지정된 전압, 전류 조건을 만족하는 전압 분할기를 설계한다.지정된 전압, 전류 조건을 만족하는 전류 분할기를 설계한다.회로를 구성하고 실험하여 설계조건에 맞는지 확인한다.1.특정 부하에 대한 전압 분할기 설계.예제를 통해 전압, 부하전류, 분로전류 등 지정된 조건을 만족하는 전압분할회로의 설계과정을 알아본다.Q1) 30v 전원공급기에 대한 전압분할 회로를 설계한다. 요구되는 전류는 30v에서 50mA, 25V에서 40mA이다. 분로전류의 경험적인 값은 근사적으로 부하전류의 10%이며, 이 조건에서의 분로전류는 10mA이다.● 아래 그림과 같은 회로도를 그리고, 부하전류와 부하전압을 표시
저항기 색 코드와 저항 값 측정 색 코드로 표시된 저항값을 결정한다 . 여러가지 저항기의 저항값을 측정한다 . 저항계의 여러 가지 저항범위를 이용하여 저항기의 값을 측정한다 . 분압기 (potentiometer) 의 세 단자 중 두 단자 사이의 저항을 측정하고 , 분압기의 축을 회전시키면서 저항값의 변화를 관찰한다 . 실험 목적 실험의 이론적 배경 색 코드란 무엇인가 ? 가변 저항기란 무엇인가 ? 저항값은 어떻게 측정하는가 ? 1. 색 코드 10 의 제곱수 두 번 째 자릿수 오차 범위 2. 가변 저항기 분 압 기 가감 저항기 분 압 기 기계적인 위치 변화를 통해서 전기적인 출력 신호의 양 또는 크기를 조절하는 역할을 하는 부품을 말한다 . 총 저항의 값은 같지만 (A 단자와 B 단자 사이의 저항은 고정되어 있다 .) C 단자의 표면의 길이에 따라 저항값이 변하는 원리이다 . 라디오의 음량조절 , 스테레오 수신기의 음정 및 음색 조절 등 사용된다 . VOM DMM 3. 저항 계 아날로그 멀티미터 디지털 멀티미터 전압 · 저항 · 전류의 측정을 위한 테스터 전압측정 외에 전류나 저항을 측정할 수 있다 측정 계기 DMM(Digital muiltimeter ) VOM(Volt ohm milliammeter ) 저항기 색 코드를 가지고 서로 다른 저항값 과 허용 오차를 가진 저항기 10 개 10K 분압기 기타 12 인치 길이의 연결 도선 도선 절단기 실험 준비물 1. 저항값의 확인 과 저항 계 설정 저항기의 색코드로 저항값 , 허용 오차을 측정하고 , 테스터기로 실제 저항값을 확인한다 . 위 저항값에 대한 퍼센트 정밀도를 계산한다 . % 정밀도 = 코드값 − 측정값 코드값 X 100 실험과정 2. 분압기의 저항값과 측정 다이얼을 최소로 돌린 후 분압기의 세 단자 중 A,B 단자의 저항값을 측정한다 . 분압기의 A,C 단자의 저항값을 측정한다 . 분압기의 B,C 단자의 저항값을 측정한다 . AC 저항값과 BC 의저항값의 합이 AB 의 저항값이 되는지 확인한다 .
옴의 법칙실험 목적 회로 내의 전류 , 전압 , 저항 사이의 관계를 실험적으로 확인한다 . 옴의 법칙을 입증한다 . 측정오차의 원인을 규명한다 .이론적 배경 1. 옴의 법칙 V = IR ( 전압은 전류와 저항에 비례한다 .) [R=V/I] EX) R = 10 Ω V = 10~50v (10v 간격으로 증가 후 측정 ) R( 저항 ) 10 Ω V( 전압 ) 10 20 30 40 50 I ( 전류 ) 1 2 3 4 5 ※ 저항이 일정 할 때 , 전압이 증가하면 전류가 증가한다 . 일정 증가 증가2. 측정 오차 아날로그 계기 눈금의 오차 시차에 의한 오차 : 계기의 눈금을 중앙에서 읽지 않을 때 발생한다 . - 계기눈금 바로 밑에 거울을 놓고 , 거울에 반사된 상 바로 위에 계기 바늘 위치 후 측정 . - 주위 깊게 읽을 것 시차로 인한 잘못된 측정 정확한 측정실험 준비물 전원장치 ■ 가변 0-15V 직류전원 (regulated) 측정계기 ■ 0-10mA 밀리암미터 ■ VOM 또는 DMM 저항기 ■ 100 Ω ½W, 5% 1 개 ■ 5K Ω 2W 분압기 1 개 기타 ■ SPST 스위치예비점검 1. 고정 저항기에 흐르는 전류는 저항기에 걸리는 전압에 한다 . 2. 저항기에 걸리는 전압이 일정하다면 , 저항기에 흐르는 전류는 저항값에 한다 . 3. 폐회로에서 I, V 그리고 R 사이의 관계식은 이다 . 4. 질문 (3) 의 관계식을 이라고 한다 . 5. 10K Ω 저항기에 125V 전압이 걸렸을 때 , 이 저항기에 흐르는 전류는 이다 6. 어떤 저항기에 걸린 전압이 60V 이고 , 흐르는 전류가 50mA 라고 하면 , 이 저항기의 저항 값은 이다 . 7.1.5K Ω 저항기에 0.12A 의 전류가 흐를 때 , 이 저항기에 걸리는 전압은 이다 . 8. 아날로그 계기의 눈금을 읽을 때 , 측정자와 계기바늘 사이의 직선은 계기눈금과 이 되어야 한다 . 9. 계기눈금 바로 밑에 을 놓고 , 계기바늘이 과 일치하도록 읽는 위치를 잡으면 시차 ( 視差 ) 에 의한 오차를 없앨 수 있다 . 비례 반비례 I=V/R 옴의 법칙 12.5mA 1.2K Ω 180V 수직 거울 반사된 상실험 과정 Part 1 1. 그림 (A) 의 A-B 사이 저항이 1000 Ω 이 되도록 분압기 조정 후 아래 그림 (B) 와 같이 회로를 연결한 다 . ( 반드시 회로와 분리된 상태에서 저항값 변경 ) 2. 전원 인가 후 S1 스위치를 닫고 , 전압이 2V 가 될 때 까지 서서히 전압을 인가 후 기록한다 . 3. 전압이 4V 가 될 때 까지 서서히 전압인가 후 기록한다 . 4. 전압이 6V 가 될 때 까지 서서히 전압인가 후 기록한다 . 5. 전압이 8V 가 될 때 까지 서서히 전압인가 후 기록한다 . 6. 측정 값을 통하여 V/I 값을 측정한다 . 7. V, I 의 관계식을 추론한다 . 8. 추론한 관계식으로 V=5.5v, V=90v 일 때 I 의 값을 계산한다 . 9. 전원 인가 후 S1 스위치를 닫고 5.5V 가 될 때까지 서서히 전압을 인가 후 측정한다 . 10. 전원 인가 후 S1 스위치를 닫고 90V 가 될 때까지 서서히 전압을 인가 후 측정한다 .Part2 1. A-B 사이 저항이 2K Ω 이 되도록 분압기 조정 후 회로에 연결한다 . 2. 전원 인가 후 S1 스위치를 닫고 4V 가 될 때까지 서서히 전압 인가 후 측정한다 . 3. 6V, 8V, 10V 의 순서대로 앞의 과정을 반복 후 측정한다 . 4. 위 과정을 통해 얻어진 전압 , 전류 측정값으로 부터 V/I 를 계산한다 . 5. 위 과정을 통해 V 와 I 의 관계식을 추론한다 . 6. V=6V, V=12V 일 때의 I 값을 계산한다 . 7. 전원 인가 후 , S1 스위치를 닫고 6V 가 될 때까지 서서히 전압 인가 후 기록한다 . 8. 12V 가 될 때 까지 서서히 전압 인가 후 기록한다 .Part3 분압기의 저항이 3K Ω 이 되도록 하고 part1,2 과정을 반복한다 .( 실험전압은 6V, 8V, 10V, 12V 이며 formula test 의 전압은 7V, 13.5V 이다 .) Part4 분압기의 저항이 4K Ω 이 되도록 하고 part1,2 과정을 반복한다 .( 실험전압은 8v, 10v, 12v, 14v 이며 formula test 의 전압은 8V, 14.5V 이다 .)감사합니다 .{nameOfApplication=Show}
*중첩의 정리(Superposition Theorem)-하나 이상의 전압원을 포함하는 선형회로에서 임의의 소자에 소자에 흐르는 전류는 단독으로 동작하는 개별 전압원에 의해 생성된 전류의 대수적 합과 같다.또한 임의의 소자에 걸리는 전압은 개별 전압원에 의해 생성된 전압의 대수적 합과 같다<중 략>1. 전원장치■0-15V 가변 직류전원(regulated) 2개2. 측정계기■DMM 또는 VOM■0-100mA 전류계3. 저항기(1/2W, 5%)■820Ω 1개■1.2KΩ 1개■2.2KΩ 1개4. 기타■SPST스위치 2개
스위치와 스위치 회로실험 목적 1. 스위치의 일반적인 유형 확인 및 시험 2. 스위치 회로 구성이론적 배경 1. 스위치란 ? 2. 스위치의 유형 3. 스위치 정격 4. 스위치 테스트1. 스위치란 ? 스위치란 ? - 전류 경로를 제어하기 위해 사용되는 부품 . ‘ 닫혔다 ’ 라는 것은 회로가 연결되어 전류가 흐를 수 있게 됨 . ‘ 열렸다 ’ 라는 것은 회로가 끊어져 전류가 흐를 수 없게 됨 . V t 5V R 1 L 1 CLOSE SWITCH V t 5V R 1 L 1 OPEN SWITCH 스위치로 전류경로를 제어할 수 있다 .2. 스위치의 유형 Pole 와 throw Pole 회로내의 제어점에서 연결되는 스위치 단자를 말한다 . ( 혹은 공통단자 ) throw 스위치가 회로의 다른 부분으로 연결된수 잇는 가지 수 Load A V T S 2 1 2 Load B 전원 쪽의 연결은 단지 하나뿐이며 , 이 스위치는 single pole 이라 부른다 . 이 스위치는 접점 1 이나 2 로 연결될 수 있으므로 double throw 라고 한다 . 결국 이 스위치는 single-pole double throw 라고 한다 . 이를 약자로 SPDT 라고 표기한다 .SPDT SPST DPDT DPST 위의 그림과 같이 단자의 가짓수와 연결될 수 있는 가짓수에 따라 스위치의 종류가 달라지는 것을 알 수 있다 .※ 누름 버튼 스위치의 유형 정상 상태 닫힘 PBNO(PUSH BUTTON NOMALLY - CLOSED) 정상 상태 열림 PBNC(PUSH BUTTON NOMALLY-OPEN) 스위치는 일반적으로 누름 버튼 (PUSH-BUTTON) 에 의하여 동작된다 , 이는 정상상태일때 열려있거나 , 닫혀있는 것에 따라서 두 가지 종류가 있는데 바로 PBNO(PUSH BUTTON NOMALLY - CLOSED) PBNC(PUSH BUTTON NOMALLY-OPEN) 로 나눌 수 있다 .2. 스위치의 정격 정격 전류 일정 시간 동안 스위치가 수용할 수 있는 최대 안전 전류를 말한다 . (ow 를 확인 ) 전압이 인가된 회로를 테스트 하는 경우 , 스위치 단자 사이의 전압을 읽는다 . 스위치가 닫힌 경우 , 즉 단락 되었을 경우에는 단자 사이의 전압 감소는 0 에 가깝다 . 스위치가 개방 된 경우에는 전압계에 인가된 전원전압이 나타난다 .예비 점검 1. 스위치가 닫히면 , 두 접점 사이의 저항은 근사적으로 ( 0 ) Ω 이다 . 2. 스위치가 닫히면 , 모든 전압은 스위치의 양단에 걸린다 . ( 맞음 / 틀림 ) ( 틀림 ) 3. 스위치는 종종 ( pole ) 와 ( throw ) 의 개수 에 따라 구분 된다 . 4. 스위치에는 보통 ( 전류 ) 와 ( 전압 ) 의 정격이 명시 되어 있다 . 5. 전압이 공급되고 있는 회로내의 닫힌 SPST 스위치 양단에 걸리는 전압은 ( 0 ) V 이다 .실험 준비물 전원장치 0-15v 가변 직류전원 2 개 (regulated) 측정계기 VOM 또는 DMM 저항기 1K Ω ½-W 1 개 기타 SPST, SPDT, DPST, DPDT, PBNO, PBNC 스위치 각각 1 개 12-V 백열 전구 2 개실험 과정 1. 스위치의 구분 및 시험 1. SPST 스위치를 시험한 후 모든 단자를 스케치하고 각 단자의 이름과 번호를 기입한다 . 2. 스위치의 기호를 그리고 과정 위에서 사용된 단자 번호 기입한다 3. 스위치는 a 와 b 두 개의 동작 위치를 가지고 있다 . 스위치를 a 위치에 놓고 저항계를 사용하여 스위치 단자사이의 연결 상태를 점검한다 . 표에 스위치의 연결 상태를 기록한다 . 4. 스위치를 다른 동작 위치에 놓고 위의 과정을 반복 , 결과를 표에 기록한다 . 5. SPDT, DPST, DPDT 등의 경우에도 적용하여 위의 과정을 반복한다 .6. 누름단추 정상상태 열림 (push-button normally-open; PBNO) 스위치는 순간 접촉 스위치이다 . 스위치를 간략하게 스케치하고 각각의 단자이름과 번호를 붙인다 . 7. 스위치 기호를 그리고 위의 과정에서 사용된 단자번호를 기입한다 8. 저항계를 로 구성하기 위의 과정 A 에서 사용한 스위치를 이용하여 아래그림 의 회로를 차례로 구성하여 본다 . (A) (B)(C) (D) (E) (F)C. 회로실험 1. 전원을 끈 상태에서 그림 5-7 의 회로를 구성한다 . 2. 스위치 S1 이 개방된 상태로 전원장치를 켜고 공급 전압을 12V 로 맞춘다 . 3. 스위치 양 단자와 전구에 걸리는 전압을 측정하여 표 5-2 에 기록한다 . 4. 스위치를 닫고 위의 과정을 반복한다 . 5.SPST 스위치를 PBNO 스위치로 바꾼다 .6. 전원장치를 켜고 공급 전압을 12V 로 맞춘다 . 스위치와 전구 각각에 걸리는 전압을 측정하여 표에 기록한다 . 7. 누름단추를 누르고 스위치와 전구에 걸리는 전압을 측정하고 표에 기록한다 . 8. 누름단추를 때고 마찬가지로 표에 기록한다 . 9.PBNO 스위치를 PBNC 스위치로 바꾼 후 6~8 과정을 반복한다 .실험 현황 실험 1. SPST 로 이루어진 회로 SPST(Single Pole Single throw) 저위도 LED = 정격전류 10mA 6V 620 Ω LED 실험 1. 에서 구성할 SPST 회로 + - LED 가 터지지 않도록 저항을 설치 전압을 6V 로 놓고 스위치를 끄고 켰을 때 스위치의 양 단자 , 저항기 , LED 에 전압을 측정하는 실험1) 회로연결 전 스위치의 어느 방향이 닫혀있고 열려 있는지 확인한다 . 개방된 회로는 저항이 무한대 이고 반대로 연결된 회로는 저항을 측정 할 수 있다 . 사진을 기준으로 위쪽이 열린 , 아래쪽이 닫힌 상태이다 .2) 전압원의 전압을 놓고 실제로 측정하여본다 . 6V 전압 조정 측정값 : 5.98V2.) 회로를 구성하고 스위치가 열려있을 때 스위치 , 저항기 , LED 각각 양단의 전압을 측정한다 . 스위치 저항기 LED 전압원 스위치 저항기 LED 측정전압 5.98V 4.51V 0.0V 1.698V 4.51V 0.0V 1.698V3) 반대로 스위치가 닫혀있을 때 스위치 , 저항기 , LED 각각 양단의 전압을 측정한다 . 0.1 라인의 저항기 , 스위치 , LED 양단자에 걸리는 전압을 측정하는 실험 12V 1.2k Ω LED 실험 2. 에서 구성할 SPDT 회로 LED 620 Ω + - 1 번 2 번1)SPDT 회로를 구성한다 . 고위도 LED 620 Ω 1.2k Ω 스위치 중간단자에는 공통 단자 이므로 + 쪽의 도선이 들어가고 사진기준 우측으로 저위도 좌측으로 고위도 LED 가 들어갔다 . 저위도 LED2) 전압원의 전압을 실제로 측정한다 12V 에 놓음 11.84 Ω3) 회로가 1 번에 연결된 상태에서 1 번 연결 스위치 1.2k Ω 저항기 저위도 LED 를 측정하고 , 4) 가 2 번에 연결된 상태에서 1 번 연결 스위치 , 1.2k Ω 저항기 , 저위도 LED 를 측정한다 9.75V 2.2V 0.0V 전압원 스위치 저항기 LED 측정전압 11.84V 0.0V 9.75V 2.2V 11.84V 10.3V 0.0V 0.66V4) 회로가 2 번에 연결된 상태에서 2 번 연결 스위치 , 620 Ω 저항기 , 고위도 LED 를 측정하고 , 회로가 1 번에 연결된 상태에서 2 번 2 번 연결 스위치 , 620 Ω 저항기 , 고위도 LED 를 측정한다 0.0V 9.83V 1.98V 전압원 스위치 저항기 LED 측정전압 11.84V 0.0V 9.83V 1.98V 11.84V 10.32V 0.0V 1.65V 10.32V 0.0V 1.65V실험결과 전압원 스위치 저항기 LED 측정전압 스위치 열림 5.98V 4.51V 0.0V 1.698V 스위치 닫힘 5.98V 0.1mV 3.940V 2.046V 실험 1. 각각의 스위치 , 저항기 , LED 에 걸린 전압의 합이 최초 전압원의 전압값 과 거의 근사하다 . 스위치가 열렸을 때 에는 저항기 양단에서는 전압을 측정 할 수없었고 닫혔을 때 에는 스위치 양단의 전압이 비교적 배우 작은 값인 0.1mV 를 측정 할 수있었다 .전압원 스위치 저항 LED 저위도 닫힘 11.84V 0.0V 9.75V 2.2V 열림 11.84V 10.3V 0.0V 0.66V 론적으로나 개연적으로나 0.0V 로 나와야 하지만 측정결과 0.1mv 의 전압을 측정하였다 . 전 측정 실험후 소자 및 멀티미터기에 남아있는 미세한 잔류 전압으로 생각한다 . 실험 2 에서 각각의 회로에서 개방 상태에 있는 LED 전구에도 이론적으로 맞지 않은 전압을 측정할수 있었다 . 측정시 마다 전압이 일정하지않고 변화 하는 것으로 보아이는 멀티미터기 에 남아있는 잔류 전압의 영향으로 회로상에서 개방 상태에 있는 LED 에서 전압을 측정할 수 있는 것이라고 생각한다 .실험 고찰 1. 스위치의 Throw 의 의미를 설명하시오 . 실험과정 B 에서 double throw 의 동작에 대하여 기술하시오 Throw 는 pole 을 움직여 연결할 수 있는 경우의 수를 의미한다 . 실험과정 B 에서 double throw 란 연결경우의 수가 2 개 있으며 1 번 단자로 연결 될때 1.2k Ω 을 타고 저위도 LED 방향으로 , 2 번 단자로 연결할 때에는 620 Ω 을 지나 고위도 LED 방향으로 연결된다 2. 스위치의 어느 부분을 공통 단자라고 하는가 ? 그 공통 단자는 회로에 어떻게 연결되는지 설명하시오 POLE 을 기준으로 연결 , 분리 할 수 있는 부분이 아닌 그 반대쪽 공통적으로 붙어있는 단자이다 . 공통단자3) 과정 C3 C4(SPST 회로에서 스위치를 열고 닫을때 스위치 , LED 각각의 양 단자에서 측정할수있는 전압 ) 의 데이터를 점검하고 스위치의 개 폐에 따라 전구에 걸린 전압은 어떤 차이가 있는지 설명하시오 스위치에 경우 스위치가 닫혔을때 에 양단자의 전압은 0V 였다 . 또 열렸을 때에는 앞서 실험중 문제점에서 언급한 전압계 내부의 잔류전압을 전제 했을때 인가 전압에 근사한 전압을 가졌다 . LED 에 경우 닫혔을때에는 당연히 저항과 더불어 전압이 걸렸고 열렸을 때에도 전압이 걸리기는 하였으나 이 역시 멀티미터기 내부의 잔류전압으로 생각할수있다 . 4) 동일 회로에 대해 과정 C3 와 과정 C4 C4 (SPST 회로에서 스위치를 열고 닫을때 스위치}