제1강 기초 전기

1. 전기의 개요 1. 물질의 구성 물질 - 분자 - 원자 원자핵 양성자 중성자 전 자 물질 - 분자 - 원자 원자핵 양성자 중성자 전 자 ※ 분자란 물질이 성질을 갖고 있는 그 물질의 최소단위 2. 자유전자 (최외각 전자, 원자가 전자) 제1강 기초전기

2. 전류, 전압, 저항 1. 전류, 전압, 저항 - 전류(A) : 도체내의 임의의 한 점을 매초 1 쿨롱의 전하가 통과하는 전류의 양 - 전압(V) : 1Ω의 도체에 1A의 전류를 흐르게 하는 힘. 즉, 전위차 - 저항(Ω) : 물질에 전류가 흐르기 쉬운가 어려운가의 정도를 표시 2. 전류의 3대 작용 : 발열작용, 화학작용, 자기작용 제1강 기초전기

- 전류의 흐름을 방해하여 전류를 감소시키는 역할 - 저항이 너무 크면 흐르는 전류가 작아 회로에서 일을 할 수 없고 3. 저항 - 전류의 흐름을 방해하여 전류를 감소시키는 역할 - 저항이 너무 크면 흐르는 전류가 작아 회로에서 일을 할 수 없고 〃 작으면 흐르는 전류가 너무 많아(과전류) 열이 발생하여 화재의 원인이 되기도 한다. - 저항은 회로에서 전류가 할 수 있는 일을 적절하게 제어하는 기능 1) 그림 1, 2, 3을 보고 일어날 수 있는 현상을 말하시오 [그림 3] [그림 2] [그림 1] 제1강 기초전기

2) 그림 1, 2, 3의 램프 밝기는 어떻게 다르고, 이유는 무엇인가? [그림 1] [그림 2] [그림 3] 가. 램프 밝기 : > > 나. 이유 : [그림 3] [그림 2] [그림 1] 제1강 기초전기

4. 전류, 전압, 저항과의 관계 제1강 기초전기

- 물질의 저항은 재질, 단면적, 온도에 따라서 변화하므로 길이 1m, 단면적 1m2 인 도체의 두 면간의 저항값을 비교 5. 비저항(고유저항) - 물질의 저항은 재질, 단면적, 온도에 따라서 변화하므로 길이 1m, 단면적 1m2 인 도체의 두 면간의 저항값을 비교 - 물질의 고유저항 값 도체명칭 고유저항 ( ) 은 1.62 황 5.7 구리 1.69 니켈 6.9 금 2.40 철 10.0 알루미늄 2.62 제1강 기초전기

- 도체의 저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례한다. 여기서, R : 도체의 전체저항(Ω) 즉, : 도체의 고유저항(Ωcm) A : 도체의 굵기( ) [예제] 니크롬선의 고유저항이 110 , 단면적 0.001 , 길이 5m 인 니크롬선의 전체저항은? 제1강 기초전기

[예제] 전압과 도선의 길이가 일정할 때, 도선의 지름을 1/2 로 하면 도선에 흐르는 전류는? ※ 저항은 4배로 증가하고, 전류는 1/4로 감소한다. 제1강 기초전기

6. 저항의 연결법 1) 직렬접속 합성저항 2) 병렬접속 3) 직ㆍ병렬접속 제1강 기초전기

3. 오옴의 법칙 1. 오옴의 법칙 여기서, I : 전류 (A) E : 전압 (V) R : 저항 (Ω) 제1강 기초전기

A 1) 직렬접속 R1 R2 R3 2Ω 4Ω 6Ω 12V ① 합성저항 R = 2 + 4 + 6 = 12 Ω 제1강 기초전기

2) 병렬접속 ① 합성저항 A 2Ω 4Ω 6Ω 12V ② ∴ 전류 제1강 기초전기

3) 전압강하 : 전기회로에서 쓰고 있는 전선의 저항이나 회로 접속부의 접속저항 등에 소비되는 전압 제1강 기초전기

4) 전압강하 예제 ① 12V A B R1 1Ω R2 S/W A 점 B 점 S/W ON 시 V S/W OFF 시 6 12 12 12 12 제1강 기초전기

M 4) 전압강하 예제 ② - 그림과 같이 단선된 회로에서 전압을 측정하였을 때 “A”의 멀티미터가 0V를 지시하였다면 “B”의 멀티미터가 지시하여야 할 전압은? 가. 0V 나. 1V 다. 6V 라. 12V M 12Ω A B V 제1강 기초전기

고정저항 수온센서 냉간시 온간시 신호전압 신호전압 검출 (V) 4) 전압강하 예제 ③ E. C. U 고정저항 수온센서 R1 =1Ω 냉간시 온간시 신호전압 V 5Ω∼1Ω 신호전압 검출 (V) R2 10 6 제1강 기초전기

가. TPS 값이 밸브 개도에 따라 가변 되지 않는다 나. TPS 값이 항상 기준보다 조금은 낮게 나온다. 4) 전압강하 예제 ④ ※ 점 A에 접속이 불량할 때 TPS 출력전압 측정 시 올바른 것은? (2006년 2회 정비) 가. TPS 값이 밸브 개도에 따라 가변 되지 않는다 나. TPS 값이 항상 기준보다 조금은 낮게 나온다. 다. TPS 값이 항상 기준보다 높게 나온다. 라. TPS 값이 항상 5V로 나오게 된다. 제1강 기초전기

4) 전압강하 예제 ⑤ - 스위치가 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 일 때 요구전압과 전류는? S/W 전류 전압 강하 제1강 기초전기

4) 전압강하 예제 ⑥ A ① R1 4Ω 3Ω R2 S/W 5Ω R3 B ② ③ ④ 12V A - ① V B - ① ① - ② ② - ③ A - ② B - ② ① - ③ ② - ④ A - ③ B - ③ ① - ④ ③ - ④ A - ④ B - ④ A - B 3 7 12 12 9 5 3 7 12 4 9 5 제1강 기초전기

4) 전압강하 예제 ⑦ = 숙제 V = ? R1 4Ω 8Ω R3 12V 5Ω R2 R5 R4 2Ω 제1강 기초전기

4. 전력 1. 전력 1) 전력 : 전기가 하는 일의 크기 (전력 = 전압×전류 , 단위 : W) ∴ 전력 2) 전력량 : 전류가 어떤 시간에 한 일의 총량 ∴ 전력량 = 전력×시간 (단위 : W • t 또는 Joule) ∴ 전력량 3) 주울의 법칙(Joule’s Law) : 전력량이 모두 열로 소비될 때 발생되는 열량 제1강 기초전기

[예제] 12V-36W 전구를 그림과 같이 병렬로 연결하였을 때 전류계에는 몇 A의 전류가 흐르는가? 제1강 기초전기

5. 직류와 교류 1. 직류와 교류 1) 직류(Direct Current , DC) : ① 오직 밧데리에 의해 발생되며, 일정한 회로를 통하여 일정한 방향으로 흐르는 전류 ② 스위치가 ON, OFF 되어도 전압과 전류는 일정 ③ 자동차 대부분의 전기장치는 직류를 사용 제1강 기초전기

2) 교류(Alternating Current , AC) : ① 크기와 방향이 주기적으로 변하는 전류 ② 자기장을 통과하는 도체의 움직임에 의해 발생 ③ 교류에서의 전압과 전류는 일정하지 않다. ④ 교류전압을 사인파형(sine wave)이라 부른다. 제1강 기초전기

① 순시값(Instantaneous value 또는 최대값) : - 시간의 경과에 따라 값이 시시각각으로 변하므로 3) 교류의 순시값, 평균값, 실효값 ① 순시값(Instantaneous value 또는 최대값) : - 시간의 경과에 따라 값이 시시각각으로 변하므로 교류의 크기를 대표하는 값으로 사용될 수 없다. 제1강 기초전기

- 직류의 크기는 시간이 경과해도 변하지 않는다. 그러나, 교류는 크기가 수시로 변화하므로 순간순간의 값을 평균하여 표시 ② 평균값(Average value) - 직류의 크기는 시간이 경과해도 변하지 않는다. 그러나, 교류는 크기가 수시로 변화하므로 순간순간의 값을 평균하여 표시 - 최대값를 100%로 하고 평균하면 평균값은 최대값의 약 63.7%이다. ※ 평균값 = 최대값 X 0.637 제1강 기초전기

③ 실효값(Effective value) - 교류의 크기를 나타낼 때는 교류와 같은 일을 하는 직류로 대신 표시 - 정현파 교류의 최대값은 항상 같은 일을 하는 직류 크기의 1.414배 즉, 교류의 실효값은 ※ 실효값 = 최대값 X 0.707 - 가정용 교류 220V , 전압계 등도 실효값으로 표시 제1강 기초전기

④ 최대값, 실효값, 평균값 비교 제1강 기초전기

1) 아날로그 : “0”에서 무한대까지 신호가 존재하는 것 2) 디지털 : “1”과 “0”만이 존재하는 신호 2. 아날로그와 디지털 1) 아날로그 : “0”에서 무한대까지 신호가 존재하는 것 2) 디지털 : “1”과 “0”만이 존재하는 신호 제1강 기초전기

3. 주파수(Frequency, 단위 : Hz, 기호 : f) 1) 주파 : 교류에서 한 파형의 변화 주기 : 1주파를 완성하는데 걸리는 시간 주파수 : 1초간 주파의 수 2) 관계식 여기서, f : 주파수(Hz) T : 주기(s) 제1강 기초전기

4) 사이클(cycle)이란 주파수 개념에서 반복되는 1회의 주기를 말함 3) 그림은 몇 Hz 인가? 1 2 3 4 5 6 8 7 9 10 1 2 3 4 5 6 8 7 9 10 4) 사이클(cycle)이란 주파수 개념에서 반복되는 1회의 주기를 말함 제1강 기초전기

- 듀티란 1 사이클 동안 Hi가 되는 부분과 Low가 되는 부분의 비율 5) 듀티(duty) - 듀티란 1 사이클 동안 Hi가 되는 부분과 Low가 되는 부분의 비율 - 부품의 작동여부를 기준으로 ON 듀티와 OFF 듀티로, 전압을 기준으로 (+) 듀티와 (–) 듀티로 구분 0V 5V 1 사이클(100%) 50 시간 전압 0V 5V 시간 전압 예) 위 그림의 (+) 와 (-) 듀티는 ? 제1강 기초전기

B+ 6) 예제 - 아래 그림에서 듀티를 측정하려면 어느 지점을 측정하여야 하는지 표시하고 측정결과 그림과 같이 측정된다면 ON 듀티는 얼마인가? B+ 0V 5V 시간 전압 제1강 기초전기

4. 전자제어 유니트(ECU) 1) ECU 기본구성 입력 인터페이스 출력 인터페이스 A/D 컨버터 C P U ROM RAM 제1강 기초전기

① Interface : 실제로 작동하는 센서나 액츄에이터, 스위치 등을 CPU나 그 주변의 IC 들과 연결하는 역할 2) 용어 설명 ① Interface : 실제로 작동하는 센서나 액츄에이터, 스위치 등을 CPU나 그 주변의 IC 들과 연결하는 역할 ② A-D Converter : 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 장치 ③ ROM (Read Only Memory) : 영구 기억장치라 하며 레코드판이나 CD 와 같이 재생만 가능하며 BAT 전원을 꺼도 기억이 지워지지 않는 부분 ④ RAM (Random Access Memory) : 일시 기억장치로 녹음과 재생이 가능한 것 BAT 전원을 끄면 기억이 지워질 수 있는 IC 메모리 ⑤ CPU (Central Process Unit) : RAM과 ROM에 의해 저장되어진 데이터를 중앙 처리장치라는 CPU에서 최종판단을 한다. 제1강 기초전기

- 밧데리 전압은 시동 중 각종 부하의 영향으로 시시각각 변하므로 3) ECU 신호 전압 - 밧데리 전압은 시동 중 각종 부하의 영향으로 시시각각 변하므로 ECU는 각종 신호를 정확하게 판단하기 위하여 정전압 5V를 사용 4) 자동차용 각종 신호 아날로그 신호 디지털 신호 에어 플로우 미터 스로틀 센서 수온센서 밧데리 전압 산소센서 노킹센서 크랭크각 센서 차속센서 공전 스위치 에어컨 스위치 파워스티어링 스위치 제1강 기초전기

5) 디지털 신호 입력 회로 ① 풀업 방식 5V CPU 정전압 레귤레이터 풀업 저항 스위치 OFF시 : 5V 스위치 ON 시 : 풀업 저항 정전압 레귤레이터 CPU 5V 5V 0V 제1강 기초전기

② 풀다운 방식 풀다운 저항 전원 CPU 스위치 OFF시 : 스위치 ON 시 : 0V 12V 제1강 기초전기

6. 자석 6. 자석 1. 자기의 원리 - 자기(magnetism)란 공간, 공기 또는 고체물질을 통하여 잡아당기거나 반발하는 원자간의 힘이다. - 자기는 대부분의 전력을 발생시키는데 사용되는 힘이다. - 자기는 자동차 밧데리를 충전시키기 위해 전기를 발생시키는데 사용되고, 시동 작업을 하고, 여러가지 작동장치의 신호를 발생시킨다. - 자동차에 사용되는 자석에는 영구자석(permanent magnets)과 전자석(electro magnets)이 있다. 제1강 기초전기

- 다른 극성은 잡아당기고(attract), 같은 극성은 반발(repel)한다. 1) 자석 - 모든 자석은 극성을 갖는다. - 다른 극성은 잡아당기고(attract), 같은 극성은 반발(repel)한다. - 강한 자석은 자력선(lines of force)을 많이 발생한다. - 자속(magnetic flux) : 자력선의 방향과 직각되는 단면적을 통과하는 전체 자력선 제1강 기초전기

2) 전자기(Electromagnetism) - 전기가 도체를 흐를 때 도체 주위에 자기장이 형성된다. - 자력선의 방향은 오른손 법칙에 의해 결정된다. - 코일을 많이 감을수록, 중심에 철심을 넣을수록 자속밀도(flux density)는 증가한다. - 투자율(permeability)이란 물질의 자기 전도성을 나타내며, 투자율이 클수록 자기 전도성이 크고, 자화되기 쉽다. 3) 전자기의 세기를 결정하는 요인 - 전기선을 통과하는 전류의 총량 - 감은 코일의 수 - 중심물질의 종류와 크기, 길이 - 자력선이 자르는 방향과 각도 제1강 기초전기

4) 암페어 턴(Ampere-turns) - 자기장의 세기는 암페어 턴으로 측정한다. - 암페어 턴 = 암페어 X 감은 회수 제1강 기초전기

7. 테스트 장비 7. 테스트 장비 1. 점퍼 와이어(Jumper wires) : ① 가장 간단한 측정장비 중 하나 ② 12V 공급하여 측정하거나 어스를 이용하여 어떤 지점을 측정 ※ 밧데리 터미널 양 단자 연결 금지 → 폭발 위험 2. 테스트 램프(Test lights) : ① 손잡이에 전구가 있으며 회로상에서 전기의 흐름을 “보기” 위한 장비 ② 전압이 얼마인지 알 수 없으므로 전압강하를 알기 위하여 밝은 전구를 사용 ※ 컴퓨터 회로에 사용 금지 → 컴퓨터 파손 위험 제1강 기초전기

- 3가지 색의 LED가 있으며, 회로의 펄스(“High” or “Low”) 전압을 측정 3. 로직 프로브(Logic probe) : - 컴퓨터 회로 전용 측정장비 - 3가지 색의 LED가 있으며, 회로의 펄스(“High” or “Low”) 전압을 측정 - 적색 LED “ON” : 측정 지점이 “High Voltage” 녹색 LED “ON” : 측정 지점이 “Low Voltage” 황색 LED “ON” : 전압이 있음을 표시 - 만약 “High”, “Low”가 반복하면 황색 LED가 켜지고, 적색과 녹색이 점멸 제1강 기초전기

- 종류에 따라 다이오드, 주파수, 듀티, rpm 등 측정 가능 4) 멀티 미터(Multimeters) : - 전압, 전류, 저항을 측정하기 위한 측정장비 - 종류에 따라 다이오드, 주파수, 듀티, rpm 등 측정 가능 가. 아날로그 멀티 미터(AMM) → D’Arsonval 운동을 이용 - 영구 말굽자석의 가운데에 작은 코일이 있고, 그 중앙에 바늘이 있다. - 측정 시 전류가 흐르면 코일에 자기장이 형성되고, 그 자기장과 영구자석과의 상호작용에 의하여 바늘이 회전한다. - 회전량은 코일에 흐른 자기장의 세기에 의해 결정 제1강 기초전기

나. 디지털 멀티 미터(Digital Multi Meter , DMM , DVOM) - 컴퓨터 차량에 많이 사용 - 아날로그 미터는 회로를 통해 많은 전류가 흘러 컴퓨터를 다운 시키거나, IC칩을 태울 수 있다. - DMM은 회로 연결 시 회로를 보호할 입력 저항(Impedance)이 크다. → 약 10MΩ - 측정치는 LED 또는 LCD로 표시 - AMM에 비해 정확하고 읽기 쉽다. 제1강 기초전기

5) 오실로스코프(Oscilloscope) - 많은 전기적 문제를 매우 빠르고 정확하게 측정하고 진단하는 데 사용 - 오실로스코프 화면은 소형은 LCD, 대형은 CRT (Cathode Ray Tube) 제1강 기초전기