회로요소

회로요소는 전기회로를 구성하는 소자를 뜻한다.

회로요소는 크게 전기에너지를 가해서 회로에 전류를 흐르도록 해주는 전원과 흐르는 전류에 관한 소자로 나뉜다. 전원은 전압원(voltage source)과 전류원(current source)으로 나뉘고 소자는 능동소자(active components)와 수동소자(passive components)로 나뉜다.

전압원은 회로를 구성하는 소자들에 관계없이 일정한 크기의 전압을 회로에 걸어줄 수 있는 전압이 이상적이며, 흔히 전원이라고 하면 전압원을 뜻한다. 전압원의 종류에는 직류전압원과 교류전압원이 있다. 직류전압원은 흔하게 볼 수 있는 건전지 등이 예가 될 수 있으며, 모터를 돌려 발전하는 경우 전기는 교류전압원에서 나오게 된다. 일반적으로 가정용 전기는 발전소에서 공급받기 때문에 교류전압원이다. 전류원은 회로를 구성하는 소자들에 관계없이 일정한 크기의 전류를 회로에 흘려보내 줄 수 있는 전류원이 이상적이다. 건전지 등 일반적인 전기에너지원은 대부분 전압원이며, 전류원을 구성하기 위해서는 그 자체를 위한 전기회로를 꾸며야 한다.

능동소자는 전류 또는 전기신호를 정류(rectify)하거나 증폭(amplify)하는 등, 신호를 처리하는 기능을 가진 다이오드, 트랜지스터 등을 말한다. 수동소자는 공급된 전력(power)을 저장, 방출, 또는 소비하는 등, 주어진 전기신호나 전력에 대해 능동적으로 제어를 가하지 않는 소자들인데, 저항(resistor), 축전기(capacitor), 인덕터(inductor)가 대표적인 수동소자들이다.

저항은 전류를 열에너지로 변환시킴으로써 전류의 흐름을 방해하는 소자이며, 보통 R로 표기한다. 그림 1은 회로에서 저항을 나타내는 기호를 보여 준다. 맨 왼쪽은 일반적인 저항을 나타내는 기호이며, 중간 것은 저항에 흐르는 전류의 크기를 조절할 수 있는 가변저항(rheostat)을 나타내는 기호이다. 맨 오른쪽은 저항에 걸리는 전압의 크기를 조절할 수 있는 가변저항(potentiometer)을 나타낸다.

그림 1. 저항을 나타내는 기호들 ()

인덕터는 전자기유도 현상을 이용하여 전류의 시간에 따른 변화로 유도기전력을 형성할 수 있게 고안된 소자이며, 보통 L로 표기한다. 가장 간단한 인덕터로 고리 모양의 도선 또는 코일이 있으며 고리 모양 코일을 여러 개 겹쳐서 감아 놓은 솔레노이드는 가장 흔히 쓰이는 인덕터의 한 형태이다. 인덕터는 회로에 전압이 연결되는 순간 흐르기 시작하는 전류의 방향에 반대 방향의 기전력을 형성함으로써 회로에 흐르는 전류가 급격하게 변화하는 것을 방지하는 역할을 하기도 한다. 그림 2는 회로에서 인덕터를 나타내는 기호를 보여 준다. 일반적으로 왼쪽에 있는 고리 모양의 기호를 사용하지만 오른쪽의 반원형 기호를 사용하기도 한다.

그림 2. 인덕터를 나타내는 기호들 (출처:한국물리학회)

축전기는 전하를 저장해 두는 소자로서, 두 도체판이 가까운 거리에서 서로 떨어져 있고, 그 사이에는 보통 절연체가 채워져 있어 전기적 연결을 막는다. 축전기에 전압이 걸리면 각 판의 표면과 절연체의 경계 부분에 부호는 반대이고 전하량의 크기는 같은 전하가 비축된다. 직류회로에서 축전기는 충전되거나 방전되는 동안에만 과도전류(transient current)가 흐르고, 정상상태(steady state)에서는 전류가 흐르지 않으므로 축전기가 있는 부분은 끊어져 있는 것과 마찬가지이다. 하지만 교류회로에서 축전기는 저항, 인덕터와 함께 임피던스를 구성하는 주요 회로요소이다. 기호로는 보통 C로 표기한다. 그림 3은 회로에서 축전기를 나타내는 기호를 보여 준다. 맨 왼쪽은 일반적인 축전기를 나타내는 기호이며, 중간 것은 대전판에 축전되는 전하의 종류가 정해져 있는 극성 축전기(polar capacitor)를, 맨 오른쪽은 전기용량을 조절할 수 있는 가변축전기(variable capacitor)를 나타낸다.

그림 3. 축전기를 나타내는 기호들 ()