전기저항

[이영권]

            전 기 저 항

(1) 고유저항   

  1) 저항

    1. 도체의 전기저항은 그 재료의 종류,온도,길이,단면적 등에 의해 결정된다.

    2. 저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례한다

                R ∝ l/A

    3. 도체는 같은 길이,단면적이라도 재료가 다르면 저항 값이 다르다 이는 재료마다   저항율이 다르기 때문이다.

                R = ρl/A    ρ를 도체의 고유저항,저항율이라 한다.

  2) 고유저항

    1. 길이 1[m],단면적 1[m2]의 물질이 갖는 저항을 그 저항의 고유저항 또는 저항율이라 한다.

    2. 단위 : [Ω.m],[Ω.cm],[Ω.mm2/m]

                  1[Ω.m]=102[Ω.cm]=106[Ω.mm2/m]

    3. 국제 표준 연동선의 고유저항 : 1.7241×10-2[Ω.mm2/m]

  3) 전도율

    1. 물질 내에 전류가 흐르기 쉬운 정도를 나타내며 고유저항의 역수로 표시한다.

    2. 도체가 전류를 방해하는 정도를 저항 R[Ω]이라면 역으로 전류를 잘 통하게 하는 정도를   컨덕턴스[G]라 한다.    G = 1/R[ ]

    3. 단면적 1[m2],길이 1[m]인 도체의 컨덕턴스를 전도율이라 한다.

                  σ = 1/ρ[  /m]

    4. 국제 표준 연동의 전도율(σs) : 5.8×107[  /m]

    5. 퍼센트 전도율

        국제 표준 연동의 전도율과 다른 전선의 전도율과의 비를 퍼센트 전도율 = σ/σs×100[%]

  4) 저항의 온도계수

    1. 도체의 저항은 온도에 따라 그 값이 변화 되며, 일반적으로 금속은 온도가 높아지면  저항이 증가하고 전해액은 반대로 줄어든다.

    2. 온도계수란 온도의 증감에 따른 저항의 증김 비율.

    3. 임의의 온도계수

             αt = r/Rt = α0R0/R0(1+α0t) = α0/(1 + α0t)

             (보기) : α0  : 0 [℃]일때의 온도계수

             αt  : T [℃]일 때의 온도계수

              R0  : 0 [℃]일 때의 도체저항

              Rt  : t [℃]일 때의 도체저항

                     t  : 도체의 온도

                     r  : 1 [℃]에 대한 저항 변화값

     4.    표준 연동의 경우

                     α0 = 1/234.5

                     αt = 1/(234.5 + t)

  5) 여러가지 저항

    1. 여러가지 물질의 고유 저항

      1) 도체 : 10-4[Ω.m]이하

      2)   반도체 : 10-4 ∼ 106[Ω.m]정도

      3)   절연체 : 104[Ω.m] 이상

    2. 절연저항 : 전류의 통로인 전선이나 금속등 도체에 피복을 입혀 절연을 시키는데 이 절연물질에  고 전압을 가하면 약한 전류가 흐르는데 이 전류를 누설전류라 하며 이 누설 전류와   고 전압의 비 즉 절연물의 저항을 말한다. 절연저항의 값은 높을 수록 좋다.

    3. 전해질의 저항 : 소금,황산등과 같이 물에 용해한 용해액 중 전류를 잘 통하는 용액을 전해질이라 하는데 전해질의 저항율은 농도,온도에 따라 변화한다.

    4. 접지저항 : 도체를 대지와 접속하는 것을 접지라 하며 금속판 또는 접지 극을 지중에 매설하고  이 접지 극과 대지 사이의 저항을 말하고 감전,기기보호 등의 위험 방지용으로 저항이  작을 수록 좋다.

    5. 접촉저항 : 도체간의 접속,접촉 등에 따른 저항으로 전압강하,온도상승이 되어 사고의 원인이 된다.

      *** 응용문제 ***

     1) 지름 0.2[mm], 길이 1[km]인 어떤 구리선의 저항은 607.6[Ω]이라고 한다. 이 도체의 단면적 및 고유저항을 구하라 ?

           ( 풀이 )   단면적 (A) = πr2 = 3.14 × 0.01 = 0.0314[mm2]

                고유저항 (σ) = RA/l = 607.6×0.0314/1000000 =O.0000191[Ω.m]

                              = 0.0191[Ω.mm2/m]

     2) 상온(20℃)에서 구리의 저항 온도계수는 ?

        ( 풀이 )    αt = 1/(234.5 + t) = 1/(234.5 + 20) = 0.00393

     3) 어떤 배전선에 6000[V]의 전압을 가하였더니 2[mA]의 누설 전류가 흘렸다. 이 배전선의 절연저항은 ? 

              ( 풀이 )      R = V/I = 6000/2×10-3 = 3[MΩ]

     4) 전선의 길이를 2배로 늘리면 저항은 몇 배가 되는가(단체적은 일정)?

        ( 풀이 ) 체적이 일정하므로 길이를 2배로 하면 단면적은 1/2로 된다  

          즉 R = l/A 에서 l가 두 배로 늘어나 A가 1/2로 되므로

              R = 2l/(A×1/2) 이므로

                 = 4l/A 이다.         즉 4배로 된다.

     5) 다음 금속의 고유저항 값은 ?

           1) 동    2) 은   3) 니켈    4) 알루미늄

           ( 풀이 )    1. 동 : 1.69 [μΩ.cm]         2. 은 : 1.62 [μΩ.cm]

                          3. 니켈 : 6.9 [μΩ.cm]          4. 알루미늄 : 2.62 [μΩ.cm]

저항 읽는법

  :: 컬러코드 읽기

대부분의 저항은 2개의 다리(lead)가 달려있는 원통형으로 되어있습니다. 이러한 형태의 저항은 크기가 작아 숫자로 용량을 표시하기 곤란하므로 컬러코드라는 색띠로 용량을 표시합니다. 그러므로, 일부 저항을 제외한 저항의 수치를 읽으려면 반드시 아래에 설명하는 컬러코드를 이해하여야 합니다.

저항에는 저항수치를 표시하는 색대(컬러코드)가 있습니다. 이 컬러코드는 저항의 정밀도에 따라 4색대 또는 5색대로 되어 있으며 각각의 색상은 아래와 같은 값을 나타냅니다.

	수치	승수	정밀도 (%)	온도 계수 10-6/℃
흑	0	0	-	± 250
갈	1	1	± 1	± 100
적	2	2	± 2	± 50
등	3	3	± 0.05	± 15
황	4	4	-	± 25
녹	5	5	± 0.5	± 20
청	6	6	± 0.25	± 10
자	7	7	± 0.1	± 5
회	8	8	-	± 1
백	9	9	-	-
금	-	- 1	± 5	-
은	-	- 2	± 10	-
무	-	-	± 20	-

 

4색대 저항을 예로 들어 그림과 같이 색대가 노란색/보라색/빨강색/금색인 경우를 예로 들어 보겠습니다.

------------------1색대 - 노란색 : 4
------------------2색대 - 보라색 : 7
------------------3색대 - 빨강색 : 승수 102
------------------4색대 - 금색 : 허용오차 ±5％(J)

그러므로 이 저항은 4700Ω의 값을 가지며 허용 오차는 ±5％입니다. 그런데, 저항에서는 4700Ω 이라고 표기하지 않으며 4.7kΩ이라고 합니다. 다음은 5색대 저항의 값을 읽어보겠습니다. 5색대 저항의 경우에는 4색대보다 하나 많은 세자리가 저항 값을 나타내며 나머지 두자리가 승수와 허용오차를 표시합니다.

그림의 5색대 저항의 값을 읽어보겠습니다. 그림의 저항 색대는 빨강색/주황색/보라색/검정색/갈색의 순입니다.

------------------1색대 - 빨강색 : 2
------------------2색대 - 주황색 : 3
------------------3색대 - 보라색 : 7
------------------4색대 - 검정색 : 100
------------------5색대 - 갈색 : ±1％(F)

위의 저항은 237Ω의 값을 가지며 허용 오차는 ±1％ 입니다.

저항의 컬러코드를 읽다 보면 어느쪽에서부터 색대를 읽어야 할지 혼동되는 경우가 있습니다. 대부분의 경우에는 조밀한 색대를 왼쪽에 두고 간격이 넓은 부분을 오른쪽으로 하여 왼쪽에서부터 색대를 읽으면 되지만 저전력형의 소형 저항의 경우에는 워낙 색대의 간격이 좁기 때문에 이와 같은 방법으로 판별하기 어려울 경우도 있습니다. 이 경우에는 멀티미터로 정확하게 측정하는 것이 가장 좋은 방법입니다.

 

:: 저항값의 종류(저항값의 계열 분류)

 

저항을 사용하다 보면 저항 값들이 이상한 숫자들로 되어 있는 것을 알 수 있을 것입니다. 예를 들어, 47kΩ, 560Ω 등의 저항값은 있지만 정확히 500Ω의 값을 갖는 저항은 찾아볼 수 없습니다. 그 이유는 저항기 생산 업체에서 생산되는 저항들이 E계열이라는 값으로 정해져 있기 때문입니다. 저항의 E계열이란 KS, JIS와 같은 여러나라의 공업규격에서 공통적으로 사용하는 규격 중의 하나로 1부터 10까지의 숫자을 10의 등비급수로 나눈 값입니다. 예를 들어 E3 계열이라고 하면 다음과 같이 계산됩니다.

즉, E3계열의 저항이 있다면 1Ω, 2.2Ω, 4.7Ω, 10Ω, 22Ω, 47Ω, 100Ω… 과 같은 연속된 값을 갖게 됩니다. 그러나, 실제로는 E3 계열은 사용되지 않으며 가장 일반적인 2, 5, 10%의 오차를 갖는 저항은 E24계열의 저항 값을, 1%는 E96, 0.5% 이하의 오차를 갖는 경우에는 E192 계열의 저항값을 갖습니다. 오차가 적은 저항일수록 높은 계열을 사용하는 이유는 그만큼 종류가 많기 때문입니다.

[표준저항값]

저항을 생산할 때 이렇게 복잡한 숫자로 만드는 이유는 모든 수치의 저항값을 생산할 수 없으며 오차의 범위를 감안하면 연속적인 저항 값을 얻을 수 있기 때문이다.

저항기(Register)

   1. 저항기의 종류 : 카본 저항, 솔리드 저항, 권선 저항, 어레이(네트워크) 저항, 가변저항, 반고정저항 

   2. 저항값 식별표
 

색	저 항 값			허용 오차
	제 1 색띠(숫자)	제 2 색띠(숫자)	제 3 색띠(숫자)	제 4 색띠
검정색	0	0	100(x1Ω)	-
갈색	1	1	101(x10Ω)	±1%
빨강색	2	2	102(x100Ω)	±2%
주황색	3	3	103(x1KΩ)	-
노랑색	4	4	104(x10KΩ)	-
초록색	5	5	105(x100KΩ)	±0.5%
파랑색	6	6	106(x1MΩ)	-
보라색	7	7	107(x10MΩ)	-
회색	8	8	108(x100MΩ)	-
흰색	9	9	109(x1GΩ)	-
금색	-	-	10-1(x0.1Ω)	±5%
은색	-	-	10-2(x0.01Ω)	±10%
무색(색없음)	-	-	-	±20%

     콘덴서 (Condencer)

1. 콘덴서(Condencer) 

2. 콘덴서 용량구하기

용량구하기	예제
허용오차 : J=±5%  K=±10%                 M=±10% N=±20%	103k = 10x103 = 10000[pF] ±10%                       = 0.01[μF] ±10%

 * 콘덴서 : 전기를 축적하는 기능을 가지고 있다. 일반적으로는 전기를 축적하는 기능,
                 직류전류를 차단하고 교류전류를 통과시키려는 목적에도 사용된다. 

 * 콘덴서의 단위 : μF(마이크로 패러드: 10-6F)나 pF(피코 패러드: 10-12F)

 * 콘덴서의 종류

1) 전해 콘덴서 (극성이 있음)    : 작은 용량에서 큰 용량이 있다.	2) 마일러 콘덴서 (극성 없음)     : 정밀도 떨어짐
3) 탄탈 콘덴서(극성이 있음)   : 작은 용량에서 큰 용량이 있다.	4) 세라믹 콘덴서 (극성없음)
5) 가변용량 콘덴서  : 용량을 변화시킬 수 있는 콘덴서이며, 주로 주파수 조정 등에 사용.

  트랜지스터 (TRANSISTOR)

1. 트랜지스터 : 전류를 증폭할 수 있는 부품
    1) 트랜지스터의 용도와 타입 
        2SA×××        PNP 타입의 고주파용
        2SB×××        PNP 타입의 저주파용
        2SC×××        NPN 타입의 고주파용
        2SD×××        NPN 타입의 저주파용

2. 트랜지스터의 종류

2SC1815 : 디지털 회로에서 흔히 사용한다	2SD880 : 큰 전류를 취급하려는 경우에 사용한다
NPN 타입의 고주파용	NPN 타입의 저주파용
품명이 인쇄되어 있는 평평한 면을 바라 보았을 때,오른쪽 리드가 베이스             중앙의 리드가 컬렉터             왼쪽의 리드가 이미터	품명이 인쇄되어 있는 면을 바라 보았을 때, 오른쪽 리드가 이미터 중앙의 리드가 컬렉터 왼쪽의 리드가 베이스이며, 2SC1815와는 반대이다.

    트랜지스터의 판별 및 검사

1. 베이스 알아내기

아날로그 멀티미터를 고저항 레인저에 놓고 트랜지스터의 다리 3개중 한 개를 선택해 멀티미터의 (+)단자를 그 곳에 대고 (-)의 단자를 나머지 2개의 단자에 단락 시켜 본다. 단락 시켰을 때 어느 한쪽은 저항이  낮고 또 어느 한쪽은 높다면 그 단자는 베이스가 아니다. 예를 들어 NPN을 생각하자. (+)극을 어느 곳에 연결하고 (-)극을 나머지 한 단자에 접지 시켜서 그 값이 작았고, 나머지 단자에 연해도 작았다면 이 (+)극을 연결한 단자는 베이스가 된다.

2. 에미터 콜렉터 판별법

NPN일 경우

① 에미터가 콜렉터 영역보다 불순물이 훨씬 높게 도핑되어 있기 때문에 E-B접합의 항복전압(BVEBO)은 6V정도이고 C-B접합의 역방향 항복 전압(BVCBO)은 50V 정도이다. E-B는 C-B보다 훨씬 낮다. 테스터의 고정항 레인지 R×10000에는 내장전지가 22.5V이므로 이 테스터의 (+)극을 E에 (-)극을 B에 연결할 경우 E-B접합은 항복이 일어나 역전류가 증가하여 저항값은 낮아진다. 또 (+)극을 CDP 연결하고 (-)극을 B에 연결할 경우에는 항복이 일어나지 않아서 저항값은 거의 무한대를 가리키게 된다. 이와 같이 실험하여 저항값이 작으면 (+)극을 연결한 단자는 에미터가 되고 다른 쪽은 콜렉터가 된다. 참고로 에미터와 콜렉터의 저항비는 10:1보다 크다.

NPN일 때

② 베이스를 알고 있으므로 나머지 두 단자중 한 단자에 테스터의 (+)극을 연결하고 나머지에 (-)극을 연결한 상태에서 이미 알고 있는 베이스단자에 손가락을 대었다가 떼면 저항계의 지침이 큰 변화를 나타내면 이 (+)극을 연결한 단자가 E이고 (-)극을 연결한 단자가 C이다. 리드의 극성을 반대로 하면 변화가 없어야 한다. 만약 변화가 있다면 그 트랜지스터는 문제가 있는 것이라고 생각해야 한다. PNP형인 경우는 리드의 극성을 반대로 하면 같은 결과를 얻을 수 있다.

3. PNP, NPN 판별법

테스터의 저항계를 R × 1000법위 정도에 두고 (+)극을 베이스에 두고 (-)극을 에미터나 콜렉터에 두었을 때 저저항값을 (1㏀ 이상) 지시하면 그 트랜지스터는 NPN형이다. 또한 (+)극을 베이스에 (-)극을 에미터 또는 콜렉터에 두었을 때 저항계의 지시가 무한대, 반대일 때 저저항값을 지시하면 PNP형이다.

4. 트랜지스터의 고장 판별

이 트랜지스터의 고장은 여러 가지 인자에 의해서 일어날 수 있다. 개방고장은 대부분 남댐 부분에서 발생하며 단라고장은 순간적인 과부하나 과열현상 등이 이다. 회로가 복잡해 질수록 고장 판별은 어려워지므로 기본적인 묘책이나 측정 방법을 알고 있어야 한다.

① 그림 a에서 이미터-베이스 접합은 낮은 순방향 저항 값으로 테스트되고 그 저항값은 1㏀보다 적은 값을 가리키고, 그림 b와 같이 연결되면 역방향으로 된것이므로 그 저항값은 100㏀이상의 값을 가지게 된다. 이렇게 되면 이미터-베이스 접합은 좋은 상태이고, 같은 방법으로 콜렉터, 베이스 접합을 테스터하면 된다. (그림 c, d) 마지막 테스트는 콜렉터-이미터 단자를 테스트하는 것이다. 이 단자들은 저항계의 극성에 관계없이 높은 저항값으로 측정된다. 모든 저항 테스트를 통과하면 그 트랜지스터는 좋은 상태이다. 만약 하나의 테스트에서 실패하면 트랜지스터는 잘못되었고 교체되어야 한다.

② 콜렉터와 에미터간의 단자에 연결하여 콜렉터와 에미터간의 저항을 검사한다. 이 측정에서는 두 개의 다이오드가 반대 방향으로 직렬로 연결되어 있기 때문에 양방향 모두의 저항이 높게 측정된다. 일반적인 트랜지스터의 문제는 에미터와 콜렉터간의 접합에서 만약에 에미터와 콜렉터간의 저항이 양방방 모두 0옴에서 수천 옴 이내의 값으로 측정이 된다면 그 트랜지스터는 접합된 것이다. 여기서 주의 할 점은 멀티미터의 출력전압이 트랜지서터의 파괴전압보다 크면 안되며, 출력전류도 트랜지스터의 파괴전류보다 커서는 안된다.

③ 트랜지스터가 “온”상태일 때 베이스-에미터 전압(VBE)은 0.7V 근처에 있어야 한다.

(+)극은 NPN 트랜지스터의 베이스에 연결되어 있고 (-)극은 이미터 단자에 연결되어 있다. 이 트랜지스터를 다이오드처럼 생각하면 다이오드가 온으로 되면 이 사이에 걸리는 전압은 Si일 때는 0.7V, Ge일 대는 0.3V가 걸리게 된다. 그러나 0.7V와는 다른 0V, 4V, 12V 또는 음의 값이 나오면 이 트랜지스터는 다시 점검을 해보아야 한다.

④ 일반적인 트랜지스터에서 증폭기의 동작영역에서 VCE는 VCC의 약 25%에서 75%사이의 값이 나와야 한다.

VCC가 20V일 경우, VCE값이 1V, 2V 또는 18V, 20V가 나오는 경우에는 분명히 비정상적이다. VCE가 20V일 경우에는 다음 세 가지의 가능성이 있다. 트랜지스터가 손상되었을 경우와 트랜지스터의 콜렉터와 이미터 간이 개방된 경우, 그리고 콜렉터-이미터, 베이스-이미터 회로 루프의 연결이 개방되었을 경우이다.

⑤ 누설 측정

매우 작은 누설전류는 모든 트랜지스터에 존재한다. 대부분의 경우는 ㎁정도로 충분히 작다. 그림 a처럼 베이스 개방된 (IB) 상태로 연결되어 있을 경우 트랜지스터는 차단 상태가 된다. 이상적인 경우는 IC는 0이지만 실제로는 베이스를 개방했을 때 컬렉터-이미터에 흐르는 전류 ICEO라 부르는 적은 전류가 컬렉터에서 이미터로 흐른다.  Si의 경우 ICEO는 ㎁정도이다. 그러나 결함이 있는 트랜지스터는 이 누설전류가 초과된다. 또 다른 누설전류는 에미터 개방상태에서 컬렉터에서 베이스로 흐르는 전류 ICBO가 있다. 이 ICBO가 초과되면 컬렉터-베이스 접합은 단락된 것이다.

   회로 시험기(circuit tester)

1.목적: 일반적으로 멀티 테스터라 하며 직류전압.전류, 교류전압,저항,트랜지스터의 극성과 양부판별,데시벨측정등이 가능하다

 1)저항 측정방법:
①전환S/W→ 저항측정 범위선택
②흑색 봉 .적색 봉 접촉→ 지침이 0위치(우측눈금)에 오도록 0옴조정 

《주의: 0옴 조정기를 조절하여도 우측0지점에 오지 않으면 내부전지(1.5V,9V)를 바꾸어 주어야 한다》

  
 <0 ohm 조정보기>   <저항값=선택범위X 지침값:  10㏀ X 2=20㏀>

 2)직류전압(전류) 측정

①전환S/W→직류전압(전류) 범위선택
②눈금 판→ 흑색 직류 전용눈금 읽는다     

DC전압(측정값)= 선택범위 위치가DC 2.5V므로 흑색 눈금의 250선에서 지침이 가르키는 지점을 읽으면 1.5V이다     
DC전류(측정값)= 선택범위 위치가 DC 250mA이므로 흑색 눈금의 250선에서 지침이 가르키는 지점을 읽으면 75mA이다       

 3)교류전압 측정
①전환S/W→교류범위 선택  

②눈금 판→적색 교류전용 눈금 읽는다 
 ※측정값= 선택범위 위치가AC 250V이므로 적색 눈금의 250선에서 지침이 가르키는 지점을 읽으면 110V이다

 4)트랜지스터 단자(E.B.C)찾기

※트랜지스터 명칭

▶베이스 단자(B: Base) 찾기:
 ① 측정레인지: RX100(1000)옴
 ②두 개의 봉을 각 단자에 접촉지침→ 0부근을 지시
   ☞  NPN형-흑색 봉
   ☞  PNP형-적색 봉            

 << NPN  TR에서 >>

▶ 컬렉터(C: Collector) 단자 찾기:
 ①측정레인지: RX10㏀옴
 ②두 개의 봉을 각 단자에 접촉지침→ 0부근을 지시
  ☞  NPN-적색 봉
  ☞  PNP-흑색 봉              

 << NPN  TR에서 >> 

1. 베이스를 찾자 

테스터기를 우선 R1로 맞춘다 

테스터기의 +를 다리 하나에 연결하고 -를 나머지 2개의 다리에 한번씩 대보면 저항값이 2개의 다리모두 저항값이 나타나거나 움직이지 않으면 +에 대고 있는 곳이 베이스가 된다. 

저항값이 움직이는 TR은 PNP형, 움직이지 않는 것은 NPN형이다.  달리 생각하면 

NPN형은 빨간색의 +를 움직이면서 찍었을때 저항값이 나타나며

PNP형은 (-)흑색을 움직이며 찍었을때 저항값이 움직인다. 

2.콜렉터와 이미터를 찾아 내자

테스터기를 R100~R1000으로 옮기자. 베이스는 이미 찾았고  나머지 이미터,베이스 단자가되는 2개의 다리에 +,- 모두 번갈아 가며 2번 연결하면 저항값이 움직이지 않는 곳이 있다.

그연결을 유지하고 손가락으로 베이스를 대고 다른손의 손가락으로 2군데중 한 군데에 연결하면

저항값이 움직이는 곳이 나온다. 그럼 나중에 댄 손가락의 다리가 콜렉터가 된다.  

5)다이오드 측정
 ① 측정레인지: RX100(1000)옴
 ② 양부 판정→ 테스터 봉 교대시 저항 값 차가 크면 정상
 ③ 단자 찾기: 저항 값 적게 나올 경우
   ☞  애노우드(A,+) 단자 찾기→ 흑색 봉
   ☞  케소우드(K,-) 단자 찾기→ 적색 봉

6)발광다이오드(LED)
 ①측정레인지: RX100(1000)옴
 ②단자 찾기: LED점등시
   ☞  애노우드(A,+) 단자 찾기→ 흑색 봉
   ☞  케소우드(K,-) 단자 찾기→ 적색 봉