02 전자회로 기초 이론

1. 전기회로 기본 용어

전기회로를 이해하기 위한 핵심 물리량과 단위에 대한 정의이다.

전하(Charge, $Q$ )
- 전기를 띤 알갱이(양전하, 음전하)
- 단위: 쿨롱[C]
전류(Current, $I$ )
- 전하의 흐름
- 단위 시간당 흐르는 전하의 양
- 단위: 암페어[A] (1A = 1초 동안 1C 이동)
- 방향: 전압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐름
전압(Voltage, $V$ )
- 전기적 위치 에너지의 차이(전위차)
- 단위: 볼트[V] (1V = 1C의 전하가 1J의 일을 할 때의 전위차)
저항(Resistance, $R$ )
- 전류의 흐름을 방해하는 성분
- 단위: 옴[ $Ω$ ]
- 특징: 길이가 길수록, 단면적이 좁을수록 저항값은 커짐
전력(Power, $P$ )
- 단위 시간당 소비(혹은 공급)되는 전기 에너지
- 단위: 와트[W]. ( $P = V \times I$ )
- 전력량: 일정 시간 동안 사용한 전력의 누적값 (단위: $Wh$ )
SI 단위계
- 공학에서 국제적으로 사용하는 표준 단위계 (접두어: $k$ , $m$ , $μ$ 등 사용)

회로 해석의 기초가 되는 두 가지 핵심 법칙이다.

옴의 법칙(Ohm’s Law): $V = I \times R$
- 전류( $I$ )는 전압( $V$ )에 비례하고, 저항( $R$ )에 반비례한다.
- 식 변형: $I = V / R$ , $R = V / I$
와트의 법칙(Watt’s Law): $P = V \times I$
- 전력은 전압과 전류의 곱이다.
- 옴의 법칙과 결합하여 $P = I^{2} R$ 또는 $P = V^{2} / R$ 로도 표현 가능

전류가 한 방향으로만 흐르는 회로이며, 소자의 연결 방식에 따라 직렬과 병렬로 나뉜다.

직류(DC)	$V$	$I$	$R$
직렬	$V_{T} = V_{1} + V_{2}$	$I_{T} = I_{1} = I_{2}$	$R_{T} = R_{1} + R_{2}$
병렬	$V_{T} = V_{1} = V_{2}$	$I_{T} = I_{1} + I_{2}$	$R_{T}^{- 1} = R_{1}^{- 1} + R_{2}^{- 1}$

정의: 모든 소자가 하나의 경로(지료)로 연결된 회로
전류( $I$ ): 회로 내 모든 곳에서 동일하다. ( $I_{T} = I_{1} = I_{2}$ )
저항( $R$ )**: 전체 저항은 각 저항의 합과 같다. ( $R_{T} = R_{1} + R_{2} + \dots$ )
전압( $V$ )**: 전체 전압은 각 저항에 걸리는 전압의 합과 같다. ( $V_{T} = V_{1} + V_{2} + \dots$ )
- 전압 분배: 저항값이 클수록 더 많은 전압이 걸린다. (비례)

정의: 소자가 여러 경로(분기)로 나뉘어 연결된 회로
전압( $V$ ): 각 병렬 가지에 걸리는 전압은 모두 동일하다. ( $V_{T} = V_{1} = V_{2}$ )
전류( $I$ ): 전체 전류는 각 가지로 흐르는 전류의 합과 같다. ( $I_{T} = I_{1} + I_{2} + \dots$ )
저항( $R$ ): 합성 저항의 역수는 각 저항 역수의 합과 같다. (합성 저항은 가장 작은 저항보다 작아짐)
- 컨덕턴스( $G = 1/ R$ ) 개념을 사용하여 계산하기도 함
소비전력: 직렬이든 병렬이든 전체 소비전력은 각 저항의 소비전력의 합과 같다.

시간에 따라 전류의 크기와 방향이 주기적으로 변하는 회로이다.

직류 vs 교류
- 직류(DC): 시간 경과에도 방향과 크기가 일정
- 교류(AC): 주기적으로 방향과 크기가 변함 (예: 정현파)
주요 개념
- 주기( $T$ ): 신호가 1회 반복되는 데 걸리는 시간 (단위: 초)
- 주파수( $F$ ): 1초 동안 진동(반복)하는 횟수 (단위: $Hz$ )
- 관계식: $F = 1/ T$ , $T = 1/ F$ (역수 관계)
정현파(Sine Wave)
- 교류의 가장 대표적인 파형으로, 단일 주파수를 갖는 신호
기타 파형
- 삼각파(톱니파), 구형파(사각펄스) 등