전자회로 1일차

기본적으로 트랜지스터는 증폭영역에서 사용

• MOS의 경우, Saturation mode에서, BJT의 경우, Active mode에서 사용
• But, PCB에서 동작할 경우에는 Switch로 사용됨

실습을 위해 OrCAD PSpice 17.2 Lite version을 사용

1.회로해석 이론
전류(Current)

• 전하의 이론 또는 흐름, 단위시간 (1초)당 이동한 전하량
• I = 단위 [A] => 1초당 1C의 전하가 통과하는 것
• ΔQ = 통과한 전하량 [C]
• Δt = 변화한 시간 [s]
  $I = {ΔQ\over Δt}[A] = {Q\over t}$

반송자(Carrier)

• Hole(가상적인 반송자), Electron(실질적인 반송자)
• 전위: 전하의 위치E -> 위치에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다.
  
• 전위차(V): 두 전위간의 차이 -> 전압이 발생(상대적)
• 전압의 표기: $V_{AB} -> V_A - V_B$ -> $V_A$는 A와 Gnd간의 전압차

• Branch: Source나 Resistor와 같은 부품을 의미
• Node: 부품과 부품이 만나는 위치
• 일반적으로 전압원의 - 단자를 기준점(기준 Node)으로 잡음
  -> 회로해석: 각 Node에 걸리는 전압을 구하는 것 -> 이를 통해 전류도 알 수 있다.
  -> 즉, 회로해석이란 모든 Node에 걸리는 전압과 Branch로 흐르는 전류를 구하는 것이다.

전원

• 회로에서 전압차가 발생하도록 하는 요소(Gnd로 빠진 전류를 다시 전원만큼의 전위차를 가지게 끌어올림)
• $P = {W\over t}[J/Sec]$

Ohm's Law
$V = {IR}$

• 전류는 고전위에서 저전위로 흐른다.
• 따라서, 전류의 방향에 따라 저항 양단에 인가되는 전압의 극성이 달라짐
• 이는, 전류가 들어가는 방향이 +극성, 나가는 방향이 -극성입을 의미
  $I = {V\over R}$
• 저항을 두고, 전압 차가 발생.
• 전압 차이가 발생했기 때문에 전류가 발생
  -이때, 전류는 높은 전압에서 낮은 전압으로 전류가 흐름
  $R = {V\over I}$
• 회로내에 전압차가 발생하면 전류가 흐름 -> 전압차가 발생한 두 Node 사이를 저항으로 볼 수 있다.
  
  

직렬과 병렬

직렬

• Node에 흐르는 전류는 같지만, 전압은 달라진다.
• 직렬 저항의 계산은 단순 덧셈
• $R_{total} = R_1+R_2$

병렬

• Node에 흐르는 전압은 같지만, 전류값은 달라진다.
• 병렬 저항의 계산은 저항의 역수를 더한 다음 역수를 취함
• $R_{total} = {1\over{{1\over R_1}+ {1\over R_2}}}$
• 저항의 차이가 클 경우, 가장 작은 적항의 값과 총저항의 값이 유사함
• 같은 저항 n개가 병렬 연결되는 경우, 총 저항은 R/n 값이 나옴

인덕터와 커페시터

• 인덕터의 경우, 저항과 계산방식이 같음
  

• 커페시터의 경우, 커페시터가 직렬인 경우, 저항의 병렬처럼 계산하며, 커페시터가 병렬인 경우, 저항의 직렬처럼 계산한다.

Power

• $P = IV$
• Power를 사용하면 필연적으로 열발생이 동반됨
• 이때, 발생하는 열을 저항이 어느 정도 견딜 수 있나를 나타내는 것이 정격 전력(Rated Power)이다.
• 정격 전력(Rated Power)이상의 전력이 인가될 경우, 저항이 파괴됨
  -> 회로의 동작에 심각한 영향
  -> 저항의 파라미터 중에 가장 민감한 요소

저항을 직,병렬 연결하는 이유
- 표준 저항값에 없는 값을 직,병렬로 만드는 회로는 실무적이지 못한 회로
- 현업에서는 여러 저항을 혼용하지 않고 한 종류의 소자를 사용하며, 해당 소자가 견딜 수 없는 정격 전력 이상의 Power가 사용되는 경우, 직,병렬로 연결하여 같은 저항에 더 높은 정격저항을 가지는 소자를 만들어줌.

휘스톤 브릿지

• ${ R_1 = R_2}$이고, ${ R_3 = R_4}$인 경우, 가운데 $R_5$저항에 전류와 전압이 걸리지 않음
• But, ${ R_1 ≠ R_2}$이고, ${ R_3 ≠ R_4}$인 경우, 가운데 저항 $R_5$에 전압이 걸림
  -> 저항의 변화를 전압의 변화 형태로 바꿔서 나타낼 수 있음.
  -> 전압이 측정하기 용이함 -> 작은 Voltage값의 경우, 증폭기를 이용하여 Voltage를 증폭하여 측정

전원(Source)

• 회로에 Power 공급
• $P = IV$

잔압원

• 이상적인 전압원의 내부 저항은 0Ω
• 일정한 전압을 공급

전류원

• 이상적인 전압원의 내부 저항은 ∞Ω
• 일정한 전류를 공급

키르히호프의 법칙

• 제 1법칙: 한 노드에 입력되는 전류의 합은 해당 노드에서 출력되는 전류의 합과 같다.
• 제 2법칙: 폐루프 내에 Node에 인가되는 모든 전압의 합은 인가된 Source의 합과 같다.

부하효과가 최소하여 전압, 전류를 전달하기 위한 조건

• Source가 전압원이 경우
  -> 입력 전압은 ∞, 출력 저항은 0에 가까울수록 좋음
• Source가 전류원인 경우
  -> 입력 전압은 0, 출력 저항은 ∞에 가까울수록 좋음

PSpice를 이용한 검증

Power의 경우, 공급한 Power가 -이며, 소비한 Power를 +로 표기

중첩의 원리

• 둘이상의 전원이 회로에 포함된 경우, 출력에 영향을 주는 전원 중 한개의 전원을 뺴고 모두 OFF한 후, 하나의 입력에 대한 출력값을 구한 후, 출력값을 모두 더한다
• V source의 경우, short시켜서 OFF
• I Source의 경우, open시켜서 OFF