저항기란?저항기의 기초 지식
저항기의 역할과 원리 등 기초적인 내용을 게재하였습니다.
복습을 겸하여, 가볍게 읽어 주시길 바랍니다.
1. 예 : 발광 다이오드 점등
LED (발광 다이오드)를 발광시키기 위해서는, 회로에 흐르는 전류를 제한함으로써, LED에 인가되는 전압이 적정치 (2V 정도)가 되도록 해야 합니다. 그림 1-(a)와 같이, 직접 건전지 1개 (약 1.5V)를 연결하는 경우, 전압이 부족하여 발광하지 않습니다.
그리고, 그림 1-(b)와 같이, 건전지 2개를 직렬로 연결하면, LED에 인가되는 전압이 지나치게 높아지기 때문에 (약 3V), 과전류가 흐르게 되어 LED가 파괴됩니다. 이때 그림 1-(C)와 같이 LED와 건전지 사이에 저항기를 연결하여, 회로에 적절한 전류가 흐르도록 제어하면, LED에 인가되는 전압치는 적정치 (2V 정도)가 되어, LED와 건전지에 무리를 주지 않고 동작할 수 있습니다.
이와 같이 저항기는, 전류의 흐름을 제한함으로써 전기 회로를 원만하게 동작시키는 역할을 하며, 전기 회로에 꼭 필요한 부품 중 하나입니다.
2. 옴(Ohm)의 법칙
앞서 기술한 예와 같이, 전기 회로를 동작시키기 위해서는 적당한 크기의 저항기를 사용해야 합니다. 그러면 어느 정도의 저항치를 지닌 저항기를 사용해야 할까요? 이를 명확하게 한 것이 옴의 법칙입니다. 즉, 전압을 V (단위는 V), 전류를 I (단위는 A)라고 할 때,
V=R・I…(1)로 나타낼 수 있습니다. 여기에서 R은 전압 V와 전류 I의 비례 정수이며, 이것을 전기 저항 또는 단순하게 저항 (단위는 Ω)이라고 부릅니다. 저항기는 이것을 전기 부품으로서 실현한 것입니다.
3. 그림 1-(c)에서 저항의 크기
그럼 이제, 옴의 법칙의 의미를 생각해보겠습니다.
그림 2의 회로에서 전압 V가 1V, 전류 I가 1A일 때, 식 (1)을 바탕으로 저항 R은 하기와 같이 나타낼 수 있습니다.
다시 말하자면, 1Ω이란 1V의 전압을 인가했을 때 1A의 전류가 흐르는 저항치, 또는 1A의 전류가 흐를 때 전압이 1V 발생하는 저항치라는 의미입니다.
전압이 그대로 1V이고 전류가 0.2A일 때의 저항치는 하기와 같이 구할 수 있습니다.
그리고, 5Ω의 저항에 1A의 전류가 흐르도록 하기 위해서는 어느 정도의 전압이 필요한지 계산해보면 하기와 같이 구할 수 있습니다.
V=R・I=5(Ω)×1(A)=5(V)
이와 같이 전기 회로에서는 반드시 옴의 법칙이 성립하므로, 전압, 전류, 저항 중 2개의 값을 알면 다른 1개의 값도 계산할 수 있는 것입니다.
그럼, 그림 1-(c)에서 사용한 저항의 저항치에 대해 생각해보겠습니다.
저항의 양 끝에 인가되는 전압 VR은 LED가 정상적으로 동작하고 있을 때 약 2V가 되므로, 건전지의 전압 3V에서 LED의 양끝 전압 2V를 빼면 하기 식으로 나타낼 수 있습니다.
VR=3(V)−2(V)=1(V)
LED에 흐르는 전류 ILED를 15mA (1mA=1/1000A)라고 하면, 옴의 법칙에 따라 저항치 R은 하기와 같이 구할 수 있습니다.
따라서, 그림 1-(c)에서 저항의 크기는 67Ω이 됩니다.
4. 소비전력과 정격전력
일반적으로 일을 하기 위해 에너지가 필요하듯이, 모터나 히터, 램프 등과 같은 전자기기가 동작하기 위해서도 전기 에너지가 필요합니다. 이러한 전자기기가 어느 정도의 에너지를 필요로 하는가를 나타내는 것이 소비전력입니다.
이 전력 (소비전력도 동일)은 전압과 전류의 곱으로 나타내므로, 전력을 P 라고 하면 하기의 식으로 나타낼 수 있습니다.
P(W)=V(V)・I(A)
저항에 전류가 흐르면 옴의 법칙에 따라 양 끝에 전압이 발생하므로, 전자기기와 마찬가지로 저항에서도 전기 에너지가 소비됩니다.
예를 들어, 1Ω의 저항에 1A의 전류가 흐를 때, 옴의 법칙에 따라 1V의 전압이 발생하므로 하기의 식과 같아집니다.
1(V)・1(A)=1(W)
따라서, 이 저항의 소비전력은 1W가 됩니다.
저항의 경우 이러한 전력은 모두 열로 방사되기 때문에, 소비전력이 지나치게 크면 저항체 자체의 온도가 상승하여 타버리거나 녹게 됩니다. 따라서 몇 W 까지 전력을 소비할 수 있는 저항기인지를 제시할 필요가 있으며, 이것을 나타낸 것이 저항치의 정격전력입니다.
그러나 저항 소손 등에 대한 안전성을 고려하여 정격전력의 1/2 이하에 해당하는 소비전력으로 사용하는 것이 일반적입니다.
5. 직렬 접속과 병렬 접속
전기 회로의 접속에는 크게 직렬 접속과 병렬 접속이 있습니다 (그림 3).
여러 개의 저항기를 접속하는 경우, 그 합성 저항치는 직렬 접속 / 병렬 접속일 경우 각각 달라집니다.
직렬 접속인 경우 : R=R1+R2+R3+……
병렬 접속인 경우 : 
따라서 그림 3의 경우, 합성 저항치는 각각 다음과 같습니다.
(a) 직렬 접속인 경우 합성 저항치 : 10Ω+40Ω=50Ω
(b) 병렬 접속인 경우 합성 저항치 : 
즉, 직렬인 경우에는 저항기가 많을수록 합성 저항이 커지는 반면, 병렬인 경우에는 저항기가 많을수록 합성 저항이 작아집니다.
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다음 페이지에서는, 기능 / 소재 / 형상 / 집적성의 관점에서 저항기의 아웃라인에 대해 설명하겠습니다.
