저항기란 무엇인가? 원리부터 계산까지 완전 정복

저항기(Resistor)란?

저항기는 전기회로에서 전류의 흐름을 제한하는 가장 기본적인 수동소자입니다. 단순해 보이지만 회로의 동작 안정성과 신호 조절, 전력 분배 등 핵심적인 역할을 수행합니다. 전자공학과 전기공학의 기초를 이해하려면 저항기에 대한 정확한 이해가 필수적입니다.

1. 저항기의 기본 원리

저항기는 전류의 흐름을 방해하는 소자로, 옴의 법칙(Ohm’s Law)에 따라 다음과 같은 관계식을 가집니다.

$V = IR$

여기서,

$V$ : 전압 (Voltage) $[V]$
$I$ : 전류 (Current) $[A]$
$R$ : 저항 (Resistance) $[\Omega]$

이 관계식은 저항기뿐 아니라 모든 선형 회로 소자의 기본이 되는 법칙입니다.

2. 저항기의 종류

2.1 고정 저항기 (Fixed Resistor)

값이 변하지 않는 저항기이며, 탄소 피막, 금속 피막, 금속 산화물형 등이 일반적입니다.

2.2 가변 저항기 (Variable Resistor)

저항값을 조정할 수 있는 저항기로, 대표적으로 포텐셔미터(Potentiometer), 트리머(Trimmer)가 있습니다.

2.3 특수 저항기

NTC 서미스터: 온도가 오르면 저항이 감소
PTC 서미스터: 온도가 오르면 저항이 증가
LDR (광저항기): 빛의 세기에 따라 저항이 변동

3. 저항값 표시 방법

3.1 컬러 코드(Color Code)

4색 띠 기준:

첫 번째 색: 첫 번째 숫자
두 번째 색: 두 번째 숫자
세 번째 색: 곱하는 값
네 번째 색: 허용 오차

예: 갈-흑-적-금 → 1, 0, ×100 = $10 \times 100 = 1000 \Omega$ , 오차 ±5%

3.2 숫자 표기

SMD(Surface Mount Device) 타입은 숫자로 표기:

예: 472 → $47 \times 10^2 = 4700 \Omega$

4. 직렬과 병렬 연결

4.1 직렬 연결 (Series)

$R_{total} = R_1 + R_2 + \cdots + R_n$

전류는 동일하며, 전압은 저항값에 비례하여 분배됨.

4.2 병렬 연결 (Parallel)

$\frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \cdots + \frac{1}{R_n}$

전압은 동일하며, 전류는 저항값에 반비례하여 분배됨.

5. 전력 소비 계산

저항에서 소비되는 전력은 다음과 같이 계산됩니다.

$P = I^2R = \frac{V^2}{R} = VI$

전력 허용치를 초과하면 저항기는 과열되어 파손될 수 있으므로 주의가 필요합니다.

6. 실제 활용 예

LED 전류 제한용 저항기
전압 분배 회로
센서 보정 회로
Pull-up/Pull-down 회로 구성

7. 예제 문제

초급 문제 (2문제)

문제 1: 12V 전원을 1kΩ 저항에 연결했을 때 흐르는 전류는?

$I = \frac{V}{R} = \frac{12}{1000} = 0.012\ \text{A} = 12\ \text{mA}$

문제 2: 회로에 3개의 저항 100Ω, 200Ω, 300Ω이 직렬로 연결되어 있다. 전체 저항값은?

$R_{total} = 100 + 200 + 300 = 600\ \Omega$

중급 문제 (2문제)

문제 3: 220Ω과 330Ω의 저항이 병렬로 연결되었을 때 합성 저항은?

$\frac{1}{R} = \frac{1}{220} + \frac{1}{330} \Rightarrow R \approx 132\ \Omega$

문제 4: 저항 470Ω에 5V 전압이 걸릴 때, 소비되는 전력은?

$P = \frac{V^2}{R} = \frac{5^2}{470} \approx 0.053\ \text{W}$

고급 문제 (2문제)

문제 5: 다음 회로에서 전압 분배로 얻어지는 출력 전압은?
입력 12V, $R_1 = 1k\Omega, R_2 = 2k\Omega$

$V_{out} = V_{in} \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2} = 12 \cdot \frac{2000}{3000} = 8V$

문제 6: 100Ω 저항기의 허용 오차가 ±10%라면 실제 저항값의 범위는?

$100 \pm 10% = 90\ \Omega\ \sim\ 110\ \Omega$

8. 결론 및 실무 팁

저항기는 단순한 구조지만 회로에서 없어서는 안 될 핵심 부품입니다.
저항값 선정 시 전류 제한, 전력 허용치, 회로의 목적을 모두 고려해야 합니다.
실제 회로 제작 시엔 여유 전력의 2배 이상을 고려한 저항을 사용하는 것이 안전합니다.

25_07_29_5 Download

회로 해석의 핵심, 키르히호프의 법칙 완벽 정리

← Prev Next →

analtech