전압 · 전류 · 저항과 옴의 법칙
회로에서 일어나는 거의 모든 계산은 세 가지 양과 식 하나에서 시작한다. 전압, 전류, 저항, 그리고 옴의 법칙. 여기서 손에 익혀 두면 다음 편부터가 쉬워진다.
세 가지 양
물탱크에 비유하면 이해가 빠르다. 물탱크가 높을수록 물이 세게 나오고(전압), 관을 따라 흐르는 물의 양이 있고(전류), 관이 가늘수록 덜 흐른다(저항).
| 양 | 뜻 | 단위 | 기호 |
|---|---|---|---|
| 전압 | 두 점 사이의 전기적 「높이 차이」. 전류를 밀어 주는 힘 | 볼트 V | V (또는 U) |
| 전류 | 1초에 지나가는 전하의 양. 흐름 | 암페어 A | I |
| 저항 | 전류가 흐르기 어려운 정도 | 옴 Ω | R |
| 전력 | 1초에 쓰는(열로 바뀌는) 에너지 | 와트 W | P |
전압은 언제나 두 점 사이의 값이다. 「이 핀이 3.3V」라고 말할 때는 보통 GND(0V)를 기준으로 잰 값이라는 뜻이다. 전류는 회로를 한 바퀴 도는 흐름이라, 끊긴 곳이 하나라도 있으면 흐르지 않는다.
옴의 법칙
저항에 걸린 전압과 흐르는 전류는 비례한다. 비례 상수가 저항값이다.
예) 5V 를 1 kΩ 저항에 걸면 I = 5 ÷ 1000 = 0.005 A = 5 mA. 같은 저항에 10V 를 걸면 전류도 두 배인 10 mA 가 된다.
전력: 저항은 얼마나 뜨거워지나
저항은 전기 에너지를 열로 바꾼다. 1초에 바꾸는 양이 전력이다. 옴의 법칙과 합치면 세 가지 꼴이 나오는데, 아는 값에 따라 편한 것을 쓴다.
위 예에서 P = 5V × 5mA = 25 mW. 흔한 1/4 W(250 mW) 저항이면 넉넉하다. 저항 정격은 계산값의 두 배 이상을 고르는 것이 버릇처럼 되어야 한다.
단위 접두어
회로에서는 아주 큰 값과 아주 작은 값이 함께 나온다. 접두어를 섞어 쓰는 데 익숙해지면 계산이 빨라진다.
| 접두어 | 배수 | 예 |
|---|---|---|
| M (메가) | 10⁶ | 1 MΩ = 1,000,000 Ω |
| k (킬로) | 10³ | 4.7 kΩ = 4,700 Ω (회로도에 4k7 로도 쓴다) |
| m (밀리) | 10⁻³ | 20 mA = 0.02 A |
| µ (마이크로) | 10⁻⁶ | 100 µA = 0.0001 A |
| n (나노) | 10⁻⁹ | 100 nF = 0.1 µF |
요령: V = mA × kΩ 로 계산하면 접두어가 서로 지워진다. 2 mA × 1.5 kΩ = 3 V.
옴의 법칙 · 전력
넷 가운데 아는 두 값을 넣고, 나머지 칸은 비운다. 4.7k · 20m 처럼 접두어를 붙여 넣어도 된다.
재는 법: 멀티미터
- 전압은 재려는 두 점에 탐침을 나란히(병렬로) 댄다. 회로를 끊지 않는다.
- 전류는 회로를 한 곳 끊고 그 사이에 멀티미터를 끼워서(직렬로) 잰다. 빨간 탐침을 전류 단자(mA 또는 A)로 옮겨 꽂는다.
- 저항은 전원을 끈 상태에서 잰다. 회로에 꽂힌 채 재면 다른 부품이 병렬로 섞여 값이 틀린다.
흔한 실수
확인 문제
3.3V 를 330 Ω 에 걸면 전류는?
I = 3.3 ÷ 330 = 0.01 A = 10 mA.
저항에 2 mA 가 흐르고 양 끝 전압이 4.4 V 다. 저항값은?
R = 4.4 V ÷ 2 mA = 2.2 kΩ (V ÷ mA = kΩ).
24V 를 1 kΩ 저항에 걸었다. 1/4 W 저항으로 괜찮나?
P = 24² ÷ 1000 = 0.576 W. 안 된다. 1 W 이상(여유를 두면 2 W)을 쓴다.