2015년 2학기 PULSE 4 전자물리실험 03-야간 자동 조명 회로

1. 주제 2. 이론 2.1 조도 센서 CdS 조도 센서(CdS) 저항값 측정 실험 어두워지면 LED가 켜지는 회로 실험 주변 밝기에 따라 저항값이 변화되는 소자 저항값은 대략 20Ω ~ 50kΩ 범위 밝을 때에는 낮고 어두울 때 높은 저항값을 갖는다.

2.2 인버터(Inverter)

인버터 스탠드 일반 형광등: 1초에 100회 깜빡임 인버터 스탠드: 고주파 인버터 회로 이용. 1초에 10만회 깜빡임 RGB 3파장으로 자연광에 가깝게

Schmitt Trigger Inverter * 에어컨 On/OFF

DIP (Dual In-Line Package) 2.54mm = 0.1 inch = 100 mil

Schmitt trigger inverter : IC 74HC14 6개의 인버터로 구성되며 인버터 입출력 관계 : 입력(A)에 낮은 전압('L')이 인가되면 출력(Y)에 높은 전압(‘H')이 나오고, 그와 반대로 입력에 높은 전압(’H')이 인가되면 낮은 전압('L')이 출력된다. 보통 IC에 인가되는 직류 전원(Vcc)은 5V이고 낮은 전압(‘L')은 0V에 근접하고 높은 전압('H')은 5V에 근접한다.

74HC14의 입력전압에 따른 출력전압의 변화 : 입력전압을 0으로부터 5V까지 증가시켰을 때와 반대로 5V부터 0까지 감소시켰을 때에는 각각 다른 특성을 보인다. 출력전압이 'H'상태에서 ‘L'상태로 전환되게 하는 문턱 전압(threshold voltage)으로서의 입력전압 레벨을 상위트립포인트(upper trip point; UTP)라고 하며(그림 b) 그 반대로 출력전압이 'L'상태에서 ‘H'상태로 전환되게 하는 입력전압 레벨을 하위트립포인트(lower trip point; LTP)라고 한다. 사소한 잡음과 입력전압의 작은 변화에 대해 과민하게 반응하지 않도록 LTP와 UTP간에는 충분한 전위차를 둔다. 이러한 회로를 Schmitt trigger회로라 한다.

Schmitt trigger 인버터 IC(74HC14) 특성 실험 단, Vcc= 5V 47 Ω

Schmitt trigger inverter 3. 실험 장비 및 부품 실험장비 디지털 멀티미터 1대 직류전원공급기 (5V) 부품 Schmitt trigger inverter 74HC14 1개 저항 10k[Ω] 1k[Ω] 100[Ω] 47[Ω] LED White 조도센서 CdS 6 mm 버저 3V

4. 실험 절차 LED 불빛을 근접시켰을 때, 조명이 켜진 밝은 실내, 센서를 손으로 덮어서 일부 차광했을 때 4.1 CdS 저항값 측정 LED 불빛을 근접시켰을 때, 조명이 켜진 밝은 실내, 센서를 손으로 덮어서 일부 차광했을 때 완전히 차광했을 때 등으로 나누어 다양한 조건 하에서 저항값 변화를 확인해 보라. 조건 전압 V_0 조도센서 저항값 밝은 실내 LED 전등 근접 손으로 가릴 때 완전히 차광

CdS 저항값 측정 LED 불빛을 근접시켰을 때, 조명이 켜진 밝은 실내, 센서를 손으로 덮어서 일부 차광했을 때 완전히 차광했을 때 등으로 나누어 다양한 조건 하에서 저항값 변화를 확인해 보라. * 밝을수록  Vo 증가! [그림] 조도 센서 CdS 저항값 측정

V_utp V_ltp V_H V_L V_LED I_LED [mA] P_LED [mW] 4.2 Schmitt Trigger IC 74HC14 특성실험 & LED 특성(전압, 전류, 소모전력) 단, Vcc= 5V 47 Ω 입력전압 증가 : V_utp (출력변화 V_H ⇒ V_L ) 입력전압 감소 : V_ltp (출력변화 V_L ⇒ V_H ) white V_utp V_ltp V_H V_L V_LED I_LED [mA] P_LED [mW] ※ 주의사항 - 전류측정 대신 저항에 걸리는 전압을 측정하고 저항값으로 나눈다. 전원은 5V 고정 전원은 IC 공급용 전원(Vcc)으로 사용하고 가변 전원은 입력전압(Vin)으로 사용한다. 접지는 공통으로 연결하고, 입력전압은 5 V를 크게 넘기지 않도록 한다. 전원은 회로를 구성한 후 마지막에 연결한다.

10Ω 4.3 야간 자동 조명 & 밝으면 알람 울리는 회로 실험 그림과 같이 회로를 구성하고 특성을 확인하라. 손으로 조도센서를 가렸을 때 LED 점등 (자동 조명) 손을 떼면 버저 울림 (밝으면 알람) ※ 주의사항 - LED 및 버저 극성 주의 - 전원은 제일 마지막에 연결한다. 10Ω

⑭ ② ① ⑦ ⑤ ⑥ 10Ω

… ※ 주의사항 여러 개의 LED를 점등시키고 밝기를 조절하려면… 10 IC 74HC14는 출력전류 정격이 작아서 (25 mA 정도) 곤란 트랜지스터를 이용하여 구동한다. R_S0는 센서의 감도조절 R_B0는 LED의 밝기조절

조건 전압 V_0 조도센서 저항값 V_utp V_ltp V_H V_L V_LED I_LED [mA] P_LED [mW] (실험1) 조도센서 저항값 측정 조건 전압 V_0 조도센서 저항값 밝은 실내 LED 전등 근접 손으로 가릴 때 완전히 차광 (실험2) Schmitt Trigger IC 74HC14 특성실험 & LED 특성(전압, 전류, 소모전력) V_utp V_ltp V_H V_L V_LED I_LED [mA] P_LED [mW]

<실험3. 야간 자동 조명 & 밝으면 알람 울리는 회로 실험> 보고서 전압분배법칙 설명 조도 센서의 밝기에 따른 저항 설명 인버터란? 인버터 스탠드의 원리 Schmitt Trigger Inverter의 입력/출력 특성 설명 Schmitt Trigger Inverter의 관점에서 에어컨의 ON/OFF 설명 어두워지면 LED 켜지고 밝아지면 알람 울리는 회로의 회로도 (이미지) 어두워지면 LED 켜지고 밝아지면 알람 울리는 회로 (사진) LED 켜진 사진