[ 25.12.22 (월) - 리눅스 네트워크 ]
01. 트랜지스터(TR), 모터제어(R-pi교재 p.164)
📌 주요 개념 이해
트랜지스터(Transistor)는 전류의 흐름을 제어하여 신호를 증폭하거나 전자 스위치 역할을 하는 반도체 소자로, 진공관을 대체하며 현대 전자공학의 핵심 부품입니다.
🚀 핵심 기능
- 증폭(Amplification): 작은 신호를 크게 키워주는 역할 (예: 오디오 증폭).
- 스위칭(Switching): 전기 신호로 전류를 켜고 끄는 역할 (디지털 논리 게이트의 기본).
✅ ① 왜 트랜지스터(TR)를 사용하는가?
라즈베리 파이의 GPIO 핀은 약 3.3V / 16mA 정도의 매우 낮은 전력만을 출력할 수 있습니다. 반면, 소형 DC 모터라도 구동을 위해서는 수백 mA 이상의 전류가 필요합니다.
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TR의 역할: GPIO의 작은 신호(Base)를 이용해 외부 전원(VCC)의 큰 전류를 모터로 흐르게 하거나 차단하는 전자 스위치 역할을 합니다.
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NPN 타입: 주로 사용되며, Base에 'High' 신호가 들어오면 Collector에서 Emitter로 전류가 흐릅니다.
✅ ② 역기전력 방지용 다이오드 (Flyback Diode)
모터는 코일로 이루어진 인덕터 성분입니다. 전원을 갑자기 끊으면 모터 내부에서 반대 방향으로 높은 전압(역기전력)이 발생하여 라즈베리 파이나 TR을 파괴할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 모터와 병렬로 다이오드를 연결합니다.
✅ ③ PWM (Pulse Width Modulation)
모터의 속도를 제어하려면 전압을 조절해야 합니다. 디지털 핀인 GPIO는 0과 1만 출력할 수 있으므로, 아주 짧은 시간 동안 전원을 껐다 켰다 반복하여 평균 전압을 조절하는데 이를 PWM이라고 합니다.
- Duty Cycle: 한 주기 내에서 'On' 상태가 차지하는 비율입니다.
02. 트랜지스터
: A1015는 PNP형 트랜지스터입니다. 일반적으로 많이 쓰이는 NPN형(예: C1815)과는 제어 방식과 회로 구성이 정반대이므로, 이 점을 반드시 반영해야 하드웨어나 라즈베리 파이에 무리가 가지 않습니다.
1. A1015 (PNP) 트랜지스터의 핵심 특징
① 핀 배열 (Pinout)
A1015를 평평한 면이 앞을 보게 두었을 때, 왼쪽부터 Emitter(E) - Collector(C) - Base(B) 순서입니다.
- 주의: 일반적인 NPN(ECB)과 순서는 같을 수 있으나, 회로 연결 위치가 다릅니다.
② 제어 논리 (Active LOW)
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NPN: 베이스에 'High(1)'를 주면 켜짐.
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PNP (A1015): 베이스에 'Low(0)'를 주면 켜지고, 'High(1)'를 주면 꺼집니다.
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라즈베리 파이 GPIO의 0V가 A1015를 통과하는 전류의 트리거가 됩니다.
③ 허용 전류 확인
A1015의 최대 콜렉터 전류(IC)는 약 150mA입니다.
- 아주 작은 완구용 모터는 구동 가능하지만, 기어드 모터나 힘이 센 모터는 A1015를 태워버릴 수 있습니다. 실습 전 모터의 소비 전류를 꼭 확인하세요.
2. 하드웨어 연결 (PNP 구성)
PNP 트랜지스터는 부하(모터)의 위쪽(High Side)에 위치하는 것이 정석입니다.
(1) Emitter (1번 핀) : 라즈베리 파이의 3.3V 핀에 연결.
(2) Collector (2번 핀) : 모터의 (+) 단자에 연결. (모터의 (-) 단자는 GND에 연결)
(3) Base (3번 핀) : 1kΩ~2.2kΩ 저항을 거쳐 라즈베리 파이 GPIO 18에 연결.
(4) 다이오드 : 모터 양단에 역방향으로 연결 (역기전력 방지).
- Tip: 만약 모터를 5V에 연결하고 GPIO(3.3V)로 제어하면, GPIO를 High로 두어도 전압 차(5V−3.3V=1.7V) 때문에 모터가 완전히 꺼지지 않을 수 있습니다. A1015 실습 시에는 가급적 3.3V 라인을 전원으로 사용하세요.
3. 요약 및 체크리스트
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Logic Inversion:
digitalWrite(18, LOW)일 때 모터가 회전하는지 확인하세요. -
Current Limit: 모터가 돌지 않고 TR만 뜨거워진다면 전류 부족입니다. 이 경우 더 큰 용량의 TR(예: TIP127 등)이나 모터 드라이버 IC가 필요합니다.
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Common GND: 외부 전원을 따로 쓴다면 라즈베리 파이의 GND와 외부 전원의 GND를 반드시 묶어주어야 합니다.
03. STM32F401RE & DHT11(온습도 센서)
