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Electrical Components

Electrical Components. Yongsik Lee. Electronics Basics. 전자와 전하 전위 , 전위차 , 전류 도체와 절연체 저항 전지 직류와 교류 전력과 전력량 전류의 열작용 전자과학 , 2004. 3 월호 117-128 쪽. 전자와 전하. 전자의 성질 전하량 e = -1.602 x 10 -19 Coulomb 질량은 양성자의 1/1700 Me = 9.109 x 10 -31 kg 전자의 흐름 돈과 같이 유통되면서 다양한 작용을 한다

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Presentation Transcript

  1. Electrical Components Yongsik Lee

  2. Electronics Basics • 전자와 전하 • 전위, 전위차, 전류 • 도체와 절연체 • 저항 • 전지 • 직류와 교류 • 전력과 전력량 • 전류의 열작용 • 전자과학, 2004. 3월호 117-128쪽

  3. 전자와 전하 • 전자의 성질 • 전하량 e = -1.602 x 10-19 Coulomb • 질량은 양성자의 1/1700 • Me = 9.109 x 10-31 kg • 전자의 흐름 • 돈과 같이 유통되면서 다양한 작용을 한다 • 전류는 양극에서 음극으로 흐른다고 표시하지만 • 전자는 음극에서 양극으로 흐른다

  4. 전위, 전위차, 전압 • 전하를 이동시키는 힘의 크기 • 연결된 물통 • 수면의 높이 = 전위 • 수면의 높이 차이 = 전위차 • 단위는 볼트 (Volts) • 전류 • 전자의 흐름 • 일초에 일 쿨롱의 전하가 이동하면 1 A • 전자 일 몰의 전하 = 1 Faraday = 96500 C/mole

  5. 도체와 부도체 • 전류를 통하는 물질 • 자유전자(전하)가 있다 • 고체에서는 전자 • 용액에서는 이온 • 순수한 물은 부도체 • 전도성 고분자 • 파이 전자를 활용 • 얇은 산화막 주의 • 알루미늄은 도체지만, 산화알루미늄은 부도체

  6. 저항 • 전하가 흐르기 어려운 정도를 ohmn으로 표시 • 금, 은, 구리는 저항이 작고 • 유리, 플라스틱은 저항이 크다 • 같은 물질도 상태에 따라 저항이 다르다 • 같은 굵기면 길수록 저항이 크다 • 길이가 같으면 가늘수록 저항이 크다 • 온도가 올라가면 저항이 커진다 • 사다리 빠져 나가 달리기 • Room temperature super conductor

  7. 전지의 접속 • 화학적 작용에 의해서 전하 이동을 유도 • 일정 전위차를 유지하는 펌프역할 • 기전력(electromotive force, emf) • 전지의 연결 • 용량은 달라도 기전력은 같다. • 펌프의 퍼올리는 수량의 문제 • 병렬 접속 –많은 수량, 같은 기전력 • 직렬 접속 –같은 수량, 높은 기전력

  8. 직류와 교류 • 전류 • 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다 • 직류 • 방향과 크기가 일정 • 방향은 일정하고 크기가 바뀌면 맥류라고 부르기도 한다 • 교류 • 크기와 방향이 시간에 따라 변화 • 진폭과 교류 주파수를 가진다

  9. 교류와 직류의 비교 • 직류 • 전지, 휴대성, 소형화 가능 • 전하의 이동 방향 조절 가능 (도금) • 직류 모터 • 기동력이 큰 모터를 만들 수 있다 • 교류 • 변압기 사용 가능 • 높은 전압을 사용하면 손실이 적다 • 교류 주파수 50/60 Hz • 교류 파형 – sinusoidal, square wave, ramp, sawtooth • Figure 2-5

  10. Electrical Power • 전력 • 전기적인 일을 하는 시간당의 능률 • 일초에 일Joule의 전기적 일을 하면 일 watt • 100W lamp vs. 500W heater • 전구 5초 켠 경우와 전열기 1초 켠 경우 • 전체적인 일의 양은 같다. (500J) • 일초당 내는 에너지의 능률은 전열기가 크다 • 기구의 허용전력을 확인 • W = VI = (IR)I

  11. 전력량 • 전기에너지의 총량 • 전력량 = 전력 x 시간 • 전류의 열작용 • 전자와 원자(lattice)의 충돌이 열로 발산 • 주울 열이라고 부름 • 저항에 비례하고 전류의 제곱에 비례

  12. 일반 탈질조 일반 폭기조 담체 탈질조 담체 탈질조 2A. Direct Current Circuits

  13. Laws of Electricity • Ohm’s Law • V=IR • Volatage = current x resistance • Kirchhoff’s Law • 회로 어느 한 지점에서 전류의 algebraic sum 은 0 이다. • 닫힌 전기회로의 전압의 algebraic sum은 0 이다. • Power Law • P = IV

  14. 용어 기호 단위 명칭 전류 I A 암페어 전압 V V 볼트 저항 R W 옴 전력 P W 와트 • 기초 공식 • 옴의 법칙: I = V/R , V=IR • 전력: P=I2R = IV = V2/R I V • 기초 용어

  15. Kirchhoff’s Law • 키히리호프의 법칙 • 1 법칙(전류법칙): 접속점의 총전류는 영 • 전하는 더 이상 나누어지거나 생겨나지 않는다 • 2법칙(전압법칙): 폐회로의 총 전압강하는 영 • 저항의 접속 • 직렬: Ro = R1 + R2 + R3 + •••••• • 병렬: 1/Ro = 1/ R1 + 1/R2 + 1/R3 + ••••••

  16. 전압계 • 배율기, 내부저항 Vo R: 내부저항 Rm:배율기저항 V V • 전류계 • 내부저항

  17. Basic DC Circuits • 적용 예 • 직렬저항회로와 병렬저항회로 • Series circuits • 전지, 스위치, 직렬저항으로 구성 • Voltage dividers (selector type) • Potentiometer (continuously variable)

  18. Parallel Circuit • Current divider • Current splitting eqn. • 두 개의 병렬 저항기에서 한 저항기에 흐르는 전류의 분율 • I2/I = R2/(R1+R2)

  19. Measurement

  20. Dc I, V, and R measurements • Digital Voltmeter • Digital voltmeter (DVM) • Digital multimeter (DMM) • V, I, R 측정 가능 • DVM의 구성 • Integrated Circuit • ADC • Power supply (battery) • LCD display

  21. Advantages of DVM • DVM의 편리한 점 • 소형 • 값이 싸다 • 높은 입력 저항(1010– 1012 Ω)을 가진다 • 교과서 그림 2-4

  22. Loading Error • in potential measurement • The presence of the meter perturb the circuit • Cannot be completely eliminated • Meter resistance should be larger than the source resistance • Typical DMM; Rm = 1010-1012 ohm • In current measurement • Error decreases as Rstd/RL becomes smaller

  23. 2E. Readout devices • Oscilloscope • Cathode-Ray Tube (CRT) • Chart Recorder • Alphanumeric Display Unit

  24. Oscilloscope • Essential diagnostic tool • types • Analog Oscilloscope • Digital Storage Oscilloscope (DSO) • http://www-ph.postech.ac.kr/Edulab/gen-phy2/exp2/exp2-2.html

  25. Schematic of a CRT

  26. Instruments • Oscilloscope의 내부 구조 • 음극선관(CRT: cathode ray tube), • 수직증폭기(vertical amplifier), • 수평증폭기( horizontal amplifier), • 시간축 톱니파 발진기(Sweep generator)

  27. Horizontal Control • Sweep rate • Trigger control

  28. Cathod Ray Tube

  29. Chart Recorders • Servo system • A null device that compares two signals • Then makes a mechanical adjustment that reduces their diff=0 • Paper is moved at a fixed speed • Strip chart / X-Y recorder

  30. Typical Chart Recorder • Chart speed • 0.1 to 20 cm/min • Voltage range • 1 mV to several volts • Digital recorders use stepper motor

  31. Alphanumeric Display • 7 segment readout device • 15 segment readout device • LED or LCD

  32. LED Alphanumeric Display • LED • Readable at low ambient light • Bright Self-emitting light • Consume more power • If battery powered, not recommended

  33. Homework • Problem 2-7

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