학교&교과서

공모연수5-2. 이동준(전자촛불)

임성숙 2020. 7. 4. 17:05

두번째 순서는 자바실험실로 유명한 우리 이동준 선생님.

고등학교로 올라오면서 반도체를 가르쳐야 하는 내 입장에서는 가장 반가운 수업이었다.

쉬운 실험이기는 하지만 처음 해보시는 분은 쉽지 않기에 내가 중간중간 쉬운 실험도 보여드렸다.

 

                      < 인덕터를 이용한 전자촛불>

                                                                  이동준(치악중)

1.  준비물

1. 인덕터(330μH 또는 1,000μH 코어 오픈형) × 4

2. LED(색상 무관) × 2

3. 커넥터 하우징(CHW0640-03) × 2

4. 트랜지스터(C1815)

5. 저항(1kΩ 1/4W)

6. 점퍼선(2~3cm)

7. 건전지 및 건전지 홀더(1.5V)

8. 브레드보드

9. 서류용 클립 적당량

 

 

2. 실험 방법

(1) 촛대 만들기

① 아래와 같이 인덕터와 LED를 서로 연결해 준다. 연결을 위해서 5051 하우징을 사용하였다. 하우징 안에 터미널이라고 부르는 금속 부품이 LED와 인덕터를 클립처럼 눌러서 전기적으로 소통이 되도록 한다.

 

② 이 상태로는 LED에 불이 켜지지 않는다. 이 LED에 불이 켜질 수 있도록 하기 위해서는 어떻게 해야 하는가?


______________________________________________________________________________

 

2. 전자 촛불(수동)

 

① 아래와 같이 전자 촛불 회로를 구성한다. 브레드보드의 번호를 잘 보고 부품을 끼운다.

 

 

② 스위치를 눌렀다 떼 보자. 어떻게 되는가? _______________________________________

③ 스위치를 눌렀다 뗄 때 불이 깜빡거리지 않는 경우가 있다. (자신의 것이 잘 된다면, 옆 사람의 것을 살펴보자.) 이 경우 어떻게 불을 깜빡거리게 할 수 있을까?

____________________________________________________________________________

④ 스위치를 ( a.누를 때 / b.뗄 때 ) 불이 켜진다.

⑤ 아래 그림은 수동 전자 촛불의 모식도를 나타낸 것이다. 작동 원리를 설명해 보자.

 

⑥ 이 회로가 우리에게 주는 시사점은 무엇일까?

 

____________________________________________________________________________

⑦ 이 회로를 계속 작동시키기 위해서는 누군가가 계속 스위치를 클릭해 주어야 한다는 단점이 있다. 이 점을 어떻게 보완할 수 있을까?

 

______________________________________________________________________________

 

3. 전자 촛불(자동)

 

① 트랜지스터는 스위치와 같은 역할을 하는 부품이다. 사람이 누르는 스위치는 사람이 마음내키는 대로 누를 수 있지만, 트랜지스터는 특정한 물리적 조건에 따라서만 스위치가 작동된다.

이 트랜지스터의 스위칭 기능을 이용해서 대신 스위치를 눌렀다 떼는 역할을 하도록 만들어 본다.

② 아래와 같이 전자 촛불 회로를 구성한다. 브레드보드의 번호를 잘 보고 부품을 끼운다. 트랜지스터는 극성이 있으므로 거꾸로 끼우지 않도록 주의한다.

 

③ (주의할 점) 브레드보드에 꽂히는 두 인덕터는 서로 반대 방향을 바라보도록 꽂아 주어야 한다. 인덕터의 방향이 왜 중요한지는 앞서 실험을 통해 알고 있다고 생각된다.

④ 다음 그림은 전차 촛불(자동) 회로의 모식도를 나타낸 것이다.(LED 촛대 불포함)
이 회로의 작동 원리를 설명할 수 있는가?

⑤ 사실, 이 회로는 가장 간단한 발진 회로(oscillator)이다. 양쪽 인덕터 간에 자기선속이 포화되는 시간차를 이용하여 트랜지스터를 스위치로서 작동시키고 있다.

4. 실험 되돌아보기

1. 인덕터는 둥글게 말려 있다는 뜻에서 코일이라고도 부른다. 인터넷에서 인덕터를 검색해보면 수많은 종류의 인덕터들이 검색된다. 왜 이렇게 많은 종류의 인덕터들을 만들고 있는 것인지 각각의 장단점, 그리고 이용 분야에 대해 생각해보자.
그리고, 이번 실험에서 사용된 인덕터의 물리적 특성에 대해서도 생각해보자.

2. 트랜스포머(Transformer)는 변압기라고도 부르며 전압을 변환시켜 주는 장치이다. 변압기는 두 인덕터를 아주 아주 가까이 붙여 놓은 것이다. 어느 한 쪽의 인덕터가 일으킨 자기선속의 변화를 다른 쪽 인덕터가 받아서 기전력을 일으키는 장치라고 보면 된다.
이렇게 두 인덕터가 상호간에 영향을 주고 받는 현상을 상호 유도(mutual inductance)라고 부른다.

3. 트랜스포머와 달리 일반적인 인덕터는 자체 유도(self inductance)를 이용한다. 자체 유도는 자기 자신이 만들어낸 자기선속의 변화에 스스로 영향을 받는 현상이다.
아래 그림과 같이 자체 유도 실험을 간단하게 해 볼 수 있다.

 

4. 코어가 오픈된 형태의 인덕터는 그 자체로 훌륭한 전자석이다. 인덕터와 건전지만으로 아래 그림과 같이 전자석 실험을 해 볼 수도 있다.

 

5. 인덕터 읽는 법

① 숫자로 쓰여진 경우
보통은 3자리의 숫자로 표시되어 있다. 첫 번째와 두 번째는 그대로 적으면 되고, 마지막 세 번째 숫자가 10의 몇 제곱인지를 나타낸다. 즉, 동그라미의 개수이다.
아래와 같이 ‘331’로 표시된 경우, ‘33’에 이어서 동그라미를 하나만 더 이어서 표시하면 되니까 ‘330’이 된다.
숫자로 표시된 인덕터의 표준 단위는 μH(마이크로 헨리, 헨리)이다. 즉 330μH가 된다.

 

 

 

javalab.org/joule_thief/

[강의자료] 인덕터를 이용한 전자 촛불 만들기 (Joule thief 회로의 원리)

자바실험실 > 강의 자료 Resources > [강의자료] 인덕터를 이용한 전자 촛불 만들기 (Joule thief 회로의 원리)

인덕터

인덕터는 간단히 말해서, ‘자기장의 변화’로부터 ‘전기 에너지’를 이끌어내는 부품입니다.
반대로, 전기 에너지를 이용하여 자기장의 변화를 이끌어 낼 수도 있습니다.

 

자기장의 변화를 받는 방법에 따라, ‘상호 인덕턴스’를 이용하는 ‘트랜스포머(변압기)’와 ‘자체 인덕턴스’를 이용하는 ‘인덕터’로 나눌 수 있습니다.

트랜스포머(변압기)는 1차 코일과 2차 코일로 이루어져 있습니다. 1차 코일에 흐르는 전류의 변화에 따라 자기장의 변화가 생기고, 이 자기장의 변화를 2차 코일이 다시 전기 에너지로 변환합니다. 따라서 두 코일은 상호간에 영향을 주고 받기 위해 아주 가까이 배치합니다.
물론, 인덕터 2개를 서로 가까이 배치하여 트랜스포머로 만들 수 있습니다.

인덕터는 자체 인덕턴스를 이용하는 부품으로서, 기본적으로는 2차 코일이 없습니다. 자체 인덕턴스란, 자신이 만든 자기장에 자신이 다시 영향을 받아서 역기전력을 형성하는 것을 말합니다.
인덕터가 스스로 만들어 내는 전기 에너지의 전압은 ‘반대 방향’입니다. 즉, 역기전력이 발생합니다. 이를 이용하여, 인덕터를 직렬로 연결하면 전류가 급작스럽게 흐르는 것을 방지합니다.

인덕터가 하는 역할들

  • 회로에 직렬로 연결한 경우, 회로의 고주파 부분을 차단하는 역할
  • 회로에 병렬로 연결한 경우, 회로의 저주파 부분을 우회시켜 주는 역할 (바이패스)
  • 회로에서 특정한 주파수 신호만 분리해 내는 역할
  • 원래의 전압보다 높거나 낮은 전압을 유도하는 역할 (보조 배터리 등에서 사용됩니다. USB 표준 전압은 5V이고, 리튬 전지는 3.7V입니다.)

 

 

슬라이드 쇼 내용

  • 상호 인덕턴스 실험
  • 자체 인덕턴스 실험
  • 무선 전자 촛불 만들기
  • 전자석 실험
  • 인덕터 읽는 법
  • Joule thief 회로의 원리

Joule Thief

인덕터가 전기 에너지를 발생시키기 위해서는 ‘전류의 변화’를 필요로 합니다. 다시 말하자면 회로 어디선가 전류의 변화를 계속해서 만들어 주어야 합니다. 이렇게 일정 간격으로 전류의 변화를 발생시키는 회로를 ‘발진 회로’라고 합니다.
Jouel Thief 회로에서는 두 인덕터가 하나의 트랜지스터에 연결되어 발진 회로를 구성합니다. 한 인덕터는 자기장으로서 상대방 인덕터에게 영향을 주고, 또 다른 인턱터는 트랜지스터를 통해 상대방 인덕터를 통제(스위칭)합니다.
자세한 과정은 위 슬라이드 쇼를 참고 바랍니다.

 

재료구입과

아래 사이트에서 전체 부품을 세트화한 제품을 구입할 수 있다.
http://www.charmscience.co.kr/Ncv5/Shop/Cart/cart_main.html?Cpn=showitem&itemID=5741&item_subidkey=A3B6

 

 

 

 

 

저작자표시 비영리 변경금지

'학교&교과서' 카테고리의 다른 글

공모연수5-4.마무리 및 뒤풀이  (0) 2020.07.04
공모연수5-3. 교사초청 방사선 이해 워크숍  (0) 2020.07.04
공모연수5-1.조미형-운동의 분석  (0) 2020.07.04
공모연수4-5-임성숙(열기관&용수철기차)  (0) 2020.06.28
공모연수4-4. 회원들의 생각나누기 시간  (0) 2020.06.28

'학교&교과서'의 다른글

  • 현재글공모연수5-2. 이동준(전자촛불)

관련글

티스토리툴바