먼저 알아둘 용어
NTC(Negative Temperature Coefficient)·R-T 표 — NTC는 온도가 올라갈수록 저항이 내려가는 온도 센서(sensor)입니다. R-T 표는 해당 센서의 저항과 온도 관계를 나타내며 같은 25°C 정격 저항이라도 곡선이 같다고 가정하지 않습니다.
선형화·기하평균·외삽 — 선형화는 관심 구간에서 출력과 온도의 관계를 직선에 가깝게 만드는 작업입니다. 두 저항의 기하평균은 두 값의 곱에 제곱근을 취한 값입니다. 외삽은 검증 구간 밖까지 관계식을 늘려 쓰는 것입니다.
자가 발열·열 정착·Vref — 자가 발열은 측정 전류가 센서 자체의 온도를 올리는 현상입니다. 열 정착은 센서와 측정 대상이 충분히 안정된 상태이며 Vref는 출력 영점을 조정하는 기준 전압입니다.
작동 원리
NTC를 고정 저항과 분압하면 온도에 대한 전압 곡선을 제한된 범위에서 완만하게 만들 수 있습니다. 이후 이득과 오프셋(offset)으로 ADC(Analog-to-Digital Converter) 범위를 넓게 사용합니다. 핵심은 전체 온도 영역의 직선성이 아니라 실제 관심 구간에서의 오차와 감도를 정하는 것입니다.
적용 순서
- 센서의 R-T 표에서 관심 구간 두 끝점의 저항을 찾습니다. 이 예시에서 두 저항의 기하평균은 약 1.359 kΩ이며 표준값 1.37 kΩ을 선택합니다.
- 3.3 V → NTC → 분압 노드(node) → 1.37 kΩ → GND(Ground)의 연결을 가정합니다. 분압 노드 전압은 3.3×1.37 kΩ/(NTC 저항+1.37 kΩ)입니다. NTC가 25°C에서 2.252 kΩ, 50°C에서 819.7 Ω이면 각각 약 1.248 V와 2.065 V입니다.
분압 노드는 비반전 입력으로, 분압 노드와 별도로 만든 낮은 임피던스(impedance)의 기준 전압 Vref는 1 kΩ을 거쳐 반전 입력으로 연결합니다. 출력과 반전 입력 사이에 2.87 kΩ을 연결한 관계에서는 Vo=3.87×분압 전압−2.87×Vref입니다. Vo는 출력 전압입니다. Vref를 약 1.659 V로 두어 출력의 중심을 조정합니다.
- 표준 저항값으로 다시 계산합니다. 이상적인 목표 0.05~3.25 V를 정했더라도 이 저항비와 기준을 적용한 출력 계산은 약 0.07~3.23 V입니다. 반올림과 저항·기준의 오차를 함께 고려합니다. 목표 범위와 실제 부품값의 계산 범위를 구분합니다.
- 기준 온도점과 중간점에서 충분히 안정시킨 뒤 출력 오차를 기록합니다. 단순 두 점 보정 뒤에도 중간 구간 비선형 오차를 확인합니다.
적용 조건과 한계
선형화 후에도 센서 자체 오차와 자가 발열, 접촉 상태, 온도가 전달되는 데 걸리는 시간, 기준 전압 오차는 남을 수 있습니다. 분압으로 만든 Vref의 출력 저항이 피드백(feedback)망에 더해지면 이득도 바뀔 수 있습니다. 검증한 온도 구간 밖에서도 같은 직선 관계가 성립한다고 가정해 계산하지 않습니다.
확인과 기록
25°C와 50°C만 맞고 중간값이 틀리면 선형화 오차를 확인합니다. 온도가 변할 때만 오차가 커지면 열적 정착과 자가 발열 조건을 분리해서 봅니다.
작업 순서를 다시 확인합니다
NTC 사진·도식의 품번과 베이스 부하를 먼저 대조합니다
앞의 3.3 V ADC 예와 별도로, 9 V 전원의 NTC·트랜지스터 LED 표시기를 보겠습니다. 저장된 도식의 10K Thermistor와 사진의 NTC 8D-20은 서로 다른 표기입니다. Aolittel의 8D-20 제품표에는 8 Ω가 기재돼 있지만, 그것은 해당 제조사 제품 정보이며 사진 부품의 제조사나 실측값을 확정하지 않습니다. 도식에 쓰여 있지 않은 25 °C를 사진이나 도식의 관찰 사실로 덧붙이지 않습니다.
실제 부품의 제조사·전체 품번·정격 저항과 기준 온도·R-T 곡선·허용 전력부터 확인합니다. 돌입 전류 제한용 NTC의 자기 가열을 이용하는 동작과 온도 감지용 NTC의 낮은 측정 전류 조건은 구별해야 합니다. 같은 NTC라는 이름만으로 바꾸면 분압값뿐 아니라 측정 대상과 센서 자체의 온도 관계도 달라집니다.
문자 기록에서 읽은 연결은 +9 V → NTC → Q1 베이스 노드 → 가변저항 → 음극입니다. Q1 이미터는 Q2 베이스로, 두 컬렉터는 LED 아래 공통 노드로, Q2 이미터는 음극으로 이어집니다. Q1 컬렉터를 전원 양극에 바로 연결한 다른 회로로 바꾸어 설명하지 않습니다. 이는 저장 도식의 접속 해석이며 실제 제작물의 배선 확인은 아닙니다.
베이스가 전류를 받지 않는 분압 근사는 Vnode=9×Rset/(RNTC+Rset)입니다. 실제 Q1 베이스 전류가 흐르면 이 값에서 달라집니다. 이를 곧바로 특정 온도의 LED 점등 문턱으로 환산하지 않습니다. 두 접합의 전압·전류 이득·센서 오차와 열 정착을 포함해야 하며, 390 Ω 표시만으로 실제 LED 전류도 확정할 수 없습니다.
검증할 때는 실제 온도와 센서 저항, 분압 노드, LED 전류를 함께 기록하고 온도 상승과 하강을 따로 비교합니다. 켜짐·꺼짐 경계가 다르게 보이면 의도된 전기적 히스테리시스인지 열 지연·자기 가열·잡음의 결과인지 구분합니다. 여기서는 그런 시험을 하지 않았으며 팬·모터의 온도 보호나 안정된 문턱 동작을 보장하지 않습니다.
English summary. The pictured 8D-20 marking does not identify a verified 10-kilohm sensing part. Verify the exact part and loaded base node; an unloaded divider equation is not a measured switching temperature or proof of hysteresis.
NTC를 아래쪽에 놓으면 분압 전압의 변화 방향이 반대입니다
앞의 NTC 위쪽 배치와 달리, 전원 → 고정 저항 Rtop → 분압 노드 → NTC → GND로 연결하면 무부하 분압 전압은 Vnode=Vs×RNTC/(Rtop+RNTC)입니다. 온도가 올라 NTC 저항이 작아질수록 노드 전압은 내려갑니다. 같은 센서라도 분압기의 위아래 위치가 다르면 전압 변화 방향이 달라집니다.
이 노드를 LM358의 반전 입력(−)에, 가변저항으로 만든 기준 전압을 비반전 입력(+)에 넣은 도식에서는, 두 입력이 유효 동작 범위 안에 있을 때 Vnode가 기준보다 낮아지는 방향으로 출력이 높은 쪽으로 움직이는 관계를 읽을 수 있습니다. 이는 입력 순서와 분압식의 해석이며 특정 온도에서 정확하게 전환됐다는 측정 결과는 아닙니다.
출력 → 저항 → 트랜지스터 베이스 → 저측 코일 구동 경로와 코일 표시 LED, 릴레이 접점에 연결된 부하 경로는 구분합니다. LED가 켜진 상태가 실제 접점 절환이나 부하 차단의 증거는 아닙니다. 코일 전류·트랜지스터 동작점·접점 결선과 상태를 별도로 검증해야 합니다.
TI LM358 계열 데이터시트는 형번별 입력 범위와 출력·오프셋 조건을 구분합니다. LM358은 연산 증폭기이므로 전원 양 끝까지 입출력이 가능한 이상 비교기로 취급하지 않습니다. 실제 제조사·형번의 입력 공통모드, 출력 구동·포화 회복과 필요한 히스테리시스를 확인해야 합니다. 센서의 R-T 곡선, 기준 전압·오차와 측정값이 없으면 온도 차단점을 확정할 수 없습니다.
도면의 12 V–GND 사이 C1에 100u라고 쓰여 있다고 해서 실제 부품의 전압 정격·극성·배치나 안정화 효과가 검증된 것은 아닙니다. 이 설명은 도식의 신호 경로 해석이며 실제 온도 보호 또는 부하 차단 성공을 주장하지 않습니다.