[Circuit] 0. 회로이론 목차

in Study on HW

2024SS HGU 회로이론 강의, 뽕교수의 회로이론 강의

1. 정의 정리

1.1 물리량

전하, 전류, 전압, 전력, 에너지 이들의 개념(정의)와 단위, 기호, 표시(계산)을 정리한다.

전하

Charge : 1개의 전자 = \(-1.602 * 10^{-19}\) [C]

  • \(6.24 * 10^{18}\)개의 전자 = -1 [C]
  • 단위: [C] Coulomb
  • 기호 : Q/q

전류

전류란 전하의 이동을 뜻한다.

  • 기호 : I/i, intensity?
  • 전류의 표시 : 기준방향을 화살표, 전류의 세기를 값으로 하여 표시한다.

두 수학적 정의가 존재하는데, 1) 시간에 대한 전하의 변화량

  • \(i = dq/dt\) [C/S = A(amphere)] 2) 단위시간에 도체의 단면을 통과하는 전하량
  • \[I = Q/t\]
  • \[Q(t,t0) = \sigma{t, t0}i dt\]
  • 전류의 종류
    • 직류(dc: direct current) : 한쪽 방향으로만 흐르는 전류, 시간에 따라 값이 일정하다. ac
    • 교류(ac: alternating current) : 시간에 따라 흐르는 방향이 변하는 전류, 정현파 형태의 전류를 일컫는다. dc

전류의 두 정의는 직류일 때 동일하지만, 교류일 때는 1번 정의가 정확하다.

전압

전압이란 곧 전위차이다.

  • \(v = dw/dq\) [J/C = V(volt)]
  • \(V = W/Q\) : 전압이 일정할 경우

전압의 표시

  • 부호 : 기준점(-)과 상대점(+)

  • 값 : 전하의 크기 voltage 위 사진은 동일한 상태를 가리킨다.

  • 오류 4가지
    • 전압은 전기의 압력이다
    • 전압은 전류를 흐르게 하는 힘이다
    • 전류의 세기는 전압에 비례한다
    • 전류는 높은 전위에서 낮은 전위로 흐른다

전력과 전력량

전력은 에너지(전력량)가 소모되는 비율이다

  • \(p = dw/dt\) [J/s = W(watt)]
  • \(P = \frac{W}{t}\) : 전력이 일정할 경우

전력의 계산

  • \(p = vi\) power

1.2 회로

회로(시스템)이란 주어진 목적을 위해, 정해진 방법에 따라 상호접속된 소자들의 모임이다. 그렇다면 ‘소자’란 무엇인가?

수동소자와 능동소자

에너지를 공급(w<0)하면 능동소자이고, 에너지를 소비(w<=0)하면 수동서자이다. 능동소자의 예로는 전원이 있고, 수동소자의 예로는 저항과 인덕터, 커페시터가 있다.

직류회로와 교류회로

능동소자(전원)의 종류에 따라 회로는 직류회로와 교류회로로 나뉜다.

정적회로와 동적회로

한편, 수동소자에 따라 정적회로와 동적회로로도 나뉜다. circuit

회로해석이란 위와 같은 회로에서 임의의 지점의 v, i, p, w를 구하는 것이다. \(p = vi = \frac{dw}{dt}\)이므로, v와 i만 알면 두 값의 곲으로 p를, p의 적분으로 w를 구할 수 있다.

회로는 결국 상호접속된 소자들의 모임이기 때문에, 소자법칙과 연결법칙을 이해하면 간단하다. 소자법칙은 각 소자에서의 v와 i의 관계를 이해하는 것이다 : v = f(i) 연결법칙은 KCL, KVL, Mesh 등 연결관계를 이해하는 것이다.

직렬연결과 병렬연결

직렬연결이란 하나의 노드에 단지 2개의 소자만 연결된 것을 말한다. 아래 그림에서 b만이 직렬연결이다. node
병렬연결은 한 쌍의 노드에 둘 이상의 소자가 연결된 것을 말한다. 위 그림에서 c와 d 사이에 연결된 두 저항이 있기 때문에 병렬연결이다.

1.3 전원

전원은 에너지를 발생시키는 장치이다. 전원의 종류는 1) 소자전압 혹은 소자전류가 일정하게 유지되는지(전압원과 전류원)와 2) 그 값이 회로와 무관한지(종속원과 독립원)로 분류되어 총 4가지로 나뉜다.

이제 각 전원(능동소자)에서의 v와 i의 관계식을 살펴보자.

독립전압원

전압원(전류와 관계없이 전압이 일정한 2단자 소자) + 독립원(소자전압값이 회로와 무관)

  • v = 상수

독립전류원

전류원(전압과 관계없이 전류가 일정한 2단자 소자) + 독립원(소자전류값이 회로와 무관)

  • i = 상수

종속전압원

전압원(전류와 관계없이 전압이 일정한 2단자 소자) + 종속원(소자 전압값은 회로의 다른 소자 전압값에 의해 결정)

종속전원의 종류

  • VCVS
  • VCCS
  • CCVS
  • CCCS

종속전류원

전류원(전압과 관계없이 전류가 일정한 2단자 소자) + 종속원(소자 전압값은 회로의 다른 소자 전압값에 의해 결정)

Questions

Q1. 독립전압원이 교류전원일 경우 어떻게 되나요?