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저항기
저항기(抵抗器, resistor)는 저항 성질을 띠는 회로 소자이다. 옴의 법칙에 따라 저항기 양끝 단자의 전압과 저항기를 흐르는 전류가 비례관계를 가지게 하여, 회로에서 전압을 나누거나 전류를 감소시키거나 하는 수동 소자의 역할을 한다. 보통 저항이라고 많이 부르지만 정확한 용어는 저항기이다. 저항은 영어로 resistance이며 물질의 특성을 나타낸다.
저항기는 여러 방법으로 종류를 나누는데, 가장 일반적으로 나누는 방법은 저항기가 소모할 수 있는 최대 전력으로 분류하는 것이다. 저항기에서 소모되는 전력은 다음과 같이 구할 수 있다.
P = V × I = V² /R = I² × R
P = 저항기에서 소모되는 전력
V = 저항기 양단에 걸린 전압
I = 저항기를 통해 흐르는 전류
R = 저항기의 저항
저항기에 따라 최대 허용전력이 다른 이유는, 저항기에서 소모되는 전력이 열 에너지로 전환되기 때문이다. 이 열 에너지 때문에 저항기의 온도가 상승하게 되는데, 저항기의 허용 온도를 초과하는 경우 저항기가 타버리게 된다.
종류
옴(Ohm)의 법칙이 성립되는 저항을 옴저항기(ohm-resistor) 또는 무유도 저항기라 하고, 옴의 법칙이 적용되지 않는 저항을 비-옴저항기(non-ohm resistor)라 한다. 또 제작형태에 따라 저항값이 고정된 형식과, 저항값을 기계적으로 변환시킬 수 있는 형식, 재료의 특성에 의해 저항값이 자동적으로 변화되는 형식 등이 있다. 옴저항기는 고정저항기 또는 가변저항기로 제작된다.
고정 저항기
Fixed resistor라고 부른다. 이름처럼 저항값이 고정돼 변하지 않는다. 만약 고정 저항기의 저항이 변했다면 파손된 것이다. 보통 열에 의해 저항을 발생시키는 물질이 산화하거나 승화하면서 파손되며 대체로 저항값이 높아지므로 한 번 파손이 시작된 저항은 급격히 열이 치솟으면서 소자가 파괴, 회로가 끊어진다. 단 SMD타입의 저항 일부는 파손시 저항값이 0이 되는 경우(쇼트)가 있다. 교체는 간단한 편이다. 스루홀타입과 SMD타입으로 구분할 수 있다.
우리가 흔히 생각하는 살구색의 저항은 스루홀타입의 탄소피막저항이며, 색띠를 통해 저항값을 표기한다.
4층 이상 다층기판 PCB에서는 SMD타입의 저항을 사용한다. 스루홀 타입보다 PCB설계가 유연해지고(스루홀은 레이어 전체를 뚫고 내려가지만 SMD는 표면 1층만 점유한다), 조립시 불량률이 낮고(스루홀은 자삽기가 저항을 홀에 정확히 꽂아넣어야 하지만 SMD는 조금 비뚤어져도 괜찮다), 공간도 절약되기 때문이다. SMD타입 저항은 색띠가 아닌 숫자로 표기하며 읽는 법은 색띠와 같고 오차값은 표기하지 않는다(제품 포장에 표기). 제일 흔한 건 5%오차를 가진 J급.
스루홀 저항기처럼 생겼고 색띠도 있지만 연두색 또는 청록색인 부품은 저항기가 아닌 인덕터이므로 혼동하지 말아야 한다. 단, 똑같이 초록색 계열이지만 표면이 매끈하지 않고 거친 부품은 인덕터가 아닌 1W 이상의 권선 저항기이다.
- 색띠 표기법
색띠는 오차를 표시하는 금/은색 띠를 오른쪽으로 가게 한 상태에서 왼쪽부터 순서대로 첫 번째 띠, 두 번째 띠, 10의 제곱수(곱셈수), 오차 순(4색띠 저항)이고 5색띠는 세 번째 숫자까지 있는 것으로 정밀저항이다. 6색띠는 온도 보정치 값까지 표기한 것. 이보다 정밀한 저항은 색띠가 아닌 숫자로 표기한다. 만약 색띠가 세 개뿐이라면 오차가 20%인 저항인데, 거의 볼 일은 없다.
예: 4색띠 : 갈-초-주-금 이면 1 - 5 - ×1kΩ - ±5% (J)이므로 15kΩ±5%인 J급 저항 5색띠 : 주-흰-검-빨-갈 이면 3 - 9 - 0 - ×100Ω - ±1% (F)이므로 39kΩ±1%인 F급 저항
금/은색띠는 첫 번째와 두 번째 색띠로는 절대로 쓰이지 않는다. 그리고 주황과 노랑색, 파랑과 보라색은 상당히 비슷해서 쉽게 혼동하는 색깔. 회색과 흰색도 작업실에 백색광이 아닌 다른 색 조명이 켜져 있으면 잘 구분이 안 된다. 보라색, 회색, 흰색띠는 곱셈수를 나타내는 색띠에서는 찾아보기 힘들다. 100MΩ 이상의 저항값은 일반적인 회로에서는 사실상 절연체인데다, 이러한 저항값은 고전압용 특수 저항기에서만 볼 수 있기 때문이다. 게다가 이들은 숫자로 표시하는 경우가 흔하다.
혹시 오차 색띠가 갈색/빨간색인 정밀저항일 경우, 읽어서 말이 되는 숫자 쪽이 올바른 저항값이다. 양쪽 어느 방향에서 읽어도 말이 되는 저항일 경우... 지못미... 는 아니고 색띠의 간격이 좁은 쪽이 왼쪽이다. 후술할 금속피막저항 사진처럼 색띠 간격까지 동일한 경우에는 정말로 지못미. 회로에서 뜯어낸 뒤에 테스터로 찍어보는 수밖에 없다.
2016년에 ×0.001Ω을 뜻하는 분홍색 띠가 추가되었다. 곱셈수 색띠에만 사용된다.
옛날에는 이 저항 색띠 때문에 색각 이상이 있는 사람을 전기전자공학과에서 안 받아줬다고 한다.
스루홀 타입
- 탄소피막저항 : 간단한 회로에서 가장 많이 쓰이는 저항기이다. 크기는 흔히 사용할 수 있는 1/4W의 저항이 2.3mm*6.4mm의 크기를 가지고 있다. 온도나 노화에 따른 저항값 변화가 심하며, 노이즈도 많이 생겨서 정밀한 회로에는 쓰이지 않지만 가격이 무척이나 싸기 때문에 대부분 이것으로 쓴다. 보통 연한 살구색을 띄고 있다. 가격이 얼마나 싸냐면, 1/4와트 탄소피막 저항 1개의 가격은 1원도 안 한다. 물론 이 가격으로 사려면 한 5천개, 1만개 단위로 포장된 박스째로 사야 하고 낱개로 구매하면 개당 100원 이상으로 가격이 치솟는다. 특이하게 0옴 탄소피막저항도 존재한다. 검은색 색띠만 그어져 있으며, 점프선 용도로 사용된다.
- 금속피막저항 : 고주파나 정밀함을 요구하는 회로에서 가장 많이 쓰이는 저항기이다. 탄소피막저항보다 저항값 변화나 노이즈가 별로 생기지 않고 대량생산에도 적절하지만 가격이 비싸다. 보통 청색을 띄고 있으며 크기는 위 탄소피막저항과 같다. 고급 오디오 앰프 회로에서 흔히 볼 수 있다.
- 권선 저항 : 사진의 큰 회색 저항이 권선 저항의 한 종류이다. 아래의 중간크기 저항이 위에서 설명한 탄소피막저항이다.
- 니크롬(니켈-크로뮴 합금), 백동(구리-니켈 합금)등 저항이 높은 금속 소재를 감아서 만든다. 저항값을 정밀하게 제어할 수 있지만 코일의 일종이기 때문에 인덕턴스가 발생한다는 단점이 있다. 따라서 상용 주파수(50~60Hz)까지는 큰 문제가 없으나, 고주파 교류 전원에서 사용하기에는 적합하지 않다. 용량은 1W부터 수십~수백 W 이상도 가능하며, 열 방출을 원활하게 하기 위해 알루미늄 틀에 저항기를 집어넣은 형태로 제작되기도 한다. 일부 권선 저항은 간혹 퓨즈 대용으로 사용 가능하도록 제작되는 경우도 있다. 과전류가 흐르면 내부의 금속 선이 끊어지는 원리를 응용한 것이다. 충전기 등 일부 저용량 SMPS에서 돌입 전류 방지 및 퓨즈 목적으로 사용된다. 일부 권선 저항기는 저항값과 오차를 색띠 대신 숫자로 표기하는 경우도 있으며, 수십~수백 W급의 대용량 권선 저항기는 숫자로만 표기한다.
- 시멘트/세라믹 저항 : 시멘트 및 이에 준하는 세라믹스 재질로 패키징한 저항. 높은 열에 잘 견딘다. 대전류를 발전제동 같은 다이나믹 브레이크에서 전기 에너지를 열 에너지로 전환하는데 쓰거나 이상 전류를 우회시켜 제거하는 회로에도 쓰이고 여러 개를 묶어 간단한 전열기로 쓰기도 한다. 저항값을 정밀하게 조절하기는 어렵고 온도에 따른 저항값 편차도 큰 편이다. 전류를 제한하는 목적보다는 전류를 제거하는 목적 또는 소자에서 발생하는 열 에너지를 활용할 목적으로 더 많이 쓰인다. 보통 10W짜리가 많이 쓰인다. 모터 드라이버에서 전력회로 쪽에 저항을 쓸 일이 있다면 거의 이걸 사용한다. PCB에 하얗고 네모나게 생긴 큰 블록이 보이면 대부분 이것이다. 똑같이 하얗고 네모난데 다리가 4~5개이고 꽤 작은 부품은 시멘트저항이 아닌 포토커플러. 용량은 보통 3W~20W 정도이며, 이들 중 5W와 10W 시멘트 저항이 가장 흔한 편이다. 가격은 같은 저항값과 용량의 권선 저항보다 저렴한 편이다. 시멘트 저항은 저항값과 오차를 색띠 대신 숫자로만 표기한다. 저항값 오른쪽의 알파벳 대문자가 오차값을 의미한다.
- 션트 저항 : 전류를 측정하기 위해 사용되는 저항. 보통 매우 낮은 저항값(수십 mΩ)을 가지고 있다. 저용량의 션트 저항은 저항이 높은 금속 소재로 된 짧은 철사를 ㄷ자 형태로 휘어서 만드는 경우가 흔하다.
SMD 타입
- 칩 저항 : 다른 말로는 SMD저항. 크기가 쌀알의 1/4와 비슷하며 그보다 더 작은 것도 존재할 만큼 작은 회로에 많이 쓰이는 저항기이다. 고주파를 무리없이 잘 통과시키기 때문에 스마트폰 안에 이것으로 도배되어 있다. 그러나 이또한 가격이 비싸다. 사이즈는 가장 큰 것이 6.3mm*3.2mm이며, 가장 작은 것은 0.4mm*0.2mm의 사이즈를 가지고 있다. 저항 소재는 탄소피막을 쓴 것과 금속 분말을 소결해 만든 것 두 종류가 흔히 쓰인다. 특이하게 0옴 칩저항이 있는데(표면에 0만 써있다) 보통 아날로그 회로와 디지털 회로 사이의 그라운드 분리 같이 전자파 노이즈 제거 또는 배선간의 교차를 위해 쓰인다. 물론 초전도체는 아니므로 완전히 0옴은 아니고 미세한 저항값을 가진다. 이 0옴 칩저항은 전원에다 그냥 연결하면 쇼트가 나버린다.
- 단점으로는 높은 전압이나 전류를 감당할 수가 없다. 수백V 이상 또는 1W 이상을 감당해야 하는 회로에는 칩 저항이 아닌 스루홀 타입을 쓰거나 여러 개를 직렬(최대 전압 및 용량 증가) 또는 병렬(용량 증가)하여 사용해야 한다.
- 스루홀 저항기와 달리 저항값이 색띠가 아닌 숫자로 표시되어 있으며, 오차는 표시하지 않는다. 보통 3자리수 SMD 저항기는 ±5%, 4자리수는 ±1%의 오차를 가진다. 맨 마지막 자리가 곱셈수를 나타내며, 대문자 R은 소수점을 나타낸다. 단, 일정 크기 이하의 SMD 저항기는 SMD 적층 세라믹 축전기와 마찬가지로 숫자 표기가 없으므로 저항값을 알고 싶다면 별도의 계측기로 측정해야 한다. 일부 숫자값은 반대로 돌려 읽어도 말이 되는 경우도 있으며, 표시된 숫자가 회전대칭이기까지 할 경우 별도의 계측기를 사용해야 한다. 일부 SMD 저항기는 이러한 혼동을 피하기 위해 숫자값 밑에 밑줄을 긋기도 한다.
- 어레이 저항 : 같은 값의 저항기 여러개를 하나로 패키징한 부품. 주로 디지털 회로에서 동일한 저항기 여러개를 사용해야 하는 경우 사용된다. 개별 SMD 저항기 여러개를 사용하는 것보다 공간을 절약할 수 있다.
가변 저항기
저항값을 임의로 바꿀 수 있는 저항기이다. 위 사진과 같이 원형으로 돌려서 조절할 수 있는 저항기와 위 아래로 슬라이딩하여 조절할 수 있는 저항기도 있다. 라디오의 음량 조절기, 아날로그 콘솔기/믹서기 등에 쓰인다. Adjustable Resistor라고 부른다.[8] 단자는 L, R, W가 있고, 각각 Left, Right, Wiper arm을 의미한다. 가변저항마다 고유의 가변범위를 가진다
저항기의 저항 변화 특징은 크게 선형(리니어), 기하급수형, 로그형으로 나뉜다. 볼륨 컨트롤 용도로 사용하는 가변 저항기는 기하급수형 저항기이다. 볼륨 다이얼을 1에서 2로 움직일 때 1W만큼 출력이 증가한다면 8에서 9로 움직일 때는 10W만큼 출력이 증가하는 식이다.
주의점
전력을 소모시키며 열을 발생시키기 때문에 온도가 상승하며 한계를 넘으면 저항기가 타버릴 수 있으며, 전압이 너무 높으면 저항기 표면에서 방전이 일어나며 타버릴 수 있다. 따라서 최대 용량과 전압을 지키며 사용해야 한다.
참고자료
같이 보기
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