전 자 회 로 (제1절 전자회로 기초) 한국발전교육원 기술교수실 신 종 채.

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1 전 자 회 로 (제1절 전자회로 기초) 한국발전교육원 기술교수실 신 종 채

2 목 차 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 전자회로 발전과정 국제 단위계(전자회로 기초) 전하와 전위차 전류와 극성표시 수동소자와 능동소자
목 차 전자회로기초 Ⅰ 전자회로 발전과정 Ⅱ 국제 단위계(전자회로 기초) Ⅲ 전하와 전위차 Ⅳ 전류와 극성표시 Ⅴ 수동소자와 능동소자 Ⅵ 키르히호프의 법칙 한국발전교육원 KPLI

3 1. 컴퓨터의 역사 한국발전교육원 전자회로 발전과정 1940년대 후반의 트랜지스터의 출현으로 전자산업의 획기적인 변화. 5 4
인공지능 컴퓨터 1세대(1951)~5세대(미래) 발전과정 4 수천개의 IC가 하나의 실리콘 칩에 집적된 고밀도 집적회로, 대용량,고속연산,Micro기술 3 수십,백개의 트랜지스터을 실리콘 칩에 넣은 집적화로(IC)를 이용한 세대,소형,고속,저렴 2 트랜지스터를 이용한 세대, 진공관에 비해 작고 저렴하고 신뢰할 수 있었다. 1 진공관을 이용한 세대, 전력소모가 크고 열이 많이 발생하여 고장이 자주났다. 한국발전교육원

4 2. 전자회로 발전과정 전자회로 발전과정 진공관 트랜지스터 집적회로(IC) 한국발전교육원

5 1. 전자회로 개념 가. 전자회로의 정의 다. 전자회로 종류 및 부품 한국발전교육원 전자회로 기초
전기를 전자의 흐름으로 생각하여 정보량과 신호의 주고받음으로 사용하는 회로나 배선을 가리킴 나. 전기회로와 전자회로의 차이점 ○ 전기회로 : 큰 전류가 흐르는 회로 ○ 전자회로 : 작은 전류가 흐르는 회로 다. 전자회로 종류 및 부품 ○ 종 류 : 증폭회로,스위치회로,파형변환회로 ○ 부 품 : 트랜지스터,다이오드,IC,저항,콘텐서,코일 등 한국발전교육원

6 2. 전원 ~ 가. 전원의 정의 한국발전교육원 전자회로 기초 ○ 전자회로에 전기적인 에너지를 공급하는 장치
○ 전압원(Voltage Source)과 전류원(Current Source)이 있음 나. 교류 전압원과 직류 전압원 ○ 전압원 : 공급하는 전류의 크기에 관계없이 일정한 전압을 발생하는 장치 전류의 흐름 ~ 220[V] 500[W]전열기 100[W]전구 한국발전교육원

7 ~ 한국발전교육원 전자회로 기초 교류 전압원과 직류 전압원
√ 교류(交流) 전압원 : 전기의 +극과 –극이 주기적으로 바뀌는 것 √ 직류(直流) 전압원 : 한자어 뜻 그대로 일정방향으로만 계속적으로 흐르는 전기를 말함. ○ 교류 전압원과 직류 전압원 기호 ~ V + - V V (b) 직류 전압원 (a) 교류 전압원 한국발전교육원

8 3. 주파수와 주기 주파수와 주기 정의 한국발전교육원 전자회로 기초
○ 주기(Cycle) : 파형이 양,음의 변화를 완전히 하여 처음 상태로 돌아갈 때까지의 변화를 1주기라 함. ○ 주파수(Hz) : 1초간에 포함되는 주기의 수 주기 t v f = T 1 [Hz] 주기(T)= 1/60=0.0167[sec] 한국발전교육원

9 4. 최대치와 실효치 한국발전교육원 전자회로 기초 ○ 최대치(Maximum value) : 교류전압 파형에서 가장 큰 값 Vm
○ 실효치(effective value) : 최대치의 1/√2을 그 교류의 실효치, 어느 실효치의 교류와 그 실효치와 같은 값의 직류는 같은 일을 한다. 흔히 말하는 전압,전류의 크기, 가정집 220V 전원 ※. v = Vm sin ωt, v는 시간에 따라 그 크기가 변하는 순시치 실효치 V= √(v²의 1주기간의 평균), v²= Vm² sin² ωt= Vm²/2 t v 최대치 Vm 실효치 √2 시간 전압 한국발전교육원

10 5. 위상 한국발전교육원 전자회로 기초 ○ 동상(同相) : 동일주파수의 두 정현파의 v,i가 각각 같은 순간에 영점 및 t
최대점에 도달 t 시간 v v= Vm sin ωt i = Im sin ωt i ○ 위상차(位相差) : v,i가 각각 다른 순간에 영점 및 최대점에 도달 v는 i보다 θ 만큼 앞섬 v t 시간 i V= Vm sin(ωt+θ) θ 한국발전교육원

11 6. 단위계(Unit) 기본단위 한국발전교육원 국제 단위계
○ 국제단위계(SI: International System of Unit) 년 도량형 총회에서 채택,6종류 - 길이(m),질량(kg),시간(s),전류(A),온도(K),광도(cd) 물리량 단위기호 단위명칭 길이 m meter 질량 kg kilogram 시간 s second 전류 A ampere 온도 K kelvin 광도 cd candela 한국발전교육원

12 유도단위 국제 단위계 ○ 물리량의 차원이 결정되면 차원 식에 따라 기본 단위로 구성되는 단위 물리량 단위기호 차원식 단위명칭
○ 물리량의 차원이 결정되면 차원 식에 따라 기본 단위로 구성되는 단위 물리량 단위기호 차원식 단위명칭 힘 N Kgm/s² newton 에너지/일 J Nm joule 전력 W J/s watt 전하 C As coulomb 전위 V J/C volt 저항 Ω V/A ohm 컨덕턴스 S A/V siemens 인덕턴스 H Wb/A henry 커패시턴스 F C/V farad 자속밀도 T Wb/m² tesla 자속 Wb J/A weber 주파수 Hz S² hertz

13 기 타 한국발전교육원 국제 단위계 ○ 표준 접두기호(10의 거듭제곱으로 표시, ㎾=10³W,㎷=10-³V등)
기 타 ○ 표준 접두기호(10의 거듭제곱으로 표시, ㎾=10³W,㎷=10-³V등) - 단위가 아주 작거나 매우 클 때 사용상 불편을 줄이기 위해 사용 μ 10-6 micro m 10-3 milli c 10-2 centi k 10³ kilo M 106 mega G 109 giga T 10¹² tera 기호 멱(거듭제곱) 접두어 p 10-12 pico n 10-9 nano 한국발전교육원

14 5. 전하와 전위차 전 하 ( Electric Charge ) 한국발전교육원 전자회로 기초
○ 전하(電荷) : 전기적 성질을 띠는 가장 기본적인 양(전기를 띤 모든 입자) 종 류 : 양(+)전하, 음(-)전하 쿨롱의 법칙 - 동일 정전하 사이 : 반발력 작용 - 다른 정전하 사이 : 흡입력 작용 r (거리) 흡인력 반발력 +Q1 +Q2 F -Q2 + - r (m) f[N] Q1[C] Q2[C] F= 9x10 9 r² Q1*Q2 [N] 한국발전교육원

15 전하량의 단위 전계 [Electric Field] 1[C]의 두 전하 사이 작용하는 힘 : 한국발전교육원 전자회로 기초
○ 전하량 단위 : 쿨롱[C : coulomb] 전자1개의 전하량 : 1.602×10 [C] 1[C] = 전자 6.24×10 개의 전하량 - Q=NE, N=Q/E = 1/ 1.602×10 18 -19 전계 [Electric Field] ○ 정전하 사이에 작용하는 힘의 영역 1[C]의 두 전하 사이 작용하는 힘 : F= 9x10 9 r² Q1*Q2 [N] 한국발전교육원

16 전위차 ( Electric Potential Difference )
전자회로 기초 전위차 ( Electric Potential Difference ) ○ 전위차(電位差) : 기준점으로 부터 서로 다른 두점의 전위가 다를 때 이 두 점의 전위의 차, 단위는 볼트(Volt) ○ 가정집 220V 전구의 콘센트 전원을 예로 들면 ~ 220[V] 100[W]전구 Vb Va 0V 220V 콘센트 전위차(Vab) = Va(높은쪽) – Vb(낮은쪽), 콘센트 두 구멍 사이의 전위차 1개의 선은 0V이고 다른 1개선은 220V인 전위차 한국발전교육원

17 전하의 이동으로 설명 한국발전교육원 전자회로 기초 ○ 전위차(電位差) : 단위 정전하가 회로의 두 점 사이를 이동할 때
얻든지 또는 잃는 에너지 단 위 : 볼트(volt) - 1볼트[V]는 1[C]의 전하를 한 단자에서 다른 단자로 이동할 때 요하는 일 Q 쿨룽의 전하가 전위차가 일정한 두 점 간을 이동할때 얻는 또는 잃는 에너지가 W주울 이라면 그 두 점간의 전위차 V는 V = [V], W=VQ[joule] W Q 한국발전교육원

18 6. 전류와 극성 표시 전 류 ( Current ) 한국발전교육원 전자회로 기초
○ 전류(電流) : 전하(電荷)가 연속적으로 이동하는 현상 - 전기장 내의 전하(양,음전하) 중 양 전하 : 높은전위 → 낮은 전위쪽으로 이동 음 전하 : 낮은전위→ 높은 전위쪽으로 이동, 이러한 전하의 흐름 ○ 전류의 정(正)방향 : 양전하가 이동하는 방향,전자의 이동방향과 반대 + + - + - - + - V I 한국발전교육원

19 전 류 ( Current ) 극성 표시 한국발전교육원 전자회로 기초 ○ 전류(電流) : 전하(電荷)의 이동
○ 전류의 크기 : 회로의 어느 단면을 단위 시간에 통과하는 전하의 양 - 1[A] : 1[s] 동안에 어느 단면을 이동하는 1[C]의 전하량 I = Q ÷ t[A], Q = I × t[C] ○ 전류의 정(正)방향 : 양전하가 이동하는 방향,전자의 이동방향과 반대 극성 표시 a b + - +2.5[A] V 에너지 흡수 또는 공급 식별규칙 전류 : 크기와 방향에 의해 정의됨 소자를 향해 들어가는 경우 한국발전교육원

20 한국발전교육원 전자회로 기초 ○ 전류의 크기 : 전선(Cable)의 굵기 결정 - 단위시간에 도선의 한 단면을 지나는 전하량
- 1[A] : 1초 동안에 1C의 전하가 이동할 때 세기 시간 t초 동안에 도선의 한 단면을 Q쿨롱의 전하량이 지날때 I = Q t [A] 한국발전교육원

21 1. 수동소자와 능동소자 개요 개 요 능동소자와 수동소자 구분 한국발전교육원 수동소자와 능동소자
개 요 ○ 전기회로 또는 전자회로를 구성하고 있는 기본적인 회로소자 ○ 수동소자(Passive Element) : 에너지 흡수/소비,에너지 생성 不可 ○ 능동소자(Active Element) : 에너지 공급, 에너지 생성 可能 ○ 에너지를 흡수하느냐 또는 공급하느냐에 따라 구분됨 능동소자와 수동소자 구분 ~ [ 능동소자] 에너지 생성 및 공급 전류 i 100V R [ 수동소자] 에너지 흡수 및 소비소자 전류 i 한국발전교육원

22 2. 수동소자 수동소자 종류 수동소자의 특성 한국발전교육원 수동소자와 능동소자 ○ 저항기(Resistor)
○ 인덕터(Inductor:유도기) ○ 커패시터(Capacitor) 수동소자의 특성 ○ 저항(抵抗) : 전기에너지 소비(열,빛),전압이 전류에 비례, V=IR[V] - 전기회로 부품중 가장 기본적인 부품 - 주된 역할은 흐르는 전류를 제한 하는 것 i (저항) V 합금(Metal Alloy) 탄소합성물(Carbon Compound) 한국발전교육원

23 한국발전교육원 수동소자와 능동소자 ○ 인덕턴스 : 전기에너지를 자계 에너지로 축적,WL=½LI² ,전기모터,변압기권선 →
- 단자전압이 단자전류의 시간적 변화율, 시간적 미분치에 비례하는 소자 - 자계는 도체에 흐르는 전류를 감싸고 있는 자속(Magnetic Flux)개념도입 설명 - 도선을 감아서 만든 2단자 소자, 소자에 흐르는 전류는 자속을 만듬 → (인덕턴스) 한국발전교육원

24 한국발전교육원 수동소자와 능동소자 ○ 커패시턴스 : 전기에너지를 전계 에너지로 축적, WC=½CV²
- 단자전압이 단자전류의 시간적 변화율, 시간적 적분치에 비례하는 소자 - 부도체에 의해 분리된 2개 도체로 이루어진 2단자 소자, 직류는 통하지 않고 주 파수가 높은 교류는 잘 통하는 성질이 있음(전하 사이에 존재하는 힘의 결과). - 이 콘덴서에 전압을 가하면 양극의 금속판에는 (+)전하 축적, 음극의 금속판에는 (-)전하가 축적됨, 충전상태에서 전압을 제거해도 충전상태 유지함 (커패시턴스) v + - 전극판 : 알루미늄,주석 절연물 : 절연지,공기,기름,운모 한국발전교육원

25 3. 능동소자 능동소자 종류 능동소자의 특성 한국발전교육원 수동소자와 능동소자
○ 정전압 전원 : 건전지(Battery), 발전기(Generator) ○ 정전류 전원 : 트랜지스터(Transistor), IC, 다이오드, 연산증폭기 능동소자의 특성 ○ 정전압 전원(Constant Voltage Source) : 부하에 관계없이 회로의 개방 및 단락상태에도 단자전압의 크기와 시간적 변화가 주어진 시간함 수 v(t)와 같은 이상적인 전원(일정한 전압) ~ 전류 i 발전기 부하 V(t) + - V(t) (a) ~ + - V(t) (b) + - V (c) 한국발전교육원

26 한국발전교육원 수동소자와 능동소자 ○ 정전류 전원(Constant Current Source) : 부하에 관계없이 회로의
개방 및 단락상태에도 출력전류의 크기와 시간적 변화가 주어진 시간함 수 i(t)와 같은 이상적인 전원(일정한 전류) 전류 i 부하 i(t) C i(t) (d) ○ 회로소자와 전압-전류 관계 소 자 정 수 기 호 단 위 V-I 관계 저항 R 인덕턴스 L 커패시턴스 C 전압 v(t) 전류 i(t) Ohm(Ω) henry(H) Farad(F) Volt(V) Amp(A) V=Ri V=Ldi/dt i=Cdv/dt V(t)는 i에 무관 i(t)는 v에 무관 저항기 유도기 용량기 정전압전원 정전류전원 수 동 소 자 능동 소자 +- 한국발전교육원

27 4. 독립전원과 종속전원 독립전원 종속전원 한국발전교육원 수동소자와 능동소자
○ 독립 전압원 : 전원에 흐르는 전류에 관계없이 일정한 전압 ○ 독립 전류원 : 전원의 단자전압과 관계없이 일정한 전류 종속전원 ○ 종속 전압원 : 전원에 흐르는 전류에 전압이 변화 ○ 독립 전류원 : 전원의 단자전압에 따라 전류변화 + - V(t) (a) V (b) i(t) (c) (a) + - (d) [ 독립 전원 ] [ 종속전원 ] 한국발전교육원

28 1. 키르히호프 법칙의 개요 개 요 한국발전교육원 키르히호프의 법칙
개 요 ○ 모든 회로망의 해석에 있어 옴의 법칙 만으로는 회로 해석 불가능 ○ 전자회로의 계산은 보통의 전기회로의 계산과 거의 같지만 몇 개의 전자회로 특유의 계산법이 있음. ○ 전자회로 중의 모든 전압,전류를 구해야 하는 경우 드물다. 증폭회로 출력전압 구할시 회로내부의 모든 전압,전류 계산 불필요가 많음. 이와 같은 경우 효과적으로 목적하는 출력전압을 계산하는데 적용됨 ○ 키르히호프 법칙(Kirchhoff’s Law): 1847년 독일 물리학자 Gustav Robert Kirchhoff 가 발표 ○ 각종 회로소자 특성과 더불어 체계적 해석 가능 한국발전교육원

29 2. 키르히호프 제1법칙 Kirchhoff의 전류법칙(KCL) 한국발전교육원 키르히호프의 법칙
○ 회로망의 임의의 마디에 들어오는 전류의 합은 그 마디를 떠나는 전류의 합과 같다. 임의의 대수합의 “0”이다. 이 법칙은 전하의 보존법칙(Conservation Law of Charge) i₁ i₂ i₃ i₄ i5 i₁+i₃ =I₂+ I₄+ i5 i₁+ i₃ - i₂- i₄- i5 = 0 한국발전교육원

30 3. 키르히호프 제2법칙 Kirchhoff의 전압법칙(KVL) 한국발전교육원 키르히호프의 법칙
○ 회로망 안의 임의의 폐회로에서 일정한 방향을 따라 일주할 때 각 회로소자에 걸리는 전압의 대수 합은 “0” 이다. 임의의 閉回路에 따라 한 방향으로 회전하면서 취한 전압상승의 合은 전압강하의 合과 같다. + - + - R1 R2 R3 Va Vb V₁ V₂ V₃ i [ KVL 설명도 ] -Va + V₁ + Vb + V₂ +V₃= 0 -Va + iR₁ + Vb + iR₂ +iR₃= 0 Va = V₁ + Vb + V₂ +V₃ 한국발전교육원

31 전자회로의 기초지식 수동소자와 능동소자 Kirchhoff의 법칙
제1장 전자회로 기초 종 합 정 리 전자회로의 기초지식 ○ 전기회로와 전자회로 차이점, 교류전압원과 직류전압원, 위상(동상/위상차)의개념 ○ 전하(양전하/음전하)의 특성, 전위차의 개념, 전류와 극성표시 개요 수동소자와 능동소자 ○ 수동소자 : 에너지 흡수/소비, 저항기, 인덕터, 커패시터 ○ 능동소자 : 에너지 공급, 건전지,발전기,트랜지스터,IC,다이오드,연산증폭기 Kirchhoff의 법칙 ○ 제1법칙 : 전류의 법칙 회로망의 임의의 마디에 들어오는 전류의 합은 그 마디를 떠나는 전류의 합과 같다. ○ 제2법칙 : 전압의 법칙 회로망 안의 임의의 폐회로에서 일정방향의 각소자에 걸리는 전압의 합은 “0” 이다. 한국발전교육원

32 저항기 종류

33 인덕터 종류

34 커패시터 종류

35 능동소자 종류 다이오드 종류 트랜지스터 종류 집적회로(IC)종류

36 전계와 자계의 개념 전계 : 전기를 띤 電荷 사이에 작용하는 힘 쿨롱의 법칙 적용,전하의 운동상태
전계와 자계의 개념 전계 : 전기를 띤 電荷 사이에 작용하는 힘 쿨롱의 법칙 적용,전하의 운동상태 전기가 존재하는 주변에는 반드시 전개가 존재 자계 : 전하의 이동으로 발생되는 결과(자기장 영역) 전류가 흐르면 자속이 발생되어 자기장 형성 자석의 힘이 미치는 영역과 비슷한 특성