삽질 기반의 공학/ELECTRONIC

001(2). 전압 분배 회로를 이용하여 직접 전압 센서 구성해보기

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서론

 

저번 장에서 설명해드린 아두이노에서 쓰이는 전압 센서의 원리를 이용하여 직접 전압 측정 센서를 구성해보는 시간을 가지고자 합니다.


회로 파악하기

 

이것이 저번 장에서 확인한 전압 센서 내부 회로입니다. 전압 센서의 기판에는 이 회로가 숨겨져 있는 것이지요.

저기 화살표로 표시한 저항이 보이시나요?

근데, 저게 저항이라구요? 흔히 보던 저항의 모습과는 다르죠?

 


칩 저항?

이것은 칩저항이라는 것입니다. 일반 저항과 같은 역할을 하지만 크기가 매우 작아 세밀하고 복잡한 기판에 주로 쓰입니다. 일반 저항은 색띠를 통해 저항값을 읽는 반면, 칩저항은 부품에 기입되어 있는 숫자로 판별할 수 있죠.

읽는 법도 간단합니다.

위 사진을 기준으로 왼쪽부터 752(저항 A라고 하겠습니다.) / 3002(저항 B라고 하겠습니다.)가 쓰여져 있는 칩저항을 사용 했는데요. 그럼 한번 읽어보겠습니다.

저항 이름

앞 자리
(수 그대로 사용)

뒷 자리
(10의 n승)

​앞자리와
뒷자리를
곱합니다.

저항값

저항A

7

5

 

2

=

7500옴

저항B

3

0

0

2

=

30000옴

이렇게 계산해보니 저항 A는 7.5K옴(7500옴) 저항B는 30K옴(30000옴)의 저항 값을 가졌음을 알 수 있게 되었습니다. 고로 저항 A는 R2, 저항 B는 R1이 되는군요.

이처럼 칩저항은 앞자리 수는 그대로, 맨 뒤 1개의 숫자는 10의 제곱수로 넣어 그 두개의 값을 곱해주면 나오게 됩니다.

 

또, 특이한 경우가 있는데요. R이 들어가있는 칩저항은 그 부분을 소숫점으로 처리해주시면 됩니다.

앞 자리

소숫점 위치

뒷 자리

저항값

3

5

R

2

=

35.2옴

6

R

3

2

=

6.32옴


만들어보자!

 

그럼 실제 센서의 내부 회로가 사진의 회로와 일치하다는 것을 확인해주었으니 회로를 제작해봅시다!

회로는 브레드보드로 제작하는 것이 대부분이지만 저는 센서를 만드는 것이 목적이기 때문에 만능기판에 납땜하여 제작하겠습니다.

그래도 먼저 브레드보드로 구성하여 테스트해보는 것이 바람직합니다.

근데 시도도 해보기 전, 문제가 생겼습니다.

바로, 저에겐 30K 저항과 3.7K 저항이 없다는 것이죠.

이러한 문제는 많이 발생합니다. 모든 경우에 대비해 모든 저항을 사놓는 것은 무리이니까요.

 

이럴때는 여러개의 저항을 직렬로 연결해 저항값을 맞춰줍니다.

저항을 직렬로 연결했을 경우 회로의 총 저항은 모든 저항을 더한 값과 같다는 원리를 이용해서 해주는 겁니다.

 

 

R1 + R2 + R3 + .. = 회로의 총 저항

 

위와 같은 회로일 때 모든 저항을 하나로 합쳤을 경우 저항 값(합성 저항의 저항 값)은 R1+R2+R3가 되어 총 5k옴이 됩니다.

위와 같은 방식으로 R1인 30k옴 저항은 쉽게 구현할 수 있습니다. 10k옴 3개만 직렬 연결하면 되니까요. 근데 저에겐 10k옴 저항을 제외하곤 많은 1k옴 이하의 다양한 저항 밖에 없습니다. 고로 7.5K옴을 구성하려면 수많은 저항을 직렬 연결 해야할까요?

저항 연결에는 직렬만 있는 것이 아닙니다. 병렬 연결도 존재하죠.

위의 사진이 병렬 연결의 대표적인 예입니다. 병렬 연결은 저항의 굵기가 굵어진 효과를 줌으로서 오히려 저항이 작아지는 효과를 주죠. 그 말은 즉은 10K옴을 낮춤으로서 7.5K옴을 만들 수 있다는 것입니다.

일단 병렬 구조에서의 합성 저항을 구하는 식은 다음과 같습니다.

 

회로의 총 저항 = 1/(1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ..)

 

그러면 회로의 총 저항이 30000(30K)이고 R1이 10000(10K)이라면 Rn은 얼마가 되야 하는지 구해주면 됩니다.

 

https://www.digikey.kr/ko/resources/conversion-calculators/conversion-calculator-parallel-and-series-resistor

위의 사이트를 이용하면 쉽습니다.

R1과 R2가 회로에 있다고 가정한다면 두 저항의 값이 같다면 R1/2가 됩니다. 즉 반이 되죠. 그보다 R2가 적다면 저항의 값은 반보다 낮아지고 그와 반대로 높다면 R1의 원래 값과 가까워 집니다.

그럼 대입해볼 숫자는 R1이 10K여야 하므로 R2는 10K보다 높아야합니다.

대입한 결과 R2는 30K가 되어야 한다는 결론이 나왔습니다.

그러면 10K 저항과 10K 저항을 3개 직렬 연결 한 것을 병렬로 묶어주면 되겠네요.

그러면 제가 만들 회로는

이런식으로 나오게 되는군요.

자, 그러면 이 회로를 PCB 기판에 맞게 그려보겠습니다.

이렇게 기판까지 그렸다면 이제 실전에 옮길 차례입니다.

실제로는 이렇게 크게 제작하지 않고 소형으로 제작할 생각입니다.

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