LED를 켜라

무슨 영화 제목 같네요. 

LED가 정방향바이어스(Forward Baised)가 되면 LED를 켤 수 있다고 했었죠? 그렇다고 무작정 전기만 연결한다고 되는 것은 아닙니다. 한마디로 잘 켜야 합니다. LED를 켜기 위한 조건들을 모두 한 번 나열하여 보겠습니다.

1. LED는 정방향바이어스(Forward Biased) 되어야 한다.
2. LED의 정방향전압(Forward Voltage)보다 높은 전압원이 필요하다.
3. 원하는 정방향전류(Forward Current)를 만들어야 한다.

앞선 포스트에서 이미 다 언급한 내용이지만, 이렇게 해 놓으니 괜히 어렵게 보이지요? LED를 잘 켜기 위해서 고려해야 할 사항입니다. 1번과 2번은 어렴풋이 알 것도 같습니다. 그러면 3번에 있는 원하는 전류는 어떻게 만들까? 옴 선생님의 말씀에 의하면 전압과 저항이 있으면 전류가 정해지게 되어 있지요? 아래의 그림을 보면서 살펴 보도록 하겠습니다. 

 

전압원과 LED를 연결한 회로도입니다. 전압원과 LED 사이에 저항 기호 비슷하지만 처음보는 기호는 가변저항이라고 하는 것입니다.

1. 우선 LED의 애노드(Anode)는 (+)에, 캐소드(Cathode)는 (-)쪽으로 연결되었습니다. 정방향바이어스를 만들기 위한 첫번째입니다. 
2. 만약 V가 LED의 정방향전압 $V_F$보다 낮다면 어떻게 될까요? 우리가 원하는 $I_F$가 흐를 수 있을까요? 물은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐릅니다. 전기도 전압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐릅니다. $I_F$가 위와 같이 흐르기 위해서는 최소한 $V$는 $V_F$보다 높아야 전류가 흐를 수 있습니다.
3. 전압원과 LED 사이의 기호는 가변저항이라는 저항값을 바꿀 수 있는 소자의 기호입니다. 이 저항의 양쪽 끝에 $V$와 $V_F$의 차이만큼의 전압 인가되면서 전류를 만들어 냅니다. 이것이 LED로 흘러들어 가고 $I_F$가 됩니다. 결국 정방향전류는 이 저항에 의해서 결정이 됩니다. 잘 구별이 될지 모르겠지만, 아래를 보면 저항이 변하면서 전류가 변화하고 그 때 LED의 밝기가 변화하게 됩니다. 

저항을 가변하면 전류가 변합니다. 전류가 변할 때 LED의 밝기를 살펴 보세요. 밝기가 구분이 용이하도록 콘트라스트를 좀 쎄게 넣었습니다.

LED를 켤 때, LED와 직렬연결되어 정방향전류 조절하는 이 저항을 전류제한저항(Current Limiting Resistance)라고 합니다. 이 저항은 어떻게 정할까요? 

 

전압원과 LED 사이에 전류제한저항으로 정방향전류를 조절합니다.

 

LED를 켜기 위한 회로를 다시 그려 보았습니다. 

우리는 5V의 전압원을 사용할 것입니다. 정방향전류는 20mA로 가정하겠습니다. 이전 포스트에서 살펴본 데이터시트에 의하면 정방향전류 20mA일 때, 정방향전압은 3.0~3.4V가 됩니다. 전류제한저항의 양쪽 끝에 가해지는 전압은 5V와 이 정방향전압의 차이이므로 1.6~2.0V가 됩니다. 옴의 법칙에 의해서 이와 같은 조건에서의 저항은 80~100Ω이 되겠네요!!!

$$I_F=\frac{V-V_F}{R} \Rightarrow R=\frac{V-V_F}{I}$$ $$R_{max}=\frac{5-3.0}{0.02}$$ $$R_{min}=\frac{5-3.4}{0.02}$$