초보자를 위한 “멀티 메타에 의한 아두이노 LED ON 전류 측정”

이 한권의 책으로 아두이노 엘렉트로닉스 코딩에서 시작하여 와이파이 코딩을 넘어 흥미로운 앱인벤터 코딩으로 넘어가보자. 특별한 컴퓨터 과학의 지식이 없어도 누구든지 코딩의 세계로 초대 받을 수 있습니다. 교보문고에서 판매 중입니다.

__________________________________________________________________________________________________________________________________

본문 시작

그림과 같이 아두이노 우노 보드에서 LED, 전류 제한 저항과 전류계를 설치하여 LED 가 on 인 상태에서 LED 에 흐르는 전류를 측정하여 보자.

전류를 측정하기 위한 별도의 아날로그 전류계가 있으나 여기에서는 멀티메타의 전류 측정 기능을 사용하기로 하며 탐침(Probe) 의 양단을 LED 와 디지털 2번 핀 사이에 악어 클립을 사용하여 설치한다.

멀티메타 하단의 프로브 연결 커넥터를 살펴 보면 4개로 구성되어 있음을 알 수 있다. 그 중에서 소 전류 측정 프로브를 설치하고 회전 스위치를 mA 에 맞춰주도록 한다.

디지털 2번 핀의 LED를 on OFF 할 수 있도록 간단한 아두이노 코드를 입력하여 실행하도록 한다.

void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(2,OUTPUT);
digitalWrite(2,LOW);
}
void loop() {
digitalWrite(2,HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(2,LOW);
delay(1000);
}

이 실험을 통해 LED 가 on 이면 흐르는 전류 값이 7.4mA 로 측정된다. 전류계를 해체하고 전압 측정이 가능하도록 탐침 커넥터 위치를 변경하여 전류 제한 저항과 LED 에 가해지는 전압을 측정해 보자. 전류제한 저항에 1.7V LED에 2.8V가 가해지며 합계 4.5V 가 걸려 있는 상태이다. 아두이노의 전압 레귤레이터에서 제공되는 표준 Vcc 전압 규격이 5.0V 이지만 실제 측정해 보면 ∓10%  범위의 오차가 흔히 일어난다.

옴의 법칙  을 적용하여 전류 제한 저항에 흐르는 전류 값을 계산해 보자.
 
측정 값 7.4 mA 와 비교해 보면 상당히 정확함을 알 수 있다.
한편 전류 제한 저항에 흐르는 전류가 LED를 통해 흐르므로 LED의 순간적인 저항 값 계산도 가능하다.
       

물론 LED는 저항 값이라는 공식적인 규격은 없으며 단지 LED 의 내구 수명을 보장하기 위해 최대 20mA를 넘지 않도록 해야 한다. 

LED의 직렬연결은 가능한가?

아두이노의 전압 레귤레이터에서 제공되는 전체 전압은 4.8V 로 측정되었으며 전류제한 저항이 0.3V, 청색 LED 가 2.7V, 빨간색 LED 가 1.8V 로 측정되었다. 청색이든 빨간색이든 LD 가 on 되기 위한 HIGH 전압은 1.6V  이상임에 유의한다. 측정 결과에 의하면 1.6V 이상이므로 2개의  직렬 연결된 LED 가 정상적으로 on 되었다. 이때 회로에 흐르는 전류 값을 멀티 메타로 측정해 보기로 한다. 측정값은 0.96mA 로 약 1mA 가 되며 충분히 안전하다고 평가된다.
아울러 직렬연결이므로 4.8V 의 전압이 가해진 상태에서 0.001A 의 전류가 흐르면 이때의 합성 저항 값은 옴의 법칙으로부터 4,800 옴으로 계산된다. LED에 가해진 전압 값을 사용하여 각각의 저항 값도 계산해 볼 수 있는데 2,700옴과 1,800옴이 된다. 1개의 LED를 on 할 때와 비교해서 그 값이 상당히 큰 것을 알 수 있으며 아울러 LED 의 밝기가 현저히 어두워진 것을 알 수 있다.

LED의 병렬연결 시 흐르는 전류 값은?

 

1개의 전류 제한 저항과 병렬로 연결된 청색 LED 와 빨간 색 LED를 디지털 핀 2번 핀에 배선 연결 시 회로에 흐르는 전류가 11mA 로 측정되었고 아두이노의 전압 레귤레이터에서 제공되는 전체 전압은 4.5V 로 측정되었다. 전류제한 저항에는 2.5V 전압이 가해지고 병렬 LED 양단에 2.0V 전압이 가해진 결과 빨간색 LED 만 ON 이 되고 청색 LED 는 OFF 상태로 관찰되었다. 청색 LED on 될 수 있는 HIGH 상태의 전압은 2.0V 이상으로 볼 수 있다.