저항기의 기초지식에 대해서

저항기의 기초지식에 대해서

 

저항기의 기초지식

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이미 알고 계시는 일지도 모릅니다.

대충이지만, 저항기의 작동과 그 원리등에 대해서 다시한번 정리를...

이런 생각으로 휙 보셨으면 합니다.

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1. 예를 들어, 발광 다이오드를 부드럽게 점등시킵니다.

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LED(발광 다이오드) 빛이 나려면 그 양 끝에 2V 전압을 걸어줘야 합니다.

그래서, 그림 1-(a)와 같이, 건전지 1개( 약 1.5V)로는 전압이 부족하기 때문에 발광하지 않습니다.

이번은 그림1-(b)와 같이, 전지 2개를 직렬로 연결해 보면, 전압 오버(약 3V)가 되어 전류가 너무 흐르고, LED를 망가뜨려 버립니다.

그래서 LED와 건전지 사이에 적당한 크기의 저항기를 연결해 보면 [그림 1-(C)], 적당한 밝기로 발광해, LED에도 건전지에도 무리를 주지 않고 잘 동작했습니다.

이와 같이, 전류의 흐름을 제한하는 것으로, 전기 회로를 부드럽게 동작시키는 기능을 가지고 있는 것이 저항기로, 전기 회로에 빠뜨릴 수 없는 부품 중 하나입니다.

2. 자, 여기서 옴의 법칙을 기억하세요.

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전기회로를 동작시키려면 적당한 크기의 저항기를 사용하는 것을 언급했는데 그럼 도대체 어느 정도의 저항값을 가진 저항기를 사용하면 좋을까요?

이 사실을 밝힌 것이 옴의 법칙입니다.

즉, 전압을 V(단위는 V), 전류를 I(단위는 A)로 하면......

V=R·I...(1)로 나타나는 관계를 말합니다.

여기서 R은 전압V와 전류의 I의 비례정수로 이것을 전기저항 또는 단순히 저항(단위는 Ω)이라고 부릅니다.

저항기는 이를 전기 부품으로 구현한 것이라고 하는 것입니다.

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3. 그럼 그림1-(c)저항의 크기는?

여기에서 옴의 법칙의 의미를 생각해 봅시다.

그림2의 회로에서 전압V가 1V, 전류I가 1A라고 하면 식 (1)에서 저항R은...

다시 말하면 1Ω란 1V의 전압을 가했을 때, 1A의 전류가 흐르는 저항값 혹은 1A의 전류를 흘렸을 때, 전압이 1V 발생하는 저항값이라는 것입니다.

그림2

그럼 전압은 1V인 채로, 전류만 0.2A가 되었을 경우의 저항치는...

입니다.

또, 5Ω의 저항에 1A의 전류를 흐르기 위해서는 어느 정도의 전압이 필요한가 하는 경우도....

V=R·I=5(Ω)×1(A)=5(V)

라는 식으로 구할 수 있습니다.

이와 같이 전기회로에서는, 반드시 옴의 법칙이 성립하기 때문에, 전압, 전류, 저항 중 2개의 값을 알면, 다른 1개도 계산으로 구할 수 있는 것입니다.

자, 여기서 방금 그림1-(c)에서 사용한 저항이 얼마가 될지 생각해 봅시다.

저항의 양끝에 걸리는 전압VR은 LED가 정상적으로 동작하고 있을 때 약 2V가 되므로 건전지의 전압3V에서 LED의 양끝 전압2V를 빼서...

VR=3(V)-2(V)=1(V)

LED에 흘려 보내는 전류 ILED를 15mA(1mA=1/1000A)로 하면 옴의 법칙상 저항치 R은...

따라서 그림1-(c) 저항의 크기는 67Ω이 됩니다.

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4. 소비전력과 정격전력

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일반적으로 일을 하기 위해 에너지가 필요하듯이 모터나 히터, 램프 등과 같은 전기기기가 작동하기 위해서도 전기에너지가 필요합니다.

이러한 전기 기기가, 어느 정도의 에너지를 필요로 하는지를 나타내는 것이 소비 전력입니다.

이 전력(소비전력도 동일) 는 전압과 전류의 곱으로 표시되기 때문에 전력을 P라고 하면...

P(W)=V(V)·I(A)

입니다.

저항에 전류를 흘려 보내면 옴의 법칙에 따라 양끝에 전압이 발생하기 때문에 전기기기와 마찬가지로 저항에도 전기에너지가 소비됩니다.

예를 들어 1Ω의 저항에 1A의 전류를 흐르면 옴의 법칙에 의해 1V의 전압이 발생하므로...

1(V)·1(A)=1(W)

이 저항의 소비전력은 1W가 됩니다.

이 전력은 저항의 경우 모두 열로 방사되기 때문에 소비전력이 너무 크면 저항체 자체의 온도가 상승해 결국에는 타거나 녹아버립니다.

따라서 몇 W까지 전력을 소비할 수 있는 저항기인지를 나타내야 하며 이를 나타낸 것이 저항기의 정격전력입니다.

그러나 저항 소손 등에 대한 안전성을 고려하여 정격 전력의 1/2 이하 소비전력으로 사용되는 것이 보통입니다.

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5. 직렬접속과 병렬접속

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전기회로의 접속에는 크게 직렬접속과 병렬접속이 있으며 그림3에 이 연결을 표시하였습니다.

여러 저항기를 연결한 경우 그 합성저항값은 직렬접속과 병렬접속에서 각각 다르며 다음과 같습니다.

직렬 접속의 경우: R=R1+R2+R3+......

병렬연결인 경우: 병렬연결인 경우

따라서 그림3의 경우 각각 다음과 같습니다.

(a) 직렬 접속의 경우의 합성 저항치는 ...10Ω+40Ω=50Ω

(b) 병렬접속인 경우의 합성저항치는...1/R=1/10+1/40=1/8

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즉, 직렬의 경우 저항기가 많을수록 합성저항은 커지고, 병렬의 경우 저항기가 많을수록 합성저항은 반대로 작아집니다.

그림3

 

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