月: 2023年10月

전자 부하란?

전자부하란 피시험장치에 연결되어 부하저항으로 기능하는 장치입니다.

기존에는 저항을 연결하여 피시험장치의 부하로 사용했지만, 저항값을 변경할 때마다 저항을 교체해야 하는 번거로움이 있었습니다. 전자부하의 장점은 부하의 크기를 임의로 설정할 수 있다는 점입니다.

외부 컨트롤러를 이용하면 빠른 속도로 부하 설정을 전환할 수도 있습니다. 또한, 정전류 모드로 피시험 장치에서 일정한 전류를 흘려보내는 기능이나 정전압 모드로 피시험 장치의 출력 전압을 일정하게 유지하는 기능 등이 있어 다양한 측정이나 시험에 대응할 수 있습니다.

전자부하의 사용 용도

전자부하는 전자회로, 전원장치, 배터리 등의 성능 평가 시험 및 제품 검사에 사용됩니다. 구체적으로 다음과 같은 용도가 있습니다.

• 전자회로의 부하 구동 능력
• 전원의 부하 특성 시험
• 배터리의 충전/방전 시험

또한, 외부 컨트롤러에 의한 제어가 가능하기 때문에 부하 조건을 목적에 맞게 변경하는 등 시험의 자동화에도 대응합니다.

전자 부하의 기능

전자 부하는 바이폴라 트랜지스터나 FET 등으로 구성된 증폭기를 내장하고, 여기에 끌어들이는 전류(부하 전류)를 제어하는 것입니다. 특징적인 기능은 다음과 같습니다.

1. 전력 소비 및 변환 방식

전력의 소비-변환 방식은 전자부하의 종류에 따라 다릅니다.

• 열변환형 전자부하
  전자 부하 내에서 소비되는 전력은 증폭기를 구성하는 반도체 소자에 의해 열로 변환됩니다. 이는 겉보기에는 저항에 전류를 흘린 것과 같은 효과이지만, 반도체 소자가 발열하기 때문에 방열 메커니즘이 필요합니다.
• 전력 회생형 전자 부하
  전자 부하에 입력된 전력을 인버터에 의해 교류로 변환하는 것입니다. 변환된 전류는 다시 배전선망으로 환원되기 때문에 소비전력이 적고, 방열도 비교적 간단한 구조로 이루어집니다. 그러나 회생한 전력 에너지를 전력계통으로 되돌려주기 때문에 계통연계 동작이 가능한 환경으로 제한됩니다.

2. 전자 부하의 작동 모드

일반적으로 전자부하는 다음과 같은 4가지 모드를 갖추고 있으며, 시험 목적에 따라 가장 적합한 모드를 선택합니다.

• 정전류 (Constant Current) 모드
  이 모드에서는 전자부하의 입력 전압에 관계없이 설정한 정전류가 흐르도록 동작합니다. 피시험 장치의 출력 전압이 변동하더라도 부하 전류가 일정하게 유지되도록 전자부하가 대응합니다.
• 정저항 (Constant Resister) 모드
  이 모드에서는 고정 저항처럼 설정된 저항값을 일정하게 유지합니다. 전원 인가 직후의 과도기를 제외하고 설정한 저항값을 유지하는 것이 특징입니다. 입력 전압에 대해 부하 전류가 선형적으로 변화하기 때문에 배터리 및 배터리 용량 테스트, 전자기기 시동 테스트 등에 사용됩니다.
• 정전압 (Constant Voltage) 모드
  이 모드에서는 피시험 장치의 출력 전압을 일정하게 유지합니다. 시험 대상 장치의 출력 전압이 변동하면 전자 부하는 부하 전류를 변화시켜 출력 전압을 일정하게 유지합니다. 그 결과, 부하 전류는 변동하지만 테스트 대상 장치의 출력 전압은 일정하게 유지됩니다.

  연료 전지, 배터리 충전기 등의 테스트에 자주 사용됩니다. 배터리 충전기 테스트에서는 복잡한 배터리의 전압 거동을 전자 부하로 재현하여 테스트할 수도 있습니다.

• 정전력(Constant Power) 모드
  이 모드에서 전자 부하는 설정된 전력을 소비하도록 작동합니다. 먼저 테스트 대상 장치의 전압을 측정하고, 그 전압과 설정된 전력 값에서 전류 값을 계산하여 전류를 끌어들인다.

전자 부하를 선택하는 방법

전원장치나 배터리 등 전력원의 개발 및 생산에 있어 각 장치의 성능시험을 할 때 전자부하는 필수적입니다. 전자부하 장치 선정 시 주의할 점은 다음과 같습니다.

1. 전력 용량과 내전압

시험 대상 장치가 전원인 경우, 그 최대 출력 전력까지 커버할 수 있는 전력 용량을 갖춘 것이 원칙입니다. 또한, 내전압의 규격은 실제로 가해질 수 있는 전압 이상이어야 합니다.

2. 전자 부하 장치가 대응할 수 있는 최소 전압

전자 부하는 일반적으로 저전압 영역에서 사용하기가 어렵고, 전자 부하가 대응할 수 있는 최소 전압을 최소 작동 전압이라고 합니다. 앞서 언급했듯이 전자부하는 바이폴라 트랜지스터나 FET 등으로 구성된 증폭기에 흐르는 전류를 제어하는 것입니다. 따라서 해당 증폭기가 동작하는 전압보다 낮으면 전자부하가 제대로 동작하지 않습니다.

그 결과, 특정 전압을 경계로 그보다 낮은 전압에서는 전류를 끌어당길 수 없게 됩니다. 즉, 전자부하 양단의 전압이 최소 동작 전압보다 낮으면 작동하지 않습니다.

3. 주변 온도 및 시간

전자부하에는 최대 부하를 보장하는 주변 온도 사양에 주의를 기울여야 합니다. 특히 열변환식 전자 부하는 자체 발열로 인해 주변 온도가 상승하기 때문에 고온에서의 사용에 제한이 있다는 점을 고려해야 합니다.

또한, 최대 부하를 유지할 수 있는 시간이 제한되어 있는 경우도 있으므로 사전에 카탈로그나 사양서에 기재된 내용을 확인해야 합니다.

제어반이란?

제어반은 산업용 생산라인이나 기계설비를 제어하기 위한 전기기기가 집약된 상자입니다.

일반적으로 금속 재질의 견고한 박스 형태로 제작되며, 녹, 부식, 염해 등을 방지하기 위해 소부도장이나 분체도장을 합니다.

제어반의 사용 용도

제어반은 산업에서 다양한 용도로 사용되고 있습니다. 다음은 제어반의 사용 용도입니다.

• 공장 배수용 펌프의 운전 제어용
• 상수도 펌프 운전 제어용
• 제품 이송 설비의 제어 및 조작용
• 엘리베이터 운전 제어용
• 제품 가공 설비의 운전 조작용

제어반은 생산라인 및 기계설비의 제어를 담당합니다. 기계의 제어기기를 외부 환경으로부터 보호할 목적으로 제어반 캐비닛에 수납된 일체가 제어반입니다.

일상생활에서는 상하수도 펌프 등 인프라 장비 제어용 제어반을 거리에서 볼 수 있습니다.

제어반의 원리

제어반은 제어반 캐비닛, 보호 및 구동 장치, 제어 장치 등으로 구성됩니다.

1. 제어반 캐비닛

제어반 캐비닛은 제어반의 외함입니다. 주로 철제이며 전면에는 손잡이가 달린 문이 설치되어 있습니다. 하단에 접지용 단자가 부착되어 있으며, 접지극과 전선으로 연결하여 접지합니다. 또한, 판상문에는 표시등이나 표시계기 등이 설치되어 제어하는 기계설비의 상태를 표시하는 경우가 있습니다.

2. 보호 및 구동 장치

보호-구동 장치는 전기 기계를 작동시키는 동력 부품입니다. 차단기나 누전 계전기 등은 보호 장치로 전기 회로에서 단락, 지락 사고 등이 발생했을 때 경보를 발령하거나 안전하게 차단하는 역할을 합니다. 전자기 개폐기, 인버터, 서보앰프 등은 구동장치로 전기기계에 전력을 공급하여 구동시키는 역할을 합니다.

3. 제어장치

제어장치는 전기기계 등을 제어하는 계장부품입니다. 시퀀서나 릴레이가 이에 해당합니다. 계기의 정보를 바탕으로 구동장치에 지령을 내려 기계 설비를 제어합니다.

제어반의 기타 정보

1. 제어반, 배전반, 분전반의 차이점

제어반과 배전반, 분전반은 사용되는 외함은 같지만 사용 용도가 다릅니다. 다만, 각각 차단기 등의 보호장치가 사용되어 단락사고 등의 상부로의 파급을 방지합니다.

• 배전반
  전력회사 등으로부터 송전되는 전력을 강압하여 배분하는 장치입니다. 큐비클 등이 이에 해당합니다.
• 분전반
  배전반에서 받은 전력을 더 분기하여 각 기기에 분배하는 장치입니다. 일반 가정에 배치된 차단기가 늘어선 상자가 분전반에 해당합니다. 또한 제어반은 분전반에서 전력을 공급받습니다.
• 제어반
  분전반에서 받은 전력을 모터 등 산업기기에 분배하는 역할을 하는 장치로, PLC 등 제어기기에서 운전상태를 감시하면서 기계설비의 운전을 제어합니다.

2. 제어반 설계

제어반 설계는 전기설비를 다뤄본 경험이 있어야 합니다. 저압기기 제어반은 대부분 주축이 되는 주 차단기를 좌측 상단에 배치하고, 우측 하단으로 갈수록 계장 관련 부품을 배치하는 경우가 많습니다. 단, 인버터나 스테퍼 모터용 증폭기 등 소음을 발생시키는 장치는 제어 신호 배선과 최대한 멀리 떨어뜨린다. 노이즈로 인한 장비의 오작동을 방지하기 위함입니다.

제어반의 부하가 되는 장비를 미리 파악하여 그에 따라 부품 개수를 결정합니다. 그 부품 수를 바탕으로 사람이 조립할 때 무리하지 않도록 배치합니다. 유지보수 공간으로 사람의 손가락이 들어갈 수 있는 폭을 확보하여 부품 배치를 설계합니다.

기판 내 배선은 커팅 덕트에 의해 정리되어 수납됩니다. 덕트 내 배선의 점유율을 미리 정해두고, 그 점유율을 넘지 않도록 덕트 폭을 늘리거나 줄입니다. 제어반 하단에는 외부 단자대가 배치됩니다. 외부에서 깔고 도입되는 배선을 기판 내 배선과 연결하기 위한 단자대입니다. 단자대에서는 외부 배선과 내부 배선을 볼트나 나사로 연결합니다. 대형 볼트로 외부 배선과 연결되는 경우, 비접촉으로 느슨함을 확인할 수 있도록 맞물림 표시를 해 놓습니다.

제어반의 케이스는 캐비닛 박스 제조사에서 규격품이 판매되고 있어 규격품을 사용하면 저렴하게 제작할 수 있습니다. 특수한 치수의 제어반을 설계할 경우 판금 가공으로 제작해야 하므로 예상보다 더 비싸질 수 있습니다.

광학 현미경이란?

광학현미경(영어: Optical microscope)은 접안렌즈 및 대물렌즈로 육안으로 볼 수 없는 미세한 물체를 확대하여 관찰하기 위한 기기입니다.

광원으로 형광이나 레이저를 이용하는 것도 있지만, 일반적으로는 가시광선을 이용하는 것을 말합니다.

확대 배율은 몇 배에서 1500배 정도의 것이 있습니다. 관찰 대상의 차이에 따라 생물현미경과 금속현미경의 종류가 있으며, 대상 시료의 빛 투과성에 따라 구분하여 사용합니다.

빛을 투과하는 생물 시료 등은 투과광을 이용하고, 빛을 투과하지 않는 금속 시료 등은 반사광을 이용하여 관찰합니다. 따라서 생물현미경과 금속현미경은 광원과 렌즈, 시료의 배치가 다릅니다.

광학현미경의 사용 용도

광원으로 가시광선을 이용하기 때문에 빛을 변환하지 않고 사람의 눈으로 직접 관찰할 수 있어 구조가 간단하고 가격도 비교적 저렴하여 생물학, 의학, 식품 분야, 반도체 분야, 교육 분야 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

구체적으로 혈액 검사, 미생물 검사, 분진 검사, 집적회로 검사 등 각종 검사에 사용하거나 해당 분야의 연구개발 용도 등입니다.

광학 현미경의 원리

그림 1. 광학 현미경의 원리

광학 현미경의 원리는 관찰 대상에 빛을 비추고, 대상물을 투과한 투과광 또는 반사광을 대물렌즈로 확대하는 단순한 원리입니다.

관찰자는 대상의 빛(상)이 대물렌즈로 확대되고, 그 빛(상)이 접안렌즈로 더욱 확대된 허상을 보게 되며, 광학현미경의 배율은 대물렌즈 및 접안렌즈의 확대 배율을 곱한 곱으로 표현됩니다. 배율이 높을수록 작은 물체를 크게 확대하여 관찰할 수 있습니다.

현미경은 조명을 비추는 방식에 따라 크게 ‘투과형’과 ‘반사형’ 두 가지로 나뉩니다. 투과형의 경우 세포나 박테리아 등 생물 시료와 같이 빛을 투과하는 물체에 사용되며, 반사형은 금속이나 반도체 등 빛을 투과하지 않는 물체에 사용됩니다. 또한 시료를 들여다보는 방향에 따라 분류하기도 하는데, 시료에 대해 대물렌즈를 위로 배치한 정립형과 아래로 배치한 역립형이 있습니다. 특히, 배양용 시료는 아래에서 들여다보아야 하기 때문에 거꾸로 된 타입이 많이 사용됩니다. 그림은 가장 많이 사용되는 정립형 투과형 현미경의 개요를 나타낸 것입니다.

광학 현미경의 광학 배율은 대물렌즈와 접안렌즈의 배율에 따라 결정됩니다. 또한, 광학 현미경으로 관찰할 때 확대 배율뿐만 아니라 해상도와 콘트라스트도 중요한 요소입니다.

분해능은 서로 다른 두 점을 두 점으로 식별할 수 있는 최소 거리(δ)를 말하며, 얼마나 세밀한 부분까지 식별할 수 있는지를 나타내는 지표입니다. 현미경의 경우 대물렌즈의 조리개 수(NA)와 빛의 파장(λ)에 따라 분해능이 결정되며, 다음 공식으로 표현됩니다.

δ = kλ/NA (k는 상수)

또한 조리개수 NA는 n×sinθ로 계산되며, n은 대물렌즈와 매질 사이의 굴절률, θ는 대물렌즈에 입사하는 광선의 광축에 대한 최대 각도입니다.

다음으로 콘트라스트에 대해 설명하겠습니다.

생체 시료 등은 투명한 경우가 많아 시료를 그대로 관찰해도 투명하게 비쳐서 구조를 인식하지 못하는 경우가 있습니다. 이런 경우 시료를 염료로 염색하거나 빛을 조절하여 관찰 조건을 조정해야 합니다. 염색이나 빛의 조정을 통해 상에 대비를 주어 대상물을 쉽게 관찰할 수 있도록 합니다.

최근에는 염색이나 조리개 조정 외에도 빛의 산란이나 회절, 형광을 이용한 관찰 방법이 위상차, 미분 간섭 등의 이름으로 확립되어 있습니다. 이러한 관찰 방법에 특화된 광학 현미경도 존재하며, 광학 현미경 중에서도 위상차 현미경이나 미분 간섭 현미경이라고 부릅니다. 세포 등을 염색하는 경우 세포가 죽게 되지만, 위상차 현미경이나 미분 간섭 현미경을 이용하면 살아있는 세포를 관찰할 수 있습니다.

광학 현미경의 기타 정보

1. 광학 현미경의 명시야 관찰과 암시야 관찰의 차이점

광학 현미경으로 관찰을 할 때, 대상에 빛을 비추는 방법에 따라 보이는 모습이 달라집니다. 기본적인 관찰 방법으로는 ‘명시야 관찰법’, ‘암시야 관찰법’, ‘편광조명 관찰법’의 세 가지가 있습니다.

명시야 관찰법은 가장 기본적인 관찰법으로, 대상에 빛을 비춰서 투과된 빛을 관찰하는 방법입니다. 주로 염색한 시료를 관찰할 때 사용합니다.

반면 암시야 관찰법은 빛을 바로 아래에서 비춰 산란광이나 반사광을 통해 관찰하는 방법입니다. 주로 착색되지 않은 투명한 대상이나 작은 대상의 관찰에 이용되는 방법입니다.

명시야 관찰법을 수행하기 위해서는 대상물을 염색하는 것이 기본이지만, 대상물이 생체라면 염색으로 인한 사멸이나 기능 손상이 우려되기 때문에 이 경우 염색하지 않고 암시야 관찰법을 이용하게 됩니다.

이 두 가지 관찰 방법의 중간이 편광 조명으로 관찰하는 방법입니다. 대상에 대해 비스듬히 빛을 비추면 명시야 관찰법과 암시야 관찰법의 중간 정도의 시야를 얻을 수 있습니다.

2. 광학 현미경의 침수 대물 렌즈

광학 현미경의 해상도는 조리개 수에 반비례하기 때문에 조리개 수를 늘리면 더 작은 해상도를 얻을 수 있습니다. 조리개 수는 대물렌즈와 매질 사이의 굴절률에 비례하는데, 침수 대물렌즈는 이 특성을 이용하여 시료와 대물렌즈 사이에 굴절률이 높은 액체를 채워서 더 나은 해상도를 얻는 방식입니다. 관찰하는 대상에 따라 사용하는 액체도 달라집니다.

오일을 액체로 이용하는 대물렌즈를 ‘오일 침지 대물렌즈’라고 합니다. 오일은 물보다 굴절률이 높기 때문에 해상도를 높이는 효과가 있어, 오일 침지 대물렌즈를 사용하면 밝고 선명한 상을 얻을 수 있습니다. 그러나 두께가 두껍거나 시료와 커버글라스 사이에 간격이 있는 대상을 관찰할 경우, 대상과 커버글라스의 굴절률 차이로 인해 대물렌즈에 의한 구면수차가 발생하여 현미경이 맺는 상이 흐려지게 됩니다.

한편, 물을 액체로 이용하는 대물렌즈를 ‘수침 대물렌즈’라고 합니다. 수침 대물렌즈는 피사체의 두께에 관계없이 동일한 상을 얻을 수 있도록 설계되어 있습니다. 얇은 피사체를 관찰할 때는 오일 침수 대물렌즈가 더 밝고 선명하게 볼 수 있지만, 두꺼운 피사체를 관찰할 때는 수침 대물렌즈를 사용하는 것이 더 좋은 성능을 얻을 수 있습니다.

CMOS 센서란?

CMOS 센서는 디지털 카메라 등의 촬영 기기에 사용되는 이미지 센서입니다. 센서 표면에는 다수의 수광소자가 배치되어 있으며, 개별 수광소자에서 받아들인 빛은 전하로 변환되고, 그 전하가 CMOS로 구성된 증폭회로를 통해 빛의 세기에 따른 전압 또는 전류로 추출됩니다.

과거에는 CCD 센서가 이미지 센서의 주류를 이루었는데, CCD 센서는 전하를 CCD로 전하를 전달하고 플로팅 디퓨전 증폭기(FDA)를 통해 전압으로 변환하는 구조가 특징입니다.

CCD 센서는 감도, S/N비, 암전류가 적다는 점에서 CMOS 센서보다 유리하지만, 전원 구성이 복잡하고, 스미어 발생이 불가피하며, 제조 공정이 특수하여 일반적인 CMOS LSI 생산 설비를 사용할 수 없다는 단점이 있습니다. 최근에는 CMOS 센서의 암전류 영향을 줄이는 방법과 S/N비 개선 방법이 발전하면서 CMOS 센서가 이미지 센서의 주력으로 자리 잡았습니다.

CMOS 센서의 사용 용도

이전에는 저렴한 제조 비용으로 스마트폰이나 태블릿에 탑재되는 카메라에 CMOS 센서가 주로 사용되었다. 반면, 고화질이 요구되는 SLR 카메라나 캠코더에는 노이즈가 적은 CCD 센서가 주로 사용되었다.

그러나 CCD 센서의 노이즈 제거 수단이 발전하면서 CCD 센서에서 문제가 되었던 스미어와 블루밍이 발생하지 않아 점차 CCD 센서에서 CMOS 센서로 교체가 진행되어 현재는 모든 촬영 기기의 이미지 센서로 CMOS 센서가 채택되고 있습니다.

CMOS 센서의 원리

이미지 센서는 표면에 다수 배치된 수광소자가 빛을 받았을 때 발생하는 전하를 축적, 전달하여 전압 또는 전류로 변환하여 출력하는 것이 기본 기능입니다. 이 점에서는 CCD 센서와 CMOS 센서 모두 공통점이 있습니다.

두 센서의 가장 큰 차이점은 전하 전달 방식에 있는데, CCD 센서는 수광소자인 포토다이오드가 격자형으로 형성되어 있는데, 이 포토다이오드의 N형 영역에 전하를 일시적으로 저장할 수 있습니다.

이 포토다이오드에 인접하여 수직 CCD가 설치되고, 각 포토다이오드가 일정 시간 동안 축적한 전하가 모두 동시에 수직 CCD로 이동하게 됩니다. 그 전하가 순차적으로 전송되어 수평 CCD로 전달됩니다.

수평 CCD는 수직 CCD에서 전송된 전하를 순차적으로 FDA로 전송하고, FDA는 전하량에 따른 전압을 출력하므로 포토다이오드에 조사된 빛의 세기에 따른 전압 출력을 얻을 수 있습니다. 위와 같이 CCD 센서에서는 모든 포토다이오드의 전하량이 순차적으로 출력됩니다.

반면, CMOS 센서에서는 각 수광소자인 포토다이오드와 그 출력을 증폭하는 증폭기, 증폭기 출력을 신호선에 연결하는 스위치 소자를 갖추고 있어, 수광-변환-증폭-출력이 포토다이오드별로 수행됩니다.

이러한 구성으로 인해 CMOS 센서에서는 수평 주사 신호와 수직 주사 신호를 조합하여 개별 포토다이오드를 지정하고, 그 전하량에 따른 전압 또는 전류를 추출할 수 있습니다. 따라서 임의의 포토다이오드를 선택하여 신호를 읽어낼 수 있습니다.

이러한 구조적 차이로 인해 CMOS 센서는 필요한 영역의 신호로 한정하는 등 고속 판독이 가능하고, CCD의 전송 노이즈가 발생하지 않는 장점이 있습니다. 또한, CCD 센서에서는 CCD로 유입되는 노이즈 성분에 의한 스미어(Smear)를 피할 수 없지만, CMOS 센서에서는 이러한 현상이 발생하지 않습니다.

CMOS 센서의 구조

CMOS 센서는 수광소자인 포토다이오드에 앰프와 스위치 소자를 결합하고 이를 다수 집적시킨 것입니다. 포토다이오드의 제조 공정은 트랜지스터와는 다른 특수한 공정이지만, 그 외의 구성 요소는 CMOS LSI와 동일하기 때문에 CMOS의 제조 설비를 그대로 활용할 수 있다는 점이 CCD보다 유리합니다.

포토다이오드 배치에 있어서도 새로운 움직임이 나타나고 있습니다. 증폭기나 스위치 소자 등의 회로가 형성되는 표면에 비해 포토다이오드를 뒷면에 배치하는 후면조사형이라고 하는 구조입니다. 포토다이오드와 회로는 내부 배선을 통해 연결됩니다. 제조 공정이 복잡해지지만, 포토다이오드를 간격 없이 배치할 수 있어 특히 집광 효율이 향상됩니다.

또한, CMOS 센서 내의 회로는 단일 전원으로 동작하기 때문에 기본적으로 3.3V 정도의 하나의 전원만 준비하면 되지만, CCD 센서는 전송로인 CCD에 여러 개의 전압을 공급해야 하므로 전원 구성이 복잡해집니다. 소비전력 측면에서도 CMOS 센서가 유리합니다.

CMOS 센서에 대한 기타 정보

1. CMOS 센서의 점유율

CCD 센서의 전성기에는 소니가 독보적인 점유율을 자랑했지만, CMOS 센서가 주축이 되고 그 최대 용도가 스마트폰으로 옮겨가면서 소니의 점유율은 점차 감소하는 경향을 보이고 있습니다. Sony가 45%, 2위 Samsung이 26%, 3위 OmniVision이 11%라는 조사 결과가 발표되었습니다.

2. CMOS 센서의 크기

CMOS 이미지 센서는 큰 사이즈부터 작은 사이즈까지 다양한 크기의 센서가 출시되고 있습니다.
캐논의 CMOS 이미지 센서를 예로 들면, 다음과 같은 6가지 크기의 이미지 센서가 있습니다.

• 35mm 풀 사이즈(약 36mm×24mm)
• APS-H 사이즈(약 29mm×19mm)
• APS-C 사이즈(약 22mm×15mm)

단, 일반 판매는 하지 않고 자사 카메라용으로 한정하고 있는 것 같습니다.

• 1인치
• 2/3인치
• 1/1.8인치

일반적으로 같은 화소수라면 센서 크기가 클수록 화질이 좋아집니다. 또한 조리개가 넓을수록 감도가 향상됩니다.

리드 릴레이란?

리드 릴레이(영어: reed relay)는 구동 코일에 전류를 흘려서 작동하는 전자기 스위치입니다.

하나 이상의 리드 스위치 주변에 전자기 코일을 조합한 것으로, 전자기력에 의해 개폐되는 소형 릴레이로 구성되어 있습니다. 코일에 발생하는 자기장에 의해 기계적으로 접점을 작동시키기 때문에 반도체 스위치 등에 비해 비작동시 전류 누설이 매우 적은 것이 특징입니다.

입력측과 출력측이 독립적이며 극성이 없어 설치 시 실수 감소 등에 도움이 됩니다. 압력에 강하고, 절연성이 높으며, 방진 및 외부 가스의 영향을 덜 받는 장점도 있습니다.

리드 릴레이의 사용 용도

리드 릴레이는 다양한 전기 기기에 사용됩니다. 현재 계전기의 주류는 반도체 계전기이지만, 반도체 계전기 사용에 적합하지 않은 용도에 많이 사용되기도 합니다.

리드 릴레이 사용에 적합한 환경은 다음과 같습니다.

• 반도체 계전기 개방 시 미약하게 흐르는 누설 전류의 영향이 큰 전기 기기
• 반도체에 대한 오염물질이 있는 환경에서 작동해야 하는 전기기기
• 릴레이에 사용하는 회로가 매우 높은 전압이거나 고압의 환경인 경우

구체적인 사용 사례는 다음과 같습니다.

• 전기자동차의 축전지, 태양광 전지
  시스템 전압이 고전압이 되어 DC 1,500V 이상의 전압에서도 안정적인 동작이 필요하며, 리드 계전기가 사용됩니다.
• 의료 기기
  전기 메스의 제어, 침대의 위치 감지 회로, AED의 고전압 충전 회로, 수술기구의 체내 잔여물 감지 등의 용도에 사용됩니다.

리드 릴레이의 원리

리드 릴레이는 리드 스위치와 코일로 구성됩니다. 리드 스위치는 불활성 가스가 밀폐된 유리관 안에 두 개의 리드가 간격을 두고 들어있는 구조입니다. 리드 스위치 안의 리드는 자석의 힘을 받는 자성체로 만들어져 있으며, 서로 리드가 구동 시 접촉하는 접점에는 통전성이 높은 금속이 부착되어 있습니다.

리드 스위치 외부의 코일에 전류가 흐를 때 발생하는 자기장에 의해 리드 스위치 내부의 두 개의 릴레이가 접촉합니다. 접점에 전기가 흐르고 릴레이 역할을 합니다. 리드 릴레이를 구동할 때 코일에 의해 자기장이 발생합니다.

따라서 주변 전자 부품에 영향을 미칠 수 있으므로 설치 위치 및 사용 조건에 주의해야 합니다. 또한, 리드 릴레이를 사용하는 회로에는 스파크 소거 회로를 넣거나 일시적인 고전류에 대한 보호 회로, 역전류에 대한 보호 회로를 설치하는 등 올바르게 사용해야 합니다.

리드 릴레이의 특징

리드 릴레이는 다른 계전기에 비해 많은 특징이 있습니다.

• 반도체 스위치에 비해 기계식 스위치이기 때문에 접점이 열렸을 때 누설 전류가 극히 적음.
• 입력, 출력 모두 극성 지정이 없어 작업 오류 감소
• 일반적으로 고내압, 고절연
• 일반 전자기 릴레이에 비해 접점부가 밀폐된 구조로 먼지, 유기가스류의 영향이 적음
• 소형, 경량, 장수명
• 동작-복구 시간이 약 1/10로 고속

리드 릴레이의 기타 정보

1. 리드 릴레이의 수명

릴레이에는 전기적 수명과 기계적 수명이 있습니다.

• 전기적 수명
  코일에 정격 전압의 부하를 가하여 리드 스위치를 개폐하는 저항부하 시험에서의 수명입니다. 전기적 수명은 부하의 양, 부하의 종류, 개폐 빈도, 온도 조건 등에 따라 릴레이의 수명이 달라집니다.
• 기계적 수명
  부하를 가하지 않는 무부하 시험에서의 수명을 말합니다. 릴레이는 기구 부품이므로 개폐에 따라 부품 자체의 피로와 마모가 발생합니다. 이 역시 온도 조건이나 코일 정격 전압 이상의 부하를 가하는 경우 등 사용 환경에 따라 릴레이의 수명이 달라집니다.

2. 리드 계전기 사용 시 주의사항
리드 계전기 사용 시 중요한 주의 사항은 세척과 자기 간섭입니다.

• 청소
  릴레이 코일의 리드 부분은 유리관으로 밀폐되어 있기 때문에 세척으로 인해 리드 부분의 특성이 저하되지 않습니다. 그러나 제품을 세척할 때는 반드시 전용 세정제를 사용하여 세척해야 합니다.
• 자기 간섭
  릴레이 코일에 의해 발생하는 자기장은 외부 환경에 영향을 미칩니다. 특히 밀착 장착의 경우, 릴레이 간 자기 간섭으로 인해 정상적으로 동작하지 않을 수 있습니다. 따라서 자기 차폐되지 않은 릴레이는 릴레이 간 거리를 최소 15mm 이상 띄워서 장착해야 합니다.

또한 변압기나 영구 자석과 같이 강한 자기장을 발생시키는 물체가 있는 곳에서는 오작동의 원인이 될 수 있으므로 사용을 자제해야 합니다.

PIN 다이오드란?

PIN 다이오드란 P형 반도체와 N형 반도체 사이에 전기저항이 큰 진성 I형 반도체를 넣어 공핍층을 넓게 만든 다이오드입니다.

공핍층이 넓어 응답 특성이 향상되었습니다. 중앙의 I형 반도체의 저항이 높기 때문에 다이오드 중 단자간 용량이 가장 작은 다이오드이며, PN접합의 다이오드와 순방향 전압은 거의 차이가 없으며, PIN 다이오드는 흐르는 전류에 따라 저항이 변하기 때문에 특히 고주파의 가변저항으로 활용됩니다. 또한, 역방향 전압을 걸면 커패시터로 활용할 수 있습니다.

PIN 다이오드의 사용 용도

PIN 다이오드는 단자간 용량이 작고 직렬 저항이 낮은 성질이 있어 주파수 특성이 높은 특징을 가지고 있습니다. 따라서 고주파 통신 라인에 영향을 미치기 어렵기 때문에 휴대전화를 비롯한 고주파 신호의 스위칭에 사용됩니다. 또한, 전류에 따라 저항이 변하는 특성이 있어 가변저항으로 밴드 스위칭용, AGC 회로나 수신용 감쇠기에도 사용되고 있습니다. 또한, 역전압을 걸면 커패시터의 역할도 합니다.

PIN 다이오드의 원리

1. PIN 다이오드에 순방향 전압을 인가한 경우

그림 1. PIN 다이오드에 순방향 전압을 인가했을 때

PIN 다이오드는 순방향으로 전압을 가하면 P형 반도체에서 정공, N형 반도체에서 전자가 이동하여 I형 반도체 내에서 만나 재결합하게 되는데, I형 반도체 내에서는 가해진 전압에 의해 전자와 정공이 매우 빠르게 이동하게 되어 전류가 흐르기 쉬운 상태가 됩니다. 이 P형, N형에서 이동해 온 정공과 전자가 I형 반도체 안에서 만나면서 저항이 변화하게 됩니다. 즉, 전압에 따라 저항이 변화하기 때문에 전압을 제어하여 가변저항으로 활용할 수 있게 됩니다.

또한, I형 반도체의 공핍층의 두께나 면적을 변화시켜 단자간 용량을 변화시켜 저항 특성을 선택할 수 있으며, I형 반도체를 갖지 않은 PN형 반도체에 비해 PIN 다이오드는 정공, 전자 등의 캐리어를 축적하는 효과가 커서 성능이 향상됩니다.

2. PIN 다이오드에 역방향 전압을 인가한 경우

그림 2. PIN 다이오드에 역방향 전압을 인가한 경우

한편, 역방향 전압을 가하면 P형, N형 각각의 표면에 정공, 전자가 모여 I형 반도체는 유전체가 되어 커패시터 역할을 하게 됩니다.

PIN 다이오드의 기타 정보

1. PIN 다이오드의 전도도 변조

전도도 변조는 바이어스를 걸었을 때 고저항 층에 캐리어가 유입되어 저항값이 변하는 것을 말합니다.

P층과 N층 사이에 있는 I층은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge)과 같은 4가 원소들로 구성되어 있습니다. 이들은 다른 원소를 포함하지 않는 순수 반도체로 진성 반도체라고 불리며, 8개의 전자가 안정된 공유결합에 의해 묶여 있어 전자의 이동이 불가능한 절연층입니다.

하지만 PIN 다이오드에서 순방향 바이어스를 하면 P층에서 정공, N층에서 전자가 유입되어 I층은 고농도로 도핑된 것과 같은 상태가 됩니다. 그 결과 전도도 변조가 발생하여 고저항이었던 I층은 순방향으로 전류가 흐르게 되어 저온 저항이 됩니다.

2. PIN 다이오드에 의한 스위치

PIN 다이오드는 고주파 스위치에도 활용되고 있습니다. 저주파수 영역에서는 기계식 스위치도 있지만, 고주파에서는 동축 릴레이나 반도체 스위치가 사용됩니다. 최근에는 LAN 통신 시스템이나 차량용 레이더 시스템의 보급으로 밀리파 대역 MMIC 스위치로도 활용되고 있습니다.

PIN 다이오드의 스위치 회로는 순방향 바이어스 시에는 고주파 신호가 출력되고, 역방향 바이어스 시에는 고주파 신호가 출력되지 않는 원리입니다. 제품 라인업으로는 반사형과 흡수형이 있습니다. 반사형 스위치는 고주파 전력이 역방향 바이어스 시에는 투과, 순방향 바이어스 시에는 반사되는 타입입니다. 흡수형 스위치는 ON/OFF 모두에서 전압 정재파비(VSWR)가 작아 신호 손실이 적은 타입입니다.

3. PIN 다이오드 스위치의 장단점

일반적으로 PIN 다이오드 스위치는 스위칭 속도와 크기가 작다는 장점이 있지만, 소비전력이 크다는 단점이 있습니다.

소비전력이 커지는 요인으로는 삽입 손실을 줄이기 위해 높은 바이어스를 걸어야 하기 때문입니다. 이러한 단점을 보완한 밀리미터파 대역의 스위치로 MEMS(Micro Electro Mechanical System)라는 광스위치가 개발되어 오늘날 시장에서 점유율을 높여가고 있습니다.

DC 솔레노이드란?

DC 솔레노이드는 코일에 가해진 전자기력의 전기 에너지를 가동 철심에 의한 직선 구동의 기계적 에너지로 변환하는 전기 부품입니다.

그 액추에이터로서의 기능을 코일과 가동 철심을 조합한 부품으로 실현하고 있습니다. 일반적인 솔레노이드는 가동 철심을 끌어당기는 풀형 동작이 기본입니다.

다양한 가동 철심의 끝 모양과 구동부를 조합하여 ‘당기기, 밀기, 멈추기, 치기, 구부리기’ 등의 동작을 저렴하게 구현할 수 있습니다. 따라서 가전제품이나 ATM, 자동판매기, 개찰구, 자동문 등 산업기계 용도뿐만 아니라 일상생활의 다양한 용도에 사용되고 있습니다.

DC 솔레노이드의 사용 용도

DC 솔레노이드는 제어성과 응답성이 우수할 뿐만 아니라, 움직이는 철심과 팁의 형태에 따라 당기기, 밀기, 멈추기, 치기, 구부리기 등 다양한 동작을 저렴하게 실현할 수 있기 때문에 일상 생활 주변의 기계 및 장치용으로 매우 다양하게 활용되고 있습니다.

주요 사용 용도는 자판기의 동전 선별기, 전철 승강장의 자동문과 개찰구, 주차장이나 자동문 잠금장치, ATM 내 제어기기, 아파트나 편의점에 설치된 택배 박스 등입니다.

DC 솔레노이드의 원리

DC 솔레노이드의 원리는 패러데이의 전자기 유도 법칙을 기반으로 합니다한다. 코일을 흐르는 전자기력의 전기적 에너지를 가동 철심에 의한 직선 구동의 기계적 에너지로 변환하는데, 일반적인 솔레노이드는 가동 철심을 끌어당기는 풀형 동작이 기본입니다.

또한, DC 솔레노이드는 AC 솔레노이드에 비해 통전 시 돌입전류가 발생하지 않고, 동작 소음이 적은 것이 특징이다. 일반적으로 본체 프레임, 코일, 스프링, 고정철심, 가동철심의 구성부품으로 이루어져 있습니다다.

코일에 전류가 흐르면서 동시에 자기장이 발생하고, 전자기 유도에 의해 고정 철심에 가동 철심이 빨려 들어가면서 풀형 동작을 실현할 수 있습니다. 통전하는 동안에는 고정 철심에 가동 철심이 빨려 들어가고, 통전을 차단하는 동시에 스프링의 힘으로 가동 철심이 되돌아오게 됩니다.

한편, 이 풀 타입의 기본 동작에 대해 고정 철심에 푸시바를 장착하여 이동식 철심이 빨려 들어가는 동시에 푸시바를 밀어내는 푸시 타입도 있습니다다. 이러한 팁의 형상을 변경함으로써 다양한 동작을 저렴하게 실현할 수 있습니다.

DC 솔레노이드의 기타 정보

1. AC 솔레노이드와 DC 솔레노이드의 차이점

AC 솔레노이드는 DC 솔레노이드보다 시동 전류와 흡입력이 더 큰 특징이 있습니다다. 그러나 AC 솔레노이드는 가동 중 과부하가 발생하여 잠기면 큰 전류가 계속 흐르게 되어 코일이 소손될 수 있습니다다. 따라서 AC 솔레노이드를 채택할 때는 온도 퓨즈, 과전류 보호 등 안전성을 고려한 설계가 중요합니다하다.

이에 비해 DC 솔레노이드는 전류 자체가 미세하고 흡입력도 작기 때문에 가동부가 과부하 상태나 잠금 상태가 되어도 코일이 소손되는 일이 없어 안전성에 있어서는 DC 솔레노이드가 더 우수하지만, 일반적으로 성능 자체는 AC 솔레노이드보다 떨어지기 때문에 사용 조건에 따라 구분하여 사용해야 합니다, 사용 조건에 따라 구분하여 사용해야 합니다.

2. 자기 유지 솔레노이드

자기 유지형 솔레노이드는 고성능 영구자석이 내장된 솔레노이드 코일에 순간적으로 통전하는 것을 말합니다. 통칭 플런저라고 불리는 가동부가 흡입한 후 영구 자석에 의해 가동부가 유지되는 솔레노이드를 말합니다.

통전 시간이 짧기 때문에 초절전을 지향하는 전기기기에 가장 적합한 선형 가동형 솔레노이드이며, 예를 들어 축전지의 작동 수명을 연장하고 온도 상승을 낮추고 싶을 때 효과가 있는 부품입니다. 코일에 통전하면 가동부가 한 방향으로 흡입하여 유지하는 1방향 유지형과 1방향 유지형을 직렬로 연결하여 각각의 코일 권선부에 전기를 통전시킴으로써 2방향으로 이동하여 유지하려는 2방향 유지형의 2종류가 있습니다.

자기 유지형 솔레노이드의 자극 형상은 1방향 유지형에서는 원추형과 수평형의 두 가지가 있으며, 2방향 유지형 솔레노이드는 스트로크가 정해져 있기 때문에 원추형만 표준이 되어 있습니다. 스트로크의 크기와 유지력의 크고 작음에 따라 자극 형상이 달라지므로 사전에 각 솔레노이드의 특성 곡선 사양을 잘 확인하는 것이 중요합니다.