하만(Harman) 세미콘 아카데미 19일차 - 전자회로 해석 및 설계(회로 해석이론: 전류, 저항, 전압, 옴의 법칙, 키로히호프 법칙)

[2024.04.02.화] 인천인력개발원 하만 세미콘 아카데미

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전자회로 해석 및 설계

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회로 해석이론

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1. 단위 접두어

10의 0제곱 이하로는 소문자, 이상은 대문자 기호로 표현

• OrCAD 사용 시 주의점
  • 대/소문자 구분 없음
  •  Mega의 경우 m과 M이 중복되므로 meg 또는 MEG로 기술
  • 단위 생략 가능
• 상온(Room Temperature): 300K = 섭씨 약 27도 **대문자 K는 켈빈, 소문자 k는 킬로

2. 전류(Current)

• 전하(electric charge): 대전된 물체가 갖는 전기의 양. +와 -로 구분
• 전하량: 전하의 양, Q [ C ]
• 전류(Current)
  • 전하의 이동 또는 흐름
  • 단위시간(!초)동안 이동한 전하량
  • 단위: [ A ] (Ampere, 암페어)
  • 1A = 1초동안 1C의 전하가 통과( I = Q / t [A] )
• 전류의 방향: 전자의 흐름과 반대 방향

3. 전압

• 전위: 전기적 위치에너지
• 전압
  • 두 지점 사이 전위차
  • 전하를 이동시키는 힘, 전류를 흘리는 힘
  • 단위: [ V ] (Volt, 볼트)
  • 1V = 1C의 전하를 1J의 에너지로 이동시킬 수 있는 전위차
  • Q의 전하가 일정 전위차인 두 점을 이동할 때 WJ의 에너지가 필요할 때 두 점간의 전위차
  • V = W / Q

4. Voltage, Current, Ground의 정의 ( 물의 흐름으로 이해 )

• 전압 = 수압
• 전류 = 물의 흐름
• 전위차 = 수압차 -> 전압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 전류가 흐른다 = 수압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 물이 흐른다
• Ground(GND, 접지) = 바다 표면 -> 산에서 흐르는 모든 물은 바다(GND, 0V)로 흘러들어간다
• 접지: 전압을 측정하는 기준점 -> 0V

 

• 디지털 멀티미터(Digital MultiMeter, DMM): 전압, 전류 등의 측정 장비 -> 검정색 침은 기준점이 됨

5. 옴의 법칙( Ohm's Law )

• 전류가 들어가는 쪽이 +. 전류가 나오는 쪽이 - 극성
•  V = I * R, R = V / I

6. PCB 기판

• 패턴(pattern): 기판 위에 새겨진 회로

퍠턴이 90도 각도로 꺾인 부분이 없음

• Ground(GND): 실제 0V인지 알 수 없음. 회로상에서 0V로 가정하는 위치 -> 내부, 외부적 요인에 따라 노이즈 발생 가능

•  

7. 저항

• 합성저항  

  

  • 직렬 연결: 두 저항의 합으로 계산(R1과 R2 직렬 연결 -> 합성저항 R = R1+R2) -> 큰 저항의 오차범위보다 작은 저항 연결 시 작은 저항 무시 가능
  • 병렬 연결: 두 저항의 합분의 곱으로 계산(R1과 R2 병렬 연결 -> R1*R2/(R1+R2)) -> 상대적으로 매우 큰 저항 무시 가능
    병렬 계산 시 사용: R // 2R -> 2R/3, R // R -> R/2
    

    

• 칩저항
  • 칩 형태의 저항
  • 번호 읽는 법: 세자리수 중 앞 두자리 * 10의 마지막자리수 제곱
    ex) 332 -> 33*10^2 = 3.3kΩ / 472 -> 47*10^2 = 4.7kΩ

    

  • 문자 있는 곳에 소수점 찍고, R -> 옴, K->k옴, M->M옴 등으로 단위 변환
    ex) R464->-.464Ω / 4K64->4.64kΩ / 4M7->4.7MΩ

8. Node & Junction

• Node: 부품끼리 연결된 회로
• Juction: 회로가 나뉘는 부분

약전 회로에서는 Juction을 점으로 표시

9. Source(전원)

• Votlage Source(전압원)
  • 회로에 일정한 전압 공급
  • 부하 변동과 무관하게 일정 전압 공급
  • 이상적인 전압원의 내부 저항은 0Ω
• Current Source(전류원)
  • 회로에 일정한 전류 공급
  • 부하 변동과 무관하게 일정 전류 공급
  • 이상적인 전류원의 내부 저항은 ∞Ω
  • 실제로는 존재하지 않는 가상부품
  • 여러 부품을 통한 시스템으로 구현 가능

10. PSpice 에러

• Short Error: Voltage source and/or inductor loop involvoing V_V2
  • V2전압원 주변 회로가 short되었다
  • Short된 Node를 끊고 작은 저항(1n~1mΩ)을 구성하여 해소
• Floating Error: Node $N~ is Floating
  • 회로상의 해당 노드가 Floating(=Open)되었다는 의미
  • Floating 지점과 GND 사이에 Dummy 저항 (1G~1TΩ)을 구성하여 해소

11. 키르히호프 법칙

• 키르히호프 제 1법칙(KCL)
  • 어떤 회로망의 노드에 유입되는 전류의 합 = 노드에서 유출되는 전류의 합
  • Ii1+Ii2+Ii3 = Io1+Io2+Io3
• 키르히호프 제 2법칙(KVL)
  • 폐회로에서 각 부품에 걸리는 전압의 총합은 0
  • V1+V2+V3+V4 = 0

• KCL 예시