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트랜지스터 설명 – 트랜지스터 작동 방식
트랜지스터 설명 – 트랜지스터 작동 방식

[아두이노 기초 강좌 36강] DC 모터, 트랜지스터 회로 구성하기

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    꿈을 코딩하다. 코드덤

    코딩은 배움을 우리 생활 속으로 녹여낼 수 있는 훌륭한 도구입니다. 코딩 교육을 통해 배움과 실생활의 경계가 허물어지고 우리의 아이디어, 우리의 꿈이 현실에 조금 더 가까워질 수 있기를 바랍니다.

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[아두이노 기초 강좌 36강] DC 모터, 트랜지스터 회로 구성하기
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무이메이커스_[arduino] 트랜지스터(TR)을 이용해 고 전류 회로 구동하기 – 트랜지스터 외부전력 스위칭(LED 구동기/ DC 모터 드라이버)

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아두이노 트랜지스터 배우기

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아두이노 트랜지스터 배우기

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아두이노 트랜지스터 배우기
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아두이노에서 PWM 제어와 NPN 트랜지스터를 이용한 LED 밝기 및 모터 속도 조절.

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아두이노에서 PWM 제어와 NPN 트랜지스터를 이용한 LED 밝기 및 모터 속도 조절.
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[아두이노 강좌] 13. 아두이노를 사용하여 DC모터 제어하기 – 가치창조기술 위키

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[아두이노 강좌] 13. 아두이노를 사용하여 DC모터 제어하기 - 가치창조기술 위키
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[아두이노] 트랜지스터와 DC모터를 이용한 모터작동

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[아두이노] 트랜지스터와 DC모터를 이용한 모터작동

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[아두이노] 트랜지스터와 DC모터를 이용한 모터작동
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[아두이노 기초 강좌 36강] DC 모터, 트랜지스터 회로 구성하기

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안녕하세요. 코드덤입니다.

벌써 아두이노 기초강좌 36강입니다.

오늘은 DC 모터의 회로를 구성하는 방법에 대해 알아볼 거예요.

이전 포스터에서 서보모터에 대해 알아보았는데요~

서보모터는 회전 각이 제한되어 있지만, 원하는 각도로 회전시킬 수 있습니다.

DC 모터는 정확한 각도 조정은 불가하지만, 회전 방향과 속도를 제어할 수 있기 때문에 RC카 바퀴를 만들 때 사용되는 모터입니다.

DC 모터는 2개의 다리가 있는데요.

극성이 따로 없습니다.

하지만, 어떻게 연결하냐에 따라 회전 방향이 달라집니다.

먼저 간단하게 시뮬레이션을 돌려볼게요.

먼저 왼쪽을 그라운드로, 오른쪽 다리를 전원으로 연결했을 때입니다.

시뮬레이션을 돌리면, 오른쪽으로 회전하는 것을 볼 수 있어요.

이제 반대로 연결을 해볼게요. 왼쪽이 전원, 오른쪽이 GND입니다.

이렇게 시뮬레이션을 돌리면, 이번에는 반대로 왼쪽으로 회전하는 것을 보실 수 있어요.

DC 모터를 사용할 때는 몇 가지 주의해야 할 사항이 있습니다.

DC 모터는 많은 전류를 필요로 합니다. 너무 적은 전류가 공급되면, DC 모터가 제대로 작동하지 않거나, 아두이노 보드로부터 너무 많은 전류를 끌어오기 때문에 아두이노 보드에 문제가 생길 수 있습니다. 예를 들어서, DC 모터를 아두이노 디지털 핀을 통해 제어를 하고 싶어서, 디지털 핀으로 바로 연결을 했다고 가정해 볼게요.

아두이노 디지털 핀에서 출력 가능한 전류는 20mA밖에 되지 않습니다.

하지만 대부분의 DC모터같은 경우에는 이 보다 더 큰 전류가 필요합니다.

그래서 이렇게 바로 연결해서 사용하게 되면 아두이노 보드 자체에 영향을 미칩니다.

이러한 문제를 해결하고, DC모터를 보다 효율적으로 제어하기 위해서

트랜지스터를 사용합니다.

팅커캐드에서 “트랜지스터”를 검색해 보겠습니다.

NPN 트랜지스터를 가지고 올게요. 사실 트랜지스터는 설명할 부분이 많은데요.

오늘은 DC모터 연결을 위해 필요한 부분에 대해서만 설명을 드릴게요.

트랜지스터는 크게 2가지 기능을 가지고 있어요.

첫 번째는 스위치 기능!

두 번째는 전류를 증폭시켜 주는 기능!입니다.

NPN 트랜지스터의 원리를 간단하게 설명을 드릴게요.

트랜지스터에 보면 총 3개의 핀이 있습니다.

가운데 핀으로 신호를 보내주면,

첫 번째와 세 번째 핀이 서로 연결이 됩니다.

그래서 C => E로 전류가 흘러가게 됩니다.

가운데 전류를 공급했냐, 하지 않았냐에 따라,

나머지 2개의 핀의 전류가 흐르거나, 흐르지 않게 됩니다.

입문과정에서는 일종의 푸시버튼이라고 이해하시면 조금 더 그 개념이 쉽게 다가오실 거예요.

버튼을 누르는 대신, 가운데 핀으로 전류를 흘러 보내면 되는 거예요.

이 가운데 핀을 아두이노 디지털 핀으로 연결해서 조정을 해 줄 거예요.

저는 3번 핀으로 연결을 해줄 텐데, 중간에 저항을 하나 사용해 주겠습니다.

3번으로 보내는 전류량에 따라 C(컬렉터)에서 E(이미터)로 흐르는 전류량에도 영향을 미친답니다.

저는 모터의 그라운드 라인을 트랜지스터를 통해 흘러가도록 아래와 같이 회로를 연결해 줄게요.

아래 영상을 통해 보다 자세한 설명을 들어보세요~

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무이메이커스_[arduino] 트랜지스터(TR)을 이용해 고 전류 회로 구동하기 – 트랜지스터 외부전력 스위칭(LED 구동기/ DC 모터 드라이버)

안녕하세요 헬스케어 제품 개발회사 허니컴의 무이메이커스 입니다.

오늘은 트렌지스터(TR)를 이용해 아두이노 하나의 핀으로 DC모터와, LED5개를 제어해 보겠습니다.

​

< 문제점 >

​

LED5개와 DC모터 하나를 아두이노 하나의 핀으로 제어하려고 합니다.

이는 두 소자 모두 전류 제어 소지인 만큼 많은량의 전류를 필요로 합니다.

아두이노 하나의 I/O포트 에서는 최대 40mA의 전류가 흐를 수 있기 때문에 일괄 동작을 하더라도 한 핀에서 제어하는 것은 불가능합니다.

​

이러한 상황에서 트랜지스터(TR)을 사용한다면

동작전류가 20mA인 LED 다수를 아두이노 핀 하나로 제어 하거나 (LED 구동기),

동작전류가 724mA인 DC모터를 아두이노 핀 하나로 제어할 수 있습니다 (DC Motor Driver).

​

그러므로 NPN 트랜지스터 (TR) 인 2222A를 이용해 아두이노 하나의 핀만을 사용하여 외부 전력에대한 스위칭 제어를 해보겠습니다.

< 트랜지스터(TR) NPN/2222A >

​

​

트랜지스터는 1)소신호 증폭, 2)스위칭 용도로 사용합니다. 위와같이 회로를 구성한 후 베이스(B:base)에 순방향 전압을 인가하게 되면 컬렉터(C:collector)와 이미터(E:emitter)가 단락된것처럼 작동해 하나의 도선 처럼 취급됩니다.(아래사진)

​

베이스에 전압이 인가되면 트랜지스터가 ON되어 스위칭 작용을 하게되고,

베이스에 유입된 전류가 컬렉터 전류의 흐름을 제어하여 컬렉터에서 이미터로 흐르게 됩니다.

이때, 제어 하고자 하는 부하 측. 즉, 컬렉터의 전류량 역시 베이스 전류의 양(결국 베이스 저항의 크기)을 조절 함으로서 제어가 가능합니다.

​

# 참고영상 – 트랜지스터의 작동원리 #

< 아두이노 트랜지스터 고전류 스위칭 회로도 >

아래의 실험 회로도는 많은 양의 전류를 소모하는 회로의 예시로 구성한 것입니다.

사용부품 : 트랜지스터 MPS2222A 1개, LED 5개, DC모터 1개, 가변저항

​

< 아두이노 트랜지스터 고전류 스위칭 연결방법 >

출처 : https://pdf1.alldatasheet.co.kr/datasheet-pdf/view/154176/WEITRON/MPS2222A.html

ARDUINO (UNO) 트랜지스터 (2222A) 가변저항 LED 9 ​ 양끝pin 중에 하나 ​ GND 이미터(E:emitter) ​ ​ ​ 컬렉터(C:collector) ​ LED의 – ​ 베이스(B:base) 가운데 pin ​ 5V ​ ​ LED의 +

< 아두이노 트랜지스터 고전류 스위칭 소스코드 >

1 2 3 4 5 6 7 8 9 void setup() { pinMode(9,OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(9,HIGH); delay(20); }

< 동작설명 & 동작영상 >

9번 핀에서 HIGH가 출력되면 베이스에 전압이 인가되어 트랜지스터(TR)가 ON이 됩니다.

충분한 전류로 트랜지스터가 ON이 되면 DC모터가 회전하고, 5개의 LED가 ON이 됩니다.

베이스쪽 가변저항을 변경해가며 Ib(베이스 전류)와 Ic(컬렉터 전류)의 값을 측정해볼것 입니다.

​

1) 베이스 저항 : 9.5kΩ 일때

Ib(베이스 전류)는 0.4mA

Ic(컬렉터 전류)는 115mA

DC모터와 5개의 LED는 동작하지 않습니다.

​

2) 베이스 저항 : 1.5kΩ 일때

Ib(베이스 전류)는 2.5mA

Ic(컬렉터 전류)는 270mA

DC모터는 회전을 시작하고, 5개의 LED에도 불이 들어오기 시작합니다.

하지만 밝기가 충분하지 않습니다.

아두이노 트랜지스터(TR) 전류 제어 – DC 모터, LED

3) 베이스 저항 : 1kΩ 일때

Ib(베이스 전류)는 3.4mA

Ic(컬렉터 전류)는 304mA

DC모터는 여전히 회전하고, 5개의 LED에도 충분한 밝기의 불이 들어옵니다.

아두이노 트랜지스터(TR) 전류 제어 – DC 모터, LED

4) 베이스 저항 : 600Ω 일때

Ib(베이스 전류)는 5.7mA

Ic(컬렉터 전류)는 340mA

DC모터가 빠르게 회전하고, 5개의 LED에도 충분한 밝기의 불이 들어옵니다.

아두이노 트랜지스터(TR) 전류 제어 – DC 모터, LED

가변저항(베이스) 9.5kΩ 1.5kΩ 1kΩ 600Ω Ib 0.4mA 2.5mA 3.4mA 5.7mA Ic 115mA 270mA 304mA 340mA ​

……..

시제품 제작 문의

​

아두이노 트랜지스터 배우기

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안녕하세요. 메카럽입니다.

이번 포스팅에서는 트랜지스터에 대해 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.

릴레이는 강전의 영역을 제어하고, 각 접점의 특성을 활용할 수 있었습니다. 약전의 영역에서는 트랜지스터가 유사한 역할을 수행하는데, 실제 아두이노를 활용한 시제품 제작 등에서는 릴레이보다 트랜지스터가 더 빈번하게 사용됩니다. 릴레이보다 훨씬 작고 전기적 제어가 쉽기 때문입니다.

트랜지스터의 중요한 역할 중 하나는 전원에 연결된 전자 소자를 MCU에서 제어할 수 있는 미약한 전류로 켜고 끄는 전기적 스위치입니다. 다소 약한 전류 영역인 MCU로 비교적 강한 전원을 제어하는 것입니다.

트랜지스터는 전류 증폭 기능과 스위칭 역할을 수행하며, 크게 BJT와 MOSFET으로 나누어집니다. 이번 포스팅에서는 스위칭 역할에 초점을 맞추고, 동작 방식은 BJT, MOSFET 모두 비슷하므로 범용적으로 적용되는 BJT를 중심으로 살펴보도록 하겠습니다.

사실 트랜지스터와 관련된 이론적인 내용과 세부적인 사항은 다루기 너무 깊이있는 분야이므로 다루지 않고 BJT 중에서도 범용적으로 많이 적용되는 NPN 타입을 위주로 살펴보겠습니다.

트랜지스터는 TR로 줄여서 부르기도 하며, 회로 내에서의 기호는 Q를 사용합니다. 아래 그림에 NPN, PNP 타입의 트랜지스터와 그 기호를 나타내었으니 참고하시기 바랍니다.

NPN, PNP 타입 트랜지스터

트랜지스터는 3개의 핀을 갖고 있습니다. NPN 타입 트랜지스터의 경우, 하나는 전원에, 하나는 접지에, 또 하나는 스위칭 신호선에 연결됩니다. MCU는 MCU의 아날로그 또는 디지털 포트에서 출력되는 신호로 전원과 접지를 연결, 회로가 동작하도록 합니다.

NPN 타입은 base에 +극, 즉 MCU 신호선을 통해 HIGH 신호를 인가하면 턴 온(Turn-On)되고, PNP 타입은 Base에 -극, 즉 MCU 신호선을 통해 LOW 신호를 인가하면 턴 온(Turn-On) 됩니다.

턴 온이란 +극과 -극이 연결되도록 트랜지스터를 작동시키는 것을 의미하며 턴 온과 턴 오프 상황을 회로를 그려가며 살펴보면 다음과 같습니다.

기본적인 원리와 작동 모델은 다음과 같습니다. 베이스에 저항 하나를 연결하고 digitalWrite( ) 함수로 LOW 또는 HIGH 신호를 인가하여 턴 오프, 턴 온 상태를 만듭니다. 베이스를 전압에 의해 작동하는 스위치라고 생각해보면, 턴 오프 시에는 스위치 연결이 되지 않아 콜렉터와 에미터가 서로 연결되지 않습니다. 다시 말해서, 우노의 디지털 출력이 LOW이면 TR이 턴 오프되어 회로의 연결이 끊어집니다. 반대로 턴 온시에는 베이스 전압에 의해 스위치가 콜렉터-에미터를 연결하여 회로를 도통시킵니다. 즉, 우노의 디지털 출력이 HIGH가 되면 TR이 턴온되어 회로가 연결됨을 의미합니다.

이제 NPN 타입의 BJT를 이용하여 릴레이를 제어하는 기능을 만들어 보겠습니다. 코드는 릴레이의 것과 동일합니다.

준비물 : 아두이노 우노, F-F점퍼선, 릴레이 모듈, 2SC1815(또는 동등 트랜지스터), 300 Ω, 1k Ω 저항 9V 배터리

트랜지스터-릴레이 제어 회로도

아두이노 우노의 D2핀은 300Ω 저항을 거쳐 2SC1815 트랜지스터의 베이스에 연결됩니다. NPN 타입 트랜지스터의 베이스는 릴레이의 신호선(IN, SIG 등)과 유사하며 2SC1815의 콜렉터는 5V에, 에미터는 1kΩ 저항이 릴레이의 신호선에 연결되어 있습니다. 참고로 2SC1815 대신 2222A 트랜지스터도 많이 사용됩니다. 구글에서 해당 소자의 이름을 검색하면 데이터 시트를 확인할 수 있으며 이 데이터 시트에는 해당 소자의 전기적 특성, 물리적 사양 등이 명시되어 있습니다.

int Dout=2;

void setup( )

{

Serial.begin(9600);

pinMode(Dout, OUTPUT);

digitalWrite(Dout, LOW);

}

void loop( )

{

digitalWrite(Dout, LOW);

delay(3000);

Serial.println(“Dout is LOW”);

digitalWrite(Dout, HIGH);

delay(3000);

Serial.println(“Dout is HIGH”);

}

위 예제는 트랜지스터가 작동하지 않을 때는 LOW 상태가, 트랜지스터가 작동할 때는 HIGH 신호가 인가되어 릴레이를 작동시키고, 이때 9V 배터리 -단자가 차단되어 아두이노 우노가 꺼지게 됩니다. 5V 전원은 아두이노 내부의 레귤레이터를 통해 공급되므로, 이미 차단된 9V 전원 때문에 5V 전원마저 차단됩니다. 릴레이에 전원이 공급되지 않으므로 NC 단자와 COM 단자는 다시 연결 상태가 되고, 9V 전원이 우노와 우노의 레귤레이터로 공급됩니다. 그리고 3000ms 후 다시 앞선 상황이 반복됩니다.

이번 포스팅은 이만 마무리 하며 다음 포스팅에서는 트랜지스터의 NPN 사용사례 및 디지털 출력제어에 대해 계속 이어나가도록 하겠습니다.

오늘 하루도 행복한 하루 되세요.

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