[Automation System] 06 Capacitor, Transistor

 

회로 보호 목적

1. 고전압, 고전류로부터 보호
2. 역극성(역전류)으로부터 보호
   • 전원의 +극과 –극이 반대로 연결된 상태

*역극성 : 전압이나 전류의 방향이 정상적인 방향과 반대로 연결된 상태를 의미

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회로 보호를 위한 3가지 소자

1. 다이오드
   • 역전류 차단 역할
   • 정류 작용: 교류를 직류로 바꾸는 데 사용
   • 역방향 시 저항이 매우 커짐
2. 제너 다이오드
   • 역방향 연결 시 특정 전압 이상에서 저항이 급격히 낮아짐
   • 과전압 상황에서 회로 보호 가능
3. 광분리기 (Opto-isolator)
   • LED + 광 트랜지스터로 구성
   • 전기적으로 절연하면서 신호 전달
   • 고전압 회로나 노이즈 환경에서 제어 회로 보호에 사용

*절연 : 전기가 통하는 도체 사이에 전류가 흐르지 않도록 막는 것을 의미

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필터

기본 개념

• 필터링: 특정 주파수는 통과, 나머지는 차단
• 주파수 영역 구분:
  • Pass-band: 통과 주파수
  • Stop-band: 차단 주파수

필터 종류

1. Low-pass Filter (저역통과필터)
   • 낮은 주파수는 통과, 높은 주파수는 차단
   • 노이즈 제거에 주로 사용
2. High-pass Filter (고역통과필터)
   • 높은 주파수는 통과, 낮은 주파수는 차단
3. Band-pass Filter (대역통과필터)
   • Low-pass + High-pass 결합
   • 특정 주파수 범위만 통과
4. Band-stop Filter (대역차단필터)
   • 특정 주파수 범위만 차단하고 나머지는 통과

필터에서 ‘차단’의 의미

• 출력 전압 / 입력 전압 비율이 attenuation(감쇠율)보다 작으면 차단
• 일반적으로 attenuation 값이 0.707일 때 차단 기준으로 사용

필터에서 말하는 "차단"의 의미

• 필터는 주파수에 따라 신호를 점점 약하게 만들거나 강하게 통과시킴.
• 완벽하게 0이 되는 게 아니라, 어느 기준 이하로 떨어지면 ‘차단됐다’고 판단해.

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수동 필터 vs 능동 필터

• 수동 필터: 저항, 캐퍼시터 등만 사용
• 능동 필터: Op-amp(연산 증폭기) 포함
• 두 경우 모두 캐퍼시터 사용
• 능동 필터는 적분 증폭기 또는 미분 증폭기 형태
  • 적분형: 저역통과
  • 미분형: 고역통과 (저항과 캐퍼시터 위치 변경으로 구현)

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주파수와 전류 흐름 관계

• 진폭이 같을 때, 기울기(dv/dt)가 클수록 고주파
• 고주파일수록 캐퍼시터에 흐르는 전류가 커짐

*트랜지스터 : 스위칭 역할, 신호를 증폭하는 역할

*캐퍼시터 : 전하를 저장하고, 전압 변화에 반응하는 반응형 소자

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임피던스 (Impedance)

• 직류 저항과 교류 저항을 합친 개념
• 교류 저항의 대부분은 리액턴스에 의해 발생
• 리액턴스가 높을수록 전류 흐름을 더 잘 막음

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휘트스톤 브릿지 (Wheatstone Bridge)

• 4개의 저항으로 구성된 회로
• 미세한 저항 변화 측정에 사용
• 센서나 계측 회로에 활용됨