3. 저항(R), 인덕터(L), 커패시터(C)의 이해

오늘은 저항, 커패시터, 인덕터에 대해 알아 보았다.

 

 

1. 저항(Resistor)

● 저항(Resistor)은 왜 필요할까?

 - 저항은 전류의 흐름을 적당하게 제한하기 위해서 사용되는 부품이다.

 - 옴의 법칙에 따라서 일정한 전압이 걸렸을 때 적당한 전류를 흐르게 하는 저항 값을 선택하면 된다.

 

저항의 역할

 

 

● 저항 전력(Power) 소모

 - 저항에 전류가 흐르면 전력 소모가 발생 -> 소모된 에너지는 열(heat)의 형태로 방출

 - 정격 전력 : 저항이 파손되지 않는 최대 전력 (예 : 1/2W, 1W, 2W 등)

 

저항과 전력의 관계

 * 저항의 정격 전력 규격은 주로 저항 패키지의 외관(모양이나 크기, 재료 등)에 의해 결정된다.

 * 실제 회로에서는 일반적으로 필요한 전력보다 2배 정도 큰 정격 전력을 가지는 저항을 사용한다.

 * 저항의 정격 전력보다 큰 전력 소모가 발생한다면 저항이 파손된다.

 

 

● 저항의 연결형태 : 직렬 연결과 병렬 연결

 - 저항을 직렬로 연결하면 전체 저항 값은 커진다.

 - 저항을 병렬로 연결하면 전체 저항 값은 작아진다. (다 아는 사실이므로 넘어감)

 

 * 저항 여러 개를 연결하는 이유는 표준 저항 값에 없는 저항 값을 만들기 위해서이다.

 * 저항 여러 개를 직렬 또는 병렬로 연결하면 전체 저항 값의 오차는 확률적으로 줄어든다.

 * 저항 여러 개를 직렬 또는 병렬로 연결하면 전체 저항 값에 대한 정격전력은 커진다

-> 발열 분산 효과 때문

 

 

 

2. 커패시터(Capacitor)

 - 커패시터 = 콘덴서(저주파에서 사용되는 용어, 큰 전류에서)

 - 커패시터는 에너지를 전압의 형태로 저장하는 역할 -> 전압을 충전, 방전

 

커패시터의 원리

 

● 평판 커패시터의 구조

 - 평판 커패시터는 가장 기본적인 커패시터의 구조이다.

 - 두 금속판 사이가 유전 물질에 의해 절연되어 있는 구조이다.

 - 큰 용량의 커패시터를 만들기 위해서 유전율이 높은 유전체를 사용하고 도전체의 면적을 넓게 만들어야 한다.

 

평판 커패시터의 구조

 * 용량은 면적에 비례하고, 도체판 사이의 거리에 반비례한다.

 

 

● 커패시터는 왜 필요할까

 - 에너지 저장

 * 전압을 충전하거나 방전한다.(ex DRAM에서는 메모리를 저장한다.)

 

커패시터의 역할, 충전 & 방전

 - Signal Coupling(AC Coupling) Capacitor

 * 직류(DC)신호는 차단, 교류(AC)신호는 통과 -> 직류 신호와 교류 신호 분리 역할을 한다.

 

 - Decoupling or Bypass Capacitor

 * 회로에 노이즈를 분리(decouple)하고, 안정된 직류 전원만 통과(Bypass)되도록 하는 역할을 한다.

   -> 커패시터를 GND에 연결해 노이즈를 흘려줌(노이즈는 교류신호이므로 통과한다.)

노이즈 분리

 

노이즈 주파수 영역 설정

 

 

 

● 커패시터의 연결형태 : 직렬 연결과 병렬 연결

 - 커패시터를 직렬로 연결하면 전체 저항 값은 작아진다.

 - 커패시터을 병렬로 연결하면 전체 저항 값은 커진다. (다 아는 사실이므로 넘어감)

 

 * 커패시터 여러 개를 직렬 또는 병렬로 연결하면 표준에 없는 값을 만들 수 있다.

 * 커패시터 여러 개를 직렬 또는 병렬로 연결하면 전체 저항 값의 오차는 확률적으로 줄어든다.

 * 커패시터 여러 개를 직렬 또는 병렬로 연결하면 전체 저항 값에 대한 정격전력은 커진다

-> 발열 분산 효과 때문

 

 

 

3. 인덕터(Inductor)

 - 인덕터 = 코일(저주파에서 사용되는 용어, 큰 전류에서)

 - 인덕터는 에너지를 전류의 형태로 저장하는 역할 -> 전류를 충전, 방전

 - 인덕턴스 - 도선에 전류가 흐를 때, 그 전류의 변화를 막으려는 정도, 단위는 H(헨리)

인덕터의 원리

 

● 인덕터는 왜 필요할까

 - 인덕터는 전류의 변화를 지연시키려는 특성이 있다. -> 전원 회로, 평활 회로(Smoothing circuit)

 - 인덕터는 고주파 성분은 잘 통과시키지 않는다. -> 필터 회로, 고주파 노이즈 제거 용도

-> 고주파 필터 효과

 - 인덕터는 커패시터와 함께 사용하면 특정 주파수 성분만 통화시키거나 통과시키지 않는다. -> 공진회로

 

RLC 회로

 

 

● 인덕터의 연결형태

 - 저항과 비슷

 

 

 

4. R, L, C 단위 소자 특성

R, L, C 소자 특성

 

 - 저항은 주파수와 무관하게 일정 저항 값을 가지며, 커패시터와 인덕터는 주파수 값에 따라 저항이 변하는 주파수 가변 저항이다.

 

 * 리액턴스(Reactance) : 주파수 성분이 있는 저항을 이야기 한다. (교류에서)

 * 임피던스(Impedance) : 저항과 리액턴스를 합한 값이다. 주파수에 관계 없는 값 R + 주파수에 따라 크기가 변하는 리액턴스 값 X로 나누어 진다. (Z = R +jX)

 

 

 

5. 임피던스(Impedance)

 - 교류 회로에서 인가 전압 및 회로에 흐르는 전류의 비율을 임피던스라고 한다.(복소수 평면)

임피던스와 저항

 

표현 방법

소자 종류 별 임피던스 표현 방법

 

 

복소 평면에서 해석

복소 평면에서 해석 (크기와 방향)

 

 

● 회로 내 임피던스 계산 법

임피던스 계산법