무이메이커스_[arduino] 트랜지스터(TR)을 이용해 고 전류 회로 구동하기 - 트랜지스터 외부전력 스위칭(LED 구동기/ DC 모터 드라이버)

안녕하세요 헬스케어 제품 개발회사 허니컴의 무이메이커스 입니다.

오늘은 트렌지스터(TR)를 이용해 아두이노 하나의 핀으로 DC모터와, LED5개를 제어해 보겠습니다.

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< 문제점 >

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LED5개와 DC모터 하나를 아두이노 하나의 핀으로 제어하려고 합니다.

이는 두 소자 모두 전류 제어 소지인 만큼 많은량의 전류를 필요로 합니다.

아두이노 하나의 I/O포트 에서는 최대 40mA의 전류가 흐를 수 있기 때문에 일괄 동작을 하더라도 한 핀에서 제어하는 것은 불가능합니다.

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이러한 상황에서 트랜지스터(TR)을 사용한다면

동작전류가 20mA인 LED 다수를 아두이노 핀 하나로 제어 하거나 (LED 구동기),

동작전류가 724mA인 DC모터를 아두이노 핀 하나로 제어할 수 있습니다 (DC Motor Driver).

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그러므로 NPN 트랜지스터 (TR) 인 2222A를 이용해 아두이노 하나의 핀만을 사용하여 외부 전력에대한 스위칭 제어를 해보겠습니다.

 

 

< 트랜지스터(TR) NPN/2222A >

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트랜지스터는 1)소신호 증폭, 2)스위칭 용도로 사용합니다. 위와같이 회로를 구성한 후 베이스(B:base)에 순방향 전압을 인가하게 되면 컬렉터(C:collector)와 이미터(E:emitter)가 단락된것처럼 작동해 하나의 도선 처럼 취급됩니다.(아래사진)

 

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베이스에 전압이 인가되면 트랜지스터가 ON되어 스위칭 작용을 하게되고,

베이스에 유입된 전류가 컬렉터 전류의 흐름을 제어하여 컬렉터에서 이미터로 흐르게 됩니다.

이때, 제어 하고자 하는 부하 측. 즉, 컬렉터의 전류량 역시 베이스 전류의 양(결국 베이스 저항의 크기)을 조절 함으로서 제어가 가능합니다.

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# 참고영상 - 트랜지스터의 작동원리 #

https://youtu.be/5OU4xfEwuok

 

 

< 아두이노 트랜지스터 고전류 스위칭 회로도 >

아래의 실험 회로도는 많은 양의 전류를 소모하는 회로의 예시로 구성한 것입니다.

사용부품 : 트랜지스터 MPS2222A 1개, LED 5개, DC모터 1개, 가변저항

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< 아두이노 트랜지스터 고전류 스위칭 연결방법 >

<NPN 트랜지스터(TR) 2222A>

출처 : https://pdf1.alldatasheet.co.kr/datasheet-pdf/view/154176/WEITRON/MPS2222A.html

 

ARDUINO (UNO)	트랜지스터 (2222A)	가변저항	LED
9	​	양끝pin 중에 하나	​
GND	이미터(E:emitter)	​	​
​	컬렉터(C:collector)	​	LED의 -
​	베이스(B:base)	가운데 pin	​
5V	​	​	LED의 +

 

 

< 아두이노 트랜지스터 고전류 스위칭 소스코드 >

1 2 3 4 5 6 7 8 9

void setup() { pinMode(9,OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(9,HIGH); delay(20); }

 

 

< 동작설명 & 동작영상 >

9번 핀에서 HIGH가 출력되면 베이스에 전압이 인가되어 트랜지스터(TR)가 ON이 됩니다.

충분한 전류로 트랜지스터가 ON이 되면 DC모터가 회전하고, 5개의 LED가 ON이 됩니다.

베이스쪽 가변저항을 변경해가며 Ib(베이스 전류)와 Ic(컬렉터 전류)의 값을 측정해볼것 입니다.

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1) 베이스 저항 : 9.5kΩ 일때

Ib(베이스 전류)는 0.4mA

Ic(컬렉터 전류)는 115mA

DC모터와 5개의 LED는 동작하지 않습니다.

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2) 베이스 저항 : 1.5kΩ 일때

Ib(베이스 전류)는 2.5mA

Ic(컬렉터 전류)는 270mA

DC모터는 회전을 시작하고, 5개의 LED에도 불이 들어오기 시작합니다.

하지만 밝기가 충분하지 않습니다.

 

 

아두이노 트랜지스터(TR) 전류 제어 - DC 모터, LED

 

3) 베이스 저항 : 1kΩ 일때

Ib(베이스 전류)는 3.4mA

Ic(컬렉터 전류)는 304mA

DC모터는 여전히 회전하고, 5개의 LED에도 충분한 밝기의 불이 들어옵니다.

 

아두이노 트랜지스터(TR) 전류 제어 - DC 모터, LED

 

4) 베이스 저항 : 600Ω 일때

Ib(베이스 전류)는 5.7mA

Ic(컬렉터 전류)는 340mA

DC모터가 빠르게 회전하고, 5개의 LED에도 충분한 밝기의 불이 들어옵니다.

 

아두이노 트랜지스터(TR) 전류 제어 - DC 모터, LED

가변저항(베이스)	9.5kΩ	1.5kΩ	1kΩ	600Ω
Ib	0.4mA	2.5mA	3.4mA	5.7mA
Ic	115mA	270mA	304mA	340mA ​

 

 

 

 

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