■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	브레드보드-러브미터			실험 원리	인체의 저항, 옴의 법칙, 브레드보드
실험 시간	40분	실험 분야	물리	실험 방법	개별 실험
세트구성물	브레드보드, 러브미터 도안, 브레드보드용 전선, 저항, LED, 트랜지스터 2종, 전해콘덴서, 클립, 동전전지, 전지홀더
교사준비물				학생준비물	유성펜
실험 결과	브레드보드-러브미터 1개를 가지고 갑니다.
실험팁	TIP 1. 브레드보드에 부품을 꽂을 때 그 자리가 맞는지 잘 확인하고 꽂습니다. TIP 2. 전지홀더의 다리는 매우 뾰족합니다. 다치지 않도록 주의합니다. TIP 3. 고휘도 LED이므로 LED의 발광부위를 직접 관찰하면 눈에 자극을 줄 수 있으니 주의지도바랍니다. TIP 4. 사용하지 않을 때에는 단자로 쓰이는 클립이 서로 닿아있지 않도록 둡니다.

브레드보드(breadboard), 속칭 빵판 또는 빵틀은 전자 회로의 (일반적으로 임시적인) 시제품을 만드는 데 사용하고 재사용할 수 있는 무땜납 장치이다. 이것은 스트립기판(베로보드)과 현저하게 다르며 영구적이거나 1회용 시제품을 만들때 사용하고, 쉽게 재사용할 수 없는, 초기 인쇄회로기판과 비슷하다. 일반적인 브레드보드는 버스 스트립으로 알려진, 내부연결 전기단자의 스트립이 있고, 주장치의 일부나 격리된 블록처럼 한쪽이나 양쪽은 전원선을 확장하도록 끼워져 있다.

현대의 무땜납 브레드보드는 천공아래에 많은 납이 도금된 인청동 스프핑 클립이 있는 플라스틱 천공 블록으로 구성된다. 두개의 일련 패키지(dual in-line package, 약자 DIP)인 집적회로는 블록의 중앙선을 벌려서 삽입할 수 있다. 내부 연결 전선과 (축전기, 저항기, 코일, 등과 같은) 각각 부품 핀은 회로 위상을 완성하기 위해서 여전히 남는 구멍에 삽입할 수 있다. 이렇게, 다양한 전자 시스템은 소형 회로에서 완벽한 중앙 처리 장치(CPU)까지, 시제품화 될 것이다. 그러나, (접점당 2 ~ 25 pF으로 발생되는) 큰 공전 전기 용량 때문에, 무땜납 빵판은 상대적으로 낮은 주파수로 동작이 제한된다. 일반적으로 회로의 특성에 따라서 10 MHz보다 느리게 동작한다.

[인체와 전기 저항]

전기저항이란 전기를 얼마나 흘려 줄수 있는지의 정도를 수치로 표시하는 것입니다. 전기저항이 크면 전기가 작게 통하고 전기저항이 작은면 전기가 많이 통한다는 것입니다.

인체의 저항은 사람에 따라 그날의 습도나 온도에 따라 아주 변화무쌍합니다. 일을 많이 하여 손에 굳은살이 많이 박인 사람은 저항이 높고 아기피부나 여자피부 같은 사람들은 저항이 작은 것이지요.

가정용전기를 예를 들어 말씀드린다면 앞에서 굳은살이 많이 박인사람은 저항이 높아서 전기가 별로 통하지 않아서 감각이 없고 피부가 고운 사람은 저항이 작아서 전기가 많이 통하므로 감전의 우려가 있습니다. 그러나 이것은 가정용 이니까 이정도 이지만 전신주에 흐르는 특별고압은 저항이 많은 사람과 저항이 적은사람과 아무런 차이 없이 만지는 순간 감전사 하게 되는 것입니다.

또한 손에 물이 묻거나 땀이 차게 되면 저항이 적어져 감전사 할 위험이 커지게 되지요.

전자 1개가 가진 전하량은 1.6×10-19C입니다. 너무도 작은 숫자인데, 이것이 모여 1C의 전하가 만들어지려면 초당 625,000,000,000,000,000개의 전자가 모여야 합니다. 전자는 크기나 질량은 대단히 작습니다. 그리고 대전될 때 물체사이에 전자는 이동을 하지만 새로운 생성이나 소멸은 없기 때문에 전하량은 항상 보존이 됩니다. 여러 사람들이 손을 잡고 실험을 하더라도 불이 깜박이는 것은 도중에 전하가 없어지지 않았다는 뜻입니다.

트랜지스터 [ transistor ]

반도체 결정 속의 도전작용을 이용한 증폭용 소자(素子).

1948년 미국 벨전화연구소의 W.H.브래튼, J.바딘 및 W.쇼클리는 반도체 격자구조의 시편(試片)에 가는 도체선을 접촉시켜 주면 전기신호의 증폭작용을 나타내는 것을 발견하여 이를 트랜지스터라고 명명하였다. 이것이 그 동안 신호증폭의 구실을 해 오던 진공관(眞空管)과 대치되는 트랜지스터의 시초가 된 것이다. 트랜지스터 그 자체가 소형이어서 이를 사용하는 기기(機器)는 진공관을 사용할 때에 비하여 소형이 되며, 가볍고 소비전력이 적어 편리하다. 초기에는 잡음․주파수 특성이 나쁘고, 증폭도도 충분하지 못하였으나, 그 후 많이 개량되어 아주 대전력을 다룰 수 있는 등 특수한 경우를 제외하고는 진공관에 대치되었다.

< 종류 >

트랜지스터는 동작시의 전류방향으로 보아 크게 나누면, 컬렉터에 음의 전압을 걸어 사용하는 pnp형과 양전압을 걸어 사용하는 npn형이 있으며, pnp형은 주로 게르마늄(Ge), npn형은 주로 실리콘제의 경우가 많다. 게르마늄이나 실리콘 등 진성반도체(眞性半導體)를 순도 99.99999999%(9가 10자리 계속되기 때문에 ten nine이라고 한다) 이상의 고순도로 정제하여 이를 모체로 하여 p형 또는 n형이 되는 불순물을 섞어가며 단결정으로 성장시켜 p형 또는 n형의 반도체를 만든다.

< 특징 >

트랜지스터는 반도체 다이오드의 기능을 포함시키면 증폭․발진․스위칭․정류․검파 등의 기능을 가지기 때문에 진공관과 다음과 같이 비교된다. 장점으로는 pnp와 npn의 두 가지 종류가 있는 것, 저전압․소전력으로 동작시킬 수 있는 것, 형태가 매우 작은 것, 수명이 긴 것 등을 들 수 있다. 단점으로는 특성이 온도의 지배를 받기 쉬운 것, 고온에서는 동작하지 못하는 것, 초고주파 등에서 아직 전력이 약한 것 등을 들 수 있다.

전해콘덴서 [electrolytic condenser]

전자회로용 전원(電源)의 평활회로나 바이어스를 가할 때에 직류전압에 남아 있는 맥류(脈流)를 제거하기 위해 사용되는 소형 대용량의 콘덴서로 알루미늄을 이용한 것과 탄탈박을 이용한 것이 있으나 알루미늄이 더 경제적이므로 주로 알루미늄을 이용한다.

전자회로용 전원(電源)의 평활회로나 바이어스를 가할 때에 직류전압에 남아 있는 맥류(脈流)를 제거하기 위해 사용된다. 구조는 알루미늄 혹은 탄탈의 얇은 막에 전기 화학적으로 산화피막을 만들고 금속박(金屬箔)을 양극, 산화피막을 유전체(誘電體), 전해액을 음극으로 한 것이다. 이 때문에 콘덴서에 극성이 생긴다.

알루미늄의 경우에는 알루미늄박 표면을 에치(etch)하여 유효 표면적을 증가하고 화성전해(化成電解)를 사용해서 산화피막을 형성하여 전해액이 스며든 종이와 함께 감아서 알루미늄 케이스에 봉입하여 콘덴서를 만든다. 전해액은 산화피막의 열화(劣化)를 방지하는 역할도 한다.

탄탈박(箔)을 사용한 습식콘덴서도 동일하게 만들어지는데 알루미늄이 경제적이므로 그다지 사용되지 않는다. 탄탈로는 고체전해콘덴서로 만들어지고 있다. 이런 경우는 탄탈의 분말을 압축성형하여 진공소결(眞空燒結)해서 표면적을 증가하여 양극을 만든다. 그리고 나서 표면에 이산화망간층을 만들고 다시 흑연을 충전하여 음극으로 한다. 이 같은 콘덴서는 박형(箔型)에 비해서 소형이며, 전기특성 특히 온도특성이 우수하나 경제성과 내압(耐壓)에서는 뒤진다. 알루미늄 전해콘덴서의 사용전압은 450 V 이하, 정전용량(靜電容量)은 1~5,000 μF 정도, 사용온도 범위는 －40 ℃~85 ℃이다.