Transcript 전기 부분장치와 회로 - wizchem.org

Electrical Components
Yongsik Lee
Electronics Basics
► 전자와
전하
► 전위, 전위차, 전류
► 도체와 절연체
► 저항
► 전지
► 직류와 교류
► 전력과 전력량
► 전류의 열작용
 전자과학, 2004. 3월호 117-128쪽
전자와 전하
► 전자의
성질
 전하량 e = -1.602 x 10-19 Coulomb
 질량은 양성자의 1/1700
 Me = 9.109 x 10-31 kg
► 전자의
흐름
 돈과 같이 유통되면서 다양한 작용을 한다
 전류는 양극에서 음극으로 흐른다고 표시하지만
 전자는 음극에서 양극으로 흐른다
전위, 전위차, 전압
► 전하를
이동시키는 힘의 크기
► 연결된 물통
 수면의 높이 = 전위
 수면의 높이 차이 = 전위차
 단위는 볼트 (Volts)
► 전류
 전자의 흐름
 일초에 일 쿨롱의 전하가 이동하면 1 A
 전자 일 몰의 전하 = 1 Faraday = 96500 C/mole
도체와 부도체
► 전류를
통하는 물질
 자유전자(전하)가 있다
 고체에서는 전자
 용액에서는 이온
►순수한
► 전도성
물은 부도체
고분자
 파이 전자를 활용
► 얇은
산화막 주의
 알루미늄은 도체지만, 산화알루미늄은 부도체
저항
► 전하가
흐르기 어려운 정도를 ohmn으로 표시
 금, 은, 구리는 저항이 작고
 유리, 플라스틱은 저항이 크다
► 같은




물질도 상태에 따라 저항이 다르다
같은 굵기면 길수록 저항이 크다
길이가 같으면 가늘수록 저항이 크다
온도가 올라가면 저항이 커진다
사다리 빠져 나가 달리기
► Room
temperature super conductor
전지의 접속
► 화학적
작용에 의해서 전하 이동을 유도
► 일정 전위차를 유지하는 펌프역할
► 기전력(electromotive force, emf)
► 전지의




연결
용량은 달라도 기전력은 같다.
펌프의 퍼올리는 수량의 문제
병렬 접속 – 많은 수량, 같은 기전력
직렬 접속 – 같은 수량, 높은 기전력
직류와 교류
► 전류
 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다
► 직류
 방향과 크기가 일정
 방향은 일정하고 크기가 바뀌면 맥류라고 부르
기도 한다
► 교류
 크기와 방향이 시간에 따라 변화
 진폭과 교류 주파수를 가진다
교류와 직류의 비교
► 직류
 전지, 휴대성, 소형화 가능
 전하의 이동 방향 조절 가능 (도금)
 직류 모터
► 기동력이
큰 모터를 만들 수 있다
► 교류





변압기 사용 가능
높은 전압을 사용하면 손실이 적다
교류 주파수 50/60 Hz
교류 파형 – sinusoidal, square wave, ramp, sawtooth
Figure 2-5
Electrical Power
► 전력
 전기적인 일을 하는 시간당의 능률
 일초에 일Joule의 전기적 일을 하면 일 watt
► 100W




►W
lamp vs. 500W heater
전구 5초 켠 경우와 전열기 1초 켠 경우
전체적인 일의 양은 같다. (500J)
일초당 내는 에너지의 능률은 전열기가 크다
기구의 허용전력을 확인
= VI = (IR)I
전력량
► 전기에너지의
총량
 전력량 = 전력 x 시간
► 전류의
열작용
 전자와 원자(lattice)의 충돌이 열로 발산
 주울 열이라고 부름
 저항에 비례하고 전류의 제곱에 비례
2A. Direct Current Circuits
일반
일반
담체
담체
탈질조
폭기조
탈질조
탈질조
Laws of Electricity
► Ohm’s
Law
 V=IR
 Volatage = current x resistance
► Kirchhoff’s
Law
 회로 어느 한 지점에서 전류의 algebraic sum 은 0 이다.
 닫힌 전기회로의 전압의 algebraic sum은 0 이다.
► Power
Law
 P = IV
► 기초
용어
용어
전류
전압
저항
전력
► 기초
기호
I
V
R
P
단위
A
V
W
W
명칭
암페어
볼트
옴
와트
공식
 옴의 법칙: I = V/R , V=IR I
 전력: P=I2R = IV = V2/R
V
Kirchhoff’s Law
► 키히리호프의
법칙
 1 법칙(전류법칙): 접속점의 총전류는 영
► I  0
►전하는
더 이상 나누어지거나 생겨나지 않는다
 2법칙(전압법칙): 폐회로의 총 전압강하는 영
►
V  0
► 저항의
접속
 직렬: Ro = R1 + R2 + R3 + • • • • • •
 병렬: 1/Ro = 1/ R1 + 1/R2 + 1/R3 + • • • • • •
► 전압계
 배율기, 내부저항
Vo
R: 내부저항
Rm:배율기저항
V
V
► 전류계
 내부저항
Basic DC Circuits
► 적용
예
 직렬저항회로와 병렬저
항회로
► Series
circuits
 전지, 스위치, 직렬저항
으로 구성
 Voltage dividers
(selector type)
 Potentiometer
(continuously variable)
Parallel Circuit
► Current
divider
► Current splitting eqn.
 두 개의 병렬 저항기에
서 한 저항기에 흐르는
전류의 분율
 I2/I = R2/(R1+R2)
Measurement
Dc I, V, and R measurements
► Digital
Voltmeter
 Digital voltmeter (DVM)
 Digital multimeter (DMM)
►V,
I, R 측정 가능
► DVM의




구성
Integrated Circuit
ADC
Power supply (battery)
LCD display
Advantages of DVM
► DVM의
편리한 점
 소형
 값이 싸다
 높은 입력 저항(1010 – 1012 Ω)을 가진다
► 교과서
그림 2-4
Loading Error
► in
potential measurement
 The presence of the meter perturb the circuit
 Cannot be completely eliminated
 Meter resistance should be larger than the
source resistance
 Typical DMM; Rm = 1010-1012 ohm
► In
current measurement
 Error decreases as Rstd/RL becomes smaller
2E. Readout devices
► Oscilloscope
 Cathode-Ray Tube (CRT)
► Chart
Recorder
► Alphanumeric Display Unit
Oscilloscope
► Essential
diagnostic tool
► types
 Analog Oscilloscope
 Digital Storage Oscilloscope (DSO)
► http://www-
ph.postech.ac.kr/Edulab/genphy2/exp2/exp2-2.html
Schematic of a CRT
Instruments
► Oscilloscope의




내부 구조
음극선관(CRT: cathode ray tube),
수직증폭기(vertical amplifier),
수평증폭기( horizontal amplifier),
시간축 톱니파 발진기(Sweep generator)
Horizontal Control
► Sweep
rate
► Trigger control
Cathod Ray Tube
Chart Recorders
► Servo
system
 A null device that compares
two signals
 Then makes a mechanical
adjustment that reduces
their diff=0
► Paper
is moved at a fixed
speed
► Strip chart / X-Y recorder
Typical Chart Recorder
► Chart
speed
 0.1 to 20 cm/min
► Voltage
range
 1 mV to several volts
► Digital
recorders use stepper motor
Alphanumeric Display
►7
segment readout
device
► 15 segment readout
device
► LED or LCD
LED Alphanumeric Display
► LED
 Readable at low
ambient light
 Bright Self-emitting
light
 Consume more power
 If battery powered, not
recommended
Homework
► Problem
2-7