강좌를 시작하기 전 양해의 말씀을 드립니다.
이 강좌는 책도 없이 제가 여기저기 인터넷에서 자료를 찾아서 공부한 내용을 정리할 목적으로 만들었습니다. 따라서 체계적인 정리 등은 기대할 수 없어요. -_-; 나름 정리를 하려고 하는데요, 과연… 어쨋든 그냥 합니다.
제가 중학교인가 고등학교인가 전기에 대해서 배울 때 전기는 물과 같은 성질을 띈다고 배웠습니다. 그래서 선을 병렬로 연결하여도 전압은 같으며 전류는 나눠진다고 합니다. 전압의 정의는 두 지점 사이의 전위차라고 합니다만 전기의 압력 또는 세기라고 이해하면 쉽습니다. 전류는 이동하는 전하의 양으로 진짜로 전자의 양을 말하지요. 전선을 수도 파이프로 본다면 파이프를 연결한 것을 둘로 갈라선다고 해도 물의 세기(압력)는 거의 같고, 흐르는 양은 반 또는 파이프의 굵기에 따라 나눠지겠죠. 저항은 전하가 이동을 막는(저항하는) 놈들로 중간에 조금 막히니까 세기가 줄어듭니다. 따라서 전기가 흐를 때 저항이 있다면 저항하는 만큼 전압이 낮아지겠죠. 전기회로를 구성하는 소자는 저항, 콘덴서, 다이오드, 코일 등등이 있습니다. 가장 이해하기 쉽고 많이 나와서 저항을 먼저 실습해 보았습니다. 이를 계산하는 법칙 중 가장 유명한 것이 옴의 법칙입니다.
V = IR
V는 전압, I는 전류, R은 저항입니다. 저것을 조금 바꾸면
I = V/R
으로 표현할 수 있습니다. 그런데 또 다른 법칙인 전력을 계산하는 식은
P = VI
로, 다시 전압을 전류와 저항으로 환산하면
P = I2R
로 표현할 수 있습니다.(이건 왠지 삼천포로 갈 듯해서 스탑. -_-)
그럼 일단 회로를 먼저 들이대볼께요.
간단한 저항 연결 1
중/고등학교 때 익숙한 회로입니다. 대학교(전기전자공학 등)나 현업에서는 위와 같이 표현하지 않고 다음과 같이 표현하나 봅니다.
간단한 저항 연결 2
그림 2의 위로 향한 화살표가 +이고 Vcc라고 하고, 반대편 끝 쪽에 있는 것을 GND(그라운드)라고 하며 -를 뜻합니다.(저항은 +/-가 없어요. ~_~) 요걸 실제 브레드보드에 구현해 보았습니다.
실제 회로 1
사진이 영 어둡죠? -_- 번쩍번쩍한다던가 움직이는 게 없으니까 아직 좀 재미가 떨어집니다. 그치만 테스터기를 갖고 계신 분이라면 좀 나아질 수 있어요. 전원을 건전기 1.5V 4개 직류로 연결하였습니다. 직류회로에서 직렬연결한 전원의 계산은
Vcc = V1 + V2 + V3 + V4
이므로 6V가 되겠습니다. 그치만 테스터기로 확인해보니 6.1V더군요. 음.. 역시 이론과 실제는 달라요. -_- 게다가 저항을 연결한 곳은 5.5V 되겠습니다. 좀 있다 계산해보죠. 그리고 저항은 100k를 사용하였는데 그것도 측정하여보니 99.9k옴이었습니다. 흥..
전류는 직렬연결하였을 때 똑같은 값이 됩니다.
Icc = I1 = I2 = I3 = I4
파이프에 흐르는 물을 생각해보면 쉬울겁니다. 아무리 많이 연결해도 일자로 연결하면 뭐.. 항상 같은 양이 흐르겠죠.
문제는 요 쪼마난(AA 사이즈) 에너자이저 건전지는 전류가 워낙 약해서.. 측정하기도 어렵습니다. -_- 그래서 옴의 법칙을 이용해서 계산해 보았습니다.
I = 5.5 / 100000 = 0.000055
0.000055A(암페어)라니요.. 보통 쓰는 mA로 바꿔도 0.055mA 입니다. 제 테스터기로는 측정불가능이군요 -_-;
아, 테스터기로 측정할 때 주의할 점은, 전압은 병렬로 집어내면 되어서 쉬운데(회로가 연결되어 있을 때 선을 대충 양 쪽에 대어보면 됩니다.) 전류나 저항은 연결되지 않은 개방형태로 측정해야 합니다. 저항만 딱 떼어서 양 끝을 테스터기 양단에 붙여보거나 회로를 끊고 테스터기의 양 끝을 회로인 것 처럼 연결해야 한다는 것입니다. 손이 두 개 밖에 없어서 사진을 못찍겠네요. 네 개면 찍을만한데. -_-
저항을 연결하였을 때 일어나는 일은 그냥 하나만이 아닙니다. 여러가지 사건이 발생하지요. 먼저 위에서 측정한 것 처럼 전압강하가 일어납니다. 전압이 떨어진다는 것이죠. 전원은 6.1V였으나 저항 이후의 전압은 5.5V가 되었습니다. 아래의 그래프를 보시면 이해가 쉽습니다.
전압강하 그래프 1
따라서 회로를 구성할 때, 특정 소자에 전원의 전압이 더 크다면 해당 소자의 필요 전압에 맞춰서 내려줘야 합니다. 어떤 것은 5V를 사용하고 어떤 것은 3.3V를 사용하고 그렇습니다. 전자부품 쇼핑몰을 계속 훓어보면서 스펙을 보면 필요전압이 나오는데 거기에 맞추려면 입력전압과 저항을 조절할 필요가 있지요. 그래서 회로에 저항을 사용하기도 합니다.
어떤 회로에서는 전원이 한 개 이상이거나, 전압강하되어 낮은 전압과 높은 전압이 만나기도 합니다. 물의 세기가 다른 두 물줄기가 만나면 파장이 생기지요. 전기도 마찬가지로 쭉 같은 크기로 흐르는 전압이 다른 전압과 만나면 파장이 일어나는데 이걸 노이즈라고 부르며 회로가 제대로 동작하지 않는 원인 중 하나라고 하는데요, 그 파장을 줄이기 위해 전압을 사용하기도 한다네요.
뭐, 필요에 의해서 저항을 사용하지만 전기가 저항을 만나면 열이 발생합니다. 막 부딛혀서 저항하니까요. -_- 그래서 전류가 소비되는데 그것을 전력으로 환산하여 계산할 수 있습니다.(그래서 위에 전력을 얘기했던…) 각 소자의 스펙에는 소비전력을 표시하고 있습니다. 제가 구한 저항들은 대개 1/4W의 전력을 소비한다고 되어있군요. 정교한 테스터기만 있으면 소비전력이나 전류까지 계산하고 측정할 수 있을텐데 아쉽습니다.(테스터기도 좋은 건 비싼 이유가 이거였군요.. T-T)
아 그리고 위에 회로를 그리는 프로그램은 TinyCad라는 프로그램입니다. 오픈소스이며 윈도에서 돌아갑니다.
TinyCad
사용법을 좀 더 익히면 그 때 다시 자세히 써 보도록 하겠습니다.
그럼 저항에 관한 간단한 정리는 여기서 끝!
