Chapter 1.

<저항기 기초지식>

저항기의 마법: 전기의 흐름을 조절하는 비밀 무기

저항기는 전자기기 가운데에서 가장 많이 쓰이는 부품입니다. 전자기기가 점차로 정밀화되고 에너지 절약형화, 소형화 되어감에 따라 조역의 자리로 물러난 현재에 와서도 주역의 역할을 향상, 발전시키기 위해 개량이 거듭되고 있으며 메탈호일(Metalfoil)저항기와 같은 초정밀품이라던가 1005 싸이즈라고 불리는 1/12왓트, 1/16왓트 소형칩 제품이 등장하고 있습니다.

*저항기 재료로서 요구되는 특성

- 저항치 범위를 크게 할 수 있는 것

- 온도 변화에 대하여 안정성을 얻을 수 있을 것 

- 경년변화가 적을 것

- 물리적, 화학적으로 안정될 것

- 가공성이 좋을 것

- 적당한 기계적 강도를 유지할 수 있을 것

- 구리 리드선에 대한 열기전력이 적을 것

- 가격이 저렴할 것

1. 옴의 법칙: 저항기의 황금 공식

저항기는 전기 회로에서 전류가 흐를 수 있도록 하되, 너무 많이 흐르지 않게 제한하는 역할을 합니다.

이 과정에서 옴의 법칙(Ohm's Law)이 중요한 역할을 하죠.

옴의 법칙은 저항기에서 전류와 전압 간의 관계를 설명하는 법칙입니다.

옴의 법칙 공식: V=I×R

• V: 전압 (Voltage)

• I: 전류 (Current)

• R: 저항 (Resistance)

예를 들어서 전압이 일정하다면, 저항이 클수록 전류는 적게 흐릅니다. 이를 통해 전자제품들이 과전류로 인해 고장 나지 않도록 보호할 수 있습니다.

2. 저항기의 종류와 특징

저항기는 다양한 형태와 크기로 존재하며, 각각의 저항기는 저항 값에 따라 다르게 작동합니다.

저항기의 저항 값은 *옴(Ω) 단위로 측정됩니다.

가장 많이 사용되는 저항기의 종류는 고정 저항기와 가변 저항기입니다.

 

출처:Ariat technology

▶ 고정 저항기

• 특징: 저항 값이 고정되어 있으며, 외부 조건에 따라 변하지 않습니다.

• 용도: 전류를 일정하게 제한하거나 전압을 분배하는데 사용됩니다.

▶ 가변 저항기

• 특징: 슬라이더(또는 다이얼)를 움직여 저항 값을 조절할 수 있습니다.

• 용도: 밝기 조절(조명), 음량 조절(스피커), 모터 속도 제어 등.

이렇게 저항기는 크게 고정 저항기와 가변저항기로 나누어집니다. 이번에는 사용하는 재료에 따라 탄소계와 금속계로 분류할 수 있는데 두 저항기의 특징을 알아봅시다.

3. 재료에 따른 저항기의 분류

저항기는 사용하는 재료에 따라 성능과 용도가 달라집니다. 가장 흔한 분류는 탄소계 저항기와 금속계 저항기입니다.

▶ 탄소계 저항기

탄소를 주재료로 사용하는 저항기로, 상대적으로 저렴하고 범용적으로 사용됩니다.

• 특징:

- 경제적이며 대량생산 가능

- 온도 변화에 민감하여 정밀한 환경에는 적합하지 않음

• 용도: 가전제품, 간단한 전자회로

▶ 금속계 저항기

금속 필름 또는 금속 산화물을 사용하여 만들어진 저항기로, 더 높은 정밀도와 안정성을 제공합니다.

• 특징:

- 온도 변화에 강하며 장기적인 안정성이 높음

- 저항값의 정확도가 높아 정밀한 회로에 적합

• 용도: 의료기기, 측정기기, 정밀 전자기기

저항기를 사용하는 경우에 중요한 포인트인 저항값, 정격전력, 저항값 오차에 대해서 알아보겠습니다.

4. 저항값 (Resistance Value)

저항값은 저항기가 얼마나 전류의 흐름을 방해하는지를 나타내는 값입니다.

단위는 *옴(Ω)을 사용합니다.

• 저항값이 높을수록: 전류가 적게 흐릅니다.

- 예시: 물이 좁은 호스를 통과하면 흐름이 줄어드는 것처럼 저항값이 높으면 전류 흐름이 제한됩니다.

• 저항값이 낮을수록: 전류가 많이 흐릅니다.

- 예시: 넓은 호스를 통해 물이 쉽게 흐르는 것처럼 저항값이 낮으면 전류가 더 잘 흐릅니다.

*1000Ω은 1KΩ(킬로옴), 1000KΩ은 1MΩ(메가옴)이라 부릅니다.

5. 정격전력 (Power Rating)

정격전력은 저항기가 견딜 수 있는 최대 전력(열)을 의미합니다.

단위는 *와트(W)입니다.

저항기는 전류가 흐를 때 열이 발생하며, 이 열을 견디는 능력이 정격 전력입니다.

• 정격전력이 낮은 경우:

- 저항기가 과열되어 타거나 고장 날 수 있습니다.

• 정격전력이 높은 경우:

- 안정적으로 동작하지만 크기와 비용이 증가할 수 있습니다.

정격전력 계산: P=V×I

• P: 전력

• V: 전압 

• I: 전류

저항기에 흐르는 전력이 정격전력을 초과하지 않도록 해야 합니다.

6. 저항 값 오차 (Resistance Tolerance)

저항 값 오차는 저항기의 실제 저항 값이 표기된 값에서 얼마나 벗어날 수 있는지를 나타냅니다. 

단위는 *퍼센트(%)로 표시됩니다.

• 오차의 중요성:

- 정밀한 회로에서는 오차가 작은 저항기를 사용해야 합니다.

- 예를 들어, ±5% 오차가 있는 100Ω 저항기의 실제 저항값은 95Ω에서 105Ω 사이일 수 있습니다.

• 오차가 작을수록: 회로의 신뢰성과 정확도가 높아집니다.

- 정밀기기에는 ±1% 또는 ±0.1%의 오차를 가진 고정밀 저항기가 필요합니다.

저항기의 기본 특성을 이해했다면, 이제 저항기를 어떻게 연결하는지에 따라 회로의 동작이 어떻게 달라지는지 알아볼 차례입니다. 

저항기는 보통 직렬연결과 병렬연결 두 가지 방식으로 회로에 배치되며, 이 방식에 따라 전체 저항 값과 전류 흐름이 달라집니다.

7. 직렬 연결 (Series Connection)

▶ 개념

직렬 연결은 부품들이 한 줄로 연결되는 방식입니다. 전류는 한 경로를 따라 순차적으로 흐르게 됩니다. 예를 들어, 전구 두 개를 직렬로 연결하면, 전류는 첫 번째 전구를 지나 두 번째 전구로 흐릅니다.

▶ 특징

• 전류는 모두 동일: 직렬 연결에서는 모든 부품을 지나가는 전류의 양이 같습니다.

• 저항 값이 합해짐: 각 저항기가 가지는 저항 값이 더해져서, 총 저항 값이 커집니다.

▶ 예시

두 개의 저항기 R1과 R2를 직렬로 연결했다고 가정하면, 총 저항 값은

  로 계산됩니다. 즉, 직렬 연결에서는 저항 값이 합쳐져 더 커집니다.

▶ 실생활 예시

• 전구 두 개를 연결: 두 개의 전구를 직렬로 연결하면, 첫 번째 전구가 꺼지면 두 번째 전구도 꺼집니다. 이는 전류가 한 경로로 흐르기 때문입니다.

8. 병렬 연결 (Parallel Connection)

▶ 개념

병렬 연결은 부품들이 여러 경로로 나뉘어 연결되는 방식입니다. 각 부품은 전원이 직접 연결되어, 전류가 여러 경로로 분기하여 흐릅니다. 예를 들어, 전구 두 개를 병렬로 연결하면, 각 전구가 독립적으로 전류를 흐르게 됩니다.

▶ 특징

• 전류가 나뉘어 흐름: 병렬 연결에서는 전류가 여러 경로로 나뉘어 흐릅니다.

• 저항 값이 작아짐: 총 저항 값은 각 저항기의 역수의 합으로 계산되므로, 병렬 연결에서는 저항 값이 작아집니다.

▶ 예시

두 개의 저항기 R1과 R2를 병렬로 연결했다고 가정하면, 총 저항 값은

  로 계산됩니다. 병렬 연결에서는 총 저항 값이 작아집니다. 

▶ 실생활 예시

• 전구 두 개를 병렬로 연결: 두 개의 전구를 병렬로 연결하면, 하나의 전구가 꺼져도 다른 전구는 계속 켜집니다. 

이는 각각의 전구가 독립적으로 전류를 흐르게 하기 때문입니다.

*직렬 연결은 모든 부품이 하나의 경로로 연결되어 있어 전류가 일정하게 흐르고, 저항이 커지는 특징이 있습니다.

*병렬 연결은 부품들이 여러 경로로 나누어 연결되어 있어, 전류가 나뉘고 저항이 작아지는 특징이 있습니다.