9V 전압에서 테스트하는 PN2222A 트랜지스터
드디어 ^^ "짜릿짜릿 전자회로 DIY (2판) 뜯고 태우고 맛보고, 몸으로 배우는" 책에서 다루고 있는 트랜지스터를 구입했습니다.
PN2222A
; https://www.eleparts.co.kr/goods/view?no=642947
Transistors Bipolar (BJT) NPN Gen Pur SW
(첨부 파일에 datasheet - pn2221-2222a-11964.pdf가 있습니다.)
[그림 출처:
https://en.wikipedia.org/wiki/2N2222]
C1815 트랜지스터의 경우 다리 모양이 ECB 순이어서 책의 내용을 실습하면서 좀 헷갈렸는데 이제는 실수할 여지가 줄었습니다. ^^
일단 트랜지스터에 대한 실습은 C1815를 다루면서 했기 때문에,
9V 전압에서 테스트하는 C1815 트랜지스터
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11651
단지, 지난번 회로를 다음과 같이 바꿔주는 정도만 하면 됩니다. (참고로, 그새 9V 건전지가 닳아서 8.6V 만 나옵니다. ^^)
+/- 전체 회로 미동작: 8.69V
+/- 전체 회로 동작: 8.69V
GND - Base: 8.69V
GND - Collector: 8.69V
GND - Emitter: 7.97V
GND - LED(+)
GND - 100K 저항: 6.01V
따라서, LED는 7.97V - 6.01V = 1.96V
Base - Emitter 구간은 8.69V - 7.97V = 0.72V
저항[Right] - LED[Left] 구간의 Emitter 전류: 0.04mA
Base가 Emitter보다 0.7V 정도 높아야 한다는 것과 일치합니다. 그렇다면 C1815 트랜지스터의 경우에는 0.5V 정도의 차이만 난다면 동작하는 것이 맞는 것 같습니다. 전류의 경우 200:1의 증폭이라면,
200:1 = 0.04mA:x
200x = 0.04mA
x = 0.0002mA
베이스 입력 전류가 0.0002mA라는 것인데 제 계측기의 측정 범위를 벗어나므로 측정으로 확인할 수는 없습니다. 대신 저항을 1K로 낮추고 Emitter 측의 전류를 측정하면 5.32mA가 나왔고 5.32 / 200 = 0.0266mA가 베이스 측에 측정되어야 하는데 (아마도 제 계측기의 정밀도가 0.1mA이므로) 정확하지 않게 0.01mA가 계측되었습니다.
재미 삼아서, 트랜지스터의 입력 중 컬렉터의 선을 제거하면 어떻게 될까요? 여전히 베이스 - 이미터 간 연결은 잘 됩니다. 게다가 마치 그냥 선을 연결한 것과 다름없이 동작합니다. 실제로 전류 값을 측정해도 다음과 같이 입력과 출력이 동일합니다.
베이스 측의 입력 전류: 5.23mA
이미터 측의 출력 전류: 5.23mA
베이스 측의 전압: 8.62V
이미터 측의 전압: 7.90V (차이: 0.72V)
그러니까, 트랜지스터의 각 노드 간 연결을 정리해 보면 이렇습니다. (혹시 틀린 사항 있으면 덧글 부탁드립니다. ^^)
베이스 - 이미터: 베이스가 이미터보다 0.7V 만 높으면 낮은 저항처럼 동작
컬렉터에 전압이 있는 경우 베이스로부터의 유입되는 전류가 이미터 대비 200:1의 비율로 낮춰짐
컬렉터 - 이미터: 평상시에는 단선
하지만 베이스에 전압이 이미터보다 0.7V 높게 들어오면 베이스 대신 이미터로 전류를 흘려보냄
일단 스위치가 켜지면 이 구간의 내부 저항은 거의 0에 가깝게 됨.
이미터 측의 전압은 베이스로부터 0.7V 낮은 전압 (컬렉터 측의 전압과는 무관)
그 외에 계측기로 각 EBC에 대해 탐침으로 저항을 측정해 보면,
[-] 탐침 B
[+] 탐침 E - 23.80MΩ
[+] 탐침 C - 14.47MΩ
[-] 탐침 C
[+] 탐침 B - (측정 불가)
[+] 탐침 E - (측정 불가)
[-] 탐침 E
[+] 탐침 C - (측정 불가)
[+] 탐침 B - (측정 불가)
C1815와 마찬가지로 Base에 대해서만 나타나고 저항값은 좀 더 낮은 정도입니다.
(
첨부 파일에 이 글의 그림에 대한 fzz 파일이 있습니다.)
마지막으로 토글형 스위치 소개로 마무리하겠습니다. 제가 구매한 것은 2가지 제품이었는데, 우선 아래의 것은 "기판용"이라고 되어 있고 실제로 브레드보드의 홀에 맞습니다.
AT1D-2M3 기판용 소형토글스위치
; https://www.eleparts.co.kr/goods/view?no=32411
만능기판에 사용가능한 소형토글스위치
ON-ON(OFF)
제조사: DECO
회로: SPDT
스위치 기능: ON-ON
정격전압-AC: 48V
정격전압-DC: 48V
정격전류: 0.4A
조명: 비조광
종단타입: PCB 스루홀
IP등급/Seal: Sealed
실장타입: 스루홀
(첨부 파일에 datasheet - AT1D.jpg가 있습니다.)
문제는, 핀의 길이가 3.3mm라고 되어 있는데 너무 짧아서 브레드보드에서 토글을 힘줘서 시키면 (매번) 부품이 빠져나와서 도저히 쓸 수가 없습니다. 반면 또 다른 토글 스위치로 구매했던 아래의 제품은,
CS12ANW03 - SWITCH, SLIDE, SPDT, 3A, 250V, TH
; https://www.eleparts.co.kr/goods/view?no=3043331
제조사: NKK SWITCHES
시리즈: CS
회로: SPDT
스위치 기능: On-On
액추에이터 타입: 표준
종단타입: PC 핀
실장타입: 스루홀
(첨부 파일에 datasheet - 1783590.pdf, 2039771.pdf가 있습니다.)
기판 용이 아니지만, 제법 힘을 주면 브레드보드에 들어갑니다. 그런데 브레드보드 용 핀의 규격이 아니기 때문에 적당한 자리 하나 찾아서 그냥 꼽아 놓고 쓰는 것이 좋을 정도입니다.
그러니까... 딱히 브레드보드 용으로 적합한 토글 스위치 제품을 찾지는 못했는데, 그나마 위의 2개 제품에서는 아래의 것이 더 나은 정도입니다. (혹시 알고 있는 제품 있으면 추천 부탁드립니다. ^^)
스위치
극(Pole)의 수: 한 번의 스위치 동작을 통해 동시에 활성화될 수 있는 회로 수
절환(Throw)의 수: 출력 가지 수
SPST: 단극단투, ON/OFF 스위치로 가장 일반적
SPDT: 단극쌍투, A 또는 B로 연결할 수 있는 있는 스위치
DPST: 쌍극단투, SPST 스위치 2개가 동시에 움직이는 효과, 즉 2극을 한꺼번에 연결/끊는 경우
DPDT: 쌍극쌍투, SPDT 스위치 2개를 합쳐 놓은 효과
택 스위치(Tactile Switch)
다목적으로 사용되는 가장 흔한 스위치
회로 방식은 대체적으로 1회로 1접점의 누르면 ON, 떼면 OFF 방식
장점: MD가 가능하고 크기가 작으며 저렴
단점: 다접점 방식 사용이 불가능하며 Locking 방식(한 번 누르면 On, 다시 한번 누르면 Off가 되는 방식) 지원이 되지 않음
푸시 스위치(Push Switch)
PC의 전원과 같이 누름 방식의 스위치, 누르면 켜지는 타입/누르면 꺼지는 타입/Lock이 있는 타입 등
장점: 같은 누름 방식의 택 스위치에 비해 접점 유지성이 좋음
단점: 크기가 택 스위치에 비해 크고 SMD가 불가능
딥 스위치(DIP Switch)
주로 통신기기나 마이크로컴퓨터 등에서 각종 설정을 위해 사용
DIP형 IC 형태를 띄고 있으며, 각각의 비트마다 독립적인 ON/OFF 가능
접점 용량이 작기 때문에 대전류용으로는 부적합
종류: Slide, Piano type
로타리 스위치(Rotary Switch)
다른 회로 기능을 제어하기 위해 회전에 의해 조작되는 스위치
일반적으로는 공통 단자가 1개 또는 2개가 있고 나머지 단자들과 순차적으로 접점을 형성하면서 돌아가게 됨
판넬에 설치하여 순서적으로 전환하여 선택하는 용도로 사용
감도의 전환이나 주파수의 선택 등 측정기에 사용
토글 스위치(Toggle Switch)
레버를 동작시켜 스위칭 작용을 하는 스위치
다양한 종류의 부하 용량을 가짐
주로 전원 연결용, 판넬 조작용 등으로 사용
소형화 어려움
슬라이더 스위치(Slider Switch)
토글 스위치와 동작은 같지만 밀어 움직이는 방식
소형 기구의 전원 연결용으로 사용
MP3의 hold 스위치처럼 아주 소형으로도 제작 가능
마이크로 스위치(Micro Switch)
비교적 소형의 스위치로 아주 작은 힘에도 민감하게 작동
주로 충돌이나 접촉을 감지하는데 사용
리드 스위치(Reed Switch)
밀폐된 유리관 속에 자기에 의해 강하게 자화되는 성질을 지닌 강자성 물질의 리드가 한 쌍으로 구성
미세한 거리를 두고 떨어져 있는 리드는 자석이 자기장 범위 내에 위치할 때 스위치가 ON
회로의 구성이 필요 없는 비접촉
세탁기, 냉장고 등 문 잠금 제어부, 도어 센서, 보안 시스템 등의 분야에 적용
채터링(바운스) 현상
스위치를 작동하여 접점을 닫으려 하면 한 접점이 다른 접점을 향하여 움직임
접점이 충돌을 하게 되는데 접점의 재료가 탄성체이므로 다시 튀어 오르기를 수 차례 반복하는 현상
대략 20ms 정도를 반복하다가 완전하게 닫힌 상태를 유지
해결 방법:
소프트웨어 - 마이크로프로세서의 프로그램으로 1번 스위치가 닫히면 20ms 정도를 기다린 후 다시 체크
하드웨어 - Flip-Flop을 이용
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