저항에 흐르는 전류 측정 - jeohang-e heuleuneun jeonlyu cheugjeong

[기초]

- 전압(V) = 전류(A) * 저항(R)
- 전력(W) = 전압(V) * 전류(A)
- 전압분배의 법칙(모르시면 잠깐 검색을...)
- 저항의 직렬/병렬 연결시 저항값 계산법은 아셔야 합니다.
직렬저항계산법은 덧셈이라서 링크 생략합니다.
(안드로이드 electrodroid를 추천합니다.)
- 저항의 역할은 전류를 제한하는것입니다.
- 위의 내용은 이해하는게 아니라
외우는 겁니다. 설명할 능력도 없읍니다.

---------------------

전류측정은 직렬로 합니다.

기억이 안나면 전류을 측정할때 어떻게 하시는지 생각해 보세요.

그럼 찬찬히 그림을 주시해 보세요.

▲ 간단합니다. 직렬연결된 저항은 덧셈을 하면됩니다.

▲ 전류는 일정하게 유지되지만 전압은 저항값의 비율대로 차이가 나게 됩니다.

저항 R1과 저항 R2의 전류값은 동일합니다.

▲ 이번에 이전의 R2저항. 위 그림상으론 저항값을 팍~~줄여 봅니다.
 

저항값을 팍 줄여도 부하와 저항에 흐르는 전류는 같읍니다.

즉 저항 0.1오옴에 걸리는 전류를 재면

부하의 전류를 측정하는것과 같은것이 됩니다.

화살표를 봐주세요. 보셨으면 다음 그림으로...

▲ 그런데 두개의 화살표를 잘보시면 뭔가 보이실겁니다.
 

뭐냐면 전압과 전류가 소수점만 다르지 비슷합니다.

맞습니다. 부하의 전류를 측정하는게 아니라

저항에 흐르는 전류를 직접 측정 하면 됩니다.

하지만 저항에 흐르는 전류를 직접 측정하지 않고
전압을 측정한후에 곱하기 10을 해주면 

전류값이 되는겁니다.
이것이 테스터기의 전류측정방법입니다.

그런데 문제가 생깁니다.
저항이 0.1Ω을 낮은 전압하에 연결했더니 
부하에 전압이 4.2V나와야 하는데 
4.1791V가 되버렸네요.

저항값을 0.01Ω으로 바꾸면 나아질 겁니다.

고가의 테스터기가 정확한 값을 보여주는 이유는 이것이죠.

이런 전류측정용 낮은 저항을 션트저항이라고 합니다.

▲ 높은 전압에서는 잘 맞습니다. ㅋㅋㅋ
(12.6V 나 12.5958V나 비슷하지요.)

여기서 알아주시면 되는 사항은

1. 테스터기에 아주 낮은 값의 저항에 전류를 흘리고 그 저항의 전압을 측정하는게 전류계이다.

   높은 값의 저항을 달면 전류를 제한해서 측정중인 회로에 낮은 전류가 흘러서

   전류측정시에 제대로 동잣하지 않을겁니다.
2. 아주 낮은 저항은 많이 비싸서 저가의 테스터기에서는 전류 측정이 아예 빠져있다.
3. 테스터기 내부에서 측정이 되므로 잘못하면 테스터기가 고장이 난다.

전압과 전류의 측정 (2)

이전 포스팅에서, 전압계는 회로에 병렬로 연결해야 하고 전류계는 회로에 직렬로 연결해야 한다고 말씀을 드렸었는데요, 왜 그래야 하는지, 그리고 이를 위해서 전압계/전류계가 어떻게 내부적으로 구성되는지에 대해서 다루려고 합니다.

먼저, 전압 측정에 대해서 이야기하겠습니다. 디지털 멀티미터(DMM)로 전압을 잴 때의 예시는 아래 그림과 같습니다. 저항에 걸리는 전압을 재기 위한 세팅입니다. 전압을 재려는 부분 (저항)의 양 끝단을 통해서 DMM이 회로에 병렬로 연결되어 있지요?

전압은 전위차(두 지점 사이의 전위 차이)를 의미한다고 알고 계실 겁니다. 그럼 DMM으로 재는 전압은 두 개의 탐침 (빨간색과 검은색)이 재는 지점에서 서로의 전위 차이가 얼마나 나는지 재는 것이겠지요? 그래서 전위차를 재려는 두 지점에 각각의 탐침을 대 주어야 합니다. 위 그림에서는 저항에 걸리는 전압을 재기 위해 저항의 양 끝단에 탐침을 각각 대 준 것입니다. 이렇게 탐침을 대는 순간 해당 지점에서 DMM과의 병렬연결이 이루어지게 되지요.
그런데, 전압을 잴 때 DMM이 기존 회로에 주는 영향은 전혀 없을까요? DMM은 내부에 복잡한 회로를 갖고 있지만, 분명히 어떤 저항 성분으로 나타낼 수 있는 부분이 있을 것입니다. 그렇다면 전압을 재려는 곳에 DMM을 갖다 대서 병렬연결이 이루어지면 원래 회로에 저항이 병렬로 추가되는 효과가 있겠군요. 전에 분압기(voltage divider)에 대해 다룰 때 살펴본 그림을 다시 볼까요?

R1, R2는 원래 회로에 있던 저항들이고, R3는 새롭게 추가된 저항입니다. R3를 DMM의 저항요소라고 할까요? 그럼 이 DMM은 R2에 걸리는 전압을 재기 위해 R2의 양단에 탐침을 연결한 상태라고 볼 수 있습니다. 이렇게 DMM이 기존 회로에 연결되는 순간 병렬 연결이 생성되고, 전체 회로가 조금 바뀌게 되지요. 이 때, 기존 회로에 주는 영향을 최소화하려면 R3의 값이 클 수록 좋을까요, 아니면 작을 수록 좋을까요?...
네, R3의 저항값이 클 수록 기존 회로에 주는 영향이 작습니다. 이론상으로는 R3가 무한히 큰 저항값을 가지면 기존 회로에 전혀 영향을 주지 않지요. 그래서 DMM으로 전압을 잴 때 DMM의 내부 저항은 매우 큰 값을 가지도록 설정됩니다. 그 값은 DMM 모델마다 다르며, 10 메가옴 (10,000,000 옴) 이상인 경우도 많습니다. 기가옴 (1,000,000,000 옴) 단위도 있고요.

다음으로는 전류 측정에 대해 알아보겠습니다. DMM으로 전류를 잴 때에는 아래 그림처럼 회로에 직렬로 연결해야 한다고 이전 포스팅에서 말씀드렸지요? 이렇게 직렬로 DMM을 연결해 주기 위해서 회로의 일부분을 끊어주어야 합니다... 그래서 전류를 잴 때는 전압을 잴 때보다 조금 더 귀찮기는 하지요.

전류를 잴 때 기존의 회로에 영향을 최소한으로 주기 위해서는 DMM의 저항 성분이 클 수록 좋을까요 아니면 작을 수록 좋을까요?
네, 아마 벌써 짐작하셨을 겁니다. 기존 회로에 DMM이 직렬로 연결되는 것이기 때문에, DMM의 저항 성분이 작을 수록 기존 회로에 주는 영향이 작습니다. 이론상으로는 저항 성분이 0이면 가장 좋겠지요. 실제 DMM으로 전류를 잴 때의 내부 저항 성분은 수 옴 이하입니다.

지금까지 말씀드린 내용을 정리하면 아래와 같습니다.
DMM의 내부 저항 성분은, 전압을 잴 때에는 매우 큰 값을 가지고, 전류를 잴 때에는 매우 작은 값을 가진다.
이런 이유 때문에, DMM의 탐침을 연결하는 단자가 전압 측정용, 전류 측정용으로 따로 있는 것입니다.

DMM의 탐침 연결 단자는 보통 세 개 있습니다. 위 그림에서 A라고 써 있는 것, COM이라고 써 있는 것, V라고 써 있는 것인데요, COM은 common이라는 말을 줄여서 쓴 것으로, 공통 단자입니다. 즉, 이 COM 단자는 전류를 측정할 때나 전압을 측정할 때 모두 공통적으로 사용하는 단자라는 것이지요. COM 단자의 색깔은 검은색이므로 검은색 탐침을 연결해 주면 됩니다. 그리고 A라고 써 있는 곳에는 전류를 측정할 때, V라고 써 있는 곳에는 전압을 측정할 때 각각 빨간 색 탐침을 연결해 주는 단자입니다.

그렇다면, 전압을 재려고 하는데 실수로 빨간 색 탐침을 A 단자에 꽂고 회로에 DMM을 연결하면 어떻게 될까요?? 이 상황을 회로로 표현하면 아래와 비슷합니다. (DMM의 내부 저항값이 0이라고 가정할게요)

원래 R2에 걸리는 전압을 재려고 한 것인데 실수로 DMM 설정을 잘못해서 내부 저항이 아주 작은 상태로 회로에 병렬로 연결해 준 것이 되지요? 이렇게 되면 DMM에는 의도치 않게 상당히 많은 전류가 흐르게 됩니다. 위 회로를 가지고 DMM에 흐르는 전류량을 계산해 보면 I = Vin / R1 이 됩니다. (R2와 DMM의 합산 저항이 0이 되어 R1 만 남게 되기 때문입니다) 그나마 위 회로에서는 R1이 있어서 전류를 제한해 줄 수 있지만, 만약 R1이라도 없다면 이론상 무한대의 전류가 흐르게 됩니다. 물론 실제로는 여러 가지 요소로 인해서 전류가 제한되지만 그래도 DMM이 감당할 수 없을 정도의 전류가 흐르게 되고, 결국 DMM 내부의 퓨즈가 끊어지거나 아니면 DMM이 고장나버리게 됩니다. 그래서 전압을 잴 때와 전류를 잴 때 항상 스위치 선택과 탐침 연결을 잘 확인해야 합니다.

반대로, 전류를 재려고 하는데 실수로 빨간 색 탐침을 V 단자에 꽂고 회로에 DMM을 직렬 연결하면 어떻게 될까요? 이 때에는 DMM의 내부 저항 성분이 매우 높게 설정되어 있기 때문에 아무런 일도 일어나지 않을 수 있습니다. 하지만 제대로 값이 측정되지 않으니까 실수를 했음을 이내 깨닫게 되겠지요.