다이오드와 저항에 관한 콩알 지식

어떤분이 다이오드와 저항이 왜 들어가냐고 글을 올리셨길래 겸사 겸사 적어 봅니다.

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저항. 이녀석을 왜 실장하는 걸까요?

사실 저항이라는 녀석이 있는건, 그만큼 비효율적인 회로가 된다는 말과 동일합니다.

실제로 저항이 하는 눈에 보이는 역할은 전기 에너지의 일부분을 열로 발산해 버리는 것이기 때문이지요.

재미있는 것은 이런 와중에 전압 차이라는 것이 생기게 된다는 것이지요.

이는 전체 회로에 전원이 인가 되었을 때 저항을 만났을 경우 전류의 흐름이 방해를 받기 때문입니다.

그럼 왜 전류의 흐름을 방해하는 저항을 실장하는 걸까요?

우선 적인 이유로는 안전성에 있습니다. 지난번 LED에 관한 이야기와 연결 짓자면,

예를 들어 저항은 LED를 연결할 때 직렬로 연결하게 되는데, 1차적으로는 LED에 흐르는 과전류를 막기 위해서 이지요.

LED도 일종에 저항체이기 때문에 여기서 전류를 소비해 전류의 흐름을 방해 하게 됩니다.

근데 여기에 한도 이상에 관전압이 걸릴 경우 과전류가 흘러 LED라는 소자를 망가뜨리지요.

두번째 이유로는 회로 전체의 쇼트(단락)현상을 막기 위해서입니다.

전자에서 흔히 쇼트났다라는 표현을 많이 쓰는데,

이는 전원과 접지가 서로 연결된 상태를 말합니다. 보통 이럴경우 이론상으로는 무한하게 전류가 흐르기 때문에

회로가 타버립니다.

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여기서 잠깐 집고 넘어가 봅시다. 왜 전류가 무한하게 흐르는 것일까요??

(관심없으신 분은 다음의 산수는 넘겨 보셔도 내용상으로는 지장이 없습니다. 그냥 저항이 없으면 과전류가 흐른다 정도만

기억하시면 됩니다.)

DC전류를 처음 입문할 때 배우는 옴에 법칙에 기인합니다.

1) V=I*R

이라는 식입니다.

V는 전압, I는 전류, R은 저항을 나타냅니다.

여기서 

2) I = V/R

3) R = V/I

 라는 식이 파생됩니다.

실험에 의해 증명된 식으로 일단 이 이외에 복잡한 나머지는 제외하고 이를 일차 방정식 정도로 생각하고 비례적인 것만

살펴 보자면. 전압은 전류와 저항과 비례 합니다. 즉 같은 스펙상에서 전류가 커지거나 저항이 거치면 전압도 증가한는 겁니다.

전류는 전압과는 비례하지만, 저항과는 반비례 합니다. 즉 공급전류가 커질수록 부하(저항)이 작아지고,

저항이 커질수록 공급 전류가 줄어 든다는 식에 설명이 가능합니다.(저항이 커질수록 그만큼 전류가 열로 발산되기 때문입니다.)

여기서 다시 약5V 전원과 접지 사이에 저항이 없는 상태에서 전류를 계산해 보지요.

 I =V/R에 대입 하겠습니다. 전압은 5V 저항은 0옴입니다.

I=5/0이 되지요. 혹시 극한이 기억나실지 모르겠는데...(그 전에 배우던가...ㄱ-;; 졸업지 좀 되서 기억이 가물가물하네요)

어떤수를 0으로 나누게 되면, 무한에 가깝게 됩니다.. 즉 전류가 무한하게 흐르게 되지요...(물론 실제로는 이론처럼 되지는 않습니다.

단지 회로상에 무리하게 전류가 흐르게 되는건 마찬가지지요)

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예를 들어 다음과 같은 회로가 있다 한다면,

(제가 그린거 아닙니다. 그냥 이미지 검색하다 나온건데, 그냥 이해를 돕기 위해 퍼왔습니다.)

첫번째 회로를 보면 그냥 입력단에 스위치를 연결한 것을 볼 수 있습니다.

5V가 HIGH이고, 아래 접지처럼 이미지가 GND즉, LOW 라고 할 때(그리고 중간에 번개모양이 저항입니다.)

이경우 스위치가 눌리지 않은 상태라면, 얘가 HIGH신호 인지 LOW신호인지 알수가 없게 됩니다.

어쩌면 주변의 영향으로 HIGH신호가 입력될 수도 있고, LOW신호가 입력 될 수도 있습니다.

단지 스위치를 누르면 확실하게 LOW신호가 들어갈 뿐입니다.

그럼 오른쪽의 회로는 어떨까요?

보면 알겠지만, 평상시에는 HIGH신호가 입력 됩니다.

즉, 5V의 전원으로 부터 저항을 거쳐 입력 단자로 들어가지요.

이럴경우 입력에는 HIGH신호가 입력 됩니다. 메인 전원의 5V이지요.

이 때의 저항은 첫번째로 이야기 한 것처럼 입력 단자를 보호하기 위해 쓰입니다.

이러다가 스위치가 눌리면, 5V의 전원의 전류가 접지로 흐르게 되면서, 순간 0V가 되지요.

근데 앞서 언급했듯이 이렇게 바로 쇼트가 나버리면, 회로가 타버릴 정도로 위험해 집니다.

때문에 중간에 저항을 달아서 버퍼 역할을 시켜 주는 것이지요. 즉 일부로 전류의 흐름을 방해해 쇼트현상을 막는 겁니다.

키보드도 저런 회로의 확장이기 때문에(구조적으로 키매드릭스라 부릅니다만, 이건 다음에 기회된다면 또 다뤄 보겠습니다.)

저항이 들어가게 되지요.

저항을 실장하는 이유에 대한 설명이 되었을지 모르겠지만, 다른 복잡한 이유는 제처두고 직접적으로 눈에 보이는 이유만 적어 봤습니다.

지... 그럼 다음으로, 다이오드는 왜 쓰는 걸까요?

지난번 LED에 관한 이야기를 할때, 다이오드에 특성에 대한 이야기를 했는데, 다음의 두가지 입니다.

1)순방향으로 0.7V 이상 인가되어야 전류가 흐른다.

2)역방향으로 전류가 흐르지 않으며, 한도이상의 전압이 흐를 경우 망가진다.

즉, 다이오드는 흐름의 극성이 존재 합니다.

키보드에서 무한 입력을 방해하는 가장 큰 적은 혼선입니다.

이는 매트릭스 구조가 가지는 취약점인데,

(제가 그린거 아닙니다. 그냥 이미지 검색하다 나온건데, 그냥 이해를 돕기 위해 퍼왔습니다.)

위와 같은 키 매트릭스 회로가 있다고 할때, 컨트롤러에서는 스캐닝 작업을 하게 됩니다.

PC4~7까지 순서대로 신호를 쏘고, PC0~3에서 어떤 라인에 몇번째 버튼이 눌렸는지 체크하지요.

문제는 여기서 여러키가 동시에 눌렸을 경우 혼선이 일어납니다..

보시다 시피 가로는 가로끼리 세로는 세로 라인끼리 선이 역어 놨기 때문인데,

회로가 저렇게만 되어 있을 경우 전류가 신호가 발생되는 곳쪽이건 신호가 들어가는 쪽이건 구분없이 흐를 수 있게 됩니다.

이때문에 고스트 키 증상 같은게 생기기도 합니다.

여기서 이를 방지 하기 위해 극성이 존재하는 다이오드를 집어 넣는 겁니다.

다이오드는 이렇게 구분이 없이 들어가는 신호를 차단해 주는 역할을 합니다.

딱 원하는 방향으로만 흐르게 해 주지요.

다이오드는 저항과는 다르게, 키 하나당 하나씩 실장을 해야 의미를 가집니다.(당연히 키 하나하나에 따른 혼선을 막기 위한 작업

이기 때문입니다.)

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정리를 좀 하자면,

1)저항은 회로의 안전을 위하여 실장한다.

2)저항은 소자에 공급되는 전류를 제한한다.

3)다이오드는 극성을 가지고 있다

4)다이오드는 극성을 가지기 때문에 전류의 흐름의 방향을 제어 할 수 있다.

5)다이오드의 이런 극성을 가지는 특성 덕분에 혼선이나, 고스트키 현상을 방지 할 수있다.

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원래  RLC에 관한 이야기를 풀어 볼까 하다가...

LED에 관한 이야기를 쓸 때도 그랬습니다만.. 뭐 하드웨어 개발하는 전문 사이트도 아니고..

관련이 없는 거 까지 고리타분하게 풀면 재미도 없을테지요.

사실 다이오드는 우리가 흔하게 쓰는 칩에 기초가 되는 소자로(CPU나 롬이나 램, 하다못해 하드 디스크 마저도...) 내부 이론은

꾀 많은 부분이 있습니다만..

제가 처음 전자 회로에 입문할 때, 전자 공학에서 가장 처음으로 다룬 반도체 소자로 여러모로 애증에 대상이었지요.

좀 더 관심 있으신 분들은 관련 사이트를 찾는게 더 빠를 듯 합니다.

설명이 두서가 없어서 이해에 도움이 될지 모르겠습니다.

근데 이런 전자 이론을 계속 올려도 되던가요?;;;;;

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