전자 - 개별 소자(Discrete devices)의 종류

개별 소자의 종류 : 능동소자와 수동소자

실리콘 기판에 저항, 트랜지스터 등을 인쇄하는 집적회로 integrated circuit, IC 기술이 발전되기 전에는 커패시터, 저항,  트랜지스터, 다이오드 등 각종 개별소자들을 납땜으로 연결하여 전자회로를 제작하였습니다.

전자회로에 사용되는 개별 소자는 그 기능에 따라 수동소자와 능동소자로 구분되고 있으며 각 소자들에 대한 정의는 통일되어 있지 않으므로 인터넷상에서 언급되고 있는 능동 및 수동소자의 정의를 사용하였으며 능동소자와 수동소자에 대해 알아보기로 하겠습니다.

 

능동소자 : 전압, 전류 형태로 에너지를 공급하며 고유 동작을 위해 외부 에너지가 필요한 소자를 말합니다.

능동소자는 에너지를 공급하는 소자 또는 동작을 위해 외부 에너지가 필요한 소자로 정의됩니다. 에너지를 공급한다라는 문장의 의미는 쉽게 이해가 되며, 이런 소자의 예로는 건전지와 같은 전압원을 들 수 있습니다. 그러나 고유 동작을 위해 외부 에너지가 필요하다 라는 문장의 의미는 선뜻 이해되지 않으므로 본 포스팅의 범주에 속하는 소자로는 다이오드와 트랜지스터 등을 들 수 있습니다. 다이오드의 고유의 동작은 정류 특성이며, 트랜지스터의 고유 동작은 증폭입니다. 다이오드 및 트랜지스터가 각각 정류 및 증폭 특성을 나타내려면 특정한 방향의 직류전압이 인가되어야 합니다. 따라서 다이오드 및 트랜지스터는 능동소자에 속합니다.

 

수동소자 : 전압, 전류 형태로 에너지를 저장 또는 유지하는 소자로 고유 동작을 위한 외부 에너지가 필요 없는 소자를 말합니다.

수동소자는 에너지를 저장하거나 유지하는 소자 또는 고유동작을 위한 외부 에너지가 필요 없는 소자로 정의됩니다. 대표적인 수동소자로는 저항, 커패시터, 인덕터가 있습니다. 수동 소자들은 별도의 전압을 인가하지 않더라도 각자의 기능을 수행합니다. 저항체의 경우, 옴의 법칙을 따라서 전류=전압/저항의 기능을 수행합니다. 이때 옴의 법칙을 수행하기 위한 별도의 전압이 필요하지 않습니다. 그리고 저항에는 가해진 전압에 따라 일정한 전류가 흐르며, 커패시터 및 인덕터에는 인가된 전압 및 전류에 의해 전기에너지가 저장됩니다. 수동소자의 예로 저항, 커패시터, 인덕터 등이 있습니다.

 

1) 저항 : 옴은옮은 전선에 흐르는 전류의 양이 전선에 인가된 전압에 비례한다는 것을 실험을 통해 밝혔습니다. 옴은 실험식의 비례 상수를 전자의 흐름을 방해하는 소자의 성질인 저항(R)으로 둠으로써 현재 우리가 사용하고 있는 옴의 법칙을 만들었습니다. 전기 재료에서는 전류의 흐름을 방해하는 물질의 고유의 특성을 저항률이라고 합니다. 저항은 물질의 저항률과 외형에 따라서 값이 달라집니다. 여기서 외형이라고 하는 것은 저항체의 단면적과 길이를 의미합니다.

2) 커패시터 : 커패시터는 절연체 또는 유전체의 양면에 전극을 부착해 놓은 것이라고 생각하면 됩니다. 저항률이 매우 큰 물질을 절연체라고 하는데, 모든 절연체는 전하를 유도하는 유전특성을 가지고 있기 때문에 유전체라고도 합니다. 다시 말하면, 절연특성과 유전특성 중 강조하고자 하는 특성에 따라 절연체 혹은 유전체라고 부를 수 있습니다. 유전체에 직류전압을 인가하면 유전체의 양면으로 전하가 모이는 것처럼 보이는 충전 현상이 발생합니다. 이 현상을 분극이라고 합니다. 교류회로에 연결된 커패시터는 주파수에 반비례하는 저항값 즉, 리액턴스를 갖습니다. 커패시터를 흐르는 전류는 전압의 시간 변화율에 비례합니다.

3) 인덕터 : 인덕터는 자성체 주위를 도선으로 감아 놓은 일정의 코일입니다. 따라서 직류 회로에서 인덕터는 소자를 연결하는 도선으로 생각하면 됩니다. 그러나 교류전류가 인덕터에 흐르면 코일을 관통하는 자속이 시간에 따라 변하면 그 자속의 변화를 방해는 기전력이 코일에 발생한다라는 렌즈의 법칙에 따라 인덕터에 역기 전이 발생합니다. 이 역기 전력은 회로에 흐르는 교류전류의 흐름을 방해합니다. 따라서 교류 회로에서 인덕터는 주파수에 비례하는 리액턴스를 갖게 됩니다. 인덕턴스는 코일을 통과하는 자속 변화의 원인에 따라 두 가지로 구분됩니다. 자속 변화가 코일 자신에 흐르는 전류에 의해 일어날 때는 자체 인덕턴스라고 하고, 결합되어 있는 상대 회로의 전류 변화에 기인할 때는 상호 인덕턴스라고 합니다. 인덕턴스는 코일의 권선 수, 자성체의 투자율 등에 의해 결정되며 그 단위는 [H, 헨리]입니다. 인덕터에는 전류의 시간 변화율에 비례하는 전압이 발생합니다.

 

이상으로 능동소자와 수동소자에 관하여 포스팅을 마칩니다.