Digital Volt-Meter를 보면서 필요한 전압을 지시하도록 VOLTAGE를 조정하라.

출력코드를 필요한 DC 출력 Terminal에 연결하라.

만약 출력전류를 제한하고 싶을때는 DC출력 Cord를 잠시 Short시키고, Current-Meter를 보면서CURENT를 Set하라.

Note : 가변출력의 A, B Channel은 전압과 전류제한조정을 각각 임의로 조정하여 사용할 수 있으며, 이들 출력은 완전히 절연되어 출력되고 있다.

보충보충

기초실험장비 사용법(멀티테스터)

멀티테스터(Multi Tester, Multi Meter) :

회로 시험기라고도 하며 전기 회로의 통전 시험과 전압 및 전류 등의 시험을하는 테스터기로 멀티 미터라고도 한다.

기능

통전 시험 : 단선, 저항 시험

직류/교류의 전압 및 전류의 측정

저항 측정

다이오드 및 트랜지스터의 점검

그림. 멀티 테스터의 구조와 실제 모습


보충보충

• 눈금판 : 저항(Ω), DC(직류) 전압, AC(교류) 전압, 전류(A) 등

의 수치를 읽을 수 있는 계기판을 말한다.

• 0점 조정나사 : 전압 및 전류 등을 점검할 때 지침을 왼쪽 0점에 미세 조정할 때 사용한다. 이 때는 적색과 흑색의 테스트 리드

선을 서로 접촉시키지 않는다.

• 저항(Ω) 0점 조정기 : 저항 측정시 메인 셀렉터를 해당 저항에 선정한 후 적색과 흑색의 테스트 리드선을 서로 접촉시킨 상태에서 0점 조정을 한다.

• PNP 파일럿 램프 : 트랜지스터를 EBCE 커넥터에 접속하였

을 때 PNP 트랜지스터이면 소등된다.그림. 부분별 명칭

• NPN 파일럿 램프 : 트랜지스터를 EBCE 커넥터에 접속하였을 때 NPN 트랜지스터이면 소등된다.

• EBCE 커넥터 : PNP, NPN 트랜지스터를 구분하고자 할 때 설치하는 커넥터이다.

• COM 커넥터 : 측정할 때 흑색 테스트 리드선을 접속하는 커넥터이다.

• DC10A 커넥터 : 직류 10A 이하의 전류를 측정할 때 흑색 테스트 리드선을 연결하는 커넥터이다.

• V, Ω, A 커넥터 : 전압, 전류, 저항을 측정할 때 적색 테스트 리드선을 연결하는 커넥터이다.

보충보충


전압 측정법1. 적색 리드선을 V, Ω, A 커넥터에 접속한다. 2. 흑색 리드선을 COM 커넥터에 접속한다. 3. 메인 셀렉터를 해당 위치에 절환한다.

직류 전압일 경우 : DC V 교류 전압일 경우 : AC V 측정하고자 하는 전압보다 크거나 같은 수치에 맞춘다.

4. 지침이 왼쪽 0점에 일치하는가를 확인한 후, 필요시 0점 조정나사를 이용하여 조정한다. 5. 적색 리드선을 측정하고자 하는 단자의 (＋)에, 흑색 리드선은 (－)단자에 접속한다.

단, AC 전압 측정시는 (＋)와 (－)의 구분이 없으며, 리드선은 반드시 병렬로 접속하여야 한다. 6. 눈금판을 판독한다.

DC일 경우 : DC 0∼10까지의 눈금에 ×5를 하여 읽는다.

AC일 경우 : AC 0∼50까지의 눈금을 그대로 읽는다.

전압은 반드시 “병렬”로 측정

전압계를 반드시 병렬로 연결하는이유는 무엇일까?

Quiz


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전류 측정1. 적색 리드선을 V, Ω, A 커넥터에 접속한다.2. 흑색 리드선을 DC 10A 또는 COM 커넥터에 접속한다.

① 직류 10A 이하를 측정할 경우에 접속한다. ② 직류 250mA 이하를 측정할 경우에 접속한다.

3. 메인 셀렉터를 DC 10A 또는 DC mA에 절환한다. ① DC 10A 이하를 측정할 때 선택한다. ② DC 250mA 이하를 측정할 때 선택한다.

4. 테스트 리드선을 측정 부위에 직렬로 접속한다. 5. 눈금판의 눈금을 판독한다.

전류계를 반드시 직렬로 연결하는이유는 무엇일까?

Quiz전압은 반드시 “직렬”로 측정

보충보충


저항 측정1. 적색 리드선을 V, Ω, A 커넥터에 접속한다. 2. 흑색 리드선을 COM 커넥터에 접속한다.3. 메인 셀렉터를 해당 위치에 절환한다.

① OHM ×1 : 낮은 저항(50Ω 이하)일 때 선택한다. ② OHM ×10 : 비교적 높은 저항(50Ω 이상)일 때 선택한다.③ OHM ×1K : 상당히 높은 저항(2KΩ 이상)일 때 선택한다. ④ OHM ×10K : 매우 높은 저항(20KΩ 이상)일 때 선택한다.

4. 적색과 흑색 리드선을 서로 접촉시켜 0Ω 조정기로 0점을 조정한다.5. 0점을 조정한 다음에는 다시 0점이 맞는가를 확인한다. 6. 리드선을 측정 부위에 접속한다. 저항을 측정할 때는 극성의구별을 하지 않아도 된다.7. 눈금판의 가장 윗부분 수치를 판독한다.

① OHM ×1 : 눈금판의 수치를 그대로 읽는다. ② OHM ×10 : 눈금판의 수치에 ×10을 하여 읽는다. ③ OHM ×1K : 눈금판의 수치에 ×1000(1K)을 하여 읽는다. ④ OHM ×10K : 눈금판의 수치에 ×10,000(10K)을 하여 읽는다.


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통전 시험1. 적색 리드선을 VΩA 커넥터에 접속한다. 2. 흑색 리드선을 COM 커넥터에 접속한다. 3. 메인 셀렉터를 OHM 또는 에 접속한다. 4. 테스트 리드선을 측정 부위에 접속시킨다. 극성의 구별이 없다. 5. OHM일 때 : 지침이 움직이면 정상, 움직이지 않으면 단선 상태이다. 6. ‘부저’일 때 : 부저가 울리면 정상, 울리지 않으면 단선 상태이다.

))) )))X)))

선이 끊어짐 or 부품에 이상발생

기초실험장비 사용법(오실로스코프)

보충보충

오실로스코프(Multi Tester, Multi Meter) :

오실로스코프는 전자장비를 보수하거나 디자인할 때 필요한 필수적인 계측기로 시간에 따른 전기적 신호를 화면출력.

종류

아날로그형

디지털형

그림. 오실로스코프의 구조와 실제 모습

기초실험장비 사용법(오실로스코프)

보충보충

오실로스코프의 각 부분별 명칭과 기능

1. POWER : 전원스위치3. INTENSITY : 밝기(휘도)조절4. FOCUS : 영상의 초점5. TRACE ROTATION : 화면이 기우뚱하게 되었을 때 좌우의 균형 조절9. CH 1, X IN 콘넥터 : 입력신호를 CH1 증폭부로 연결하거나 X-Y 동작시 X축 신호10. CH 2, Y IN 콘넥터 : 입력신호를 CH2 증폭부로 연결하거나 X-Y 동작시 Y축 신호

기초실험장비 사용법(오실로스크프)

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11,12. AC/GND/DC 절환스위치 : 입력신호와 수직증폭단의 연결방법은 선택할 때 사용

가) GND 상태 : 해당 채널의 기준위치(ground) 설정, 이상태에서 수평선은 0[V]의 상태

나) DC 상태 : AC-DC를 모두 볼 때 사용한다. 입력전압의 크기가 기준위치에 대한 높이로 나타남

다) AC 상태 : 파형중에서 DC성분을 제외한 나머지 AC성분만을 따로 보고자 할 때 사용

13,14. VOLTS/DIV : 화면상의 높이를 나타내는 격자눈금(division)간의 배율을 조절

15,16. VARIABLE : VOLTS/DIV보다 민감하게 조절하게 배율조절

17. POSITION : 화면에 나타난 파형을 전체적으로 상하이동

19. V.MODE :수직축의 표시형태를 선택하는데 이용된다.

가) CH1 : CH1에 입력된 신호만 CRT상에 나타남

나) CH2 : CH2에 입력된 신호만 CRT상에 나타남

다) DUAL : CH 1,CH 2 의 파형을 동시에 나타남

라) ADD : CH 1과 CH2의 신호가 더해져서 나타난다.

21. X10 MAG스위치 : On일때 소인시간이 10배로 확대, IME/DIV지시치의 10배

22. TIME/DIV : (sweep speed selection) : 화면상의 시간축(좌우) 조절

* X-Y MODE 는 위에서 설명한 바와 같이 시간의 변화에 따른 전압의 변화를 나타내는 것이 아니라

두 채널 입력간의 상관관계를 보여주는 리사주 도형을 출력

25. VARIALBE : 교정된 위치로부터 소인시간을 연속적으로 변화시키는데 사용

기초실험장비 사용법(오실로스크프)

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26. HORIZONTAL POSITION : 광점의 위치를 수평방향으로 이동 (파형의 측정과는 독립적으로 사용)

27. TRIGGER MODE : 소인동기 형태를 선택

* AUTO : 일반적인 사용에서는 이 위치가 편리하다.

28. SOURCE : 트리거를 어디에 기준할 것인가를 선택

가) INT : CH1 이나 CH2에 입력된 신호가 동기 신호원

나) LINE : 교류전원(100V)에 동기시키고자 할 때 사용

다) EXT(external) : 외부에서 SOURCE를 통해 별도의 동기 신호를 줄 때 사용

32. INT 스위치 : CH1이나 CH2에 입력된 신호로서 동기시키고자 할때 사용

가) CH1 : CH1에 신호가 있을 때 TRIGGER SOURCE로 CH1을 선택

나) CH2 : CH2에 신호가 있을 때 TRIGGER SOURCE로 CH2를 선택

36. PROBE ADJUST : PROBE 보정과 수직증폭기 교정을 위한 구형파(0.5V, 1kHz)를 출력

기초실험장비 사용법(함수발생기)

보충보충

함수발생기(Function Generator) :

함수발생기(Function Generator)는 낮은 레벨의 다양한 교류(정현파. 삼각파, 구형파)를 만들어 제공해주는 장비로 보통 규칙적인 파형의 주파수계측기능을 가짐. 제공되는 파형의 주파수는 아주 낮은 범위에서 높은 범위까지 가변될 수 있어서 회로시스템의 주파수 특성을 분석하는데 좋은 신호제공기가 됨. 디지털회로에서 입력파형으로 요구되는 TTL 및 CMOS 논리 신호도 제공되므로 디지털회로 분석에도 용이.

그림. 함수발생기의 구조와 실제 모습


함수발생기(Function Generator)의 각 부분별 명칭과 기능

1. DISPLAY : 주파수 표시창(4자리수) HZ, KHz를 표시하는 램프2. SWEEP : 스위프 기능의 시작, 끝, 빠르기 등을 선택할 수 있는 스위치3. FREQUENCY : 주파수 조정용 회전 손잡이4. FREQUENCY : 주파수 범위 설정 스위치5. 파형 표시 램프 : 현재 출력중인 파형의 종류 표시 램프6. 파형선택 S/W : 삼각파, 정현파, 구형파, 파형 off 선택 스위치7. TRIGGER OUTPUT : 출력 신호와 동조된 구형파 신호출력 콘넥터8. OFFSET : DC 오프셋 조정용 회전 손잡이9. ON : DC 오프셋 On/Off 스위치10. 50 W OUTPUT : 신호 출력 콘넥터. 내부 저항은 50 W11. -20dB, -20dB : 출력 감쇄 스위치. 하나를 누르면 1/10 (-20dB), 두 개를 동시에 누르면 1/100 (-40dB) 감쇄.12. AMPLITUDE : 출력의 진폭을 가변시키는 회전 손잡이

참고문헌

참고문헌

“전기,전자의 기초”, 이다카 시게오저, 대광서림

“전자전자공학실험”, 김종진외 3명 공저, 도서출판 포인트

“디지털공학실험”, 이병기저, 사이텍미디어

참고사이트

포학공과대학 물리학과 교육실험실(http://dyon.postech.ac.kr/Edulab/)

안동공업고등학교 전기과 (http://www.andong-tec.hs.kr/~elec)

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