포토저항기(광학실험)

목차

1. 관련 이론

2. 실험방법 및 결과
1) 포토 저항기
가. 반전 증폭기 참고이론
나. 연산 증폭기의 특성
다. 전압 관계로 해석
라. 전류 관계로 해석
마. 발진기 참고이론
바. 각 핀의 기능

※ 참고자료

본문내용

V+ / R1] / [1+1 AV+R2 / (R1AV)] --- 식4
좀 이해하기 어려울지도 모르겠지만 AV가 극히 큰것을 생각하면 1 / AV는 거의 제로가 되며 R2 / R1 ≪ AV 라면 1/AV 도 거의 제로가 되므로 식4의 분모는 거의 1에 가깝게 됩니다. 그 때문에 출력전압은
Vo = -(R2 / R1) Vi + (R1 + R2) V+ / R1　　　------ 식5
특히 연산증폭기의 +입력 단자가 그라운드에 접속되어 있어 V+ = 0 라면 출력은
Vo = - (R2 / R1) Vi　------- 식6
이 되어 이 회로는 입력 전압을 - R2 / R1 배로 반전 증폭하는 동작을 하게 되는 것이다. 증폭도를 저항의 비로 설정 할 수 있는 것이 연산증폭기 회로에서 가장 기본이 되는 반전 증폭기로서의 동작이다.
그런데 식1에서 V+ - V- = Vo / AV 이므로 V+ - V- 는 출력전압 Vo를 오픈루프 이득 AV로 나눈 것이 된다. Vo는 겨우 10V 정도인데 비하여 오픈루프이득은 10000 정도이기 때문에 V+ - V- 가 거의 제로, 즉 V+와 V-에는 전위차가 거의 생기지 않는 것이다. 이것을 가상숏(Virrtual Shot ) 라고 하며 연산증폭기 회로의 중요한 성질의 하나임.
라. 전류 관계로 해석
위 회로에서 Virrtual 쇼트 와 입력단자에 전류가 흐르지 않는것을 가정하여 회로에 흐르는 전류에 주목하면 매우 간단하게 연산증폭기 회로의 동작을 계산할 수가 있다. 다만 이것은 어디까지나 근사적 해법이므로 매우 정밀도를 요구하는 경우나 연산증폭기의 성능의 한계에 근접하여 사용 할 경우는 오차가 생길 수 있으므로 충분히 주의해야 한다.
우선 +입력 단자가 접지되어있는 V+ = 0의 회로로 Virrtual 쇼트를 가정하면
V- = 0
이 성립한다. 회로의 입력과 연산증폭기의 -입력 단자의 사이에는 저항 R1이 있으므로 저항 R1에는 반드시
IR1 (Vi - V-) / R1
의 전류가 흐fms다. 이 전류는 V- 단자에는 전류가 흐를 수 없기 때문에 전류는 저항 R2를 통해서 연산증폭기의 출력 단자로 흐르게 됩니다. 연산증폭기의 출력 단자는 약간의 전류가 흐를 수 있기 때문이다. 저항에 전류가 흐르면 반드시 전압강하 현상이 발생하여 전류의 하류쪽이 상류보다 반드시 전압이 낮아진다. 그 전압강하에 의해 연산증폭기 출력 단자의 전압은 0V 인 V- 단자의 전압보다 R2 * IR1 만큼 낮아진다. 그 때문에, 출력 단자의 전압은
Vo = - (R2 / R1) Vi
가 된다. 결국 전압 증폭도는 입력 저항과 궤환저항의 비로 정해짐.
나. 증폭기
최대눈금 10㎃ 정도의 디지털 전류계를 준비하라. 다음과 같은 회로를 구성하고 전압을 인가하라.
※실험시 참고사항※
● Cds 셀 소자의 특성을알아보기 위한 실험(2중접지)
● 포토레지스터(저항값을 감소 시키는 소자)
● -15V를 인가할 때 별도의 전원 사용
a. 오실로스코프를 다음과 같이 고정하고 VREF, IL, VO를 측정하라. 측정할 경우 광전지의 윗 덮개를 가리지 않도록 주의하라.
VREF ＝ -3.842 V
IL ＝ 0.015 ㎃
VO(full light) ＝ 14 V
b. 광전지는 광 감지 저항이므로 이 회로는 반전증폭기와 같다. 실험 관계식으로 부터 이므로 실험 결과에 의해 광전지의 저항 RL을 구하여라.
RL(full light) ＝ 17.126 Ω
c. 을 구하고 실험에서 구한 값과 비교하라.
IL ＝ 0.817 ㎃
d. 광전지의 표면을 조금씩 가려가면서 전류계와 오실로스코프로 관찰하라.
광전지의 표면을 조금씩 가리면 오실로스코프의 출력값은 올라가고 전류계의 값은 떨어졌다
e. 광전지를 완전히 가리고 IL(dark), VO(dark)를 특정하라.
IL(dark) ＝ 0.002 ㎃
VO(dark) ＝ 30 V
f. 실험 b와 같이 하여 RL(rark)를 구하여라.
RL(dark) ＝ 36.699 Ω
마. 발진기 참고이론
바. 각 핀의 기능
1. GND :　마이너스 전원
2. TRIGGER (TG) :-　전원 전압의 1/3보다 낮은 전압이 되면 기동
3. OUTPUT (OUT) :　출력으로 정지시는 L, 타이머 기동중은 H가 됩니다
4. RESET (RES) :　타이머출력을 정지시켜 L로 합니다.
5. CONTROL VOLTAGE (FM) : 6번 핀의 THRESHOLD(Th) 전압을 제어하며 Th단자의 비교 전압은 내부에서 저항에 의해 전원전압의 2/3으로 분할되어 있지만 이 분할점을 외부로 꺼낸 것이 것이 FM단자입니다. 통상은 개방 상태로 사용 하지만 이 때에는 FM단자에 전원전압의 2/3의 값이 나오며 이 단자 전압을 강제로 가변하여 컨트롤 합니다. 이 FM단자전압을 1/2로 분할한 전압이 2번 핀 TRIGGER　(TG)의 유효 판정 전압이 됩니다. FM단자의 전압을 가변시키면 타이머의 시간과 트리거 감도도 변화 됩니다.
6. THRESHOLD (Th) : 이 단자의 전압이 전원 전압의 2/3을 넘으면 타이머 시간이 종료합니다.
7. DISCHAREGE (DIS) : 콘덴서를 방전합니다
8. ＋VCC　: 플러스 전원
555 timer (IC) 회로도
다. 발진기
3. 아래 회로도는 발진기 회로에 사용된 포토 저항기를 보여준다. 발진주파수는 빛의 방사에 의존한다. Rp = VT912 포토 저항기, C = 1㎌
※실험시 참고사항※
● Rp=빛이 들어가면 저항값이 감소
● R=가변저항으로 사용
● 3번핀 발진주파수가 물리는 지점
포토저항제어에 의한 발진기(RL=1㏀, R=10㏀, C=0.01㎌)
a. 셀에 빛이 비춰지지 않았을 때의 발진주파수를 기록한다.
(Fo)dark ＝ 0.041 ㎑
b. 셀에 빛이 비춰졌을 때의 발진주파수를 기록한다.
(Fo)light ＝ 0.84 ㎑
c. 셀에 빛이 조사될 때 LED의 출력 파형을 그려라.
4. 빛에 의해 주파수가 증가 또는 감소하는가? 증가함
5. 포토 저항기는 구형파의 펄스폭을 제어할 수 있는가? 제어가능
※ 참고자료
http://www.ehtec.com/
http://www.roboblock.co.kr/info/info1.htm

키워드

전압,   전류,   증진기,   발진기,   광학,   실험