수동소자(R,L,C) 특성에 대해 설명해보세요.

[수동소자]

공급된 전력을 소비·축적·방출하는 소자로, 증폭 정류 등의 능동적 기능을 하지 않는 것. 증폭이나 전기 에너지의 변환과 같은 능동적 기능을 가지지 않는 소자로 저항기, 콘덴서, 인덕터, 트랜스, 릴레이 등이 있다. 능동소자와는 반대로 에너지를 단지 소비, 축적, 혹은 그대로 통과시키는 작용을 하고, 수동적으로 작용할 뿐, 먼저 나서서 어떠한 일을 하지는 않는다. 수동소자는 외부전원이 필요 없이 단독으로 동작이 가능하다. 만들어진 후에는 입력 조건에 의한 소자의 특성 변화가 불가능 하고, 소자의 특성이 수동적으로 상황에 알맞게 전류나 전압이 인가되지 않은 상태에서 결정되어 있는 소자이다. 기본적으로 선형 동작을 하기 때문에 수동소자는 선형 해석만으로도 충분한 해석이 가능하다.

(참고) 능동소자

입력과 출력을 갖추고 있으며, 전기를 가한 것만으로 입력과 출력에 일정한 관계를 갖는 소자. 에너지의 발생이 있는 것을 능동 소자라고 하지만, 에너지 보존 법칙이 성립하여 정상상태에서는 에너지 지수가 0으로 되기 때문에 실제로 에너지가 발생하는 것은 아니며 전원으로부터의 에너지를 써서 신호의 에너지를 발생시키는 등, 에너지 변환을 하는 것이 능동소자이다. 그렇기 때문에 능동소자는 신호단자 외 전력의 공급이 필요하다. 대표적인 부품으로는 연산증폭기, 다이오드(모든 다이오드가 아니라, 터널 다이오드나 발광다이오드 같이 부성저항특성을 띠는 다이오드만), 트랜지스터, 진공관 등이 있다.

[수동소자 R (Resistance)]

전류의 흐름을 방해하고, 전위차(V)를 만든다.

흔히 알고 있는 탄소피막저항기, 가변저항기, 권선 저항기 등 크기나 종류, 용도는 달라도 전자의 흐름을 방해하는 원인에서 비롯되는 발열, 전류 제한 등의 목적으로 쓰이는 소자이다. 직류 교류전원에서의 부하특성은 변화가 없으며, 실 소비전력의 대부분을 소비한다.

(예) PCB상의 각종 막대저항기, 전력 조정용 가변저항기, 백열전구, 전열기구(히터)

[수동소자 L (Inductor=Coil)]

도선을 감은 코일로 가장 기본적인 회로 부품이자 회로 소자이다.

전선에 전류가 흐를 때 전선 주변에 발생되는 자기장(자계)은 자기력이 되고, 이 전선을 코일처럼 감았을 때 기전력과 역기전력이 발생된다. 이것은 저항성분(Impedance)이 되어 하이 패스 필터의 역할을 하게 된다.

전류가 흐르는 도선에서 유도되는 자기유도 현상에서 기인되는 에너지 축적 또는 변환과정이며, 직류에서는 과도기의 응답을 제외하고는 거의 도체 전선과 같아지고 교류부하에서는 주파수에 따라 엄청난 저항으로 나타난다. 주로 교류전력의 제한과 전자석응용회로에 쓰인다.

(예) 초크코일, 솔레노이드, 트로이드, 리레이, 전자 접촉기, 유도가열기, 전자밸브, 전동기, 발전기 등

[수동소자C (Condenser=Capacitance)]

전압의 급격한 변화를 막는 역할을 한다. 저항성분이 주파수에 반비례한다.

전하를 담을 수 있는 그릇쯤으로 인식해도 무방하다. 도체판 두 개를 서로 마주 보게 하고 전원을 연결하면 한쪽은 양전하, 다른 쪽은 음전하가 축적된다. 교류에서는 주파수에 따라 거의 저항으로서의 역할이 없어지기도 하지만 직류에서는 과도기의 응답을 제외하고는 허용전압까지는 거의 부도체나 마찬가지로 작용한다.

(예) 전해, 마일러, 탄탈 등, 배전용, 용접기, 전원 진상 지상용, 모터 전동기 기동, 발전기 역율 개선용 등 다양

* RLC는 시간영역과 주파수영역에서 서로 다른 모양을 갖게 된다. 시간영역에서 주파수영역으로 바꿀 때 라플라스, 푸리에 변환이 있는데 회로에서는 주로 라플라스 변환을 쓴다. 시간영역에서 RLC에 관련된 V, I의 푸리에 변환 식이 나와 있다. R은 거의 비슷하고 L에서 \dfrac{d}{dt}는 주파수 영역으로 넘어가면서 j\omega로 바뀐다.