전자회로 왕초보의 기초 - 2.기초 회로도

📍 전자회로 왕 기초 회로도

 

1️⃣

스위치가 열려있을 때 (OFF 상태)

• S1이 열려있으므로 전류가 흐를 수 없음
• D1과 D2를 통해 전류가 흐르지 않기 때문에 LED1과 LED2는 둘 다 꺼져있음

스위치가 닫혀 있을 때 (ON 상태)

• S1이 닫히면, 전류가 흐를 수 있는 경로가 생김
• D1을 통해 LED1로 전류가 흐름 so, LED1이 켜짐
• D2는 역방향이므로 LED2는 여전히 꺼짐

 회로의 스위치(S1)가 닫히면 LED 1은 켜지고 LED2는 꺼진 채로 남아있다. 그 이유는 다이오드의 전류특성 때문이다. (R1, R2는 전류제한용 저항) 이러한 다이오드의 선택적 특성은 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하는 많은 회로에 응용되고 있다.  

 

2️⃣

콘덴서(C1 = 100μF, C2 = 330μF, C3 = 470μF)

 

 모든 스위치가 닫혀 있을 때, 전류가 흐르고 모든 LED가 켜진다. 이 상태에서 S1, S2, S3이 연결되어 있고 S4를 때면 콘덴서가 전류를 저장하고 있다가, 천천히 방출하면서 LED에 전류를 공급한다. 이 덕분에 LED가 즉시 꺼지는게 아니라 점점 어두워지면서 꺼지는 효과가 생긴다. 즉, 이 회로에서 콘덴서는 일종의 배털리 역할을 하면서 LED를 부드럽께 꺼지게 하는 역할을 한다. 

 

 µF는 콘덴서 용량을 의미한다. 콘덴서의 용량에 따라 LED꺼지는 속도가 달라진다. 

 

S4를 먼저 누르면, 전원이 공급되고 전류는 흐르지 않고 콘덴서가 충전된다. S4를 떼면 회로의 전원이 차단된다. 하지만 콘덴츠에서는 전류가 저장되어있다. 이제 남은 전류는 콘덴서가 방전될 때까지 유지된다. 이 상태에서 S1, S2, S3를 누르면 콘덴서의 저장된 전류가 LED로 흐를 수 있다. 

 

 

3️⃣

 이 회로에서는 NPN 트렌지스터의 기본 동작원리를 살펴 볼 수 있다. NPN트렌지스터는 Base에 (+) , Collector(+), Emitter(-) 전압이 연결되어야 정상 작동한다. Tr1의 베이스로 전류가 흐르면, 컬렉터에서 이미터로 큰 전류가 흐를 수 있다. 즉, 트렌지스터가 ON 상태가 되서 LED1이 켜진다. 만약 베이스에 전류가 없으면, 컬렉터에서 이미터 경로가 차단된다. 즉, 트렌지스터가 OFF상태가 되어 LED1이 꺼진다. 

 

💡 즉, 트렌지스터는 작은 전류(베이스 전류)를 이용해 큰 전류를 제어하는 전자 스위치 역할을 한다. 

 

 스위치를 닫으면 R1을 통해 C1으로 전하가 천천히 모인다. 그 결과 C1의 전압이 서서히 상승한다. 상승되가는 C1의 전압은 R2를 거쳐 Tr1의 베이스 전류를 0으로부터 천천히 증가시켜 간다.  Tr의 특성에 의해 컬렉터 전류는 베이스 전류에 비례하여 증가하므로 LED1이 서서히 밝아진다. 반대로 스위치를 열면 C1에 모여있는 전하가 베이스 전류를 통해 완전히 방전 될 때까지 서서히 감소하므로, 컬렉터 전류도 따라서 감소하게 되고 그 결과 LED1이 서서히 어두워지면서 마침내는 완전히 꺼져버린다. 

 

 ✅ 콘덴서의 방전속도

• 콘덴서의 용량이 클수록 더 오래 유지됨
• R2, R3의 값도 영향을 줌
  • 저항이 크면 전류가 천천히 흐르므로, LED가 더 오래 켜져있음.
  • 저항이 작으면 빠르게 방전되어 LED가 빨리 꺼짐.

💨 즉, C1과 저항값을 조절하면 LED가 꺼지는 속도를 조절할 수 있음

 

4️⃣ 이건 기초가 아닌 어려움

 이 회로는 트렌지스터 와 콘덴서를 이용한 멀티바이브레이터(진동 회로, Multivibrator)회로이다. 쉽게 말하면, LED 1과 LED2가 번갈아 깜빡이는 회로이다. 트랜지스터 Tr1, Tr2가 스위치 역할을 하면서 번갈아 ON/OFF가 된다. 콘덴서C1, C2가 충전/방전하면서 LED가 깜빡이는 속도를 조절한다. 

 

 콘덴서의 충전과 방전이 트렌지스터의 ON/OFF를 조절해서 두개의 트렌지스터가 서로 반대 상태로 동작하게 된다. Tr1이 ON이면 Tr2는 OFF, Tr1이 OFF이면 Tr2는 ON이 된다. 이 과정이 계속 반복되면서 LED가 번갈아 깜빡인다. 이유는 다음과 같다.

 

 

이것을 이해하기 위해서는 시정수라는 개념을 이해해야한다. 

 

✅ 시정수란? 

시정수는 RC회로의 충전과 방전 속도를 결정하는 중요한 요소이다. 

정의된 말의 의미는 다음과 같다. 

: 전기회로에 갑자기 전압을 가했을 경우 전류는 점차 증가하여 마침내 일정한 값에 도달한다. 이 때의 증가의 비율을 나타내는 것으로, 정상값의 63.2％에 달할 때까지의 시간을 초로 표시한다.

•  τ=RC

•  회로에서 사용된 저항(R1, R2)은 100kΩ, 커패시터(콘덴서)는 10 µF

 

τ=RC

τ = 100kΩ * 10 µF

 = 100 * 10^3 * 10 * 10^(-6)

 = 1sec

 

• 한쪽 트랜지스터가 on에서 off로 바뀌는데 걸리는 시간이 약 1초 
• 시정수가 클수혹 LED의 깜박이는 속도가 느려지고, 작을수록 더 빠르게 점멸
• 커패시터 충전/방전의 전압 변화는 지수함수적으로 증가/감소
• 일정 시간이(시정수 τ) 지나면 커패시터가 63%까지 충전
• 이때부터 커패시터로 흐르는 전류가 줄어듦

 

✅  작동원리

✔ 커패시터가 63%까지 충전될 때까지 시간이 걸림 (RC 시정수 τ의 역할)
✔ 커패시터의 전압이 특정 수준(0.7V 이상)에 도달하면 트랜지스터가 ON/OFF 상태를 변경
✔ 트랜지스터의 ON/OFF에 따라 커패시터의 충/방전이 반복됨
✔ 이 과정이 자동으로 반복되면서 LED가 교대로 깜빡임

 

 

 

 

 

 

 

 

Reference

 

https://m.blog.naver.com/ezis1123/130172214854?recommendTrackingCode=2

<펌> 왕초보 전자회로 강좌특집 2부

 

본글은 위의 글로 공부를 하고 정리한 내용을 바탕으로 하고 있습니다. 

분명 왕초보로 라고 했지만 절대 왕초보는 아닌것 같은 어려운 전자회로 였습니다.