집밖은 위험해

직류 발전기 구성

- 전기자 : 회전하여 기전력을 유도

- 계자 : 자속 생성

- 정류자 : 브러시와 접촉해 교류기전력 -> 직류기전력 전환

- 권선이 1개(코일 2개)라 정류자편수가 적은 경우, 여전히 교류에 가까운 형태이나 정류자 편수 늘리면 직류에 가까워짐

전기자 권선 

1. 환상권과 고상권

- 환상권 : 환상철심으로 철심 내외부 감은 방법

- 고상권 : 환상권 문제 개선(감기 편함, 코일 리액턴스가 적어져 정류가 용이 등)

정류 작용

- 1. 코일 2-5'를 기준으로 보면, 브러시는 정류자 3편에만 붙어 오른쪽가는 전류 ia가 흐른다.

- 2. 전기자의 회전으로 브러시가 정류자 2-3 사이 위치시 코일 2-5'는 브러시로 단락되어 단락 전류 i가 생긴다.

- 3. 정류자가 회전해  브러시가 정류자편 2에 완전 접촉시 왼쪽 가는 전류 i_a가 흐르나 반대 방향이므로 -i_a가 된다.

정류 곡선

- 전기자 코일에는 자기 인덕턴스가 존재하여 전류 변화를 방해

- 브러시가 정류자편 3을 떠낼때 +i_a에서 -i_a로 순간적으로 변하면서, 고전압(역기전력, 리액턴스 전압) 유기

 => 정류자 편과 브러시 사이 불꽃 발생, 손상

- 정류 곡선 : 단락 코일 내부 전류 변화를 표현한 곡선

- 직선 정류 : 브러시 접촉면에서 전류 밀도가 균일한 이상적인 정류

- 정현파 정류 : 정류 개시 나 종류시 전류 변화가 없어 불꽃 발생 x

- 과정류 : 정류 시작 시 큰 전류 변화로 브러시 앞에 불꽃 발생

- 부족 정류 : 정류 종료 시 큰 전류 변화로 브러시 뒤에 불꽃 발생

직류 발전기 특성 곡선

- 무부하 특성 곡선 : 무부하 상태시의 계자 전류 If와 유기기전력 E 사이 곡선으로 모든 특성 곡선의 기본

- 부하 특성 곡선 : 정격 속도서 부하 전류 I와 단자 전압 V 사이 관계 

- 외부 특성 곡선 : 정격 속도에서 부하 전류 I와 단자 전압 V 사이 관계

직류 발전기 외부 특성 곡선 비교

- 차동 복권 발전기 : 정전류 특성(수하 특성)을 가져, 용접용 전원으로 사용

직류 발전기 병렬 운전 조건

- 직권 발전기 포함시 : 균압선 필요

- 대부분은 같아야 하나 용량은 무관

전동기 복습

- 3상 유도 전동기 : 정속도 운전, 간편, 저렴, 공장에서 주로 사용

- 직류 전동기 : 속도/토크 제어와 회전 방향이 용이하여 전차, 크레인 등 광범위 하게 사용하나 값 비싸고,직류전원필요

전기기기 발전 과정

- 1820 ~ 1870 : 전기기기 실험 및 제작

 -> 전류 자기 작용 발견, 아르고의 원판 실험, 전자석 발명, 전자 유도 현상 발견(페러데이), 자기유도현상 발견(헨리) 

- 1870 ~ 1920 : 전기기기 원형 완성 및 실용화

  -> 지멘스의 자계 여자방식 발명, 직류 발전기, 3상 교류 발전기, 변압기 기반 발명

- 1920 ~ 1970 : 소형 경량, 대용량화

- 1970 ~ : 계산기 해석 및 제어, 시스템화

 -> 다양한 제어 시스템을 활용. 기존의 전압, 전류만을 이용하던 것에 주파수가 추가됨.

에너지 변환

- 전열기 : 전기 -> 열

- 전동기, 계전기 : 전기 -> 운동

- 변압기, 정류기 : 전기 -> 전기

- 전해질, 축전지 : 전기 -> 화학

- 형광등 : 전기 -> 방사(파장 변환)

전기 기기 분류

- 전기 기기 : 전기 -> 운동

- 전기 기구 : 전기 에너지를 운동 에너지 이외의 에너지로 변한 하는 장치

아두이노 우노보드 주요 특징

- ATmega328p(32kb : 플래시 메모리, 8bit MCU) MCU를 이용한 보드

  * MCU 마이크로 컨트롤러 : 계산, ADC, PWM 등 포함

- 14개의 디지털 입출력(0~13핀)과 그 중 6개는(~3, ~5, ~6, ..: ~ 붙은 IO핀) PWM 제어가 가능

  * PWM Pulse Width Modulation : 펄스 폭 변조를 통해 조명 밝기, 모터(스텝, 서버) 제어 가능

- 6개의 아날로그 핀, 16MHz의 클럭 발진기, USB 커넥터, DC 파워잭, ICSP(ISP 단자), 

   => PC에서 USB, 파워잭으로 AC-DC 어뎁터, 베터리로 전원 공급 가능 

ref : https://docs.arduino.cc/hardware/uno-rev3

우노 보드 스펙

스루홀 마운팅과 표면 실장 방식

- 스루홀 마운팅 THM : PCB 구멍을 뚫어 실장하는 방식 

   => 장점 : SMT보다 강한 기계적 결합, 테스트 및 프로토 타이핑에 용이 

- 표면 실장 SMT : 구멍없이 표면에 실장

   => 장점 : THM 부품보다 작아 고밀도, 소형화 가능, 진동에 강함

듀티비와 PWM

- 듀티 비 duty ratio : 한 주기동안 HIGH의 비율

- PWM : 펄스폭 변조. 펄스의 폭을 조절하여 제어하는 방식

   ex) LED 밝기, 모터 속도 등

Arduino UNO 보드 회로도 살펴보기

ref : https://www.youtube.com/watch?v=Er4z2xx-RC0&list=PLXklyWpn9peZWNGhMP2nvt5cTN9YX8Y1u&index=2

반도체

- 도체와 절연체의 중간으로 진성반도체에 불순물인 3, 5족 원소를 첨가하여 만든 것

- 진성 반도체(4족 원소) : 실리콘 si, 게르마늄 ge

- 불순물 반도체 

    - p형 반도체 : 최외각 전자가 3개인 3족 원소 Ga In B AL,  갈륨 - 인디윰 - 붕소 - 알루미늄를 섞어 만든 반도체

    - n형 반도체 : 최외각 전자가 5개인 5족 원소. As 비소, Sb 안티몬, Bi 비스무트, P 인을 섞어 만든 반도체

PN 접합과 순방향 바이어스

- PN 접합 : P형 반도체와 N형 반도체를 붙여 만든 다이오드

- 순방향 바이어스 : 전원으로부터 P형 반도체가 +전하를 받아 N형 반도체로 넘어가서 흐르는 방식(공핍층이 작다)

- 역방향 바이어스 : P형 반도체의 양전하는 - 전원으로, N형 반도체의 음전하는 + 쪽으로 몰리며 중간에 공핍층이 넓어짐 

다이오드

- 한쪽 방향으로 전류를 흐르게 만든 반도체 소자로 정류 작용을 한다

- 역방향 전압을 걸면 공핍층과 저항이 증가, 전류는 감소

트랜지스터

- n-p-n 혹은 p-n-p 접합으로 이뤄진 소자를 양극성 접합 트랜지스터 BJT : Bipolar Junction Transistor라 한다.

- 증폭, 스위칭 역활

전계 효과 트랜지스터 FET : Field Effect Transistor

- 게이트 G, 소스 S, 드레인 D 3개의 전극으로 이뤄짐. 게이트에 가한 전압으로 드레인 전류를 제어.

- 종류

   - JFET(게이트와 드레인 사이 역방향 바이어스로 채널 크기 -> 전류량 조정

   - MOS-FET은 금속 산화물로 이뤄진 반도체

- 역방향 전압을 키울수록 공핍층도 커짐 -> 채널폭 수축 (=저항 커짐) -> 출력 전류 I_D 는 감소

평활회로

- C, R, L로 고주파를 제거한 저역통과필터

- 리플 잡음 : 평활 후 직류 전원에 남은 교류 성분

- 유도성 평활회로

   - 코일 직렬 접속, L이 클수록 리플이 작아짐

- 용량성 평활회로 : 콘덴서 병렬 접속

- pi 평활회로 : L과 C를 이용한 평활회로로 가장 성능이 좋으나 비싸며 크다

정전압회로

- 전원, 부하 변동에 따른 전압변동을 안정시키는 회로

- 병렬제어형 : 제어용 Tr과 부하를 병렬 접속. 전력소비 크며, 나쁜 효율

- 직렬제어형 : 제어용 Tr과 부하 직렬 접속. 좋은 효율, 넓은 전압안전범위

* 제너 다이오드 : 정전압 회로에 사용되는 정전압 다이오드. 

 - 제너 항복 : 일정 이상 역전압 시 역방향 전류가 급증하는 현상. 항복 전압을 뒤로 늘려 역전압 시 변동을 줄임

전원회로 구조

- 변압기 -> 정류기 ->평활회로 -> 정전압회로

종류

- 반파정류회로

- 전파정류회로

- 브리지정류회로

반파 정류 회로

'

전파정류회로

브리지정류회로

1. 장점

 - 고압 정류에 적합 : 전파정류회로보다 다이오드가 많아 최대 역전압이 작음

 - 소형 : Tr의 중간탭이 불필요

2. 단점 

- 다이오드 비용, 낮은 효율

반도체

- 전기가 흐르기도 안흐르기도 하는 도체로 14족 원소에 13족 원소 혹은 15족 원소를 불순물로 섞어 만든 것

- 13족 원소 (3가 원소, 억셉터 accepter) : 최외각전자가 3개, Al 알루미늄, B 붕소

- 14족 원소 : 실리콘 Si, 게르마늄 Ge

- 15족 원소(5가 원소, 도너 donor) : 최외각전자가 5개, P 인, Sb 안티몬, As 비소, Bi 비스무트

- N형 반도체 : 14족 원소에 불순물로 3가 원소를 첨가한 불순물 반도체

- P형 반도체 : 불순물로 5가 원소를 첨가한 불순물 반도체

반도체 바이어스

- PN 접합 순방향 바이어스 : P에 +, N에 - 시 => P형에서 N 형으로

- PN 접합 역방향 바이어스 : P에 -. N에 + 시 => 전류는 흐르지 않음

트랜지스터 회로 h 파라미터

- 출력 어드미턴스 h_oe, 입력 임피던스 h_ie, 전류 증폭률 h_fe, 전류 되먹임률 h_re

접지 트랜지스터 증폭회로 전류 증폭률 beta

FET 전계효과 레지스터 

- 게이트 전압을 이용하여 드레인 전류 제어

집적 회로

- 장점 : 소형, 저렴, 수리 간단

- 단점 : 열에 약함, 발진 혹은 잡음, 정전기의 영향

증폭도

부궤환 증폭회로 증폭 정도

연산 증폭기

- 이상적인 연산 증폭기 특징 : 이득, 입력 임피던스, 대역폭 무한, 출력 임피던스 0, 낮은 소비 전력

발진회로

- 하틀리 : BE/CE 유도, BC 용량

- 콜피츠  : BE/EC 용량, BC 유도

변조 종류

- 진폭변조

- 주파수변조

- 위상변조

- 디지털 변조

변조도 : 신호파와 반송파 진폭의 비

정전 용량 고정 유뮤에 따른 분류

1. 고정 콘덴서

- 전해 콘덴서 : 유극성, 전원 평활/저주파 회로

- 세라믹 콘덴서 : 무극성, 우수

- 마일러 콘덴서 : 무극성 널리 사용

2. 가변 콘덴서

- 바리콘, 트리머 콘덴서

유전체

- 정전 용량을 변화 시키는 절연물

분극

- 유전체에 전계가 지나갈때 전계의 방향으로 원자의 극성이 전계의 방향을 따라 나눠지는 현상

전속밀도와 유전체

- 전속 밀도와 전계가 수직인 경우 D1 = D2

- 전속 밀도와 전계가 수평인 경우

정전 에너지와 정전 흡인력

진공 유전률, 투자율

- 유전률 : 전기 에너지 축적하는 능력

- 도전률 : 도체 내 전류가 흐르는 정도

- 투자율 : 자계내의 물질이 상호자장을 만드는 능력 

쿨롱힘

- 두 전하 사이 작용하는 힘(점전하 기준)

전계

- 전하량이 Q인 점전하와 r 만큼 떨어진 전하량이 1c인 전하에 작용하는 힘의 크기

전위

- 떨어진 점전하를 r만큼 이동시키는데 이동시키는데 필요한 일

전기력선 성질

- 도체 내부에는 존재 x

- 도체 표면과 수직 방형으로

- 폐곡선 못만듬

- + -> -

- 전기력선/면적 = 전계의 세기(가우스 정리)

 => N = Q/진공유전률

도체 별 전계의 세기와 전위

정전용량

전자 1개 전하량 = 1.602 x 10^-19 [C]

1C 전자 개수 = 6.24 x 10^18 개

열과 전기

- 제백 효과 : 서로 다른 두 금속 다른 온도 -> 전기

- 펠티에 효과 : 서로 다른 금속 전기 -> 온도 변화

- 톰슨 효과 : 둘다 발생