강의순서
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전자물리학 (Basic Electronics for
Scientists)인하대학교 물리학과
유천열 (5 남 371, 7667)[email protected]
http://spintronics.inha.ac.kr/lecture.htm
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교재 , 강의 진행 및 평가• 과학도를 위한 전자 공학 , J. J. Brophy
– (Basic Electronics for Scientists)– World Wide Web– Handout
• 강의 및 질의 응답• 중간 (35 %), 기말 (35 %), 숙제 (15 %),
Quiz (15 %), 출석 점수 : α
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강의 내용1. 직류회로2. 교류회로3. 다이오드 회로4. 반도체 소자 기본5. 교류회로 해석6. 트랜지스터7. 연산 증폭기
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Ch. 1. 직류 회로• 전류 (Current)
– 단위시간당 지나가는 전하량 ],sec/[ ACdt
dQi
자유전자
AV BV
BA VV
EeFe
E
i
Ampere: Andre Marie Ampère 참고 : 대학물리 17 장
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• 전압 (Voltage)– 두 점 사이의 전위차– 전하 Q 를 한 점에서 다른 점으로 옮기는데 필요한
일을 W 라고 할 때 V=W/Q (Joules/Coulomb)
– 즉 , 단위 전하당 한일– Voltage: Alessandro Volta
qEdUU
qEddyqEW
AB
d
AB
0 )(
[ 균일한 전기장 ]
A
B q
d E
참고 : 대학물리 16 장
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• 저항 (Resistance)– 전자들이 도체 내에서 겪는 다중 충돌 현상– 전자들의 흐름 ( 전류 ) 를 방해함–
• Ohm’s Law ( 오옴의 법칙 )–
• Joule’s Law ( 줄의 법칙 )– 에너지 보존 법칙 , 전자들의 비탄성 충돌 –
참고 : 대학물리 17 장
A
LR
RIV
RIVIdt
dQV
dt
dWP 2
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• 저항 (Resistor)– 고정 저항
권선저항 : 저항 조절이 용이 , 정밀 저항박막저항 : 고주파 회로 (no inductance)
– 가변저항 레오스탯 (rheostat): 두 단자전위차계 (photentiometer) : 세 단자
회로 소자 , 저항
metal oxide film resistor
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• 저항 읽기 : 저항값을 표피에 색 띠로 표시– 실험시간에 실습
• 사용범위– 줄열로 인한 온도 상승이 허용되는 범위– 1, ½, ¼ Watt 저항– 너무 작은 Watt 의 저항 사용시 오동작의
원인
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회로 소자 ( 전지 )
• 배터리 (Battery)– 직류 회로에 에너지를 공급 , 전류를 흐르게
하는 역할– 내부의 화학물질의 화학반응을 이용한
전기화학적 산화 - 환원반응을 전기에너지로 변화
– 충전 (charge) 가능한 battery– 여러 종류의 전지 , 특성 ( 인터넷에서 찾기 )
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회로 (Circuit)
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/ecircon.html#c1
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Current Law
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Voltage Law
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Resistor Combinations
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Kirchhoff’s Rule• 접합점 (junction) 과 고리 (loop)
– 접합점 : 3 개 이상의 전선이 만나는 점 (a,b)
– 고리 : 방향성이 있는 임의의 닫힌 경로 (C1, C2, C3)
C1
C2C3
접합점 법칙 (junction theorem)
고리 법칙 (loop theorem)
n
ni 0
n
nV 0
( 전하량보존 )
( 에너지보존 )
– 전류의 방향을 임의로 선택– 고리의 방향을 임의로 선택– 전위상승과 전위저하 참고 : 대학물리 18 장
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2i1i
3i
1
1R
2R
a
b
3R
2
3C
2C1C
133221
221321
)(
RRRRRR
RRRi
2,9,6
12,6
321
11
RRR
VV AiAiAi 5.1,0.1,5.0 321
:3C
접합점 법칙
321 iii
고리 법칙
:1C
:2C
에서 출발a
0111332 RiRi a 에서 출발
023322 RiRi
불필요 ( 항등식 )
예 ]
참고 : 대학물리 18 장
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휘트스톤 브리지 (Wheatstone Bridge)
V
R1R2
R4
R5
R3
I
I1 I2
I3 I4
I5
0
0
0
43
531
21
III
III
III
0
0
0
334455
115522
3311
RIRIRI
RIRIRI
VRIRI
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등가회로 (equivalent circuit)
• 테브냉의 정리 (Thévenin’s theorem)– Veq 와 Req 로 등가 회로를 구성
– Veq: open circuit 전압 , 출력 전류가 0 일때
– Req: short circuit 전류에 대한 Veq 의 비율
(RL = 0 일때의 출력 전류 )
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• 예 )
21
2
RR
VRVeq
21
21
RR
RRReq
)( 2121
2
RRRRR
VR
RR
VI
LeqL
eqL
등가 전압 : open circuit
등가 저항 : RL=0, 출력 전류 : V/R1
Req = ( 등가전압 )/( 출력전류 )
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• 노튼의 정리 (Norton’s theorem)– Ieq 와 Req 의 병렬 결합으로 등가회로 구성
– Ieq : 회로 출력 단자에서의 short circuit 전류
– Req : 테브탱 등가회로와 동일– 테브냉 등가회로와 노튼 등가회로의 관계
eq
eqeq R
VI
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등가회로의 실험• Veq : open 된 두 출력 단자 사이의 전위차로서
전압기를 이용하여 측정 가능• Req : 측정할 수 없으나 , 계산 가능 .
회로망내의 기전력을 0 으로 가정한 회로망의 두 출력 단자 사이의 등가저항
• Ieq : 두 출력 단자 사이에 도선만을 연결 시 흐르는 전류
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Maximum Power Transfer
2
2
2
2
/1
/
L
L
LL
L
RR
RV
RRR
VRIP
R
RLIV
R=RL 일때 최대 전력 전달 임피던스 정합 (match)
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전기 계측기
• 다르송발 계기(d’Arsonval meter)– 자기장속의 도선에
전류가 흐를 때 받는 힘이 전류에 비례함을 이용
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Multimeter
• 전류계 : 다르송발계기를 이용 전류를 측정• 전압계 : 다르송발계기를 이용 전압을 측정• 저항계 : 저항을 측정• 교과서 25 ~31 page 참고• 실제로는 디저털 multimeter 를 주로 사용
– 내부적 원리 : 비슷할까 다를까 ?
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Homework 1
• 여러 가지 전지의 종류 및 특성 조사– 인터넷 등 조사
• Ammeter, Voltmeter, Ohmmeter, Multimeter 에 대해서 조사 (text 25 ~ 31 page & 인터넷 등 )
• 교과서 문제 : 1-4, 1-9, 1-10, 1-15
• 디지털 multimeter 의 동작원리가 아날로그 multimeter 와 같을까 ? 조사해보기
• 기간 : 3 월 17 일 ( 수요일 ) 수업시간 시작 전
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참고할만한 사이트• 회로 및 전기 이론 관련 사이트
– http://www.doctronics.co.uk/design.htm– http://user.chollian.net/~duduji/index.html– http://ourworld.compuserve.com/homepages/Bill_Bowden/– http://multispace.co.kr/junki/index.html– http://physics.kenyon.edu/EarlyApparatus/index.html– http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hph.html
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