IC8ΛPΛCIRCUIT
/// 교육 · 기초 회로 · 01

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).

양뜻단위기호
전압두 점 사이의 전기적 「높이 차이」. 전류를 밀어 주는 힘볼트 VV (또는 U)
전류1초에 지나가는 전하의 양. 흐름암페어 AI
저항전류가 흐르기 어려운 정도옴 ΩR
전력1초에 쓰는(열로 바뀌는) 에너지와트 WP

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.

V R I 전류는 + 에서 나와 R 을 지나 − 로 돌아온다(관습상 방향)
전원 하나, 저항 하나. 모든 회로의 출발점이다.

옴의 법칙

저항에 걸린 전압과 흐르는 전류는 비례한다. 비례 상수가 저항값이다.

V = I × R  ·  I = V ÷ R  ·  R = V ÷ I

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.

P = V × I = I² × R = V² ÷ R

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.

접두어배수예
M (메가)10⁶1 MΩ = 1,000,000 Ω
k (킬로)10³4.7 kΩ = 4,700 Ω (회로도에 4k7 로도 쓴다)
m (밀리)10⁻³20 mA = 0.02 A
µ (마이크로)10⁻⁶100 µA = 0.0001 A
n (나노)10⁻⁹100 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.

푸는 순서

    재는 법: 멀티미터

    흔한 실수

    전류 단자에 꽂은 채로 전압 재기 — 전류 단자는 저항이 거의 0이라 전원을 그대로 단락시킨다. 멀티미터 퓨즈가 끊어지거나 회로가 상한다. 전류를 잰 뒤에는 탐침을 반드시 전압 단자로 되돌린다.
    mA 와 A 를 섞어 계산 — 5 ÷ 1000 을 5 mA 로 쓰고 다음 식에 5 를 넣는 실수가 가장 흔하다. 식 하나에서는 단위를 맞추거나, mA × kΩ 짝을 쓴다.
    저항 전력을 안 보기 — 12V 를 100 Ω 에 걸면 1.44 W 다. 1/4 W 저항은 금방 탄다.

    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.