[트랜지스터] 먼저 트랜지스터 없이 LED 점등하기 - 아두이노 실습 - [ 5부 ]

 

 

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먼저 트랜지스터 없이 LED 점등하기

- 아두이노 실습 -

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1부 [트랜지스터] 트랜지스터란 무엇인가?

2부 [트랜지스터] 트랜지스터 구조와 원리

3부 [트랜지스터] 베이스 저항계산과 2N3904, 2N3906의 데이터시트를 알아보자

4부 [트랜지스터] 2N3904 , 2N3906의 회로도 예시

5부 [트랜지스터] 먼저 트랜지스터 없이 LED 점등하기 - 아두이노 실습 -

完 [트랜지스터] 트랜지스터를 이용한 LED 점등과 실제 사례 - 아두이노 실습 -

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이번 시간에는 트랜지스터를 통해 LED를 점등하기 전에,

가장 기본이 되는 LED 구동 원리와 전류 제어 방법을 먼저 살펴보겠습니다.

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LED는 단순히 전압을 인가한다고 동작하는 소자가 아닌,

적절한 전류를 흘려주어야 안정적으로 동작하게 됩니다.

따라서 안전한 회로 구성을 위해 반드시 알아야 할 저항의 역할과 계산 방법을 앞서 알아보겠습니다.

 

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​ 시작하기전, 왜 저항이 필요한가?

 

LED는 전압이 아니라 전류에 의해 동작하는 소자입니다.

즉, 전류가 과도하게 흐르면 LED는 손상이 됩니다.

 

아두이노의 5V를 LED에 직접 연결할 경우,

전류 제한이 없기 때문에 LED와 아두이노 핀이 모두 손상될 수도 있습니다.

따라서 반드시 전류를 제한하는 저항이 필요하게 됩니다.

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LED 의 기본 특성

	순방향 전압
	최소( Min )	최대( Max )
Red	1.8V	2.3V
Yellow	2.0V	2.8V
Green	1.8V	2.3V
Blue	3.4V	3.8V
White	3.4V	4.0V
Orange	2.0V	2.3V

LED는 순방향 전압(Forward Voltage)을 가집니다.

순방향 전압이란 다이오드나 PN 접합 소자에서 전류가 흐르기 위해 필요한 최소 전압을 의미하는데,

예를 들어 일반적인 적색 LED는 위의 표에서 볼 수 있듯 약 2V 정도에서 동작합니다.

 

즉, 5V 전원을 사용할 경우 실제 저항에 걸리는 전압은 다음과 같습니다.

 

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*V : 저항에 걸리는 전압 , Vs : 공급전압 , Vf : 순방향전압

 

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그렇기 때문에 3V를 기준으로 저항값을 계산을 해야합니다.

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적색 LED의 직렬 저항값 계산을 해보면

 

 

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* R : 필요한 저항값[ Ω ] , Vs : 공급전압[ V ] , Vf : LED순방향 전압[ V ] , If : LED 전류[ A ]

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예를 들어 적색 LED의 연속 순방향 전류는 약 20mA 이지만 10mA만 흘려도 눈에 충분히 밝습니다.

그렇기에 10mA로 설정했을 때 나오는 저항 값은 300Ω 입니다.

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그러나 실제 사용에서는 계산값보다 약간 크게 선택하여

전류를 여유 있게 제한하고 부품을 보호하기 위해 330Ω을 많이 사용합니다.

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하지만 실제 오늘 진행할 실험은 10 ~ 20mA 중간값으로, 약 14mA 로 저항을 선정할 것 입니다.

이는 밝기와 안정성을 모두 고려한 값으로 선택하였기에 LED 직렬 저항을 220Ω으로 사용할 예정입니다.

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아두이노로 LED 를 점등시켜 보자

 

아두이노 출력 핀과 LED를 저항과 함께 직렬로 연결한 회로로,

저항을 통해 LED에 흐르는 전류를 제한하여 안정적으로 동작시키게 됩니다.

이 회로는 이를 가장 기본적으로 구현한 형태입니다.

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이 회로도를 바탕으로 실험 예제는 1초 점멸을 시켜볼 예정입니다.

아두이노를 통해 해당 회로도를 구현해 구성은 다음과 같습니다.

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해당 준비물을 이용하여 아두이노와 저항, LED를 아래처럼 연결하면

브레드보드 위에 기본적인 LED 구동 회로를 직접 구성할 수 있게 됩니다.

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브레드보드 위에 회로를 구성하면 위와 같은 형태로 배치되며,

아두이노 핀을 통해 LED를 제어할 수 있는 준비가 완료됩니다.

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해당 배선이 실제로 구현된 모습입니다.

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int LED_PIN = 4;

void setup(){
  pinMode(LED_PIN,OUTPUT);   
}

void loop(){
  digitalWrite(LED_PIN,HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(LED_PIN,LOW);
  delay(1000);
}

 

코드는 1초 간격으로 점멸할 예정이기에 간단합니다.

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• 4번핀을 출력으로 사용
• 1초간 점등이 되고 1초간 소등

그리고 이를 반복하는 코드입니다.

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해당 코드로 실제 동작시켜보면 이렇습니다.

 

 

https://youtu.be/hiXfHOPUV50?si=S9i6ZObTXzz9_iBL

 

 

 

해당 과정을 진행하면 LED가 일정한 주기로 점등과 소등을 반복하는 것을 통해

아두이노 디지털 출력으로 LED를 제어할 수 있음을 확인할 수 있습니다.

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이 회로는 가장 기본적인 LED 제어 방식이며,

소전류(약 10~20mA) 범위에서만 안전하게 사용할 수 있습니다.

 

마무리

 

오늘은 트랜지스터로 회로를 구성해보기 전에 아두이노로 직접 LED를 제어해보았습니다.

LED 하나는 직접 구동할 수 있었지만, 24V LED나 모터처럼 더 큰 전력을 사용하는 경우에는

아두이노만으로는 제어가 어려워 이 때 필요한 것이 바로 트랜지스터입니다.

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그렇기에 다음 시간에는 마지막으로 앞서 배운 2N3904 소자를 이용하여

외부 전원을 제어하는 방법을 살펴보겠습니다.

그리고 실제 사례를 통해서 어떻게 사용이 되었는지까지를 알아보도록 하겠습니다.

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