회로공부하는 디자이너

테브냉 등가 회로(Thévenin equivalent circuit) 테브냉 등가는 단자 동작에 초점을 맞춘 회로 단순화 기법이다. 테브냉 등가는 선형 소자로 만든 어떤 회로도 표현해줄 수 있어 해석에 있어서 매우 가치 있는 보조 도구이다. 아래 예시를 들어보면 a와 b 사이에 복잡한 회로가 있는 구조를 전압원과 저항의 직렬 결합으로 단순화할 수 있다. a와 b 사이에 같은 부하를 연결하였을 때 부하에 흐르는 전류와 부하 양단의 전압이 같다면 서로 등가 회로라고 볼 수 있다. 위의 그림에서 볼 수 있듯이 a와 b 단자 동작 기준으로 RL 저항 양단에 VL의 전압이 걸려 iL의 전류가 동일하게 흐른다면 왼쪽의 회로와 오른쪽 회로는 동일한 회로라고 볼 수 있다. 위의 가정을 성립하고자 할 때 전제조건이 하나..

중첩의 원리 선형 시스템에서는 중첩(Superposition)의 원리를 적용할 수 있다. 중첩의 원리는 회로 전체 응답은 개별 응답의 합이라는 것을 의미한다. 개별 응답이란 하나만 활동하는 독립 전원의 결과이다. 다시 말하면 회로에 여러 독립 전원이 있을 때 각각의 독립전원에 의한 결과들을 합하면 회로 전체의 결과라는 의미이다. 직관적으로 생각했을 때 중첩을 적용하는 것은 여러 독립 전원들을 하나씩 분석하므로 회로 해석에 매우 유용할 것처럼 보이고 실제로 사용했을 때 회로 해석을 단순하게 만들어 주어 유용한 경우가 있다. 그러나 때로는 중첩을 적용하는 것이 실제로 해석을 복잡하게 하고 다른 방법으로 하는 것보다 풀어야 할 더 많은 식을 생성하는 경우도 있다. 중첩은 회로에 있는 독립 전원이 본질적으로 다..

마디 전압 법(Node Voltage Method)과 망 전류 법(Mesh Current Method)을 사용해 회로를 해석할 수 있다. 그렇지만 회로를 단순화하는 데는 도움이 되지 않았다. 회로를 단순화하게 되면 해석하는 데 있어 좀 더 편할 수 있어 회로 단순화는 회로 해석에 있어 중요한 과정이다. 오늘 알아볼 전원 변환(Source Transformation)이 회로 단순화 기법 중 하나이다. 전원 변환(Source Transformation) 전원 변환은 저항과 직렬로 있는 전압원을 같은 저항과 병렬로 있는 전류원으로 상호 변환할 수 있게 하는 기법이다. 위의 정의를 아래 예시 회로를 사용해 이해해보자. 위의 예시 회로에서 왼쪽 전압원이 있는 회로에서 RL에 흐르는 전류는 다음과 같다. 또 위의 ..

앞서 우리가 확인한 마디 전압 법(Node Voltage Method) 외에 다른 회로 해석 기법인 망 전류 법(Mesh Current Method)에 대해 알아보자. 망 전류 법(Mesh Current Method) 망 전류 법을 사용하기 위해선 망에 대해서 알아야 한다. 망은 그 내부에 다른 폐회로를 갖지 않는 폐회로를 의미한다. 망 전류 법은 설정된 망에는 일정한 전류가 흐른다고 생각한다. 이 전류를 사용해 키르히호프의 전압 법칙(KVL)을 적용한다. 위의 방법이 망 전류 법을 회로 해석에 적용하는 방법이다. 다음 예시 회로를 참고하여 망 전류 법을 적용해보자. 위의 예시 회로를 키르히호프의 법칙과 옴의 법칙을 사용해서 식을 나타내면 아래와 같이 나타낼 수 있다. 위 식에서 전류 i3를 i2와 i1..

키르히호프의 법칙과 옴의 법칙으로 간단한 저항 회로를 해석할 수 있다. 조금 더 복잡한 회로 구조의 해석에 도움이 되는 회로 해석의 기법 중 하나인 마디 전압 법(Node Voltage Method)에 대해 알아보자. 마디 전압 법(Node Voltage Method) 이름은 어렵게 되어있지만 사실은 키르히호프의 전류 법칙(KCL)을 이용한 해석 방법이다. 한 node에서 흐르는 전류의 대수 합은 0이다 라는 정의의 키르히호프의 전류 법칙(KCL)을 이용한다. 마디 전압 법을 사용하기 위해서는 필수 마디(Essential node)를 찾아야 한다. 필수 마디(Essential node) 필수 마디란 소자가 적어도 3개 이상 접해있는 마디(node)를 의미한다. 필수 마디에 대한 정의를 내린 이유는 회로의..

앞에서 얘기했던 옴의 법칙과 키르히호프의 법칙을 사용해 회로 해석을 해보자. 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge) 아래 회로는 가변저항 R3를 사용해 미지의 저항 Rx의 값을 구하는 휘트스톤 브릿지라는 회로이다. ig가 0일 때, 즉 브리지가 평형일 때 키르히호프의 전류 법칙(KCL)은 아래 식으로 나타낼 수 있다. ig가 0이기 때문에 전류 측정계에 걸린 전압 강하는 없고 전류 측정계 양단의 전위는 같게 된다. 따라서 브리지가 평형일 때 키르히호프의 전압 법칙(KVL)은 다음과 같이 나타낼 수 있다. 지금까지 표현한 식들을 종합하면 다음과 같이 나타낼 수 있다. 위와 같은 방식으로 미지의 저항 Rx의 값을 구할 수 있다. 추가로 아래 제시된 예시 회로도 옴의 법칙과 키르히호프 법칙을 사용해..

옴의 법칙도 회로 해석에 있어 중요한 내용이지만 이 내용으로 모든 회로를 해석하는 데는 부족하다. 회로 소자의 상호 연결은 전압과 전류 사이의 관계를 결정하게 만든다. 이는 키르히호프의 법칙으로 알려져 있다. 키르히호프의 전류 법칙(KCL), 키르히호프의 전압 법칙(KVL)에 대해 알아보자 키르히호프의 전류 법칙(KCL) 키르히호프의 전류 법칙은 회로에 있는 어떤 마디에서든 모든 전류의 대수 합은 0인 것을 의미한다. 정의만 읽어보면 이해하기 힘들 때가 있다. 아래의 예시 회로를 보며 키르히호프의 전류 법칙(KCL)이 어떻게 적용되는지 확인해보자. Node a, b, c, d를 기준으로 KCL을 적용해보자 Node로 들어오는 전류는 +로 표시하고 node에서 나가는 전류는 -로 표시하면 각 Node에서의..

옴의 법칙(Ohm's Law) 옴의 법칙에 대해서는 많은 사람들이 알고 있을 거라고 생각한다. 회로 해석을 하는 데 있어 매우 기본적이고 중요한 법칙이다. 회로 해석을 위해서는 저항에 걸린 전압에 대해 흐르는 전류를 알아야 한다. 아래 그림이 옴의 법칙에 대한 내용이다. 옴의 법칙은 V=iR로 표현할 수 있다. R이라는 값의 저항 양단에 V라는 전압이 걸려있을 때 전류의 양을 결정한 내용이다. 옴의 법칙은 전압과 전류의 관계를 나타내기 위한 비례 상수로 R을 사용했다고 볼 수 있다. 따라서 R=V/i로 나타낼 수 있다. 즉 전류의 변화에 따른 전압의 변화 비율을 저항으로 볼 수 있다. 전압의 변화에 따른 전류의 변화 비율을 나타내는 기호도 있다. 내용을 들었을 때는 1/R로 적으면 될 것 같지만 이에 따..

처음에 볼 때 전압원, 전류원은 다른 소자들에 비해 중요도가 떨어져 보인다. 그러나 많은 시스템들은 전원과 저항만으로도 모델링할 수 있고 계산을 상대적으로 단순하게 다룰 수 있기 때문에 회로 해석의 기본 기술을 익히기에는 좋은 시작이라고 본다. 먼저 전압원과 전류원 모두 전원이라고 생각하면 된다. 전원에 대해서 생각해보자. 전원은 전기적 에너지를 공급/사용(방전)해주는 소자이다. 그럼 전원이 공급하는 전기적 에너지는 어떻게 만들어내는 것일까. 발전기는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 바꿔준다고 볼 수 있고 모터는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 바꿔준다고 볼 수 있다. 추가로 배터리는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 바꿔준다고 볼 수 있다. 알아두어야 할 전원의 특성은 전압 또는 전류를 유지하면서 그들이..

저항(Resistance, R)에 대하여 알아보았다. 이제 인덕터(Inductor, L)에 대해 알아보자. 인덕터(Inductor, L) 인덕터는 코어(core)를 감는 도체의 코일(coil)로 구성되는데, 이 도체에 전류가 흐를 때 발생하는 자기장의 형태로 에너지를 저장하는 수동소자이다. 인덕턴스(Inductance) 인덕턴스(Inductance)는 전류의 단위 변화당 발생하는 기전력의 양을 나타낸다. 단위는 H(Henry)로 1H의 인덕턴스는 1초당 1A의 비율로 전류가 변할 때, 1V의 기전력을 전류 변화의 반대 방향으로 발생시킨다는 것을 의미한다. (V : 전압, i : 전류, t: 시간, L : 인덕턴스) 저항에서 진행했던 것과 마찬가지로 인덕터 또한 직렬 및 병렬연결이 되어있을 때 이에 대한 ..