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저항기란? 기초 지식

이미 알고 계시겠지만, 저항기의 역할과 원리 등에 대한 내용을 게재하였습니다.
복습을 겸하여, 가볍게 읽어 주시길 바랍니다.

1. 예를 들어, 발광 다이오드를 원만하게 점등합니다.

LED(발광 다이오드)가 빛나기 위해서는 그 양 끝에 2V 의 전압을 가할 필요가 있습니다. 따라서 그림1-(a) 와 같이 건전지 1개 (약 1.5V) 로는 전압이 모자라기 때문에 발광하지 않습니다. 이번에는 그림1-(b) 와 같이 건전지 2개를 직렬로 연결하면, 전압 오버 (약 3V) 로 전류가 과다하게 흐르게 되어 LED 가 고장나게 됩니다. 이 때 LED 와 건전지 사이에 적당한 크기의 저항기를 연결해 보면 [그림1-(C)] 와 같이 적절한 밝기로 발광하여, LED 에도 건전지에도 무리를 가하지 않고 동작하게 됩니다. 이와 같이 전류의 흐름을 제어함으로써 전기 회로를 원만하게 동작하도록 하는 역할을 하는 것이 저항기이며, 전기 회로에 없어서는 안 될 부품 중 하나입니다.

(a) 발광하지 않는다
(a) 발광하지 않는다

(b) 전류가 과다하게 흐른다
(b) 전류가 과다하게 흐른다

(c) 이상적인 동작 상태
(c) 이상적인 동작 상태

2. 자, 이제 옴(Ohm) 의 법칙을 떠올리시기 바랍니다.

앞과 같은 예로 전기 회로를 동작시키기 위해서는 적당한 크기의 저항기를 사용해야 한다는 내용이 있었습니다. 그러면 어느 정도의 저항치의 저항기를 사용하면 되는 것이지, 이것을 명확하게 한 것이 옴의 법칙입니다. 즉, 전압을 V (단위는 V), 전류를 I (단위는 A) 라고 한다면 :
V=R・I…(1) 으로 나타나는 관계를 말합니다. 여기에서 R은 전압 V와 전류 IC 의 비례 정수이며, 이것을 전기 저항 또는 단순하게 저항 (단위는 Ω) 이라 부르고 있습니다. 저항기는 이것을 전기 부품으로서 실현한 것입니다.

3. 그렇다면, 그림1-(c) 저항의 크기는?

図2

이제 옴의 법칙의 뜻을 생각해봅시다.
그림2의 회로에서 전압 V가 1V, 전류 I가 1A라면 식 (1) 에서 저항 R은 :

V=V/1=1(V)/1(A)=1(Ω)

가 됩니다. 다시 말하자면, 1Ω은 1V의 전압을 가했을 때, 1A 의 전류가 흐르는 저항치, 또는 1A 의 전류가 흐를 때 전압이 1V 발생하는 저항치가 됩니다.:

그렇다면 전압이 1V 이고 전류만이 0.2A 가 되었을 경우의 저항치는 :

V=V/1=1(V)/0.2(A)=5(Ω)

가 됩니다.

또, 5Ω의 저항에 1A의 전류가 흐르도록 하기 위해서는 얼만큼의 전압이 필요한지.
이와 같은 경우에도 :

V=R・I=5(Ω)×1(A)=5(V)

와 같이 구할 수 있습니다.
이와 같이 전기 회로에서는 반드시 옴의 법칙이 성립하므로, 전압, 전류, 저항 중 2개의 값을 알 수 있다면 다른 1개도 계산할 수 있는 것입니다.

그럼, 조금 전 그림1-(c) 에서 사용한 저항이 얼마인지 생각해봅시다.
저항의 양 끝에 가해지는 전압 VR은 LED가 정상적으로 동작하고 있을 때 약 2V 가 되므로, 건전지의 전압 3V 에서 LED 의 양끝 전압 2V 를 빼면 :

VR=3(V)−2(V)=1(V)

LED에 흐르는 전류 ILED을 15mA(1mA=1/1000A) 라고 하면, 옴의 법칙으로 인해 저항치 R은 :

R=VR/ILED=1(V)/0.015(A)=67(Ω)

따라서, 그림1-(c)의 저항의 크기는 67Ω이 됩니다.

4. 소비전력과 정격전력

일반적으로 일을 하기 위해 에너지가 필요하듯, 모터와 히터, 램프 등과 같은 전기 기기가 작동하기 위해서도 전기 에너지가 필요합니다. 이러한 전기 기기가 어느 정도의 에너지를 필요로 하는 것인가를 나타내는 것이 소비전력입니다.
이 전력 (소비전력도 같음) 은 전압과 전류의 곱으로 나타내므로, 전력을 P 라고 하면:

P(W)=V(V)・I(A)

이 됩니다.

저항에 전류를 흐르게 하면 옴의 법칙에 따라 양 끝에 전압이 발생하므로, 전기기기와 마찬가지로 저항에도 전기 에너지 소비가 발생합니다.
예를 들어, 1Ω의 저항에 1A 의 전류를 흐르게 하면, 옴의 법칙으로 인해 1V 의 전압이 발생하므로:

1(V)・1(A)=1(W)

가 되며, 이 저항의 소비전력은 1W가 됩니다. 이 전력은 저항의 경우 모두 열로 방사되기 때문에, 소비전력이 너무 크면 저항체 그 자체의 온도가 상승하여 결국 타버리거나 녹게 됩니다. 따라서 몇 W 까지 전력을 소비할 수 있는 저항기인지를 표시할 필요가 있으며, 이것을 표시한 것이 저항치의 정격전력입니다.
그러나 저항 소손 등에 대한 안전성을 고려하여 정격전력의 1/2 이하의 소비전력으로 사용하는 것이 보통입니다.

5. 직렬접속과 병렬접속

직렬접속과 병렬접속

전기 회로의 접속에는 크게 직렬 접속과 병렬 접속이 있으며, 이는 그림3과 같습니다.
복수의 저항기를 접속한 경우, 그 합성 저항치는 아래와 같이 직렬 접속과 병렬 접속이 각각 다릅니다.

직렬 접속의 경우 : R=R1+R2+R3+……

병렬 접속의 경우 : 並列接続の場合

따라서 그림 3의 경우, 각각 다음과 같습니다.

(a) 직렬 접속의 경우, 합성 저항치는 : 10Ω+40Ω=50Ω

(b) 병렬 접속의 경우, 합성 저항치는 : 1/R=1/10+1/40=1/8

즉, 직렬의 경우 저항기가 많을수록 합성 저항이 커지며, 병렬의 경우 저항기가 많을수록 합성 저항이 반대로 작아집니다.

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