[회로 기초] 저항(Resistance, R)에 대해 알아보자

 

회로 해석에 있어 가장 기본적인 수동 소자는 저항(Resistor, R), 인덕터(Inductor, L) 그리고 커패시터(Capacitor, C)이다.

 

회로 공부를 본격적으로 하기 전 미리 알아두어야 할 내용들이라고 생각한다.

회로 공부를 시작하기 전 이 소자들의 기본적인 특성에 대해 정리해보자.

 

특성을 알아보기 전, 앞에서 말한 수동소자의 뜻을 같이 알아두면 좋을 것 같다.

 

수동 소자(Passive element)

수동적 소자라는 뜻으로 증폭이나 전기 에너지의 변환과 같은 능동적 기능을 가지지 않고 에너지를 소비, 축적과 같은 동작을 한다. 수동소자는 외부 전원이 별도로 필요 없이 소자 단일로도 동작이 가능하다. 만들어진 후에는 소자의 특성이 이미 결정되어 있어 입력 조건에 의해서 소자의 특성 변화가 불가능하다. 기본적으로 선형 동작을 하기 때문에 수동소자는 선형 해석만으로도 충분한 해석이 가능하다.

 

수동 소자와는 반대로 능동 소자(Active element)도 존재한다.

 

능동 소자(Active element)

능동소자는 전기를 가하게 되면 입력과 출력 사이의 일정한 관계를 갖게 된다. 즉, 입력에 따라 출력이 변할 수 있는 소자이다. 이는 수동 소자와는 달리 출력을 위한 별도의 입력이 존재하며 만들어진 후에도 입력 조건의 변화로 소자의 특성 변화가 가능하다.

 

여기에서는 수동 소자에 대해서만, 그중에서도 저항(R), 인덕터(L), 커패시터(C)에 대해서 다룰 예정이다.

 

저항(Resistance, R)

전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타낸다. 저항은 전기 에너지가 빛 에너지나 열 에너지로 변환하는 물리적인 현상과 관련된 것이다. 저항의 단위로는 옴(ohm, Ω)을 사용한다. 기호로는 R을 사용한다.

 

저항의 크기를 결정하는 요소로는 길이(L), 단면적(A), 온도(T) 그리고 전도율(conductivity) 등이 있다. 전도율은 저항을 구성하는 물질에 대한 특성이다. 이러한 전도율은 온도가 올라감에 따라 도체 내부의 입자들의 운동이 활발해져 자유 전자의 이동을 방해하기 때문에 일반적으로 낮아지게 된다. 또한 길이가 길어질수록 더 많은 거리를 방해받으면서 가야 하고 단면적이 좁을수록 방해받는 빈도가 늘어나게 되어 길이가 길수록 단면적이 높을수록 저항이 커지게 된다.

 

이를 식으로 나타내면 다음과 같다.

 

(R : 저항, L : 길이, A : 단면적, ρ : 비저항)

 

 

회로 해석을 위해서는 다수의 소자들이 연결되어 있을 때 이를 합쳐 하나의 소자로 해석하는 편이 좋다.

따라서 기본 수동 소자들의 직병렬 연결에 대한 합성방법을 아는 것이 중요하다. 

 

저항의 직병렬 연결

 

(a) 저항의 직렬(series)   (b) 저항의 병렬(parallel)

위의 (a)는 n개의 저항을 직렬(series)로 연결한 경우이다. 이때 합성 저항 값은 구성하고 있는 각 저항의 값을 더하여 구할 수 있다.

 

 

다음으로 (b)는 n개의 저항을 병렬(parallel)로 연결한 경우이다. 이때 합성 저항 값은 다음과 같다.

 

 

병렬연결에는 n개의 전류 경로가 생기게 되므로 전류의 흐름이 보다 원활해져 합성 저항값이 감소한다고 볼 수 있다.