저항기는 전자제품에서 흔히 볼 수 있으며, 아마도 우리가 다룰 첫 번째 "진짜" 전자 부품일 것입니다. 저항기는 대부분 회로 기판에서 발견되는 작은 알약 모양의 줄무늬 모양입니다. 이 부품 자체는 눈에 띄게 복잡한 일을 하지 않지만, 목적에 있어서는 필수적입니다. 이 수업에서 우리는 저항기가 무엇인지, 저항기를 '읽는' 방법, 저항기를 사용할 수 있는 특별한 방법, 그리고 전위차계라고 하는 특수한 유형의 저항기에 대해 배울 것입니다.
1단계: 수업 자료
이 수업에서는 종이 저항기를 만들어 저항기가 어떻게 작동하는지 보여드리겠습니다.
선택 사항이지만 집에서 따라 종이 저항기를 만들고 싶다면 다음이 필요합니다.
(x1) 연필(가급적 6B, 하지만 #2도 가능)
(x1) 종이 클립
(x1) 6" x 9" 봉투(또는 종이 한 장)
2단계: 저항기에 대한 모든 것
저항기는 전자의 흐름을 제한하는 전자 부품입니다. 그렇게 하면서 열의 형태로 에너지를 소산합니다. 간단히 말해서, 전기는 저항이 높은 것을 통과하기 위해 애를 써야 합니다. 그렇게 하면서 많은 에너지를 발생시키고 이를 열로 변환합니다. 격렬한 운동을 할 때 몸이 뜨거워지는 것과 비슷합니다.
저항기는 전기에 대한 고정된 운동 루틴과 비슷하다고 생각할 수 있습니다. 그것은 회로에 알려진 양의 저항을 제공하고 전기는 그것을 통과하기 위해 항상 같은 양의 일을 해야 합니다.
저항기가 제공하는 저항의 양은 옴으로 측정됩니다. 옴의 기호는 그리스 알파벳의 오메가 기호입니다.
전자공학의 관점에서 저항기는 정확한 양만큼 전류를 감소시킵니다. 회로에서 일반적으로 고정된 입력 전압이 있고 저항기가 고정된 양의 저항을 제공한다고 생각하면 옴의 법칙을 사용하여 저항기가 전류를 얼마나 제한하는지 확인할 수 있습니다. 이는 다이오드 레슨에서 다룰 LED 작업을 포함한 여러 시나리오에서 유용합니다.
멀티미터로 옴을 측정하려면 다이얼을 Ω 기호로 돌리고 적절한 범위를 선택합니다(자동 범위 멀티미터에 돈을 쓴 경우가 아니면). 올바른 범위를 결정하려면 저항을 '읽을' 수 있어야 하는데, 이는 잠시 후에 다루겠습니다.
회로에서 저항기의 기호는 지그재그 선처럼 보입니다. 일반적으로 그 옆에 값이 쓰여 있습니다.
3단계: 저항기 만들기
저항기의 작동 방식을 더 잘 이해하기 위해, 직접 저항기를 만들어 보겠습니다.
필요한 것은 연필(#2도 괜찮지만 6B가 더 좋습니다), 종이 한 장, 종이 클립 몇 개뿐입니다.
6" x 9" 봉투를 옆으로 돌린 다음, 가장자리를 따라 연필을 앞뒤로 문지릅니다. 이 가장자리를 따라 1인치 너비의 흑연 띠를 만듭니다. 끝났다고 생각되면 계속합니다. 종이에 흑연을 많이 칠수록 저항기가 더 잘 작동합니다.
점프 케이블을 사용하여 멀티미터의 프로브에 페이퍼클립을 부착합니다.
이 종이 클립 중 하나를 스트립의 한쪽 모서리에 붙입니다.
스트립의 다른 페이퍼클립을 아무 데나 터치하면 저항 측정값을 얻을 수 있습니다. 축하합니다. 저항기를 만들었습니다.
이제 두 번째 종이 클립을 반대쪽 모서리에 부착합니다.
제 저항기는 약 500,000옴의 값을 읽습니다. 멀티미터가 2000K(십만분의 일) 범위에서 읽기 때문에 이 값을 얻었습니다. 따라서 500K옴의 값을 읽습니다. 귀하의 저항기는 대략 이 범위에 있어야 합니다. 귀하의 저항기가 이보다 훨씬 더 큰 값을 읽는다면 흑연을 더 추가하여 전도도를 높이십시오.
모든 저항기는 동일한 원리에 따라 작동합니다. 제가 만든 종이 저항기는 표준 탄소 필름 저항기 캡슐과 동일한 회로 저항을 제공합니다.
4단계: 저항기 읽기
우리는 포장을 보고 어떤 종류의 저항기를 가지고 있는지 확인할 수 있습니다.
현재 정격을 알려주는 것은 일반적으로 저항기의 크기로 설정할 수 있습니다. 이것은 시간이 지나면서 직관적으로 알아낼 수 있는 것이고, 시작할 때 작업할 저전류 회로의 종류에는 그다지 중요하지 않습니다.
저항기가 제공하는 저항의 양을 결정하는 것은 약간 까다롭고 허용 오차 표시를 향해 왼쪽에서 오른쪽으로 색칠된 줄무늬를 해독하여 설정할 수 있습니다. 일반적으로 줄무늬가 4개이지만 5개가 있는 저항기를 만날 수도 있습니다.
줄무늬가 4개인 저항기가 가장 일반적입니다. 이것이 여러분이 가장 많이 작업하는 유형일 것입니다.
줄무늬가 4개인 저항기를 읽을 때 처음 두 줄무늬는 함께 결합되어 1에서 99 사이의 숫자를 형성합니다. 세 번째 표시는 승수입니다. 마지막 표시는 허용 오차를 결정하며, 잠시 후에 자세히 설명합니다.
예를 들어, 다음 예에서 처음 두 줄은 1과 0을 나타내며, 이를 합치면 숫자 10이 됩니다. 그런 다음 여기에 10,000(배수)을 곱합니다. 결과는 100,000Ω입니다.
그러나 저항이 1,000옴 이상인 경우 킬로옴으로 측정합니다. 킬로옴은 기본적으로 1,000옴과 같습니다. 따라서 100,000Ω은 100kΩ로 줄어듭니다. 기본적으로 1,000옴 곱하기 100입니다. 우리가 하는 일은 숫자에서 0을 세 개 제거하고 k로 대체하는 것뿐입니다.
혼란스러우시다면, 다른 예를 살펴보겠습니다. 이 저항기는 초기 숫자가 10이지만, 배수는 1,000입니다. 이 숫자를 곱하면 10,000Ω 또는 10KΩ의 저항이 됩니다.
이제, 처음 두 숫자가 바뀌고 승수가 감소한다고 가정해 보겠습니다. 이 예에서, 처음 두 색상을 합치면 숫자 68이 됩니다. 10을 곱하면 숫자 680이 됩니다. 680Ω은 1,000보다 작으므로, 이 저항을 그냥 680Ω이라고 부릅니다.
마지막으로, 백만 옴 이상이면 메가 옴으로 측정합니다. 예를 들어, 이 저항은 1,000,000Ω의 가치가 있습니다. 이것은 1MΩ로 단축됩니다.
5줄 무늬가 있는 저항기는 덜 일반적이지만, 읽기는 마찬가지로 쉽습니다. 간단히 읽는 방법을 고려해 보겠습니다. 4밴드 저항기와 마찬가지로, 먼저 가장 먼 가장자리에 허용 오차 표시를 찾은 다음, 표시를 향해 왼쪽에서 오른쪽으로 읽습니다.
그러나 차이점은 처음 세 줄 무늬가 단일 숫자로 읽히고 네 번째 줄 무늬가 승수라는 것입니다. 따라서 이 경우 첫 번째 숫자가 100이고 1,000을 곱하여 100K의 저항을 얻을 수 있습니다.
다섯 번째 줄 무늬가 허용 오차 표시입니다.
5단계: 허용 오차
당신과 저처럼 저항기도 완벽하지 않습니다. 하지만 저항기는 가능한 한 좋고 일관적이려고 노력합니다. 여기서 저항기의 허용 범위가 등장합니다.
금색 띠가 있는 저항기는 +/- 5% 허용 오차 또는 - 오차 한계라고 할 수 있는 - 저항을 갖습니다. 이는 저항이 값보다 5% 높거나 낮을 수 있음을 의미합니다. 따라서 100K 저항기를 가지고 멀티미터로 측정하면 95K에서 105K까지 읽을 수 있습니다.
여기에서 만들 모든 회로에 대해 이러한 대략적인 값이 적합합니다. 우리는 종종 전자공학을 정확한 과학으로 생각하지만 사실 우리가 만드는 대부분의 제품에는 약간의 여유가 있습니다. 전자공학에 더 깊이 파고들면 회로 구축에 충분한 변동이 있어 실험과 창의성을 발휘할 수 있다는 것을 깨닫게 될 것입니다. 지금 당장 처리하기에는 많은 내용일 수 있지만 나중에 생각하기 위해 이 아이디어를 머릿속에 묻어두세요.
어쨌든...
4밴드 저항기의 일반적인 허용 오차는 +/- 5%이며, 이는 맨 오른쪽의 금색 밴드로 표시되어 있습니다.
5밴드 저항기의 일반적인 허용 오차는 +/- 1%이며 이는 맨 오른쪽의 갈색 밴드로 표시됩니다.
6단계: 가변 저항기
가변 저항기는 설정된 범위 내에서 값이 변하는 저항기입니다.
가장 흔하게 접할 수 있는 가변 저항기 유형으로는 빛에 따라 변하는 광전지, 휘어짐에 따라 변하는 굽힘 센서, 표면에 압력을 가하면 저항이 변하는 FSR(힘 감지 저항기) 등이 있습니다. 또한 열, 습기, 가스 등에 따라 변하는 다른 가변 저항기도 많이 접할 수 있습니다.
가장 중요한 것은 전위계입니다. 이것은 가장 흔한 가변 저항기이며 일상생활에서 매우 흔합니다. 전자 기기의 슬라이더나 손잡이를 사용할 때마다 전위계가 사용됩니다. 예를 들어, 지금까지 사용해 본 모든 기계식 조명 디머는 전위계입니다.
전위차계는 저항 범위가 넓고, 0옴 저항에서 표시된 값까지 범위를 조정하는 물리적 액추에이터를 탑재하고 있습니다.
전위계 내부는 우리의 종이 저항기와 크게 다르지 않습니다. 사실, 그것은 기본적으로 우리가 만든 것의 소형화된 버전일 뿐입니다. 종이 클립을 움직이는 대신, 전기 저항 표면 위로 전도성 요소를 움직이는 액추에이터 노브 또는 슬라이딩 레버가 있습니다.
전선을 바깥쪽 단자 중 하나에 연결하고 다른 전선을 중앙 단자에 연결하면 전위차계를 가변 저항기로 연결할 수 있습니다.
도식에서 가변 저항기는 선이 주위를 돌아서 자신을 가리키는 일반 저항기처럼 보입니다.
가변 저항기로 작동하기에 두 개면 충분해 보이는데, 왜 전위차계에 다리가 세 개 있는지 궁금할 수도 있습니다. 잠시 후에 이에 대해 설명하겠지만, 먼저 중요한 개념을 소개해야 합니다.
7단계: 전압 분배기
잠시 전위차계를 미러링하고 종이 저항기 중앙에 세 번째 종이 클립을 추가해 보겠습니다. 이제 외부 단자에 전압을 연결하고 멀티미터를 사용하여 외부 단자 중 하나에서 중앙 단자까지 측정하면 흥미로운 것을 알 수 있습니다. 우리가 얻는 전압 판독값은 공급 전압의 약 절반입니다. 저항기를 두 개로 "나누면" 전압 분배기가 생성됩니다.
저항은 전압 분배기를 만들기 위해 직렬로 배치될 수 있습니다. 이러한 전압 값은 각 저항의 값에 비례합니다. 두 저항의 저항 값은 전압을 결정하는 데 있어 저항 사이의 값 비율보다 덜 중요합니다.
시뮬레이션을 실행하면 5V와 접지 사이에 직렬로 연결된 두 개의 10K 저항기가 5V와 접지 사이에 있는 두 개의 100K 저항기와 중간 지점에서 동일한 전압 정격을 갖는다는 것을 알 수 있습니다. 이는 두 세트의 저항기 사이에 동일한 비율이 있기 때문입니다.
반면에, 이러한 전압 분배기의 저항을 불균일한 값으로 변경하면 전압이 증가하거나 감소합니다.
전원에 연결된 100K 저항을 47K로 변경하면 전압 판독값이 증가합니다. 이는 양극 단자와 중간점 사이의 저항이 중간점에서 접지로 가는 저항보다 적기 때문에 전압이 전원에서 더 쉽게 흐를 수 있기 때문입니다. 반면에 접지에 연결된 10K 저항의 값을 4.7K로 줄였습니다. 이 시나리오에서는 전기가 전원보다 접지로 더 자유롭게 흐를 수 있기 때문에 전압이 감소합니다.
이 두 개의 흉측해 보이는 금속 튜브는 실제로 군용 지프의 전기 시스템을 24V에서 12V로 변환하는 전압 분배기로 사용되는 거대한 저항기입니다. 조잡하게 효과적이기는 하지만, 이를 수행하는 가장 좋은 방법은 아닙니다. 저항기는 에너지를 열로 변환하여 작동하는데, 이는 전압 변환 문제를 해결하는 매우 비효율적인 방법입니다. 또한 위에 나온 거대한 저항기와 달리 표준 저항기는 일반적인 회로에 필요한 전류를 처리하도록 정격이 지정되지 않았습니다. 전압 분배기를 통해 전자 장치에 전원을 공급하려고 하면 한 구성 요소에서 다른 구성 요소로 '마법의 연기'가 방출될 가능성이 큽니다.
8단계: 전위계
저항기 끝을 각각 전원과 접지에 연결하고 프로브를 종이 저항기를 따라 움직이면 전압이 변하는 것을 알 수 있습니다.
지금까지 명확하지 않았다면 무슨 일이 일어나고 있는지 다시 말씀드리겠습니다. 종이 저항기는 거대한 가변 전압 분배기로 기능합니다.
이제 전위차계의 세 번째 연결이 무엇에 사용되는지 분명해졌을 것입니다.
전위계 손잡이를 돌리면 중앙 핀에 연결된 전선이 쓸려나가면서 전원과 접지 사이에 두 개의 이산 저항 값이 생성됩니다. 이 핀은 기본적으로 종이 전위계 예에서 가운데 종이 클립처럼 작동합니다. 이를 통해 전압을 한쪽 또는 다른 쪽으로 돌릴 때 변경할 수 있습니다.
다음 배선 구성에서 전위계가 시계 방향으로 돌면 전압이 증가하고 반대 방향으로 돌면 감소합니다.
전위계 저항이 무엇이든 이런 방식으로 배선하면 모든 전위계에 있는 중앙 핀은 0볼트와 공급 전압 사이에서 조정할 수 있습니다.
도식에서 전위차계는 화살표가 중앙을 가리키는 저항기처럼 보입니다.
9단계: 테이퍼
전위계에서 스윕은 전압을 변화시키지만 모든 스윕이 같은 것은 아닙니다. 마주치게 될 스윕에는 두 가지 유형이 있으며, 일반적으로 전위계 테이퍼라고 합니다.
선형 테이퍼는 선형 응답 곡선을 갖습니다. 즉, 전위계 액추에이터를 전체 범위로 쓸면 저항이 꾸준히 증가하거나 감소합니다.
이 유형의 전위계는 가장 흔하고 대부분의 것에 사용됩니다.
반면, 대수적(또는 "로그") 테이퍼는 대수적 곡선처럼 보이는 응답 곡선을 갖습니다(또는 평범한 용어로 - 이 친구의 냉소적 웃음 --> ¯\_(ツ)_/¯ ).
이런 유형의 전위계가 필요한 이유는 주로 오디오 볼륨을 조절하기 위해서입니다. 음량은 선형이 아니라 대수적입니다. 볼륨을 조절하기 위해 선형 전위계로 사용한다면 정말 조용한 상태에서 갑자기 정말 큰 소리로 바뀔 것입니다. 대수적 전위계로 음악의 곡선을 따라가면서 볼륨을 더 점진적으로 증가시킬 수 있습니다.
따라서 스테레오 볼륨 노브는 대수적 경향이 있습니다. 이런 전위계는 널리 사용되지는 않지만, 충분히 흔해서 마주칠 수 있습니다. 사실, 오디오 믹서를 만들 때 사용할 것입니다.