공통 그라운드 : common reference point 개념

접지끼리 연결한다? (Sharing Grounds?)

ground는 단순히 회로상의 한 지점의 전압을 지칭하는 것일 뿐입니다. 이 지점으로부터 다른 지점들의 상대적 전압이 결정되는 것입니다. 일반적으로 ground는 회로에서 가장 낮은 전위(potential)를 지니는 부분으로, 예를 들어 배터리의 -단자, 파워서플라이의 -단자, 또는 컴퓨터 USB 연결에 존재하는 ground 신호이 될 수도 있습니다.


아두이노의 5V는 ground 핀에 상대적으로 전위차가 5V라는 의미입니다.


회로의 모든 부분에서 전압의 상대적 기준으로 삼을 곳이기 때문에 회로상에 하나만 존재하는 것이 맞겠죠?


예를 들어 아래와 같은 회로가 있다고 해봅시다. 아두이노와 12V 파워서플라이로 구동하는 별개의 회로가 있습니다. 아두이노에서 별개의 장치로 5V의 신호를 연결하고 있습니다.



아두이노의 5V는 아두이노의 ground를 기준으로 5V입니다. 아두이노에서 나가는 5V 출력핀 입장에서는 아두이노의 ground와 연결이 되어 있지 않습니다. 반면에 12V 파워서플라이에서 나오는 전압은 파워서플라이의 -단자를 기준으로 12V입니다.


전압이란 절대적인 것이 아닙니다. 5V 영역과 12V 영역은 각자의 ground를 기준으로 측정된 전압을 가지고 있기 때문에, 아두이노와 12V 장치 사이에 얼마의 전압이 측정될지는 알 수 없습니다.


전류는 나온 곳으로 다시 돌아가야 하다는 원칙에 따라, 아두이노에서 나온 5V 신호선은 다시 아두이노 5V 전압원으로 돌아갈 길을 만들어줘야 합니다. 5V 회로와 12V 회로의 ground를 연결하면 앞서 언급한 "돌아갈 길"이 만들어지게 됩니다.




위 그림에서 두 개의 ground가 초록색으로 연결이 되어 있습니다. 아두이노에 나온 5V 신호는 12V 회로를 거쳐 초록색 길을 타고 다시 5V 회로의 ground로 돌아올 수 있게 되었습니다.


위에 새로 생긴 loop는 5V 회로의 분기회로가 되는 셈입니다. 

그리고 5V 회로와 12V 회로의 전압의 기준이 통일된 셈입니다.


특별한 케이스를 보겠습니다.

아두이노 회로는 컴퓨터 USB 전원으로 구동되며, 12V 회로는 파워서플라이로 구동됩니다. 컴퓨터와 파워서플라이가 접지가 되어 있다면, 두 회로의 ground를 연결해주는 작업을 하지 않아도, 아래와 같이 loop가 존재하는 상황이 되어 버립니다. 


위 상황에서 아두이노의 전압원을 USB에서 배터리 등으로 바꾸어 접지를 끊어 버리면, 회로는 다시 작동하지 않게 되는 것입니다.

따라서 별개의 전압원들을 가진 회로들을 연동할 경우에는 우연히 만들어진 ground loop에 의존하지 말고 직접 ground끼리 연결해 두는 것을 권장합니다.

끝.

댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

[PLC] PLC 아날로그 입출력 기본

이미지
 PLC 아날로그 입출력 개념 및 결선  아날로그 신호가 PLC로 들어오면 우선 A/D 컨버터(Analog-Digital Converter)를 거치게 됩니다. A/D 컨버터는 아날로그 형태의 신호를 PLC에서 처리 가능하도록 디지털 형태로 변환시켜 줍니다.  PLC에서 다루는 아날로그 신호는 아래와 같은 형태가 있습니다. - 전압(Voltage) - 전류(Current) - 저항(Resistance) 신호의 형태에 따라 신호가 취급되는 값의 범위가 있습니다. 가장 흔히 사용되는 형태는 전류 형태이며 4-20mA 값을 주로 사용합니다. A/D 컨버터가 아날로그 값을 디지털로 변환할 때 사용되는 bit수를 분해능이라 합니다. 일반적으로는 16bit 길이가 사용됩니다. 다시말해 4-20mA 사이의 16mA를 16bit로 쪼개어 표현한다는 의미입니다. 따라서 분해능에 사용된 bit수가 많을수록 더 세밀한 단위를 취급할 수 있습니다. 아래 그림은 4-20mA 출력을 가지는 온도 트랜스미터(temperature transmitter)의 예입니다. 온도 트랜스미터와 온도센서가 연결되어 있습니다. 온도 정보는 트랜스미터에서 섭씨 0~100도로 계량화(calibrated) 됩니다. 즉, 섭씨 0도는 4mA, 섭씨 100도는 20mA가 되는 것입니다. 위 그림에서 온도 정보는 PLC로 바로 들어오지 않고 트랜스미터를 거쳤습니다. 온도 정보를 PLC가 바로 해석하기 보다는 트랜스미터에서 해석하여 전압이나 전류 형태로 변환하여 PLC의 전압/전류 아날로그 카드로 연결됩니다. 만약 트랜스미터가 없다면, 온도센서의 정보를 해석하기 위해 PLC에는 온도입력 모듈이 별도로 필요하게 됩니다. 전압/전류 아날로그 입력카드를 사용하면, 온도센서가 아니더라도 다양한 형태의 아날로그 데이터를 트랜스미터 전압/전류 형태로 취급할 수 있으므로, 좀 더 유현한 구조가 됩니다. 아날로그 입력 모듈의 결선법은 입력 신호가 전압인지, 전류인지에 따라 다릅니다. 전압/전류은 저항과 연...
Read more »

전력(kW) 계산하기 (직류, 교류 단상, 교류 삼상)

전력(kW) 계산하기 (직류, 교류 단상, 교류 삼상) 전류(A)와 전압(V)를 알고 있는 경우, 전압원이 종류에 따라 전력(kW)을 어떻게 계산하는지 보겠습니다. DC amps to kilowatts calculation (직류) 직류는 단순히 전류와 전압을 곱하고 1000으로 나누면 kW 단위의 전력을 구할 수 있습니다. P (kW) = I (A) × V (V) / 1000 AC single phase amps to kilowatts calculation (교류 단상) 교류 단상의 경우 역률(Power Factor)를 곱한 뒤, 전류와 RMS 전압을 곱하고, 1000으로 나누면 kW 단위의 전력을 구할 수 있습니다. P (kW) = PF × I (A) × V (V) / 1000 AC three phase amps to kilowatts calculation (교류 삼상) Calculation with line to line voltage (상간 전압 이용시) 교류 삼상의 상간 전압을 이용하여 전력을 구하는 경우, √3과 역률(Power Factor)을 곱하고, 위상 전류(phase current)와 두 활선 사이의 RMS 전압을 곱합니다. 그리고 1000으로 나누어 kW 단위의 전력을 구합니다. P (kW) = √3 × PF × I (A) × V L-L(V) / 1000 Calculation with line to neutral voltage (활선-중립선 이용시) 교류 삼상의 활선-중립선 전압을 이용하여 전력을 구하는 경우, 3과 역률(Power Factor)을 곱하고, 위상 전류(phase current)와  두 활선 사이의 RMS 전압을 곱합니다. 그리고 1000으로 나누어 kW 단위의 전력을 구합니다. P (kW) = 3 × PF × I (A) × V L-N(V) / 1000 끝.
Read more »

제너 다이오드에 저항을 연결하는 이유

이미지
Why do we connect a resistor before a Zener diode? 아래 회로를 통해 저항의 크기를 변화시키면 어떠한 패턴이 발생하는지 살펴보겠습니다. 아래 그림에서 3개의 병렬회로에는 각각 12V가 인가됩니다. 그리고 동일한 제너 다이오드가 연결되어 있고 각각의 제너 다이오드 앞단에 60R, 6R, 0.6R 저항이 연결되어 있습니다. 그림에서 알수 있듯이 저항의 값을 줄이면 제너 다이오드에 걸리는 전류값이 증가합니다. 제너 다이오드에 흐르는 전류가 증가하면 덩달아 제너 다이오드에서 소비전력이 높아질 것이고, 과열로 인하여 다이오드가 손상될 것입니다. 따라서 제너 다이오드 앞단에 연결된 저항은 다이오드에 과전류가 흐르는 것을 막기 위해 사용합니다. 아래 데이터시트를 통해 좀더 구체적인 예를 들어 보겠습니다. 첫번째 항목인 P D 는 손실전력을 의미합니다. 위 시트상 P D =500mW입니다. 제너 전압 V Z 가 결정되어 있다면 아래 조건을 만족하도록 저항을 선택해야 합니다. 예를 들어 제너 전압이 V Z =5.1V 인 경우, 아래와 같이 최대 전류를 구할 수 있습니다. 이제 98mA를 초과하지 않도록 적절한 저항을 선택하여 제너 다이오드 앞단에 연결해 주면 됩니다. 끝.
Read more »

공압 속도 제어: 미터인 vs 미터아웃

이미지
Understanding Flow Controls: Meter-In vs Meter-Out 에어실린더에 작용하는 힘은 압력조절기(pressure regulator)에 의해 결정됩니다. 그리고 피스톤이 움직이는 속도는 속도제어(flow control) 밸브를 통해 이루어집니다. 실린더의 각 포트마다 속도제어 밸브가 설치되어 인출과 인입 속도를 제어하게 됩니다. 아래는 속도제어 밸브의 구조입니다. 위 그림에 대한 기호는 아래와 같이 표기됩니다. 미터아웃(Meter-Out) 방식의 실린더 속도제어 아래 그림은 미터아웃 방식에 대한 도식입니다. 미터인(Meter-In) 방식의 실린더 속도제어 아래 그림은 미터인 방식에 대한 도식입니다. 끝.
Read more »

[아두이노] 가변저항(Potential Divider)과 전압분배(Voltage Divider)

이미지
위 그림에서 (a)는 전압분배(Voltage Divider), (b)는 가변저항(Potential Divider)입니다. 전압분배는 고정된 두개의 저항으로 구성됩니다. 가변저항은 전압분배와 구조적으로 비슷하나 하나의 저항을 특정 지점을 기준으로 둘로 나누게 되며, 이 특정 지점은 임의로 조절 가능한 구조로 되어 있습니다. 위 그림에서 전압분배나 가변저항 모두 두 저항 사이에 Vd 포인트가 위치하고, 저항 R1, R2 크기를 조절할 수 있느냐 없느냐가 차이점입니다. 전압분배와 가변저항 둘 모두, 직렬로 연결된 두 저항의 크기에 따라 인가되는 공급 전압이 달라지는 원리를 이용하며, 공급전원을 원하는 크기로 출력하기 위해서 사용합니다. 아래 그림은 동일한 저항값을 가지는 R1, R2가 직렬로 연결되어 있는 회로입니다. Vin은 총 전압이고, R1, R2에 나누어 인가됩니다. 결론적으로 Vout은 Vin과 다른 전압을 가지게 됩니다. 각 저항 R1, R2에 얼마의 전압이 인가될지는 두 저항의 상대적인 크기와 총 저항의 크기로 결정됩니다. 그 공식은 아래와 같습니다. 아래 회로를 봅시다. Vin이 5V이고 R1 is 1KΩ and R2 is 10KΩ인 경우 Vout에 인가되는 전압은 얼마일까요?  가변저항은 다양한 저항값을 가진 제품들이 있습니다. 예를 들어 10KΩ 가변저항의 경우 0Ω에서 최대 10KΩ까지 저항값을 변경할 수 있습니다. 그럼 아두이노와 가변저항을 이용하여 LED의 밝기를 조절해 보겠습니다. 우선 가변저항은 아래와 같은 구조를 가집니다. 3개의 핀으로 구성되어 있고, Vref-Ground 핀을 통해서 공급전원을 인가하면 ouput 쪽으로 가변저항에 의해 조정된 출력전압이 인가됩니다. 우선, 아두이노 우노와 220옴 저항, LED를 이용하여 위와 같은 회로를 구성합니다. 그리고 아두이노 IDE를 이용하여 아래와 같이 코드를 입력합니다. const int ledPin = 9;  //pin 9의 PWM 기능을 이용합니다. ...
Read more »

커패시터에 저장된 에너지 계산

이미지
 Calculate the Energy Stored in a Capacitor 특정 전압으로 커패시터를 충전한 경우, 커패시터에 저장된 에너지의 양을 계산해 봅시다. 커패시터에 저장된 에너지[J]를 구하는 공식은 아래와 같습니다. 470μF 35V 전해 커패시터가 있다고 가정합시다. 이 커패시터에 저장된 에너지[J]를 구하는 계산은 아래와 같습니다. 에너지의 양은 전압의 제곱에 비례하기 때문에 전압이 크면 저장된 에너지의 양은 급격히 커집니다. 아래는 동일용량에 전압이 200V인 경우입니다. 500F 2.7V 규격의 슈퍼커패시터의 경우는 어떨까요? 이 에너지가 어느정도인지 감이 안 잡히네요. 비교를 위해, Watt-Hour 단위의 에너지 2000mAH를 가진 1.5V AA 건전지의 에너지를 J단위로 표기해 보겠습니다. 위 공식을 응용하여 계산하면 아래와 같습니다. 끝.
Read more »

3상 모터 전력에서 전류 계산하기 (How to Convert Three-Phase Power to Amps)

3상 모터의 전력값에서 전류값을 계산하기 위해서는 모터의 정격전압(voltage)과 역률(power factor)을 알고 있어야 합니다. 역률은 실제 전압과 그 전압으로 인해 흐르는 전류 사이의 지연정도를 의미합니다. 이런 정보는 모터의 명판에 대부분 기재되어 있습니다. 3상 모터의 정격전압값과 전류값이 주어진 경우 전력을 계산하는 공식은 아래와 같습니다. W (watts) = V (volts) x I (amps) x 1.732 x power factor 위 식에서 전류값을 구하는 공식을 유도하면 아래와 같습니다. I = W / (V x 1.732 x power factor) 전력에는 3가지 타입이 있습니다. 유효전력 (Active Power)는 와트 (Watt) 단위이며 전기소자에 의해 실제로 소비된 전력을 의미합니다. 무효전력 (Reactive Power)는 VAR (Volt-ampers reactive) 단위이며, 유도형 모터 (inductive motor)나 변압기 (transformer), 솔레노이드가 무료전력을 저장 또는 방출합니다. 피상전력 (Apparent Power)는 인가되는 AC 전압과 총 전류의 곱이며, 유효전력과 무효전력의 합이기도 합니다. 유효전력과 피상전력의 관계는 다음과 같습니다. 1kVA = 1kW / power factor 또는, 1kW = 1kVA x power factor 즉, 전기소자가 실질적으로 소비하는 유효전력은 전기소자에 인가되는 피상전력과 전기소자의 역률의 곱으로 해석할 수 있습니다.
Read more »

회로 차단기 용량 선정하는 방법

이미지
Sizing the Circuit Breakers 회로 차단기의 용량을 선정하는 방법 몇가지를 소개합니다. Using the Specification Sticker 회로 차단기에 연결할 제품에 제원 스티커가 있고 소비전류가 표기되어 있다면, 가장 쉽게 계산할 수 있습니다. 예를 들어, 스티커에 0.1 A @ 115 VAC, 60 Hz로 표기된 제품이 115 VAC용 회로에서 12개 사용되고 하나의 회로 차단기에 연결되는 경우라면 아래와 같이 계산할 수 있습니다. 0.1 A x 12 = 1.2 A Using the Watts/Volts Method (유효전력) 제품의 소비전력(W)값을 전압(V)로 나누어 소비전류를 구하는 방법이 있습니다. 예를 들어, 정격전압 120 VAC에서 소비전력 240 W인 제품의 소비전류는 아래와 같이 계산될 수 있습니다. 240 W / 120 V = 2 A Considering the Power Factor (역률) 위에서 사용된, 소비전력을 전압으로 나누는 방법은 역률이 1에 가까운 경우에만 유효합니다.역률이 낮은 경우 실제 소비전력은 위 방법으로 구한 값보다 높은 전류값을 가집니다. 그러므로, 역률이 0.9 이하인 제품이 회로 차단기에 연결되는 경우 역률를 고려하여 계산해야 합니다. 예를 들어, 정격전압 120 VAC에서 소비전력 240 W인 제품의 역률이 0.7이라면 아래와 같이 계산될 수 있습니다. 2 A / 0.7 = 2.8571 A 이 값은 역률를 고려하지 않는 경우에 비해 약 50% 높은 값입니다. Using the Volt Amps Method (피상전력) 만약 제품의 제원 스티커에 소비전력이 VA 단위로 표기되어 있다면 이 값을 전압(V)로 나누어 소비전류를 구하면 됩니다. 예를 들어, 소비전력이 360 VA로 표기된 120 V 제품의 경우 아래와 같이 계산하면 됩니다. 360 VA / 120 V = 3 A 이 경우에는 역률을 고려하지 않아도 됩니다. Selecting the Circuit Breaker Nationa...
Read more »

3선 결선식 센서의 타입 PNP, NPN

이미지
원문:  https://www.schneider-electric.co.uk/en/faqs/FA142566/ 산업용 근접센서는 대부분 반도체 부품으로 만들어집니다. 근접센서에서, 트랜지스터와 같은 반도체 부품은 물체의 근접을 감지하게 되면 출력을 스위칭(출력을 내보내거나 차단) 하는데 사용됩니다. 3선 결선 방식의 센서는 회로와 트랜지스터 구성방식에 따라 PNP 타입과 NPN 타입으로 나눌 수 있습니다. 한가지 중요한 점은 PNP, NPN 타입의 구분은 센서가 NO(normally open) 타입인지, NC(normally closed) 타입인지와는 상관이 없다는 것입니다. PNP, NPN 타입 센서 모두 NO, NC 접점을 가질 수 있습니다. PNP, NPN 타입 중 무엇을 선택해야 하나? PNP, NPN 센서 타입 중 어떤 것을 사용할 지는 센서가 사용될 회로의 환경에 달려 있습니다. 릴레이를 사용하는 전통적인 회로 구성방식에서는 아래와 같이 PNP, NPN 센서를 사용할 수 있습니다. PNP 방식은 센서의 출력선을 릴레이 코일의 +단자에 결선합니다. NPN 방식의 센서는 출력선을 릴레이 코일의 -단자에 결선합니다. NPN 방식보다는 PNP 방식이 많이 사용되고 있습니다. PLC를 이용하는 환경에서 센서의 타입을 선택하는 경우에는 PLC 입력카드의 타입에 유의해야 합니다. PLC 입력카드에는 입력카드의 입력단자로 전류가 흐르는 sink타입과, 입력카드 입력단자에서 전류가 나가는 source타입 두가지가 있습니다. PNP 타입의 센서를 사용하는 경우 sink 타입의 입력카드를 사용하고, COM단자에 -전원을 인가합니다. 그리고 센서의 출력부를 입력카드의 입력단자에 연결합니다. NPN 타입의 센서를 사용하는 source 타입의 입력카드를 사용하고, COM단자에 +전원을 인가합니다. 그리고 센서의 출력부를 입력카드의 입력단자에 연결합니다. PNP 타입의 센서가 많이 사용되므로 덩달아 sin...
Read more »

[python] 파이썬 pyplot 2차원 그래프 샘플 코드

이미지
예제 코드를 실행하기 위한 환경입니다. 라이브러리: matplotlib, numpy IDE : Spyder 데이터를 포함하는 2개의 배열로부터 2차원 그래프를 생성하겠습니다. 아래는 샘플 데이터입니다. 파이썬 코드는 아래와 같습니다. import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np m = np.array([1.0, 2.0, 4.0, 6.0, 9.0, 11.0]) V = np.array([0.13, 0.26, 0.50, 0.77, 1.15, 1.36]) plt.plot(m, V, 'o') plt.xlabel('m (kg)') plt.ylabel('V (l)') plt.show() 실행하게 되면 아래와 같은 그래프를 출력할 수 있습니다. 만약 아래와 같이 함수를 포함하는 데이터를 이용하여 그래프를 생성하는 경우를 다루어 보겠습니다. 함수의 입력값에 대한 수열과 각 입력값에 대한 출력값 수열을 생성하고 그래프를 생성하면 됩니다. 아래는 샘플 코드입니다. import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np x0 = 0.0 x1 = 10.0 dx = 0.1 n = 100 # x축 데이터용 n x 1 행렬을 만들고 0으로 초기화 x = np.zeros((n, 1), float) # y축 데이터용 n x 1 행렬을 만들고 0으로 초기화 y = np.zeros((n, 1), float) for i in range(n): x[i] = x0 + i*dx y[i] = np.sin(x[i]) plt.plot(x, y) plt.show() 아래는 실행 결과입니다. 위 코드는 linspace 함수를 사용하면 보다 간결하게 작성할 수 있습니다. import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np x = np.linspace(0, 10, 100) y = np.sin(x) plt...
Read more »