[회로이론] - 능동태, 수동태처럼 소자도 능동과 수동이 있지.

안녕하세요

 

공직자에요. 얼마전에 안타까운 뉴스를 접하여 이야기를 전달하고,

 

그들에게 위로의 글을 전하면서 오늘 이야기를 시작할까 합니다.

 

최근 수도권 지역을 중심으로 다시금 COVID-19가 증가추세에 접어드는 양상을 보이고 있어요.

 

이제는 쫌 벗어나고 싶어요 ㅠ_ㅠ.......

 

 

 

포스팅을 늘 미리 예약을 걸어두기 때문에

 

여러분이 글을 보고 계시는 시점보다는 다소 앞서 있습니다.

 

부디 그때에는 상황이 완화가 되어있기를 바라봅니다...

 

무튼 상황이 이렇다 보니 노량진에서 임용고시를 준비하다가

 

안타깝게 감염된 67명이 임용고시 시험을 못보는 최악의 사태가 발생한 것인데요...

 

가뜩이나 취업이 어려운 이시대에 코로나 세대 취준생들의 마음이 어떨지

 

감히 상상도 하지 못하겠습니다.

 

저 역시도 현 회사를 입사를할 때 얼마나 고생을 했었는지 아직도 기억에 선명하고

 

몇 번은 부끄러운 말이지만 세상을 원망하며 울기도 했었습니다.

 

어쨋든 존버는 승리합니다. 저역시도 그랬구요.

 

대한민국 취준생 여러분.

 

부디 희망 잃지 마시고 오늘의 뼈와 살을 깎는 내 모습이 내일의 찬란한 나를 만들어줄 것이라 믿고

 

끝까지 포기하지 말고 도전 해주세요!

 

여러분의 선배로써 응원하겠습니다.

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다소 무거웠지만... 

 

밝은 마음으로 오늘의 회로이론 포스팅을 시작하겠습니다.

 

제가 오늘 전달해드릴 내용들은

 

전기에 관심이 없으신 분들께서도 오락기 기판이나 게임팩, 컴퓨터 내부 보드를 보시면서

 

한번쯤은 모두 보셨을 것이라 생각하는 소자들에 대해서 이야기 할건데요.

 

 

복잡하지만 질서 정연하게 놓여져있는 수많은 반도체 소자들은 과연 정체가 무엇일까요?

 

사실 저도 처음부터 이런 소자들이 궁금했던건 아닙니다.

 

저도 처음엔 딱딱한 회로이론 책을 바탕으로 무작정 암기식으로 이 소자들을 익혔고

 

이후에 산업 현장에서 부딪치고 깨져보면서 실소자들을 이해하게 되었고

 

이후에 관심이 생겨서 다시 공부를 하며 그 의미를 깨닫고 있습니다.

 

 

 

제가 포스팅하는 취지는 책의 지식을 그대로 옮기는 것이 아닙니다.

 

책에서 수많은 이론들을 소개하고 저보다 박식하고 넓은 지식을 가진 훌륭한 분들께서

 

상세하게 이론을 설명해 주시기 때문에 그분들의 서적이나 포스팅을 참고해주시기 바랍니다.

 

어쨋든 사람은 누군가 아무리 중요한 이야기를 하더라도

 

'내가 필요하지 않으면 그들의 이야기는 그저 흘러가는 노랫소리 같은 것.'

 

으로 느끼기 때문에. 

 

저는 오늘 여러분이 왜 소자에 대해서 이해를 해야하는지.

 

소자를 이해하게 되면 무엇이 보이는지를 거시적인 부분을 소개하고

 

이어서 미시적인(이론 부분) 부분을 이야기 하면서 포스팅을 진행하겠습니다.

 

다만, 제 글을 읽으실 때 요구 사항이 있습니다.

 

제 포스팅을 보시는 분들 중 우연히 들어왔지만 포스팅을 클릭한 이유는

 

어쨋든 전기라는 학문에 어느정도 관심도가 있고, 배울 마음이 있는 분들이고,

 

저 또한 그분들을 위해서 포스팅을 하기 때문에

 

본인의 적극성과 능동성이 어느정도 따라와야 함을 미리 말씀드립니다.

 

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우리가 소자에 대해서 공부하는 이유

 

전기는 눈에 보이지 않죠.

 

하지만 오래전부터 인간은 전기라는 에너지가 얼마나 사람들에게 유용한지

 

익히 깨달았습니다.

 

천둥 번개가 떨어져 불을 지피던 시절부터 시작하여

 

 

불이 아닌 전구로 세상을 비추는 시대까지 이르러서

 

 

지금은 대부분의 인간들이 전기없이 살 수 없는 시대가 되었죠

 

근데 우리는 세상에 살면서 당연하게 누리고 있는 많은 편리한 보급품으로 인해

 

전기라는 놈을 이용하는 것이 얼마나 정교하고 복잡한지 잘 모르고 살아갑니다.ㅎㅎ

 

사실 내방이 어두우면 방 스위치를 딸깍하면 켜지지만.

 

 

사실은 스위치를 딸깍하는 것은

 

스위치 그 자체를 기구적으로 움직여주는 행위이지

 

전기를 움직일 수 있는 행위는 아닙니다.ㅎㅎ

 

누군가가 스위치를 기구적으로 움직여줬을때 전기가 흐를 수 있게끔 만들었기 때문에

 

전기가 들어오는 것이지요!

 

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지금부터는 얘기가 취지와 다르게 조금 다른방향으로 샐 것 같은데

 

여러분들께 꼭 전달 드리고 싶은 이야기여서!

 

한번 읽어보시길 바랍니다.

 

사실 저는 여러분이 전기를 배울 수 있는 가장 좋은 방법중 하나를

 

수많은 실패를 겪는 것이라고 생각하는데요.

 

내방에 갑자기 불이 안켜진다?

 

스위치가 망가진 것 같다?

 

 

하면 보통은 전문가를 불러서 그 일을 해결하는 경우가 많은데.

 

이 부분을 스스로 해결해보는 습관을 가지는 것이

 

보다 빠르게 공학을 배울 수 있는 지름길이라고 생각합니다.

 

저는 에디슨 아저씨를 무서운 아저씨라고 생각하지만

(코끼리 감전사건)

 

한편으로 에디슨 아저씨의 수 많은 실패속에서도 존버한 그의

 

정신력을 존경합니다.

 

엔지니어등 수많은 기술자들은 문제가 발생했을때.

 

예를 들어 자동차가 시동이 안켜진다. 차단기가 자꾸 떨어진다. 컴퓨터가 자꾸 전원이 나간다.

 

했을때 끊임없이 고민하고 스스로 해결하고자 애씁니다.

 

사실은 엔지니어나 기술자들도 모든 문제들에 대한 솔루션을 머리속에 집어넣지 못하고 알쏭달쏭한 경우가 많아요.

 

늘 다루는 물건이라도...! 늘 새로운 문제가 발생하기 때문에

 

그들도 문제가 발생하면 어딘가 물어보고 계속 시도해보고 실패해보고 하면서

 

이런 문제가 발생했을때 어떻게 대응해야지 하는 노하우가 생기는 것이죠.

 

 

 

전문가와 일반인의 궁극적인 차이점은 바로 이겁니다.

 

전문가는 자기가 해결하고자 하며, 일반인은 누군가를 통해서 해결하고자 하죠!

 

제 경험상 엔지니어들은 조금더 빠르게 공학을 이해할 수 있는 것 같습니다.

 

많은 실패를 통해 문제에 대한 정답을 찾고자 노력하며

 

단순히 지식을 머리속에 집어넣는 것이 아닌 

 

실제 사례를 지식과 접목하는 학습과정을 거치게 되거든요.

 

우리는 대부분 지식을 먼저 머리에 넣고

 

실무를 경험하죠!

 

대부분은 그렇습니다.

 

안타깝지만 그런경우 실무에서 별 효력을 발휘하지 못한답니다.(경험상 제이야기)

 

하지만 실무에서 문제가 생긴 부분에 대하여

 

정답을 찾고자 지식을 공부할 경우

 

습득하는 방법과 속도가 달라집니다!

 

전기라는 놈은 실제를 지식과 결부하는게 다소 어려울 수 있습니다.

 

그렇다면 실무를 먼저 배워야 하나요?? 라는 질문에는

 

반은 YES, 반은 NO라고 대답하겠습니다.

 

왜냐하면... 지식 없이 이리저리 잘못 만졌다가는 감전사 할 수도 있고

 

꽝하고 터져버려 아주큰 재산피해를 낼 수 있기 때문이죠.

 

때문에 어느정도 기초지식을 갖춘 뒤에 실무와 접목하면서 이해하는 과정이 매우매우 

 

중요합니다.

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다시 본론으로 돌아옵니다!

 

제가 왜 구태여 이렇게 긴 얘기를 여러분께 주저리 주저리 했느냐구요?

 

전문가가 되고싶으세요?

 

지금부터는 여러분의 마인드를 바꾸세요!

 

'문제가 터지면 해결은 내가한다.'

 

고로, 스위치를 딸깍했을때 전기가 안들어오면 문제의 원인과 해결책을 내가 찾는다.

 

근데 망가진 스위치를 까보니 생각보다 복잡하게 생겼더라는 것이죠.

 

일단 스위치를 빼니 이렇게 전선가닥이 많이 나와있고...

 

뭔가 색이 알록달록하네.

 

까기 전에는 짧은 지식으로 건전지가 +, - 니까 두가닥만 전선이 있겠지 했는데

 

두 가닥이 아니라 3가닥이라는 겁니다.

 

또 문제는... 뭐가 +고 뭐가 -야?

 

대체 왜 3가닥이지???

 

전선을 따라가보니 두꺼비집이 있네요.

 

근데 그 두꺼비집이 또 어디론가 전선이 빠집니다.

 

대체 뭐가뭐지???

 

대부분은 이런경우 인터넷을 뒤적 뒤적거리며 방법을 찾다가.

 

인터넷에도 설명되있는 내용들이 너무 전문용어도 많고 복잡한 경우

 

책을 펴놓고 공부를 시작합니다.

 

제가 여러분께 전달하고 싶은 이야기!

 

우리가 윤택하게 살고 있는 이 모든 것들이 당연한게 아니라는 생각을 가지고 있을때

 

여러분이 더더욱 기초에 대해서 공부해야 되는 이유가 분명해지는 것이고,

 

전기 소자를 공부한다는 것은

 

우리가 윤택하게 누리고 있는 많은 발명품의 내부를 조립해체 하는 것과 같은 것으로

 

마치 요리된 맛있는 음식을 벤치마킹 하고자 할때

 

 

각 재료에 대해서 공부하는 것과 같아요!

 

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기초 소자에 대해서 공부하면 뭐가 보일까?

 

수많은 똑똑한 아저씨 똑은 아주머니들이 여러분이 태어나기도 훨씬 이전에

 

이미 얼마나 똑똑했는지 상상이 가실까요?

 

 

우리는 지금 4차산업혁명 시대에 살고 있죠?

 

그리고 전기차니 날라다니는 드론이니 뭐니..

 

로봇이니... 달나라 여행이니 이런 이야기들을 아무렇지 않게 이야기 합니다.

 

 

사람은 자기가 사는 세상을 바탕으로 다른 것을 판단하려는 경향이있죠.

 

우리가 사는 세상은 최첨단식이고 100년전은 아주 구식이었다는 은연중의 생각들.

 

사실. 우리는 개개인 자체로만 보면 사실은 원시인인데

 

선대의 똑똑한 아저씨 아주머니들이 이미 이룩한 것들이 축적되어

 

원시인이지만 현대인처럼 살아가죠.

 

즉, 여러분은 21세기에 살고있지만, 스위치가 망가지면 뭘 봐야 하는지.

 

전구가 망가지면 어떤 부분을 교체해야 하는지 알쏭달쏭합니다.

 

사실은 원시인들이 불을 피던것 처럼 마찰열로 불을 내기조차도 쉽지 않습니다.

 

그 또한 기술이니까요.

 

이쯤되면 아실겁니다.

 

여러 전기 발명품들을 해체 해보면 그들이 고민했던 흔적과 이야기들이 녹아들어 있고 

 

기초 소자를 공부한다는것은 '옛날 이야기를 배우는 것'이라고 생각하기 보다는 '현재를

 

이해하는 아주 중요한 부분이구나'라는 사실을요! 

 

기초 소자를 이해하면 무엇이 보일까요?

 

바로 직전 말씀드렸다시피 현재의 결과물을 이해하는 가장 빠른 길이겠죠.

 

우리가 누리고 있는 많은 것들이 사실은 그것으로부터 시작된 것이니까요.

  

그리고 기초 소자를 공부하면 현재가 어디인지를 판단할 수 있으며, 앞으로 나아가야할 길 또한

 

판단할 수 있어요.

 

단순히 회로 부품만 이해한다고 현재 과거 미래가 보이느냐고 반문하실 분들도 있으시겠지만

 

전 회로 부품만 정확히 이해해도 이게 가능하다고 봅니다!

 

어차피 현대의 모든 부품들은 기초 제품을 응용한 것에 지나지 않으니까요.

 

현재 기초 제품을 이용하여 얼만큼의 응용 제품이 탄생되었고 앞으로 기술이 나아갈 방향성이 어떤 부분인지

 

거시적인 관점에서 바라 볼 수 있으리라 생각합니다.

 

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능동소자

지금까지는 거시적인 부분에 대해서 설명을 드렸다면 이제는 보다 구체적인 미시영역으로 들어와볼까요?

 

능동소자는 스스로 전기 에너지를 생성할 수 있는 소자를 말하는데요! 

 

여러분이 아실법한 소자가 대부분이나 연산 증폭기는 좀 생소하실 수 있어 설명 추가합니다.

 

1. 발전기

2. 전지

3. 연산증폭기

 

 

사실 연산증폭기는 전기,전자공학을 전공한 학생이라면 귀에 딱지가 앉을 정도로 많이 들어본 소자일테죠.

 

연산증폭기란 전압 뻠핑 소자에요.

 

입력보다 출력전압이 아주아주 커져버리는 상태가 되는거죠

 

전압이 연산증폭기라는 소자만 들어가버리면 신기하게도 그런현상이 생긴다는 겁니다.

(이론적으론 전압을 무한대로 키울 수 있죠?, 어떻게 이런일이 가능한지는 이후 포스팅에 설명할게요. 상세하게!)

 

이런 전압이 증폭되는 원릴 이용하여 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 미분, 적분등의 연산을 가능케하여 연산이라는 말이 붙었습니다.

 

사실 연산증폭기는 여기서 단순하게 말로만 끝낼게 아니라

 

아예 챕터를 잡아서 집중적으로 설명해야 하기에 지금은 개념 정도만 알려드리고

 

넘어갑니다. (연산 증폭기 - 매우매우 중요함)

 

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수동소자

 

위와 다르게 수동소자는 전기에너지를 생성하지 못하는 모든 소자를 일컫습니다.

 

이게 무슨말이냐?

 

뭔가 없는걸 있는걸로 만드는 느낌보다는... 있는걸 소비하거나 저장하는 느낌으로 이해하시면 좋습니다.

 

주로 3가지 소자를 일컬어 수동소자라고 부릅니다

 

회로 이론에서 주로 다루게 될 이야기는 수동소자를 거쳤을때

 

전압이 어떻게 변하는지 전류값이 어떻게 바뀌는지, 전류의 방향이 어떻게 바뀌는지에 대한 이야기들인데요.

 

많은 회로해석은 대부분 아래 3개의 수동소자가 회로에 끼어있을때 전압과 전류의 변화를 해석하는 것으로써

 

이루어집니다.

 

전압과 전류를 관측할 수 있다는 것은.

 

내가 원하는 방향으로 전류를 보낼 수 있다는 이야기이고

 

전기를 제어하고 있는것과 같기에 수동소자를 이해하는 것은 전기 제어를 위한 가장 기초를 이해하는 것과

 

동일하여 매우매우 중요하답니다!

 

사실은 소개해드리는 소자들을 정확하게 이해하기 위해서는

 

수식과 설명이 동반되어야 하는데.

 

지금 포스팅에서는 개념만 소개해드리고 다음 포스팅에서 각각 소자를 상세하게 수식과 함께 설명해드리도록

 

할게요!

 

지금도 이미 포스팅이 생각보다 너무길어졌기 때문에...

 

1. 저항

 

 

저항은 이렇게 생겼어요.

 

어디선가 봤을법한 그림이죠.

 

누에고치 같기도 하고..

 

먼저, 저항은 전류치가 너무 높이 올라가지 않게 제한하여 미세한 소자들이 과전류로 터지거나

 

타버리는 현상을 막아줍니다.

 

또한 전기에너지가 저항을 지나고나면 열이나 빛으로도 에너지간 변환이 이루어져

 

전구나, 전기장판 같은 제품으로도 응용하여 사용하고 있죠.

 

전기의 힘에 역행하는 모습과 같아 저항이라고 부릅니다. 

 

2. 캐패시터

 

 

캐패시터는 건전지를 생각하시면 좋겠어요.

 

이전 포스팅에서 소개드린 것처럼 +와 -를 아주가까운 위치에 두었고 그 사이에 분리막(절연체)을 두어

 

+와 -가 도전체로 연결되지 않는 이상 만날 수 없는 구조로 되어있죠!

 

캐패시터는 그자체로 전지의 역할을 한다기보다는 실제로는 DC전압을 막아주거나, 전압 파형이

 

출렁이지 않게끔 막아주는 역할을 해요!

 

우리가 흔히아는 베터리는 대부분 화학전지이고 캐패시터는 전기의 충전시간이 짧은 만큼

 

방전시간도 매우빨라서 실제로는 배터리로 쓰이는 경우는 잘없고, 회로내에서 전기를

 

제어하는 소자로 더 많이쓰여요.

 

또 중요한 포인트중에 커패시터는 전압이 갑자기 변할 수 없다는것이 있는데

 

왜 그런지는 이번포스팅에선 패스 

 

3.인덕터

 

인덕터도 에너지를 저장하는 소잔데요.

 

얘는 좀 독특해요.

 

전선은 전선인데 동그랗게 꼬아놓았어요.

 

왜 꼬아놓았을까요?

이를 이해하기 위해서는 전자기학에 대한 설명이 불가피합니다.

 

출처: 네이버 지식백과

전류를 직선 도선에 흘리는 것과 다르게

 

동그랗게 말린 도선에 전류를 흘리면

 

자계가 전류의 주변으로 형성되어 자계의 방향이 집중이 되는데요.

 

앙페르의 오른나사 법칙으로 쉽게 기억할 수 있어요.

 

전류가 화살표 방향으로 회전을 한다고 생각을 하면

 

엄지손가락은 화살표 방향과 동일하게 맞춰주고 코일을 나머지 네 손가락으로

 

감았을때 손가락이 향하는 부분이 자계가 형성되는 방향과 일치한다는 것이죠.

 

중요한건 왼손이 아니라 오른손으로 감아쥐었을때의 방향과 같다는 점을 유의합니다.

 

전기라는 친군.

 

자기라는 친구와 매우 유사하다고

 

자석과 전자를 매칭시키며 설명드린바 있죠?

 

전기와 자기는 실제로 불가분의 관계에서

 

서로에게 영향을 주기 때문에

 

전기를 흘렀을때 자기가 발생하면 자기의 방향에 따라서 유도기전력이 생기는데

 

이러한 성질을 이용한게 바로 인덕터라는 놈입니다.

 

중요 포인트 또다른 한가지!

 

인덕터는 전류가 갑자기 확 커지거나 작아지거나 한번에 바뀌지 않아요.

 

실제로 스무스하게 바뀐답니다.

 

왜 그런지 이유에 대해서 역시 이번포스팅에서는 패스~

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사실 오늘 저는 포스팅을 하면서

 

지식 전달보다는 이유전달에 포커스를 맞췄습니다.

 

제가 필드 엔지니어로 몸 담으면서 무작정 외웠던 것들이

 

왜 그랬어야 했는지 이해하는게 너무나 중요하다는 걸 이제와 깨닫기 때문이었죠.

 

학생 여러분도 지금은 왜 저런 히스토리까지 알아야 되는지.

 

왜 원론적인 부분을 진부하게 주저리 주저리 하는지 이해가 안될 수 있습니다만.

 

여러분이 이후 전기 엔지니어로 몸담거나, 관련 분야에서 일하게 된다면

 

필히 저와 같은 고민들을 하는 시점이 올겁니다.

 

물론 시험 성적을 위해서 공부하시는 분이고, 전공과 다른 분야를 하면서 살아가실 거라면

 

이런 이해까지는 필요없습니다.. 하하

 

허나, 진짜 전기를 배우고 싶고 제대로 공부해보고 싶으신 분이라면

 

흐름을 머릿속에 넣어보시는 연습을 꼭 해보시는걸 추천드립니다.

 

챕터 1에서는 커패시터 하나, 인덕터 하나, 이렇게 배웠고

 

챕터 2에서는 키르히호프 법칙에 대해서 배운다면

 

챕터 1과 챕터 2가 어떤 연관성을 가지고 있는지!

 

그리고 공부한 챕터들이 실제로는 어떻게 응용되는지 반드시!

 

반드시, 반드시! 공부해보시기 바랍니다.(반드시 세 번 썼습니다. - 중요하다는 말) 

 

사실 전기 회로를 이해하는데 있어서 중요한건 기초 소자들에 대한 지식입니다.

 

산업 현장에서도 기초 소자들을 많이 사용하고 있고

 

현장에서 터지는 문제들을 해결하기 위해서는 지식과 식견의 콜라보가 매우매우 중요합니다

 

많이 본 사람이 눈에 익숙하기에 빠르게 현장을 이해할 수는 있어도

 

학문적인 뒷받침이 되지 않는다면 결코 문제를 해결할 수 없습니다.

 

대부분 실무자들은 학문적인 부분들을 등한시하죠.

 

죽어라 와인딩하고 상사한테 깨지고 손에 전선 검댕이 묻혀가면서 압착기 잘못눌러서

 

손다치고 아프면 집에서 쉬기 바빠요...

 

But It`s not profession

 

그리고!

 

대부분의 대한민국 학생들은 지식을 머릿속으로 넣는 연습을 하죠.

 

실제 회로를 만져보고 회로를 제어하는 방법보다는 연습문제를 통해 수식을 계산하고

 

답을 내리기에만 열중합니다. 

 

But It`s not real

 

제 글들은 대부분 학생들이 보실 것이라고 생각하기에 이번 포스팅

 

학문적인 부분 최대한 빼고 원론적인 이야기들을 실으려 노력했습니다.

 

부디 선배가 겪었던 이야기들을 새겨들어주세요~

 

서로가 연관성이 깊고 불가분의 관계에 있다 사실을 던져드리면서!

 

이번시간 마무리 하도록 할게요.

 

끝!