저항의 용도

안녕하세요.

Edward입니다.

이번에는 저항의 용도에 대해서 알아보겠습니다.

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저항의 용도를 알기 전에, 같이 알면 좋을 자료들을 소개해드리겠습니다 ^^

전기의 이해

[전자회로 입문 1] 저항 완벽 이해

[전자회로 심화 1-1] 금속 저항 완벽 이해

[전자회로 입문 2] 아날로그와 디지털 개념

[전자회로 입문 3] Pull-up과 Pull-down 완벽 이해

[전자회로 입문 4] 옴의법칙이란?!

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저항의 용도

실제로 직접 전기회로를 구성하다보면, 저항이라는 것을 많이 사용하게 됩니다. 

저항은 어떠한 목적으로 사용되는지에 대하여 좀 더 알아보도록 하시죠.

 

저항은 전류의 흐름을 방해하는 성질로 저항의 크기는 물질의 종류와 형태에 따라 달라집니다. 

일반적은 저항의 내부구조는 다음과 같습니다.

아래 저항은 가장 일반적으로 많이 사용하는 탄소저항이라고 합니다.

탄소 저항의 크기는 띠의 개수와 색깔로 구분을합니다. 

330Ω 저항의 띠는 주황색-주황색-갈색-금색으로 칠해져 있으며,

10KΩ 저항의 띠는 갈색-검정색-주황색-금색으로 칠해져 있습니다.  

 

전기회로를 구성하는데에 있어 저항은 다음과 같은 목적으로 사용됩니다. 

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1) 과전류 방지 (전류 제한)

 

전위차가 있는 두 개의 지점이 직접 접촉했을때, 

이 접점의 저항은 '0'에 가까워짐에 따라 일시적으로 많은 양의 전류가 흐르게 되며,

전류가 증가하면 이 접점에서 소비되는 전력의 증가로 많은 열을 발생시키게 됩니다. 

이로 인해 회로를 태우거나 손상을 줄 수 있는데, 이를 쇼트(단락)라고 합니다. 

 

한 가지 예로 건전지의 (+)와 (-) 사이에 도선만을 연결하고 저항이나 전구 등을 연결하지 않으면, 

저항이 0이되어 단번에 많은 전류가 흐르며 과열이되어 위험합니다.

참고로 건전지는 내부 저항이 낮습니다. 

간단하게 생각해보죠. 옴의 법칙이라고 가정했을 때, 건전지의 전압은 보통 3.8V입니다.

I = V/R = 3.8V/0 = 무한대

그렇다고 저항이 '0'은 아닙니다. '0'에 가까운 낮은 값인거죠..

이와 같이 과전류를 방지하기 위하여 저항을 달아주게 되는데, 이런 저항 양쪽을 전위차가 난다고도 표현합니다.

또 다른 말로는 전압강하라는 표현을 사용합니다.

 

 

2) 전압 분배

 

왼쪽의 회로에서는 저항을 1개 연결하게되면, 전압은 옴의 법칙 (I= V/R)에 따라, 저항에 걸리는 전압은 전체 전압과 동일합니다 (5A = 5V/1Ω)

 

그러나 오른쪽의 저항 두 개를 연결한 회로를 보면, 전체 저항(R)은 R1 + R2가 되며, 전체 회로에서 전류(I)는 옴의 법칙에 의해 정해진 세기로 흐르게 됩니다. (1A = 5V/5Ω) 

 

전체 저항은 5Ω = 2Ω + 3Ω 이며, 전류의 세기는 5V / 5Ω = 1A 가 됩니다.

이에 따라서 저항에 걸리는 전압은 2Ω x 1A = 2V, 3Ω x 1A = 3V가 됩니다.

이 계산 공식으로 알 수 있는 점은 저항이 클수록 전압도 비례하여 커지게 됩니다. 

또한 각 저항에 걸리는 전압의 합은 전체 전압과 같습니다. (5V = 2V + 3V) 

 

저항을 이용한 전압 분배는 회로에서 제대로 전압이 출력 (또는 입력)되는지 확인이 필요할 경우에 활용 할 수 있습니다.

3) 로직레벨 설정 (풀업 저항(Pull-up) / 풀다운 저항(Pull-down))

 

디지털 회로에서 가장 기본적으로 많이 사용하는 것이 스위치입니다.

이런 스위치를 사용할 경우, 스위치가 열린 상태에서 정확히 어떠한 전압 값(신호)이 들어오는지 모릅니다.

이를 Floating 상태라고 하는데, 이때는 로직레벨이 HIGH인지, LOW인지 알 수가 없습니다.

좀 위험한 발상을 해보자면, HIGH이면 ON이 되는 스위치가 있다고 가정해봅시다.

그리고 이 스위치가 핵 스위치라면??!!? 

HIGH인지 LOW인지도 알 수없는 장치에서 정전기가 튀었다고 한다면??!! 갑자기 HIGH가 되면서 핵 전쟁이 발발하겠죠?!??!

그래서 이때 저항을 달아주어 스위치 신호를 일정하게 유지할 수 있습니다. 일반적으로 10KΩ 에서 100KΩ 까지 정도의 저항을 사용합니다. 

그리고 저항을 달아주는 위치에 따라 로직레벨이 달라지는데요,

아래 그림의 (b)와 같이 전원쪽에 저항을 달아주는 것을 풀업(Pullup) 저항이라하며, 초기 전압 입력을 5V, 즉 로직레벨을 HIGH로 설정합니다. 따라서 스위치를 누르면 전류가 GND(0V) 쪽으로 흐르게 되어, 입력전압이 0V가 되며, 로직레벨이 LOW인 상태가 됩니다.

 

이와는 반대로 스위치에 대한 초기 로직레벨을 LOW로 설정하려 한다면, 아래와 같이 GND쪽에 저항을 달아주면 됩니다. 따라서 스위치를 누르면 디지털 회로로의 입력 전압이 5V가 되어 로직레벨이 HIGH상태로 전환됩니다. 

 

감사합니다 ^^