Electrical Electrical ComponentsComponents

Yongsik LeeYongsik Lee

Electronics BasicsElectronics Basics

►전자와 전하전자와 전하►전위전위 , , 전위차전위차 , , 전류전류►도체와 절연체도체와 절연체►저항저항►전지전지►직류와 교류직류와 교류►전력과 전력량전력과 전력량►전류의 열작용전류의 열작용

전자과학전자과학 , 2004. 3, 2004. 3 월호 월호 117-128117-128 쪽쪽

전자와 전하전자와 전하►전자의 성질전자의 성질

전하량 전하량 e = -1.602 x 10e = -1.602 x 10-19-19 Coulomb Coulomb 질량은 양성자의 질량은 양성자의 1/17001/1700 Me = 9.109 x 10Me = 9.109 x 10-31-31 kg kg

►전자의 흐름전자의 흐름 돈과 같이 유통되면서 다양한 작용을 한다돈과 같이 유통되면서 다양한 작용을 한다 전류는 양극에서 음극으로 흐른다고 표시하지만전류는 양극에서 음극으로 흐른다고 표시하지만 전자는 음극에서 양극으로 흐른다전자는 음극에서 양극으로 흐른다

전위전위 , , 전위차전위차 , , 전압전압►전하를 이동시키는 힘의 크기전하를 이동시키는 힘의 크기►연결된 물통연결된 물통

수면의 높이 수면의 높이 = = 전위전위 수면의 높이 차이 수면의 높이 차이 = = 전위차전위차 단위는 볼트 단위는 볼트 (Volts)(Volts)

►전류전류 전자의 흐름전자의 흐름 일초에 일 쿨롱의 전하가 이동하면 일초에 일 쿨롱의 전하가 이동하면 1 A1 A 전자 일 몰의 전하 전자 일 몰의 전하 = 1 Faraday = 96500 C/mole= 1 Faraday = 96500 C/mole

도체와 부도체도체와 부도체►전류를 통하는 물질전류를 통하는 물질

자유전자자유전자 (( 전하전하 )) 가 있다가 있다 고체에서는 전자고체에서는 전자 용액에서는 이온용액에서는 이온

►순수한 물은 부도체순수한 물은 부도체►전도성 고분자전도성 고분자

파이 전자를 활용파이 전자를 활용►얇은 산화막 주의얇은 산화막 주의

알루미늄은 도체지만알루미늄은 도체지만 , , 산화알루미늄은 부도체산화알루미늄은 부도체

저항저항►전하가 흐르기 어려운 정도를 전하가 흐르기 어려운 정도를 ohmnohmn 으로 표시으로 표시

금금 , , 은은 , , 구리는 저항이 작고구리는 저항이 작고 유리유리 , , 플라스틱은 저항이 크다플라스틱은 저항이 크다

►같은 물질도 상태에 따라 저항이 다르다같은 물질도 상태에 따라 저항이 다르다 같은 굵기면 길수록 저항이 크다같은 굵기면 길수록 저항이 크다 길이가 같으면 가늘수록 저항이 크다길이가 같으면 가늘수록 저항이 크다 온도가 올라가면 저항이 커진다온도가 올라가면 저항이 커진다 사다리 빠져 나가 달리기사다리 빠져 나가 달리기

►Room temperature super conductorRoom temperature super conductor

전지의 접속전지의 접속►화학적 작용에 의해서 전하 이동을 유도화학적 작용에 의해서 전하 이동을 유도►일정 전위차를 유지하는 펌프역할일정 전위차를 유지하는 펌프역할►기전력기전력 (electromotive force, emf)(electromotive force, emf)

►전지의 연결전지의 연결 용량은 달라도 기전력은 같다용량은 달라도 기전력은 같다 .. 펌프의 퍼올리는 수량의 문제펌프의 퍼올리는 수량의 문제 병렬 접속 – 많은 수량병렬 접속 – 많은 수량 , , 같은 기전력같은 기전력 직렬 접속 – 같은 수량직렬 접속 – 같은 수량 , , 높은 기전력높은 기전력

직류와 교류직류와 교류►전류전류

전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다►직류직류

방향과 크기가 일정방향과 크기가 일정 방향은 일정하고 크기가 바뀌면 맥류라고 부르기도 방향은 일정하고 크기가 바뀌면 맥류라고 부르기도

한다한다►교류교류

크기와 방향이 시간에 따라 변화크기와 방향이 시간에 따라 변화 진폭과 교류 주파수를 가진다진폭과 교류 주파수를 가진다

교류와 직류의 비교교류와 직류의 비교►직류직류

전지전지 , , 휴대성휴대성 , , 소형화 가능소형화 가능 전하의 이동 방향 조절 가능 전하의 이동 방향 조절 가능 (( 도금도금 )) 직류 모터직류 모터

►기동력이 큰 모터를 만들 수 있다기동력이 큰 모터를 만들 수 있다

►교류교류 변압기 사용 가능변압기 사용 가능 높은 전압을 사용하면 손실이 적다높은 전압을 사용하면 손실이 적다 교류 주파수 교류 주파수 50/60 Hz50/60 Hz 교류 파형 – 교류 파형 – sinusoidal, square wave, ramp, sawtoothsinusoidal, square wave, ramp, sawtooth Figure 2-5Figure 2-5

Electrical PowerElectrical Power

►전력전력 전기적인 일을 하는 시간당의 능률전기적인 일을 하는 시간당의 능률 일초에 일일초에 일 JouleJoule 의 전기적 일을 하면 일 의 전기적 일을 하면 일 wattwatt

►100W lamp vs. 500W heater100W lamp vs. 500W heater 전구 전구 55 초 켠 경우와 전열기 초 켠 경우와 전열기 11 초 켠 경우초 켠 경우 전체적인 일의 양은 같다전체적인 일의 양은 같다 . (500J). (500J) 일초당 내는 에너지의 능률은 전열기가 크다일초당 내는 에너지의 능률은 전열기가 크다 기구의 허용전력을 확인기구의 허용전력을 확인

►W = VI = (IR)I W = VI = (IR)I

전력량전력량►전기에너지의 총량전기에너지의 총량

전력량 전력량 = = 전력 전력 x x 시간시간►전류의 열작용전류의 열작용

전자와 원자전자와 원자 (lattice)(lattice) 의 충돌이 열로 발산의 충돌이 열로 발산 주울 열이라고 부름주울 열이라고 부름 저항에 비례하고 전류의 제곱에 비례저항에 비례하고 전류의 제곱에 비례

일반

탈질조

일반

폭기조

담체

탈질조

담체

탈질조

2A. Direct Current Circuits2A. Direct Current Circuits

Laws of ElectricityLaws of Electricity

► Ohm’s LawOhm’s Law V=IRV=IR Volatage = current x resistanceVolatage = current x resistance

► Kirchhoff’s LawKirchhoff’s Law 회로 어느 한 지점에서 전류의 회로 어느 한 지점에서 전류의 algebraic sum algebraic sum 은 은 0 0

이다이다 .. 닫힌 전기회로의 전압의 닫힌 전기회로의 전압의 algebraic sumalgebraic sum 은 은 0 0 이다이다 ..

► Power LawPower Law P = IVP = IV

►기초 용어기초 용어

►기초 공식기초 공식 옴의 법칙옴의 법칙 : I = V/R , V=IR: I = V/R , V=IR 전력전력 : P=I: P=I22R = IV = VR = IV = V22/R /R

I

V

용어전류전압저항전력

기호I VRP

단위A V W

명칭암페어

볼트 옴

와트

►키히리호프의 법칙키히리호프의 법칙 1 1 법칙법칙 (( 전류법칙전류법칙 ): ): 접속점의 총전류는 영접속점의 총전류는 영

► ►전하는 더 이상 나누어지거나 생겨나지 않는다전하는 더 이상 나누어지거나 생겨나지 않는다

22 법칙법칙 (( 전압법칙전압법칙 ): ): 폐회로의 총 전압강하는 영폐회로의 총 전압강하는 영►

Kirchhoff’s LawKirchhoff’s Law

0I

0V

►저항의 접속저항의 접속 직렬직렬 : R: Ro o = R= R1 1 + R+ R2 2 + R+ R33 + • • • • • • + • • • • • •

병렬병렬 : 1/R: 1/Ro o = 1/ R= 1/ R1 1 + 1/R+ 1/R2 2 + 1/R+ 1/R33 + • • • • • + • • • • • ••

►전압계전압계 배율기배율기 , , 내부저항내부저항

V

V

Rm: 배율기저항

R: 내부저항

Vo

►전류계전류계 내부저항내부저항

Basic DC CircuitsBasic DC Circuits

► 적용 예적용 예 직렬저항회로와 직렬저항회로와

병렬저항회로병렬저항회로► Series circuitsSeries circuits

전지전지 , , 스위치스위치 , , 직렬저항으로 구성직렬저항으로 구성

Voltage dividers Voltage dividers (selector type)(selector type)

Potentiometer Potentiometer (continuously (continuously variable)variable)

Parallel CircuitParallel Circuit

► Current dividerCurrent divider► Current splitting eqn.Current splitting eqn.

두 개의 병렬 두 개의 병렬 저항기에서 한 저항기에 저항기에서 한 저항기에 흐르는 전류의 분율흐르는 전류의 분율

II22/I = R/I = R22/(R/(R11+R+R22))

MeasurementMeasurement

Dc I, V, and R measurementsDc I, V, and R measurements

►Digital VoltmeterDigital Voltmeter Digital voltmeter (DVM)Digital voltmeter (DVM) Digital multimeter (DMM)Digital multimeter (DMM)

►V, I, R V, I, R 측정 가능측정 가능►DVMDVM 의 구성의 구성

Integrated CircuitIntegrated Circuit ADCADC Power supply (battery)Power supply (battery) LCD displayLCD display

Advantages of DVMAdvantages of DVM

►DVMDVM 의 편리한 점의 편리한 점 소형소형 값이 싸다값이 싸다 높은 입력 저항높은 입력 저항 (10(101010 – 10 – 1012 12 ΩΩ)) 을 가진다을 가진다

►교과서 그림 교과서 그림 2-42-4

Loading ErrorLoading Error

► in potential measurementin potential measurement The presence of the meter perturb the circuitThe presence of the meter perturb the circuit Cannot be completely eliminatedCannot be completely eliminated Meter resistance should be larger than the sourcMeter resistance should be larger than the sourc

e resistancee resistance Typical DMM; Rm = 10Typical DMM; Rm = 101010-10-101212 ohm ohm

► In current measurementIn current measurement Error decreases as Rstd/RL becomes smallerError decreases as Rstd/RL becomes smaller

2E. Readout devices2E. Readout devices

►OscilloscopeOscilloscope Cathode-Ray Tube (CRT)Cathode-Ray Tube (CRT)

►Chart RecorderChart Recorder►Alphanumeric Display UnitAlphanumeric Display Unit

OscilloscopeOscilloscope

►Essential diagnostic toolEssential diagnostic tool►typestypes

Analog OscilloscopeAnalog Oscilloscope Digital Storage Oscilloscope (DSO)Digital Storage Oscilloscope (DSO)

►http://www-ph.postech.ac.kr/Edulab/http://www-ph.postech.ac.kr/Edulab/gen-phy2/exp2/exp2-2.htmlgen-phy2/exp2/exp2-2.html

Schematic of a CRTSchematic of a CRT

InstrumentsInstruments

►OscilloscopeOscilloscope 의 내부 구조의 내부 구조 음극선관음극선관 (CRT: cathode ray tube), (CRT: cathode ray tube), 수직증폭기수직증폭기 (vertical amplifier), (vertical amplifier), 수평증폭기수평증폭기 ( horizontal amplifier), ( horizontal amplifier), 시간축 톱니파 발진기시간축 톱니파 발진기 (Sweep generator)(Sweep generator)

Horizontal ControlHorizontal Control

► Sweep rateSweep rate► Trigger controlTrigger control

Cathod Ray TubeCathod Ray Tube

Chart RecordersChart Recorders

► Servo systemServo system A null device that A null device that

compares two signalscompares two signals Then makes a Then makes a

mechanical adjustment mechanical adjustment that reduces their diff=0that reduces their diff=0

► Paper is moved at a Paper is moved at a fixed speedfixed speed

► Strip chart / X-Y Strip chart / X-Y recorderrecorder

Typical Chart RecorderTypical Chart Recorder

►Chart speedChart speed 0.1 to 20 cm/min0.1 to 20 cm/min

►Voltage rangeVoltage range 1 mV to several volts1 mV to several volts

►Digital recorders use stepper motorDigital recorders use stepper motor

Alphanumeric DisplayAlphanumeric Display

► 7 segment readout 7 segment readout devicedevice

► 15 segment readout 15 segment readout devicedevice

► LED or LCDLED or LCD

LED Alphanumeric DisplayLED Alphanumeric Display

► LEDLED Readable at low Readable at low

ambient lightambient light Bright Self-emitting Bright Self-emitting

lightlight Consume more Consume more

powerpower If battery powered, If battery powered,

not recommendednot recommended

HomeworkHomework

►Problem 2-7Problem 2-7