기초 회로 이론 9-2. 전류원의 개념과 전원변환

오늘은 전류원에 대한 개념과 전압원과의 관계를 알아보겠습니다. 

전류원은 회로에서 보는 순간 저도 모르게 얼굴이 찡그려집니다. 

저도 이 친구가 그다지 익숙하지 않기 때문입니다. 

말썽쟁이 전류원 설명 시작해 보겠습니다. 

 

전류원

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정의

전류를 일정하게 발생시키는 전원입니다. 

전류원이 있는 그 선로는 전류원의 전류값으로 고정됩니다.

 

특징

1. 회로는 개방취급한다 (내부저항이 무한대이다)

회로의 취급 기준은 다른 전원이 연결됐을 때 전류의 값이 변할 수 있는가?입니다.

외부에서 전류의 값이 변하면, 전류원이 연결된 선로는 전류가 변하지 않습니다. 

즉 외부 입장에서 보면 아무리 값이 바뀌어도 전류의 변환이 없습니다. 

내부저항이 무한대나 다름없어서 그 방향으로 전류가 흐르지 않는다고 말할 수 있습니다.  

 

2. 병렬 임피던스를 가진다.

현실적인 전원회로에는 내부저항인 임피던스가 생긴다고 전 포스팅에 설명했습니다. 

저번에는 직렬이었는데, 왜 이번에는 병렬 임피던스로 말할까요?

 

전압원과 직렬 임피던스

직렬로 임피던스가 연결되면 전압강하로 인한 손실을 표현할 수 있습니다. 

출력값인 전압에 초점을 맞춰 직렬로 해석하는 것입니다. 

 

전류원과 병렬 임피던스

병렬로 임피던스가 연결되면 전류의 손실을 표현할 수 있습니다. 

키르히호프 제1법칙에 의해 극소량의 전류가 병렬 임피던스로 빠지게 됩니다. 

출력값인 전류의 초점을 맞춰 병렬로 해석하는 것입니다. 

 

전류원의 직렬연결

 

전류원의 직렬연결

다음과 같이 전류원이 2개가 있으면 어떻게 될까요?

전압원과 같이 합성을 할까요? 아닙니다. 

회로가 아예 동작하지 않습니다. 

 

A전류원 입장에서 보았을 때

특징에도 설명했듯 전류원은 다른 전원입장에서 보았을 때 개방상태입니다. 

B 전류원의 저항이 무한대이기 때문에 끊긴 회로나 다름이 없습니다. 

반대의 경우도 마찬가지입니다. 

 

서로가 서로를 보았을 때 저항이 무한대입니다. 즉 회로가 끊긴 것이나 다름없습니다. 

#위에서 설명한 것이 중첩의 원리 개념입니다.

전원이 여러개일 때 각각의 입장에서 회로를 바라봅니다. 

서로의 입장으로 바라본 전압, 전류 값을 합하는 개념이라 생각하시면 됩니다.

추후 포스팅으로 설명하겠습니다. 

 

 

전류원의 병렬연결

전류원의 병렬연결은 엄청 간단합니다. 

키르히호프 제1법칙(전류법칙)을 사용하면 값을 구할 수 있습니다. 

즉 방향이 같으면 더하고, 다르면 빼면 됩니다. 

그래서 전류원이 병렬연결로 여러 개 연결되어 있으면 1개의 전류원으로 합칠 수 있습니다. 

(병렬연결 사이에 다른 소자가 껴있으면 합치지 못하는 점 참고하시길 바랍니다.)

이는 전압원의 직렬연결도 동일합니다. 

 

전원 변환

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전압원과 전류원의 관계는 전원 변환으로 설명할 수 있습니다. 

위 회로는 서로 변환해서 회로에 적용할 수 있습니다. 

이게 왜 성립하는건지 옴의 법칙으로 알아보겠습니다. 

 

좌측의 전압원의 전류는 전압원의 저항/저항값입니다.

저항과 전압이 일정하면 일정한 전류를 출력하게 됩니다.

일정한 전류를 출력하면 전류원이라 해석할 수 있습니다. 

 

우측의 전류원의 전압은 전류원의 전류*저항값입니다.

출력과 병렬로 연결된 저항에서 일정한 전압을 가지게 되는 것입니다. 

병렬연결된 전압은 출력 전압과 같아 일정한 전압을 출력하게 됩니다. 

 

정리

전압원과 직렬 저항 회로 = 전류원과 병렬 저항 회로

 

 

맺음말

전류원은 저도 가끔 보면 헷갈려 주의가 필요한 친구입니다. 

추후 회로를 만날 때 전류원이 나오면 평소보다 긴장하고 해석하시길 바랍니다. 

오늘도 고생하셨습니다. 다음에 만나요.