GROB's basic electronics 회로 이론-3.옴의법칙(전류,전압,저항)

1. 전류

회로 내에서 저항을 일정하게 유지한 채 전압을 변화시킨다면 전류의 크기가 변화한다. 전압과 저항에 대해서 전류는 옴의 법칙(ohm's law)은

 

이를 단위 형태로 바꿔 나타내면

 

위공식은 결국 저항으로  저항에 걸린 전위차를 나누면 저항에 흐르는 전류를 계산할 수 있다는 것이다

 

1-1 고전압저전류

회로 내에서 높은 전압이 인가될 경우에 높은 저항을 이용하여 낮은 전류를 만드는 것은 매우 중요하다. 실제로 조전 압 회로는 전자기기내에 흐르는 전류값이 작은 것이 보통이다 그렇지 않으면  어마어마 한양의 전력이 필요하게 된다

ex) 1000V전압에 1,000,000Ω 저항을 인가하면 0.001A크기의 전류가 발생한다

 

1-1 저전압 고전류 

낮은 전압에 비교적 낮은 전압을 인가하면 높은 전류를 생성할 수 있다

ex) 0.01Ω

 

 

예제 8Ω 저항을 갖고 있는 히터가 120V 전력선에 연결돼있다 I의 값은?

I=V/R

=120V/8Ω

=15A      I=15A

 

전형적인 V와 I

일반적으로 쓰는 TR과 IC들은 5,6,9,12,15,24, 50V의 직류 전원에서 작동하고 전류는 대략 5A~N [uA] 정도가 흐른다

 

2. 전압

전압의 관점에서는 전압은 전류와 저항의 곱으로 이뤄진다

 이 IR 공식이 의미하는 것은 저항을 흐르는 전류가 있는 때는 언제라도 IR곱과 동일한 크기의 전위차가 저항의 양 단에 존재한다. 만약 전위차가 없다면 전류를 생성하기 위한  전자의 흐름도 없다

 

예제

만약 12Ω저항에 2.5A의 전류가 흐른다면 전압은 얼마인가

V=I*R

2.5 [A] X 12Ω

=30      V=30 [V]

 

 

3. 저항

옴의 법칙의 세 번째 공식은 V, I, R사이에 아래와 같은 관계를 나타낸다.

 

물리적으로 저항은 자유전자의 이동을 제어(방해)할 수 있는 원자 구조를 갖는 성분으로 구성된 물질이다. 전기적으로 저항을 확인하는 실제적인 방법은 V/I비에 의한 것이다. 더욱이 V/I비를 알고 있다면 회로 내에서 저항이 어떻게 영향을 미칠지 분석하기 위해서 물리적인 구조까지 알 필요 없다 예를 들어 회로에 12V가 인가되고 특정 저항을 통해  흐르는 전류가 3A일 때  저항은 4Ω이다 저항의 물질이나 성질을 생각하지 않고 전기적으로 4Ω일 뿐이다

 

 

4. 전류와 전압의 선형 비례

옴의 법칙 공식 I=V/R은 V와 I가 R의 역수에 직접적으로 비례한다는 것을 나타낸다 V가 변화할 때 전류계는 I가 V에 비례한 것을 보여준다 예를 들어 아래 표를 보자 12V 일 때 6A이고 10V 일 때 5A이며 8V 일 때 4A이다

5. 그래프

전압값은 가로축 전류는 세로축이다 V와 I의 값들이 서로 연관되어 있기 때문에 이 값들은 가변 요소이다 전압값을 할당하고 그에 따른 전류값을 얻었기 때문에 독립변수는 전압이다 (일반적으로 독립변수는 X 축에 위치한다)

 

위 그래프는 R의 볼트-암페어 특성이라고 한다. 그래프는 저항이 일정할 때(여기서는 2Ω) 전압값들에 대해서 얼마나 많은 전류가 흐르는지 보여준다 

 

5-1. 선형 저항

위 그래프처럼 일정한 볼트-암페어 곡선을 갖는 저항은 R이 일정하기에  선형 저항임을 뜻한다 즉 R은 인가된 전압 등에 대해서 변화하지 않는다 따라서 V와 I는 정비례한다 

 

5-2. 비선형 저항

비선형 저항은 비선형적인 볼트암페어 특성을 갖고 있다 예를 들어 전구의 텅스텐 필라멘트의 저항은 비선형이다 이는 필라멘트의 온도가 올라감에 따라 R의 값이 점점 증가한다 이는 인가된 전압에 의해 증가된 전류가의 비율이 동일하지 않다는 걸 의미한다 비선형 저항의 다른 예는 서미스터이다

 

6. I와 R의 반비례 관계

R이 선형이든 아니든 간에 인가된 전압이 일정하다면 저항이 증가함에 따라 전류는 감소하는 반비례 관계를 갖게 된다 

I=R/V 공식을 생각해보면 편하다