저항기(Resistance)의 설명/개요

저항기(Resistance)의 설명/개요

저항기(Resistance)

•저항기의 개요

저항기란 전류의 흐름을 억제하는(흐름을 곤란하게 하는) 기능을 가지고 있다.

회로도의 기호로는 으로 표시한다. 저항값의 단위는 ohm(Ω:옴)이 사용된다. 그리고, 1000Ω은 1kΩ(킬로옴), 1000kΩ은 1MΩ(메가옴)이라 부른다.

 

저항기는 크게 고정저항기와 가변저항기로 나누어진다(이에 대해서는 나중에 설명한다). 그리고 사용하는 재료에 따라 탄소계와 금속계로 분류된다.

 

저항기를 사용하는 경우에 중요한 포인트는 저항값은 물론이거니와, 정격전력, 저항값 오차가 있다.

정격전력이란 저항기가 견딜 수 있는 소비전력(W:와트)으로, 전력은 전류의 제곱(I2)×저항(R)으로 구할 수 있으며, 이 이하로 사용하지 않으면 저항기가 열을 발생하게 되고 결국 타버리는 경우도 흔히 있다.

전자회로에서 흔히 사용되는 것으로 1/8W, 1/4W, 1/2W 등이 있다.

전자회로의 신호회로(미약전류)에서는 너무 의식할 필요없이 1/8W로 충분하지만, 전원회로, 발광 다이오드의 전류제어용과 같은 저항기에는 생각보다 큰 전류가 흐르기 때문에 정격전력을 염두에 둘 필요가 있다.

 

•정격전력

예를 들면 12V의 전원전압을 사용하고, 5V에서 동작하는 회로를 동작시키려는 경우를 생각해 보자. 이와 같은 경우, 보통은 3단자 레귤레이터 등을 사용하지만, 간단히 저항기만으로 전압을 떨어뜨리려고 한 경우, 저항기의 저항값 이외에, 정격전력도 계산해 둘 필요가 있다.

 

이때, 5V에서 동작하는 회로의 소비전류를 모르면 계산할 수 없다. 부품의 규격표로에서 조사하거나, 시험 삼아 회로를 만들어 테스터로 측정해 보는 방법 등으로 구한다.

여기서는 그 소비전류가 100mA였다고 하자.

저항값은 12V에서 5V로 낮추는 것이므로, 저항기에 7V가 걸릴 필요가 있기 때문에 7V÷0.1A=70Ω가 된다.

이 저항기에서의 소비전력은 70Ω×0.1A×0.1A(또는 7V×0.1A)=0.7W로 된다.

계산상으로 구해진 소비전력보다 여유가 있는 정격전력의 저항기를 선택한다. 이 경우 1W가 적당할 것으로 생각한다.

기본적으로는 소비전력의 2배 정도에 해당하는 정격전력의 저항기를 사용하는 편이 무난하다.

1/8W의 저항기로는 어느 정도의 전류를 취급할 수 있는지를 계산해 보면,

47kΩ 저항의 경우, √0.125W÷47KΩ=√2.66×10-6=1.63×10-3=1.63mA로 된다. 전자회로의 신호회로에서 47kΩ에 이러한 전류가 흐르는 경우는 드물다(흐를 때는 1.63mA×47kΩ으로 되어 76.6V가 걸리는 경우이다).

 

•저항값

저항값의 표준에 대해서는 우리나라 KS 규격으로도 정해져 있지만, KS 규격은 그 대부분이 일본 JIS 규격을 모방하고 있으며, 실제로 업계에서는 JIS 규격을 훨씬 많이 이용하고 있다.

그래서 여기서도 JIS를 기준으로 설명한다. 저항값의 표준은 JIS C5001에서 E 표준 계열로 정해져 있다. 이것은 10을 대수적으로 몇 등분하여 정해져 있다.

예를 들면 E3의 경우, 10을 대수적으로 거의 3등분하여 [1], [2.2], [4.7], [10]으로 하고 있다.

E6의 경우는 [1], [1.5], [2.2], [3.3], [4.7], [6.8], [10]으로 된다.

E12는 [1], [1.2], [1.5], [1.8], [2.2], [2.7], [3.3], [3.9], [4.7], [5.6], [6.8], [8.2], [10]으로 된다.

저항값이 언뜻 보기에 제각기 무질서한 값으로 보이는 것은 이와 같은 이유 때문이다. E 계열은 3, 6, 12 이외에 24, 48, 96, 192라는 계열이 있지만, 저항값으로는 통상은 E12 계열을 사용하고 있는 것 같다(특수한 경우에는 그 이상을 사용하는 경우도 있을 것이다). 저항값의 표시는 숫자로 인쇄하기 위해서는 부품이 작기 때문에 컬러코드(color code)라고 하는 색깔로 표시하고 있는 경우가 많은데, 1/2W 이하의 저항기은 대부분 컬러코드로 표시하게 때문에 컬러코드를 읽는 법도 꼭 알아 둘 필요가 있다(컬러코드를 읽는 방법은 나중에 설명한다).

고정저항기

고정저항기란 명칭과 같이 저항값이 고정된 것으로, 전자회로에 널리 사용된다.

 

•탄소피막 저항기

가장 일반적이고 저가격의 저항기이다. 저항값의 오차는 ±5%의 저항기가 가장 많다. 정격전력으로는 1/8, 1/4, 1/2 등이 많다.

탄소피막 저항기는 잡음이 심하다고 하는 결점이 있기 때문에, 아날로그 회로에는 금속계의 저항기를 사용하는 경우도 많다.

경험적으로는 아날로그 회로의 미소한 신호를 증폭하는 곳에는 가급적 금속계 저항기를 사용하고, 일반 디지털 회로에서는 저렴한 탄소계 저항기를 사용해도 잡음 때문에 고민하는 경우는 없었다.

저항기의 크기는 대개 아래 사진과 같이 되어 있다. 사실은 규격이 있겠지만, 실제 구입할 때는 크기를 보고 가늠하는 경우가 많기 때문에 구입시 가늠의 기준으로 생각하기 바란다.

이 저항기는 저항 어레이라 부르는 것으로, 여러 개의 같은 값을 가진 저항기가 일체형으로 만들어져 있다.

각 저항기의 한쪽이 내부에서 접속되어 있는 것도 있다.

여러 개의 발광 다이오드 전류를 제어하는 경우 등, 실장 공간이 적게 해결되어 편리하다.

좌측 사진의 저항기는 8개의 저항기가 아래 좌측 그림과 같이 되어 있다. 단지 저항값만(470Ω이라는 식으로) 표시되어 있는 것은 이 타입이다. 9개의 리드(다리)가 있으며, 저항값의 인쇄면에서 보았을 때, 맨 좌측의 리드가 공통(common) 리드이다.

같은 모양이면서, 4S470Ω이라는 식으로 머리에 4S를 붙여 표시하고 있는 저항 어레이도 있다. 이 타입은 리드가 8개로 아래 그림의 우측과 같이 독립된 저항기가 4개 내장되어 있는 것이다. 이러한 저항기의 정격전력은 대략 1/8W 정도라고 생각된다.

사이즈는 9개의 리드가 있는 타입의 경우, 폭 23mm, 높이 5mm(검은 부분), 두께 1.8mm이며, 8개의 리드가 있는 타입은 폭 20mm, 높이 5mm, 두께 1.8mm였다.

 

•금속피막 저항기

탄소계 저항기보다 오차가 적은 높은 정밀도의 저항값이 필요한 경우에 사용된다.

오차는 ±0.05% 정도의 것도 있지만, 일반적인 전자회로에서는 그다지 고정밀도가 요구되는 저항기는 사용되지 않으며, 고정밀도라고 해도 ±1% 정도의 저항기로 충분한 것 같다. 그리고 금속피막 저항기는 비싸기 때문에 꼭 필요한 경우에 부분적으로 사용하면 좋을 것이다.

금속피막 저항기의 저항체 재료는 Ni-Cr(nichrome) 등이 사용되고 있는 것 같다. 금속피막 저항기의 용도는 브리지 회로, 필터와 같이 저항값의 오차가 회로의 성능에 크게 영향을 미치는 경우, 그리고 아날로그의 잡음이 마음에 걸리는 회로 등에 사용한다.

 

•가변저항기

가변저항기는 일반적으로 볼륨(variable ohm)이라 부르는 경우도 많다. 라디오의 음량조정과 같이 용이하게 저항값을 바꿀 수 있는 것과, 전자회로에서 부품의 오차에 의한 동작 상태를 조정(adjust: ADJ)해야 하는 경우 등에 사용하는, 통상 저항값을 바꾸지 않는 반고정 저항기가 있다. 

통상적인 가변저항기, 반고정 저항기는 회전할 수 있는 각도가 300도 정도이지만, 저항값을 세밀하게 조정하기 위해 기어(gear)를 조합하여 다회전(10～25회 정도)시킬 수 있는 퍼텐쇼미터(potentiometer)라는 것도 있다.

위의 사진은 음량조정과 같이, 저항값을 용이하게 바꿀 수 있는 가변저항기이다. 중앙에 있는 4개는 여러 가지 형태의 것이 있는데, 프린트 기판 등에 실장하는 반고정 가변저항기이다. 좌측에 있는 2개는 퍼텐쇼미터(potentiometer)라 부르는 것으로, 좌측에 있는 나사를 돌려 저항값을 변화시킨다. 퍼텐쇼미터의 형태는 이 사진과 같은 것 이외에, 맨 우측의 형태에 가까운 것도 있다. 용도에 따라 형상을 선택할 수 있다.

 

•수광소자(Cds)

빛에 의해 저항값이 변화하는 부품이 있다. 카드뮴을 사용한 것으로, 빛이 닿으면 저항값이 작아진다. 수광감도, 크기, 저항값 등에 따라 여러 종류가 있다.

사진과 같은 것은 원통형의 직경이 8mm, 높이가 4mm의 크기로, 빛이 닿지 않을 때에는 2MΩ 정도, 빛이 닿으면 200Ω 정도로 저항값이 변화한다. 빛이 닿는 강도에 따라 저항값이 변화한다.

이 Cds 소자는 자동차의 헤드라이트의 점등 확인 장치에도 사용되고 있다.

 

•기타 저항기

탄소피막 저항기, 금속피막 저항기 이외에 흔히 사용되는 저항기의 종류로는 권선저항기가 있다.

권선저항기는 금속의 미세한 선을 재료로 사용한 것으로, 선의 길이를 조정함으로써 정밀한 저항값을 얻을 수 있다.

그리고 굵은 선재를 사용할 수 있어, 대전력용의 저항기를 만들 수 있다. 실제로는 정밀한 저항값을 얻는 것보다 대전력용 저항기의 용도가 많을 것으로 생각한다. 결점으로는 선을 절연체에 코일 형태로 감아 붙이기 때문에, 주파수가 높은 회로에는 사용할 수 없다.

흔히 볼 수 있는 것으로는 저항기를 법랑으로 덮은 할로우(hollow) 저항기와, 세라믹 케이스에 삽입하여 특수한 시멘트로 굳힌 시멘트 저항기 등이 있다. 1～2W부터 수십 W의 것까지 다양한 종류가 있다.

 

대전력용 저항기를 사용하는 경우, 다량의 열이 발생하기 때문에(저항기는 열에 견딜 수 있도록 되어 있지만, 열은 발생한다) 방열을 충분히 고려할 필요가 있다.

위의 사진은 할로우 저항기인데, 상측이 10W의 것으로, 굵기 13mm, 길이 45mm, 하측이 50W의 것으로, 굵기 29mm, 길이 75mm이다.

상측은 부착 고리를 붙인 상태이다. 절연하기 위해 애자로 된 구조로 되어 있다.

위의 사진은 시멘트 저항기이며, 5W용으로, 폭 22mm, 길이 9mm, 높이 9mm이다.

 

• 컬러코드(color code)를 읽는 방법