Uiduk University

정보통신공학부 1 장 전기

(Electricity)

전기 저항과 옴의 법칙 직렬 및 병렬 결합 전원 전력 종속 전원

- 1 -

전기

◆ 동전기 도체 내의 전하 운동 ◆ 정전기 절연 물질의 마찰에 의한 전기 ◆ 자유 전자 핵의 구속력에서 벗어난 전자 전류의 전도에 기여

1.1 전기

전류의 전도에 기여

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정보통신공학부 - 2 그림 1-1

반대 극성이 유도 ◆ 정전 유도 대전체와 가까운 도체의 표면에 전하가 유도되는 현상 ◆ 정전 흡인력 대전체와 도체 사이의 인력 ◆ 쿨롱의 법칙 ◆

F



K q

1

q

2

r

2 ,

K

 9  10 9 전기력선 전장의 세기와 방향을 표시.

같은 극성의 전하 사이는 척력, 다른 전하 사이는 인력. 인력 그림 1-2 척력 그림 1-3

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정보통신공학부 - 3 -

◆ 뇌운 상층부는 양전하 ◆ 뇌운 하층부는 음전하 지표에는 양전하 유도 ◆ 낙뢰 전압

V

 5000  2  10 5  10 9 V

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정보통신공학부 - 4 그림 1-4

전압과 전류

◆ 전압 기압, 혈압, 수압과 유사 ◆ 전류 전압에 의한 전하의 흐름

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정보통신공학부 - 5 그림 1-5

◆ 중력장

f



mG

[ N ] ◆ 전장

f



qE

[ N ] ◆ 중력장과 전장의 상사

G



E

,

m



q

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정보통신공학부 - 6 그림 1-6

◆ 전압

V



El

[ V ] ◆ 전류

I



dQ dt I



qv

[ A [ A ] ] ◆ 도체 자유 전자가 풍부한 물체 ◆ 부도체 자유 전자가 거의 없는 물체

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정보통신공학부 그림 1-7 - 7 -

옴의 법칙

V



RI

저항 1.2 저항과 옴의 법칙

그림 1-8 그림 1-9

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정보통신공학부 - 8 -

그림 1-10

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정보통신공학부 색상 흑색 갈색 적색 등색 황색 녹색 청색 자색 회색 백색 금색 은색 무색 첫째 자 리 A 0 4 5 1 2 3 9    6 7 8 둘째 자 리 B 0 4 5 1 2 3 9    6 7 8 표 1-1 승수 C 1 10 100 1,000 10,000 100,000 1,000,000 10,000,000   0.1

0.01

 오차 D  ± 1 % ± 2 % ± 3 % ± 4 %      ± 5 % ± 10 % ± 20 % - 9 -

전위차계 가감 저항기

그림 1-11

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정보통신공학부 - 10 그림 1-13 그림 1-12

1.3 직렬 및 병렬 결합 직렬 결합

그림 1-14

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정보통신공학부 ◆ 직렬 결합 전류가 같도록 결합된 형태

V V

1 

R

1

I

, 

V

1 

V

2

V

2 

R

2

I



R

1

I



R

2

I

 (

R

1 

R

2 )

I



RI R



R

1 

R

2

R



R

1 

R

2   

R n



i n

  1

R i

( 직렬 결합 ) - 11 -

전압 분배

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정보통신공학부 그림 1-16 ◆ 전압 분배 전압은 저항에 비례하여 분배된다.

V x



R x I I



R

1 

R

2

V

  

R n V x

  

R

1 

R

2

R x

  

R n

 

V

- 12 -

병렬 결합

그림 1-18 ◆ 병렬 결합 전압이 같도록 결합된 형태

R



R

1

R

2 ◆ 컨덕턴스 저항의 역으로 단위는 지멘스 [S]

G

 1

R

[ S ] 1

R

 1

R

1  1

R

2

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정보통신공학부

G



G

1 

G

2 또는

R

 1

R

1 1  1

R

2 

R R

1 1 

R

2

R

1 - 13 1

R

 1

R

1  1

R

2    1

R n R

 1

R

1  1

R

2 1    1

R n G



G

1 

G

2   

G n



i n

  1

G i

전류 분배

◆ 전류 분배 전류는 저항에 반비례(컨덕턴스에 비례) 하여 분배된다.

I x



G x V I

 (

G

1 

G

2   

G n

)

V I x

  

G

1 

G

2

G x

  

G n

 

V

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정보통신공학부 - 14 그림 1-20

단락과 개방

◆ 단락(short)

R

=0 전류는 존재하나 전압은 0 ◆ 개방(open)

R

=∞ 전압은 존재하나 전류는 0

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정보통신공학부 그림 1-22 - 15 그림 1-23

1.4 전원

그림 1-24

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정보통신공학부 ◆ 전원(source) 전기를 생산하는 에너지원 예) 전지, 발전소 교류 전원 ◆ 전압원(voltage source) 전압을 위주로 한 전기 에너지 생산.

실제 전원은 대부분 전압원이다.

정전압(직류 전압): 크기가 일정한 전압 ◆ 전류원(current source) 전류를 위주로 한 전기 에너지 생산 정전유(직류 전류): 크기가 일정한 전류 - 16 -

전압원

◆ 이상적인 전압원 양단 전압은 부하의 영향을 받지 않는다.

전류는 무제한 공급해 줄 수 있어야 한다.

◆ 전압원 차단 단락 회로와 같다.

◆ 이상적인 전압원은 불가능하다 부하가 단락될 때 전류가 무한대가 되므로 그림 1-25 그림 1-26

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정보통신공학부 - 17 -

◆ 실제적인 전압원 전원 저항(내부 저항)이 포함되어 있다.

v



V s



R S i

부하가 단락되어도 전류는 유한하다.

i



V s R S

  그림 1-28

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정보통신공학부 - 18 그림 1-27

전류원

◆ 이상적인 전류원 양단 전류는 부하의 영향을 받지 않는다.

전압을 무제한 공급해 줄 수 있어야 한다.

◆ 전류원 차단 개방 회로와 같다.

◆ 이상적인 전류원은 불가능하다 부하가 개방될 때 전압이 무한대가 되므로 그림 1-30

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정보통신공학부 - 19 그림 1-29

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정보통신공학부 그림 1-31 ◆ 실제적인 전류원 전원 저항(내부 저항)이 포함되어 있다.

i



I s



v R S

부하가 개방되어도 양단 전압은 유한하다.

v



R S I s

- 20 -

전원의 결합

◆ 전압원의 결합 직렬 로 결합된 전압원의 전체 전압은 각 전압원 전압의 대수적인 합이다.

◆ 전류원의 결합 병렬 로 결합된 전류원의 전체 전류는 각 전류원 전류의 대수적인 합이다.

그림 1-32

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정보통신공학부 - 21 그림 1-33

접지(ground)

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정보통신공학부 그림 1-38 ◆ 전위차(전기적인 위치 에너지 차) 공간상의 위치 에너지나 전기적인 위치 에너지는 절대적으로 정의할 수 없고 상대적으로만 정의된다.

◆ 접지 기준 전위(0 V)로 하는 마디를 대지와 접속 - 22 -

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정보통신공학부 그림 1-39 - 23 -

1.5 전력

◆ 전력 단위 시간당 한 일의 양

P

 일 시간  단위 일 전하  전하 시간  전압  전류 ◆ 수동부호 규정 전력을 소비하는 수동 소자(저항)의 전압과 전류 부호 관계

P



VI P



VI



I

2

R



V

2

R

◆ 능동 소자 전력을 생산하는 소자 예) 전원, 트랜지스터

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정보통신공학부 수동 소자 - 24 그림 1-40 그림 1-41 능동 소자

1.6 종속 전원

◆ 종속 전원 회로의 다른 변수에 의해 제어되는 전원.

예)능동 소자인 트랜지스터, FET, 연산 증폭기 ◆ 실제 종속 전원 내부 저항(전원 저항)이 포함된다.

종속 전압원 그림 1-44 종속 전류원

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정보통신공학부 - 25 그림 1-45

쌍극성 트랜지스터(BJT) 전계효과 트랜지스터(FET)

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정보통신공학부 연산 증폭기 그림 1-46 - 26 -