델맨 님이 쓰신 글 :
: 전자회로 잘 아시는 분 도움 좀 부탁합니다.
:
: 문이 열리면 소리가 나는 조그만 장치가 있는데요
: 스위치를 꺼놨는지 켜놨는지 알수있는 LED가 없어서
: 소리가 나지않기를 원할 때 꺼두는 걸 깜박 잊으면 난감한 상항입니다
: 소리가 굉장히 시끄럽거든요
:
: LED를 달아봤는데 밧데리가 전압이 너무 높아서 그런지 LED가 나가 버리더군요
: 벌써 LED몇개 날려 먹었습니다 ㅠㅠ
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: 전원이 9볼트 밧데리가 들어 가는데요
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: LED 연결할려면 저항을 달아야 한다더군요
:
: 근데 제가 전자회로에 전문지식이 없어서
: 저항 값을 계산하지 못합니다
:
: 선택해야 하는 저항값만 알수 있으면 납땜은 할주 알거든요 ㅠㅠ





답변:


LED도 다이오드 처럼 극성이 있다는 것은 잘 알고 있을 테고...

전광판 용도로 쓰이는 고휘도 LED가 아닌, 팥 하나 크기 보다 작은 일반적인 용도로 쓰이는
소형 LED는 보통 10 mA 에서 30 mA의 전류가 공급되면 빛을 발산하게 만들어져 있습니다.


고딩 때... 물리시간에 키르히호프 법칙이라고 배운적 있죠?

V = I(전류) * R(저항)


9볼트 전원을 사용할 때...

LED가 안정적으로 동작할 수 있는 정격에 맞게 10 mA 에서 30 mA 정도의 전류가 공급되게 하면 되는 거잖아요.

20 mA 정도의 전류가 공급되게 한다고 가정하면...

R = V (전압) / I (전류)

이므로...

9 / 0.02 = 450 ohm.

표준 저항 값인 470 ohm 짜리 저항을 사다가 달면 됍니다.
(30 mA의 전류가 공급되도록 할 경우에는 330 ohm 짜리 표준 저항을 구해서 연결하면 됨.)


전류가 흐를 때 저항에 의해서 전압 강하가 일어나기 때문에...

저항에 의한 전압강하에 의해서 LED에 순방향으로 걸리는 전압은... 2 볼트 정도로 다운된 전압이 걸리게 되므로
330 ohm ~ 470 ohm 정도의 저항을 달면 9볼트 직류 전원에서 소형 LED를 정격에 맞게 안전하게 사용할 수 있음.

이런 식으로 근사값으로 계산해서 사용하면 충분하고.


엄격하게 계산할 때는...

정류용 또는 검파용 목적으로 일반적으로 사용되는 다이오드의 경우에...

게르마늄 소재로 만들어진 경우 순방향 전압이 0.2 볼트 정도.
실리콘 소재로 만들어진 경우 순방향 전압이 0.7 볼트 정도 걸리는데요

(P형과 N형 반도체 접합구조로 만들어진 다이오드의 기초적인 수학적 모델을 이해하고 있지 않으면
본격적으로 트랜지스터를 이용한 회로설계 이론을 전개해 나가는 게 불가능 합니다.
DC 회로해석을 할 때, 트랜지스터의 Base와 Emitter단자의 B-E를 순방향으로 전압이 걸리는
다이오드와 등가회로로 보고 해석을 하기 때문입니다.

그리고 Collector와 Emitter 단자 C-E는...
트랜지스터 제조 시에 결정된 전류증폭이득(베타 값)에 따라,  입력신호가 증폭되어 나오는 전류원과
등가회로로 보고 회로해석을 하게되고... 일반적인 소신호 증폭용 트랜지스터는 50 ~ 150 정도의
베타 값을 갖고 있습니다. 베타 값이 100 이면 B-E로 흘러 들어오는 uA 단위의 극히 미세한 입력신호 전류가
100 배로 커져서 C-E로 흐르게 되는 것을 의미 함. 이와 같은 증폭기능이 가능한 것은 Base 보다 훨씬 높은 전압을
Collector에 인가해서 바이어스를 걸어주면... 그로 인한 더 높은 전위의 차이(에너지 준위)가 전류의 흐름을
크게 만들어 내기 때문 입니다. 트랜지스터가 갖고있는 본연적 기능은 증폭기능.

트랜지스터를 동작하도록 하는데 필요한 직류 바이어스의 수학적 모델이 기반이 되어야...
비로소 컨덴서, 코일 등의 패씨브 소자를 결합해서... 임피던스, 인덕턴스, 리액턴스 등을 다루는
AC 회로해석도(신호해석) 가능해 지고... 라디오, 증폭기, RF 신호처리, 필터 등의 회로를 설계 할 수 있게 됨.
부품 사다가 단순제작하는 것은 설계의 범주로 보지 않습니다.

디지틀 논리회로 보다, 아날로그 회로설계가 더 까다롭죠. 수학적인 이론이 바탕이 되어야 하므로.
주파수 해석이론으로 들어가려면 신통방통한 공업수학에 발을 담가야 합니다.)


LED로 다시 돌아와서...

전류가 공급될 때... 빛을 발산하는 LED (Light Emiting Diode)의 경우에는 순방향 전압이 2 볼트 정도
걸리도록 만들어진 부품이 대 다수 입니다. (정확하게는 부품 제조사의 데이타 시트를 통해서 확인해야 함)

따라서...
이상적인 계산식은... (20 mA 기준)

R = ( 9 volt - 2 volt ) / 0.02  이 되어야 하나 근사값으로 계산하는 것으로도 충분합니다.
우리가 일반적으로 흔히 사용하는 카본저항은 제조공정상 +- 5% 정도의 오차를 갖고있고
표준 저항값으로 정해진 부품 만 생산되어 유통되고 있기 때문 입니다.
(수치적으로 계산된 모든 저항값에 해당하는 부품을 양산할려면 제조공정을 무한대로 갖고 있어야 하므로)





참고로...


LED에 전압이 걸리는 시간과, 걸리지 않는 시간의 duration 비율이 50% 가 되도록 발진회로를 만들어서
구형파(사각형 모양) 펄스를 인가해 주면... 결과적으로 50% 소비전력을 절감하는 효과를 얻게 되고...
펄스의 주파수를 빠르게 해주면... 사람의 눈은 착시현상으로 LED가 계속 켜져 있는 거로 느끼게 됨.

노트북에 들어가는 LED 백라이트 방식의 디스플레이 장치에서도...
소비전력 절감효과를 위해 흔하게 사용되는 테크닉이기도 하지요. PWM 발진회로를 이용해서.

1초에 화면을 몇번 뿌려주냐의 refresh rate 와는 다른 개념.