전기 저항: 무엇이며 어떤 역할을 하나? (예시 포함)

필드: 기본 전기학

China

저항기란 무엇인가?

저항기(또는 전기 저항기)는 두 개의 단자를 가진 수동 전기 요소로서 전류 흐름에 전기 저항을 제공합니다. 저항은 저항기에서 전류 흐름에 대한 반대를 측정하는 것입니다. 저항기가 클수록 전류 흐름에 대한 장애물이 커집니다. 다양한 종류의 저항기가 있으며, 예를 들어 열저항기가 있습니다.

전기 및 전자 회로에서 저항기의 주요 기능은 전자, 즉 전류의 흐름을 "저항"하는 것입니다. 이것이 "저항기"라고 불리는 이유입니다.

저항기는 수동 전기 요소입니다. 이는 회로에 에너지를 공급하지 못하며, 대신 에너지를 받아 전류가 흐르는 동안 열 형태로 소산합니다.

다양한 저항기는 전기 및 전자 회로에서 전류 흐름을 제한하거나 전압 강하를 생성하기 위해 사용됩니다. 저항기는 오옴(Ω)의 분수부터 수백만 오옴까지 다양한 저항 값을 가지는 것이 가능합니다.

오므의 법칙에 따르면, 저항기의 전압(V)은 이를 통과하는 전류(I)와 직접적으로 비례합니다. 여기서 저항 R은 비례 상수입니다.

저항기는 무엇을 하나?

전기 및 전자 회로에서 저항은 전류 흐름을 제한하고 조절하며, 전압을 분배하고, 신호 수준을 조정하며, 활성 요소를 바이어스하는 등에 사용됩니다.

예를 들어, 많은 저항이 직렬로 연결되어 발광 다이오드(LED)를 통과하는 전류를 제한하는 데 사용됩니다. 다른 예는 아래에서 논의됩니다.

전압 스파이크 방지

스너버 회로는 저항과 콘덴서가 직렬로 연결되어 스리스터와 병렬로 연결되어 스리스터의 급격한 전압 상승을 억제하는 데 사용됩니다. 이를 스너버 회로라고 하며, 이는 스리스터를 높은 $\frac{dv}{dt}$ 로부터 보호하기 위해 사용됩니다.

저항은 또한 LED 조명을 전압 스파이크로부터 보호하는 데 사용됩니다. LED 조명은 높은 전기 전류에 민감하므로, 저항을 사용하여 LED를 통과하는 전기 전류를 제어하지 않으면 손상될 수 있습니다.

전압 드롭을 통해 적절한 전압 제공

전기 회로의 각 요소, 예를 들어 조명이나 스위치는 특정 전압을 필요로 합니다. 이를 위해 저항은 요소들 사이에서 전압 드롭을 생성하여 적절한 전압을 제공합니다.

전기 저항은 무엇으로 측정됩니까 (저항 단위)?

저항의 SI 단위(전기 저항은 오름으로 측정됨)는 오름(Ω)이며, 이는 위대한 독일 물리학자이자 수학자인 게오르크 시몬 오름을 기념하여 명명되었습니다.

SI 시스템에서, 1오름은 1볼트/암페어와 같습니다. 따라서,

$\begin{align*} 1\,\,Ohm = 1 \frac{Volt}{Ampere} \end{align*}$

따라서, 저항도 볼트/암페어로 측정됩니다.

저항기는 다양한 값으로 제조되고 지정되므로, 그에 따라 밀리오름(1 mΩ = 10-3 Ω), 킬로오름(1 kΩ = 103 Ω) 및 메가오름(1 MΩ = 106 Ω) 등의 유도 단위가 만들어집니다.

전기 저항기 회로 기호

전기 저항기에 사용되는 주요 회로 기호는 두 가지입니다. 가장 일반적인 저항기 기호는 북미에서 널리 사용되는 지그재그 선입니다.

다른 저항기 기호는 유럽과 아시아에서 널리 사용되는 작은 직사각형이며, 이를 국제 저항기 기호라고 합니다.

저항기의 회로 기호는 아래 이미지에 표시되어 있습니다.

직렬 및 병렬 저항

직렬 연결된 저항의 공식

아래 회로는 직렬로 연결된 n개의 저항을 보여줍니다.

두 개 이상의 저항이 직렬로 연결되어 있다면, 직렬 연결된 저항의 등가 저항은 개별 저항들의 합과 같습니다.

수학적으로 이를 다음과 같이 표현할 수 있습니다

$\begin{align*} R_e_q_. = R_1 + R_2 + ........ + R_n \end{align*}$

$\begin{align*} R_e_q_. = \sum_{i=1}^{n} R_n \end{align*}$

시리즈 연결에서 각 저항을 통과하는 전류는 일정하게 유지됩니다(즉, 각 저항을 통과하는 전류는 동일합니다).

예제

다음 회로에서 5 Ω, 10 Ω, 15 Ω의 세 개의 저항이 시리즈로 연결되어 있습니다. 시리즈 연결된 저항의 등가 저항을 구하십시오.

해결 방법:

주어진 데이터: $R_1 = 5 \,\,\Omega, R_2 = 10 \,\,\Omega$ 그리고 $\,\,R_3 = 15 \,\,\Omega$

공식에 따르면,

$\begin{align*} \begin{split} & R_e_q_. = R_1 + R_2 + ........ + R_n \\ & = 5 + 10 + 15 \\ & R_e_q_.= 30\,\,\Omega \end{split} \end{align*}$

따라서 직렬로 연결된 저항의 등가 저항은 30 Ω입니다.

(위 회로도에서 25 Ω라고 표시되어 있지만 이는 오타이며 정답은 30 Ω입니다)

병렬 연결된 저항 공식

아래 회로는 병렬로 연결된 n개의 저항을 보여줍니다.

두 개 이상의 저항이 병렬로 연결되면병렬 연결된 저항의 등가 저항은 개별 저항의 역수의 합의 역수와 같습니다.

수학적으로 이를 다음과 같이 표현할 수 있습니다

$\begin{align*} \frac{1}{R_e_q_.} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ........ + \frac{1}{R_n} \end{align*}$

$\begin{align*} R_e_q_. = \sum_{i=1}^{n} \frac{1}{R_n} \end{align*}$

병렬 연결에서 각 저항을 통과하는 전압은 일정하게 유지됩니다(즉, 각 저항을 통과하는 전압은 같습니다).

저항 회로 (예제 응용)

LED 전류 제한 저항

LED에서 전류를 제한하는 것은 매우 중요합니다. LED를 통해 너무 많은 전류가 흐르면 손상될 수 있습니다. 따라서 전류 제한 저항이 사용되어 LED로 들어가는 전류를 제한하거나 줄입니다.

전류 제한 저항은 LED와 직렬로 연결되어 LED를 통과하는 전류를 안전한 값으로 제한합니다. 예를 들어 아래 이미지에서 보이는 것처럼 전류 제한 저항이 LED와 직렬로 연결됩니다.

필요한 전류 제한 저항의 값을 계산하세요

전류 제한 저항의 값을 계산할 때는 LED의 세 가지 사양 또는 특성 값을 알아야 합니다:

LED 순방향 전압 (데이터 시트에서)
LED 최대 순방향 전류 (데이터 시트에서)
VS = 공급 전압

순방향 전압은 LED를 켜기 위해 필요한 전압이며 일반적으로 LED 색상에 따라 1.7 V에서 3.4 V 사이입니다. 최대 순방향 전류는 LED를 통과하는 연속적인 전류이며 기본 LED의 경우 일반적으로 20 mA 정도입니다.

이제 다음의 방정식을 사용하여 필요한 전류 제한 저항 값을 계산할 수 있습니다,

$\begin{align*} R = \frac{V_S - V_F}{I_F} \end{align*}$

여기서, $V_S$ = 공급 전압

$V_F$ = 순방향 전압

$I_F$ = 최대 순방향 전류

위의 공식을 사용하여 필요한 전류 제한 저항 값을 계산하는 예를 살펴보겠습니다.

풀업 저항

풀업 저항은 전자 논리 회로에서 신호가 알려진 상태를 유지하도록 하는 데 사용되는 저항입니다.

즉, 풀업 저항은 입력 조건이 없을 때 선이 논리적으로 높은 수준으로 당겨지도록 보장합니다. 풀다운 저항은 풀업 저항과 유사하게 작동하지만, 선을 논리적으로 낮은 수준으로 당깁니다.

현대적인 IC, 마이크로컨트롤러, 디지털 논리 게이트는 많은 입력 및 출력 핀을 가지고 있으며, 이러한 입력과 출력은 올바르게 설정되어야 합니다. 따라서 풀업 저항은 마이크로컨트롤러나 디지털 논리 게이트의 입력 핀을 알려진 상태로 올바르게 바이어스하기 위해 사용됩니다.

풀업 저항은 트랜지스터, 스위치, 버튼 등과 함께 사용되며, 이들은 후속 구성 요소와 지면 또는 VCC 간의 물리적 연결을 중단합니다. 예를 들어, 아래 이미지는 풀업 저항 회로를 보여줍니다.

그림에서 보듯이 스위치가 닫힐 때, 마이크로컨트롤러나 게이트의 입력 전압(Vin)은 지면으로 가고, 스위치가 열릴 때, 마이크로컨트롤러나 게이트의 입력 전압(Vin)은 입력 전압(Vin) 수준으로 끌어올려집니다.

따라서, 풀업 저항은 스위치가 열렸을 때 마이크로컨트롤러의 입력 핀이나 게이트를 바이어스할 수 있습니다. 풀업 저항 없이는 마이크로컨트롤러나 게이트의 입력이 부유 상태, 즉 고 임피던스 상태가 됩니다.

일반적으로 풀업 저항의 값은 4.7 kΩ입니다만, 애플리케이션에 따라 다릅니다.

저항을 통한 전압 강하

저항을 통한 전압 강하는 단순히 저항을 통과하는 전압 값을 의미합니다. 전압 강하는 IR 강하라고도 알려져 있습니다.

우리가 알고 있듯이, 저항은 전류의 흐름에 대해 전기 저항을 제공하는 패시브 전기 요소입니다. 따라서 오ーム의 법칙에 따르면, 전류가 저항을 통과할 때 전압 강하가 발생합니다.

수학적으로 저항을 통과하는 전압 강하를 다음과 같이 표현할 수 있습니다,

$\begin{align*} V (Voltage \,\, Drop) = I * R \end{align*}$

전압 강하의 부호(IR Drops)

저항을 통과하는 전압 강하의 부호를 결정하기 위해서는 전류의 방향이 매우 중요합니다.

저항 R에서 A점에서 B점으로 전류(I)가 흐르는 경우를 고려해보겠습니다. 아래 그림과 같습니다.

따라서 A점은 B점보다 높은 전위를 가집니다. A점에서 B점으로 이동하면 V = I R 음수, 즉 -I R (즉, 전위 하락)입니다. 마찬가지로 B점에서 A점으로 이동하면 V = I R 양수, 즉 +I R (즉, 전위 상승)입니다.

따라서 저항을 통과하는 전압 강하의 부호는 해당 저항을 통과하는 전류의 방향에 따라 달라진다는 것이 명확합니다.

저항 색 코드

저항 색 코드는 저항값과 허용 오차 백분율을 식별하는 데 사용됩니다. 저항의 색 코드는 색상 대를 사용하여 식별합니다.

아래 그림에서 보듯이 저항에는 네 개의 색상 대가 인쇄되어 있습니다. 세 개의 대는 서로 옆에 인쇄되고, 네 번째 대는 세 번째 대에서 약간 떨어져 인쇄됩니다.

4 band resistor color code — 4 Band Resistor Color Code

왼쪽에서 두 번째 밴드는 유효 숫자를 나타내고, 세 번째 밴드는 소수점 곱셈을 나타내며, 네 번째 밴드는 허용 오차를 나타냅니다.

아래 표는 저항의 다양한 색상 코드에 따른 유효 숫자, 소수점 곱셈 및 허용 오차를 보여줍니다.

주요 사항:

금색과 은색 밴드는 항상 오른쪽에 배치됩니다.
저항 값은 항상 왼쪽에서 오른쪽으로 읽습니다.
허용 오차 밴드가 없는 경우, 리드 근처에 있는 밴드를 첫 번째 밴드로 합니다.

예제 (저항 값 계산 방법)

아래 이미지에서 보듯이, 탄소 색상 코드 저항의 첫 번째 링은 초록색, 두 번째는 파란색, 세 번째는 빨간색, 네 번째는 금색입니다. 저항의 사양을 찾아보세요.

해결책:

저항 색상 코드 표에 따르면,

초록	파랑	빨강	금색
5	6	102	${\pm 5}{\%}$

$\begin{align} R = 56 10^2 \Omega \SI{\pm 5}{\%} \,\, \end{align*}$

따라서 저항 값은 $5600\,\,\Omega$ 이며, 허용 오차는 ${\pm 5}{\%}$ 입니다.

따라서 저항 값은 다음과 같습니다:

$5600 + 5 \% = 5600 + 280 = 5880 \,\,\Omega$

$5600 - 5 \% = 5600 - 280 = 5320 \,\,\Omega$

따라서 저항 값은 $5880\,\,\Omega$ 과 $5320\,\,\Omega$ 사이입니다.

문자 또는 글자 코딩 (RKM 코드)

때로는 저항기가 너무 작아서 색상 코딩을 적용하기 어려울 수 있습니다. 이러한 경우 저항기의 사양을 위해 문자 또는 글자 코딩이 사용됩니다. 이는 RKM 코드라고도 합니다.

저항기를 코딩하는 데 사용되는 문자는 R, K, M입니다. 두 개의 소수점 숫자 사이에 문자가 있을 때, 그 문자는 소수점 역할을 합니다. 예를 들어, 문자 R은 옴, K는 킬로옴, M은 메가옴을 나타냅니다. 이를 예시로 살펴보겠습니다.

저항	문자 코드
0.3 Ω	R3
0.47 Ω	R47
1 Ω	1R0
1 KΩ	1K
4.7 KΩ	4K7
22.3 MΩ	22M3
9.7 MΩ	9M7
2 MΩ	2M

예시 – 문자 또는 숫자 코드

허용오차는 다음과 같이 표시됩니다

문자	허용오차
F	${\pm 1}{\%}$
G	${\pm 2}{\%}$
J	${\pm 5}{\%}$
K	${\pm 10}{\%}$
M	${\pm 20}{\%}$

예제 – 문자 코드가 있는 저항:

저항의 종류

다양한 저항의 종류가 있으며, 각각 고유한 특성과 특정 용도를 가지고 있습니다.

고정 저항과 가변 저항이라는 두 가지 기본적인 유형의 저항이 있습니다. 아래에 두 유형을 나열합니다.

고정 저항

고정 저항은 가장 널리 사용되는 유형의 저항입니다. 전자 회로에서 적절한 조건을 조정하고 제어하는 데 널리 사용됩니다. 고정 저항의 종류는 아래에 나열되어 있습니다.

탄소 합성 저항 (탄소 저항)
탄소 피일 저항
탄소 필름 저항
サーミスタ (열 저항)
와이어 와운드 저항
표면 실장 저항
금속 필름 저항
금속 산화물 필름 저항
thic 필름 저항
박막 저항
포일 저항
인쇄 탄소 저항
암미터 쇼트 저항 (전류 감지 저항)
그리드 저항

가변 저항

가변 저항은 하나 이상의 고정 저항 요소와 슬라이더로 구성됩니다. 이러한 요소는 세 개의 연결점을 제공하며, 두 개는 고정 저항 요소에 연결되고, 세 번째는 슬라이더입니다. 슬라이더를 다른 단자로 이동함으로써 저항 값을 변경할 수 있습니다.

가변 저항의 종류는 아래에 나열되어 있습니다.

조정 가능한 저항
전위차계
가변저항 (레스토트)
저항 십진 상자 (저항 교체 상자)
바리스터 (비선형 저항)
광감응 저항 (LDR) 또는 광저항
트리머

다른 특수한 종류의 저항에는 다음과 같은 것들이 포함됩니다:

물 저항 (물 레스토트, 액체 레스토트)
볼라스트 저항
페놀릭 성형 화합물 저항
세라메타 저항
탄탈 저항

저항 크기 (가장 일반적인 저항 값)

저항 크기는 다양한 표준 저항 값 시리즈로 구성되어 있습니다. 1952년 국제 전기 기술 위원회는 부품 간의 호환성을 높이고 저항 제조를 용이하게 하기 위해 표준 저항 및 허용 오차 값을 결정했습니다.

이 표준 값은 IEC 60063 선호 숫자 값의 E 시리즈로 알려져 있습니다. 이 E 시리즈는 각 10진수 내에서 다른 값들을 가진 E12, E24, E48, E96, E192로 분류됩니다.

가장 일반적인 저항 값은 아래에 나열되어 있습니다. E3, E6, E12, E24 표준 저항 값입니다.

E3 표준 저항 시리즈:

E3 저항 시리즈는 전자 산업에서 가장 일반적으로 사용되는 저항 값들입니다.

1.0

2.2

4.7

E6 표준 저항 시리즈:

E3 저항 시리즈도 가장 일반적으로 사용되며, 다양한 일반적인 저항 값들을 제공합니다.

1.0	1.5	2.2
3.3	4.7	6.8

E12 표준 저항 시리즈:

1.0	1.2	1.5
1.8	2.2	2.7
3.3	3.9	4.7
5.6	6.8	8.2

E24 표준 저항 시리즈:

1.0	1.1	1.2
1.3	1.5	1.6
1.8	2.0	2.2
2.4	2.7	3.0
3.3	3.6	3.9
4.3	4.7	5.1
5.6	6.2	6.8
7.5	8.2	9.1

저항의 허용오차는 일반적으로 ${\pm 20}{\%}$ , ${\pm 10}{\%}$ , ${\pm 5}{\%}$ , ${\pm 2}{\%}$ , 그리고 ${\pm 1}{\%}$ 로 지정됩니다.

저항은 무엇으로 만들어져 있나요?

응용에 따라 저항을 만드는 데 사용되는 다양한 재료가 있습니다.

저항은 전류가 회로를 통과하기 어려운 탄소 또는 구리를 사용하여 제작됩니다.
가장 일반적인 유형의 저항인 탄소 저항은 저전력 전자 회로에 가장 적합합니다.
망간과 콘스탄탄 합금은 높은 저항성과 낮은 온도 계수를 가지므로 표준 와이어와운드 저항 제조에 사용됩니다.
망간泊言伟软，我将严格按照要求进行翻译，确保不改动任何HTML标签、属性、结构等，并且保留原文格式。以下是翻译结果：
망간 호일과 선은 망간이 거의 제로의 온도 계수 저항을 가지기 때문에, 암미터 분산저항과 같은 저항기를 제조하는 데 사용됩니다. 암미터 shunts, as manganin has almost zero 온도 계수 저항.
니켈-구리-망간 합금은 표준 저항, 와인드 저항, 정밀 와인드 저항 등을 제조하는 데 사용됩니다. 이 합금의 구성은 다음과 같습니다: 니켈 = 4%; 구리 = 84%; 망간 = 12%.