이 강좌는 전자회로 설계자를 꿈꾸는 실무 1년차를 기준으로 작성된다. 따라서, 기본적이고 꼭 기억해 두었으면 하는 내용을 중심으로 이야기가 진행된다. 본 강좌에서 다루지 않은 여러 종류의 저항과 콘덴서에 대한 이야기 등은 홈페이지 오른편에 링크해 둔 훌륭한 사이트들을 수시로 살펴보길 바라며, 궁금한 것이 생기면 "질문과 대답" 란을 이용해주기 바란다.
지난 강좌에서 저항과 콘덴서에 대한 핵심적인 두가지 이야기를 했다.
1. 저항이 있어야 전압이 걸린다.
2. 콘덴서는 직류는 차단하고 교류는 통과한다.
[쓸데없는 이야기 : 보통 강좌들은 저항과 오옴의 법칙을 먼저 이야기 하지만, 본 강좌에서는 콘덴서를 가장 먼저 다루었다. 그 이유는, 학교에서 주로 배우는 내용과 실제로 사용하는 데 알아야 할 내용이 가장 크게 다르다고 느낀 것이 바로 콘덴서이기 때문이다. 기왕 둘다 이야기 되었으므로, 다시 순서를 좀 바꾸어 놓았다.]
자, 위의 두가지 이야기를 다시한번 정리해보자.
1.저항이 있어야 전압이 걸린다(저항 양단에 전위차가 생긴다). 왜?
2. 콘덴서는 직류는 차단하고 교류는 통과한다. 왜?
(1에 대한 생각)
앞강좌의 수도관 이야기를 다시 한번 떠올려보라. 전자가 아무런 방해물 없이 흘러갈 수 있다면, 전자가 처음 흘러나오는 곳이나 한참 흘러간 곳이나 전압의 차이는 당연히 없을 것이 아닌가? 반대로, 전자가 흐르는 것을 방해하는 것-이것이 저항이다-을 만나게 되면, 저항을 지나기 전과 저항을 지난 후의 전자가 흘러가는 힘(또는 전자를 당기는 힘)에 차이가 생기게 되는 것도 당연한 일이다. 즉, 회로에서 저항을 지나기 전과 지난 후에는 전위차가 생기게 되는 것이다.
(2에 대한 생각)
콘덴서는 전자와 같이 직접 전자가 흘러갈 수 있지 않다. 다시 말하면, 회로가 끊어져 있다. 콘덴서 기호만 보아도 저항처럼 시작과 끝을 선으로 주욱연결한 것이 아니라 -||- 요렇게 끊어져 있지 않은가? 아니? 그럼, 콘덴서가 있으면 회로가 끊어진단 말인가? 그렇다면 회로가 성립이 안되잖아?
물론, 그렇진 않다. 전자회로 소자이므로 회로가 성립한다. 그 비밀은 지난 강좌에서도 말했지만, 전기장이라는 보이지 않는 것이 전자를 밀고 당기면서 건너편 회로에 전자의 움직임을 만들어 낼 수 있기 때문이다. 바로 여기에서 직류는 차단하고 교류만 통과시킨다는 콘덴서의 역할이 나오는 것이다.
직류라는 것은 전기장의 변화가 없다. 직류전압이 5V라는 것은 옛날에도 5V이고 현재도 5V, 그리고 미래에도 5V라는 이야기다. 그러니깐, 콘덴서의 양쪽편에 걸리는 전기장도 가만히 있고 전자가 흘러갈 수도 없고, 그냥 끊어진 회로나 마찬가지가 되는 것이다. 즉,직류전류는 차단된다.
반대로 교류, 즉, 전압의 변화가 있는 경우에는 콘덴서 한쪽에서 전압이 변하면서 반대편에 있는 전자를 밀었다가 놓았다가, 아니면 밀었다가 당겼다가[이과정을 흔히 '충전과 방전'이라고 한다] 하면서 마치 전자를 "통과"시키는 것과 같은 일을 하게된다. 교류전류가 흐르는 것이다. 실제로 콘덴서에 전자가 주루룩 흘러 넘어가는 경우는 없다. 아니 있기는 하다. 이런 일이 생기는 것을 "절연파괴"라고 하며, 우리 눈에는 냄새를 풍기면 타버리거나 순간적으로 뻥 터져버리는 콘덴서가 보이게 된다.
[쓸데없는 이야기2 : 본 강좌는 그림을 많이 포함하고 있지 않은데, 그것은 여러분의 상상력을 발동해서 머릿속에서 스스로 그림을 많이 그려보라는 뜻이다.-거짓말하지 않는 사람은 없다.]
[참고1] <콘덴서와 저항의 값은 어떻게 읽는가?>
자, 복습은 이정도로만 하고, 이제 쓸모있는 말을 좀 보태자. 그래도 실무강좌니깐.
저항값 읽기
요즘 인터넷 사이트 뒤져보니깐, 세상에나...초등학교 5학년 실과시간에 저항색띠 읽는 법을 배우고 있더라. 한번 검색해보라. 초등학교 5학년도 하는데, 실무 1년차인 우리는 좀 더 자세히 알아보자.
일단, 전자소자를 표현하는 방법은 저항이건 콘덴서건 기본적으로 공통점이 있다. 모두 유효수자와 10의 제곱수로 나타낸다.
"당신의 말에 이의를 제기 합니다~! 대관절,
1) 1200 = 1.2 * 1000 = 1.2 * 103
2) 24000 = 2.4 * 10000 = 2.4 * 104
이렇게 수학식으로 길게 식으로 나타낸다 굽~쇼 ?"
그렇다. 너무 길다. 작은 소자 표면에 이렇게 길게 쓸 수는 없는 일. 그래서 생각해낸 것이 그냥 수자 세개만 쓰는 방법이다. 이렇게 말이다.
1) 122 = 12 00 [12 뒤에 붙는 0가 두개]
2) 243 = 24 000 [24 뒤에 붙는 0가 세개]
세번째의 수자가 뒤에 붙을 0의 개수이다. 근데, 저항은 옆으로 길죽하긴 하지만, 둥글게 생겨서 글자 쓰기가 쉽지 않다. 그래서 수자를 색깔로 표현한다.(콘덴서는 그냥 수자로 쓴다)
" 검, 갈, 빨, 주, 노, 초, 파, 보, 회, 백 "
검정, 갈색, 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 보라, 회색, 백색(흰색)의 머릿글자다. 앞에서부터 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 숫자를 의미한다. 그러니깐, 앞의 1), 2)의 값을 가진 저항표면에는 아래와 같은 색띠가 칠해진다.
1) 갈, 빨, 빨
2) 빨, 노, 주
근데, 저항띠를 직접 보면 한줄이 더 있다. 아니, 어떤 것은 두줄이 더있다.
3) 갈, 빨, 빨, (금색)
4) 빨, 노, 노, 주, (갈색)
이런식이다. 3)은 일반저항을 4)는 정밀저항을 나타내는 것이고, 마지막에 금색이나 은색은 저항값의 오차를 나타낸다. 오차도 색깔마다 다른 값을 나타낸다. 오차는 "± 몇%" 형태로 나타낸다.
갈색=±1%, 빨강=±2%, 주황=±0.05%, 초록=±0.5%, 파랑=±0.25%, 보라=±0.1%, 금색=±5%, 은색=±10%, 색띠없으면=±20%
이제 의미는 알았을테고, 저항값 읽는 것을 다시 정리해보면,
- 4색띠 : 일반저항 / 마지막 색띠가 금색이면 오차 ±5%, 은색=±10%,
- 5색띠 : 정밀저항 / 마지막 색띠가 오차...
3) 갈빨빨금 = 12 00 Ω ±5% = 1.2 kΩ ±5%
4) 빨노노주갈 = 244 000 Ω ±1% = 244 kΩ ±1%
단위는 물론 오옴(Ω)이다. 전자회로에서는 1~수십 kΩ 짜리를 많이 쓰게 되니깐, 일반저항을 쓰는 경우 세번째 띠에는 빨강이나 주황을 자주 보게 된다. 그리고, 오차색깔 같은거 외울려고 하지마라. 자주 하다보면 "검갈빨주노초파보회백" 저절로 외워지고, 나머지는 표를 하나 인쇄해서 책상에 붙여두고 필요할 때 읽으면 된다.
콘덴서값 읽기
콘덴서 값도 저항값과 나타내는 것은 마찬가지다.
1) 122 = 12 00 pF = 1200 pF (= 0.0012 μF)
2) 243 = 24 000 pF = 24000 pF (= 0.024 μF)
이렇게 쓴다. 단위는 pF(피코패럿) 이다. F(패럿)라는 단위가 너무 크다보니 앞에 p(피코, 10-12)나 μ(마이크로,10-6)를 붙여쓰는데, 단위가 표시 안되어 있으면 모두 pF 이다. 콘덴서는 용량이 크면 크기도 커지기 때문에 pF 넘는 것들은 단위까지 다 써놓으니깐 단위는 쉽게 알 수 있다.
[참고2] <콘덴서와 저항 고를 때 체크할 가장 기본사항>
저항
저항값, 오차(정밀저항은 회로도에 오차값이 표시되어 있다.), 와트수(정격전력) 등 세가지를 확인해야 한다.
와트수(소모전력)는 회로에서 전류값과 전압이 고정되어 있으면 P = I2R = V2/R로 구하고, 전류 전압값이 유동적이면 순간 최대 전류를 기준으로 구한다. 구해진 값의 3~4배를 만족하는 저항으로 선택하면 문제가 없을 것이다.
5V 전원의 전자회로에서는 1/4 W 를 많이 쓰는데, 이는 주로 kΩ 단위의 저항을 쓰기 때문이다. 전원 5V에 1 kΩ 저항을 생각해보면,
P = V2/R = 25 / 1000 = 0.025 [W]
이므로 1/4 W = 0.25 W 저항을 쓰면 계산값의 10배가 되므로 충분히 안전하다.
저항값이 낮은 것을 쓰는 경우에 특히 주의해야 하는데, 이경우는 반드시 소모전력을 계산해서 여유있는 저항을 사용하도록 해야한다.
콘덴서
용량값, 정격전압, 극성유무(각 다리를 +극과 -극을 가려서 연결해야 하는 것을 전해콘덴서라고 한다.)를 확인해야 한다. 고전압에서 쓸경우 특히 정격전압을 확인해야 하는데, 이 경우에도 회로상에서 콘덴서에 걸릴 수 있는 최대전압보다 약 3배 이상의 여유를 두는 것이 일반적이다.
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