입력 전압에 따른 LED의 전압/저항 변화
아래의 테스트를 하면서,
PC에 연결해 동작하는 자신만의 USB 장치 만들어 보기
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11606
LED가 없어 쓸데없이 고생을 했는데요, 이를 만회하기 위해 아예 다음과 같은 LED를 10개씩 구매해 버렸습니다. ^^
아두이노 LED 5mm 흰색 (AS0023)
; http://arduinostory.com/goods/goods_view.php?goodsNo=1000000023
제조사: 애니벤더
원산지: 중국
사양:
VF 3.0 ~ 3.2V
IV 10000 ~ 12000mcd
WD 6000 ~ 8000K
5파이
크기: 넓이 5mm x 높이 36.5mm
아두이노 LED 5mm 노란색 (AS0275)
; http://arduinostory.com/goods/goods_view.php?goodsNo=1000000275
제조사: 애니벤더
원산지: 중국
사양:
동작전압(Operating Voltage) 2.2 ~ 2.4V
사용전류(Using Current): 20mA 미만
크기: 넓이 5mm x 높이 36.5mm
아두이노 LED 5mm 빨간색 (AS0094)
; http://arduinostory.com/goods/goods_view.php?goodsNo=1000000094
제조사: 애니벤더
원산지: 중국
사양:
동작전압(Operating Voltage) 1.6 ~ 2V
사용전류(Using Current): 20mA 미만
크기: 넓이 5mm x 높이 36.5mm
아두이노 LED 5mm 녹색 (AS0276)
; http://arduinostory.com/goods/goods_view.php?goodsNo=1000000276
제조사: 애니벤더
원산지: 중국
사양:
동작전압(Operating Voltage) 2.2 ~ 2.4V
사용전류(Using Current): 20mA 미만
크기: 넓이 5mm x 높이 36.5mm
아두이노 LED 5mm 흰색 (AS0023)
; http://arduinostory.com/goods/goods_view.php?goodsNo=1000000023
제조사: 애니벤더
원산지: 중국
사양:
동작전압(Operating Voltage) 2.2 ~ 2.4V
사용전류(Using Current): 20mA 미만
크기: 넓이 5mm x 높이 36.5mm
LED마다 동작 전압이 다르기까지 하는군요. ^^ 이번 테스트에서는 녹색으로 했고, 따라서 사양은 다음과 같습니다.
동작전압(Operating Voltage) 2.2 ~ 2.4V
사용전류(Using Current): 20mA 미만
그런데 지난번 LED 테스트 때도 그랬지만,
아두이노 레오나르도 R3 호환 보드의 3.3v 핀의 LED 전압/전류 테스트
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11643
측정 결과만 놓고 보면, LED는 회로에 부여된 전압에 따라 소비 전압이 바뀝니다. (그에 따라 저항도 달라집니다.) 어떤 식으로 달라지는지 이참에 값으로 기록을 남겨 볼 텐데, 이를 위해 9V를 시작으로 전압 분배하는 방법을 사용해 보겠습니다.
가변저항으로 분압
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11650
1KΩ 저항과 LED, 가변 저항을 연결한 테스트 회로는 다음과 같고,
측정 결과는 아래의 목록에 정리했습니다.
[측정값]
분배 전압: 9.09V
전류: 6.49mA
LED 전압: 2.743V
978Ω 저항 전압: 6.35V
(총 전압: 9.093V)
[계산 값]
LED: 약 2.743V = R * 6.49mA, R = 422.6502Ω
978Ω: 약 6.34722V = 978 * 6.49mA
(총 저항: 422 + 978 = 약 1,400.6502Ω)
가변 저항 크기: 4.46KΩ
[측정값]
분배 전압: 3.638V
전류: 1.24mA
LED 전압: 2.418V
978Ω 저항 전압: 1.220V
(총 전압: 3.638V)
[계산 값]
LED: 약 2.418V = R * 1.24mA, R = 1,950Ω
978Ω: 약 1.21272V = 978 * 1.24mA
(총 저항: 1,950 + 978 = 2,928Ω)
[측정값]
분배 전압: 3.264V
전류: 0.90mA
LED 전압: 2.372V
978Ω 저항 전압: 0.890V
(총 전압: 3.262V)
[계산 값]
LED: 약 2.372V = R * 0.90mA, R = 2,635.5555Ω
978Ω: 약 0.8802V = 978 * 0.90mA
(총 저항: 2,635 + 978 = 약 3,613Ω)
[측정값]
분배 전압: 2.866V
전류: 0.55mA
LED 전압: 2.312V
978Ω 저항 전압: 0.508V
(총 전압: 2.82V)
[계산 값]
LED: 약 2.312V = R * 0.55mA, R = 4,203.6363Ω
978Ω: 약 0.5379V = 978 * 0.55mA
(총 저항: 4,203 + 978 = 약 5,190Ω)
[측정값]
분배 전압: 2.494V
전류: 0.25mA
LED 전압: 2.234V
978Ω 저항 전압: 0.265V
(총 전압: 2.499V)
[계산 값]
LED: 약 2.234V = R * 0.25mA, R = 8,936Ω
978Ω: 약 0.24675V = 978 * 0.25mA
(총 저항: 8,936 + 978 = 9,914Ω)
당연한 결과이긴 한데, 대충 봐도 전압이 낮아질수록 LED는 자신의 운영 전압인 2.2V ~ 2.4V를 가능한 소비하므로 그에 따라 저항이 커지는 효과를 갖습니다.
(
첨부 파일은 이 글의 그림에 사용한 fzz 원본 파일입니다.)
발광 소자 - LED와 같이 전기적 에너지를 광 에너지로 변환, 발광 다이오드, 레이저 다이오드 등
발광 다이오드 - 반도체 p-n 접합에 순방향 바이어스를 인가하여 빛을 방출, 화합물 반도체에 속함(반도체의 종류 - 단원소, 화합물, 유기물)
리드가 짧은 쪽 또는 평탄한 면이 있는 곳이 음극(Cathode)
n층의 전자와 p층의 정공이 결합하면서 높은 에너지 준위에서 낮게 떨어지고, 그 준위차 만큼의 빛 에너지 발생
에너지 차이가 크면 보라색 계통의 단파장 빛, 작으면 붉은색 계통의 장파장 빛 방출(가시광선, 적외선, 자외선)
Continuous Forward Current IF(max): 연속적으로 인가할 수 있는 최대 전류, 규정된 IF(max) 이상의 전류가 흐르지 않도록 주의
Forward Voltage VF(typ): LED에 인가할 수 있는 순방향 최대 전압
Maximum reverse voltage VR(max): Breakdown 방지를 위하여 허용할 수 있는 최대 역전압
Luminous intensity: 주어진 전류에서의 빛의 세기(광도), 단위: mcd
일반적으로 1.5 ~ 2.5V 정도의 전압이 필요하고 10 ~ 5mA 정도의 전류가 흐름(자세한 것은 제조사의 datasheet 참조)
예를 들어, VF 2V, IF 10mA의 경우 5V 전압을 인가하게 되면, 3V 만큼의 부하를 가져갈 저항을 연결
R = (3V / 10mA) = 300옴, 따라서 가장 인접한 Standard E12 계열 저항값으로 330옴의 저항을 직렬 연결
7-Segment: a ~ g까지의 7개의 직사각형 LED와 소숫점 표시를 위한 도트 포인터, LED의 어느 곳을 공통 단자(Common)로 하느냐에 따라 Anode 타입과 Cathode 타입이 있음
수광 소자 - 포토 다이오드와 같이 광 에너지를 전기적 에너지로 변환, 포토 트랜지스터, 포토 다이오드, 태양전지, Cds셀(광도전 셀) 등
일반적으로 PIN 광다이오드, 어밸런치 광다이오드(Avalanche PD)가 수신부에 사용
광전효과 - 금속 표면에 특정 진동수보다 큰 진동수의 빛을 비추었을 때 금속에서 전자가 튀어나오는 현상으로, 이때 튀어나오는 전자를 광전자라고 함
* 광기전력 효과 - 광자 에너지를 흡수하여 반도체의 PN 접합이나 반도체와 금속의 접합면에 전위차를 발생시키는 효과로 입사광의 강도에 따라 증가, 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 태양 전지 등에 사용
* 광도전 효과 - 빛을 비추었을 때 내부의 전기 전도도가 커지는 효과로 물질의 전기 저항이 변화, Cds셀 등으로 사용
* 포토 다이오드 - 어두운 곳에서는 순방향 전압을 가하더라도 전류가 흐르지 않고 빛이 있을 때만 순방향 전류가 흐르는 특성 (전압의 크기는 빛의 강도에 비례)
- 포토 다이오드는 발광 다이오드와 유사하게 생겼지만 반대의 기능
- PIN 다이오드, 쇼트키 다이오드, 애벌런치 다이오드
* 포토 트랜지스터 - 일반적으로 전기적 구조는 NPN 또는 PNP 타입, 증폭 효과로 인해 포토 다이오드에 비해 민감
- 베이스 단자가 부탁된 구조도 있음, 포토 달링턴의 경우 출력 전류가 커 릴레이를 직접 구동 가능
광복합 소자 - 포토 커플러와 같이 발광 소자와 수광 소자를 하나의 패키지에 절연 상태로 수용, 서로 다른 회로 간의 신호 교환 등의 목적으로 사용, 포토 커플러, 포토 인터럽트 등
- 전압이 서로 다른 회로 간의 신호 교환을 목적으로 사용
* 포토 커플러 - 포토 인터럽트와는 달리 빛이 통과하지 못하는 흑색 수지로 패키징해 외부광의 영향을 받지 않음
- 변성기나 전자 릴레이 대신에 소형/고신뢰성의 소자로 사용
* 포토 인터럽트 - 발광부와 수광부가 마주 보고 있어 그 사이에 물체가 들어가면 빛이 차단되어 수광부의 광전류가 차단되는 구조
- 비접촉으로 물체의 유무 및 위치 감지, 주로 회전체의 회전검출, 물체의 위치 검출에 사용
- 투과형 인터럽트 - 물체의 유무와 위치를 감시
- 반사형 포토 인터럽트 - 반사광을 수광 소자에서 검출하는 방식
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