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

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1 2015년 2학기 PULSE 4 전자물리실험 03-야간 자동 조명 회로

2 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.

3 2.2 인버터(Inverter)

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

5 Schmitt Trigger Inverter
* 에어컨 On/OFF

6

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

8 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.

9 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.

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

11 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

12 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

13 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

14 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.

15 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

16 ⑭ ② ① ⑦ ⑤ ⑥ 10Ω

17 … ※ 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

18 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]

19 <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