Transcript 150209_회로 설계 기초

회로 설계 기초
회로도를 그리기 전에 알아야 할 상식
목차
• 전원과 그라운드
• 전기 전자 전류 전압의 용어
• 전기의 흐름, 직류와 교류
• 규칙적 변화, 주기와 주파수
• 저항
• 축전기
전원과 그라운드
• 전류 : 전기라고 부르는 것에 흐르고 있는 것들
• 전기의 방향
전원  그라운드(GND)
• 전원에서 전기를 공급받고
그라운드로 내보낸다.
하수도에서 물을 받음
전원과 그라운드
• 그라운드(GND) : “전압”의 기준점
GND로 부터 얼마 만큼의 전위차  전압
전기, 전자, 전류, 전압 용어
• 전기
물질 안에 있는 전자 또는 공간에 있는 자유 전자나 이온의 움직임 때
문에 생기는 에너지의 한 형태
음전기와 양전기 두 가지가 존재하며, 같은 종류의 전기는 서로 밀어내
고 다른 종류의 전기는 끌어당기는 힘이 있다.
전기, 전자, 전류, 전압 용어
• 전자
음전하 성질(-극성)을 가진 입자
전기가 흐르는 것은 전자가 이동하기 때문
전자가 흐르는 방향 : (-)극  (+)극
전기, 전자, 전류, 전압 용어
• 전압, 전류
전기의 흐름, 직류와 교류
• 직류 : 시간에 관계없이 전류의 방향과 크기가 일정한 전기의 흐름
전기의 흐름, 직류와 교류
• 교류 : 시간에 따라서 전류의 방향과 크기가 주기적으로 변하는 전류
전압이 계속 바뀌므로 흐르는 방향이 계속 바뀜
규칙적 변화, 주기와 주파수
• 주파수
전파나 음파가 1초 동안
진동하는 횟수
교류 전기에서 1초 동안
전류의 방향이 바뀌는 횟수
규칙적 변화, 주기와 주파수
• 주기
같은 현상이나 특징이 한 번 나타나고부터 다음 번 되풀이되기 까지의
기간
회전하는 물체가 한 번 돌아서 본래의 위치로 오기까지의 기간
진동하는 물체가 한 방향으로 움직였다가 다시 반대 방향으로 그 만큼
움직여 본래의 자리로 돌아오는데 걸리는 시간
• 주기와 주파수의 관계
𝑇=
1
𝑓
, 𝑓=
1
𝑇
저항
• 전기적 흐름을 강제로 방해하는 소자
• 전류가 흐르는 것을 방해하여 전기적 위치 에너지의 차이를 만듦
• 전기적 흐름을 제어하여 원하는 만큼의 전류를 흐르게 함.
저항
• 옴의 법칙
회로에 흐르는 전류의 크기는 전압에 비례하고, 저항에 반비례한다.
𝑉
𝐼 = 𝑅 (I : 전류, V: 전압, R:저항)
저항
• 저항의 직렬 연결
다수의 저항을 일렬로 한 개의 선으로 연결한 것
합성 저항의 값은 직렬로 연결된 저항 값을 합한 값
𝑅 = 𝑟1 + 𝑟2 + ⋯
1A
2V
3V
저항
• 저항의 병렬 연결
저항을 옆으로 연결시켜 놓은 것
합성 저항 값은 각 저항의 값의 역수를 합한 값의 역수
6V
6V
5A
2A
3A
6V
1
1 1
= + +⋯
𝑅 𝑟1 𝑟2
저항
• 회로적 의미와 용도
• 전류의 제어
저항
• 회로적 의미와 용도
• 전류의 제어
회로블록
이 회로 블록의 정격 전압이 1A
저항
• 회로적 의미와 용도
• 전류의 제어
회로블록
5Ω 저항의 추가로 전체 회로에 흐르게 되는 전류가 1A로 제한됨
저항
• 회로적 의미와 용도
• 전압의 분배
저항
• 회로적 의미와 용도
• 전압의 분배
저항
• 전력 : 전류가 단위 시간에 하는 일, 단위 시간에 사용되는 에너지의 양
값은 전압과 전류의 곱으로 나타낸다. 단위는 W와 ㎾
𝑃 =𝐼×𝑉 =
전력은
전류의 제곱에 비례,
전압의 제곱에 비례,
저항에 반비례
𝐼2
𝑉2
×𝑅 =
𝑅
저항
• 전력량
실제 시간에 따른 전력 소비량을 계산한 것
전력에 시간을 곱하여 계산
𝑊 = 𝑉 × 𝐼 × 𝑇𝑖𝑚𝑒
• 시간의 기본 단위는 초(second)
저항
• 저항에서 전력을 알아야 하는 이유
전력은 일을 한 양이므로 필연적으로 열이 발생
이 열 때문에 정격 전력을 알아야 함.
• 정격 전력 : 저항에서 버틸 수 있는 전력의 크기
저항
• 권선 저항
단순히 도선을 길게 만들어서 만든 저항
장점 : 구조가 매우 단순
단점 : 고 저항 값의 제작은 비효율적, 고주파 회로에 적용 시 잡음이 많
이 발생
주 사용 처 : 매우 정밀한 회로 혹은 고 전력 회로에 사용
저항
• 탄소 피막 저항
저항 중에 가장 흔하고 저렴한 저항
세라믹을 이용하여 봉을 만든 후 탄소계의 저항체를 붙여 만들며, 이때
저항체로 사용되는 피막을 나선형으로 홈을 만들어 저항의 크기 조절
단점 : 온도에 따른 저항 값의 변화가 크고 미세한 노이즈가 있어서 정
밀한 신호 회로에 사용되지 않음
보통 DIP 타입으로 제작
저항
• 금속 피막 저항
탄소피막 저항과 제조 방식 및 구조 동일하나 소재가 금속이라는 차이
온도에 따른 저항 값의 변화가 적음  정밀함이 필요한 아날로그 회로
에 사용
가격이 저렴
도장형, 박막형 등 여러가지 타입이 존재
보통 DIP 타입으로 제작됨
저항
• 칩 저항
내부에 탄소계 저항체를 넣고 절연체로 포장하여 만듦
구조가 단순하고 매우 작다
잡음이 많이 발생하고 고 전력을 견디지 못하여 아날로그 회로나 전력
회로에는 부적절함.
대부분 디지털 회로에 많이 사용된다.
저항
• 네트워크 저항(Array 저항)
여러 개의 저항을 하나로 묶어 만든 저항
IC 주변 회로에 많이 사용 됨.
내부 구조가 다양하게 존재하기 때문에 반드시 데이터시트를 볼 것
저항
• 가변 저항
값이 변하는 저항
저항
• DIP 타입의 고정 저항 값 읽기
저항
• DIP 타입의 고정 저항 값 읽기
저항
저항
저항
• 칩 저항의 고정 저항 값 읽기
저항
저항
• 저항 설계 시 고려해야 할 사항
①
②
③
정확한 의도를 가지고 설계에 반영
저항의 특성
저항의 가격
CAPACITOR
• Capacitor란 무엇인가 ?
전류를 저장하고 그 저장된 전류를 방출하는 소자
전류의 흐름을 안정화 시켜야 할 때 Capacitor를 사용하여 흐름이 원활
할 때 저장해 놓고 흐름이 원활하지 못할 때 전류를 흘려줌
CAPACITOR
• Capacitor의 원리?
두 도체 간에 절연체를 채우고 전기적으로 연결되지 않도록 한다.
CAPACITOR
• 양단에 전압이 걸리면서 도체에 전하가 모임
전하가 모이게 되면 전류가 충전.
이때 충전되는 전하량 Q는
𝑄 = 𝐶 ∙ 𝑉 [C]
이 때 Capacitor의 정전용량 C는 단면적과 거리에 영향을 받는다.
𝐴
𝐶=𝜀
𝐿
단면적이 넓을 수록 두 극판 사이의 거리가 가까울 수록 정전용량이 크
다.
CAPACITOR
• Capacitor의 직렬 연결
전체 Capacitor의 용량 값의 역수는 각 Capacitor의 용량 값 역수의 합과
같다.
=
22
32
32
𝐹
22
CAPACITOR
• Capacitor의 병렬 연결
전체 Capacitor의 용량 값은 각 Capacitor의 용량 값의 합과 같다.