전자부품의 기초지식

전자부품의 기초지식

본 강좌는 초보자를 대상으로 전자회로에 사용되는 기본 전자부품에 대하여 해설하는 실무 강좌입니다.

최근에는 전자회로 기술의 눈부신 발전으로 새로운 형태로 된 각종 부품도 많이 나오고 있지만, 기본적인 성분은 R(저항기), L(코일), C(콘덴서)가 합성된 것에 지나지 않습니다.

즉, 전자회로의 3요소는 R, L, C이다. 어떤 특수한 전자회로나, 부품도 결국은 이 R, L, C로 구성되는 것입니다.

본 강좌는 전자회로 실무자가 꼭 알고 있어야 할 기본적인 부품 지식을 알기 쉽게 해설하고 있습니다. 초보자 여러분!!  이 강좌를 통해서 전자회로의 세계에 도전해 보십시오.

목   차

저항기(Resistance)

□저항기의 개요        □가변저항기

□정격전력             □수광소자(Cds)

□저항값               □기타 저항기

□탄소피막 저항기      □컬러코드(color code)를 읽는 방법

□금속피막 저항기

콘덴서(Condenser)

□콘덴서의 개요        □알루미늄 전해콘덴서(전해콘덴서, 케미콘)

□세라믹 콘덴서        □탄탈 전해콘덴서(탄탈 콘덴서)

□적층 세라믹 콘덴서   □폴리에스테르 필름 콘덴서(마일러 콘덴서)

□스티롤 콘덴서        □메털라이즈드 폴리에스테르 필름 콘덴서

□슈퍼 커패시터 (시멘스 MKT 적층 콘덴서)

□폴리프로필렌 콘덴서  □가변용량 콘덴서

□마이카 콘덴서

코일(Inductor)

□코일의 개요          □각종 코일의 모양

□코일의 성질          □인덕턴스 값의 조정

다이오드(Diode)

□다이오드의 개요      □정류용, 스위칭용, 전압 안정용 다이오드

□다이오드 브리지      □발광 다이오드(LED: Light Emited Diode)

트랜지스터(Transistor)

저항기(Resistance)

□트랜지스터의 개요    □트랜지스터의 리드

□트랜지스터의 외관

집적회로(Integrated Circuit)

□집적회로의 개요       □3단자 전압 레귤레이터

□대표적인 IC의 사례    □3단자 레귤레이터의 리드

계전기(Relay)

□계전기의 개요         □계전기의 외관과 사용법

프린트 기판(Printed Circuit Board)

□프린트 기판의 개요    □프린트 기판의 외관과 사용법

선재(線材: Wire)

□선재의 개요           □선재의 모양과 사용법

저항기(Resistance)

□저항기의 개요

저항기란 전류의 흐름을 억제하는(흐름을 곤란하게 하는) 기능을 가지고 있다.

회로도의 기호로는 으로 표시한다. 저항값의 단위는 ohm(□:옴)이 사용된다. 그리고, 1000□은 1k□(킬로옴), 1000k□은 1M□(메가옴)이라 부른다.

저항기는 크게 고정저항기와 가변저항기로 나누어진다(이에 대해서는 나중에 설명한다). 그리고 사용하는 재료에 따라 탄소계와 금속계로 분류된다.

저항기를 사용하는 경우에 중요한 포인트는 저항값은 물론이거니와, 정격전력, 저항값 오차가 있다.

정격전력이란 저항기가 견딜 수 있는 소비전력(W:와트)으로, 전력은 전류의 제곱(I2)×저항(R)으로 구할 수 있으며, 이 이하로 사용하지 않으면 저항기가 열을 발생하게 되고 결국 타버리는 경우도 흔히 있다.

전자회로에서 흔히 사용되는 것으로 1/8W, 1/4W, 1/2W 등이 있다.

전자회로의 신호회로(미약전류)에서는 너무 의식할 필요없이 1/8W로 충분하지만, 전원회로, 발광 다이오드의 전류제어용과 같은 저항기에는 생각보다 큰 전류가 흐르기 때문에 정격전력을 염두에 둘 필요가 있다.

□정격전력

예를 들면 12V의 전원전압을 사용하고, 5V에서 동작하는 회로를 동작시키려는 경우를 생각해 보자. 이와 같은 경우, 보통은 3단자 레귤레이터 등을 사용하지만, 간단히 저항기만으로 전압을 떨어뜨리려고 한 경우, 저항기의 저항값 이외에, 정격전력도 계산해 둘 필요가 있다.

이때, 5V에서 동작하는 회로의 소비전류를 모르면 계산할 수 없다. 부품의 규격표로에서 조사하거나, 시험 삼아 회로를 만들어 테스터로 측정해 보는 방법 등으로 구한다.

여기서는 그 소비전류가 100mA였다고 하자.

저항값은 12V에서 5V로 낮추는 것이므로, 저항기에 7V가 걸릴 필요가 있기 때문에 7V÷0.1A=70□가 된다.

이 저항기에서의 소비전력은 70□×0.1A×0.1A(또는 7V×0.1A)=0.7W로 된다.

계산상으로 구해진 소비전력보다 여유가 있는 정격전력의 저항기를 선택한다. 이 경우 1W가 적당할 것으로 생각한다.

기본적으로는 소비전력의 2배 정도에 해당하는 정격전력의 저항기를 사용하는 편이 무난하다.

1/8W의 저항기로는 어느 정도의 전류를 취급할 수 있는지를 계산해 보면,

47k□ 저항의 경우, √0.125W÷47K□=√2.66×10-6=1.63×10-3=1.63mA로 된다. 전자회로의 신호회로에서 47k□에 이러한 전류가 흐르는 경우는 드물다(흐를 때는 1.63mA×47k□으로 되어 76.6V가 걸리는 경우이다).

□저항값

저항값의 표준에 대해서는 우리나라 KS 규격으로도 정해져 있지만, KS 규격은 그 대부분이 일본 JIS 규격을 모방하고 있으며, 실제로 업계에서는 JIS 규격을 훨씬 많이 이용하고 있다.

그래서 여기서도 JIS를 기준으로 설명한다. 저항값의 표준은 JIS C5001에서 E 표준 계열로 정해져 있다. 이것은 10을 대수적으로 몇 등분하여 정해져 있다.

예를 들면 E3의 경우, 10을 대수적으로 거의 3등분하여 [1], [2.2], [4.7], [10]으로 하고 있다.

E6의 경우는 [1], [1.5], [2.2], [3.3], [4.7], [6.8], [10]으로 된다.

E12는 [1], [1.2], [1.5], [1.8], [2.2], [2.7], [3.3], [3.9], [4.7], [5.6], [6.8], [8.2], [10]으로 된다.

저항값이 언뜻 보기에 제각기 무질서한 값으로 보이는 것은 이와 같은 이유 때문이다. E 계열은 3, 6, 12 이외에 24, 48, 96, 192라는 계열이 있지만, 저항값으로는 통상은 E12 계열을 사용하고 있는 것 같다(특수한 경우에는 그 이상을 사용하는 경우도 있을 것이다). 저항값의 표시는 숫자로 인쇄하기 위해서는 부품이 작기 때문에 컬러코드(color code)라고 하는 색깔로 표시하고 있는 경우가 많은데, 1/2W 이하의 저항기은 대부분 컬러코드로 표시하게 때문에 컬러코드를 읽는 법도 꼭 알아 둘 필요가 있다(컬러코드를 읽는 방법은 나중에 설명한다).

고정저항기

고정저항기란 명칭과 같이 저항값이 고정된 것으로, 전자회로에 널리 사용된다.

□탄소피막 저항기

가장 일반적이고 저가격의 저항기이다. 저항값의 오차는 ±5%의 저항기가 가장 많다. 정격전력으로는 1/8, 1/4, 1/2 등이 많다.

탄소피막 저항기는 잡음이 심하다고 하는 결점이 있기 때문에, 아날로그 회로에는 금속계의 저항기를 사용하는 경우도 많다.

경험적으로는 아날로그 회로의 미소한 신호를 증폭하는 곳에는 가급적 금속계 저항기를 사용하고, 일반 디지털 회로에서는 저렴한 탄소계 저항기를 사용해도 잡음 때문에 고민하는 경우는 없었다.

저항기의 크기는 대개 아래 사진과 같이 되어 있다. 사실은 규격이 있겠지만, 실제 구입할 때는 크기를 보고 가늠하는 경우가 많기 때문에 구입시 가늠의 기준으로 생각하기 바란다.

1/8W

1/4W

1/2W의 저항기이다.

정격전력(W)	굵기(mm)	길이(mm)
1/8	2	3
1/4	2	6
1/2	3	9

이 저항기는 저항 어레이라 부르는 것으로, 여러 개의 같은 값을 가진 저항기가 일체형으로 만들어져 있다.

각 저항기의 한쪽이 내부에서 접속되어 있는 것도 있다.

여러 개의 발광 다이오드 전류를 제어하는 경우 등, 실장 공간이 적게 해결되어 편리하다.

좌측 사진의 저항기는 8개의 저항기가 아래 좌측 그림과 같이 되어 있다. 단지 저항값만(470□이라는 식으로) 표시되어 있는 것은 이 타입이다. 9개의 리드(다리)가 있으며, 저항값의 인쇄면에서 보았을 때, 맨 좌측의 리드가 공통(common) 리드이다.

같은 모양이면서, 4S470□이라는 식으로 머리에 4S를 붙여 표시하고 있는 저항 어레이도 있다. 이 타입은 리드가 8개로 아래 그림의 우측과 같이 독립된 저항기가 4개 내장되어 있는 것이다. 이러한 저항기의 정격전력은 대략 1/8W 정도라고 생각된다.

사이즈는 9개의 리드가 있는 타입의 경우, 폭 23mm, 높이 5mm(검은 부분), 두께 1.8mm이며, 8개의 리드가 있는 타입은 폭 20mm, 높이 5mm, 두께 1.8mm였다.

□금속피막 저항기

탄소계 저항기보다 오차가 적은 높은 정밀도의 저항값이 필요한 경우에 사용된다.

오차는 ±0.05% 정도의 것도 있지만, 일반적인 전자회로에서는 그다지 고정밀도가 요구되는 저항기는 사용되지 않으며, 고정밀도라고 해도 ±1% 정도의 저항기로 충분한 것 같다. 그리고 금속피막 저항기는 비싸기 때문에 꼭 필요한 경우에 부분적으로 사용하면 좋을 것이다.

금속피막 저항기의 저항체 재료는 Ni-Cr(nichrome) 등이 사용되고 있는 것 같다. 금속피막 저항기의 용도는 브리지 회로, 필터와 같이 저항값의 오차가 회로의 성능에 크게 영향을 미치는 경우, 그리고 아날로그의 잡음이 마음에 걸리는 회로 등에 사용한다.

1/8W(저항값 오차 ±1%)

1/4W(저항값 오차 ±1%)

1W(저항값 오차 ±5%)

2W(저항값 오차 ±5%)의 저항기이다.

금속피막저항기의 사이즈 기준

정격전력(W)	굵기(mm)	길이(mm)
1/8	2	3
1/4	2	6
1	3.5	12
2	5	15

□가변저항기

가변저항기는 일반적으로 볼륨(variable ohm)이라 부르는 경우도 많다. 라디오의 음량조정과 같이 용이하게 저항값을 바꿀 수 있는 것과, 전자회로에서 부품의 오차에 의한 동작 상태를 조정(adjust: ADJ)해야 하는 경우 등에 사용하는, 통상 저항값을 바꾸지 않는 반고정 저항기가 있다.

통상적인 가변저항기, 반고정 저항기는 회전할 수 있는 각도가 300도 정도이지만, 저항값을 세밀하게 조정하기 위해 기어(gear)를 조합하여 다회전(10∼25회 정도)시킬 수 있는 퍼텐쇼미터(potentiometer)라는 것도 있다.

사진의 우측에 있는 것은 음량조정과 같이, 저항값을 용이하게 바꿀 수 있는 가변저항기이다. 중앙에 있는 4개는 여러 가지 형태의 것이 있는데, 프린트 기판 등에 실장하는 반고정 가변저항기이다. 좌측에 있는 2개는 퍼텐쇼미터(potentiometer)라 부르는 것으로, 좌측에 있는 나사를 돌려 저항값을 변화시킨다. 퍼텐쇼미터의 형태는 이 사진과 같은 것 이외에, 맨 우측의 형태에 가까운 것도 있다. 용도에 따라 형상을 선택할 수 있다.

회로기호는    으로 표시한다.

□수광소자(Cds)

빛에 의해 저항값이 변화하는 부품이 있다. 카드뮴을 사용한 것으로, 빛이 닿으면 저항값이 작아진다. 수광감도, 크기, 저항값 등에 따라 여러 종류가 있다.

사진과 같은 것은 원통형의 직경이 8mm, 높이가 4mm의 크기로, 빛이 닿지 않을 때에는 2M□ 정도, 빛이 닿으면 200□ 정도로 저항값이 변화한다. 빛이 닿는 강도에 따라 저항값이 변화한다.

이 Cds 소자는 자동차의 헤드라이트의 점등 확인 장치에도 사용되고 있다.

□기타 저항기

탄소피막 저항기, 금속피막 저항기 이외에 흔히 사용되는 저항기의 종류로는 권선저항기가 있다.

권선저항기는 금속의 미세한 선을 재료로 사용한 것으로, 선의 길이를 조정함으로써 정밀한 저항값을 얻을 수 있다.

그리고 굵은 선재를 사용할 수 있어, 대전력용의 저항기를 만들 수 있다. 실제로는 정밀한 저항값을 얻는 것보다 대전력용 저항기의 용도가 많을 것으로 생각한다. 결점으로는 선을 절연체에 코일 형태로 감아 붙이기 때문에, 주파수가 높은 회로에는 사용할 수 없다.

흔히 볼 수 있는 것으로는 저항기를 법랑으로 덮은 할로우(hollow) 저항기와, 세라믹 케이스에 삽입하여 특수한 시멘트로 굳힌 시멘트 저항기 등이 있다. 1∼2W부터 수십 W의 것까지 다양한 종류가 있다.

대전력용 저항기를 사용하는 경우, 다량의 열이 발생하기 때문에(저항기는 열에 견딜 수 있도록 되어 있지만, 열은 발생한다) 방열을 충분히 고려할 필요가 있다.

좌측의 사진은 할로우 저항기인데, 상측이 10W의 것으로, 굵기 13mm, 길이 45mm, 하측이 50W의 것으로, 굵기 29mm, 길이 75mm이다.

상측은 부착 고리를 붙인 상태이다. 절연하기 위해 애자로 된 구조로 되어 있다.

우측의 사진은 시멘트 저항기이며, 5W용으로, 폭 22mm, 길이 9mm, 높이 9mm이다.

□ 컬러코드(color code)를 읽는 방법

색깔	수치	비교
흑색	0	제1, 2, (3)숫자, 승수
갈색	1	제1, 2, (3)숫자, 승수, 오차
적색	2	제1, 2, (3)숫자, 승수, 오차
등색	3	제1, 2, (3)숫자, 승수
황색	4	제1, 2, (3)숫자, 승수
녹색	5	제1, 2, (3)숫자, 승수
청색	6	제1, 2, (3)숫자, 승수?
자색	7	제1, 2, (3)숫자
회색	8	제1, 2, (3)숫자
백색	9	제1, 2, (3)숫자
금색	5%	오차
은색	10%	오차

콘덴서

□콘덴서의 개요

콘덴서란 전기를 축적하는 기능을 가지고 있다. 그러나, 일반적으로는 전기를 축적하는 기능 이외에 직류전류를 차단하고 교류전류를 통과시키려는 목적에도 사용된다.

회로도의 기호는      으로 표시한다.

콘덴서는 기본적으로는 2장의 전극판을 대향시킨 구조로 되어 있다.

여기에 직류전압을 걸면, 각 전극에 전하(電荷)라고 하는 전기가 축적되며, 축적하고 있는 도중에는 전류가 흐른다. 축적된 상태에서는 전류는 흐르지 않게 된다. 10□F 정도의 전해콘덴서에 아날로그 미터식 테스터를 저항 측정 모드하고 접속하면 순간 전류가 흘러 테스터의 바늘이 움직이는 것을 알 수 있다. 그러나 바로 0으로 되고 만다.

테스터의 접속 방법(콘덴서의 리드에 접속하는 테스터의 측정봉)을 반대로 하면 역시 순간 전류가 흐른다는 것을 알 수 있다.

그러므로, 직류전압이 콘덴서에 가해진 경우, 순간적으로 전류가 흐르지만 후에는 흐르지 않기 때문에 직류를 통과시키지 않으려는(직류 커트) 용도에도 사용된다. 그러나, 교류의 경우에는 앞서 언급한 테스터의 측정봉을 항상 교대로 바꾸어 접속하는 것과 같으므로 그 때마다 전류가 흐르게 되어, 교류전류는 흐르는 것이다.

두 극판의 전극간에 절연체(유전체라고 한다)를 넣어(절연체를 전극으로 삽입한다) 콘덴서를 만드는데, 이 재질에 따라 여러 종류의 콘덴서가 있다. 아무것도 삽입하지 않고 공기를 유전체로 하는 콘덴서도 있다.

콘덴서의 용량을 나타내는 단위는 패러드(farad: F)가 사용된다. 일반적으로 콘덴서에 축적되는 전하용량은 매우 작기 때문에, □F(마이크로 패러드: 10-6F)나 pF(피코 패러드: 10-12F)의 단위가 사용된다.

최근에는 슈퍼 커패시터라는 명칭으로 패러드 단위의 용량을 가진 콘덴서도 등장했다.

콘덴서의 용량 표시에 3자리의 숫자가 사용되는 경우가 있다. 부품 메이커에 따라 용량을 3자리의 숫자로 표시하든가, 그대로 표시하기도 한다.

3자리 숫자로 나타내는 경우에는 앞의 2자리 숫자가 용량의 제1숫자와 제2숫자이고, 3자리째가 승수가 된다. 표시의 단위는 pF(피코 패러드)로 되어 있다.

예를 들면 103이면 10×103=10,000pF=0.01□F로 된다.

224는 22×104=220,000pF=0.22□F이다.

100pF 이하의 콘덴서는 용량을 그대로 표시하고 있다. 즉, 47은 47pF를 의미한다.

그러면, 대표적인 콘덴서를 소개하기로 한다.

□알루미늄 전해콘덴서(전해콘덴서, 케미콘)

단순히, 전해콘덴서 또는 케미콘(chemical condenser)이라고도 부른다.

이 콘덴서는 유전체로 얇은 산화막을 사용하고, 전극으로는 알루미늄을 사용하고 있다. 유전체를 매우 얇게 할 수 있으므로 콘덴서의 체적에 비해 큰 용량을 얻을 수 있다.

특징은 극성(플러스 전극과 마이너스 전극이 정해져 있다)이 있다는 점이다. 일반적으로 콘덴서 자체에 마이너스측 리드를 표시하는 마크가 붙어 있다. 또, 가할 수 있는 전압, 용량(전기를 축적할 수 있는 양)도 표시되어 있다. 극성을 잘못 접속하거나, 전압이 너무 높으면 콘덴서가 파열(펑하는 소리가 나며, 매우 위험)되고 만다. 절대로 실수해서는 안된다(통상, 회로도에도 + 극성을 표시한다).

콘덴서(Condenser)

이 콘덴서는 1□F부터 수천□F, 수만□F라는 식으로 비교적 큰 용량이 얻어지며, 주로 전원의 평활회로, 저주파 바이패스(저주파 성분을 어스 등에 패스시켜 회로 동작에 악영향을 주지 않는다) 등에 사용된다.

단, 코일 성분이 많아 고주파에는 적합하지 않다(이것을 주파수 특성이 나쁘다고 말한다).

이 사진은 용량, 전압이 다른 전해콘덴서의 예이다.

좌측부터

1□F(50V) [직경 5mm, 높이 12mm]

47□F(16V)[직경 6mm, 높이 5mm]

100□F(25V)[직경 5mm, 높이 11mm]

220□F(25V)[직경 8mm, 높이 12mm]

1000□F(50V)[직경 18mm, 높이 40mm]

의 전해콘덴서이다.

단, 크기에 대해서는 정해져 있는 것이 아니며, 메이커에 따라서도 다르다. 여기에 나타낸 것은 어디까지나 참고로 하기 바란다.

전해콘덴서에는 우측 사진과 같이, 마이너스측 전극을 표시하는 마크가 있다. 실장할 때는 틀리지 않도록 주의해야 한다.

□탄탈 전해콘덴서(탄탈 콘덴서)

단순히, 탄탈 콘덴서(tantalum condenser)라고도 부르며, 전극에 탄탈륨이라는 재료를 사용하고 있는 전해콘덴서이다. 알루미늄 전해콘덴서와 마찬가지로, 비교적 큰 용량을 얻을 수 있다.

그리고 온도 특성(온도의 변화에 따라 용량이 변화한다. 용량이 변화하지 않을수록 특성이 좋다고 말한다), 주파수 특성 모두 전해콘덴서 보다 우수하다.

알루미늄 전해콘덴서는 크라프트(kraft)지 등에 전해액이 스며 들게 한 것을 금속 알루미늄으로 삽입하여 감아 붙인 구조로 되어 있지만, 탄탈 전해콘덴서의 경우는 tantalum powder를 소결하여 굳혔을 때에 나오는 빈틈을 이용하는 구조로 되어 있어, 두루마리 구조가 아니므로 앞서 언급한 바와 같이 특성이 우수하다(이것은 어디까지나 알루미늄 전해콘덴서와 비교했을 때의 이야기).

이 콘덴서도 극성이 있으며, 통상, 콘덴서 자체에 +의 기호로 전극을 표시하고 있다. 탄탈 콘덴서도 절대로 극성을 잘못 접속해서는 안된다.

가격은 전해콘덴서 보다 비싸기 때문에 온도에 의한 용량변화가 엄격한 회로, 어느 정도 주파수가 높은 회로 등에 사용한다.

또한, 알루미늄 전해콘덴서에서 발생하는 spike 형상의 전류가 나오지 않으므로 신호 파형을 중요시하는 아날로그 신호계에는 탄탈 콘덴서를 사용하는 것이 상식인 것 같다. 스파이크와 같은 불요 파형이 문제가 되지 않는 경우에는 전해콘덴서로도 충분하다.

좌측 사진은 탄탈 전해콘덴서의 외관을 나타낸 것으로 둥근 모양으로 되어 있다.

용량은 좌측부터

0.33□F(35V)

0.47□F(35V)

10□F(35V)

의 탄탈 콘덴서이다.

탄탈 콘덴서도 전해 콘덴서와 마찬가지로 플러스와 마이너스 극성을 가지고 있다.

전극(리드선)의 +측을 나타내는 기호가 콘덴서 자체에 표시되어 있다.

□세라믹 콘덴서

세라믹 콘덴서는 전극간의 유전체로 티탄산 바륨(Titanium-Barium)과 같은 유전율이 큰 재료가 사용되고 있다.

이 콘덴서는 인덕턴스(코일의 성질)가 적어 고주파 특성이 양호하다는 특징을 가지고 있어, 고주파의 바이패스(고주파 성분 또는 잡음을 어스로 통과시킨다)에 흔히 사용된다.

모양은 원반형으로 되어 있으며, 용량은 비교적 작다.

사진의 좌측에 있는 것은 용량이 100pF의 콘덴서로, 원반의 직경이 3mm 정도이다.

우측에 있는 콘덴서는 103이라고 인쇄되어 있는데, 이것은 10×103pF이므로 0.01□F가 된다. 원반의 직경은 약 6mm였다.

전해콘덴서나 탄탈 콘덴서와 같이 전극의 극성은 없다.

사진보다 더 큰 외형의 세라믹 콘덴서도 있다.

세라믹은 강유전체의 물질로 아날로그 신호계 회로에 사용하면 신호에 일그러짐이 나오므로 이와 같은 회로에는 사용할 수 없다.

□적층 세라믹 콘덴서

적층 세라믹 콘덴서는 전극간의 유전체로 고유전율계 세라믹을 다층 구조로 사용하고 있으며, 온도 특성, 주파수 특성이 양호하고, 게다가 소형이라는 큰 특징이 있다.

디지털 회로에서 취급하는 구형파(펄스파) 신호는 비교적 높은 주파수 성분이 함유되어 있다. 이 콘덴서는 주파수 특성이 양호하고, 소형이라는 점 때문에 바이패스용으로 흔히 사용된다.

온도 특성도 양호하므로 온도변화를 꺼려하는 회로에도 사용된다.

사진의 좌측에 있는 것은 용량이 104로 표시되어 있으므로 10×104pF=0.1□F의 용량이며, 폭 4mm, 높이 3mm, 두께 2mm의 콘덴서이다.

사진 우측에 있는 것은 용량이 103(10×103pF=0.01□F)의 콘덴서로, 둥근 부분의 직경이 2mm, 높이가 4mm였다. 고밀도 실장을 하는 데에는 우측에 있는 형상의 콘덴서가 좋은 경우도 있다.

전극의 극성은 없다.

□스티롤 콘덴서

전극간의 유전체로 폴리스티렌(polystyrene) 필름이 사용되고 있다.

이 콘덴서는 필름을 감은 구조이므로 인덕턴스(코일) 성분이 크다. 따라서 고주파에는 사용할 수 없으며, 수백 kHz 이하의 필터 회로나 타이밍 회로 등에 흔히 사용된다.

사진에 나타낸 스티롤 콘덴서는 전극에 동박을 사용하고 있어, 적색을 띠고 있지만, 전극으로 알루미늄박을 사용하는 것도 있으므로 은색을 띠고 있는 것도 있다.

동박을 사용한 쪽이 약간 비싸고, 주파수 특성이 좋은 듯 하며, 엄격한 용도가 아니면 적색이든 은색이든 별로 문제는 없을 것으로 생각한다.

사진에서 좌측에 있는 콘덴서는 100pF로 굵기 5mm, 높이 10mm이다. 가운데 있는 콘덴서는 1000pF로 굵기 5.7mm, 높이 10mm이다. 우측에 있는 콘덴서는 10000pF로 굵기 10mm, 높이 24mm이다.

전극의 극성은 없다.

□슈퍼 커패시터

이것이 경이적인 콘덴서, 슈퍼 커패시터(Super Capacity)이다.

용량은 0.47F(470,000□F)로 초대용량 콘덴서이다.

이와 같은 대용량의 콘덴서를 전원회로 등에 사용할 때에는 각별한 주의가 필요하다. 그 이유는 콘덴서가 텅비어 있을 때에는(전기가 축적되어 있지 않을 때에는) 전류가 계속 유입하므로 정류기 등이 과전류로 인해 파괴되는 경우가 있기 때문이다.

통상적인 전원회로의 평활 콘덴서는 1,000□F 정도이므로, 콘덴서는 순간적으로 충전되지만, 이러한 콘덴서를 사용하면 충전이 완료되기까지 회로가 쇼트되어 있는 것과 같다. 보호회로를 설치하지 않으면 위험하다.

용량이 크기 때문에 단시간의 백업(배터리 정도의 장시간은 아니지만) 등에 사용할 수 있을 것이다.

초대용량인데 비해 비교적 형태가 작으며, 직경이 21mm, 높이 11mm이다.

전극에 극성이 있으므로 주의할 필요가 있다.

□폴리에스테르 필름 콘덴서(마일러 콘덴서)

마일러(Mylar) 콘덴서라고도 하며, 얇은 폴리에스테르(polyester) 필름을 양측에서 금속으로 삽입하여, 원통형으로 감은 것이다.

저가격으로 사용하기 쉽지만, 높은 정밀도는 기대할 수 없다. 오차는 대략 ±5%에서 ±10% 정도이다.

사진의 좌측부터

용량: 0.001□F(.001K로 표시)

폭:5mm, 높이:10mm, 두께:2mm

용량: 0.1□F(104K로 표시)

폭:10mm, 높이:11mm, 두께:5mm

용량: 0.22□F(0.22K로 표시)

폭:13mm, 높이:18mm, 두께:7mm

메이커에 따라 용량을 표시하는 방법이 다르므로 주의할 필요가 있다.

좌측의 사진도 폴리에스테르 콘덴서이다.

용량은 좌측으로부터

용량: 0.0047□F(472로 표시)

폭:4mm, 높이:6mm, 두께:2mm

용량: 0.0068□F(682로 표시)

폭:4mm, 높이:6mm, 두께:2mm

용량: 0.47□F(474K로 표시)

폭:11mm, 높이:14mm, 두께:7mm

전극의 극성은 없다.

□폴리프로필렌 콘덴서

폴리에스테르 콘덴서 보다 높은 정밀도가 요구되는 경우에 사용한다. 유전체 재료는 폴리프로필렌(polypropylene) 필름을 사용하며, 100kHz 이하의 주파수에서 사용하면 거의 용량의 변화가 없다고 한다.

사진에 나타낸 것은 오차가 ±1%의 것이다.

메이커에 따라 다를지도 모르지만, 용량 표시 다음의 기호가 오차를 나타내고 있는 것 같다. K가 ±10%, F가 ±1%

사진의 좌측부터

용량: 0.01□F(103F로 표시)

폭:7mm, 높이:7mm, 두께:3mm

용량: 0.022□F(223F로 표시)

폭:7mm, 높이:10mm, 두께:4mm

용량: 0.1□F(104F로 표시)

폭:9mm, 높이:11mm, 두께:5mm

용량을 실측했더니, 측정기의 오차도 있어, 확실하다고는 말할 수 없지만, 대략 +0.2% 정도였다.

이 콘덴서도 전극의 극성은 없다.

□마이카 콘덴서

유전체로 운모(mica)를 사용한 콘덴서이다. 운모는 온도계수가 작고 안정성이 우수하며, 주파수 특성도 양호하기 때문에, 고주파에서의 공진회로나 필터회로 등에 사용된다. 또한, 절연내압도 우수하므로 고압회로에도 사용된다.이전에는 진공관식 무선송신기 등에는 흔히 사용되었다.

결점으로는 용량이 그다지 크지 않고, 비싸다.

좌측의 사진은 diped mica condenser이라 부르는 것으로 내압이 500V이다.

용량은 좌측부터

47pF(470J로 표시)

폭:7mm, 높이:5mm, 두께:4mm

220pF(221J로 표시)

폭:10mm, 높이:6mm, 두께:4mm

1000pF(102J로 표시)

폭:14mm, 높이:9mm, 두께:4mm

전극의 극성은 없다.

□메털라이즈드 폴리에스테르 필름 콘덴서(시멘스 MKT 적층 콘덴서)

시멘스 MKT 적층 콘덴서라고도 하며, 전극으로 증착 금속피막을 사용한 폴리에스테르 필름 콘덴서로, 전극이 얇기 때문에 소형화가 가능하다.

사진의 좌측부터

용량: 0.001□F(1n으로 표시. n은 나노[10-9])

내압: 250V

폭:8mm, 높이:6mm, 두께:2mm

용량: 0.22□F(□22로 표시)

내압:100V

폭:8mm, 높이:6mm, 두께:3mm

용량: 2.2□F(2□2로 표시)

내압: 100V

폭:15mm, 높이:10mm, 두께:8mm

이 콘덴서는 리드가 떨어지기 쉽기 때문에 취급에 주의할 필요가 있다. 한번 떨어져 버리면 사용할 수 있는 방법이 없으며, 버릴 수 밖에 없다.

전극의 극성은 없다.

□가변용량 콘덴서

용량을 변화시킬 수 있는 콘덴서이며, 주로 주파수 조정 등에 사용한다.

좌측의 사진에 나타낸 것은 트리머(trimmer)라 부르는 가변용량 콘덴서이며, 유전체로 세라믹(자기)를 사용하고 있다.

그 외에도 폴리에스테르 필름 등을 유전체로 사용한 것도 있다.

프린트 기판에 실장할 수 있도록 만들어져 있다.

부착할 때의 주의 사항으로, 전극 극성은 없지만 용량을 조절하는 나사 부분이 어느 한 쪽의 리드선에 연결되어 있기 때문에 리드선의 한 쪽이 어스에 접속되는 경우에는 조절 나사가 연결되어 있는 리드선을 어스측으로 한다. 그렇게 하지 않으면 조절할 때의 드라이버의 용량이 영향을 주므로 잘 조절되지 않는다.

또한, 이러한 조절을 할 때에는 전용의 조절용 드라이버((나사를 돌리기 위한 절연체 드라이버로, 아크릴과 같은 절연물로 되어 있다)가 있으므로 그것을 사용하는 편이 무난하다.

조절 나사가 어느 쪽 리드선에 연결되어 있는지는 살펴 보면 알 수 있지만, 그래도 모를 때는 테스터 등으로 확인한다.

사진에서 좌측의 트리머는

용량: 20pF(3pF∼27pF 실측)

굵기: 6mm, 높이: 4.8mm

그 외에, 청색:7pF(2∼9), 백색:10pF(3∼15), 녹색:30pF(5∼35), 갈색:60pF(8∼72)가 있다.

위의 사진에서 우측의 트리머는

용량: 30pF(5pF∼40pF 실측)

폭(길이): 6.8mm, 폭(짧은 쪽): 4.9mm, 높이: 5mm

우측의 사진에 나타낸 것은 배리콘이라 부르는 가변용량 콘덴서로 라디오의 튜너 등에 사용된다.

사진에서 좌측의 배리콘은 공기를 유전체로 하고 있으며, 3개의 독립된 콘덴서를 조합하고 있다(3련 배리콘이라고 부른다).

용량은 각각 2pF∼18pF까지 변화했다. 조정축을 돌리면 3개의 콘덴서의 용량이 동시에 변화한다.

크기는 폭, 높이 모두 17mm, 깊이 29mm(조정봉은 제외)

이러한 배리콘은 여러 종류가 있으므로, 목적에 적합한 것을 선택한다.

사진에 나타낸 것은 소형 배리콘이다.

사진의 우측에 것은 폴리에스테르 필름을 유전체로 한 것으로, 2개의 독립된 콘덴서를 조합하고 있다(2련 폴리배리콘이라고 한다).

용량은 한 쪽이 12pF∼150pF, 다른 한쪽이 11pF∼70pF까지 변화했다.

크기는 폭, 높이 모두 20mm, 깊이 11mm(조정봉은 제외)

사진에 나타낸 것은 각 콘덴서에 다시 소형의 트리머가 내장되어 있으며, 15pF 정도의 미세조정을 할 수 있다.

코일(Inductor)

코일(Inductor)

□코일의 개요

코일이란 동선과 같은 선재(線材)를 나선 모양으로 감은 것이다.

회로기호는        으로 표시한다.

또, 코일의 성질 정도를 나타내는 단위로 헨리(Henry:H)가 사용된다. 선재를 감으면 감을수록 코일의 성질이 강해지며 헨리의 값도 커진다. 코일은 내부에 아무것도 넣지 않은 공심으로 하는 것보다 철심에 감거나 코어라 부르는 철분말을 응고시킨 것에 감는 편이 보다 큰 헨리값이 얻어진다. 통상 전기회로에서 사용하는 코일은 마이크로 헨리(□H)부터 헨리(H)까지 폭넓게 사용된다.

코일을 인턱터(Inductor) 또는 인덕턴스(Inductance)라고 하는 경우가 있다(엄격히 말해서, 인덕턴스라고 하는 것은 코일 성분의 정도를 나타내는 것이며, 부품 그 자체를 나타내는 말이 아니다. 콘덴서의 경우는 커패시턴스(Capacitance), 저항의 경우는 레시스턴스(Resistance)라는 것이 각각 성질의 정도를 나타내는 것이다).

코일에 교류전류가 흐른 경우, 코일에 발생하는 자속이 변화한다. 그 코일에 다른 코일을 가까이 했을 경우, 상호유도작용(Mutual Induction)에 의해, 접근시킨 코일에 교류전압이 발생한다. 이 상호유도작용의 정도를 상호 인덕턴스(단위는 헨리:H)로 표시한다.

코일이 하나만 있는 경우에도 자신이 발생하는 자속의 변화가 자신에게 영향을 준다. 이것을 자기유도작용이라고 하며, 그 정도를 자기 인덕턴스(Self Inductance)로 나타낸다.

헨리의 정의는 어떤 코일에 매초 1A의 비율(1A/s)로 전류가 변화할 때, 다른 쪽의 코일에 1V의 기전력을 유도하는 두 코일간의 상호 인덕턴스를 1헨리(H)로 한다고 되어 있다.

자기 인덕턴스의 경우는 전류의 변화율이 1A/s일 때 1V의 기전력을 발생하는 경우의 자기 인덕턴스를 1H로 한다고 되어 있다.

□코일의 성질

선재를 나선 모양으로 감으면 원래의 선재가 지닌 특성과는 전혀 다른 여러 가지 특성이 나온다.

여러 특성 가운데서 몇가지 주요 특성에 대해 그 개요를 쉽게 설명하기로 한다.

□전류의 변화를 안정시키려고 하는 성질이 있다

전류가 흐를려고 하면 코일은 전류를 흘리지 않으려고 하며, 전류가 감소하면 계속 흘릴려고 하는 성질이다. 이것을 "렌츠의 법칙"이라 부르는데, 전자유도작용에 의해 회로에 발생하는 유도전류는 항상 유도작용을 일으키는 자속의 변화를 방해하는 방향으로 흐른다는 것이다.

이 성질을 이용하여 교류로부터 직류로 변환하는 전원의 평활회로에 사용된다. 교류를 정류기에 의해 직류로 변환한 경우, 그대로는 맥류(리플:Ripple)라고 하여 교류성분이 많은 직류이며 완전한 직류가 아니다. 플러스의 직류로 정류한 경우, 마이너스 전압성분은 없어지지만, 0V와 플러스 전압을 왕래하고 있다.

평활회로는 콘덴서와 코일을 조합한 회로를 사용하면 코일이 전류의 변화를 저지하려는 작용을 하고, 콘덴서가 입력전압이 0V로 되어도 축적한 전기를 그때 토출하기 때문에 안정한 직류를 얻을 수 있다.

간단한 평활회로에서는 코일 대신에 저항기를 사용하여, 콘덴서의 평활 기능만 이용하는 경우도 있다.

□상호유도작용이 있다

이것은 앞에서도 언급했지만, 두 코일을 가까이 하면 한쪽 코일의 전력을 다른 쪽 코일에 전달할 수 있다는 것이다.

이 성질을 이용한 것이 트랜스이다. 전력을 공급하는 쪽의 코일(입력)을 1차측, 전력을 꺼내는 쪽(출력)을 2차측이라고 한다. 1차측 권수와 2차측 권수의 비율에 따라 2차측의 전압이 변화한다.

전원트랜스 등은 2차측에서 권선의 도중에 선을 내어(tap이라고 한다) 복수의 전압을 얻을 수 있도록 한 것이 많다.

□전자석의 성질이 있다

여러분이 잘 알고 있듯이, 전류가 흐르면 철이나 니켈을 흡착하는 성질이다.

이 성질을 이용한 것으로 계전기(릴레이)가 있다. 전류가 흐를 때에 철판을 끌어당겨 철판에 부착된 스위치를 닫도록 하는 것이다. 그리고 차임벨도 전자석의 성질을 이용한 것이다.

□공진하는 성질이 있다

코일과 콘덴서를 조합하면 어떤 주파수의 교류전류가 흐르지 않거나, 쉽게 흐르기도 한다. 라디오의 방송국을 선택하는 튜너는 이 성질을 이용하여 특정한 주파수만을 선택하고 있는 것이다.

공진(共振)에 대하여 설명하기 시작하면 점점 깊은 부분까지 빠져들기 때문에 더 자세하게 알고 싶은 분은 전문서를 보기 바란다.

□각종 코일의 모양

사진은 소형 코일 부품의 예이다.

맨 좌측에 있는 것은 소북 모양의 코어에 가느다란 동선을 감은 것으로, 100□H의 것이다. 고주파의 공진, 고주파의 저지 등에 사용한다.

샘플로 구입한 것의 크기는 직경이 약 4mm, 높이가 약 7mm였다. 저항기와 마찬가지로 컬러코드로 값을 표시하고 있는 것도 있다.

종류는 1□H 정도부터 수백 □H까지 여러 가지가 있다.

1□H, 2.2□H, 3.3□H, 3.9□H, 4.7□H, 5.6□H, 6.8□H, 8.2□H, 10□H, 15□H, 18□H, 22□H, 27□H, 33□H, 39□H, 47□H, 56□H, 68□H, 82□H, 100□H 등.

좌측에서 두 번째의 것은 봉 모양의 코어에 가는 동선을 감은 것으로, 용도는 앞서 언급한 것과 같다.

샘플로 구입한 코일의 값은 470□H였으며, 코어의 직경은 4mm, 높이는 10mm, 코일의 직경은 8mm였다.

우측에 있는 2개는 고주파용의 트랜스이다. 트랜지스터 라디오 등의 발진용, 중간주파수(455KHz)의 동조 등에 사용된다.

고주파이므로 다른 회로로부터 자기에 의한 영향을 받지 않도록 하거나, 또는 주변 부품에 영향을 주지 않도록 하기 위해 금속 케이스(차폐상자 또는 실드케이스라고 한다)에 수납되어 있다. 이 케이스는 반드시 어스에 연결하여야 한다.

그리고, 이러한 것은 동조용, 발진용이므로 인덕턴스값을 변화시킬 수 있도록 되어 있다.

□인덕턴스값의 조정

코일 중심의 코어부는 나사 모양으로 되어 있어, 드라이버 등으로 돌리면 코어가 코일에 들어가거나, 나오기도 한다. 따라서 코어의 상하 움직임에 따라 코일의 인덕턴스값이 변화한다.

코일의 권수를 바꾸어도 되지만, 일일이 그렇게는 할 수 없는 일이다.

FM 라디오의 튜너부 등은 87.5MHz∼108MHz 부근의 고주파를 취급하기 때문에 코어에 감으면 인덕턴스값이 너무 커지므로 공심 코일이 사용된다.

이 경우의 조정은 코일의 권선 간격을 변화시켜 조절한다. FM 라디오 등을 분해하여 보면 코일이 모두 한결같이 일률적으로 되어 있지 않고, 코일의 간격이나 리드의 형태가 제각기 멋대로 되어 있는 것을 볼 수 있을 것이다.

이것을 깨끗하고 보기 좋게 하려고 해서는 안된다. 이것은 일부러 구부리거나 코일 간격을 바꾸어 인덕턴스값을 조절하고 있기 때문이다.

다이오드(Diode)

다이오드(Diode)

□다이오드의 개요

다이오드란 전류를 한쪽 방향으로만 흘리는 반도체 부품이다. 반도체란 원래 이러한 성질을 가지고 있기 때문에 반도체라 부르는 것이다. 트랜지스터도 반도체이지만, 다이오드는 특히 이와 같은 한쪽 방향으로만 전류가 흐르도록 하는 것을 목적으로 하고 있다.

반도체의 재료는 실리콘(규소)이 많지만, 그 외에 게르마늄, 셀렌 등이 있다.

다이오드의 용도는 전원장치에서 교류전류를 직류전류로 바꾸는 정류기로서의 용도, 라디오의 고주파에서 신호를 꺼내는 검파용, 전류의 ON/OFF를 제어하는 스위칭 용도 등, 매우 광범위하게 사용되고 있다.

회로기호는       가 사용된다.

기호의 의미는 (애노드)      (캐소드)로 애노드측에서 캐소드측으로는 전류가 흐른다는 것을 나타내고 있다.

다이오드 중에는 단지 순방향으로 전류가 흐르는 성질을 이용하는 것 이외에, 다음과 같은 용도의 것이 흔히 사용된다.

□정전압 다이오드(제너 다이오드):  회로 기호는

역방향으로 전압을 가했을 경우에 어떤 전압에서     안정하는 성질을 이용하여, 일정한 전압을 얻기 위해 사용한다.

□ 발광 다이오드(LED):  회로 기호는

전류를 순방향으로 흘렸을 때에 발광     하는 다이오드이다.

□ 가변용량 다이오드(배리캡 또는 버랙터:varactor):  회로 기호는

전압을 역방향으로 가했을 경우에 다이오드가 가지고 있는 콘덴서 용     량(접합용량)이 변화하는 것을 이용하여, 전압의 변화에 따라 발진주파수를 변화시키는     등의 용도에 사용한다. 역방향의 전압을 높이면 접합용량은 작아진다.

우측의 그래프는 다이오드의 특성을 나타낸 것이다.

순방향으로 전압을 가했을 경우, 약간의 전압에서도 순방향의 전류는 쉽게 흐른다는 것을 나타내고 있다.

순방향으로 흘릴 수 있는 전류는 다이오드에 따라 규정되어 있다. 그리고 통상적으로 사용하는 경우 다이오드 자체의 저항성분에 의해 강하하는 전압은 0.6∼1V(VF) 정도이다(실리콘 다이오드의 경우, 대략 0.6V).

여러 개의 다이오드를 직렬로 접속하여 사용하는 회로에서는 이 전압강하도 고려할 필요가 있다. 정류용으로 사용하는 경우, 순방향의 전류 허용값은 중요한 체크 포인트이다.

역방향으로 전압을 가했을 경우, 역방향 전류는 흐르기 어렵다는 것을 나타내고 있다.

역방향으로 가할 수 있는 전압은 다이오드의 종류에 따라 여러 가지가 있으므로 용도에 따라 선택한다. 그리고 역방향 전류는 매우 작어 수□A에서 수 mA이며, 다이오드의 종류에 따라 다르다.

정류용으로 사용하는 경우, 역방향의 전압 허용값은 중요한 체크 포인트이다.

□정류용, 스위칭용, 전압 안정용 다이오드

다이오드에는 어느 한쪽의 리드선에 띠 모양의 마크가 붙어 있다. 이 표시가 캐소드측을 나타내고 있다.

사진의 경우, 우측에서 좌측으로는 전류가 흐르고, 좌측에서 우측으로는 전류가 흐르지 않게 된다.

사진에서 맨 위에 있는 것과 두 번째의 것은 전류의 정류용이다.

맨 위의 것이 6A의 전류가 흘릴 수 있는 것이고, 그 밑에 있는 것이 1A의 전류를 흘릴 수 있는 것이다.

이 전류값은 최대정격이므로, 실제 사용할 때에는 최대라도 70% 정도 사용하는 편이 무난하다.

세 번째의 적색을 띠고 있는 것은 1S1588이라 부르는 스위칭용 다이오드이다. 최대전류는 120mA이지만, ON/OFF의 전환을 고속으로 할 수 있기 때문에 스위칭용으로 사용되며, 디지털 회로에서 흔히 사용한다. 역방향 전압의 최대값은 30V로 되어 있다.

맨 아래에 있는 것은 제너 다이오드로 6V의 것이다. 역방향으로 전압을 가했을 경우, 약 6V에서 일정하게 되며, 입력전압을 더욱 높이려고 하면 다이오드를 흐르는 전류가 증가하고, 전압은 변하지 않는다(약간 변한다). 그러나 흘릴 수 있는 전류는 30mA 정도에서 파괴되므로 너무 흐르지 않도록 전류의 보호를 생각하지 않으면 안된다.

전원의 안정화에는 통상 3단자레귤레이터를 사용하기 때문에 이 다이오드의 용도는 순간적인 과전압(너무 높지 않은 경우)으로부터 회로를 보호하는 용도 등에 사용한다.

3단자 레귤레이터는 내부에서 제너 다이오드를 사용하고 있다.

□다이오드 브리지

교류전압을 직류전압으로 바꾸기 위해 정류용 다이오드를 사용한다. 하나의 다이오드에서는 반파정류(플러스와 마이너스가 교대로 변화하는 전압의 플러스측 또는 마이너스측 중에서 어느 한쪽만 사용한다)밖에 할 수 없지만, 다이오드를 4개 조합하면 전파정류를 할 수 있다. 4개를 조합한 것이 다이오드 브리지(diode bridge)이다.

좌측의 사진은 다이오드 브리지의 예이다. 우측에 있는 것은 1A의 다이오드 브리지로, 직경이 10mm, 높이가 7mm의 원주형으로 되어 있다. 사진의 좌측에 있는 것은 4A의 다이오드 브리지로, 평판 모양을 하고 있다. 폭 19mm, 높이 16mm, 두께 6mm이다.

우측의 사진은 대전력용 다이오드 브리지이다. 전류용량은 15A까지 흘릴 수 있다. 또, 역전압 내압도 400V이다.

중심에 나사를 통과시키는 구멍이 뚫어져 있으며, 이 정도의 전류용량이라면 방열을 하기 위해 금속판에 나사로 고정할 필요가 있다. 크기는 1변이 26mm, 모듈 부분의 높이가 10mm이다.

□발광 다이오드(LED: Light Emited Diode)

발광 다이오드는 여러 종류가 있으므로 용도에 맞추어 선택할 수 있다.

주로 적색, 녹색이 많지만, 청색을 발광하는 LED도 있다.

우측에 나타낸 사진에서 맨 우측에 있는 LED는 하나의 LED에 적색과 녹색의 것이 함께 들어 있는 것이다. 리드(다리)가 3개 나와 있는데, 중앙에 있는 리드가 공통단자이고, 한쪽이 적색용, 다른 한쪽이 녹색용이다. 제각기 점등시킬 수도 있고, 양쪽을 동시에 켜면 오렌지색으로 된다.

발광 다이오드의 극성의 확인 방법은 신품의 경우에는 리드선이 긴 쪽이 애노드, 짧은 쪽이 캐소드이다.

극성이 모르는 경우에는 1.5V의 전지를 접속하여 확인하거나, 테스터를 저항 측정 모드로 해서 확인한다.

테스터로 확인하는 경우에는 저저항 측정 레인지에서 적색과 흑색의 테스터 봉을 LED가 발광하도록 다이오드의 리드에 각각 접속한다. 발광하지 않을 경우에는 테스터 봉을 반대로 접속한다. 발광하고 있는 다이오드에 접속하고 있는 흑색의 테스터 봉쪽이 애노드이다. 테스터에 있어서 저항 측정 모드의 경우, 흑색 쪽에 플러스 전압이 나오고 있다.

발광 다이오드의 특이한 사용법으로 정전압을 얻기 위해 사용하는 경우도 있다.

발광 다이오드는 순방향의 전압강하(VF)가 거의 2V로 생각보다 일정하게 유지하고 있다.

트랜지스터(Transistor)

트랜지스터(Transistor)

□트랜지스터의 개요

트랜지스터는 기본적으로는 전류를 증폭할 수 있는 부품이다.

아날로그 회로에서는 매우 많은 종류의 트랜지스터가 사용되지만, 디지털 회로에서는 그다지 많은 종류는 사용하지 않는다.

디지털 회로에서는 ON 아니면 OFF의 2치신호를 취급하기 때문에 트랜지스터의 증폭 특성에 대한 차이는 별로 문제가 되지 않는다.

회로 기능은 대부분이 IC로 처리하는 경우가 많다.

디지털 회로에서 트랜지스터를 사용하는 경우는 릴레이라고 하는 전자석 스위치를 동작시킬 때(릴레이는 구동전류를 많이 필요로 하기 때문에 IC만으로는 감당하기 어려운 경우가 있다)나, 발광 다이오드를 제어하는 경우 등이다.

회로 기호는 PNP 타입은      , NPN 타입은      으로 표시한다.

트랜지스터는 반도체의 조합에 따라 크게 PNP 타입과 NPN 타입이 있다.

그리고, 트랜지스터는 용도와 상기의 타입에 따라 다음과 같은 명칭이 붙여진다.

2SA×××        PNP 타입의 고주파용

2SB×××        PNP 타입의 저주파용

2SC×××        NPN 타입의 고주파용

2SD×××        NPN 타입의 저주파용

PNP 타입과 NPN 타입에서는 전류의 방향이 다르다.

마이너스 전압측을 접지로, 플러스 전압측을 전원으로 하는 회로의 경우, NPN 타입 쪽이 사용하기 쉽다.

□트랜지스터의 외관

트랜지스터의 외관은 여러 가지가 있지만, 여기서는 가장 일반적인 두 종류만 실었다.

사진에서 좌측의 트랜지스터는 2SC1815이라는 것으로, 디지털 회로에서 흔히 사용한다. 여러 용도에 사용할 수 있으므로 몇 개씩 낱개로 구입하기보다는 200개가 들어 있는 팩으로

구입하면 경제적이다. 사진에서 우측의 트랜지스터는 2SD880으로, 큰 전류를 취급하려는 경우에 사용한다.

전기적 특성은 각각 아래와 같다.

항 목	2SC1815	2SD880
VCEO(V)	50	60
IC(mA)	150	3A
PC(mW)	400	30W
hFE	70∼700	60∼300
fT(MHz)	80	3

□VCEO:

베이스(B)를 오픈했을 때에 컬렉터(C)와 이미터(E)에 걸리는 최대전압.

(단순히 VCE로 표시하는 경우도 있다)

□IC:

최대 컬렉터(C) 전류.

□PC:

주위온도(Ta)=25℃에서 연속해서 소비시킬 수 있는 최대 컬렉터(C) 손실(방열기 없음)

□hFE:

이미터(E) 접지에서의 직류에 대한 전류증폭률(IC÷IB).

□fT:

주파수를 높여가면 증폭 능력이 저하하는데, 베이스 전류(IB)와 컬렉터 전류(IC)가 같아지는 주파수.

[직류증폭을 할 수 없게 되는 주파수(트랜지션 주파수)]

□트랜지스터의 리드

트랜지스터의 종류에 따라 리드의 내용이 다르기 때문에 매뉴얼 등을 참조하여 확인할 필요가 있다.

2SC1815의 경우

품명이 인쇄되어 있는 평평한 면을 바라 보았을 때,

오른쪽 리드가 베이스

중앙의 리드가 컬렉터

왼쪽의 리드가 이미터 이다.

2SD880의 경우

품명이 인쇄되어 있는 면을 바라 보았을 때,

오른쪽 리드가 이미터

중앙의 리드가 컬렉터

왼쪽의 리드가 베이스

이며, 2SC1815와는 반대이다.

집적회로(Integrated Circuit)

집적회로(Integrated Circuit)

□집적회로의 개요

집적회로(Integrated Circuit: IC)는 트랜지스터, 저항, 콘덴서류를 고밀도로 집적하여 패키지화한 것이다.

트랜지스터나, 저항기, 개별 부품을 단지 아주 소형화했다고 하는 것이 아니라, 반도체, 저항체를 사용하지만 그 구조는 부품 그 자체의 것과는 같지 않으며, 실리콘의 기판에 인쇄 기술을 구사하여 트랜지스터 기능이나 저항, 콘덴서 기능을 형성한 아주 고밀도화시킨 것이다.

IC는 특수 용도를 포함하여 방대한 종류가 있다.

사진에서 좌측 위에 있는 것은 SN7400이라는 IC로, 2입력의 NAND 회로가 4개 내장되어 있다. 핀(pin) 수는 14핀으로 한쪽에 7핀씩 나열되어 있다. 이와 같은 형상의 IC를 DIP(Dual In Line Package)이라 부른다(DIL이라고 하는 경우도 있는 것 같다).

이에 대해 핀이 일렬로만 되어 있는 것을 SIP(Single In Line Package)라 부른다.

핀 수는 IC의 기능 등에 따라 다르며, 형상도 다양하다.

사진에서 좌측 아래에 있는 것은 14핀 DIP용의 IC 소켓이다.

교환할 필요가 없는 경우에는 IC를 직접 기판에 납땜해도 되지만, IC가 파괴되었을 때의 교환을 생각하면 IC 소켓을 사용하는 편이 문제가 발생했을 때, 쉽게 대처할 수 있어 편리하다. 시험 제작을 하는 경우, 만들고 부수는 일이 많기 때문에 IC 소켓을 사용하는 편이 좋을 것이다.

사진에서 우측 위에 있는 것은 소전력의 저주파 전력증폭용의 LM386N이다. 핀 수는 8핀이고, 최대출력은 660mW이다.

트랜지스터와 저항, 콘덴서를 사용하여 동등한 것을 만들려고 하는 경우에는 이렇게 작게 구성할 수 없으므로 IC의 간결하고 편리함을 알 수 있을 것이다.

사진에서 우측 아래에 있는 것은 TA7368P인데, 이것도 저주파 전력증폭용의 IC이며, 최대 1.1W의 출력을 낼 수 있다. 형상은 SIP 타입으로 9핀이다.

□대표적인 IC의 사례

다음에 널리 사용되고 있는 대표적인 IC의 일례를 소개한다.

표 중에서, SN74 시리즈의 IC에는 74 다음에 LS라든가 HC라는 문자가 들어있는 것이 있다.

LS(Lowpower Shotkey)는 저소비전력을 나타내고 있다. 그리고, HC는 COMS로 만들어지고 있는 것으로, 더욱 저소비전력이다.

참고로, SN7400과 비교해 보면 각각의 소비전력은 아래와 같다.

(어느 것이나 소비전류가 많은 LOW 출력시이다)

SN7400            22mA

SN74LS00        4.4mA

SN74HC00       0.02mA

명 칭	기능 설명	전압 (Vcc)	핀배치 (Top View)	비 고
SN74HC00	Quad 2 Input NAND	+5V		2입력의 NAND 회로가 4개 들어있다.
SN74HC04	Hex Inverters	+5V		인버터 회로가 6개 들어있다.
SN74LS42	BCD to DECIMAL Decoder	+5V		입력에 가한 2진 코드에 의해 선택된 출력이 L로 된다.
SN7445	O.C.BDC to DECIMAL Decoder/Driver	+5V		7442의 open collector buffer 타입 출력단자의 최대 유입전류는 80mA

모든 종류의 IC에 LS라든가, HC라는 문자가 붙는 것은 아니다. SN7445 등은 노멀(bipolar 타입) 밖에 없다.

명 칭	기능 설명	전압 (Vcc)	핀배치 (Top View)	비 고
SN74LS47	BCD to Segment Decoder/Driver	+5V		정면도 7세그먼트 LED의 드라이버 open collector 타입 출력내압:15V 6과 9의 표시 관련:74247
SN74HC73	Dual JK-FFs With Clear	+5V		JK 플립플롭을 2개 내장
SN74HC73	Dual JK-FFs With Clear	+5V		JK 플립플롭을 2개 내장
SN74LS90	Decade Counter	+5V		비동기 2진+5진 카운터 비동기 프리셋 9 비동기 클리어관련 74290 74390
SN74HC93	4-Bit Binary Counter	+5V		비동기 2진+8진 카운터

명 칭	기능 설명	전압 (Vcc)	핀배치 (Top View)	비 고
SN74HC123	Dual Retriggaerable Single Shot	+5V		입력의 상승시점에서 Cext, Rext에 접속하는 C, R의 값에 따라 출력이 지속하는 single shot register
SN74LS247	BCD to Segment Decoder/Driver	+5V		정면도 7447과 6과 9의 표시가 다른
SN74LS290	Decade Counter	+5V		SN7490의 핀 레이아웃을 바꾼 타입 관련 7490 74390
SN74HC390	Dual Decade Counters	+5V		SN7490을 2회로 내장한 타입 단, 프리셋 9는 생략되어 있다. 관련 7490 74290
4040B	12Bit Binary Counter(CMOS)	+5V		12 stage의 binary counter clear 기능을 가진다. 클록의 하강에지에서 카운트

명 칭	기능 설명	전압 (Vcc)	핀배치 (Top View)	비 고
4541B	Progarammable Oscillator/Timer (CMOS)	+5V		16 stage의 programmable binary counter RC 발진회로, 파워, 리셋, 출력 컨트롤 회로로 구성. 컨트롤 단자에 의해, 8, 10, 13, 16비트의 탭 출력이 가능
NE555	타이머	+4.5∼+16V □s~수시간		최대 동작주파수:500kHz 온도드리프트:0.005%/℃ 출력전류용량:200mA 지연시간 설정:수
LM386N-1	저주파 전력증폭기	+4∼12V		최대출력: 660mW 부하:8~32□ 제지시 회로전류:4mA
LM386N-4	저주파 전력증폭기	+5∼18V		최대출력:1.25W 부하:8∼32□ 제지시 회로전류:4mA
TA7368P	저주파 전력증폭기	+2∼+10V		최대출력:1.1W 부하:4∼16□

명 칭	기능 설명	전압 (Vcc)	핀배치 (Top View)	비 고
7975	MULTI-MELODY (CMOS)	+1.5∼+3V		8곡을 내장한 멜로디 IC. 2가지 음원을 가지며 envelope 설정 가능

□3단자 전압 레귤레이터

3단자 전압 레귤레이터를 사용함으로써 간단하게 IC 등에 사용하는 안정한 전압을 얻을 수 있다.

자동차에서 사용하는 경우, 전원으로는 +12∼+14V의 전압이므로, 직접 IC 등의 전원으로는 사용할 수 없다.

이와 같은 경우에는 3단자 레귤레이터로 필요로 하는 전압으로 변환하여 사용할 필요가 있다.

3단자 레귤레이터는 출력보다 높은 입력전압을 제어하여 입력보다 낮은 안정한 전압을 출력하기 위한 것이다.

입력전압보다 높은 출력전압은 얻어지지 않는다.

형상은 트랜지스터와 같은 모양을 하고 있다.

사진이 선명하지 못해 파악하기 어렵겠지만, 사진의 좌측에 있는 IC는 78L05라는 것이다.

크기는 트랜지스터의 2SC1815 등과 거의 같다.

출력은 +5V의 전압에서 전류는 100mA를 얻을 수 있다.

입력전압의 최대값은 +35V이다(메이커에 따라 다소 다를지도 모르지만).

사진의 우측에 있는 IC는 7805라는 것으로, 출력은 +5V의 전압에서 전류는 500mA∼1A를 얻을 수 있다(방열기의 부착 방법에 따라 달라진다).

입력전압의 최대값은 +35V 정도이다.

출력전압의 종류는 5V, 6V, 7V, 8V, 9V, 10V, 12V, 15V, 18V, 20V, 24V 등이 있다.

□3단자 레귤레이터의 리드

메이커에 따라 리드선의 배치가 다르므로 모를 때는 매뉴얼을 살펴 볼 필요가 있다.

78L05의 경우

품명이 인쇄되어 있는 평평한 면을 바로 보았을 때,

오른쪽 리드가 입력

중앙의 리드가 어스(접지)

왼족의 리드가 출력

7805의 경우

품명이 인쇄되어 있는 면을 바라 보았을 때,

오른쪽 리드가 출력

중앙의 리드가 어스(접지)

왼쪽의 리드가 입력

이며, 78L05과는 반대이므로 주의할 필요가 있다.

계전기(Relay)

계전기(Relay)

□계전기의 개요

계전기(릴레이)란 코일에 전류를 흘리면 자석이 되는 성질을 이용하고 있다.

코일이 전자석으로 되었을 때 철판을 끌어 당겨, 그 철판에 붙어 있는 스위치부의 접점을 닫거나 열기도 한다.

릴레이가 좋은 점은 전기적으로 독립된 회로를 연동시킬 수 있다는 점이다.

5V와 같은 저전압계로 구성된 회로의 동작에 의해 AC 100V계의 회로를 ON/OFF시키든가, 대전류의 회로를 ON/OFF시킬 수 있다.

릴레이는 기계적으로 접점을 닫거나 열기 때문에 일반적으로 고속 동작은 할 수 없다.

(특수 용도로 고주파 릴레이라는 것도 있어 고속 동작이 가능한 릴레이도 있다)

릴레이도 여러 종류가 있으며, 코일에 가하는 전압(구동전압), 접점용량 등에 따라, 적절한 것을 선택할 필요가 있다.

□계전기의 외관과 사용법

사진의 좌측에 있는 것은 코일의 구동전압이 DC 12V의 소형 릴레이로, 접점은 전기적으로 독립된 것이 2개 있다. 접점의 내압[접점이 열려 있을 때에 인가할 수 있는 전압으로, 이 이상 인가하면 스파크(spark:불꽃)가 발생하거나 접점이 눌어붙고 만다]과 접점의 허용전류는 알 수 없지만, 수백 mA는 흘릴 수 있을 것으로 생각한다.

사진의 우측에 있는 것은 AC 220/110V계 등을 제어할 수 있는 것으로, 구동전압이 DC 3V로 매우 낮지만, 접점의 내압은 교류의 경우 AC 125V, 전류 허용값은 1A, 직류의 경우에는 DC 30V, 2A로 되어 있다. 접점은 하나이다.

양쪽 모두 프린트 기판에 실장할 수 있는 구조로 되어 있으며, 리드도 0.1인치의 배수로 되고 있어, 유니버설 기판에도 탑재 가능하다.

크기는 좌측에 있는 것이 폭 19.5mm, 높이 10mm, 길이 10mm이다.

우측에 있는 것은 폭 20mm, 높이 15mm, 길이 11mm이다.

우측의 사진에 있는 것은 좀더 큰 전력을 취급할 수 있는 것이다.

구동전압은 DC 12V이고, 접점은 교류의 경우 AC 240V, 전류는 5A까지 제어할 수 있다. 직류의 경우는 DC 28V, 5A까지이며, 접점은 2개 있다.

이 타입은 프린트 기판에는 탑재할 수 없다. 별도로 판매되고 있는 소켓을 이용하여, 케이스 등에 비스로 고정한다.

크기는 폭 22mm, 높이 35mm, 길이 20mm이다.

프린트 기판(Printed Circuit Board)

프린트 기판(Printed Circuit Board)

□프린트 기판의 개요

전자회로를 조립하기 위해서는 부품을 탑재하여 배선할 필요가 있다.

프린트 기판(Printed Circuit Board: PCB)이라고 하는 것이 바로 그것인데, 손수 제작하는 전자회로의 경우는 프린트 기판을 그 때마다 만드는 것은 매우 번거로운 일이다. 그래서, 아래의 사진과 같은 유니버설 기판을 사용하는 방법이 있다.

유니버설 기판은 절연판(유리 에폭시, 종이 에폭시, 베이클라이트 등)에 0.1인치(2.54mm) 간격으로 약 1mm 정도의 구멍이 사방에 뚫려 있다. 기판의 뒷편에는 구멍을 중심으로 2mm 정도의 동박(랜드)이 프린트되어 있다.

사용법은 표면측에 부품을 탑재하고, 부품의 리드를 구멍을 통해 이면측(납땜하는 쪽)으로 내어, 이면측에서 배선을 하는 것이다.

구멍의 간격이 0.1인치이므로, DIP 타입의 IC를 그대로 실을 수 있다(IC를 탑재하기 위해 0.1인치로 하고 있는 것 같다).

사진에 보인 것은 유리 에폭시를 사용한 것으로, 녹색을 띠고 있다. 종이 에폭시는 베이지색, 베이클라이트는 묽은 갈색을 띠고 있다.

구멍의 수에 따라 몇 가지 크기가 있으며, 사진의 좌측부터 차례로 55×40홀(기판치수:160×115mm), 30×25홀(기판치수:95×72mm), 25×15홀(기판치수:72×47mm)의 것이다.

그 외에도 여러 종류가 있으므로, 목적에 맞는 것을 선택하기 바란다.

잘라서 사용할 수도 있다.

□ 프린트 기판(유니버설 기판)의 외관과 사용법

사진의 우측 위에 있는 것은 프린트 기판의 이면(납땜면)을 나타낸 것이다. 사진에 보인 것은 동박에 납이 입혀져 있어 은색을 띠고 있으며, 부품이 쉽게 납땜되도록 하고 있다. 납이 입혀져 있지 않은 동박 그대로 드러낸 것도 있다.

선재(線材: Wire)

선재(線材: Wire)

□선재의 개요

선재(線材)는 회로 부품끼리, 또는 장치끼리 전기적으로 접속하는 것이다.

여러 가지 선재가 있지만, 여기서는 전자회로를 조립할 때에 사용하는 것을 소개한다.

선재는 크게 나누어 단선(單線)과 트위스트선으로 나누어진다. 사용법이 정해져 있는 것은 아니지만, 단선은 프린트 기판상에서 부품을 접속할 때(유니버설 기판에서 회로 부품을 연결할 때라든가, 점퍼선 등) 사용하고 있다.

트위스트선은 마음대로 굽힐 수 있기 때문에 기판상에서 자유로이 배선할 때나, 완성된 회로와 다른 장치를 접속할 때에 사용하고 있다(이와 같은 곳에 단선을 사용하면 꺾어져 버리는 경우도 있다).

프린트 기판의 배선에 사용하는 단선은 선 직경이 0.32mm의 주석 도금선이 편리하다. 굵으면 단선간에 서로 접촉하여 쇼트되기 쉽고, 너무 가늘면 굽어지기 쉬우므로 형태를 유지하기가 어렵고 작업이 곤란하다.

□선재의 모양과 사용법

회로 기판내에서 트위스트선을 사용하여 멀리 떨어진 부품을 연결하는 경우가 있다. 이 경우는 피복된 트위스트선을 사용하면 편리하다. 피복의 색도 몇 종류 준비해 두는 편이 편리하다. 같은 색으로 여러 선을 사용하면 어느 것이 어떤 선인지 알 수 없게 된다.

좌측의 사진은 여러 색으로 피복된 트위스트선의 일례이다. 0.12/7심 PVC라고 하는 것이다. 0.12mm 굵기의 주석 도금선 7선을 서로 꼰 것이다(가늘다).

사진의 우측에 있는 것은 0.32mm 지름의 주석 도금선이다.

유니버설 기판을 사용할 때 배선, 점퍼 등에 편리하다.

사진의 좌측에 있는 것은 0.4mm의 포르말선이다. 코일 등을 만들 때에 사용한다.

단선 중에는 주석 도금선 이외에 폴리우레탄(polyurethane)선, 포르말선, 에나멜선이라 부르는 갈색 또는 짙은 갈색을 띤 것이 있다. 이것은 동선에 상기의 도료를 칠하고 절연시킨 것으로, 트랜스나 코일 등과 같이 여러 겹으로 감을 때에 사용한다.

에나멜선에는 납땜이 되지 않으므로 납땜을 할 때에는 에나멜 도료를 벗겨내지 않으면 안된다.

포르말선은 납땜을 하면 절연 물질의 포르말은 녹아 버리므로 납땜을 할 수 있다.

아래의 사진은 프린트 배선용의 공구이다. 연필의 심과 같이 끝부분에서 동선을 낼 수 있다. 먼저, 최초의 부품에 선을 납땜하고, 다음 부품이 있는 곳까지 차례로 순서를 따라 선을 내면서 납땜을 할 수 있다.

선재의 굵기는 0.2mm의 단선이다.

동선은 절연 도장이 되어 있지만, 납의 열에 의해 녹아 버리므로 그대로 납땜할 수 있다. 도료는 포르말을 사용하고 있다고 생각된다.