회로의 기초

회로의 구성

 

< 기본 회로 >  

 

회로의 기본 구성은 전원과 부하로 볼수 있다.

건전지, 전기와 같은 에너지 공급원을 전원이라 부르고, 부하는 전원을 힘을 쓰는 곳을 부하라한다. 부하의 예로는 전구, 모터등이 있다.

 

 

전류의 흐름

 

< 전자의 흐름과 전류의 흐름 >

 

전류의 흐름은 전자의 흐름을 말하는 것인데, 위에 그림과 같이 전원의 + 에서  - 로 흐른다.

하지만, 위에 내용은 19세기초 전자가 발견되기 전에 +에서 -로 흐른다고 약속 한것이였는데,지금은 전자가 발견되고, 전자의 흐름은 -에서 +로 흐르는 것을 알아 냈다.

그러나, 전자의 흐름이나 전류의 흐름이나 사용할때는 문제가 안되므로, 전류의 흐름을 사용 한다.

 

전압강하

 

전압강하에 대해 설명하기 좋게 위에 회로도를 준비하였다.

위에 회로는 100[V]의 전압과 50[Ω]의 저항과 2[A]의 전류로 이루어져 있다.위에 값들은 옴의 법칙이 성립된다.   50[Ω] X 2[A] = 100[V]

 

전압강하는 저항에 전류를 흘렀을때, 저항에 생기는 전압을 전압강하라고 한다.

 

그럼 위에 회로에서는 50[Ω]의 저항에 걸리는 전압강하는 50[Ω] X 2[A] = 100[V]의 전압강하가 생긴다.

이번에는 저항을 2개를 이용해서 전압강하를 이해해 보자.

 

위에 회로는 저항을 2개를 사용한 직렬회로로 자세한것은 다음에 설명 하겠다.

중요한것은 직렬회로에서 합성저항값(저항의 합)은 저항의값을 더하면 된다는 것이다.

위에 회로에서 20[Ω]과 30[Ω]은 직렬로 연결되어 있으므로, 합성저항값은 20[Ω] + 30[Ω] = 50[Ω]

이 된다.  그럼 위에 회로는 옴의 법칙이 성립되는 것을 알수 있다.

( 20[Ω] + 30[Ω] ) X 2[A] = 100[V]

 

그럼 20[Ω]과 30[Ω]에 걸리는 전압강하가 얼마인지 알아 보자.

20[Ω] 의 전압강하 : 20[Ω] X 2[A] = 40[V]                        

30[Ω] 의 전압강하 : 30[Ω] X 2[A] = 60[V]               

 

회로접속방법

회로도에서 2개 이상의 저항이나 부하를 사용할때 접속방법은 기본적으로 2가지가 있다. 각 각의 접속 방법에 특징을 잘 외워 두자.

 

1. 직렬 접속

 

< 직렬 접속의 예 >

 

직렬 접속 방법은 위의 그림과 같이 부하를 일자로 연결한것을 말한다.

직렬회로의 특징은 " 전류의 값이 동일하고 저압의 값은 다르다 " 이다.

부하가 저항, 콘덴서에 따라서 값을 구하는 방식이 달라지고,

2개 3개 4개 등 여러개를 연결하여도 상관없다

 

< 직렬 회로의 저항 >

 

저항을 직렬로 만들었을때의 합성 저항과 각 저항에 걸리는 전압과 전류에 대해 알아 보자.

 

1. 직렬회로의 합성저항값

합성저항은 저항의 값을 간단하게 값을 만드는 것이다.

합성저항은 직렬과 병렬일때 구하는 방법이 다르고, 저항, 콘덴서를 사용 할때 계산법이 달라진다.

위에 회로에서 직렬 저항의 합성 저항값은 R = R1 + R2 + R3 이다.

( 저하의 개수가 많으면 Rn을 추가 해 주면 된다. ex : R = R1 + R2 + R3 + R4 + R5 )예로 위에 회로에 R1 = 200[Ω], R2 = 400[Ω], R3 = 400[Ω] 일때 합성저항값을 구해 보자.

 

R = R1 + R2 + R3

R = 200 + 400 + 400

R = 1000 [Ω]                                                                  합성저항값 : 1000 [Ω]

 

2. 직렬회로의 전류값

이번에는 전류의 값을 구해 보자.

전류의 값을 구할려면, 옴의 법칙을 이용하면 된다.

주의 해야 할점은 전류의 값을 구하기전에 합선저항값을 옴의 법칙으로 계산해야 한다. 

 

R1 = 200[Ω], R2 = 400[Ω], R3 = 400[Ω]  V = 1000[V]일때 전류값을 구해 보자.

I = V / R 을 이용 하여, I = 1000 / (200 + 400 + 400)  전류는 1[A]가 된다.

 

.

 

 

2. 벙렬 접속

 

< 병렬 접속의 예 >

병렬 접속 방법은 위의 그림과 같이 부하를 함꺼번에 연결한것을 말한다.병렬회로의 특징은 " 전압의 값이 동일하고 전류의 값은 다르다 " 이다.

 

 

< 병렬회로의 저항 >

 

저항을 병렬로 만들었을때의 합성 저항과 각 저항에 걸리는 전압과 전류에 대해 알아 보자.

 

 

1. 병렬회로의 합성저항값

 

위에 회로에서 직렬 저항의 합성 저항값은 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 이다.

( 저하의 개수가 많으면 1/Rn을 추가 해 주면 된다. ex : 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4 +1/R5 )

예로 위에 회로에 R1 = 200[Ω], R2 = 400[Ω], R3 = 400[Ω] 일때 합성저항값을 구해 보자.

 

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3

1/R = 1/200 + 1/400 + 1/400

1/R = 4/400 ( 분모통일 )

R = 400/4 ( 분모와 분자의 자리 바꿈 )

R = 100 [Ω] 이 된다.                                                       합성 저항값 : 100 [Ω]

 

 

2. 병렬회로의 전류값

 

이번에는 전류의 값을 구해 보자.

전류의 값을 구할려면, 옴의 법칙을 이용하면 된다.

주의 해야 할점은 전류의 값을 구하기전에 합선저항값을 옴의 법칙으로 계산해야 한다. 

 

R1 = 200[Ω], R2 = 400[Ω], R3 = 400[Ω]  V = 1000[V]일때 전류값을 구해 보자.

I = V / R 을 이용 하여, I = 1000 / (1/200 + 1/400 + 1/400)  전류는 10[A]가 된다.

 

직병렬합성저항 구하기

 

 

 

<회로1>   회로1의 합성저항구하는 방법   1) R2과 R3의 합성저항값을 구한다. 2) 1에서 구한 값과 R1의 합성저항값을 구한다.      

 

 

<회로2>   회로1의 합성저항구하는 방법   1) R1과 R2의 합성저항값을 구한다. 2) R3과 R4의 합성저항값을 구한다. 3) 1,2에서 구한 값의 합성저항값을 구한다.  

 

 

<회로3>   회로3의 합성저항구하는 방법   1) R1과 R2의 합성저항값을 구한다. 2) 1에서 구한 값과 R3의 합성저항값을 구한다.      

 

 

<회로4>   회로4의 합성저항구하는 방법   1) R1과 R3의 합성저항값을 구한다. 2) R2과 R4의 합성저항값을 구한다. 3) 1,2에서 구한 값의 합성저항값을 구한다.

 

직렬회로의 콘덴서

 

 

< 직렬회로의 콘덴서회로 >

 

콘덴서는 8장에서 처음 사용 하는 부품이다. 자세한것은 심벌메뉴에서 콘덴서를 확인하기 바란다.

직렬회로의 콘덴서를 배우기 전에 사용되는 단위와 기호등을 알아 보자.

 

명칭	기호	단위	설명
정전용량	C	[F]	전하의 저장능력을 나타낸 것
전하	Q	[C]	전기의 량

 

콘덴서는 전하를 저장하는 부품이다. 그래서 옴의 법칙을 사용 하지 않고 Q = C X V를 사용한다.

콘덴서에서는 자기가 가지고 있는 정전용량을 가지고 있다. (ex : 10[uF] 200 [uF] )

콘덴서에 전압(V)를 가하면, Q(전하)만큼의 전하가 저장되는 것이다.

 

 

 

직렬회로의 합성용량값

 

합성용량은 콘덴서의 정전용량을 간단하게 값을 만드는 것이다.

합성용량은 직렬과 병렬일때 구하는 방법이 달라진다.

 

위에 회로에서 직렬 콘덴서의 합성 용량값은 1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 이다.

( 저하의 개수가 많으면 Rn을 추가 해 주면 된다. ex : 1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + 1/C4 + 1/C5 )

예로 위에 회로에 R1 = 2[F], R2 = 4[F], R3 = 4[F] 일때 합성용량값을 구해 보자.

 

1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3

1/C = 1/2 + 1/4+ 1/4

1/C = 4/4 ( 분모통일 )

C = 4/4 ( 분모와 분자 자리바꿈 )                                 합성저항값 : 1[F]

 

 

 

 

< 병렬회로의 콘덴서 회로 >  

콘덴서는 전하를 저장하는 부품이다. 그래서 옴의 법칙을 사용 하지 않고 Q = C X V를 사용한다.

콘덴서에서는 자기가 가지고 있는 정전용량을 가지고 있다. (ex : 10[uF] 200 [uF] )

콘덴서에 전압(V)를 가하면, Q(전하)만큼의 전하가 저장되는 것이다.

 

 

 

직렬회로의 합성용량값

 

합성용량은 직렬과 병렬일때 구하는 방법이 달라진다.

 

위에 회로에서 직렬 콘덴서의 합성 용량값은 C = C1+ C2 + C3이다.

( 저하의 개수가 많으면 Rn을 추가 해 주면 된다. ex : C = C1+ C2 + C3 + C4 + C5 )

예로 위에 회로에 R1 = 2[F], R2 = 4[F], R3 = 4[F] 일때 합성용량값을 구해 보자.

 

C = C1+ C2 + C3

C = 2+ 4 + 4

C = 10[F]                                                        합성용량값 : 10[F]

 

콘덴서 충,방전 시물레이션 결과물

도움이 될것 같아서 콘덴서의 충전, 방전을 오실로스코프로 만들어 올립니다.

 

 

 

 

+ 왼쪽그림은 충전과정, 오른쪽은 방전과정

 

+ 충전과정에서 윗줄은 +부분  아랫줄은 -부분

 

회로도의 부하 4종류

처음에 회로의 구성은 전원과 부하로 이루어 진다고 말했습니다.

 

부하는 또 여러 종류로 나누어집니다.

 

지금부터 부하의 여러종류를 단축 시켜 알아 봅시다.

 

1) 전원회로 - 회로에 필요로 하는 전압으로 바꾸어 주는 회로입니다. ( 220[V] → 12[V] 등 )

 

2) 입력회로 - 스위치/센서등을 이용하여 입력을 넣어주는 컴퓨터의 키보드/마우스라고

                   생각하면 됩니다.

 

3) 출력회로 - 디스플레이/스피커등을 이용하며  출력을 보여주는 컴퓨터의 모니터/프린터라고

                   생생각하면 됩니다.

 

가. 부하의 종류 - 전원회로

부하의 종류중 전원회로에 대해 알아 봅시다.

 

전원회로는 회로의 원하는 전압을 일정한 전압으로 유지할수 있도록 만들어 주는 목적으로 사용됩니다.

 

전원회로는 큰게 4종류가 있다고 생각 합니다.

1) 변압회로

2) 정류회로

3) 평활회로

4) 정전압회로

 

이제 자세히 알아 볼까요.

 

 

1. 전압회로의 구성 4종류

 

전압회로의 구성 4종류의 기능에 대해 알아 봅시다.

1) 변압회로 - 변압회로는 변압기의 1차측 2차측의 코일권선비를 이용하여 출력전압을 만들어 낸다.

                   간단한 예로 1차측의 코일권선비는 2 ,  2차측의 코일권선비는 1 일때

                   입력을 220[V]를 넣으면  출력은 110[V]가 되는 것이다.

* 1차측이 입력 2차측이 출력

 

2) 정류회로 - 다이오드의 정류작용을 이용하여 만든 회로로 교류가 가지고 있는  (+), (-)전압중

                   원하는 전압만 출력에 나오게 하여 사용 한다.

* 다이오드의 정류작용에 대해 알고 싶으면 클릭하세요.

 

3) 평활회로 - 평활회로는 전압에 교류성분과 직류성분이 섞여 있으면. 교류성분은 제거하여

                   평활한(평평한) 직류 성분만을 출력되도록 만들어 주는 회로다.

 

4) 정전압회로 - 정전압회로는 외부조건(부하 조건과 입력 전원의 전압변동)에 관계 없이 항상

                      일정한 출력 전압을 유지하게 만들어 주는 회로이다.

* 단, 출력전압은 입력전압보다 작아진다.

 

 

이제 그 기능을 알았으니 대표적인 회로로 알아 보자.

 

 

2. 전원회로 회로도

 

 

기본적인 정류회로를 보면 위에와 같이 됩니다.

그 기능이 어떻게 작동되는지 위에 출력파형으로 보면서 합시다.

제일처음 변압회로에 들어 가기전 파형을 보면 교류파형과 변압회로에서 나온 출력 파형을 보면

변압기의 기능으로 인해 전압이 줄어들었음을 알수 있습니다.

그리고 정류회로는 그 줄어둔 교류파형이 다이오드를 걸쳐 (+)전압만 출력된것을 볼수 있죠 ^^

 

그리고 평활회로에서 평평한 전압으로 바꾼것을 볼수 있습니다.

하지만 아직 교류성분이 조금 남아 있어서 울퉁불퉁한것을 알수 있습니다.

 

정전압회로의 출력을 보면 직류전압과 확실히 비슷해 진것을 알수 있습니다.

하지만 출력전압이 입력전압보다 작습니다.

 

이 과정을 걸치면 교류전압은 완벽한 직류전압으로 사용할수 있답니다.

 

3. 주절주절

 

교류전압을 직류전압으로 바꾸어 주기 위해서는 정류회로를 사용해야 합니다.

하지만 직류전압에서 직류전압으로 바꾸어 줄때 ( ex : 9[V] → 5[V] )는 정전압회로만 따로 사용한답니다. ^^

 

정류회로는 반파정류, 전파정류, 브리지정류가 있습니다. 위에 회로는 반파정류회로입니다.

 

정전압회로도 여러종류가 있습니다. 제너다이오드를 이용한 정전압회로 다이오드를 이용한 정전압회로, 레귤레이터를 이용한 정류회로가 있습죠.

 

위에 회로들은 지금 알필요가 없으니, 회로분석하는 중간중간에 가르쳐 드리겠습니다. ^^

 

4) 연산회로 - 입력회로와 출력회로의 사이에 있는 회로로 입력받은 값을 원하는 출력값으로

                   나올수 있도록 만든 회로부분입니다.

 

저는 이렇게 4부분으로 부하의 종류로 나누었습니다.

 

회로 분석을 하기전 회로의 구성과 그 것이 무엇을 하는 역활이지 알고 분석을 시작 하면.

회로분석이 훨씬 알기 쉬워진답니다. :D

 

나. 부하의 종류 - 입력회로

입력회로는 크게 2가지가 있다고 생각 합니다.

 

1) 디지털입력회로

2) 아날로그 입력회로

* 디지털과 아날로그를 모르면 누르세요.

 

1. 입력회로의 구성 2종류

 

1) 디지털입력회로 - 디지털입력회로는 입력값이 1(ON)또는 0(OFF) 둘중에 하나입니다.

                            입력값이 1 또는 0이므로 정확한 입력값을 사용할 수 있다는 장점이 있지요.

                            하지만 입력값을 많이 사용 한다면 회로가 복잡해 진답니다.

 

2) 아날로그입력회로 - 아날로그입력회로는 입력값이 자유롭습니다.

                               대신 아날로그는 정확한 입력값을 사용하기 힘들다는 단점이 있지요 _ㅠ

                               하지만 입력값이 자유로워서, 많은 입력값을 사용할수 있어 회로가 단순해

                               질수 있습니다.

 

* 입력값이 적을때는 디지털입력회로를 입력값이 많을때는 아날로그입력회로를 사용 하면 편리하겠죠.

 

 

2. 입력회로의 회로도

 

* 입력회로의 입력값은 전압값을 이용한다는 사실을 알아 두세요.!!

1) 디지털 입력회로

 

 

디지털 입력회로 대부분 스위치, 저항을 많이 사용 합니다.

우선 스위치 OFF일때를 봅시다. 스위치가 OFF일때는 출력값은 무엇일 될까요??

다. 부하의 종류 - 전원회로

 

라. 부하의 종류 - 전원회로