부품의 사용 용도 및 특성 (저항편)
안녕하세요 하드웨어 개발자 보노노 입니다.
회로 설계 중 사용되는 소자에 대해 알아보려고 합니다. 그중 가장 많이 사용되는 소자가 저항 또는 캐패시터 입니다.
이번엔 저항에 대해 알아보도록 하겠습니다.
저항의 사용 용도
1. 전압이나 전류를 낮추고자 할 때
2. 변화하는 전압이나 전류를 얻고자 할 때
3. 적당한 시정수를 얻고자 할 때
4. 주파수가 변화하여도 항상 일정한 저항이 필요할 때
5. 다른 회로와의 결합을 막고자 할 때
6. 음질을 개선할 때
7. 적당한 전압이나 전류를 공급하고자 할 때
8. 댐핑이 필요할 때
9. 주파수 대역폭을 넓히고자 할 때
10. 위상을 조절하고자 할 때
* Volt의 전압이 공급되고 있을 때 1Ampare(암페어)의 전류를 흐르게 하는 정도의 저항을 1옴 이라 한다.
( V= IR 옴의법칙 사용)
정격전력 = 전류를 공급했을 때 저항기가 견딜 수 있는 소비전력(Watt)을 말하며 I^2*R 으로 계산된다.
이 소비전력 이하의 저항을 사용하면 저항기가 많은 열을 발생하게 되고 결국 타버리는 경우가 흔히 있다. 전자회로에서의 신호회로는 1/8W로도 충분하지만, 전원회로, 발광 다이오드의 전류 제어용과 같은 저항기에는 큰 전류가 흐르기 때문에 정격전력을 염두해야 한다.
저항의 종류 및 저항값 읽는 방법
(1) 탄소 피막 저항
- 가장 일반적이고 저가격의 저항기 이다. 저항 값의 오차는 ±5% 이 많으며, 정격전력으론 1/8, 1/4, 1/2 와트의 저항기가 많으며 잡음이 심하다.
* 1/8 일수록 저항 사이즈는 더 작다.
(2) 금속 피막 저항
- 탄소계 저항기보다 오차가 적은 높은 정밀도의 저항 값이 필요한 경우에 사용 된다. 오차는 ±0.05% 정도의 것도 있으나, 일반적으로 ±1% 를 써도 무방하다. 용도는 브릿지 회로 등 저항 값의 오차가 회로의 성능에 크게 영향을 미치는 경우 사용된다.
(3) 권선 저항
- 선의 길이를 조정하여 정밀한 저항 값을 얻고 있다. 굵은 선재를 이용하여 대전력용의 저항기를 만들 수 있다. 결점으로는 선을 절연체에 코일형태로 감아 붙이기 때문에, 주파수가 높은 회로에는 사용 할 수 없다. 세라믹 케이스에 삽입하여 특수한 시멘트로 굳힌 시멘트 저항으로도 사용된다. 전력은 1W~ 수십W 까지 다양하다
(4) 가변 저항
- 일반적으로 볼륨 이라고 부르기도 한다. 라디오 등 음량조정과 같이 저항 값을 바꿀 수 있는 것과, 전자회로에서 부품의 오차에 의한 조정을 해야 하는 경우에 사용된다.
(5) 칩 저항
- 소형으로 되어있어 PC 및 이동체 제품에 많이 사용된다. 소비전력은 1/16W ~ 1W 정도 까지이며 오차범위는
±1% ~ ±10% 등 다양하게 있다.
와트별 칩 사이즈 (1005 => 10mm x 0.5mm 라고 보면 된다.)
1/16W = 1005 1/10W, 1/16W = 1608 1/8W, 1/10W = 2012,
1/4W, 1/8W = 3216 1/4W = 3525 1/2W = 5025
1W = 6432
오차 범위 >> F급 = ±1% , G급 = ±2% J급 = ±5% K급 = ±10%
보통 J, F 급을 많이 사용한다.
(6) 어레이 저항
여러개의 같은 값을 가진 저항기가 일체형으로 만들어져 있다. 여러 개의 발광 다이오드 전류를 제어하는 경우 등 공간이 적게 해결되어 편리하다
사진2 의 맨 좌측의 리드가 공통(common) 리드 이다.
(7) 저항 읽는 방법
검, 갈, 빨, 주, 노, 초, 파, 보, 회, 흰. (오차율 : 금, 은)
계속 읽다보면 금방 외워질 것이다.
제1색대, 제2색대, 제3색대(승수), 제4색대(오차) 로 보고 저항을 직접 읽어보자.
굵기에 따라 전력와트수가 다르다.
1/8W = 굵기 2mm, 길이 3mm
1/4W = 굵기 2mm, 길이 6mm
1/2W = 굵기 3mm, 길이 9mm
*참고 - 보조 단위의 기호와 읽는 방법
(8) 옴의 법칙
전압, 전류, 저항 사이의 관계를 나타낸 것이다. 전위차를 E(=V), 전류의 세기를 I, 전기 저항을 R이라 하면,
E = IR의 관계가 성립한다. 균일한 크기의 물질에서 R은 길이 L에 비례하고 단면적 S에 반비례하며 R= P *L/S이다.
여기서 P는 물질 고유의 상수이며 비저항 이라 한다. 옴의 법칙을 이용하여 키ㅣ르히호프의 법칙이나 콘덴서와 인덕턴스를 포함한 교류회로의 기초 방정식을 유도할 수 있다. 즉 옴의법칙을 알아야 콘덴서와 인덕턱스 방정식을 이해할 수 있다.
(9) 직렬, 병렬에서의 저항
직렬
- 저항 R1과 R2가 직렬로 연결되어 있다면 R1+R2 를 하면 합성 저항을 구할 수 있다.
이때, 저항은 전압과 비례하기때문에 전압은 V1+ V2 이다.
병렬
- 저항 R1과R2가 병렬로 연결되어 있다면 (R1*R2)/(R1+R2) 로 구할 수 있다.
(계산식 => 1/ {(1/R1) + (1/R2)} = (R1*R2)/(R1+R2) 이다)
이때, 저항은 전류와 반비례하기때문에 전류는 I1+ I2 이다.
참고 문헌 :
1. 전기전자기초교재
2. http://www.ntrexgo.com/archives/4645