[물리학-전자기학] 19. 전자·전기회로 | Circuit

 

회로(circuit): 전기적 성질을 갖는 소자, 디바이스, 도선의 조합 [출처: 컴퓨터인터넷IT용어사전, "회로"]

• 전기회로(electric circuit): 전류가 흐르는 도선 길
• 전자회로(electronic circuit): 회로소자(다이오드, 트랜지스터 등)를 이용하여 각종 연산(증폭, 발진, 스위칭 등)을 수행하는 회로
• 회로도(circuit diagram): 전기회로의 연결방식과 소자들을 단순화시킨 그림표현
• 회로기호(circuit symbols)[그림 1]: 회로도에 소자들을 표현하기 위해 간략화한 기호 그림

 

 

그림 1. 회로기호 [출처: Sears & Zemansky's University Physics with Modern Physics, Young & Freedman, 14th ed., 2016, p.853]

 

 

회로의 여러가지 특징

• 전자회로의 소자들로 전지, 저항기 및 축적기 등을 가질 수 있다. ⇒ 형태에 따라 다른 물리량 크기를 가진다.
• 회로는 고립계의 에너지 보존의 법칙과 전하량 보존의 법칙을 따른다.
• 회로에서 발열이 발생하지 않는 경우는 역학적 계에서 내부에너지의 변화량이 없는 것으로 간주하며, 이는 이상적 회로 해석의 기본이 된다.

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이상적 회로의 전제

 

• 회로의 3요소

1. 전원(power): 전기에너지의 저장고
2. 부하(load): 전기에너지의 사용처
3. 전선(conducting wire): 전기에너지의 이동경로

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• 일반물리학 수준에서 회로는 크게 3가지를 기준으로 아래와 같이 분류한다.

1. 회로의 시작점, 끝점 연결 여부
2. 회로의 연결 방법
3. 전압의 종류

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닫힌 회로와 열린 회로

[그림 2]와 같이 회로의 시작점과 끝점이 서로 연결되어 있으면 (1)닫힌 회로(closed circuit), 그렇지 않으면 (2)열린 회로(open circuit)라 한다.

 

그림 2. 닫힌 회로(좌)와 열린 회로(우)

 

 

• 회로에서 열림과 닫힘은 스위치에 의한 경우가 많은데, 스위치가 '켜진' 상태인 경우 회로는 '닫혀 있다'라고 표현한다.

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직렬 회로와 병렬 회로

 

그림 3. 직렬(series circuit)과 병렬(parallel circuit) 연결

 

회로 요소들에 대해 전류가 일렬로 흐르면 (1)직렬 회로(series circuit), 평행하게 나뉘어 흐르면 (2)병렬 회로(parallel circuit)로 구분한다.

• 직렬연결: 직렬 회로에 전하량은 항상 일정하게 흐른다.
• 병렬연결: 병렬 회로에 전지의 단자 전압은 항상 일정하게 걸린다. ⇒ 양단의 전위차는 항상 일정하다.

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직류 회로와 교류 회로

전류가 흐르도록 회로에 걸린 전압의 종류에 따라 (1)직류 전원이 걸려 있으면 직류회로(direct current circuit, DC), (2)교류 전원이 걸려 있으면 교류회로(alternating current circuit, AC)로 구분한다.

• 직류전압원: 건전지 등
• 교류전압원: 모터발전기, 가정용 전기 등

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직류와 교류의 개념은 회로의 정상상태(steady state: 회로에서 전류의 크기와 방향이 일정한 상태)에 따라 구분된다.

1. 직류(direct current): 회로의 정상상태가 유지되는 전류
2. 교류(alternating current): 회로의 정상상태가 수시로 변하는 전류

 

그림 4. 직류와 교류의 시간에 따른 전압 그래프 [출처: matsusada]

 

 

다음 챕터에서는 회로의 분류 방법을 중심으로 (1)각 회로에 따른 소자의 특징과 (2)회로 상의 다양한 물리량 변화를 확인하도록 한다.