기초 회로 이론 8. 접지의 해석방법(feat. 부하저항의 개념)

안녕하세요 오늘은 크게 2가지에 대해서 포스팅할 예정입니다. 

1. 접지와 전위차의 관계를 회로에서 확인하기

2. 부하저항의 개념에 대해 알아보기 

 

접지와 전위차의 관계

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오늘의 주인공 회로를 분석해 보겠습니다. 

 

1. 맨 아래의 선은 0V입니다. 

접지가 있기 때문에 당연한 것입니다. 

 

2. 전압원 1개를 지나면 5V입니다. 

전압원은 5V의 전위차를 만들어내 0에서 5를 더한 5V가 됩니다. 

 

3. 전압원 1개를 더 지나면 10V입니다. 

직렬연결된 전압원은 더한 것과 같기 때문에 5 + 5로 10V가 됩니다. 

 

4. 저항에 걸리는 전압은 10V입니다. 

10V의 전위차가 발생하고, 저항은 1개이니 저항의 전압강하는 10V입니다. 

이때 옴의 법칙으로 흐르는 전류는 10mA입니다. 

 

1. 맨 아래의 선은 -5V입니다.

접지가 1전압원의 윗단자로 옮겨졌습니다.

전압원은 똑같이 전위차를 발생합니다. 하지만 0, -5V의 형태로 만들어냅니다. 

 

2. 전압원 1개를 지나면 0V입니다. 

접지가 그곳에 위치하기 때문에 0V입니다. 

 

3. 전압원 1개를 더 지나면 5V입니다. 

접지에 아래 단자가 연결되어 있고, 전압원은 5V의 전위차를 만들어냅니다. 

따라서 맨 윗 선의 전위는 5V입니다. 

 

4. 저항에 걸리는 전압은 10V입니다. 

10V의 전위차가 발생하고, 저항은 1개이니 저항의 전압강하는 10V입니다. 

이때 옴의 법칙으로 흐르는 전류는 동일하게 10mA입니다. 

 

1. 맨 아래의 선은 -10V입니다.

접지가 2전압원의 윗단자로 옮겨졌습니다.

전압원은 5V의 전위차를 발생합니다.  이번엔 -5V, -10V의 형태입니다. 

 

2. 전압원 1개를 지나면 -5V입니다. 

세부 설명은 3번에서 진행하겠습니다. 

 

3. 전압원 1개를 더 지나면 0V입니다. 

접지가 윗단자에 연결되어 있고, 전압원은 5V의 전위차를 만들어냅니다. 

따라서 맨 윗 선의 전위는 0V이고, 아랫단자는 -5V입니다.

즉 2번이 -5V인 이유는 접지의 위치 때문입니다. 

 

4. 저항에 걸리는 전압은 10V입니다. 

10V의 전위차가 발생하고, 저항은 1개이니 저항의 전압강하는 10V입니다. 

이때 옴의 법칙으로 흐르는 전류는 동일하게 10mA입니다. 

3개의 경우에도 저항에 걸리는 전위차는 변하지 않았습니다. 

 

결론

1. 전위는 접지 기준으로 값이 정해진다. 

2. 접지 위치가 바뀌어도 전위차는 동일하다. 

 

회로 해석을 하는 도중 전압값이 헷갈리는 경우가 엄청 많습니다. 

특히 교류회로나 연산증폭기 등의 소자를 사용했을 때 그렇습니다. 

이때 접지는 무조건 0V라는 기준을 잡으면 회로해석을 원활하게 진행할 수 있습니다. 

 

부하저항의 개념

 

이런 모양의 회로는 회로 정리 이론, 자격증 시험 문제로 자주 나옵니다. 

(저도 차후 포스팅으로 자주 사용할 계획입니다)

이런 형태의 회로는 어떻게 해석하는 것일까요? 

 

다음 사진을 통해 확인하겠습니다.

1. 단자 A는 출력값을 출력하는 단자입니다. 

이때 출력값은 저항의 병렬연결은 전압값이 같다는 성질을 이용합니다. 

즉 위 회로 같은 경우에는 R값에 걸린 전압이 단자 A의 출력값입니다. 

 

2. 단자 B는 접지입니다. 

접지 모양이 생략되있는 것입니다. 단자 B는 0V입니다. 

이 규칙은 직류, 교류 관계없이 적용됩니다. 

 

3. 단자 A, B는 R(load)와 연결되어있는 겁니다. 

저 그림판으로 그린 그대로 회로를 만들면 당연히 시뮬레이션이 되질 않습니다. 

b에 저항과 단자 a, b 사이에 저항이 하나 필요합니다. 

위의 회로도를 시뮬레이션으로 표현해 보았습니다. 

 

박스 2개는 각각 V와 R입니다. 

빨간색 박스는 접지입니다. 단자 B에 연결이 되었습니다. 

중요한 것은 주황색 박스 새로운 저항입니다. 부하저항입니다. 

부하저항은 그말대로 부하를 나타냅니다. L은 LOAD(부하)를 표현한 알파벳입니다. 

대표적으로 모터, 램프와 같은 전압출력장치를 저항으로 표현한 것입니다. 

심지어 가변저항이 될지도 모릅니다. 

부하저항은 저항, 전류값에 큰 중요성이 없다는 것이 특징입니다. 

왜냐하면 부하저항과 병렬연결된 저항에 걸린 전압은 일치하기 때문입니다. 

부하저항이 아무리 값이 변해도 전류만 바뀔 뿐, 전압은 바뀌지 않습니다. 

 

맺음말

오늘은 접지에 따른 전위값에 변화와 부하저항의 개념에 대해 알아보았습니다. 

공식이 필요없으니 개념만 잘 살펴가시면 되는 포스팅이었습니다. 

요즘 글을 돌아보니 중요하다는 말을 엄청 많이 하는 것 같습니다. 

생각해 보니 중요한 것만 간추려서 포스팅하는 것이기 때문에 당연한 현상입니다. 

차후 줄여보도록 노력해 보겠습니다. 오늘도 고생하셨습니다.