부경대 전자공학과 면접 정리 자료
최초 생성일 2024.12.29
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부경대 전자공학과 면접 기출 4개년(2016년 ~ 2020년도)
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전자전기공학 편입학 면접정리 자료
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전압(전위차)은 전기 또는 전자 회로에 있는 두 지점 간의 전위의 차이로, 전기가 흐르게 하는 원인이다. 전위는 전기장 내에서 한 점의 전하가 가지는 에너지 상태를 나타내는 물리량으로, 단위는 볼트(V)이다.
전압은 회로의 전기 에너지원과 부하 사이에서 발생하며, 전압이 높을수록 더 많은 전류가 흐른다. 전압의 크기는 전하량과 거리에 따라 달라지며, 전하량이 클수록 또는 거리가 가까울수록 전압은 높아진다. 또한 전기장의 세기와도 밀접한 관련이 있는데, 전기장의 세기가 클수록 전압의 크기도 증가한다.
전압의 종류에는 직류 전압과 교류 전압이 있다. 직류 전압은 크기와 극성이 일정한 전압이며, 배터리와 같은 직류 전원에서 발생한다. 교류 전압은 크기와 극성이 시간에 따라 주기적으로 변화하는 전압으로, 일반 전기 콘센트에서 공급되는 전압이 대표적이다.
전압은 전기 회로를 구동하는 원동력이 되며, 회로 내 전압강하를 통해 소비 전력을 계산할 수 있다. 또한 옴의 법칙, 키르히호프의 법칙 등 회로이론의 기본 원리에서 전압이 중요한 변수로 작용한다. 따라서 전압은 전기 회로를 이해하고 분석하는 데 필수적인 개념이라고 할 수 있다.
전류(Electric Current)는 전기회로에서 한 지점에서 다른 지점으로 흐르는 전하의 흐름을 나타낸다. 전류의 단위는 암페어(A)이며, 단위 시간당 통과하는 전하량으로 정의된다. 즉, 전류 I는 다음과 같이 표현된다:
I = {dq} over {dt}
여기서 dq는 단위 시간 dt 동안 통과한 전하량을 의미한다. 전류는 전자의 이동으로 인해 생성되며, 도체 내부에서 자유전자의 이동이 전류의 흐름을 발생시킨다. 따라서 전류는 도체 내부에서 전하가 흐르는 현상을 나타낸다고 할 수 있다.
전류의 방향은 양(+)의 전하가 흐르는 방향으로 정의되며, 실제로는 음(-)의 전하인 전자가 반대 방향으로 이동한다. 이는 역사적으로 전류의 방향이 양(+)의 전하 흐름으로 정의되었기 때문이다.
전류의 종류에는 직류(DC)와 교류(AC)가 있다. 직류 전류는 일정한 방향으로 지속적으로 흐르는 전류이며, 교류 전류는 주기적으로 방향이 바뀌는 전류이다. 전자기기, 통신 기기, 가전제품 등 대부분의 전기 기기에서 이러한 전류가 사용된다.
전류의 측정은 주로 전류계를 이용하여 이루어지며, 전류계는 회로에 직렬로 연결되어 회로 내부를 흐르는 전류를 측정한다. 또한 전류의 크기와 방향을 측정하는 것 외에도 전류의 파형, 주파수, 위상 등 다양한 전류 특성을 측정할 수 있다.
전류는 회로이론, 전자기학, 반도체 소자 등 전기 및 전자 분야의 핵심 개념 중 하나이며, 전기기기 및 시스템의 설계, 분석, 제어 등에 필수적으로 적용된다.
전력(power)은 단위 시간당 에너지이며, 단자 전압과 전류의 곱과 같다. 즉, 전력은 전압과 전류의 관계로 나타낼 수 있다. 전력의 단위는 와트(W)이다.
전력은 크게 두 가지로 구분된다. 순시전력과 평균전력(유효전력)이다.
순시전력은 전압과 전류의 곱을 나타낸 것으로, 시간에 따라 변화하는 전력을 의미한다. 순시전력은 정현파의 경우 식 p(t)=v(t)i(t)로 표현할 수 있다. 순시전력은 전력의 실제 소비량을 나타내지만, 교류 회로에서는 양수와 음수의 값이 반복적으로 나타나므로 평균값은 0이 된다.
반면 평균전력(유효전력)은 시간에 따른 순시전력의 평균값이다. 교류 회로에서 전압과 전류의 위상차로 인해 무효전력이 발생하게 되는데, 유효전력은 이 무효전력을 제외한 실제 소비 전력을 의미한다. 정현파의 경우 유효전력은 식 P={(1)} over {2} V_m I_m cos(θ_v-θ_i)로 표현할 수 있다.
전력의 개념을 이해하는 것은 전기회로 분석에 매우 중요하다. 전기에너지의 실제 소비량을 파악하고, 회로의 효율을 개선하기 위해서는 전력의 개념이 필수적이다.
옴의 법칙은 전기회로에 있어서 가장 기본이 되는 법칙이다. 옴의 법칙에 따르면, 도체에 흐르는 전류의 세기는 전압에 비례하고 도체의 저항에 반비례한다.
구체적으로 옴의 법칙은 다음과 같이 표현될 수 있다. 전압(V)은 전류(I)와 저항(R)의 곱과 같다. 즉, V=IR이다. 이는 전압이 높을수록 전류가 많이 흐르고, 저항이 클수록 전류가 적게 흐른다는 것을 의미한다.
옴의 법칙은 다음과 같은 특징을 가진다. 첫째, 저항은 전압과 전류의 비율로 정의되며, 저항 자체가 일정한 값을 가진다. 둘째, 옴의 법칙은 선형 회로에 적용되며, 비선형 회로에는 적용되지 않는다. 셋째, 옴의 법칙은 직류 회로뿐만 아니라 교류 회로에서도 성립한다.
옴의 법칙은 전기회로 해석의 기본이 되며, 전압, 전류, 저항 사이의 관계를 나타내므로 전기회로 설계와 분석에 필수적이다. 또한 전력 계산, 전압 강하 분석, 부하 매칭 등 다양한 전기 회로 문제를 해결하는데 활용된다.
키르히호프의 법칙은 전기회로를 해석하는 데 가장 중요한 두 가지 법칙이다.
키르히호프의 전류 법칙(KCL, Kirchhoff's Current Law)은 "회로에 있는 어떤 마디에 흘러 들어가는 전류의 대수적 총합은 0이다"라고 말한다. 즉, 마디에 들어가는 전류와 나가는 전류의 합이 0이 된다는 것이다. 이는 전하의 보존 법칙에 기반한 것으로, 어떤 마디에서도 전하가 생성되거나 소멸되지 않는다는 것을 의미한다.
키르히호프의 전압 법칙(KVL, Kirchhoff's Voltage Law)은 "회로에 있는 어떤 폐경로에 대한 전압의 대수적 총합은 0이다"라고 말한다. 이는 전압이 회로를 한 바퀴 돌아오면 처음 상태로 돌아온다는 것을 의미한다. 이는 에너지 보존 법칙에 기반한 것으로, 전압이라는 형태의 에너지도 생성되거나 소멸되지 않고 보존된다는 것을 나타낸다.
이러한 키르히호프의 법칙은 회로 해석의 기본이 되며, 마디전압법, 망 전류법, 중첩의 원리 등 다양한 회로 해석 방법의 기반이 된다. 또한 실제 전기회로 설계 및 분석 시에도 필수적으로 적용되는 중요한 법칙이다.
전압분배 및 전류분배는 전기 회로에서 매우 중요한 개념이다. 전압분배는 직렬 연결된 저항들 사이에 전압이 분배되는 현상을 말하며, 전류분배는 병렬 연결된 저항들 사이에 전류가 분배되는 현상을 말한다.
전압분배의 경우, 전압이 저항 값에 비례하여 분배된다. 직렬 저항 R1과 R2에 전압 Vs가 걸려 있다면, R1에 걸리는 전압 V1과 R2에 걸리는 전압 V2는 다음 식으로 계산할 수 있다.
V1 = (R1 / (R1 + R2)) * Vs
V2 = (R2 / (R1 + R2)) * Vs
즉, 각 저항에 걸리는 전압은 전체 저항 대비 그 저항의 비율에 따라 결정되는 것이다.
전류분배의 경우, 전류가 병렬 저항들의 컨덕턴스 비율에 따라 분배된다. 병렬 저항 R1과 R2에 전류 Is가 흐른다면, R1을 통해 흐르는 전류 I1과 R2를 통해 흐르는 전류 I2는 다음과 같이 계산할 수 있다.
I1 = (1/R1) / ((1/R1) + (1/R2)) * Is
I2 = (1/R2) / ((1/R1) + (1/R2)) * Is
즉, 각 저항을 통해 흐르는 전류는 그 저항의 컨덕턴스 비율에 따라 결정되는 것이다.
이러한 전압분배와 전류분배의 원리는 다양한 전기 회로 분석과 설계에 활용된다. 예를 들어 부하 저항을 통해 흐르는 전류를 최대로 하기 위해서는 부하 저항과 테브냉 등가 저항이 같아야 한다는 최대전력 전달 이론에 이용된다. 또한 전압분배 및 전류분배 원리는 연산 증폭기, 전력 회로 등의 설계에도 필수적으로 적용된다.
전압분배와 전류분배는 회로 이론의 기본 개념이자 실제 회로 설계에 핵심적인 역할을 하는 중요한 원리라고 할 수 있다.
휘트스톤 브리지 회로는 4개의 저항이 사각형의 형태를 이루며, 대각선을 연결하는 브리지(bridge)로 저항이나 전압계, 검류계를 사용하는 회로이다. 이 회로는 저항 값을 정밀하게 측정하기 위해서 사용된다.
휘트스톤 브리지 회로에서는 전압분배의 원리가 적용된다. 즉, 직렬로 연결된 두 저항 사이의 전압차는 전압비에 따라 결정된다. 따라서 두 저항 사이의 전압이 같아지면 브리지가 균형을 이루게 되어 검류계에는 전류가 흐르지 않게 된다.
휘트스톤 브리지 회로의 균형조건은 다음과 같다:
R1/R2 = R3/R4
위 식이 성립하면 검류계에 전류가 흐르지 않게 되고, 이때 미지의 저항 R4를 쉽게 구할 수 있다.
즉, 휘트스톤 브리지 회로를 이용하면 정밀한 저항 측정이 가능하므로, 정밀한 측정이 필요한 전자 회로 분야에서 널리 활용된다. 또한 이 회로는 여러 가지 센서 회로에서도 사용되며, 온도, 압력, 변위 등 다양한 물리량을 측정하는데 사용될 수 있다.
마디전압법(마디해석법)은 회로 내 임의의 마디(node)의 전압을 구하는 분석 기법이다. 이 방법은 키르히호프의 전압 법칙(KVL)과 전류 법칙(KCL)을 활용하여 회로를 해석한다.
마디전압법의 기본 원리는 다음과 같다. 먼저 회로 내에서 "마디"를 선정한다. 마디는 회로의 서로 다른 지점들이 연결되는 접점을 의미한다. 그 다음 각 마디에 대해 KCL을 적용하여 마디 방정식을 작성한다. 마디 방정식은 해당 마디로 들어오는 전류와 나가는 전류의 합이 0이 된다는 것을 나타낸다. 이렇게 작성된 마디 방정식들을 연립하여 미지의 마디 전압을 구할 수 있다.
이러한 마디전압법의 주요 장점은 다음과 같다. 첫째, 전압원과 전류원을 직접 마디 방정식에 포함시킬 수 있어 간단하고 효과적인 회로 해석이 가능하다. 둘째, 회로의 크기가 커져도 마디 수에 비례하여 방정식의 수가 증가하므로 대규모 회로에도 적용할 수 있다. 셋째, 컴퓨터 프로그래밍을 통해 자동화된 해석이 가능하다.
마디전압법을 적용하는 구체적인 절차는 다음과 같다.
1. 회로도를 보고 마디를 선정한다. 일반적으로 회로 내 각 노드가 마디가 된다.
2. 각 마디에 대한 KCL 방정식을 작성한다. 이때 마디로 들어오는 전류와 나가는 전류의 대수적 합이 0이 된다는 조건을 사용한다.
3. 작성된 KCL 방정식들을 연립하여 미지의 마디 전압을 구한다.
4. 구한 마디 전압을 이용하여 회로 내 다른 양의 값(전류, 전압 등)을 계산할 수 있다.
마디전압법은 회로 해석의 대표적인 방법 중 하나로, 회로의 크기와 복잡도에 상관없이 적용할 수 있는 강력한 기법이다. 이를 통해 회로의 동작을 쉽게 이해하고 분석할 수 있다.
망 전류법(폐로해석법)은 회로에 있는 어떤 폐경로를 따라 전압의 대수적 총합이 0이라는 키르히호프의 전압 법칙을 이용하여 회로를 해석하는 기법이다.
이 방법에서는 먼저 회로의 각 폐경로를 정의한다. 그리고 각 폐경로에 대하여 키르히호프의 전압 법칙을 적용하여 선형방정식을 세운다. 이렇게 세워진 선형방정식들을 풀면 각 폐경로의 전류를 구할 수 있다.
이 방법의 장점은 전압 법칙을 이용하므로 전압 정보를 직접 활용할 수 있다는 점이다. 특히 전압 정보를 직접 측정할 수 있기 때문에 실용적이다. 또한 키르히호프의 전압 법칙은 모든 회로에 적용될 수 있는 일반적인 법칙이기 때문에, 복잡한 회로에도 적용할 수 있다.
그러나 단점으로는 각 폐경로에 대한 선형방정식을 세우고 해를 구해야 하므로 계산이 복잡하다는 점이 있다. 따라서 회로가 복잡해질수록 계산이 복잡해지는 단점이 있다.
이러한 망 전류법은 회로 해석의 대표적인 방법 중 하나로, 키르히호프의 전압 법칙을 활용하여 폐경로 전류를 구하는 기법이다. 이를 통해 회로의 전압과 전류 정보를 직접적으로 활용할 수 있어 실용적이지만, 계산의 복잡성이 증가하는 단점이 있다.
중첩의 원리는 선형시스템에서 입력 신호가 두 개 이상인 경우 각각의 입력에 대한 출력을 구한 후 그 출력들을 합하면 전체 출력을 구할 수 있다는 원리이다.""
선형시스템이란 입력과 출력 사이의 관계가 선형적인 시스템을 말한다. 즉, 입력 신호의 크기에 비례하여 출력 신호의 크기가 변하는 시스템을 말한다. 선형시스템에서는 입력 신호의 크기를 조절하면 출력 신호의 크기도 그에 비례하여 조절할 수 있다.
중첩의 원리를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
여러 개의 입력 신호 x1(t), x2(t), ..., xn(t)가 있을 때, 각각의 입력 신호에 대한 출력을 y1(t), y2(t), ..., yn(t)라고 하면,
y(t) = y1(t) + y2(t) + ... + yn(t)
가 성립한다. 이것이 중첩의 원리이다.
중첩의 원리가 성립하려면 시스템이 선형적이어야 한다. 즉, 시스템이 선형 시불변 시스템(LTI, Linear Time-Invariant System)이어야 한다. 선형 시불변 시스템이란 시간에 따라 특성이 변하지 않는 선형 시스템을 말한다.
중첩의 원리를 이용하면 복잡한 회로의 출력을 간단하게 구할 수 있다. 각 입력 신호에 대한 출력을 개별적으로 구한 후 이를 모두 더하면 전체 출력을 구할 수 있기 때문이다. 이는 회로 해석을 간단하게 만들어 준다.
또한 중첩의 원리는 선형시스템을 해석할 때 자주 사용되는 매우 유용한 개념이다. 특히 전자회로, 통신 시스템, 제어 시스템 등 다양한 분야에서 활용된다.
선형시스템은 시스템의 입력과 출력이 선형적인 관계를 가지는 시스템을 말한다. 선형시스템은 다음과 같은 두 가지 특성을 가지고 있다.
첫째, 가산성(superposition)을 만족한다. 즉, 시스템에 여러 입력신호가 동시에 인가되면 각각의 입력신호에 대한 출력신호들의 합이 전체 출력신호가 된다. 수학적으로 표현하면 L[x1(t) + x2(t)] = L[x1(t)] + L[x2(t)]와 같이 나타낼 수 있다. 여기서 L은 시스템의 입출력 관계를 나타내는 연산자이다.
둘째, 비례성(homogeneity)을 만족한다. 즉, 시스템의 입력신호에 임의의 상수를 곱하면 출력신호도 그 상수에 비례하여 증가한다. 수학적으로는 L[αx(t)] = αL[x(t)]로 표현할 수 있다.
선형시스템은 이러한 가산성과 비례성으로 인해 복잡한 문제를 비교적 간단하게 해결할 수 있다는 장점이 있다. 예를 들어, 선형시스템의 응답을 구할 때 중첩의 원리를 사용하면 여러 입력신호에 대한 출력신호를 독립적으로 구한 뒤 합하여 전체 출력신호를 구할 수 있다.
또한 선형시스템은 라플라스 변환이나 푸리에 변환 등의 수학적 도구를 이용하여 분석할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 변환 기법을 통해 시간 영역의 문제를 주파수 영역으로 변환하여 해결할 수 있다.
선형시스템의 대표적인 예로는 저항, 인덕터, 커패시터 등의 수동 소자로 구성된 전기 회로를 들 수 있다. 이러한 소자들은 전압-전류 관계가 선형적이므로 회로 분석 시 선형시스템 이론을 적용할 수 있다.
반면, 다이오드나 트랜지스터 등의 비선형 소자로 구성된 회로는 선형시스템으로 다루기 어렵다. 이러한 비선형 시스템은 일반적으로 더 복잡한 분석 기법이 필요하다.
종합하면, 선형시스템은 가산성과 비례성을 만족하여 분석이 상대적으로 용이하다는 장점이 있다. 이러한 특성으로 인해 전기 회로, 제어 시스템, 통신 시스템 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.
테브냉의 정리는 두 개의 단자를 지닌 전압원, 전류원, 저항의 어떠한 조합이라도 하나의 전압원과 하나의 직렬저항으로 변환하여 전기적 등가를 설명할 수 있는 정리이다.
즉, 전압원, 전류원, 저항으로 구성된 복잡한 회로라도 테브냉의 정리를 이용하면 그 회로를 하나의 등가 전압원과 등가 직렬저항으로 간단하게 나타낼 수 있다. 이를 통해 회로를 해석하거나 계산하는 것이 더 쉬워진다.
테브냉의 정리에 따르면, 회로의 자유단에 있는 전압을 테브냉 전압 (Vth)이라 하고, 이 전압원에 직렬로 연결된 저항을 테브냉 저항 (Rth)이라고 한다. 그리고 이 두 요소로 구성된 등가회로는 원래 회로와 동일한 특성을 갖는다.
이때 테브냉 전압 Vth는 개방회로 전압과 같으며, 테브냉 저항 Rth는 단락회로 전류와 개방회로 전압의 비로 계산할 수 있다. 즉, Rth = Voc / Isc 의 관계가 성립한다.
이러한 테브냉의 정리는 회로 해석을 단순화하고 간단히 계산할 수 있게 해주므로 회로 이론 및 설계 분야에서 매우 유용하게 사용된다.
노턴의 정리는 테브냉의 정리와 더불어 전기회로 해석을 위한 중요한 정리이다. 노턴의 정리에 따르면, 두 단자를 가진 전압원, 전류원, 저항의 어떠한 조합이라도 하나의 전류원과 하나의 병렬저항으로 등가 회로를 구성할 수 있다. 즉, 임의의 회로를 노턴 등가회로로 변환할 수 있다는 것이다.
노턴의 정리에 따르면, 회로의 단자 사이에 흐르는 전류는 노턴 등가전류와 같고, 단자 전압은 노턴 등가전압과 같다. 노턴 등가전압 Vn은 개방회로 전압과 같고, 노턴 등가저항 Rn은 단자를 단락하였을 때의 입력 저항과 같다. 따라서 노턴 등가회로의 출력 전력은 최대가 되며, 이때의 부하 저항 값은 노턴 등가저항과 같다.
노턴의 정리는 다음과 같이 수학적으로 표현될 수 있다:
Vn = Vs
Rn = Vs / Is
In = Vs / Rn
여기서 Vs는 개방회로 전압, Is는 단락회로 전류, Rn은 노턴 등가저항, Vn은 노턴 등가전압, In은 노턴 등가전류이다.
노턴의 정리는 회로 해석을 단순화하고, 최대 전력 전달 조건을 쉽게 찾을 수 있게 해준다. 이를 통해 회로의 동작을 더 잘 이해할 수 있으며, 다양한 응용 분야에 활용될 수 있다. 특히 전력 전송, 전자 회로 설계, 통신 시스템 등에서 널리 사용되고 있다.
직류 회로에서 부하 저항 R_L을 통해 전달될 수 있는 전력의 최대값을 계산하기 위한 방법이 최대전력 전달 이론이다. 전력은 전압과 전류의 곱으로 표현되므로, 전력을 최대화하기 위해서는 전압과 전류의 곱을 최대로 만들어야 한다.
직류 회로에서 최대 전력 전달은 테브냉 등가회로에서 부하 저항 R_L이 테브냉 저항 R_Th과 같을 때 일어난다. 즉, R_L = R_Th일 때 최대 전력 전달이 이루어진다. 이때 전달되는 전력의 크기는 입력전압의 절반이 된다.
구체적으로 살펴보면, 다음과 같다. 전원 전압을 V_s, 테브냉 저항을 R_Th라고 할 때, 부하에 공급되는 전압 V_L은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
V_L = {V_s * R_L} over {R_Th + R_L}
그리고 부하에 흐르는 전류 I_L은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
I_L = {V_s} over {R_Th + R_L}
따라서 부하에 전달되는 전력 P_L은 다음과 같다.
P_L = V_L * I_L = {V_s^2 * R_L} over {(R_Th + R_L)^2}
이 식을 R_L에 대해 미분하면 R_L = R_Th일 때 최대값을 가짐을 알 수 있다. 즉, 부하 저항이 테브냉 저항과 같을 때 최대 전력 전달이 이루어진다.
이때의 최대 전력은 다음과 같다.
P_max = {V_s^2} over {4R_Th}
즉, 직류 회로에서 최대 전력 전달은 부하 저항 R_L이 테브냉 저항 R_Th과 같을 때 일어나며, 이때 전달되는 전력은 입력 전압의 절반이 된다.
교류 회로에서도 유사한 원리가 적용된다. 교류 회로에서 최대의 평균 전력 전달을 위해서는 부하 임피던스 Z_L이 테브냉 임피던스 Z_Th의 공액 복소수와 같아야 한다. 즉, Z_L = Z_Th*이 최대 평균 전력 전달 조건이 된다.
이와 같이 최대전력 전달은 회로 해석에 있어 매우 중요한 개념이며, 회로 설계 시 이를 고려하여 최적의 전력 전달 효율을 달성할 수 있다.
인덕터는 전류의 변화를 저항하는 특성을 가진 수동 소자이다. 전류가 흐르면 자기장이 생성되고, 자기장의 변화에 의해 유도기전력이 발생하게 된다. 이 유도기전력은 전류의 변화를 방해하는 방향으로 작용하여 전류의 변화를 억제한다.
인덕터의 자기 인덕턴스 L은 단위 전류일 때 발생하는 자기 선속을 나타낸다. 자기 인덕턴스 L은 다음과 같이 표현될 수 있다.
L = (N^2 * μ * S) / l
여기서 N은 코일의 턴 수, μ는 코일 내부의 물질의 투자율, S는 코일의 단면적, l은 코일의 길이를 나타낸다. 따라서 인덕터의 자기 인덕턴스는 코일의 구조와 재질에 따라 달라지게 된다.
전류가 흐르는 인덕터에는 전압이 유도되는데, 이를 유도기전력이라고 한다. 유도기전력은 다음과 같이 표현된다.
v = -L * (di/dt)
여기서 v는 유도기전력, L은 인덕턴스, di/dt는 전류의 변화율을 나타낸다. 유도기전력의 방향은 전류의 변화를 방해하는 방향이 된다. 즉, 전류가 증가하면 감소하는 방향으로, 전류가 감소하면 증가하는 방향으로 유도기전력이 발생한다.
인덕터는 전류의 변화를 제한하는 특성 때문에 많은 전자회로에서 중요한 역할을 한다. 전원의 전압 변동을 완화시키거나 위상 지연을 만드는 등의 용도로 사용된다. 또한 전력 변환 회로나 전자기기의 전원 공급 장치, 필터 회로 등에도 활용된다.
커패시터는 전기 회로에서 전기 에너지를 저장하는 소자이다. 커패시터는 두 개의 도체판 사이에 절연체를 가지고 있으며, 전압이 인가되면 한 판에는 (+)전하가, 다른 판에는 (-)전하가 축적된다. 이러한 전하의 축적으로 인해 전기적 에너지가 저장되는 것이다.
커패시터의 전기 용량을 나타내는 단위는 패럿(F)이며, 커패시턴스(C)는 다음과 같은 식으로 계산된다:
C = {Q} over {V} = {epsilon S} over {d}
여기서 Q는 축적된 전하량, V는 도체판 사이의 전압, epsilon은 절연체의 유전율, S는 도체판의 면적, d는 도체판 사이의 거리를 나타낸다.
즉, 커패시턴스는 절연체의 유전율과 도체판의 면적에 비례하고, 도체판 사이의 거리에 반비례한다. 이를 통해 커패시터의 용량을 조절할 수 있다.
커패시터는 전압이 가해질 때 충전되어 에너지를 저장하고, 전압이 제거되면 저장된 에너지를 방출하는 특성이 있다. 이러한 특성을 이용하여 커패시터는 전원 필터링, 에너지 저장, 결합 및 바이패스 등의 다양한 용도로 활용된다.
예를 들어, 교류 전원의 리플 전압을 제거하기 위해 커패시터가 사용되며, 전자 회로에서 높은 주파수 신호를 통과시키거나 낮은 주파수 신호를 차단하는 데에도 커패시터가 사용된다. 또한 커패시터는 에너지 저장 장치로 사용되어 전동기의 기동, 무정전 전원 장치 등에 활용되기도 한다.
이처럼 커패시터는 전자 회로 및 전력 시스템에서 매우 중요한 소자이며, 그 용도와 특성에 대한 이해가 필수적이다.
컨덕턴스는 전기회로에서 전류가 흐르기 쉬운 정도를 나타내는 척도이다. 다르게 말하면, 컨덕턴스는 도체가 전류를 얼마나 잘 통과시킬 수 있는지를 나타내는 물리량이라고 할 수 있다.
컨덕턴스 G는 전압 V에 대한 전류 I의 비로 정의되며, 단위는 지멘스(S)이다. 즉, G = I / V 로 표현할 수 있다. 이는 옴의 법칙에서 저항 R의 역수인 1/R과 동일한 의미를 갖는다. 따라서 컨덕턴스가 크다는 것은 저항이 작다는 것을 의미한다.
컨덕턴스는 도체의 단면적 S, 도체의 길이 l, 도체의 도전율 σ와 다음과 같은 관계를 가진다. G = σ * S / l. 이를 통해 알 수 있듯이, 도체의 단면적이 크고 도체의 길이가 짧을수록, 그리고 도체의 도전율이 클수록 컨덕턴스가 증가한다.
컨덕턴스는 전기회로 분석에서 매우 중요한 개념이다. 병렬 회로에서 각 가지의 컨덕턴스를 더하면 전체 컨덕턴스를 구할 수 있으며, 이를 통해 전체 회로에 흐르는 전류를 계산할 수 있다. 또한 컨덕턴스는 어드미턴스와도 밀접한 관련이 있는데, 어드미턴스는 임피던스의 역수이므로 컨덕턴스와 유사한 물리적 의미를 갖는다.
종합하면, 컨덕턴스는 전기회로에서 전류가 얼마나 잘 흐를 수 있는지를 나타내는 중요한 물리량이며, 회로 분석과 설계에 널리 활용되는 개념이라고 할 수 있다.
시정수(시상수)는 주어진 변화에 대하여 회로가 얼마나 빨리 응답하는가를 알려 주는 회로 파라미터이다....
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