#4. Circuit Elements

이번 글에서는 회로의 기본 요소와 용어들에 대해서 가볍게 정리하고 넘어간다.

#1. Ideal Source(이상전원), 전압원과 전류원

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회로에서는 전원을 표기할 수 있다. 회로이론의 경우 대부분의 경우엔 ideal한 상태를 가정하여 문제를 풀기 때문에 ideal source들을 이용하여 회로에 전원을 인가하게 된다. 기본적으로 전원에는 전압원(Voltage source)와 전류원(Current source)가 있으며, Ideal하게 동작한다. 아래 그림은 5V전압원과 10A 전류원을 나타낸 것이다. 전압원의 경우 +와 -가 구분이 가게 그려, 고/저 전압을 알 수 있고, 전류원의 경우엔 화살표로 전류가 흐르는 방향을 표시할 수 있다.

출처 : https://ultimateelectronicsbook.com/ideal-sources/

주의할 점은, 전압원의 경우 전압만 일정하게 양단에 유지된다면, 전류가 얼마가 흐르든 상관이 없다는 것이고, 전류원의 경우 전류만 일정하게 흐르고 있다면, 전압이 얼마가 걸리든 상관이 없다는 것이다. 즉, ideal하다는 의미는 전력을 무한대로 만들어 낼 수도 있기 때문에 ideal한 상황을 가정하여 전원을 인가한다는 것이다. 

 

#2. Independent, Dependent source(독립/종속 전원)

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이상전원은 다시 두가지로 나뉘어지는데, 독립전원과 종속전원으로 나뉘어진다. 아래 그림은 독립 전원을 나타낸 것으로, 원형의 모양으로 전원을 표시한다. 독립의 의미는 회로의 다른 소자 혹은 전류/전압에 영향을 받지 않고, 독립적으로 전원을 인가한다는 것이다.

독립전원

다음은 종속전원이다. 종속전원이라 함은, 회로의 다른 요소들에 의해서 전원의 전압 혹은 전류값이 결정되는 것으로, 예를들어, 회로의 저항에 흐르는 전류나 전압에 의해 전원의 값이 결정되는 것이다. 아래 그림은 4가지 유형의 종속전원을 나타낸 것으로, 각각 전압에 의해 결정되는지, 전류에 의해 결정되는지를 식과 함께 표현한 것이다. 종속전원은 아래와 같이 마름모의 형태로 회로에 표현한다.

종속전원

(a)를 보면 Vs가 Vx에 상수를 곱한 값으로 결정된다. 이를 영어로 표현하면 Voltage Controlled Voltage Source(VCVS)라 한다. 직역하면, 전압에 의해 조절되는 전압원으로, 전압원이 회로의 다른곳에 걸린 전압에 의해 값이 결정된다는 것이다.

마찬가지 원리로 (b), (c), (d)도 표현해보면

(b) : Current Controlled Voltage Source(CCVS)

(c) : Voltage Controlled Current Source(VCCS)

(d) : Current Controlled Current Source(CCCS)

로 나타낼 수 있다. 용어가 중요한 것은 아니지만, 회로의 관계식을 보고 회로 해석시에 적절하게 해석하여 사용하면 된다.

 

#3. Ohm's Law(옴의 법칙)

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회로를 관통하는 가장 기본적인 법칙이다. $V=IR$로 나타내며, 전압은 전류와 저항의 곱으로 나타낸다는 것이다. 독일의 과학자의 이름을 따서 옴의 법칙으로 불려진다.

V=IR

추가적으로, 저항의 역수는 Conductance(전기전도도)로 불리는데 식으로는 다음과 같이 표현한다.

$$ G=\dfrac{1}{R} [S, mho]$$

단위는 지멘스(S) 혹은 모(mho)라고 표현하며, 모(mho)의 경우 저항의 단위인 옴(Ω)을 뒤집은 모양으로 쓴다.

모(mho, 기호 ℧)

Conductance를 이용해 전력을 표현하면 이렇게도 표현할 수 있다.

$$ P=\dfrac{V}{i} = \dfrac{i^2}{R} =\dfrac{V^2}{R}=V^2G=\dfrac{i^2}{G} $$