회로설계가 처음이시라구요? 우리가 사용하게 될 다양한 부품들이 있지만 가장 단순한 부품임에도 불구하고 저항만큼 까다로운 부품은 없을것입니다.
간단하게라도 회로를 공부해보셨다면 전류의 흐름을 제어하고 LED의 밝기를 조절할때에 저항이 사용된다는 것을 알고 계실겁니다.
그러나 저항은 정확히 무엇이며, 어떻게 작동하며, 난생처음 회로를 설계하는데 어떤 저항을 선택하면 좋은지까지는 아직 잘 모르실 겁니다. 저항에 대한 두려움을 잠시 접어두고 앞서 말한것들을 알아보도록 하겠습니다.
저항은 다양한 종류의 전자부품중 하나입니다. 비교적 단순한 구성의 부품이지만 전류의 흐름을 방해하는 중요한 요소입니다.
LED 조명을 보신적이 있나요? LED 조명 역시 신뢰할 수 있는 저항 덕분에 만들어 질 수 있는 것입니다.
저항의 단위는 Ohms(옴), Ω으로 표현합니다. 기초적인 전자 지식이 있다면 높은 확률로 옴의 법칙이 연상되실겁니다.
저항을 사용 할 때에는 옴의 법칙을 활용하시면 됩니다.
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| 저항과 떼려야 뗄 수 없는 공식 '옴의 법칙' |
회로도에서 저항 기호를 구분하는 법은 간단합니다. 국제기호표준은 직사각형모양이고 미국표준은 지그재그로 그어져있는 선으로 표현합니다. 두 표준 모두 기호의 양 끝에 선과 연결되는 막대도 함께 그려집니다.
한국은 대체로 미국 표준을 따르지만 두가지 기호를 모두 사용합니다.
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| 미국표준기호 | 국제표준기호 |
여러가지 구분법이 있으나 크게 용도별, 재료별로 구분 할 수 있습니다. 두가지를 모두 살펴보겠습니다.
고정 저항 - 이름에서 알 수 있듯이 고정 저항은 온도, 조도(밝기) 등의 변화에 관계없이 고정된 저항값과 오차를 가집니다.
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| 다양한 형태의 고정 저항들 |
가변 저항 - 이 종류의 저항은 저항값을 범위 내에서 선택할 수 있습니다. 볼륨(포텐셔미터)은 다이얼을 통해 저항을 높이거나 낮출 수있는 가변저항의 좋은 예입니다. 다른 종류의 가변 저항에는 트리머(trimmer)와 레오스탯(rheostat)이 있습니다.
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| 다양한 형태의 가변 저항들 |
물리적 특성의 저항 센서 - 이 유형의 저항은 온도, 밝기나 자기장 등의 다양한 외부 요인에 의해 저항값이 변화합니다.
어떤 요인에 의해 저항이 변하느냐에 따라 다양한 명칭이 있습니다. 온도에 의해 변화하면 소자는 서미스터(thermistor), 밝기에 의해 변화하면 포토레지스터(Photo Resistor), 전압에 따라 변화한다면 배리스터(varistor), 자기장의 세기에 의해 변화한다면 자기저항소자(Magneto resistor)로 부릅니다.
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| 포토 레지스터와 서미스터 |
여러 저항을 분해하면 각각의 저항이 다양한 재료로 만들어진다는 것을 알 수 있습니다. 재료는 저항값을 갖는 방식에 큰 영향을 미치며 사용되는 재료는 다음과 같습니다.
탄소체 저항 - 탄소체 저항은 오랫동안 사용되어온 저정밀도의 저항입니다. 오늘날에도 고압 펄스를 사용하는 회로에 많이 사용되는 저항입니다.
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| 정밀도가 문제가 없을 시절에 사용된 탄소체 저항의 구조 |
권선 저항 - 권선식 저항은 가장 오래된 저항 방식입니다. 고전력 시스템에 대한 정확한 저항이 필요한 경우에는 오늘날에도 널리 사용되고 있습니다. 이 유구한 전통의 저항기는 낮은 저항 값에서도 안정적인 특성을 가집니다.
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| 가장 오래된 방식이면서 가장 정확한 저항인 권선 저항 |
금속피막 & 탄소피막 저항 - 오늘날에는 금속·탄소 피막 저항이 가장 널리 사용되고 있습니다. 온도 변화에 영향이 적고 내구성 또한 안정적이기 때문에 다양한 분야에 응용할 수 있기 때문입니다.
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| 가장 널리 사용되는 안정된 허용 오차의 금속·탄소 피막 저항 |
저전류 조절 외에도 다양한 곳에 저항이 쓰이고 있습니다. 예를 들자면 전압분할, 의도적인 발열, 정합 회로, 게인 제어 및 시간제한 설정 등 다양한 용도로 사용됩니다.
실전적인 사용처의 예로는 열차의 전기 브레이크에는 큰 저항을 사용하여 운동에너지를 전기에너지로 급속하게 전환시켜 방출할 때에도 사용됩니다.
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| 운동 에너지를 전기에너지로 방출하는 열차의 브레이크 구조 |
저항을 사용되는 응용분야들은 다음과 같습니다.
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| 블로어 모터 저항으로 차량 내부의 공기순환을 제어합니다. |
저항값을 볼 차례입니다. 저항값은 보통 두가지 방법으로 표시되어있습니다.
알록달록한 색띠로 표시하거나 SMD 코드를 이용해서 표시합니다.
브레드보드를 사용해 회로를 구성해본 적 있으시다면 저항의 색띠를 읽는 방식에 익술하실 수 있습니다.
이 방식은 1920년대에 발명되었습니다. 저항값과 허용오차율을 저항 본체에 갖가지 색을 가진 띠로 표시합니다.
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| 위 저항들에 칠해진 띠의 색상들이 서로 다른게 보이시나요? 각 저항의 저항값과 오차를 나타내고 있습니다. |
대부분은 4개의 띠를 가진 저항을 보시게 될 것입니다. 색띠는 5줄이나 6줄일 수도 있습니다.
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색띠의 색상은 각각의 숫자에 대응합니다. 저항값 계산기를 통해 쉽게 확인할 수 있지만 기초전자상식이기 때문에 반드시 익히도록 합시다.
아래의 영상을 보시면 이해하기 더욱 쉽습니다.
저항이 SMD패키지인 경우에는 색상으로 표기하여 구분하기에는 너무 작습니다.
그래서 색으로 표현하는 대신에 숫자를 인쇄하여 저항값을 구분합니다.
오늘날의 SMD 저항들은 대체로 규격화가 되어있어 일정한 크기의 패키지들이 있습니다.
이런 특징은 고속 픽 앤 플레이스 장비(rapid-fire pick-and-place machines)를 통한 제조공정 표준화에 이용되고 있습니다.
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| SMD 저항의 저항값 읽는 방법 |
제일 실용적이고 중요한 부분입니다. 앞으로 다음과 같이 세 단계를 거쳐 저항을 선택하시면 됩니다.
옴의 법칙을 사용하여 저항값을 계산합니다. 전압과 전류를 알고 있을때 아래의 공식에 대입하여 저항값을 계산합니다.
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다음으로 저항에 인가되는 전력을 확인해야합니다. 이하의 공식으로 계산합니다.
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위 공식에서 P는 W(와트)단위의 전력이고 V는 저항의 전압, R은 저항의 저항값입니다.
다음 예시를 통해 이 공식이 어떻게 적용되는지 살펴보겠습니다.
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| 전력 계산 예시회로 |
위 회로를 보시면 2V의 전압 강하(순뱡향 바이어스)가 있는 LED와 350옴의 저항, 9V의 전원으로 구성되어있습니다.
저항이 얼마나 많은 전력이 필요로 한지 계산해보도록 하겠습니다.
우선 9V 전원에서 LED로 인해 강하되는 전압을 먼저 계산합니다.
9V － 2V ＝ 7V
강하가 적용된 전압으로 나머지 공식들에 대입합니다.
P = 7V × 7V / 350Ω
P = 0.14W
저항의 전력은 주로 1W, 1/2W, 1/4W, 1/8W의 제품이 있으며 0.14W의 경우 1/8W보다 크기 때문에 1/4W의 저항을 선택하시면 되시겠습니다.
저항값 및 전력을 확인한대로 부품을 디바이스마트에서 검색하시면 됩니다.
만능기판이나 브레드보드에 사용하신다면 DIP타입을, PCB에 사용하신다면 규격에 맞는 SMD타입 저항을 선택하시면 됩니다.
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| SMD 칩저항의 규격과 오차 |
위 그림의 Code에 해당하는 부분은 1/10 mm단위의 사이즈 입니다.
예를들어 1005 칩저항의 크기는 1.0mm × 0.5mm입니다. 이는 표를 참고하시어 inch 단위로도 변환이 가능합니다.
각 사이즈별로 정격 전력이 다르기 때문에 유의하시어 사이즈를 선정하시면 되시겠습니다.