수동 부품의 이해수동 부품의 이해(Passive Elements)(Passive Elements)

박 재 병

Intelligent Systems & Robotics Lab.

학습 목표

수동 소자의 특성과 사용법

저항 저항

커패시터

인덕터

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단위

전자전기 및 통신분야 등에서는 주로 MKS (Meter Kilogram Second) 단위계를 사용계를 사용

단위 표시 사용

Hertz Hz 주파수

Ohm 저항

Henry H 코일의 인덕턴스

Farad F 콘덴서의 용량Farad F 콘덴서의 용량

Volt V 전압

Ampere A 전류

Volt-Ampere VA 피상전력 (apparent power)Volt-Ampere VA 피상전력 (apparent power)

Watt W 유효전력 (active power)

VAR (=Volt-Ampere Reactive) VAR 무효전력 (reactive power)

C l b C 전하 전하량Coulomb C 전하, 전하량

Weber Wb 자속

Joule J 에너지량

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Decibel dB 차이가 큰 두 값의 지수적인 비교 (log10)

단위

MKS 단위계에 붙여서 사용하는 접두어

지수값 접두어 약호 지수값 접두어 약호

103 Kilo K 10-3 Milli m

106 Mega M 10-6 Micro 10 Mega M 10 Micro

109 Giga G 10-9 Nano n

1012 10 12 i1012 Tera T 10-12 Pico p

1015 Peta P 10-15 Pemto f

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저항

저항의 기능

저항의 성질 저항의 성질

흐르는 전류에 비례하는 전압 강하 발생

극성이 없고 거의 선형적인 특성을 갖는다.+ -

IR

사용 목적

회로의 특정 노드에 원하는 직류 전위의 설정

IRV

신호의 감쇠

커패시터나 인덕터와 함께 시정수를 설정

필터

저항값의 크기를 표시하는 단위는 (ohm), k, M

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저항

저항의 종류

고정 저항기 고정 저항기

탄소 피막 저항(carbon film resistor) : 원통형 세라믹 표면에 탄소 피막을 입힌 형태로

서 가장 널리 사용

칩 저항(chip resistor) : 고주파용 하이브리드 IC용 칩 저항(chip resistor) : 고주파용, 하이브리드 IC용

세라믹 저항(ceramic resistor) : 고전력용

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저항

저항의 종류

가변 저항기 가변 저항기

가변 저항

③②

① ③

②①

① ③

반고정 저항

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저항

저항 판독법 (color coding)

일반 탄소피막 저항 색 명 수 승수 오차 일반 탄소피막 저항 색 명 수 승수 오차

검정색 0 100

갈색 1 101 1%

빨강색 2 102

오렌지색 3 103

노랑색 4 104

정밀 탄소피막 저항

노랑색 4 104

녹색 5 105

파랑색 6 106

보라색 7 107

회색 8 108

흰색 9 109흰색 9 109

금색 - 10-1 5%

은색 - 10-2 10%

8

무색 - - 20%

저항

저항값과 오차 표시 예

첫 번째 색 : 첫째 자릿수 첫 번째 색 : 첫째 자릿수

두 번째 색 : 둘째 자릿수

세 번째 색 : 승수(배수)

네 번째 색 : 오차(금색 ±5%, 은색 ±10%, 무색 ±20%)

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저항

저항의 연결

직렬 연결 직렬 연결

병렬 연결

1 2R R R

1 2

1 2 1 2

1 1 1 R RRR R R R R

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커패시터

커패시터의 기능 커패시터는 전하를 저장하는 소자이다커패시터는 전하를 저장하는 소자이다.

커패시터에 전압을 가하면 전하가 저장된다.

저장된 전하량

Q CV

I

커패시터에 흐르는 전류

Q CV +

C V

dtdVC

dtdCV

dtdQI

-

커패시터에 저장된 에너지

수위[J]1 2CVW

커패시터의 성질

커패시터에 걸리는 전압은 순간적으로 바뀔 수 없고 연속적으로 변하게 된다

수위

단면적

[J]2

CVWC

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커패시터에 걸리는 전압은 순간적으로 바뀔 수 없고 연속적으로 변하게 된다.

⇒ 커패시터는 양단에 걸리는 전압을 일정하게 유지하려는 관성이 있다.

커패시터

용도

교류신호의 결합(직류 차단) 교류신호의 결합(직류 차단)

교류신호의 바이패스(저항과 병렬)

에너지 저장 : 공진회로(발진기)

필터(전원 디커플링 등)

시정수 결정

여러 개를 병렬로 사용하는 것이 리드 인덕턴스를 감소시킬 수 있음

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커패시터

커패시터의 종류 폴리에스터(polyester) 마일러(Mylar) : 무극성 오차 ±5~10% 일반 회로 고주폴리에스터(polyester), 마일러(Mylar) : 무극성, 오차 ±5 10%, 일반 회로, 고주

파 특성이 좋지 않음

세라믹(ceramic disk) : 무극성, 오차 ±5~10%, 발진기, 필터 등에 사용, 고주파

사용 가능사용 가능

탄탈(dipped tantalum) : 극성, 오차 ±10~20%, 전원 및 고주파 잡음 제거

전해(electrolytic) : 극성, 오차 ±20%, 고용량, 직류 차단, 전원 및 고주파 잡음 제

거거

칩 (chip) : 고주파용, 하이브리드 IC용

+++

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주파수 특성도 좋고 용량도 커야 하는 경우 : 탄탈과 세라믹을 병렬로 사용

커패시터

커패시터값과 오차 표시

첫 번째 숫자 : 첫째 자리 표시수 첫 번째 숫자 : 첫째 자리 표시수

두 번째 숫자 : 둘째 자리 표시수

세 번째 숫자 : 배수

네 번째 문자 : 오차(J±5%, K±10%)

단위 : pF단위 : pF

예

104J ⇒ 10 x 104 = 105 pF = 0.1 μF (±5%)

475K ⇒ 47 x 105 = 4.7 x 106 pF = 4.7 μF (±10%)

333J ⇒ 33 x 103 = 3 3 x 104 pF = 0 033 μF (±5%)333J 33 x 10 3.3 x 10 pF 0.033 μF (±5%)

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커패시터

허용 오차

문자

코드B C D F G J K M N

허용오차

0.1% 0.25% 0.5% 1% 2% 5% 10% 20% 30%

정격 전압

오차0.1% 0.25% 0.5% 1% 2% 5% 10% 20% 30%

구분 A B C D E F G H J K

0 1 1.25 1.6 2.0 2.5 3.15 4.0 5.0 6.3 8.0

정격 전압

1 10 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80

2 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800

3 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000

Ex1) 104J2E : 10은 유효숫자, 4는 지수, 2E는 전압을 나타냄

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정전용량 (104) 10 x 104 pF , 허용오차(J) 5% , 정격전압 250V

커패시터

가변 콘덴서 (VC : Variable Condenser)

가변콘덴서는 연속적으로 정전용량을 가변할 수 있는 것으로 회전축과 고정극으가변콘덴서는 연속적으로 정전용량을 가변할 수 있는 것으로 회전축과 고정극으

로 구성되어 있어 회전극을 돌리면 대항하는 면적이 변하게 된다. 이에 따라서 정

전 용량값이 변하게 된다.

가변콘덴서의 종류가변콘덴서의 종류

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커패시터

커패시터의 연결

직렬 연결 직렬 연결1 2

1 2 1 2

1 1 1 C CCC C C C C

병렬 연결

1 2C C C

I I+

-1C 1V

+

C C V

2C+

-2V

-1C 2C V

1I 2I

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인덕터

인덕터는 구리선과 같은 선재로 나선모양으로 감아서 만들며 이 때문에 코일(coil) 이라고도 함일(coil) 이라고도 함

전류가 흐르면 자장이 발생하고 에너지가 저장된다.

저항은 직류전류에 대하여 그 흐름을 제어하는 소자이다. 이와 더불어 커패시터와 인덕터는 교류회로에서 전류의 흐름을 제어하는 소자라고 할 수 있다.

인덕터는 교류전류와 같이 시간적으로 변화하는 전류에 대하여 그 변화를 억제하

는 방향으로 유도전압을 생성하는 특징을 갖고 있다.

인덕턴스 L의 단위로는 헨리 ( Henry : H )

용도에 따라 동조코일 , 발진코일 , 트랜스포머 등으로 구분

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인덕터

자속과 기전력 인덕터에 발생하는 자속 LI

자속이 변하면 변화를 방해하는 방향으로 역기전력이 발생

인덕터에 발생하는 전압

LI

I

d dIV Ldt dt

+

인덕터에 저장된 에너지

-

L V[J]

21 2LIWL

인덕터의 성질 가하는 전압을 급격히 변화시켜도 전류는 서서히 변화함

2

흐르던 전류가 갑자기 끊어지면 큰 역기전력이 발생

1I VdtL

19

흐르던 전류가 갑자기 끊어지면 큰 역기전력이 발생

인덕터

인덕터의 형태

코일 형태가 되면 자장이 권선 수에 따라 증가한다 코일 형태가 되면 자장이 권선 수에 따라 증가한다.

효율적인 형태 : 토로이드, 솔레노이드

인덕터의 ( 정형 가변형)인덕터의 종류 (고정형, 가변형)

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인덕터

인덕터의 종류

저주파용 인덕터 : 투자율이 높은 물질로서 철심(iron) 코어 사용 저주파용 인덕터 : 투자율이 높은 물질로서 철심(iron) 코어 사용

고주파용 인덕터 : 페라이트(ferrite) 코어를 사용

아주 높은 고주파용 인덕터 : 코어를 사용하지 않음(air core)

1 2L L L

1 2

1 2 1 2

1 1 1 L LLL L L L L

21

인덕터

인덕터의 연결

직렬 연결 직렬 연결

1 2L L L

병렬 연결 1 2

1 2 1 2

1 1 1 L LLL L L L L

I I+

-1L 1V

+

1L 2L V

2L+

-2V

-1 2

1I 2I

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