2015년 2학기 PULSE 4 전자물리실험 02-트랜지스터를 이용한 LED 스위칭 회로 - DSU 메카트로닉스 융합공학부 -

1. 주제 트랜지스터(Transistor)는 증폭이나 스위칭 작용을 하는 반도체 소자이다. 본 실험에서는 LED 스위칭 회로를 구성하여 트랜지스터의 동작을 알아 본다.

2. 이론 Transistor는 Trans-와 Resistor를 합친 용어로서, Resistor 값을 변화시킬 수 있다는 의미이다. Resistor의 용도는 전류의 양을 조절하는 것이다. 따라서 Transistor는 전류의 양을 제어할 수 있는 소자라는 뜻이다. 간단하게 TR로 적는다. 2.1 트랜지스터 동작 트랜지스터는 (전압이 아닌) 전류로 동작한다. 작은 (베이스) 전류로 큰 (컬렉터) 전류를 얻을 수 있다. 즉 트랜지스터는 전류증폭기로 동작한다. 트랜지스터의 증폭 이득(Gain):

2.2 트랜지스터의 사용 선형적 전류증폭 모드와 ON-OFF로만 동작하는 스위치 모드의 두 가지로 사용한다. 주어진 트랜지스터로 두 모드를 함께 사용할 수는 없다. 회로 구성이 완전히 다르기 때문이다. 증폭 모드는 트랜지스터를 아날로그 영역에서 사용하는 것이다. 스위치 모드는 트랜지스터를 디지털 영역에서 사용하는 것이다. 디지털 IC나 컴퓨터 칩에서는 트랜지스터를 스위치 모드로 동작시킨다. 라디오 IC, 오디오 IC, OP-AMP IC에서는 트랜지스터를 증폭 모드로 동작시킨다. 2.3 트랜지스터의 종류

2.4 TR의 스위칭 기능 B는 베이스(Base), E는 에미터(Emitter), C는 컬렉터(Collector)라고 부른다. B는 스위치 역할이고, B에 의해 스위치가 ON되면 C와 E사이에 전류가 흐르게 된다. 더 세게 누르면 더 많은 전류가 흐르는 스위치를 생각하자. TR의 동작은 이와 같다. B에 걸리는 전압에 따라 C와 E사이에 흐르는 전류가 바뀌게 된다. 활성영역: B의 작은 입력에 대하여 C-E 전류 변화가 빠르게 응답 포화영역: B의 전압(전류)이 너무 커서 C-E 전류가 B와 무관하게 흐름 차단영역: B의 전압(전류)이 너무 작아서 C-E 사이에 전류가 흐르지 못함 스위칭 기능: 전류가 전혀 흐르지 않거나, 또는 흐르는 두 가지 상태만을 표현하여 0/1 구분

2.5 다양한 트랜지스터 2.6 E-B-C 단자 구별 방법

3. 실험 장비 및 부품 실험장비 디지털 멀티미터 1대 직류전원공급기 (9V) 부품 트랜지스터 C1959 NPN 1개 저항 100k[Ω] 3개 1k[Ω] LED RED 축전기 100μF 10μF 택스위치 1

LED

축전기(Capacitor) 전하(전기) 및 전기에너지를 저장 두 도체 판 사이에 절연체가 끼워져 있는 구조. 겉모양은 매우 다양함. 직류는 차단하고 교류는 통과시키는 성질이 있어 필터로서 사용됨 공진 회로에서는 특정 주파수를 선택하는 데 쓰임 전력 수송 시스템에서는 전압과 전력을 안정화시키는 데 이용됨

택 스위치 Tactile: 촉각을 이용한 Tactile  Tact  택 A tact switch is type of switch that is only on when the button is pressed. As soon as you release the button, the circuit is broken. Think of the keys on a keyboard. 택 스위치

4. 실험 절차 C1959 NPN 트랜지스터의 세 단자 및 LED와 Capacitor의 극성에 유의하여 브레드보드에 회로를 구성한다. 전원 DC 6V에 연결한다. 택 스위치를 누르고 있으면서 LED의 점등을 확인한다. 택 스위치에서 손을 떼고 LED가 서서히 꺼지는 것을 확인한다. 축전기를 10μF으로 바꾸어 LED 점등 특성을 확인한다.

IB = 베이스(B)에서 에미터(E)로 흐르는 전류, IC = 컬렉터(C)에서 에미터(E)로 흐르는 전류 5. 회로 해석 택 스위치를 누르고 있으면 저항 R1을 통해 축전기 C1으로 전하가 천천히 모이게 된다. 그 결과 축전기의 전압이 서서히 증가하며 축전기의 전압은 저항 R2를 거쳐 트랜지스터의 베이스 전류(IB)를 0에서부터 서서히 증가시키게 된다(이때 축전기의 용량을 변화시켜주면 점등시간을 조절할 수 있다.). 트랜지스터의 특성에 의해 컬렉터 전류(IC)는 베이스 전류에 비례하여 증가하므로 LED가 서서히 밝아지게 된다. 반대로 택 스위치를 열면 축전기에 모여 있던 전하가 베이스 전류(IB)를 통해서 완전히 방전될 때 까지 서서히 감소하게 된다. (5) 이때 컬렉터 전류(IC)도 따라서 감소하게 되고 그 결과 LED가 서서히 어두워지면서 마침내는 완전히 꺼져버리게 된다. (6) 저항 R3의 역할은 축전기 C1에 모여 있는 전하를 완전히 방전시켜서, 다시 스위치를 닫을 때 전원을 공급한 처음과 똑같은 상태에서 회로가 동작하도록 만드는 역할을 한다. IB = 베이스(B)에서 에미터(E)로 흐르는 전류, IC = 컬렉터(C)에서 에미터(E)로 흐르는 전류

6. 보고서(PPT) 실험제목 목적 실험부품 실험방법 실험결과(장치도/결과를 휴대폰을 이용하여 사진을 찍는다.) 결론