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들어가는 말씀안녕하세요? 인터넷 세상에 엄청나게 많은 전자 회로, 전자 제품에 대한 정보가 있고 구글 번역기, 챗GPT 등 여러 가지 수단을 통해 아무 때나 쉽게, 그것을 가져올 수 있습니다. 그런데 큰 틀에 대한 이해가 불충분하면 가져온 정보는 정보가 아닌 게 되어 버립니다. 한편으로 V = I × R 이라는, 아주 기본적인 공식을 이해하고 암기해야 한다고 말합니다. 매일 쓰는 게 아니므로 잊기 십상이고 또... 민감한 복리 이자 계산 공식도 아닌 것을 암기했다고 한 들 당장에 무엇에 쓰겠습니까? 그럼에도 불구하고 매일매일 전자 회로와 전자 제품의 세상 속에서 살고 있고 앞으로도 그럴 수밖에 없으니 적당한 수준의 전자 회로 이해와 가정 내에서 쓸 실전적 대응력을 갖추는 것은 결코 무의미한 일이 아니라고 생각합니다. 논리로 읽고 논리로 이해하고 금방 잊는 것보다는 손으로 무엇을 직접 만지고 만들고, 그런 다음에 왜 그럴까를 궁리하고, 그럼으로써 더 오래 기억하고, 그래서 다음에 만나게 되는 어떤 상황에 적당히 대응하는 실전형 지식을 쌓아가는 학습이 DIYer에게는 더 효과적이라고 생각하였고, 그런 판단하에, 묻지 마 스타일로, 간단한 회로를 직접 만들어 보고 인터넷 정보 열람이나 DIY 활동을 통해서 추가 학습을 진행할 수 있는 셀프 학습의 계기를 마련하자는 취지에서 <DIY PACK 꾸러미 학습>을 제안하게 되었습니다. 그렇게 조금만 경험해 보면, 빈티지 오디오 세상을 조금 다르게 볼 수 있을 뿐만 아니라 흔히 만나게 되는 가전제품의 고장, 오작동, 주기적인 관리 작업 등 여러 가지 상황에 당황하지 않고 적절히 대응할 수 있을 것으로 기대합니다. 앞서 간단한 표로 제시하였던 12주 차의 SELF 학습은, 1) 제공된 바인더 매뉴얼의 요약 안내에 따라, 택배 발송된 DIY PACK 박스에서 부품을 꺼내고, 직접 땜을 해가며 회로를 제작합니다. * DIY PACK은 적당히 묶어 차수별로 여러 번 발송하겠습니다. 본 건은 처음 시도하는 것이므로 그게 더 안전하겠지요? 2) 페이지별 설명 자료, 부품 설명, 회로 설명 등 알아두면 좋을 내용은, 주차 진도에 맞추어 이곳에 미리 등록해 두겠습니다. 심각한 내용은 취급하지 않습니다. 오로지 최소한으로만. 훗날 어떤 단어 하나가 기억난다면 이곳에서 재열람하면 되고 아예 넓은 인터넷 세상에 관련 단어를 입력하면 될 것이지요. 3) 학습 결과물을 찍은 사진, 영상 등 자료를 게시판에 공유하고 상호 평가를 진행합니다. 4) 질문과 답변 등 소소한 대화를 진행하고 해당 주차 학습을 종료합니다. 모든 과정이 다 끝나면, (여러 만능 기판이 주렁주렁 연결된 어수선함은 있겠지만) AC 220V 벽면 콘센트에 연결된 라디오에서 음악 소리가 나오게 됩니다. 사실 그 자작 시스템 안에는, 흔히 빈티지 오디오를 바라볼 때 상상할 수 있는 모든 요소 기술, 흔한 가정용 전자 제품의 근간이 되는 것은 다 담겨 있습니다. "DIY 활동이 왕성한 나라가 강국이다" 이것은 과거와 현재 그리고 미래의 문화 담론과도 연결되는 키워드이기도 합니다. DIY PACK.1에 담긴 부품과 사용자 매뉴얼에 묶인 보조 콘텐츠의 목록은 다음과 같습니다. 신청자에게 열람 패스워드가 제공됩니다. 들어가는 말씀 Week1~Week5용 DIY PACK.1 구성 안내 (공개) [Week 1] 실납의 특성 그리고 인두의 온도와 W (공개) [Week 1] 인두와 실납을 움직이는 순서 (공개) [Week 1] 배선하는 방법 네 가지 [Week 1] 테프론 선이 아닌, 케이블 선을 땜하는 방법 [Week 1] 만능기판의 단자 처리와 케이블 연결점 보강 [Week 1] 기타 참고 정보 (공개) [Week 2] 아날로그 멀티미터와 디지털 멀티미터 [Week 2] 거대한 의미를 내포한 최소한의 공식, V = I × R [Week 2] 멀티미터로 일반 저항 검사하기 (공개) [Week 2] 멀티미터로 다이오드, LED 검사하기 [Week 2] 멀티미터로 커패시터 검사하기 (공개) [Week 2] 멀티미터로 트랜지스터 검사하기 [Week 2] 멀티미터로 가변저항 검사하기 [Week 2] 멀티미터로 스피커 유닛 검사하기 [Week 2] 기타 참고 정보 [Week 3] 발광 다이오드, LED [Week 3] 디스플레이 LED [Week 3] LED와 전류 제한 저항 [Week 3] 기타 참고 정보 [Week 2] 12 페이지~13 페이지 설명 자료 [Week 3] 15 페이지 설명 자료 [Week 3] 16 페이지 설명 자료 (공개) [Week 3] 17 페이지 설명 자료 [Week 3] 18 페이지 설명 자료 [Week 3] 19 페이지~20 페이지 설명 자료 [Week 4] 22 페이지~24 페이지 설명 자료 [Week 4] 25 페이지 설명 자료 [Week 4] 26 페이지~27 페이지 설명 자료 [Week 5] 29 페이지~30 페이지 설명 자료 (공개) [Week 5] 31 페이지~33 페이지 설명 자료 (공개) 종합 정리, Week 1 ~ Week 5 Week 5~Week 9용 DIY PACK.1 구성 안내 (공개) [Week 6] 6 페이지~7 페이지 설명 자료 [Week 6] 8 페이지~9 페이지 설명 자료 [Week 6] 10 페이지 설명 자료 [Week 7] 제너 다이오드와 정전압 [Week 7] 12 페이지~13 페이지 설명 자료 [Week 7] 14 페이지 설명 자료 [Week 7] 15 페이지 설명 자료 [Week 8] IC 핀의 식별 방법 [Week 8] 17 페이지~18 페이지 설명 자료 [Week 8] 3.5 파이 플러그 제작 방법 [Week 9] AM 수신 원리 [Week 9] AM 프론트엔드 만들기 (공개) [Week 9] 22 페이지~23 페이지 설명 자료 [Week 9] 회로 통합 [Week 9] 기타 참고 정보 종합 정리, Week 6 ~ Week 9 Week 10~Week 12용 DIY PACK.1 구성 안내 (공개) [Week 10] FM 수신 원리 [Week 10] FM 코일 만들기 (공개) [Week 10] 동박 기판 만들기 [Week 10] 프리앰프 회로 만들기 [Week 11] 안테나 속성 [Week 11] RF 임피던스 매칭 [Week 12] 음성 주파수 분할 [Week 12] 스피커 네트워크 시뮬레이션 [Week 10] 6 페이지~7 페이지 설명 자료 [Week 11] 9 페이지~ 11 페이지 설명 자료 [Week 11] 12 페이지 설명 자료 [Week 12] 14 페이지~16 페이지 설명 자료 [Week 12] 17 페이지 설명 자료 [Week 12] 19 페이지~22 페이지 설명 자료 (공개) [Week 12] 기타 참고 정보 종합 정리, Week 10 ~ Week 12audioPUB
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[Week 7] 제너 다이오드와 정전압1. 발견자인 Clarence Zener의 이름을 딴 다이오드입니다. '제너 효과', '제너 이팩트'라는 특수한 성질이 부가된 다이오드이고 더 자세한 내용은 인터넷 정보를 활용해 주세요. 모습은 이렇게 생겼습니다. 겉으로 보기에는 DIY PACK.1의 일반 다이오드와 다를 게 없습니다. 누군가 박스 안에 온갖 다이오드를 담고 "제너다이오드만 골라내라" 하면 정말 난처해집니다. 제너라는 단서가 붙었지만, 다이오드는 다이오드이므로 방향성이 있고 멀티미터로 그 극성을 쉽게 확인할 수 있습니다. 그리고 아래와 같이 방향성을 고려해서 배선하면, 제너 다이오드가 갖는 어떤 특수 전압에 맞게 전원부 회로가 동작합니다. 그 '특수 전압'을 <제너 전압>이라고 합니다. 핵심은, "제너 다이오드의 '제너 전압'을 이용해서 최대한 안정적인 전압을 만들어 낸다"에 있습니다. 그 동작을 비유적인 수식으로 표현하자면, 전원 회로의 출력 전압 = 입력 전압 × (1-제너 다이오드가 정해준 기준 전압의 어떤 비율) = 균일함, 일정함, 항상성 있음. 이 됩니다. 입력 전압이 오락가락 등락해도 제너 다이오드를 쓴 전원 회로는, 아니 정확하게는 '정전압 회로'라고 불리는 회로는, 제너 전압을 기준으로 출력 전압을 균일하게 유지합니다. 정전압 작용의 핵심은 Negative Feedback인데 구체적인 설명은 인터넷 자료를 활용하세요. 그러면 그런 정전압 회로가 어디에 쓰일까요? 컴퓨터, TV, 모바일 기기, FM 튜너, CDP 등 눈에 보이는 모든 전자회로 안에 들어 있습니다. 그런 만큼, 제너 다이오드는 문명사회를 가꾸는 데 일조하는 매우 중요한 부품이기도 하지요. 그러나 종종 망가집니다. 그래서 멀쩡하던 TV가 깜빡거리거나 블루투스 스피커가 오작동을 하거나... 생각할 수 있는 전자기기 고장의 대표적인 원인 중 하나입니다. 망가진 제너 다이오드를 대체품으로 교체할 수 있다면 기기를 더 오래 쓰고 돈도 아낄 수 있겠지요? 2. 다음 회로는 어떤 전자 기기에서든 널리 쓰이는, 가장 기본적인 구성이기 때문에 가볍게 암기해 두면 좋습니다. 이것은 '[Week 7] 12 페이지~13 페이지 설명 자료'의 테스트 회로입니다. 여기서, 두 다이오드의 검정색 띠가 GND 라인의 반대편을 향하고 있음에 유의해 주세요. 그 이유는 제너 다이오드 극성 즉, 전류 흐름의 방향이자 배선의 방향성이 전류를 흘리지 않는 방향이어야 하기 때문입니다. 평소에는 전류를 흘리지 않도록 하고, 어떤 상황이 되면 전류를 흘리는 조건으로 동작하는 것이 제너 다이오드이므로 평소에는 검은색 띠가 전류 흐름이 시작되는 건전지 + 또는 그에 준하는 높은 전위에 연결되어야 한다는 점을 기억해 주세요. * 관련 글 : [Week 2] 멀티미터로 다이오드, LED 검사하기 3. 이하는 참고 사항입니다. 제너 다이오드를 구매할 때는 a) 제너 전압과, b) W 등급을 확인해야 합니다. - 제너 전압은 구매자(=설계자)가 결정하는 것이고 - W 등급은 제너 다이오드가 취급할 최대 전류량을 결정합니다. DIY 세상에서 특별한 일이 없다면, 0.5W 정도를 쓰면 됩니다. 갑자기 등장한 0.5W라는 등급이 무엇을 의미하는지를 정리하면 다음과 같습니다. 한 번만 읽고 잊어버려도 됩니다. - 제너 전압 5V, W 등급 0.5W - W = 전압 × 전류. 그러므로 전류는 W ÷ 전압. 그 식에 수치를 대입하면, 0.5W ÷ 5V = 0.1A = 100mA = 이 전류 흐름 안에서 제너 다이오드가 망가지지 않고 동작한다. ■ 핵심 정리 1. 정전압(定, 전압) 회로에 널리 사용되는 제너 다이오드는 5V, 9V, 12V 등 '제너 전압'이 반드시 제시됩니다. 오로지 그것 때문에 존재하는 부품이라는 점을 기억해 주세요. 2. 제너 다이오드와 일반 다이오드는 시각적으로 분류하기가 어렵습니다. 같은 DNA를 가진 한 가족이라며 판박이 모습을 하고 있으니까요. 그러므로 부품을 구매하면서 부품명, W 등급 등 기본 정보를 확인하고 기록해 두되 일반 다이오드와 분리해서 보관하는 게 좋습니다. 3. 제너 다이오드의 기본 극성은 일반 다이오드의 극성과 같기 때문에 멀티미터로 확인 하는 방법도 똑같습니다. 4. 회로 배치는 최대한 역상 즉, 검은색 띠가 있는 부분이 건전지 +, 정전압 회로의 +쪽, 가급적 높은 전위 쪽에 연결되어야 합니다. 이 상황을 단적으로 제시하고 있는 위 사진에서, 작은 제너 다이오드의 검은색 띠가 어디에 있었는지를 다시 한 번 확인해 주세요.audioPUB
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[Week 6] 10 페이지 설명 자료1. 8 페이지와 9 페이지의 실험에서 "DC처럼 만든다"는 극한의 표현을 썼습니다. DC면 DC인 것이지 왜 'DC처럼'이라고 했을까요? 그 이유는, 정류 후 DC로 변환되지 못한 잔류 AC 성분이 남아있기 때문입니다. 그것을 리플(Ripple)이라고 합니다. 영어 Ripple은 천의 잔잔한 물결모양 높낮이를 말하지요? 정류 후 파형에 그런 미세한 등락이 있기 때문에, 다분히 시각적이고 묘사적인 단어를 사용하고 있는 것입니다. 전자기기는 건전지와 같은 완벽한 DC에서 동작하는 것이 좋습니다만, 현실은 절대 그렇지 않습니다. 그럼에도 리플이 최소한으로 생성되도록 전원 회로를 설계하는 것이 마땅합니다. 2. 다이오드 하나만 쓰면 위 세 번째 사진처럼 큰 등락이, 심지어 평활 커패시터를 붙여도 전원 회로에 미세 리플 즉, 미세 등락이 남아 있는 것은 분명합니다. 그것을 어떻게 알 수 있을까요? 1) 오실로스코프 파형 관찰 장치로 볼 수 있습니다. 완벽한 예시는 아니지만, 아래 캡처 사진에서 실선의, 깔끔한, 아주 플랫한 선 하나만 지나가야 하는데 그렇지 않고 툭툭 튀는 노이즈와 작게 등락하는 파형이 포함되어 있음을 알 수 있습니다. 여기서, 조건은 평활 커패시터를 붙인 상태입니다. 2) 다음과 같이 감지 회로를 구성하고 직접 소리를 들어볼 수 있습니다. 소리가 들린다면 스피커 유닛을 운동하게 만드는 어떤 등락 성분 즉, AC 성분이 있다는 뜻이 됩니다. 다음 두 가지 조건에서 소리가 들리는지, 들린다면 어떤 소리인지를 확인해 보세요. (소리가 들리지 않는다며 560 보호 저항을 제거하고 테스트해 보세요. 단, 스피커 보호를 위해서 잠깐만 연결하는 게 좋습니다) - A : 트랜스포머 탭과 다이오드 사이 - B : 다이오드와 평활 커패시터 사이 A는 트랜스포머의 AC 에너지가 스피커로 전달되기 때문에 당연히 소리가 들립니다. B는 평활 커패시터에 의해 리플이 최소화되었기 때문에 스피커로 소리를 들을 수 없습니다. 오실로스코프는 관찰이 되지만, 매우 둔감한 편인 스피커 유닛이나 멀티미터로는 리플을 볼 수 없지요. "그러나 그곳에 있다"는 기억해 주세요. 보조 자료로서, 아래 장면에서 평활 커패시터는 연결되지 않았습니다. 그러므로 <트랜지스터를 응용한 정류기> 출력 쪽에서 등락하는 파형이 존재할 것이고 그것이 작은 용량 커패시터가 붙은 스피커에 전달되면서 스피커를 귀에 갖다 대면 아주 작게 웅~ 하는 소리가 들립니다. 다음은 참고 사항입니다. 위 사진에서 다이오드가 아닌 트랜지스터를 써서 정류하고 있습니다. 가능한 일일까요? 가능합니다. 왜냐하면 트랜지스터는 NPN, PNP와 같이 NP 또는 PN 다이오드 두 개가 한 몸체 안에 들어 있는 것과 같기 때문입니다. 다만, 그렇게 3개 리드 중 두 개만 쓸 경우 큰 전류를 흘릴 수 없다는 제한이 있습니다. 그리고 베이스-콜렉터 연결, 베이스-에미터 연결은 그렇게 동작하지만, 콜렉터-에미터 연결 시에는 묵묵부답에, 동작하지 않습니다. 트랜지스터 조성 반도체 레이어들 사이에서 전류가 흐를 수 없기 때문입니다. 훗날 검파 다이오드나 기타, 극소량 전류가 흐르는 다이오드가 망가졌고 마침 부품이 없을 때 이런 방법을 쓸 수도 있다는 것을 가볍게 기억해 주세요. 3. 그다음, 커패시터를 정류 다이오드 우측에 연결하면 웅~ 소리가 들리지 않습니다. 리플이 최소화되었고 조금 더 DC에 가까워졌기 때문입니다. 참고로 平滑(평활, 펀펀하고 미끄러움)이라는 말은 일본에서 건너온 기술 용어로 보입니다. 말과 뜻이 많이 어색하고 이상하지요? 영어로는, 순화한다는 효과를 강조해서 Smoothing Capacitor 정도로 표기합니다. ■ 핵심 정리 1. 220V 콘센트 전원을 쓰는 모든 전원 회로에는 반드시 약간의 AC 성분이 남아 있고 그것을 리플(Ripple)이라고 합니다. 2. Ripple은 평활 커패시터(흔히 평활 콘덴서라고 합니다)의 순화 작용에 의해 최대한 억제됩니다. 3. 평활 커패시터를 무조건 크게 달 필요는 없습니다. 그것은 전원부의 다양한 변수(공급 전류, 전압 등)에 따라 계산하고 초과분은 있으나 마나입니다.audioPUB
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[Week 6] 8 페이지~9 페이지 설명 자료1. 이 테스트 회로는, 1) 트랜스포머를 써서 가정집 220V AC 전기 에너지의 전압을 AC 3V... AC 12V로 낮추고 2) 한쪽으로만 전류를 흘리는 다이오드를 이용하여 1차로 AC가 아닌 상태 즉, DC에 유사한 전류 흐름으로 바꾼 다음, 3) 2차로 'DC에 유사한 전류 흐름'을 '조금 더 DC처럼' 만들어 주는 요소 기능을 포함하고 있습니다. '적당한 품질의 DC' 또는 '조금 더 DC처럼'이라고 묘사한 한 이유는, 여전히 등락하는 AC 성분이 포함되기 때문입니다. 결론만 적자면, 절대로 건전지처럼 일체의 등락이 없는 상태로 만들 수는 없습니다. 사실, 회로를 더 높은 수준으로 만들어도 그러합니다. 논리적인 한계이기도 하고 실용적인 한계라고 생각해도 무방하겠습니다. 그렇게 적당히 절충하면서 전자기기를 쓸 수밖에 없는데 그래도 잘 동작합니다. 참고로, 가끔 한계가 있는 AC-DC 변환이 음질에 악영향을 준다며 건전지를 잔뜩 쓰는 오디오 기기도 있습니다. 고정밀 계측에서도 그런 경우가 있습니다. 2. 작동 원리는 다음과 같습니다. 맨 왼쪽 등락이 1/2짜리 등락이 되고 커패시터를 거치면 거의 수평 상태가 됩니다. (내용 추가) 감전 방지, 안전 확보를 위해 꼭 다음 링크의 글을 읽고 작업해주세요. http://audiopub.co.kr/diy-pack-self-learning-diy-pack-1/?pageid=1&mod=document&uid=567 3. 트랜스포머 2차 측의 0V 탭과 9V 탭을 사용했습니다. 그러면 AC 9V를 쓰는 것이 됩니다. 그런데 전원 회로 Output~GND 전압은 9V가 아닌 더 높은 전압이 나올 것입니다. 왜 그럴까요? 등락하는 AC 에너지를 다이오드로 정류하면 그것의 루트 2(1.414)만큼 DC 전압이 커집니다. 사인파, 각속도 등 보다 전문적인 용어가 개입되어야 하므로 이곳에 적지는 않겠습니다만, <루트 2>는 꼭 기억해 주세요. 예를 들어, 1) AC 0V탭과 3V탭을 쓰고 그것을 정류하면, 3V × 1.414 = DC 약 4.2V 2) AC 0V탭과 6V탭을 쓰고 그것을 정류하면, 6V × 1.414 = DC 약 8.4V 3) AC 0V탭과 9V탭을 쓰고 그것을 정류하면, 9V × 1.414 = DC 약 12.7V 4) AC 0V탭과 12V탭을 쓰고 그것을 정류하면, 12V × 1.414 = DC 약 17V가 됩니다. 이런 조건에서 9 페이지 질문에 대한 답은, - 멀티미터의 <DC 전압 측정 모드>로 측정한 1)항은 약 12.7V - 멀티미터의 <AC 전압 측정 모드>로 측정한 2)항은 그냥 트랜스포머 겉면에 적힌 그대로 9V입니다. 물론, 트랜스포머 제작 오차가 있고 가정집 벽면 콘센트의 실제 전압이 220V가 아니기 때문에 정확하게 같은 값이 나오지는 않을 것입니다. 대략 4V, 8V, 12V 또는 13V, 17V 그런 정도입니다. 만일 정확한 DC 3V, DC 6V, DC 9V, DC 12V가 필요하다면 반드시 정전압 회로를 사용해야 합니다. '[Week 7] 15 페이지 설명 자료'에서 정전압 회로를 다루고 있습니다. 4. 앞서 전기는 수돗물과 같다고 비유했습니다. 수도관이 하나 있고 그것을 10 가구가 연결해서 쓰고 있다고 가정할 때, 모든 가구가 수돗물을 쓰면 당연히 수압이 약해질 것입니다. "수압이 약하다"의 '수압'을 '전압'으로 치환하면, "모든 가구가 전기를 쓰고 있으면 전압이 약하다"가 됩니다. 흔히 220V를 언급하지만, 1) 한밤중에도 불야성인 먹자골목 음식점의 벽면 콘센트 전압은 212V, 215V, 217V 정도이고 2) 저녁을 먹자마자 취침하시는 할아버지께서 사시는 먼 시골 동네는, 전기가 쓰이지 않기 때문에 수도관 수압이 높은 것처럼 콘센트 전압이 225V, 227V, 230V... 그런 식으로 올라갑니다. 그렇게 220V와 현실이 크게 달라서 각종 오디오, 기타 전자장치는 (예) ±10~20% 범위에서도 잘 작동하게 여유를 주고 설계합니다. 5. 참고로 이 회로는 전체의 절반만 AC to DC 변환을 했기 때문에 반파(半波, Half Wave) 정류라고 합니다. 아래에서, A는 트랜스포머의 출력 파형으로 위아래 규칙적으로 파형이 등락합니다. 그 모습을 보고 흔히 Sine 파라고 합니다. 등락 주파수는 콘센트 전원이기 때문에 당연히 60hz입니다. B는 정류 다이오드를 거친 후 파형인데, A 파형을 무 자르듯 싹둑 잘랐고 정확히 절반을 잘랐기 때문에 半이라는 한자를 썼습니다. 참고로 위 파형은 다이오드가 아닌 어떤 부품으로 절반 자르기를 한 것입니다. 그것이 무엇인지는 '[Week 6] 10 페이지 설명 자료'를 참고해 주세요. 그 외 전파(全波) 정류라는 것도 있습니다. 관련 회로는 '[Week 7] 14 페이지 설명 자료'에서 다룰 것입니다. ■ 핵심 정리 1. 트랜스포머를 써서 1차로 전압을 크게 낮추고, 2차로 다이오드를 이용해서 AC를 DC로 변환합니다. 2. 완벽한 AC to DC는 없습니다. 그렇게 만들려고 노력하는 것입니다. 3. 그런 목적으로 다이오드 다음에 정류 파형을 순화시키는 평활 커패시터를 배치합니다. 그러면 '더 DC처럼!'이 됩니다. (무한대로 붙인다고 무한대의 효과가 나오는 것은 아닙니다) 4. 다이오드를 이용한 정류는 반파 정류, 전파 정류 등이 다양한 방법론이 있고 반파 정류가 최소한입니다. 즉, 나머지 것들은 반파 정류를 개선하여 '더 DC처럼 만드는 방법론'입니다. 5. 간단한 정류 회로, 전원 회로는 벽면 콘센트의 전압 변동에 그대로 종속된 반응을 합니다.audioPUB
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[Week 6] 6 페이지~7 페이지 설명 자료1. 흔히 '트랜스'라고 말하는 트랜스포머(Transformer)는 매우 다양한 종류가 있습니다. 어느 경우이든 1차(Primary)와 2차 이상(Secondary 그리고 기타 순번)이 함께 있는 구조를 취하고 기본은 1차 측 에너지를 2차 측에 넘겨주는 역할을 합니다. "에너지를 넘겨준다"라는 표현은 무조건적인 것이 아니고 "특정 조건을 만족할 때만 그렇다"라는 단서가 붙습니다. 예를 들어 대표적인 조건은, 1) 교류 즉, '등락하는 에너지 또는 등락하는 어떤 신호'가 있어야 합니다. "등락한다"를 비유적으로 표현하면, 수도관의 물 압력이 수시로 강해졌다가 약해졌다가, 그렇게 오락가락하는 것과 같습니다. 2) 심지어 수도관 안에 있던 물이 정수장으로 돌아가는, 역류 현상처럼 AC 전기도 순식간에 흐름의 방향이 바뀝니다. 이런 모든 것을 AC(Alternating Current) 에너지, 교류 에너지, 더 두루뭉술하게 아날로그 에너지라고 합니다. 여기서, '등락', 오르락내리락 한다는 표현을 전압이 커졌다가 작아졌다를 반복하는 것으로 이해하면 좋습니다. 높은 곳에 있는 수도관이라면 물이 나오다 말다 이겠지요? 그에 반해서 DC(Direct Current) 에너지 즉, (예) 건전지가 생산하는 전기 에너지는 조용히, 아주 균일하게, 등락 없이, 끊김이나 역류 현상도 없이, 꾸준히 전기가 흐르는 것을 말합니다. (건전지는 서서히 전압이 감소되겠지만 그 역시 평탄한 내리막처럼 감소합니다. 순간 등락하지 않습니다) 2. 에디슨은 DC로 발전 전기를 송전해야 한다고 주장했고 잠시 그의 직원으로 근무하기도 했던 테슬라는 극구 AC로 송전해야 한다고 주장하여 서로 심하게 대립했습니다. 현재 발전소에서 가정집까지의 에너지 전송은 99.99% AC 송전/배전으로 해결합니다. (물론, 특이 사례로서 DC 송전도 있습니다) 에디슨이 테슬라에게 완패한 것은, AC로 전기 에너지를 전송할 때 트랜스포머(트랜스)를 써서 각 전송 단계별로 전압을 낮추거나 또는 높일 수 있다는, 매우 강력한 AC 송전의 강점을 애써 무시했기 때문입니다. 3. 그렇게 트랜스포머를, "DC가 아닌, 등락하는 전기 에너지나 전기 신호를 넘겨주는 변환장치"로 해석하고, 등락하는 전기 에너지를 만들기 위해 DC 에너지를 만드는 건전지를 가지고 "떼었다 붙였다"를 반복합니다. 그 결과를 비유적으로 묘사하면 다음과 같습니다. 왼쪽 그림은 9V 건전지의 전기 에너지가 흐르는 것을 전압의 크기 변화로 정리한 것이고 오른쪽 그림은 "건전지를 떼었다 붙였다" 할 경우의 전기 흐름을 묘사한 것입니다. (건전지를 쓰고 있음에도, 확실히 오른쪽 그림은 '정중동의 DC'라고 보기는 어렵습니다) 정중동의 DC가 아니라면 나머지는 AC 이거나 AC일 가능성이 매우 높은 어떤 전기 흐름이 되는 것입니다. 그런데 그런 속성을 가진 전기 에너지는 무조건 트랜스포머 1차 측과 2차 측을 마음대로 넘나듭니다. 4. 이상의 내용을 가지고 7 페이지의 실험 결과를 살펴보면, - 트랜스포머 1차 측에서 건전지를 떼었다 붙였다 하면, 2차 측에 물린 멀리미터의 <전압 측정 모드>에서 바늘이 움찔하거나 디지털 지시값이 변해야 합니다. 멀티메터를, 가장 낮은 레인지의 <전압 측정 모드>로 했을 때 지시 값에 변화가 감지됩니까? (▲ 이 아날로그 멀티미터는 최저선 DC 0.1V 레인지까지 있습니다. DC 2.5V 레인지에서도 바늘이 살짝 움직이는 것을 확인하였습니다. 건전지 극성을 반대로 하면 바늘의 움직임도 반대가 됩니다) - 테슬라가 주장했던 그대로, DIY PACK.1에 담긴 트랜스포머는 220V AC 전압을 5V, 6V... 15V와 같이 낮은 AC 전압으로 바꿔주는 강압(=전압을 낮춘다) 트랜스포머입니다. 이번에는 1차 측과 2차 측의 개념을 바꾸어 테스트를 해보세요. 즉, 강압 트랜스포머를 가지고 반대로 사용하여 승압(=전압을 높인다) 트랜스포머로 쓰는 것입니다. 논리만으로는 9V 건전지 접촉에 대한 반응은 승압 트랜스포머로 연결할 때, 구동 전압이 커졌으니까 더 잘 감지가 되겠지요? 예를 들어, 아날로그 멀티미터의 바늘이 조금이라도 더 시원하게 움찔할 것입니다. - 반응이 전혀 없다면, 멀티미터가 순간적인 전압 변화를 감지하지 못하는 경우입니다. 그렇다면 다음과 같이 테스트해 보세요. a) 승압 트랜스포머를 상정하고, 0V~220V 탭에 스피커를 연결합니다. 악어 클립을 사용해 주세요. b) 0~3V 탭에 건전지를 연결하였을 때 틱틱~! 소리가 들려야 합니다. 소리가 들린다면 강제로 만들어낸 1차 측의 등락 에너지가 트랜스포머 2차 측으로 넘어갔다는 사실을 확인한 것입니다. ■ 핵심 정리 1. 다양한 용어가 쓰이지만, 기본은 <변압기 = 트랜스 = 도란스 = 트랜스포머>입니다. '도란~쓰'가 그럴듯하지만, 가급적 표준 용어인 '트랜스포머'를 사용합니다. 2. 전기 에너지와 작은 전기 에너지와 똑같은 신호 성분의 전압이 a) 등락하면 AC, b) 전압이 정중동이면 DC입니다. 3. AC는 트랜스포머의 1차 측에서 2차 측으로 넘어갈 수 있습니다. 그때 트랜스포머 특성에 따라서 전압으로 표현되는 2차 측 에너지의 크기는 a) 커지거나, b) 작아집니다. 4. 작아지는 경우를 강압(降壓, 압력을 낮춘다는 뜻이므로 수돗물 압력이 작아지는 것), 커지는 경우를 승압(降壓)이라고 합니다. 5. 전봇대 위 변압기는 강압 트랜스포머입니다. DIY PACK.1의 트랜스포머와 각종 오디오에서 사용하는 전원 트랜스포머는 강압형입니다. 6. 예를 들어 200~400V 내외의 진공관 앰프 동작 전압을 얻기 위해서, 산업 현장에서 필요한 수천 V~수만 V 고전압을 만들기 위해서 승압 트랜스포머를 사용하고 있습니다.audioPUB
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Week 6~Week 9용 DIY PACK.1 구성 안내<사용자 매뉴얼 2/3>에서 다루는 부품을 택배로 발송합니다. 10주 차 이후에 쓰이는 것은 추가 발송하겠습니다. (▲ Week 6~ Week 7용 부품. AC 220V를 AC 3V, 6V, 9V, 12V로 변환하는 트랜스포머입니다. 300mA가 적혀 있는 것은 소모전류가 그 이하이어야 한다는 뜻입니다. 초과하면 발열하고 안에 감긴 에나멜선이 타고, 그러다가 열이 나면서 화재가 발생할 수 있습니다) (▲ Week 6~ Week 7용 부품. 브리지 다이오드입니다. 물결 모양 두 개와 +, - 부호가 각인되어 있음을 기억해주세요) (▲ Week 6~ Week 7용 부품. 입력된 어떤 DC 전압을 안정적인 DC 5V로 바꾸어주는 레귤레이터 IC입니다. 부품명 LM7805) (▲ Week 8의 IC 앰프 회로에서 사용하게 될 LM386 IC입니다. 소켓을 먼저 땜하고 IC는 나중에 소켓에 꽂습니다. 소켓이 있다면, IC를 땜하지 않습니다) (▲ Week 8의 IC 앰프 회로에서 사용할 3.5파이 플러그입니다) (▲ <사용자 매뉴얼 2/3>에 제시되는 바에 따라서 각기 다른 특성의 다이오드를 사용합니다. 번호가 적힌 종이가 붙어 있는 그대로 트레이에 보관해주세요. 1번 = 6.3V 제너 다이오드(IN5234), 2번 = 5.1V 제너 다이오드(IN5231), 3번 = AM 회로에서 사용하는 검파 다이오드(IN60), 4번 = 일반적인 정류용 다이오드) (▲ Week 9용 부품. AM 라디오 회로에서 사용할 부품입니다. 좌측은 코일, 우측은 가변 커패시터(트리머)입니다) (▲ NPN형 트랜지스터를 몇 종, 몇 개를 추가하였습니다. <사용자 매뉴얼 2/3>에 제시되는 회로에 사용됩니다. 또는 예비용이기도 합니다. ) 아래 큰 만능 기판에, - 6주 차~9주 차 회로( 전원 회로 + 앰프 회로 + AM 라디오 회로) - 10주 차 FM 라디오 회로를 누적적으로 구현하는 것으로 합니다. 그렇게 하면 한 세트 회로가 곧 AM/FM 라디오가 될 것입니다. 만일 좁은 공간을 분할하면서 땜하는 게 부담스럽다면, 1차 발송 박스 안에 있는 작은 만능 기판을 쓰고 각각 만능기판을 배선재로 연결해도 됩니다.audioPUB
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종합 정리, Week 1 ~ Week 55주차 완료 후, 보강해야 할 내용을 일괄 정리하는 페이지입니다.audioPUB
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[Week 5] 31 페이지~33 페이지 설명 자료* 이 테스트 회로는 a) Google 검색으로 필요한 회로를 찾고, b) 그것을 적당히 해석한 다음, c) 직접 만들어 볼 수 있다는 점을 예시하기 위해 선정하였습니다. 1. 바이브레이터(Vibrator)로 통칭하는 이 회로는, 오늘날 모든 디지털 기기를 움직이고 있습니다. 본질은 도 아니면 모인 디지털 동작에 있지요. 10101010...의 1이거나 0이거나, On이거나 Off이거나, 왼쪽이거나 오른쪽이거나. 그런 동작을 또 다른 말로 '토글(Toggle)' 동작한다"라고 합니다. 흔히 듣는 단어일 것으로 생각하는바, 토글 스위치라는 것도 있습니다. 오디오 전원 스위치, 가정집 전등 스위치도 토글 스위치입니다. 2. DIY PACK.1에서 손에 잡히는 부품을 꺼내서 구현합니다. 단, 회로가 (트랜지스터를 기준으로) 좌/우 두 개 블록으로 구성되어 있다는 점에 유의하세요. 그러므로 짝맞춤으로 부품을 골라야 합니다. 예를 들어, 동일 부품명의 NPN형 트랜지스터 2개, 아니면 PNP형 두 개. 같은 값의 일반 저항. 가급적 같은 용량의 커패시터, 가급적 같은 모습의 LED를 준비합니다. 아래 제작물에서, - 이 예시 보드에 DIY PACK.1에 담긴 토글스위치를 적용해보았습니다. 누르면 On, 다시 누루면 Off 입니다. 누름 동작에 대응하는 핀이 어떤 것인지는 <저항 측정 모드>를 이용해서 찾아보세요. 그리고 그것을 종이에 적어놓으세요. - 좌하단의 커다란 부품은 수십 V 전압을 5V로 낮춰주는 레귤레이터 IC LM7805입니다. 인터넷 제시 회로가 3.7V를 언급하였으므로 9V를 더 낮추기 위해 사용하였습니다. DIY 세상은 물론 실전 전자 세상에서도 널리 쓰이는 IC입니다. Google에 'LM7805'를 입력하고 핀 배열을 확인하여 종이에 적어놓으세요. - 다이오드의 극성 즉, 어떤 리드에 + 전압을 인가할 것인가 그리고 사용자 매뉴얼의 Symbol에 해당하는 리드는 무엇인가에 관해서는 [Week 2] 멀티미터로 다이오드, LED 검사하기, [Week 3] 기타 참고 정보를 참고합니다. 요점만 적자면, "저항값이 최소인 상태에서 적색 브로브 쪽 리드에 - 전압을, 흑색 프로브 쪽 리드에 +전압을 인가하면 됩니다" - 위 사진처럼 배선은 가급적 직각으로 하되 사정에 따라 다르게 해도 됩니다. 위에도 직각이 아닌 배선이 있습니다. 그리고 테프론 선을 길게 배선할 때, 모두를 땜하면 좋지만, 힘들고 자원 낭비가 될 수 있으니 그저 흔들리지 않을 정도로 중간중간에 몇 포인트만 땜을 해도 됩니다. 예를 들어 제작 보드의 위쪽은 모두 땜하였고 아래쪽은 듬성듬성 땜하였습니다. - DIY PACK.1에 담긴 플라스틱 지지대 볼트를 써서 작업하였습니다. 이 임시 구조물이 만능기판을 뒤집을 때 상면에 붙어 있는 부품을 보호하고 동시에 만능기판의 수평을 유지하는 장점이 있다는 사실을 기억해 주세요. [video src="http://audiopub.co.kr/wp-content/uploads/diy_pack_movie_clips/diy pack.1-week 5-flip flop.mp4"] 3. 이하에서 처음보는 회로를 가볍게 분석하는 방법을 정리합니다. 1) 머릿속에서 생뚱맞은 커패시터를 제거합니다. 그러면 다음과 같이 됩니다. 이미 여러 번 보았던 회로입니다. 사용자 매뉴얼 22페이지, 25페이지, 26페이지, 29페이지의 테스트 회로들이 트랜지스터 한 개, 일반 저항이든 가변저항이든 베이스 전류를 제한하는 부품 한 개, LED나 스피커 등 어떤 일을 하는 부품으로 구성되어 있는 것과 같습니다. "수도꼭지인 트랜지스터 베이스를 조절해서 수도관인 에미터-콜렉터 전류를 달리하고 와중에 LED를 켜는구나!"라고 해석하면 그만입니다. 여기까지는. 그리고 A 회로와 B 회로는 같은 것이니까 전원을 인가하면 두 개 LED가 모두 점등되겠습니다. 그러면 이제, 두 회로의 트랜지스터 베이스 전류를 교대로 흐르지 않게 만드는 아이디어를 접목하면, 두 개 수도꼭지를 번갈아 돌리면 두 개 수도관에 물린 두 LED를 교대 점멸을 할 수 있을 것입니다. 그 부품이 바로 충전과 방전에 시간이 소요되는 커패시터입니다. 다음 예시에서, 예를 들어, 왼쪽 LED가 점등될 때 그 전기 에너지가 커패시터를 충전하는데 그런 충전 시간 동안은 베이스 전류가 커패시터 쪽으로 먼저 흘러갑니다. 그래서 오른쪽 트랜지스터는 전혀 힘이 없는 상태 즉, OFF 됩니다. 그 상황을 잘 생각해 보면, 왼쪽 LED가 점등될 때 오른쪽 LED는 소등됩니다. 해당 커패시터가 오른쪽 트랜지스터 베이스 전류를 가로채기한 셈인데 그 가로채기는 아주 잠깐 동안만 가능하다는 점 기억해 주세요. (잠깐의 시간을 흔히 '시정수'라고 표현합니다) * 관련 글 : 단 채널 아날로그 오실로스코프로 커패시터 용량 측정하기 (1) 그 잠깐이 지나면 아무 일도 없었던 것처럼 되니까 오른쪽 트랜지스터가 다시 On, 그래서 오른쪽 LED가 점등됩니다. 오른쪽 LED가 점등되면 앞선 커패시터의 가로채기가 왼쪽 트랜지스터에서 진행됩니다. 결국은, 커패시터 때문에 두 트랜지스터가 번갈아 가며 On/Off를 반복하고 그에 따라 두 LED가 점등과 소등을 반복하는 회로가 되는 것이지요. 제작물에서 220uF을 사용했습니다. 커패시터 용량을 키우면 '잠깐 동안'을 늘일 수 있으니까 더 천천히 점멸할 것입니다. 용량을 작게 하면 더 빠르게 점멸하겠지요. ■ 핵심 정리 1) 인터넷에 있는 참조 회로를 열람하고 구현하는 계기를 마련하였습니다. 2) Week1~Week5까지의 테스트 회로에서 트랜지스터가 가장 중요한 역할을 수행하였습니다. 그런 사실에 착안하여, 인터넷 자료 찾기를 할 때는 트랜지스터 개수가 몇 개인지를 먼저 확인하면 좋습니다. 한두 개로 끝나는 것이 처음 시작하는 DIY 활동에 적합한 회로입니다. 3) 29 페이지 테스트 회로에서 Signal 커플링으로 사용되었던 커패시터가 전기 에너지를 잠시 담아두면서 다른 부품용 전류를 가로채기하는 용도로 쓰였습니다. 그렇게 커패시터는 (회로 구성에 따라) 짧은 시간 동안 트랜지스터를 On, Off 할 수 있습니다. 오디오 시스템의 Power-On Mute 즉, 최초 전원 투입 시 퍽! 하는 소리를 억제하는 회로에서 자주 사용되는 부품이기도 합니다. 4) 바이브레이터 회로는 On/Off 토글 정보 즉, 디지털 신호를 취급합니다.audioPUB
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[Week 5] 29 페이지~30 페이지 설명 자료1. 회로 구성은 사실상 25 페이지의 테스트 회로와 같습니다. 아래 25 페이지의 회로와 비교를 해보면, 1) 회로 출력 반응을 표시하던 LED가 스피커 유닛으로 대체되었습니다. 한편으로, R2는 트랜지스터 에미터에 연결되었는데 이번 스피커 유닛은 콜렉터에 연결됩니다. 에미터나 콜렉터, 콜렉터나 에미터 모두는, 수도꼭지인 베이스의 상태에 따라 전류가 흐르는 수도관 즉, 메인 전류흐름의 경로일 뿐이니 어디에 무엇을 붙이든 상관없습니다. 2) 트랜지스터 베이스에 가해지는 전압의 등락 즉, 회로 입력을 대신하던 가변 저항이 외부로부터 등락하는 신호를 받고 트랜지스터 베이스에 넘겨줄 수 있는 전해 커패시터로 대체되었습니다. 이런 커패시터를 흔히, 회로의 내부와 외부, 혹은 A 보드와 B 보드, 또는 A 회로와 B 회로가 맞닿았을 때 각각을 격리한 상태로 신호만 뽑아서 건네준다는 의미의 Coupling을 써서 커플링 커패시터'라고 합니다. "앰프의 커패시터를 교체하였더니 소리가 달라졌다"라는 이야기를 종종 듣게 되는데, 바로 그 커패시터입니다. 2. ※ (1기 진행에서 혼란이 있었기에 적습니다) 2SD1640 트랜지스터가 아닌 평범한, 작은 크기의 NPN형 트랜지스터를 사용합니다. 이제 R1와 C1의 값을 정해야 합니다. 1) R1 : 25 페이지를 참고하고 다음과 같이 계산합니다. - 설계자는 수도국장이니 수도물 공급량을, 1mA, 5mA, 10mA... 마음대로 정할 수 있습니다. 이번에는 20mA로 하겠습니다. - 직류전류증폭도를 바꾼 말, <베이스 전류 비율>을 1:100으로 합니다. - 그러면, R1 = (건전지 전압 9V - 트랜지스터 베이스-에미터의 필수 전압 0.7V) ÷ (베이스 전류 즉, 목표 전류량 0.020A의 1/100) = 415,000 = 약 42K오움이 나옵니다. DIA PACK.1에 42K오움짜리가 없으니까 47K오움을 붙여줍니다. 2) C1 : 임피던스라는 말과 연결되는 부품입니다만, 그냥 DIY PACK.1에서 손에 잡히는 100uF 이하짜리를 사용합니다. 값이 중요한 게 아니라 "커패시터를 썼다"가 중요하지요. 3) '[Week 2] 멀티미터로 스피커 유닛 검사하기'에 정리된 것처럼 스피커도 저항값을 갖고 있지요? 그런데 매우 작은 값입니다. 그래서 무시합니다. 이하 내용을 열람하지 말고 현재 상태에서 회로를 꾸며보세요. 그리고 멀티미터 <저항 측정 모드>에서 프로브 하나를 GND 즉, 건전지 -단자에, 나머지를 Signal로 표시된 입력 라인에 갖다 댑니다. (이 동작은 멀티미터의 내부 건전지를 이용해서 일종의 단발성 노이즈 신호를 주입하는 것과 같습니다) 어떤 반응이 있습니까? 3. 이번에는 R1에 5.1K오움을 병렬로 붙여줍니다. "멀티미터로 신호를 주입했을 때 스피커에서 잡음이 들려야 정상입니다!" 그런데 여기서, 47K오움 하나를 쓴 것과 그것에 5.1K오움을 덧대기한 것에 왜 큰 차이가 있는 것일까요? 이유는 수도꼭지 돌림 즉, 베이스 전류의 차이때문입니다. 스피커에서 소리가 나오려면 진동하는 신호, 등락하는 신호, DC가 아닌 AC 신호를 취급해야 합니다. 그러려면 생각보다 콜렉터-에미터 수도관의 직경이 커야하지요. 그것은 곧 취급 전류량이 커져야 한다는 뜻이 되고, 그렇다면 당연히 베이스 전류가 커져야 합니다. 그림으로 표현하면 다음과 같습니다. (▲ 이 그림은 비유적인 상황을 묘사한 것이고 실제로는 트랜지스터 반응 곡선 등 데이터시트의 정보를 가지고 적정한 반응점을 정해야 합니다. 그렇더라 하고 넘어갑니다) - 첫 번째 사례 : 수도관이 너무 작아서, 그러니까 너무 천정이 낮은, 너무 미세한 상하 등락 여유도를 갖고 있기 때문에 주입 신호가 충분히 증폭되어 넉넉하게 스피커에 전달되지 않았습니다. 트랜지스터가 정상 동작 중(=당연히 베이스-에미터 전압 0.7V도 충족합니다)이지만, 간신히 살아있는 정도인 셈이고 주변 환경이 안 맞으니 뭘 먹고 뭘 처리하고 뭘 뱉을 수 없는 상태인 것이지요. - 두 번째 사례 : 수도꼭지에 5.1K오움을 붙여서 꼭지를 확 돌리고 그럼으로써 수도관의 직경을 넉넉한 것으로 바꾸었습니다. 물이 콸콸콸 나오는 것처럼 1:100만큼 증폭된 신호가 시원하게 스피커에 전달됩니다. [video src="http://audiopub.co.kr/wp-content/uploads/diy_pack_movie_clips/diy pack.1-week 5-make a single transistor amplifer.mp4"] 4. 참고로, 1) 47K오움과 5.1K오움을 덧대기 병렬로 연결하면 어떤 공식에 의해서 그 값이 가장 작은 저항보다 더 작아집니다. 말을 바꾸어서 쓰면, 현재 베이스에 붙어 있는 덩어리 저항의 값은 논리상 5.1K오움 미만이 됩니다. 그러면 그것은 얼마일까요? 다음 링크의 WEB TOOL로 확인해 보세요. https://www.digikey.kr/ko/resources/conversion-calculators/conversion-calculator-parallel-and-series-resistor 2) 네. WEB TOOL이 4.6K오움이라고 하는군요. 그러면 거꾸로, 수도관 에미터-콜렉터에는 얼마만큼의 전류가 흐른다는 것인가요? 멀티미터로 측정해도 되지만, 거꾸로 계산을 해보겠습니다. 여기서, 스피커 유닛의 저항은 작으니까 무시합니다. 직전 상태에서 R1 = (건전지 전압 9V - 트랜지스터 베이스-에미터의 필수 전압 0.7V) ÷ (알고 싶은 수도관 전류량의 1/100) = (병렬 저항 계산값 4600오움)이었므로, (알고 싶은 수도관 전류량의 1/100) = 8.3V/4600입니다. 그래서 (알고 싶은 수도관 전류량) = (8.3V/4600) × 100 = 0.18A = 180mA가 됩니다. ※ 멀티미터로 측정하면 180mA가 아닐 것입니다. 아마 작은 트랜지스터가 진작에 망가졌을 것입니다. 그저 계산식이 그렇다는 점에 유의해 주세요. DIY PACK.1에 담긴 KTC3202, 위에 사용된 범용 트랜지스터 2SC1815와 같은 작은 트랜지스터에게는 상당히 무리한 전류량입니다. 실제로 손가락을 대보면 살짝 뜨겁습니다. (거의 한계점에서 동작하고 있는 셈이지요. 불안하면 5.1K오움을 조금 더 큰 것으로 바꾸어도 됩니다) 이 싱글 앰프의 동작은 정확히 가정집 A 클래스 인티앰프의 동작과 같습니다. 부품이 많고 적고의 차이 정도로 이해하면 좋습니다. 3) 그런 DC 전류가 항상 스피커에 전달되면 어떤 일이 벌어집니까? 실험 상황이 아닌 현실에서는 당연히 좋지 않습니다. 예를 들어, 스피커 유닛 안에 있는 보빈(Bobbin) 코일에 전류가 흐르면 스피커 유닛의 콘지는 앞이나 뒤로 상시 이동한 상태가 됩니다. 그다음에 '최대 이동 구간에서 상시 이동된 위치를 뺀 나머지 구간'에서만 신호를 재생하게 됩니다. 잠을 잘못자서 하루 종일 목이 돌아가 있는 겻처럼, 소리가 좋을 이유가 없는 데다가 보빈 코일의 발열은 유닛 고장으로 이어질 수 있습니다. 그래서 앰프의 DC Offset이라는 것을 상정하고 그것을 항상 0.0V에 머물게 합니다. ■ 핵심 정리 1) 트랜지스터 하나로 최소한의 기능을 수행하는 A 클래스 앰프를 만들어보았습니다. 2) 커플링 커패시터라는 것을 사용해보았습니다. 3) DC로 LED를 켜는 것과 등락하는 사운드 신호나 AC 신호를 다루는 것은 성격이 완전히 다르다는 것을 기억해주세요.audioPUB
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[Week 4] 26 페이지~27 페이지 설명 자료회로 자체는 NPN 형 KTC3203 트랜지스터를 쓴 22 페이지의 회로와 완벽하게 같습니다. 2SD1640도 NPN 형입니다. 그런데 크게 다른 것이 하나 있습니다. 앞서 수도꼭지에 해당하는 트랜지스 베이스의 전류를 설정하기 위해서 <베이스 전류 비율>이라는, 이곳에서만 사용하는 용어를 쓰면서 1:100을 언급한 바 있습니다. 2SD1640의 <베이스 전류 비율>은 일반 트랜지스터에 무난하게 적용할 수 있는 1:100이 아니라 1:40000입니다. 왜 400배나 차이가 나는 것일까요? 1) KTC 3202는 범용 트랜지스터, General Purpose 트랜지스터입니다. 그래서 평균 비율인 1:100이 적용될 수 있습니다. 심지어 아무 생각 없이 범용 트랜지스터 A를 KTC3020으로 대체해도 그 회로는 대충 돌아갈 것입니다. 2) 2SD1640은 범용 트랜지스터가 아니고 다알링톤, 달링톤, Darlington이라고 불리는 구조의 특수 트랜지스터입니다. Darlington은 이 구조를 만든 분의 이름입니다. 트랜지스터의 1:n 배율이 매우 높고 그래서 작은 베이스 전류로 더 큰 전류를 제어할 수 있는데 그 때문에 파워앰프의 드라이빙 회로, 산업용 장치의 모터 등 각종 구동 회로에 널리 사용되고 있습니다. 가급적 시각적이지 않은 자료는 쓰지 않으려고 했지만, 어쩔 수 없이 데이터시트의 일부를 가져오면 아래와 같습니다. 살펴보면 두 개 트랜지스터, 두 개 저항체, 한 개 다이오드가 한 몸체 안에 들어가 있습니다. 그렇다면, 일종의 IC로서 겉은 트랜지스터인데 내부는 흔히 생각하는 트랜지스터가 아닌 것입니다. 3) 이제 저항값을 계산해 보겠습니다. R2는 일단 무시하고, 콜렉터-에미터 10mA 전류 흐름과 1:4000이라는 베이스 전류 비율로 R1을 계산하면 다음과 같습니다. R1 = (9V - 0.7V × 2) ÷ (0.01 ÷ 4000) = 3,040,000오움 = 3.040M오움 여기서, 트랜지스터가 2단으로 묶였기 때문에 0.7V에 곱하기 2를 했습니다. 3단이면 0.7 × 3, 4단이면 0.7 × 4... 확실히 상황이 범용 트랜지스터와 현격히 다른 것을 것을 알 수 있습니다. 이상으로, "이런 것도 있더라" 정도로만 이해해 주세요. ■ 핵심 정리 1) 트랜지스터와 같은 모양이지만, 성격이 다른 부품도 있습니다 2) KTC3202, 2SC1815 등 범용 트랜지스터(General Purpose Transistor)는, 매우 정교하게 신호를 처리하는 회로가 아니라면 대체로 1:1 호환됩니다. 범용 트랜지스터인지 여부는 검색한 데이터시트에 기표되어 있습니다. 3) 다알링턴 구조의 트랜지스터는 범용 트랜지스터를 2단으로 묶은 것과 같다. 범용 트랜지스터 자리에 다알링턴 트랜지스터를 쓰면 회로는 오작동하게 됩니다.audioPUB
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[Week 4] 25 페이지 설명 자료1. 이 테스트 회로는 몇 가지 관점에서 22 페이지의 회로와 다릅니다. 1) NPN 대신에 PNP라는 분류의 트랜지스터를 사용합니다. 2) 트랜지스터가 일반 저항 R2 대신에 LED에 전류를 공급합니다. 3) 트랜지스터 베이스 전류를 제한하는 일반 저항 R1에 연이어 가변저항을 붙였습니다. 2. 테스트 목적은 다음과 같습니다. 1) NPN형, PNP형 모두 수돗물의 흐름(=콜렉터와 에미터의 전류 흐름)을 베이스(=수도꼭지)로 제어한다는 것은 같습니다. 단, 수돗물의 흐름(방향)은 정반대입니다. 그러므로 트랜지스터 베이스에 건전지 - 단자가 연결되어야 합니다. 앞서 사용한 KTC 3202는 NPN형이었기 때문에 베이스에 건전지 +단자가 연결되었던 것과는 다릅니다. 이렇게 기억해 주세요. NPN = 베이스에 + 전압, PNP = 베이스에 - 전압 2) 이것이 가정집 오디오 시스템이라고 상상합니다. LED는 스피커 시스템이 되고 가변저항은 소스기기인 CDP, 9V 건전지는 인티앰프 안에 있는 커다란 전원부가 되지요. 가변저항을 아무렇게나 반복해서 돌리면 LED의 밝기가 그때그때 달라질 것입니다. 그 반응은, - CDP(=가변저항)에서 음성 신호(=전압의 등락)가 나와서 - 앰프(=트랜지스터)에 의해 증폭 또는 통제된 다음, - 스피커 유닛(=LED)가 반응하는 것과 같습니다. 3. 이제 다음과 같은 논리로 R1과 가변저항의 값을 계산해야 합니다. 1) LED의 표준 전류를 0.015A 즉, 15mA로 합니다. 2) 그러면 트랜지스터가 그 정도의 전류를 공급해 주어야 하므로 콜렉터~에미터 전류가 15mA가 될 것입니다. 15mA = 0.015A. 3) 수도꼭지인 베이스에 1:100 비율만큼 더 작은 전류가 흘러야 하므로 0.00015A가 됩니다. 4) 그다음, 조금 특이한 변수가 하나 튀어나옵니다. LED를 점등하기 위해서는 전류뿐만 아니라 전압도 신경을 써야 한다는 사실입니다. 예를 들어 LED에 전달되는 전압이 1V이면 LED는 켜지지 않습니다. 상당히 높은 전압인 건전지 9V를 직접 인가했을 때 LED가 고장 난다는 것은 이미 확인하였습니다. 여기서, LED의 표준 전압을 2V로 상정하겠습니다. (사실은, LED 색상과 종류에 따라 그 전압이 조금씩 다릅니다. 물론, 표준 전류도 다 다르지요) 5) 앞서 트랜지스터 베이스와 에미터 전압은 반드시 0.7V를 충족해야 한다고 했습니다. 6) 이쯤에서, 일종의 물리현상과 같은 다음 사항은 확실히 기억해 두는 게 좋겠습니다. 트랜지스터 NPN 형 베이스 전압은 +, PNP 형은 - 트랜지스터 베이스~에미터 전압 0.7V LED 표준 전류 15mA, LED 표준 전압 2V 7) 이상의 표준 수치를 쭉 늘어놓으면 다음과 같이 됩니다. 이제 '브이 이꼬르 아이알'을 가지고 가변저항과 R1 저항으로 구성된 <베이스 전류 통제 저항>의 값을 계산할 수 있습니다. 베이스 전류 통제 저항 = (9V - 0.7V - 2V) ÷ 0.00015A = 42,000 = 42K오움 8) DIY PACK.1에 42K오움 일반 저항은 없고 47K오움, 33K오움은 있습니다. 47K오움과 윗면에 '103'이 적힌 10K오움 가변 저항을 쓰기로 합니다. 가변저항은 0오움~10K오움 사이에서 저항값이 나오고 0오움이 될 때와 최대치인 10K오움이 될 때 문제가 생기는 것 아닌가 하는 상상을 해볼 수 있습니다. 그러나 트랜지스터 베이스 전류 비율 1:100도 정확한 게 아니고 부품의 오차와 특성도 있기 때문에 좋은 결과를 기대하고 강행하는 것입니다. Q) 회로를 꾸미고 가변저항의 회전각도를 1/2로 두고 건전지를 연결합니다. 가변 저항 회전판을 좌에서 우, 우에서 좌로 돌립니다. 어떤 결과가 나옵니까? 위 질문에 대한 답 그리고 왜 그림에서 '오류!'를 표기했는지에 대한 설명을 [ DIY PACK TALKS ] 게시판에 올려주세요. ■ 핵심 정리 1) 위 테스트 회로는 가정용 오디오 시스템의 구성과 완벽하게 같습니다. 맨 마지막 그림은 시각적으로 기억해 주세요. 이후 어떤 전자회로를 만나든 이것으로 유추해서 해석할 수 있습니다. 2) 트랜지스터는 NPN 형과 PNP 형이 있고 NPN 형의 베이스에 + 전압이, PNP 형의 베이스에는 - 전압이 인가되어야 합니다. 그리고 베이스와 콜렉터는 늘 같은 극성을 따라갑니다. 3) 트랜지스터의 베이스와 에미터 전압은 0.6~0.7V를 충족해야 합니다. 4) LED의 동작 전압은 2V, 표준 전류는 10~20mA입니다. 무난하게 15mA로 합니다. 5) 트랜지스터의 '베이스 전류 제한 저항'으로 표현했던 바이어스(Bias) 저항의 계산은 건전지 전압 9V, LED 동작 전압 2V, 베이스-에미터 전압 0.7V와 '브이 이꼬르 아이알'을 종합하여 계산합니다.audioPUB
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[Week 4] 22 페이지~24 페이지 설명 자료1. 트랜지스터의 동작은 아래 그림을 기억하고 연상하면 됩니다. 1) 전기의 흐름을 만드는 원천인 건전지 내지 전원 공급 회로는 어딘가에 있을 수돗물 가압 펌프장과 같습니다. 관로를 따라서 물이 흐르듯 그 원천에서 전기가 흐릅니다. 그것을 '전류'라고 부르고요. 2) 수도꼭지는 트랜지스터의 베이스(Base)라고 불리는 어떤 리드 또는 '트랜지스터 다리' 중 하나가 됩니다. 트랜지스터의 베이스라는 단어는 꼭 기억해 주세요. 3) 수도꼭지를 비틀면 수돗물의 양이 달라집니다. 같은 방식의 작용으로 트랜지스터 베이스의 상태가 달라지면, 3개 트랜지스터 리드 중 나머지인 콜렉터(Collector), 에미터(Emitter) 사이를 오고가는 전류의 양이 달라집니다. "오고 간다"는 표현을 쓴 것은 트랜지스터 종류에 따라서 콜렉터에서 에미터로 또는 에미터에서 콜렉터로 전류가 흐를 수 있기 때문입니다. 혼란스러울 수 있으니까 그냥, - 베이스의 상태를 바꾸면, 마치 수도꼭지를 만지는 것처럼 생각하면, - 나머지 두 리드를 통해 흐르는 전류의 양이 바뀐다 정도로만 기억을 해주세요. 2. 그다음으로 가장 중요한 요소인 베이스에, + 전압을 인가할 것인지, 아니면 - 전압을 인가할 것인지를 판단해야 합니다. 두 가지 종류의 트랜지스터가 있고 그것을 각각 NPN 형, PNP 형이라고 부릅니다. NPN형인 경우 베이스에는 + 전압을, PNP형인 경우에는 - 전압을 인가해야 합니다. 그렇지 않으면 오작동하거나 트랜지스터가 망가집니다. 테스트 회로의 트랜지스터는 KTC3202입니다. 앞선 글에서 이미 NPN 형인 것을 알게 되었습니다. 그렇다면, 베이스에 건전지 + 단자 전압을 그대로 연결하면 될까요? 아닙니다. 다이오드 테스트 사례에서처럼 적당히 전류를 제한해야 합니다. 그런 목적의 일반 저항을 흔히 '바이어스 저항'이라고 부르는데 자칫 혼란스러울 수 있으니까 여기서는, LED 테스트에서 몇 번 언급했던 <전류 제한 저항>으로 바꿔서 부르겠습니다. 그 저항은 어떤 계산식에 의해서 도출됩니다. 3. 아래 회로에서, 건전지 + 단자와 베이스 사이에 배치되는 R1은 <전류제한 저항>입니다. 그 값은 다음과 같은 방법으로 도출합니다. step 1) 상수도 부서가 얼마나 많은 수돗물을 공급해야 하는지를 먼저 결정하는 것처럼, 베이스를 제외한 나머지 두 리드 사이에 얼마만큼의 전류를 흘릴 것인가를 결정합니다. 임의로 10mA라고 하겠습니다. step 2) 그다음, 수도꼭지를 얼마나 많이 열어야 할지를 생각해야겠지요? 그것을 정의하기 위해서는 수도꼭지를 돌리는 각도, 수압과 수도관의 직경 등 다양한 변수도 함께 검토해야 합니다. 그렇게 하자고 하면 너무 복잡하니까 그냥 <수도꼭지 돌림 각도 대 수도물 토출량>의 비율만 가지고 생각하겠습니다. <수도꼭지 돌림 각도 대 수도물 토출량>에 해당하는 것이 트랜지스터의 <직류전류증폭도>라는 항목입니다. 데이터시트에 표기되어 있는데 보통은 1:100 내외입니다. 여기서는 1:100으로 하겠습니다. 앞서서 10mA를 흘리겠다고 했으니 0.01A ÷ 100 = 0.0001A가 베이스를 통제하는 전류량이 됩니다. step 3) 10mA도 정했고 0.0001A도 계산했는데 그다음에 무엇을 해야 할까요? 일단 '브이 이꼬르 아이알'을 기억하고 다음과 같이 계산합니다. 여기서, 트랜지스터의 베이스와 에미터의 전압은 반드시 0.7V가 되어야 한다는 조건이 중요합니다. 일단, 무조건 다음 공식대로 처리합니다. 훗날을 위해서도 위 공식은 암기를 해 놓는 게 좋습니다. 트랜지스터 베이스의 전류 제한 저항(바이어스 저항) = (건전지 전압(9V) - 0.7V) ÷ 베이스 전류(0.0001A) = 8.3 ÷ 0.0001 = 83,000오움 = 83K오움 참고로 '무조건'이라고 단서를 단 이유는 트랜지스터 심볼을 놓고 베이스가 어떻고 콜렉터가 어떻고 그런 것을 학습해야 하기 때문입니다. 아무튼, 83K오움이 나왔는데 DIY PACK.1에 담긴 저항 중에서 가장 근접한 것이 82K오움이니까 그것을 쓰기로 합니다. step 4) 그러면 R2는 어떻게 정해야 할까요? Step 3에서 R2는 전혀 고려하지 않았습니다. 만일 R2를 고려했다면 다른 논리에 의해서 R1의 저항값이 바뀌어야 합니다. 다시 돌아가는 것은 부담스러우니 R2를 거의 의미 없는 값으로 정합니다. 예를 들어, 10오움, 20오움... 그런데 마침 DIY PACK.1에 포함된 가장 작은 값의 일반저항은 100오움입니다. 그러므로 그것을 그대로 쓰는 것으로 합니다. step 5) 이제 R1 = 82K오움, R2 = 100오움으로 놓고 만능기판에 회로를 구현합니다. 트랜지스터의 리드 구분은 다음과 같고 이것은 '[Week 2] 멀티미터로 트랜지스터 검사하기'에서 다룬 것과 같습니다. * 관련 글 : http://audiopub.co.kr/wp-admin/admin.php?page=kboard_admin_view_4 4. 회로가 실제로 동작하는지를 확인하기 위해서 멀티미터를 가지고 이곳저곳의 전압을 측정해보겠습니다. 흑색 프로브를 건전지 - 단자에 연결하고 적색 프로브를 ⓐ, ⓑ, ⓒ에 갖다 댑니다. Q) 트랜지스터의 베이스와 에미터 전압은 반드시 0.7V이어야 한다고 했습니다. 트랜지스터의 베이스와 건전지 - 단자에 연결된 에미터의 전압이 실제로 그렇습니까? Q) 이번에는 R2의 양 끝단에 프로브 두 개를 물리고 전압을 측정해 보세요. 어떤 값이 나옵니까? Q) R2 저항값을 알고 양 끝단의 전압도 알고 있습니다. 그러면 R2를 통과하는 전류의 량은, '브이 이꼬르 아이알'로 어떻게 계산됩니까? 질문에 대한 답을 [ DIY PACK TALKS ] 게시판에 올려주세요. ■ 핵심 정리 1) 트랜지스터의 베이스는 수도꼭지와 같습니다. 2) 트랜지스터 베이스의 상태에 따라 콜렉터와 에미터 사이를 흐르는 전류의 흐름이 달라집니다. 3) 달라진다는 표현에 맞는 <베이스 전류 비율>이 있습니다. 1:100을 상정하였습니다. (본래는 직류전류증폭도, 줄임말로 hFE라고 합니다만, 여기서는 이해하고 기억하기에 더 좋다고 판단한 '베이스 전류 비율'이라는 말을 만들어 쓰고 있습니다) 4) 베이스와 에미터 사이 전압은 반드시 0.7V를 충족해야 합니다. 5) 콜렉터-에미터를 흐르는 전류량을 정하고 베이스 전류 비율을 적용하고 0.7V를 생각한 다음에, '브이 이꼬르 아이알' 공식으로 베이스에 물린 일반 저항의 값을 산출하였습니다. 논리적인 단계를 기억해 주세요.audioPUB
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[Week 3] 19 페이지~20 페이지 설명 자료* 이하의 스펙 검색 방법은 모든 부품에 그대로 적용할 수 있습니다. DIY PACK.1에 담긴 디스플레이 LED 모듈은 아래 2 종입니다. 무엇인지는 알고 있지만, 정확한 핀 배열을 모르고 있습니다. 그것을 알아내는 절차와 실물이 제대로 동작하는지를 확인하는 방법을 정리합니다. 1) 구글 검색창에 'KB-1010SR LED', 'S-3616 LED'를 입력합니다. 끝에 Datasheet를 붙여주어도 좋습니다. 2) 일련의 검색 결과가 나오면 적당히 마음에 드는 링크를 클릭합니다. 3) 내부 핀 연결이 제시되어 있습니다. 가만히 보면 LED를 여러 개 배치하되 LED의 한쪽을 하나로 묶는 구조입니다. 배선, 납땜 포인트를 줄이기 위해 그렇게 한 것이지요. 측정 전압이 낮은 멀티미터로 작은 LED를 점등시킬 수는 없을 것입니다. 점등을 확인하려면 핀 극성을 확인하고 9V 건전지에 전류 제한 저항을 달고 잠시 연결하면 됩니다. ■ 핵심 정리 2. LED를 조합, 응용한 다양한 모듈형 부품이 있습니다. 2. 어떤 부품을 처음 접하면, 예단하지 말고 식별 가능한 문자열을 구글 검색창에 입력하여 데이터시트를 열람하는 게 좋습니다.audioPUB
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[Week 3] 18 페이지 설명 자료DIY PACK.1에 크고 작은 LED와 7 세그먼트 LED, 바-그래프 LED가 포함되어 있습니다. 특수한 모듈형 디스플레이 LED는 잠시 미뤄두고 위 사진 우측에 함께 모여 있는 크고 작은 LED를 대상으로 다음과 같은 회로에서 발광 여부를 테스트합니다. 1) 10~20mA 표준 전류를 상정하고 있고 건전지 전압은 9V입니다. 18 페이지에서 계산한 값에 가장 근접한 일반 저항을 사용합니다. 2) 그 조건에서 DIY PACK.1의 LED를 연결합니다. 잠시 테스트할 것이므로 모든 것을 만능기판에 꾸미지 않아도 됩니다. 일부는 땜하고 LED 연결은 제작된 악어클립 연결선을 이용하세요. * 관련 글 : http://audiopub.co.kr/wp-admin/admin.php?page=kboard_admin_view_4 관련된 질문입니다. Q) 큰 LED가 점등됩니까? 아니면 작은 LED만 점등됩니까? Q) 어떤 LED까 점등되었을 때 일반저항의 양 끝에서 관측되는 전압은 몇 V입니까? Q) 저항값을 알고 있고 건전지 전압도 알고 있습니다. 그러면 그 일반 저항을 통해 흐는 전류는 얼마입니까? '브이 이꼬르 아이알' 계산식으로 도출한 전류량은 다음과 같습니다. 건전지 +, - 단자에서 측정한 전압 ÷ 저항값 = 전류량 Q) LED의 크기, 색상에 따라 전류량이 달라집니까? 아니면 대동소이합니까? 질문에 대한 답을 [ DIY PACK TALKS ] 게시판에 올려주세요.audioPUB
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[Week 3] 17 페이지 설명 자료이번에는 전류 제한 저항을 확실히 정해 놓고 만능기판에 다음과 같은 회로를 구성합니다. 이 작업을 위해서, 1) LED의 극성 식별, 2) 전류 통제 저항 R의 계산, 3) 만능기판에 땜을 할 수 있어야 합니다. LED 극성 식별 : http://audiopub.co.kr/wp-admin/admin.php?page=kboard_admin_view_4 전류 제한 저항의 계산 : http://audiopub.co.kr/wp-admin/admin.php?page=kboard_admin_view_4 여기서 접점식 스위치, 흔히 택-스위치라고 부르는 부품이 추가되었습니다. 손으로 누르면 전류 흐름의 경로가 형성되고 손을 떼면 Off 상태가 됩니다. 멀티미터를 <저항 측정 모드>로 설정하고 누름 동작에 따라 달라지게 될, 리드의 조합별 저항값을 확인해보세요. 1) 0오움이면 내부 접점이 리드에 접촉한 상태로 전류가 흐를 수 있고, 2) 디지털 멀티미터에서 '1' 또는 'OL', 아날로그 멀티미터에서 바늘이 제자리에 있다면 접점이 떠 있는 상태로서 전류가 흐를 수 없습니다. 3) 그런 동작을 하는 리드의 위치를 파악해 두고 테스트 회로 대로 배선합니다. 다 끝나면 버튼을 누를 때마다 연결된 LED에 불이 들어올 것입니다. 그리고 여러 LED는, 한 개의 전류 제한 저항이 앞쪽에서 보호하고 있기 때문에 망가지지 않습니다. ■ 핵심 정리 1) 여러 개의 LED를 켜는 회로에서, 순차 점등을 한다면 전류 제한 저항은 한 개만 있으면 됩니다. 2) 택-스위치, 택트 스위치, 택타일 스위치 등 여하한 명칭으로 불리는 누름 스위치는 거의 모든 전제제품에서 사용되고 있습니다.audioPUB
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[Week 3] 16 페이지 설명 자료15 페이지의 테스트에서 LED가 망가졌고 LED를 보호하기 위해서 전류 제한 저항을 써야 한다는 것을 알게 되었습니다. 실제로 그러한지를 테스트합니다. 1) 우선, '103이 적힌 가변저항을 찾습니다. 103은 다음과 같이 해석합니다. 1을 적고 0을 적고 그다음에 0을 세 개 적습니다 → 10 000이 되겠지요? → 보이는 그대로 10,000오움입니다 → 줄여서 10K오움이라고 합니다. K는 1000을 표시하는 것이니까요. 2) 아래 사진 우측의 <중심 Lead>로 표현된 '가변저항의 다리'를 건전지 +에 땜합니다. 2) 그다음에 멀티미터의 <저항 측정 모드>에서 LED 극성을 확인합니다. 그 방법은 '[Week 3] 기타 참고 정보'를 열람해주세요. 4) LED의 작은 절편 쪽 리드를 가변저항의 <중심 Lead>가 아닌 다른 두 리드 중 하나에 연결합니다. 간단한 회로이므로 만능기판에 붙이기보다는 부품을 그대로 놔두고 간단하게 땜을 하는 것도 좋습니다. 5) LED의 땜하지 않은 다리 즉, 나머지 리드를 건전지 - 연결선에 땜합니다. 6) 아직 건전지를 연결하지 않았다는 사실에 유의하세요. 이제, 땜이 되어 있는 가변저항의 두 개 리드의 저항값을 측정해보세요. 만일 10K오움에 해당하는 값이 안 나온다면 가변저항 회전판을 끝까지 돌려서 그에 근접하는 값을 만듭니다. 왜 그럴까요? 어떤 테스트를 할 때에는 전류를 최소한으로 설정하고 상황에 맞게 증가시키는 게 안전하기 때문입니다. 7) 이상에서, LED로 가는 전류 흐름을 103이 표기된 가변 저항이 통제하고 있는 상황입니다. 얼마나 통제할 수 있는가 또는 전류를 얼마나 억제할 수 있는가에 따라서 발광하는 LED를 밝게, 어둡게 또는 발광하지 않게 또는 아예 환하게 빛나다가 망가지게 만들 수 있습니다. 8) 이제 건전지를 연결합니다. LED는 점등하지 않을 것입니다. 10K오움이 극도로 전류 흐름을 억제하고 있기 때문이지요. 작은 드라이버를 가변저항 회전판에 꽂은 상태에서 천천히 좌 또는 우로 돌려보세요. 그러면서 LED가 발광하는지를 지켜봅니다. 그리고 최초 점등이 된 시점에서 정지합니다. 9) 그리고 조금 더 돌려보면서 반응을 관찰합니다. 만일, 회전판을 돌리던 방향의 끝까지 돌렸다면 어떤 일이 발생할 것인지 생각해보세요. 답은, "LED가 망가진다"입니다. 15 페이지의 것과 같은 상황이 벌어지면서 LED가 과부하 상태가 되게 될 것이니까요. [video src="http://audiopub.co.kr/wp-content/uploads/diy_pack_movie_clips/diy pack.1-week 3-16 page.mp4"] (▲ 맨 마지막 장면에서, LED가 망가졌고 가변 저항을 돌릴 때 섬광, 스파크가 보이는 것을 보면 가변 저항도 망가졌습니다. 이유는 회전판을 한쪽 끝까지 돌렸을 때, 저항값이 0오움이었고 마치 9V를 LED에 직접 연결한 것과 같은 상태에서 과한 전류가 흘렀기 때문입니다) ■ 핵심 정리 1) LED의 극성을 식별하고 전류가 흐르는 회로를 구성하였습니다. 2) 가변 저항을 통해서 LED에 흐르는 전류를 통제하였습니다.audioPUB
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[Week 3] 15 페이지 설명 자료아래 회로에서, 다이오드는 9V 건전지에 직접 연결됩니다. 현재 다이오드의 극성은 표시되지 않았습니다. 마음 가는 대로 연결하고 점등하지 않는다면 반대로 연결합니다. 잠시 테스트하는 것이므로 납땜은 하지 않습니다. 일단 발광이 시작되었다면, 그 상태를 계속 유지하고 다이오드 불빛이 어떻게 변하는지를 관찰합니다. 잠시 후 서서히 어두워지고 그다음에는 꿈쩍도 하지 않을 것입니다. 부품 고장입니다. 극성을 맞춰서 연결했는데 왜 망가졌을까요? '[Week 3] LED와 전류 제한 저항'의 내용을 기억해보세요. - 다이오드의 한쪽 리드에 +, 다른 쪽 리드에 - 전압을 인가하면 발광합니다. 여기까지는 그러려니 합니다. - 그런데 다이오드가 감당할 수 있는 전류량은 정해져 있습니다. (위 관련 글에서 10~20mA로 간주하기로 했습니다. 평균은 어중간한 15mA) - 9V 건전지는 20mA를 초과하는 수백 mA 전류를 흘릴 수 있습니다. 게다가 다이오드 양 끝에 걸리는 전압도 상당히 높습니다. 그러므로 다이오드에 과부하가 걸리고 결국은 망가집니다. 다시 회복되지 않으므로 폐기해야 합니다. 오디오에서 흔히 볼 수 있는 LED 숫자판, 거리를 지날 때 보는 LED 전광판, 가정집 밥솥에서 쿠킹 타임을 알려주는 LED 숫자판 등 모든 전자장치에서, 제대로 숫자나 영상, 픽셀이 재생되지 않는다면 과부하에 의한 LED 소자 고장을 생각해보세요. 물론 다른 이유도 있습니다. 이 테스트에서는 고의적인 과부하로 LED를 망가뜨렸습니다. 그렇다면 과부하를 막는 대책이 필요합니다. 16 페이지 이후 내용을 참고하세요. ■ 핵심 정리 1) LED를 건전지, 기타 전원에 직접 연결하면 안 됩니다. 2) LED 공급 전류를 적당히 억제하는 전류 제한 저항을 달아주어야 합니다.audioPUB
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[Week 2] 12 페이지~13 페이지 설명 자료1. 이 학습 소재는 다음 작업의 완료를 전제로 합니다. 1) 부품의 종류를 판단하고 선별해서 보관 트레이에 담을 수 있습니다. 2) 만능기판에 부품을 꽂고 땜하고 Point to Point 배선을 할 수 있습니다. 이제 멀티미터로 직접 측정해서 또는 컬러 띠의 색상을 WEB TOOL로 조회하여 아래 제시되는 저항을 준비합니다. '10'이 인쇄된 커패시터와 LED 한 개를 더 준비하고 만능기판에 회로를 꾸밉니다. <사용자 매뉴얼> 13 페이지에 제시된 바에 따라 전압을 측정합니다. 2. CASE 1 : 점퍼 와이어를 연결하기 전의 결과는, 1) ⓐ~ⓔ, ⓑ~ⓔ, ⓒ~ⓔ : 어떤 전압이 관측되어야 합니다. 2) ⓓ~ⓔ : 전압이 관측되지 않습니다. CASE 2 : 점퍼 와이어를 연결한 후의 결과는, 1) ⓐ~ⓔ, ⓑ~ⓔ , ⓒ~ⓔ에 어떤 전압이 관측되어야 합니다. 2) 어떤 LED를 붙이는가에 따라서, 건전지의 상태에 따라서 약하게 LED가 점등될 수도 있습니다. 왜 CASE 1과 CASE 2가 다른 것일까요? 우선, CASE 1에 대해서,어떤 회로도를 만나게 되든 맨 먼저 전원을 찾고 그 전원에서 +와 -를 찾는 게 좋습니다. 건전지를 쓰고 있으므로 건전지의 + 단자와 - 단자가 출발점이 됩니다. 편의상 건전지를 상수도 가압장에 비유하겠습니다. 전자 덩어리, 흔히 전류라고 하는 것은 그 상수도 가압장에서 나와서 수도관을 따라 물이 흐르는 것처럼 실선 배선 라인을 따라 오른쪽으로 흐르기 시작합니다. 그런데 흐름을 방해하는 저항이 나타납니다. 완전히 막는 것은 아니니까 어떻게든 통과는 하겠지요? 그리고는 그 다음 칸에 있는 커패시터라는 부품을 만납니다. 커패시터는 건전지의 전류흐름 즉, 직류로 표현되는 전류를 흘리지 않습니다. 그러므로 더 이상 전류가 앞으로 전진할 수 없는 상태가 됩니다. 논리상 전류가 흐르지 않으면 멀티미터로 전압을 관측할 수 없습니다. 그럼에도 멀티미터에 어떤 값이 나옵니다. 왜 그럴까요? 멀티미터가 우회 경로가 되기 때문입니다. 즉, 커패시터에 의해 흐르지 않던 전류가 멀티미터 프로브 하나, 멀티미터 내부 회로, 그리고 멀티미터의 다른 프로브를 통해 계속 전진하는 것입니다. 그리고는 멀티미터 프로브 하나가 접촉하고 있는 ⓔ를 지나서 건전지 - 단자로 흐릅니다. 전류 흐름은 +에서 -로 회귀되어야 완결이 된다는 점을 기억하세요. 점퍼선(점퍼 와이어, Jumper Wire, 저항값이 0인 도선)을 연결했을 때는 커패시터가 없는 것과 같은 조건이 되기 때문에 전류가 계속해서 흐릅니다. 그리고 LED를 거쳐 건전지 - 단자로 회귀합니다. CASE 1에서는 멀티미터를 경유해서 흘렀고 CASE 2에서는 (커패시터가 무시된 상태로) 다이오드를 통해 전류가 흘렀으므로 관측 대상 회로의 구성이 다릅니다. 그래서 관측되는 전압도 다르게 됩니다. 약간 논점은 다르지만 매우 중요한 회로 반응이 하나 있습니다. 전류가 흐를 때 100오움은 딱 100오움 만큼의 전류를 제한합니다. 그런데 그다음 칸에 있는 3K오움과 5.1K오움의 의미 해석에 있어서는 제한한다는 것의 총량이 조금 다르게 됩니다. 흔히 병렬합산 저항이라는 개념이 등장하는데, 혼란스러울 수 있으니까 일단 넘어갑니다. 다만, 전류가 두 개의 분기 경로를 타고 동시에 흐르기 때문에 전류 입장에서는 3K오움에 해당하는 저항보다 더 작은, 5.1K오움보다도 더 작은 제약을 받게 됩니다. 나일 삼각주에서 물길이 두 개, 세 개이면 조금이라도 더 넉넉하게 물이 흐를 수 있는 것과 같습니다. ■ 핵심 정리 1) 전류는 전원(=건건지)의 +에서 나와서 -로 흐른다 2) 마치 삼각지 평원에서 모든 골을 따라 물이 흘러가듯, 흐를 수 있는 모든 경로를 찾아서 전류가 흐른다. 3) 커패시터는 DC 전원을 막는 역할을 한다audioPUB
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[Week 2] 멀티미터로 스피커 유닛 검사하기1. 흔히 스피커라고 불리는 것은 '스피커 유닛(Unit)'과 '스피커 시스템(System)'으로 용어를 구분해야 합니다. 전자는 부품 개념의 물품을, 후자는 부품이 모인 완성품으로서의 의미가 강조됩니다. 예를 들어 '가정집 스피커'는 구성 요소가 집적된 '스피커 시스템'이고 그 시스템 안에 소리를 내주는 부품으로서 '스피커 유닛'이 사용됩니다. 다 알고 계시는 것과 같이 스피커 유닛은 강력한 자석과 잔뜩 감아 놓은 구리선 즉, 코일의 전자기 반발에 의해 물리적인 위치 이동을 하는 부품입니다. 물리적 이동을 하는 내부 부품에 공기를 밀어내는 판을 붙여 놓은 것 뿐이지요. 전기를 인가하면 물리적 이동이 개시된다는 점에서, 스피커 유닛은 산업 현장이나 가정집의 전자기기에서 널리 쓰이는 솔레노이드(Solenoid)라는 부품과 본질이 같습니다. 2. 구리선이 감겨 있기 때문에 멀티미터의 <저항 측정 모드>로 상태를 관찰할 수 있습니다. ○ 아날로그 멀티미터 1) 적당한 레이지를 선택하고 프로브를 스피커 단자에 접촉합니다. 2) 멀티미터 내부의 건전지에서, 스피커 코일로 전류가 흐릅니다 3) 전자기 반발이 개시되면서 스피커에서, 툭~♬, 뽁~♪ 등 여하한 소리가 작게 들립니다. 4) 소리가 난 마당에... <저항 측정 모드, ×1>에서 4.**~7.**오움이 관찰되면 그 스피커 유닛은 지극히 정상입니다. ○ 디지털 멀티미터 아날로그 멀티미터와 같습니다. 단, 따로 레인지를 조절할 필요는 없지요. ■ 핵심 정리 1) 스피커 유닛에서 작은 저항값이 관측되고 작은 소리가 들리면 정상품이다. 2) 같은 방법으로 커다란 스피커 시스템을 테스트해볼 수 있다. 3) 가정용 1조 '스피커 시스템'에서, 좌/우 저항값이 다르다면 원인이 무엇인지는 따로 생각해봐야 한다.audioPUB
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Reserved-Reserved- * 진행 과정에서 보강해야 할 내용을 채우는 페이지입니다.audioPUB
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[Week 3] 기타 참고 정보1. LED의 극성을 눈으로 식별하는 방법입니다. "색상에 관계없이 창문에 LED를 비추었을 때 희미하게라도 식별이 된다면"이라는 단서를 달고, 1) 일반적인 경우 내부 절편의 크기가 큰 쪽이 마이너스(-) 전원을 연결하는 리드, 크기가 작은 쪽이 플러스(+) 전원이 연결되는 리드입니다. - 일반적이지 않은 경우 : DIY PACK.1에 있는 가장 큰 LED는 정반대입니다. 그렇게 100프로의 규칙이 없다면, LED를 쓸 때는 멀티미터를 가지고 다이오드 검사하는 것처럼 미리 확인해야 합니다. 어떻게 확인할 수 있을까요? 1) 프로브를 LED에 연결하고 그대로 한 번 저항값을 관측하고, 프로브를 180도 바꿔서 관측합니다. 2) 아날로그 멀티미터의 <저항 측정 모드, ×1000>에서 바늘이 크게 움직였다면 또는 디지털 미터에서 저항값이 상대적으로 나온다면, 3) 바로 그 상태에서 흑색 프로브 쪽 LED 리드에 9V 건전지의 + 단자를, 적색 프로브 쪽 LED 리드에 건전지 -단자를 연결하면 됩니다. 정반대라는 점을 기억해주세요. 그렇게 극성을 확인하고 500~1K오움 정도의 전류제한 저항을 달고 9V 건전지에 연결하면 곧바로 발광할 것입니다. 2. 이하는 0.5W와 8Ω이 적혀 있고 대략 AM 라디오 수준의 기기에서 널리 쓰이는, 일종의 공작용 스피커에 있어서, 멀티미터로 측정한 저항값과 인터넷 글에서 가끔 언급되는 임피던스의 관계를 해석하는데 필요한 정보입니다. 1) 아래 그래프는 멀티미터 저항값과 주파수에 따라 등락하는 임피던스(Imdedance)라는 개념의 반응을 보여주고 있습니다. 여기서 일단, 멀티미터 저항값은 Y축 A에 해당합니다. 2) 스피커 윗면에 인쇄된 8오움은 Y축 B의 값입니다. 가만히 보면, 등락 그래프의 두 번째 위치에 있는 가장 작은 값으로 지정되어 있습니다. 스피커 제작사가 자사 제품을 측정하고 임피던스라는 관점의 값이 '...7.8오움, 8오옴, 8.1오움, 8.3오움...'이면 제조 오차를 고려하여 공칭 8오움이라며 스탬프를 찍습니다. 3) 그러면 스피커를 산 누군가는 "아하! 이게 그냥 8오움짜리 스피커이구나!"하고 설계하고 제품을 만드는 것이지요. (단, 가벼운 공작용이니까 8오움 하나만 썼지만, 제대로 된 스피커 시스템을 생각한다면 다른 더 많은 변수를 취급해야 합니다) 그나저나 왜 멀티미터 저항값과 전혀 다른 ??오움이라는 척도를 사용하는 것일까요? 스피커는 **hz에서 **Khz까지 어떤 진동을 다루는 부품이기 때문입니다. 주파수에 따라 내부 코일과 영구자석의 반발 반응이 달라지고 그래서 콘지(Cone 紙)의 운동 특성이 달라지고 그럼으로써 스피커가 재생하는 음도 달라지고... 그런 종잡을 수 없는 변수가 있기 때문에 "에라 모르겠다 가장 낮은 값을 대표값으로 표현하자!을 외치고 있습니다. 그 임피던스라는 대표값은 멀티미터로 측정한 것보다 약간 낮게 나옵니다. 그래서 '[Week 2] 멀티미터로 스피커 유닛 검사하기'에서 "...<저항 측정 모드, ×1>에서 4.**~7.**오움이 관찰되면..."이라고 적었습니다. 실제로 그러한지 직접 확인해보세요. 3. "어떤 것이 있더라" 정도로 읽어주시면 좋겠습니다. 아래는 Digital Potentio-meter, Electronic Variable Resistor, 우리말로 전자볼륨으로 통칭하는 반도체식 가변저항입니다. 얼핏 보기에는 무슨 증폭 IC처럼 생겼습니다. (그렇게 전자 제품을 뜯고는 칩의 모양만 보고 오해를 하는 경우가 많습니다) 어떤 핀에 어떤 정보를 주면 출력 저항값이 바뀝니다. 내부 구성은 죄측과 같고, 그것은 아래 우측의 일반적인 가변저항, 그러니까 사람이 손으로 가변저항의 회전판을 돌리는 것과 같습니다. '어떤 핀에 어떤 정보'를 주기 위해서는 프로그램이 개입되는 마이크로컨트롤러가 있어야 합니다. 디지털 방식이기 때문에 멀티미터로 상태를 검사할 수 없습니다. 적용 모델은 동그란 볼륨 조절기가 사라지고 버튼만 잔뜩인 아래와 같은 것입니다. 이번 과제와는 상당히 먼 곳에 있는 이야기이지요? 네. 다만. 이런 소자가 리모컨으로 조작하는 오디오 시스템의 볼륨에, 누루면 소리가 달라지는 어떤 기능에 널리 사용되고 있다는 사실은 기억해주세요. 4. 이번에는 DIY 세상에서 부품을 손으로 만지고 땜하고 멀티미터로 검측하는 등의 재미있는 취미 활동이, 전자산업 분야에서 어느 정도의 위치에 있는 것인가를 가늠할 수 있도록 최근의 일반적인 전자제품이 제작되는 몇 개 과정을 정리해 보겠습니다. 1) 요즘은 SMD(Surface Mount Device)라는, 불면 실제로 날아가는 작은 부품을 써서 회로를 만듭니다. 그것을 PCB에 붙이는 기술을 SMT(Surface Mount Technology)라고 합니다. (종종 SMD와 SMT를 혼용하는 사례가 있어서 굳이 분류해보았습니다) 2) 아무튼, 사용되는 부품의 크기는 매우 작습니다. 심지어 핀셋으로 정리할 때 숨을 참아야 할 정도로 작습니다. 그런 상황에서, 일반 저항처럼 컬러 띠를 표시하는 것조차 힘들지요. 그나마 인지할 수 있는 숫자를 적어놓는 정도가 고마울 따름입니다. 그리고 부품 수천 개는 릴 데크에서 쓰이는 것과 같은 크고 작은 원형 Reel에 감겨 있습니다. 4) 그렇게 릴 단위로 공급하는 이유는, 아래와 같이 Reel을 걸고 자동화 땜을 하는 공정 시스템을 쓰기 때문입니다. 자동으로 보호 비닐이 벗겨지면서 부품이 돌출되면 로봇 아암이 각 부품을 미리 설정된 어떤 위치 그리러니까 미리 납 페이스트가 발라진 위치에 갖다 놓습니다. 5) PCB가 있고 그 위 통제된 위치에 페이스트가 있고 페이스트 위에 칩 부품이 얹히면 커다란 오븐으로 들어가고 적당한 열이 가해지면서 부품 땜작업이 끝나고 이후 보드 검사를 하고 출하됩니다. 물론, 모든 것은 컴퓨터로 제어됩니다. 여기까지는 기본 정보와 부품 그리고 돈을 건네면 알아서 다 해주는 전문업체를 이용하면 되는 일이죠. 6) 한편, 아래는 그런 작은 칩 부품이 들어간 회로, 너무 작아서 일반 인두로는 도저히 취급이 불가능한 회로를 수정하는 리웍 스테이션(Rework Station)의 예입니다. 주로 연구개발실에서 사용합니다. 열을 가해서 부품을 떼어내고 수정하고 다시 열을 가해서 붙이는, SMT 공정에 준하여 재처리합니다. 그러면서 돋보기나 현미경으로 보고 더 세밀한 계칙기로 검측하기도 하고요. 이렇게 만들어진 전자보드가 고장났다면, 수리하는 것은 정말 수지타산이 안 맞습니다. 차라리 보드를 통채로 1:1 교환해주는 게 맞지요. 그래서 그렇게 합니다. 양산을 할 때 미리 적정 수량을 더 많이 생산하고 서비스 예비품으로 구비했다가 그렇게 교환하는 게 일반적입니다. 7) 그리하여, SMD 보드나 제품을 가지고 전자 회로를 학습한다는 것은 넌센스입니다. 그래서 요즘은, SMD 부품을 써서 SMT 기법으로 제작한 아누이노 보드를 사서 프로그램만 짜 넣는 스타일로 DIY 활동이 이전되었습니다. Code 위주일 수밖에 없는 그런 방법은, 원천적인 것을 탐구하는 재미가 없습니다. 그렇게 보면, 아직까지는 빈티지 오디오 기기를 구성하는 대부분의 부품을 구매할 수 있고 또 그것으로 뭔가를 만들 수 있다는 것은 정말 다행입니다.audioPUB
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Week1~Week5용 DIY PACK.1 구성 안내<사용자 매뉴얼 1/3>, 아래 구성품, 보관 트레이를 담은 박스를 택배로 발송합니다. 6주 차 이후에 쓰이는 것은 추가 발송하겠습니다. (▲ 여러 개 있는 것은 트리머 가변 저항, 중간의 사각형은 더 미세하게 조정할 수 있는 트리머 팟(Pot), 맨 오른쪽은 오디오 볼륨 등에서 널리 쓰이는 일반 가변저항입니다) (▲ 안에 특수 액체가 들어 있는 전해 커패시터(=흔히 전해 콘덴서)입니다. 수명이 수천 시간에 불과하여 전자 회로 노화의 주범으로 지목되고 있지요) (▲ 맨 왼쪽에 7 Segment LED 즉, FND(Flexible Numeric Display)라고 불리는 숫자 표시 LED가 있고 그 위에 시그널 미터에 쓰면 딱 좋은 Bar Graph LED가 있습니다. 나머지는 표준형 LED입니다. 각기 다른 색상은 물감 때문이 아니라 안에 있는 작은 발광 반도체의 물질 조성에 따라 달라집니다) (▲ 트랜지스터와 다이오드입니다. 이곳에 트랜지스터도 아니고 다이오드도 아닌 반도체 소자 2종이 숨어 있습니다. 부품을 검사할 때 찾아보세요) (▲ 만능기판입니다. 다양한 재질, 다양한 크기의 것이 있습니다. 커다랗고 노란 만능기판은 땜 연습용입니다. 사진에는 없지만, 가위로 잘라서 쓸 수 있는 만능기판 조각을 DIY PACK.1에 넣어 놓았습니다) (▲ 영어로 Support, 흔히 지지대, 지지대 볼트로 언급하는 구조물로 땜 연습용입니다. 이 부품을 DIY PACK.1에 포함한 것은 이유가 있습니다. 어떤 용도일까요?) (▲ 맨 왼쪽의 초록색 부품은 전선과 회로, 회로와 회로를 연결하고 분리할 때 편한 터미널 블록(Terminal Block)입니다. 중간에 있는 스위치는 택타일/택트 스위치입니다 (Tactile Switch). 흑색과 적색 악어클립은, 제공된 배선용 전선에 연결하여 다양한 용도로 활용하세요) (▲ AC 전원선은 마중물 땜을 위한 연습용입니다. 나중에 전원 회로를 만들 때 쓸 것이니 잘 보관해 두세요. 우측에 있는 컬러 스트립은 배선용 전선입니다. '추억의 쫀드기'를 뜯는 것처럼 하나씩 뜯어서 사용하면 됩니다. 그외 0오움 점퍼선을 DIY PACK.1에 포함하였습니다. 그것을 배선용으로 써도 됩니다) (▲ 인쇄된 사용자 매뉴얼을 담은 바인더와 부품 보관용 트레이입니다) (▲ 사용자 매뉴얼의 일부입니다)audioPUB
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[Week 3] LED와 전류 제한 저항* <DIY PACK.1 사용자 매뉴얼, 1/3> 문서의 18 페이지 참조 LED를 점등시키기 위해서는 미리 생각할 것이 있습니다. 1) 동작 전압 다이오드 자체는 전류에 반응하는 소자이므로 부품 양 끝에 걸리는 전압이 수십 V, 수백 V가 아니라면, 적어도 DIY 세상에서 흔히 쓰는 5V, 9V, 12V, 15V 정도 전압에서 대부분 잘 작동합니다. 그렇다고 15V 전압을 다이오드에 직접 인가하면 안 됩니다. 짧은 수간 다이오드가 버틸 수 있는 최대 전류를 넘어선 전류가 흐를 것이고 잠시 후 다이오드가 파괴되겠지요. 2) 전류 그리고 전류 제한 저항의 계산 다이오드가 흘릴 수 있는 전류량을 염두에 두고 "브이 이꼬르 아이알" 공식을 이용해서 전류 흐름을 제한하는 저항을 써야 합니다. 다양한 특성의 LED가 있고 각각의 전류량이 정해져있지만, 일단은 "10~20mA 표준 전류를 흘리면 적당히 발광한다"를 기억해주세요. 예를 들어보겠습니다. - 9V 건전지를 직접 LED 연결하면? 잠깐 발광을 하다가 서서히 희미해지면서 결국은 고장이 날 것이지요. - 9V 건전지와 LED 사이에 전류 제항 저항 즉, **Ω의 일반 저항을 삽입하면 오래 쓸 수 있습니다. 앞서 10~20mA가 언급되었지요. 비이 이꼬르 아이알 공식을 알고 있으므로 다음과 같이 계산합니다. R = V ÷ I이므로 R = 9V ÷ 0.015(10~20mA의 중간 값) = 600오움(Ω) DIY PACK.1에 600오움 저항이 있습니까? 없다면 어찌하면 될까요? 변화의 폭이 있으므로, 대체로 500오움~1K오움을 쓰면 됩니다. 500오움을 쓰면 상대적으로 밝을 것이고 1K오움을 쓰면 어둡겠습니다. 여기서, 건전지 전압은 언제나 9V가 아니라는 점을 생각해주세요. 최초 9V를 살짝 넘는 값을 보여주다가 에너지를 소모하면, 8V, 7V, 6V.... 그렇게 전압이 떨어집니다. 그러므로, "500오움~1K오움 범위의 일반 저항을 써서 전류를 제한한다"는 말이 성립되는 것입니다. 조건은, 9V일 때만. 15V, 20V, 3V, 7V, 100V 등 다양한 회로 전압에 따라 계산을 다시 하는 게 좋습니다. 그때도 10~20mA 기준을 사용하면 됩니다. ■ 핵심 정리 1) 일반적인 LED의 발광 전류는 10~20mA로 한다. 계산 시 어중간한 값이 15mA를 기준으로 한다. 2) 다이오드에 인가되는 전압과 전류 기준값 15mA, 그리고 '브이 이꼬르 아이알' 공식을 가지고 '전류 제한 저항 값'을 계산한다. 3) 근접한 일반 저항을 꺼내서 LED 리드 하나에 땜한다. 4) 전류는 일반 저항이 제한하는 만큼만 흐르기 때문에 LED를 보호할 수 있다.audioPUB
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[Week 3] 디스플레이 LED* <DIY PACK.1 사용자 매뉴얼, 1/3> 문서의 19~20 페이지 참조 1. 다음은 Flexible Numeric Display LED 또는 7 세그먼트 디스플레이 LED로 불리는 숫자 표시 LED 모듈입니다. 마이크로 컨트롤러를 통해 제어해야 하므로 본 작업에서는 배제하되, 이런 부품이 있다는 것 그리고 요즘에도 널리 쓰이고 있다는 점만 기억해주세요. 2. 다음은 시그널 미터 등에서 쓰이는 바-그래프(Bar Graph) LED 모듈입니다. 특별한 것은 아니고, 여러 개 사각형 LED를 한 몸체 안에 가공해 놓은 것입니다. 이것도 역시 마이크로 컨트롤러를 사용하는 게 일반적입니다만, 경우에 따라서는 순수 아날로그 방식으로 구동시킬 수도 있습니다. 그런 동작만 하는 빈티지급 IC도 있습니다.audioPUB
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[Week 3] 발광 다이오드, LED* <DIY PACK.1 사용자 매뉴얼, 1/3> 문서의 11 페이지 참조 1. '발광 다이오드' 즉, LED(Light Emitted Diode)는 빛이 나온다는 점만 빼고는 성상이나 기본 성질이 일반 다이오드와 똑같습니다. 전류는 한쪽 방향으로만 흐르기 때문에 통상의 경우에 일반 다이오드를 대신할 수 있습니다. 표출되는 빛이 다른 것은 플라스틱에 물감을 섞어서가 아니라 안에 들어가는 반도체의 조합이 다르기 때문이라는 사실을 기억해주세요. 예를 들어 조성을 바꾸지 않는 이상, 노란색 LED를 빨갛게 만들 수 없습니다. 그리고 제품마다 빛의 스펙트럼이 정해져 있습니다. 대체로 모든 LED는, 그리고 LED 전구는, 백색 전구에 비해 스펙트럼 폭이 좁기 때문에 가정용 조명으로는 별로 좋지 않습니다. 2. 다이오드의 변형물과 같으므로 다이오드의 심볼을 가져다가 특별히 동그라미를 그려주고 발광하고 있음을 의미하는 화살표를 몇 개 배치하였습니다. 발광 표시 화살표는 생략되기도 합니다. 전류는 왼쪽에서 오른쪽으로 흐릅니다. 테스트는 다이오드 테스트와 같습니다. 한쪽은 큰 저항값이, 다른 쪽은 작은 저항값이 나오면 됩니다. 여기서, 멀티미티의 적색 프로브에서 흑색 프로브쪽으로 전류가 흐른다는 점을 기억하십시오. 그렇게 연결하였다면 위 심볼의 방향에 부합하므로, 저항값은 낮게 나올 것입니다. 참고로 평범한 멀티미터로는 테스트 전압이 낮아서 LED는 점등하지 않습니다. ■ 핵심 정리 LED를 점등하려면 건전지의 +단자가 멀티미터의 흑색 프로브에 반응했던 리드에 연결되어야 합니다. 같은 플러스(+)이므로 적색 프로브가 그럴 듯하지만, 멀티미터 건전지가 정반대로 연결되어 있기 때문에 전혀 그렇지 않습니다.audioPUB
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[Week 2] 기타 참고 정보1. DIY PACK.1에는 악어 클립 흑색 2개, 적색 2개가 포함되어 있습니다. 그것을 배선용 전선으로 연결해주세요. 그리고 작업 상황에 따라 적절히 활용해 보세요.audioPUB
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[Week 2] 멀티미터로 가변저항 검사하기* <DIY PACK.1 사용자 매뉴얼, 1/3> 문서의 11 페이지 참조 1. 일정 범위에서 저항값을 변화시킬 수 있는 부품을 가변저항이라고 통칭합니다. 그중 작은 크기의 가변저항에 대해서는, 미세 조정이라는 뜻을 내포한 Trimmer를 붙여서 트리머 저항, 트리머 가변저항이라고도 합니다. 크기에 있어서는 오디오 볼륨에 쓰이는 커다란, 그리고 흔히 일반적으로 사용하는 가변저항과 다릅니다. 대부분은 만능기판, 기타 전자보드 안에 영구 땜이 된 상태로, 해당 보드가 폐기될 때까지 그곳에 있게 되지요. 그런데 10년, 20년 시간이 지나면 가변 저항판이 칩습되거나 회전 접점부의 접점 상태가 안 좋아질 수 있습니다. 그러다가 결국은 제대로 된 저항값을 만들어내지 못하고 전자 제품에 오류를 만들어냅니다. 2. 보통은 부품 위나 옆에 공칭 저항값이 적혀 있습니다. 예를 들어, 47K/B라고 한다면 47,000오움에 B Curve 즉, 회전과 저항값의 변화가 1:1 매핑된 조건으로 변화한다는 뜻입니다. 위쪽에 503, 472와 같은 숫자가 적혀 있는 경우에는 다음과 같이 숫자를 조합하여 값을 해독합니다 503 → 종이에 50을 적고 0을 세 번 적는다 → 50 000 → 50,000 → 50K오움. 472 → 47을 적고 0을 두 번 적는다 → 47 00 → 4,7000 → 4.7K오움. 3. 단품 또는 보드에서 제거된 부품임을 상정하고 검사하는 방법은, ○ 아날로그 멀티미터 1) 회전판을 돌려야 하기 때문에 일반 저항의 측정처럼 간단하지가 않습니다. 2) 악어 클립 연결선과 프로브를 연결합니다. 3) 악어 클립, 그러니까 프로브 하나를 센터 리드(Center Lead)에 연결하고 다른 하나는 나머지 두 개 끝쪽 리드의 하나에 연결합니다. 4) 멀티미터 <저항 측정 모드>에서 회전부를 돌립니다. 5) 중심부 회전판의 최대 움직임 그러니까 한쪽 끝에서 반대편 끝까지 회전하는 도중 미터의 바늘이 뒤로 돌아가거나 갑자기 앞으로 튀어나가거나 출렁거리거나... 말하자면 서서히 부드럽게 변화하는지 여부를 확인합니다. 조금이라도 튀는 반응이 있다면 고장품입니다. 교체하는 것이 맞습니다. ○ 디지털 멀티미터 아날로그 멀티미터의 테스트와 같습니다. 다만, 참고로... 디지털 방식은 단속적인 값을 표시하므로 회전판을 아주 천천히 돌리세요. 논리만으로는 일반 가변 저항이나 트리머 저항의 검측에는 맞지 않습니다. ■ 핵심 정리 1) 0오움에서 가변저항의 부품값 범위까지, 미터 계측값이 서서히 변해야 합니다. 2) 그렇지 않고 단절 현상, 튀는 현상이 있다면 부품 불량일 가능성이 높습니다. 3) 가변저항의 테스트에는 연속 관측이 용이한 아날로그 멀티미터가 적합합니다.audioPUB
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[Week 2] 멀티미터로 트랜지스터 검사하기* <DIY PACK.1 사용자 매뉴얼, 1/3> 문서의 11 페이지 참조 1. 트랜지스터는 '트랜지스터 다리'라고 불리는 리드(Lead)가 세 개입니다. 각각은 에미터, 베이트, 콜렉터라는 명칭으로 불리고 있습니다. 다만, 처음 본 트랜지스터의 리드 분류를 한 번에 알아볼 수는 없지요. 그래서 리드의 좌에서 우, 순서와 용도(명칭)을 연결하는 작업이 필요합니다. 가) 인터넷에서 모델명을 검색하기 (네이버나 국내 포털은 제대로 정보를 주지 않습니다. 데이터베이스에 정보가 없기 때문입니다) Google 검색 창에 눈에 보이는 부품 면의 문자열, 한 칸 띄고, 'Datasheet'를 붙여서 입력합니다. 그러면 뭔가 나올 것인데 가급적 그중에서 아래 두문이 포함된 링크를 클릭하세요. 2SA, 2SB, 2SC, 2SD 예를 들어보겠습니다. DIY PACK.1에는 'KTC 3202'이 적힌 작은 검정색 트랜지스터가 들어 있습니다. 몇 번의 상식적인 클릭을 하면 다음 정보가 나옵니다. KTC 3202는 편형한 면이 있지요? 그것을 앞쪽으로 하고 눕히면, 그러니까 위 그림과 같은 모습으로 만든 후 왼쪽에서 오른쪽으로, 각각을 Emitter, Collector, Base로 인식하고 그것을 종이에 적어 놓습니다. 그러면 KTC 3202 트랜지스터의 리드 할당은 다음과 같이 될 것입니다. 이 식별 작업은 매우 중요합니다. <DIY PACK.1 사용자 매뉴얼>에 담긴 테스트 회로의 배선 정보이기도 하고 훗날 오디오나 전자 제품에 쓰인 트랜지스터의 고장을 검사하는 기준 정보이기도 합니다. 가) 자동 식별 기능이 있는 아날로그 멀티미터 트랜지스터를 꺼내서 E-B-C, B-C-E 순으로 접촉하면 PNP 또는 NPN 램프가 점등될 것이고 그때의 리드 순서와 두문을 종이에 기록해두면 됩니다. 나) 자동 식별 기능이 없는 아날로그 멀티미터 또는 디지털 멀티미터 1) DIY PACK.1에 담긴 트랜지스터를 꺼내고 글자가 앞쪽을 오도록 하고 스카치 테이프로 종이에 붙입니다. 움직이지 않습니다. 2) 멀티미터를 <저항 측정 모드, ×1000>에 두고 두고 3개의 리드 중 두 개를 임의로 골라서 저항값을 측정합니다. 반드시 바늘이 움직이지 않는 조합이 나올 것입니다. 여기서, 프로브 두 개, 1차 선별된 트랜지스터 리드가 두 개입니다. 그러면 트랜지스터 리드 하나가 남지요? 현재 상황을 기억해 둡니다. 3) 움직이지 않는 두 리드는 반드시 Collector이거나 Emitter입니다. 하나가 콜렉터이면 다른 하나는 에미터, 하나가 에미터이면 다른 하나는 콜렉터. 적어도 두 개는 Base가 아닙니다. 4) 이번에는 베이스에 프로브 적색을 갖다 대고 흑색은 선정된 콜렉터 또는 에미터에 갖다 댑니다. 그러면 바늘이 움직이거나 아니거나 둘 중 하나의 반응이 있을 것입니다. 5) 반대로 베이스에 프로브 흑색을 갖다 대고 같은 방법으로 바늘의 움직임을 관찰합니다. 반드시 하나의 케이스에서는 바늘이 움직이고 그 반대 케이스에서는 잠잠해야 한다는 점을 기억해주세요. 그 이유는, 트랜지스터가 다이오드 두 개를 합쳐 놓은 것과 같은 속성이 있기 때문입니다. [video src="http://audiopub.co.kr/wp-content/uploads/diy_pack_movie_clips/diy pack.1-week 2-transistor checking.mp4"] 베이스 리드를 식별한 다음에... 멀티미터 안에는 건전지가 들어 있고 그래서 손가락(=일종의 저항체)으로 간단 회로를 구성하면서 실제로 증폭 작용이 일어나는지도 확인할 수도 있습니다. 갑자기 혼란스러울 수 있으므로 나중에 게시판에 별도 영상을 올리도록 하겠습니다. ■ 핵심 정리 1) 구글 검색으로 트랜지스터의 종류, 리드의 명칭을 확인한다. 2) 아날로그 멀티미터 <저항 측정 모드, ×1000 레인지>의 바늘 움직임으로 트랜지스터의 정상 또는 불량 여부를 검사할 수 있다. 3) 디지털 멀티미터도 <저항 측정 모드>를 활용한다.audioPUB
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[Week 2] 멀티미터로 커패시터 검사하기* <DIY PACK.1 사용자 매뉴얼, 1/3> 문서의 11 페이지 참조 아날로그 멀티미터든, 디지털 멀티미터든 모두 안에 건전지가 있습니다. 그 건전지를 이용해서 강제로 전류를 흘리고 그 전류가 커패시터를 통해 흐르는 잠깐 동안의 시간을 가지고 용량을 추정 계산합니다. ■ 아날로그 미터로 측정 1) 커패시터의 두 리드에 멀티미터 프로브나 드라이버를 접촉합니다. 그러면 건전지와 비슷한 속성이 있는 커패시터 안에 남아 있던 전기 에너지가 방출됩니다. 2) 그렇게 빈통을 만들어 놓고, 멀티미터 <저항 측정 모드>에서 프로브를 커패시터에 연결합니다. 3) 빠르게 바늘이 좌에서 우로 움직일 것입니다. 4) 최대점 위치를 확인하세요. 5) 최대점 위치의 값을 읽습니다. 조금 혼란스럽고 힘들지요? 커패시터 측정 기능이 없는, 그러니까 눈금이 없는 미터도 많습니다. 그러니까 그냥 "멀티미터 저항 측정 모드에서 커패시터에 프로브를 연결할 때 바늘이 움찔하면 부품이 최소한의 상태를 유지하고 있다" 정도로 이해하는 게 좋겠습니다. 테스트해보시되 대체로 수 uF라는 작은 용량만 측정할 수 있고 그마저도 부정확하니까 반복 연습할 필요는 없습니다. ■ 디지털 미터로 측정 디지털 미터는 특정한 펄스를 인가하여 조금 더 정확하게 값을 산출하고 숫자로 제시합니다. 디지털 미터가 자동으로 측정을 해준다고 해도 검측 용량에는 제한이 있습니다. 예를 들어 DIY PACK.1에 있는, '6800'이 적힌 큰 커패시터의 용량을 측정해보세요. 어떤 디지털 멀티미터는 그 이상의 용량도 측정하지만, 가벼운 수준에서는 그렇지 않습니다. [video src="http://audiopub.co.kr/wp-content/uploads/diy_pack_movie_clips/diy pack.1-week3-check a capacitor.mp4"] (▲ 부품 표기 330uF. 좌측 멀티미터로 322uF. 우측 아날로그 미터로는, 눈금이 없기 때문에 값을 읽을 수 없습니다. 다만, 바늘이 오른쪽으로 크게 이동했다가 서서히 왼쪽으로 이동하는 것을 보면 정상 커패시터인지 여부를 가늠할 수는 있는 것이지요. 한편으로, 프로브를 갖다 대기 전에 커패시터 리드를 합선시켜서 안에 남아 있는 전기 에너지를 제거한 후 검측하는 게 좋습니다) ■ 핵심 정리 1) 아날로그 멀티미터로 측정할 때의 커패시터가, 바늘이 급히 오른쪽으로 움직였다가 다시 왼쪽으로 서서히 이동하면 정상입니다. 2) 디지털 멀티미터는 값을 그대로 읽습니다. 3) 아날로그 미터와 디지털 미터 모두, 커다란 덩치의 커패시터 용량은 측정할 수 없습니다.audioPUB
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[Week 2] 멀티미터로 다이오드, LED 검사하기* <DIY PACK.1 사용자 매뉴얼, 1/3> 문서의 11 페이지 참조 1. 흔히 접하게 되는 다이오드는 아래 두 가지 모습을 하고 있습니다. 유리관에 들어간 적색이거나 플라스틱 재질로 마감된 흑색이거나. 적색 다이오드는 FM 튜너에서 작은 세기의 신호를 다루는 데 사용되고 흑색 다이오드는 주로 AC 전원을 DC로 바꾸는 회로 등에서 사용됩니다. 흔히 유리관 형 다이오드보다 플라스틱 패키지 다이오드의 취급 전류량이 더 큽니다. 그런데, 패키징만 다를 뿐 안에 어떤 반도체층이 가공되어 있는 팩트는 똑같습니다. 모두에 있어서, 전류 흐름의 방향을 표시하기 위해서 띠를 가공해 놓았습니다. 예를 들어 위 사진의 다이오드에서, 띠가 오른쪽에 있습니다. 그러므로 전류 즉, 전자의 알갱이는 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 굴러갑니다. 네... 반드시 그렇게 흐릅니다. 띠가 있는 오른쪽에서 왼쪽으로 전류를 흘리려고 해도 그럴 수 없습니다. 왜냐하면 다이오드는 일반향, 단방향, One Way로만 전류를 흘릴 수 있는 반도체이기 때문이지요. 만일 정반대 방향으로 전류가 흐른다면 그 다이오드는 고장 난 것입니다. Symbol은 다음과 같은데, 그냥 위 두 개 사진의 이미지만 기억을 해두세요. 2. 어떻게 검사를 하는지를 정리해보면, 가) 아나로그 멀티미터를 쓰는 경우 ×1000 즉, 1K오움 레인지에 놓고 Step 1) DIY PACK.1에서 손에 잡히는 다이오드를 꺼내고 프로브를 연결합니다. 띠의 방향과 저항값을 적어 놓습니다. Step 2) 프로브를 반대로 연결합니다. 저항값이 관측될 것인데 그것을 적습니다. Step 3) 하나는 매우 높은 값, 다른 하나는 매우 낮은 값을 보여주어야 합니다. 전혀 그렇지 않은 조건, 예를 들어 바늘이 움직이지 않거나 크기에 상관 없이 엇비슷한 값을 보여준다면 그 다이오드는 고장 난 것입니다. 나) 디지털 미터를 쓰는 경우는 같은 방법으로 검사합니다. 참고로 디지털 미터 중 다이오드 자동 체크 기능이 있는 경우가 있는데 그냥 편하게, 연결된 프로브를 바꾸지 않고 제시되는 심볼의 방향을 확인하면 됩니다. [video src="http://audiopub.co.kr/wp-content/uploads/diy_pack_movie_clips/diy pack.1-week 2-multimeter usage.mp4"] 4. DIY PACK.1의 9V 건전지를 꺼내서 a) + 단자를 다이오드 띠가 없는 리드 즉, 위 사진의 왼쪽에 연결하고 -단자를 띠가 있는 쪽 즉, 위 사진의 오른쪽에 연결할 때와 b) 그 반대로, + 단자를 띠가 있는 곳에 연결하고 -단자를 띠가 없는 곳에 연결했을 때, 과연 어떤 일이 벌어질까요? a)는 전류가 무한대로 흐릅니다. 그러므로 취급 용량이 크지 않은 다이오드는 파괴될 것이지요. b)는 전류가 흐르지 않습니다. 그러므로 취급 용량이 작은 다이오드일지라도 9V를 견딜 수 있다면 아무 일이 없습니다. 반응이 다른 것은 다이오드가 전류를 한쪽으로만 흘려주는 속성을 갖고 있기 때문입니다. ■ 핵심 정리 1) 은색, 금색, 검은색 등 색상을 막론하고 한쪽에 만 띠가 있는 부품은 다이오드입니다. 2) 프로브를 바꿔가며 멀티미터 검사를 두 번 수행하되 각각의 저항값이 극단적으로 차이가 나야 정상품입니다.audioPUB
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