소자 부품 (저항, 다이오드, 커패시터)

안녕하세요. 메카럽입니다.

이번 포스팅에서는 소자 부품인 저항, 다이오드, 커패시터, 트랜지스터, 가변저항 중 저항, 다이오드, 커패시터에 대해 알아보도록 하겠습니다. 요즘 아두이노에 빠져서 재미있게 배우고 있는데 3D프린터와 접목이 된다면 정말 유용한 부분이 될 것 같아 기대감이 높아지고 있습니다. 아두이노를 배우고 나서 꼭 3D프린터와 접목시켜 좀 더 퀄리티 있는 완성품으로 포스팅 하도록 노력해보겠습니다.

 

■ 소자 부품 : 저항, 다이오드, 커패시터

Blink 예제와 같이 아두이노 단독으로 사용되는 경우가 있지만, 대부분의 예제와 사례들은 아두이노와 함께 주변회로를 구성해주어야 합니다. 소자란 아두이노를 보조하거나, 아두이노와 제어명령을 주고받을 수 있는 구성품들을 통칭하는 말이며, 시제품의 기능과 동작에 기여합니다. 이번 포스팅에서는 빈번히 쓰이는 소자의 종류와 그 특성을 알아보도록 하겠습니다.

◆ 저항

저항은 가장 기초가 되는 전자부품입니다. 말 그대로 저항값만큼의 전류를 막아 너무 많은 전류가 흘러 소자가 손상되는 것을 방지하는 목적이 강하고, 저항값을 통해 제어하고자 하기도 합니다. 저항은 고정 저항, 가변 저항, 반 고정 저항, 어레이 저항 등 크게 네 가지 종류로 나뉩니다. 이 중 가장 많이 접하는 저항이 고정 저항과 가변 저항인데, 가변 저항은 나중에 포스팅하도록 하고 이번 포스팅에서는 고정 저항에 관해서만 알아보도록 하겠습니다.

저항기호(좌), DIP저항(중), SMD저항(좌)

회로상에서 저항에 대한 표기는 위 그림의 왼쪽과 같고 위 그림의 가운데 DIP타입의 저항은 표면에 있는 띠의 색깔을 통해 값을 구분합니다. 위 그림의 오른쪽은 SMD 타입의 저항인데 표면에 찍힌 숫자를 통해 크기와 저항값을 구분합니다.

SMD 저항을 읽는 법은 DIP보다 간단합니다. 세 자리 또는 네 자리로 이루어져 있는데, 세 자리 저항의 경우 R이 있는 값이면 오른쪽 두 자리를 쓰고, R은 소수점 찍기를 해줍니다. R13이라면 0.13Ω입니다. 숫자만 세 개 있는 저항이라면 두 번째 숫자까지를 그대로 쓰고 세 번째 숫자를 10의 N승으로 곱해줍니다. "R"이 소수점이라고 생각하면 되겠습니다. 390이라면 39x10의 0승 으로 39Ω이 됩니다. 네 자리 숫자라면 왼쪽 세 번째 자리까지 그대로 쓰고, 마지막 숫자가 10의 N승입니다. 4700이라면 470x10의 0승으로 470Ω이 됩니다.

저항을 고를 때 한 가지 더 살펴야 할 것은 용량입니다. 인터넷에서 저항을 구매하려고 찾아보면 자항값 외에 다른 수치가 눈에 뜁니다. 가령 1/2W, 1/8W와 같은 수치들인데 이 수치들은 저항의 용량으로 와트 단위(W)로 표기됩니다. 다음 그림은 5V 전원에 100Ω 저항이 달린 회로를 나타낸다. 전류는 0.05A가 흐르는데, 이에 따라 소모되는 저항의 용량은 0.25W입니다. 즉, 0.25W 이상의 것을 써야 저항이 터버리거나 심한 발열이 일어나지 않는다는 이야기입니다. 이 회로에서는 1/2W, 즉 0.5W 정도의 저항을 선정해야 적절하다고 판단됩니다. 같은 값의 저항일지라도 1/2W 저항과 1/8W 저항은 눈에 띌 정도로 크기의 차이가 있습니다.

저항용량 계산

SMD 저항 또한 그 크기가 다릅니다. 가장 작은 크기의 0402부터 가장 큰 6332까지가 있는데, 이 또한 저항 용량에 따라 달라집니다. 저항의 수치는 가로x세로 길이를 나타내며, 1005는 1/16W, 2012는 1/8W, 3216과 3225는 1/4W, 5025는 1/2W, 6332sms 1W의 용량을 가집니다.

SMD 저항 크기에 따른 분류

 

 

◆ 다이오드

다이오드는 전류를 한쪽으로만 흘려주고, 다른 방향은 차단합니다. 다이오드는 저항과 달리 극성이 있는데 (+)극을 애노드, (-)극을 캐소드라고 부르며, 기호는 다음 그림과 같고 이에 대응하는 DIP 다이오드이며, 캐소드에 흰색 띠가 둘려 있습니다. 다이오드는 주로 한쪽으로 전류가 흐르지 못하도록 구성하는 데 필요합니다. 회로상에서 발생할 수 있는 역전류로 인한 손상을 방지하기 위함입니다.

다이오드 기호(좌), DIP 다이오드(중), SMD 다이오드(우)

다이오드는 종류가 꽤 많은 편인데, 독자들은 대개 정류 다이오드와 발광 다이오드(LED)를 많이 접하게 될 것입니다. 빈번하게 접하는 정류 다이오드는 1N4001, 1N4002, 1N4007 등 다양한 종류가 있습니다. 이들의 숫자는 전류 용량과 내압 특성에 따라 나뉩니다. 1N4001과 1N4002는 전류 용량은 1A로 동일하지만, 내압 특성이 각각 50V, 100V입니다. 1N4007 또한 전류 용량은 1A이지만 내압이 1000V로 높습니다.

 

◆ 커패시터

커패시터는 저항, 다이오드와 함께 빈번하게 접하는 소자입니다. 콘덴서라고도 불리는데, 아주 작은 배터리와 같은 소자로 주로 전원부나 회로의 잡음이 발생하기 쉬운 곳에 연결되어 짧은 시간 동안의 전압 변화를 완화하는 역할을 합니다. 가령 소켓 속에 있는 배터리가 어떤 충격으로 인해 접점에서 잠깐 떨어졌다가 다시 붙었다고 생각해보면 이럴 경우 회로에 전력 공급이 중단되어 그간 처리한 일들이 날아갈 경우가 발생합니다. 이런 경우를 막기 위해 달거나, 저항과 함께 특정 주파수 대역만 통과시키는 필터로 사용하기도 합니다.

전해 커패시터는 저렴한 편이라 1㎌보다 낮은 용량은 세라믹 커패시터를 사용하고 이보다 높은 용량은 전해 커패시터를 적용하기를 권장합니다.

커패시터를 사용하며 주의해야 할 점이 두 가지 있습니다. 하나는 극성이고 다른 하나는 내압 성능입니다. 커패시터는 극성이 있는 것과 없는 것으로 나뉘는데, 세라믹 커패시터는 무극성, 전해 커패시터는 유극성입니다. 전해 커패시터의 두 다리 중 긴 쪽이 (+)극입니다. 두 번째는 내압 성능인데, 이는 "35V 1000㎌"와 같이 커패시터 표면에 용량과 함께 쓰여 있습니다. 극성이 맞지 않거나 내압 성능보다 높은 전압이 인가되면 커패시터가 "뻥"터져 버리는 경우가 있으니 매우 주의해야 합니다.

세라믹 커패시터(좌), 전해 커패시터(우)

전해 커패시터는 내압과 용량을 표기하기에 충분한 크기를 갖고 있지만, 세라믹 커패시터는 그렇지 않은 편입니다. 그래서 저항처럼 표면에 숫자로 그 용량을 표기하고 있는데, 저항 읽는 법과 비슷합니다. 숫자가 "XYZ"라면 두 앞자리 XY는 그대로 가져가고 마지막 한 자리 Z는 10의 Z승이 됩니다. 이 둘을 곱하여 피코패럿(pF)으로 읽습니다. 472이면 47x10의 2승으로 4,700pF입니다. 이를 마이크로 단위로 환산하면 0.0047입니다.