소자들을 활용한 회로의 종류

선형회로와 비선형 회로

 기본적으로 저항, 리액터, 콘덴서와 같이 수동소자만을 사용한 회로를 선형회로라고 합니다. 전류와 전압의 관계가 선으로 형성되기 때문입니다. 수동소자를 선형소자라고도 합니다. 선형소자에다가 다이오드, 트랜지스터 등의 능동소자가 들어간 회로를 비선형 회로라고 합니다. 역시 능동소자의 그래프가 선형이 아닌 곡선으로 나오기 때문입니다. 하지만 특정 지점에서 기울기를 구하고, 수동소자로 등가회로를 구성하게 되면 선형회로의 해석법으로 해석이 가능합니다. 

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RLC 직렬공진회로

 RLC란 각각 저항(Resistor), 코일(리액터), 콘덴서(Capacitor)를 말하며, 이 세 가지 소자가 같이 들어있는 회로를 RLC라고 합니다. 또한, 공진이란 동시에 진동한다는 뜻입니다. RLC 회로에서는 공진하는 소자는 코일과 콘덴서입니다. 코일은 전자기 유도 성질이 있어 전류를 조절하고, 콘덴서는 정전유도의 성질이 있어 전압을 조절합니다. 이런 두 가지의 성질이 만나는 지점이 공진의 조건이 됩니다. 

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 교류회로에서는 회로의 합성저항을 임피던스라고 합니다. 저항과 리액턴스를 값만 가진 스칼라가 아닌 방향까지 고려한 벡터적인 방법으로 합성한 임피던스 Z=R+(XL-XC)로 표시합니다. 공진의 조건은 두 개의 리액턴스가 같아지는 XL=XC 즉, X값이 0이 되는 것이 조건입니다. 공진 상태에서 임피던스는 Z0=R+j0이며, 전류가 최대치가 될 때 공진 상태가 되고, 공진 주파수는 공진 상태를 만드는 주파수를 말합니다. 

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IC 집적회로

 집적회로란 작은 기판 위에 트랜지스터나 저항 등의 회로 소자를 많이 접적하여 하나의 회로로 동작이 가능하게 만든 것입니다. 이러한 집적회로는 작기 때문에 회로가 들어간 기기가 소형화되며 비교적 가격이 저렴합니다. 작은 기판에 들어가다 보니 좀 더 효율적으로 구성돼 기능이 확대되고, 교환이 간편합니다. 하지만 작다 보니 전압이나 전류에 약하며 열에도 취약합니다. 그렇기 때문에 취급에 주의가 필요합니다. 

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귀환 증폭회로

 귀환이란 영어로 feedback으로 증폭회로에서 출력의 일부를 입력 쪽으로 돌리는 것을 말합니다. 이때 귀환은 정귀환과 부 귀환으로 나뉩니다. 정귀환(양의 피드백)은 입력신호 V1과 귀환신호 V2가 같은 위상(+,+/-,-)인 것으로 입력신호를 더욱 증가시킵니다. 이는 주로 발전 회로에 사용됩니다. 부 귀환(음의 피드백)은 정귀환과 반대로 입력신호 V1과 귀환신호 V2의 위상(+,-/-,+)이 다른 것으로 입력신호를 상쇄하거나 감소시킵니다. 주로 증폭회로에 사용됩니다.

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[그림1] - 부귀환 회로의 구성 및 각각의 비율, 정귀환은 피드백되는 Vf가 +인 경우입니다.

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 부 귀환이 사용되면 몇 가지 특징이 있습니다. 먼저, 부 귀환으로 인해 온도 변화로 일어나는 소자의 값 변동을 막을 수 있습니다. 원래는 트랜지스터의 비선형 특징으로 인해 출력신호에 왜곡이 나타날 수 있으나 부 귀환으로 출력이 입력에 비례하도록 할 수 있습니다. 또한, 회로의 잡음을 줄여 불필요한 전기신호의 영향을 감소시킬 수 있습니다. 

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연산증폭회로

 연산증폭기는 부 귀환의 방법에 따라서 덧셈이나 적분 등의 연산기능을 가지게 할 수 있는 고이득의 직류증폭기입니다. 이와 다르게 2개의 입력단자에 가해진 2개의 신호의 차이를 증폭시키는 차동증폭기라는 회로도 있습니다. 이상적인 연산증폭기 회로는 이득이 무한대이며 입력되는 임피던스, 대역폭도 무한대인 회로입니다. 이와 반대로 출력 임피던스는 0이며 낮은 전력 소비, 온도, 전압 변화에 대한 영향도 적으며, 오프셋도 0인 회로입니다. 연산증폭회로에는 CMRR이라는 개념이 있습니다. 이는 동 위상 신호 제거비로 차동 이득을 동 위상 이득으로 나눈 값입니다. 

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 이상적인 연산증폭기와는 반대로 일반적인 연산증폭기는 증폭 도가 1만배 이상으로 대단히 크며, 입력 임피던스가 크고, 출력 임피던스는 매우 작습니다. 차등 증폭회로로 되어 있으며 출력 전압은 입력전압과 증폭에도 비례합니다.

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발진회로

 발진이란 정해진 공간에서 주기적으로 반복하는 운동을 말합니다. 발진회로는 증폭이나 정귀환을 이용한 주파수 발생의 신호원으로서 아무것도 없이 교류 신호를 반복하여 만들어 낼 수 있습니다. 대표적으로 LC 발진기, RC 발진기 등이 있으며 여기에도 리액터와 콘덴서, 저항과 콘덴서가 사용됩니다. 입력신호 없이도 유한한 신호를 만들어내며, 주파수에 의존적으로 정귀환이 사용됩니다.

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변조와 복조 회로

 변조는 음성과 같은 신호정보를 전송하는 매체의 특성에 맞게끔 신호정보의 변위, 주파수, 파형 등을 적절하게 변형하는 것입니다. 이렇게 신호정보는 변조되어서 목적지로 전송되고 변조된 정보를 복조하여 다시 신호 정보로 변환하게 됩니다. 변조하는 이유는 신호정보를 조금 더 강화하기 위해서입니다. 더 먼 곳으로 정보를 보내고, 노이즈의 간섭에도 변형이 없도록 하며, 조금 더 쉽게 전송하기 위해서입니다. 변조의 방식에는 라디오를 생각하시면 편합니다. AM(진폭 변조), FM(주파수 변조), PM(위상 변조), QAM(진폭과 위상 변조)이 있습니다. 변조하는 변수에 따라 이렇게 나눌 수도 있지만, 아날로그냐 디지털이냐, 선형이냐 비선형이냐 등 다양한 변조 방식이 있습니다.

 

전기회로의 재료, 전기소자

 

전기의 정체