전기기초이론 (저항, 옴의 법칙, 키르히호프)

myblack·2024년 9월 2일

바리스터 옴의법칙 저항 키르히호프 회로이론

회로이론

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전하와 전하량

원자 구조

전하 (q) : 물체가 띄는 전기적인 성질, 양전하 / 음전하로 구분
양성자 : + 극성 미립자
전자 : - 극성 미립자
중성자 : 극성 무, 양성자와 같은 질량
전자기력 작용. 다른 극성 인력, 같은 극성 척력

전하량의 단위 1C : 양성자 또는 전자 6.25 x 10^18 개 묶음

전기력
쿨롱의 법칙 : 전하 사이의 힘 크기

k = 1/ 4pi ε0

전기장 : 전기력의 힘이 미치는 공간
전기장의 크기 E(N/C) = k q2 / r2
전하에 미치는 전기력 힘F(N) = q x E

전기
교류 : 시간에 따라 일정크기의 진폭이 변화하고 움직임
직류 : 전하가 정지상태로 전하의 분포가 시간적으로 변화하지 않음
정전 서열 : 두 물질을 마찰했을 때 +,- 대전 우선도 결정

전압과 전류, 전력

전위 : 전기적 위치 에너지

※ U = qE x r = kQq/r
전압 : 전기의 높이 [단위 V, 볼트]
두 지점사이의 전위차, 전기적 위치 에너지
전하가 이동하는데 필요한 에너지의 힘
전위차 V = W / Q

전류 : 전자의 이동 [단위 A, 암페어]
자유전자가 음전하에서 양전하로 이동, 전류는 +에서 -로 흐름
전류 I = Q / t -> Q = I * t
저항 : 전하의 이동을 방해하는 요소, 전류를 방해하는 성질 [단위 (옴)]
저항 R = p * l/s
(p : 고유저항, l : 도선의 길이, s : 단면적)
전력 : 전기적 에너지 [단위 W, (와트) , J/sec ]
전하의 이동으로 발생된 일의 양
전력 P = V x I = I x R^2

전류 흐름의 특성
1. 전자의 이동과 전류 이동 방향표시 반대
2. 전류는 전위차 있어야 흐름
3. 전류는 도전체로 연결되 폐루프 구성되어야 함
4. 연속된 도전체에 흐르는 전류 모든 지점 동일

단위표

저항

전류의 흐름 방해 (고유저항 x 길이 / 단면적)
[단위 : ohm]
컨덕턴스 G = 1 / R : 저항의 역수

저항기 색띠
몸체에서 가장 가까운데 첫번째. 온도에 따라 저항 변동
선 있는 타입 : 리드타입 , 표면부착 : SMD 타입

저항 사용 용도

전류 제한 저항

적절한 저항으로 전류 제한

풀다운 풀업 용도
플로팅 방지

풀업

풀다운

전압분배에 의한 강압

전압 분배해 특정한 전압 인가

전류 측정용 션트 저항
분류 저항의 일종, 전류 측정에 주로 사용되는 저항
저항값이 매우 낮은 저항을 '션트'라고 하며, 분류기라고도 함

션트 저항기 (분류)

전류계에 병렬로 접속
$I_m = I_r + I_r ({r\over R}) ＝ I_r (1+{r\over R})$
Im : 회로에 흐르는 총전류
Ir : 전류계에 흐르는 전류
r : 전류계의 내부 전기 저항치
R : 션트 (분류) 저항치
Im/Ir= (1+r/R)
${I_m\over I_r} = (1+{r\over R})$ **

션트 저항기 (직렬)
전위차를 통해 전류 역산
V = I × R（옴의 법칙）

바리스터 (Varistor)

바리스터는 전압 의존성 비선형 저항기로, 전압이 일정 값 이상으로 상승하면 저항이 급격히 낮아져 과전압을 방지.
주로 서지 보호기, 전기적 노이즈 필터링, 과전압 방지 등에 사용

바리스터는 전압에 따라 저항값이 크게 변하는 반도체 소자. 주로 과전압으로부터 회로를 보호

전압이 특정 기준값 이상으로 상승하면 저항값이 급격히 낮아져 전류를 흐르게 함으로써 과전압을 흡수, 회로의 다른 부품들이 손상되는 것을 방지
일반적으로 금속 산화물로 만들어지며, ZnO(산화 아연) 등이 주로 사용

종류
금속 산화물 바리스터 (MOV): ZnO 주로 사용하며, 전기적 특성이 우수, 가격이 저렴해 널리 사용
실리콘 카바이드 바리스터 : 고온 환경에서 뛰어난 성능을 발휘하지만 가격이 높음.
선택 시 고려 사항
전압 특성 : 보호하고자 하는 회로의 동작 전압과 서지 전압을 고려
에너지 흡수 능력 : 반복적인 서지를 흡수할 수 있는 용량 필요
반응 속도 : 서지 발생 시 빠르게 반응하여 회로를 보호할 수 있어야 함

바리스터(Varistor) 용어 개념

동작 전압 (Working Voltage, VW)
최대 연속적인 DC 전압
바리스터가 파괴 없이 항상 사용 가능한 전압
소자 양단의 누설전류를 측정하는 기준 전압
바리스터 전압 (Breakdown Voltage, VB)
1mAdc를 인가할 때의 소자 양단 전압
소자가 절연체에서 도체로 변환되는 시작점
정전 용량 (Capacitance, Cp)
주파수 1MHz 또는 1kHz, 0.5~1Vrms에서 측정
주파수 필터 역할 가능
바리스터의 주 조성인 ZnO로 인해 나타나는 현상
제한 전압 (Clamping Voltage, VC)
특정 파형의 전류를 인가할 때 소자가 제한하는 전압
회로의 내전압보다 낮아야 함
최대 서지 전류 (Surge Peak Current, IP)
특정 파형의 순간 과전류에 대해 소자가 견딜 수 있는 최대 전류
최대 에너지 내량 (Transient Energy, ET)
특정 파형의 순간 과전류에 대해 소자가 견딜 수 있는 최대 에너지
정전기 방전 (Electro-static Discharge, ESD)
순간적으로 발생하는 과전압
최대 Peak 발생 시간: 0.7 ~ 1.0ns, 소멸 시간: 최대 60ns
ESD 흡수 능력은 소자의 원료 조성에 따라 달라짐

요약
바리스터는 전압이 임계값을 초과하면 저항이 급격히 낮아져 과전압을 방지하는 비선형 저항기.
주요 특징으로는 비선형 저항 특성, 고속 반응 시간, 높은 에너지 흡수 능력, 다양한 크기와 형태, 신뢰성과 내구성, 사용 용이성
주로 가정용 전자기기, 산업용 기기, 통신 장비 등에서 서지 보호기로 사용