아두이노 시작하기 - 저항

저항은 전자 회로에서 전류의 흐름을 제한하거나 조정하는 데 사용되는 기본적인 구성 요소입니다. 다양한 종류의 저항이 있으며, 각 저항은 저항값과 허용 오차를 나타내는 색 코드가 있습니다. 이번에는 저항의 종류, 저항값을 읽는 방법, 그리고 저항을 응용하는 방법에 대해 알아보겠습니다.

1. 저항의 종류

1.1. 고정 저항 (Fixed Resistor)

• 특징: 저항값이 고정되어 있으며, 가장 일반적으로 사용되는 저항입니다.
• 용도: 전압 분배, 전류 제한, 필터 회로 등.

1.2. 가변 저항 (Variable Resistor)

• 특징: 저항값을 조절할 수 있는 저항으로, 포텐쇼미터(potentiometer)와 리오스타트(rheostat)가 포함됩니다.
• 용도: 볼륨 조절, 조명 밝기 조절, 센서 교정 등.

1.3. 서미스터 (Thermistor)

• 특징: 온도에 따라 저항값이 변하는 저항으로, NTC(Negative Temperature Coefficient)와 PTC(Positive Temperature Coefficient) 두 종류가 있습니다.
• 용도: 온도 센서, 온도 보상 회로 등.

1.4. 광저항 (Photoresistor, LDR)

• 특징: 빛의 강도에 따라 저항값이 변하는 저항.
• 용도: 조도 센서, 자동 조명 시스템, 광 센서.

1.5. SMD 저항 (Surface-Mount Device Resistor)

• 특징: 표면 실장 기술로 회로 기판에 직접 장착되는 저항.
• 용도: 소형 전자기기, 고밀도 회로 기판.

1.6. 멀티미터 저항 (Resistor Networks and Arrays)

• 특징: 여러 저항이 하나의 패키지에 포함되어 있는 저항 네트워크.
• 용도: 소형 회로, 저항 매칭 요구 상황.

2. 저항값 읽는 방법 (저항 색 코드)

고정 저항의 저항값과 허용 오차는 보통 색 코드로 표시됩니다. 이 색 코드를 해독하여 저항의 값을 읽을 수 있습니다.

2.1. 4-밴드 저항 색 코드

4-밴드 저항은 일반적인 저항으로, 3개의 색상 밴드는 저항값을 나타내고 마지막 색상 밴드는 허용 오차를 나타냅니다.

• 첫 번째 밴드: 첫 번째 숫자
• 두 번째 밴드: 두 번째 숫자
• 세 번째 밴드: 승수 (10의 지수)
• 네 번째 밴드: 허용 오차

색상	첫 번째/두 번째 밴드	세 번째 밴드 (승수)	네 번째 밴드 (허용 오차)
검정	0	(10^0)
갈색	1	(10^1)	±1%
빨강	2	(10^2)	±2%
주황	3	(10^3)
노랑	4	(10^4)
초록	5	(10^5)	±0.5%
파랑	6	(10^6)	±0.25%
보라	7	(10^7)	±0.1%
회색	8	(10^8)	±0.05%
흰색	9	(10^9)
금색		(10^{-1})	±5%
은색		(10^{-2})	±10%

예시: 4-밴드 저항

• 색상: 빨강, 노랑, 갈색, 금색

  • 첫 번째 밴드(빨강): 2
  • 두 번째 밴드(노랑): 4
  • 세 번째 밴드(갈색): (10^1)
  • 네 번째 밴드(금색): ±5%

• 저항값 계산: (24 \times 10^1 = 240 \Omega) (허용 오차: ±5%)

2.2. 5-밴드 저항 색 코드

5-밴드 저항은 더 높은 정확도를 가지며, 3개의 색상 밴드는 저항값을 나타내고, 네 번째 밴드는 승수를, 다섯 번째 밴드는 허용 오차를 나타냅니다.

• 첫 번째 밴드: 첫 번째 숫자
• 두 번째 밴드: 두 번째 숫자
• 세 번째 밴드: 세 번째 숫자
• 네 번째 밴드: 승수 (10의 지수)
• 다섯 번째 밴드: 허용 오차

색상	첫 번째/두 번째/세 번째 밴드	네 번째 밴드 (승수)	다섯 번째 밴드 (허용 오차)
검정	0	(10^0)
갈색	1	(10^1)	±1%
빨강	2	(10^2)	±2%
주황	3	(10^3)
노랑	4	(10^4)
초록	5	(10^5)	±0.5%
파랑	6	(10^6)	±0.25%
보라	7	(10^7)	±0.1%
회색	8	(10^8)	±0.05%
흰색	9	(10^9)
금색		(10^{-1})	±5%
은색		(10^{-2})	±10%

예시: 5-밴드 저항

• 색상: 갈색, 녹색, 검정, 빨강, 갈색

  • 첫 번째 밴드(갈색): 1
  • 두 번째 밴드(녹색): 5
  • 세 번째 밴드(검정): 0
  • 네 번째 밴드(빨강): (10^2)
  • 다섯 번째 밴드(갈색): ±1%

• 저항값 계산: (150 \times 10^2 = 15000 \Omega = 15 k\Omega) (허용 오차: ±1%)

2.3. SMD 저항 값 읽기

SMD(Surface-Mount Device) 저항은 표면 실장 기술을 사용하여 회로 기판에 직접 장착되는 저항으로, 일반적으로 숫자로 된 코드가 표기되어 있습니다. 이 코드로 저항값을 읽을 수 있습니다.

• 3자리 코드: 처음 두 자리는 저항값의 유효 숫자이고, 세 번째 자리는 승수입니다.

  • 예: 472 = (47 \times 10^2 = 4700 \Omega = 4.7 k\Omega)

• 4자리 코드: 처음 세 자리는 저항값의 유효 숫자이고, 네 번째 자리는 승수입니다.

  • 예: 4702 = (470 \times 10^2 = 47000 \Omega = 47 k\Omega)

• R 표기: R은 소수점을 나타내며, R 앞뒤의 숫자는 저항값을 나타냅니다.

  • 예: 4R7 = (4.7 \Omega), R22 = (0.22 \Omega)

3. 저항의 응용 방법

3.1. 전압 분배기 (Voltage Divider)

전압 분배기는 두 개의 직렬 연결된 저항을 사용하여 입력 전압을 원하는 전압으로 분배합니다.

공식

[ V_{\text{out}} = V_{\text{in}} \times \frac{R2}{R1 + R2}

]

예제

• 구성품: 10kΩ 저항 (R1), 5kΩ 저항 (R2), 전압원 (V_{\text{in}} = 10V)

• 회로 연결:

  1. 전압원의 양극을 (R1)의 한쪽 단자에 연결.
  2. (R1)의 다른 단자를 (R2)의 한쪽 단자에 연결.
  3. (R2)의 다른 단자를 전압원의 음극에 연결.
  4. (R1)과 (R2)의 연결점이 (V_{\text{out}})가 됩니다.

• 계산:
  [ V_{\text{out}} = 10V \times \frac{5k\Omega}{10k\Omega + 5k\Omega} = 10V \times \frac{1}{3} = 3.33V ]

3.2. 전류 제한 (Current Limiting)

LED와 같은 부품을 보호하기 위해 전류를 제한하는 데 사용됩니다.

공식

[ R = \frac{V_{\text{source}} - V_{\text{LED}}}{I_{\text{LED}}} ]

예제

• 구성품: 5V 전원, LED (전압 강하 (V_{\text{LED}} = 2V), 전류 (I_{\text{LED}} = 20mA))

• 회로 연결:

  1. 전원의 양극을 저항의 한쪽 단자에 연결.
  2. 저항의 다른 단자를 LED의 양극에 연결.
  3. LED의 음극을 전원의 음극에 연결.

• 계산:
  [ R = \frac{5V - 2V}{0.02A} = \frac{3V}{0.02A} = 150\Omega ]

3.3. 풀업 및 풀다운 저항 (Pull-up and Pull-down Resistors)

스위치나 버튼의 상태를 안정화하기 위해 풀업 또는 풀다운 저항을 사용합니다.

풀업 저항 (Pull-up Resistor)

• 설명: 입력 핀을 VCC에 연결하여 기본 상태를 HIGH로 유지합니다.
• 응용: 스위치가 눌렸을 때 LOW 상태로 변환.

풀다운 저항 (Pull-down Resistor)

• 설명: 입력 핀을 GND에 연결하여 기본 상태를 LOW로 유지합니다.
• 응용: 스위치가 눌렸을 때 HIGH 상태로 변환.

예제

• 구성품: 10kΩ 풀다운 저항, 푸시 버튼 스위치, 아두이노 보드
• 회로 연결:
  1. 저항의 한쪽 단자를 아두이노의 디지털 핀 (예: 핀 2)과 연결.
  2. 저항의 다른 단자를 GND에 연결.
  3. 버튼의 한쪽 단자를 디지털 핀과 연결.
  4. 버튼의 다른 단자를 VCC에 연결.

3.4. 필터 회로 (Filter Circuit)

저항과 커패시터를 결합하여 신호를 필터링할 수 있습니다.

저역 필터 (Low-Pass Filter)

• 구성품: 저항, 커패시터
• 설명: 특정 주파수 이하의 신호를 통과시키고 그 이상의 신호를 차단합니다.
• 주파수 공식:
  [ f_c = \frac{1}{2\pi RC} ]

고역 필터 (High-Pass Filter)

• 구성품: 저항, 커패시터
• 설명: 특정 주파수 이상의 신호를 통과시키고 그 이하의 신호를 차단합니다.
• 주파수 공식:
  [ f_c = \frac{1}{2\pi RC} ]

결론

저항은 전자 회로에서 필수적인 역할을 하며, 다양한 형태와 용도로 사용됩니다. 저항값을 읽는 방법과 저항의 응용 방법을 이해하면 다양한 전자 프로젝트를 성공적으로 수행할 수 있습니다. 이러한 지식을 바탕으로 창의적이고 유용한 전자 기기를 개발해보세요!