저항의 실체, 저항기(Resistor)

저항, 저항 말은 많이 했는데, 회로에서 실제로 전류를 조절하게 하는 저항을 가지는 실제 부품에 대해서는 이야기할 기회가 없었네요. 저항이 필요하다고 전구를 붙일 수는 없겠지요. 이번에는 실체를 가진 부품, 저항기(Resistor)에 대해서 이야기해 보겠습니다. 

 

저항기(Resistor)는 그냥 단순히 저항이라고도 부릅니다. 영어로는 저항이 Resistance, 저항기가 Resistor로 구분이 되지만, 평소에는 우리는 사실 저항기, 저항 구분하지 않고 사용해요. 저항기는 저항을 가지는 부품입니다. 단순하지요. 앞으로 특별히 의미를 별도로 부여하지 않는다면, 저항이라고 하면 저항을 가진 부품, 저항기를 의미한다고 보면 됩니다.

 

여러 가지 모양이 있을 수 있지만, 흔한 것은 사진과 같은 모양입니다. 

실제 저항기의 모습입니다. 왼쪽과 같이 생긴 것을 Axial-Lead 형, 오른쪽과 같이 생긴 것을 표면실장형(SMD형)이라고 합니다. 이 이외에도 다른 모양도 있지만, 이것들이 가장 널리 사용되는 것들입니다.

저항기가 부품으로 사용되는 경우, 2가지를 고려합니다. 

 

첫째, 값을 알 수 있는 원하는 저항을 가져야 합니다.

부품으로 사용이 되는데, 값을 알 수 없거나 값이 막 변한다면 아무 의미가 없지요. 모든 저항기는 정해진 저항을 가지고 있습니다. 그리고, 어떤 식으로든 그 값을 알려 줍니다. 사진에서 왼쪽에 보이는 것과 같이 생긴 저항을 Axial-Lead Type(우리말로는 어떻게 불러야 할지 모르겠네요.)이라고 하는데, 이러한 저항기는 표면에 색깔띠로서 저항기가 가진 저항을 표시합니다. 오른쪽에 있는 것과 같이 생긴 저항기는 표면실장형(SMD Type)이라고 하는데, 표면에 숫자를 사용하여 표시합니다. 물론 표면실장형의 경우 너무 작은 크기의 저항기라면 표면에 숫자를 써서 표시하지 못하는 경우도 있습니다. 

일반적으로 많이 사용되는 저항은 10% 공차의 K급, 5% 공차의 J급입니다. 처음에는 공차에 대해서 완전히 이해하지 못해도 괜찮습니다. 어쨌든 일반적으로 사용되는 보통 K급 또는 J급의 저항기의 저항은 3개의 숫자를 사용하여 저항을 표시합니다. 4개의 숫자로 나타내는 좀 더 정밀한 저항도 있지만, 처음에는 그것까지 신경쓰지 않아도 괜찮습니다. 3개의 숫자로 저항기의 저항을 표시합니다. 색깔띠라더니 왜 숫자만 이야기하느냐고요? 예, 각각의 색깔이 숫자입니다. 다음 표와 같이 하나의 색깔은 하나의 숫자에 대응합니다. 이것은 색깔 코드(Color Code)라고 부릅니다. 제가 처음 이것을 외울 때, "갈-적-등-황-녹-청-자-회-백"이라고 1부터 9까지 외운 기억이 있습니다. 검은색은 0이라고 금방 알 수가 있으니까, 1부터 9까지 외운 것이지요. 등색은 오렌지색을 그렇게 부른다는군요. 황색은 노란색입니다. 색깔띠를 볼 때, 빨간색-오렌지색, 파란색-자주색이 많이 헷갈릴 수 있으니 조심하세요.

세자리 숫자는 각각, 첫번재는 10의 자리 숫자, 두번째는 1의 자리 숫자, 세번째는 10의 지수를 나타냅니다. 예를 들어, "황-자-적" 또는 "472"와 같이 표시가 되어 있다면, 4.7KΩ 또는 4700Ω의 저항입니다. "황-자-등" 또는 "4-7-3"이라면 47KΩ 또는 47000Ω입니다. K는 킬로(Kilo)라고 읽고, 0이 세개 붙은 1000(천)이라는 의미입니다. 자주 듣는 것 중의 또 하나는 M, 메가(Mega)라고 읽고 0이 여섯개 붙은 1000000(백만)이라는 의미입니다. 10메가바이트, 20메가바이트 많이 들었죠?

색깔띠를 저항값으로 변환하는 방법입니다. 색깔띠 중 가장 오른쪽의 공차를 제외하고 3개의 숫자가 저항값을 나타냅니다. 색갈띠로 표시하면 그림처럼, 표면실장형 저항기의 경우에는 숫자로 표시를 합니다.

그리고, Axial-Lead Type의 저항기에 표시되어 있는 색깔띠에는 네번째 색깔띠가 있습니다. 주로 많이 보는 것은 K급 저항 10% 공차를 나타내는 은색, J급 저항 5% 공차를 나타내는 금색입니다. 표시된 공칭 저항값에서 10% 또는 5% 이내에서 차이가 날 수 있다는 의미입니다. 

 

둘째, 견딜 수 있는 최대 전류를 고려해야 합니다. 

무슨 소리냐구요? 저항은 전압과 전류의 관계를 만듦과 동시에 에너지를 소모합니다. 1초당 소모하는 에너지를 전력이라고 한다고 했지요? 

다시 되짚어 보겠습니다. 

저항에서 소모되는 전력. 옴의 법칙을 이용하여 여러 형태로 나타낼 수 있습니다.

저항에 전류가 흐르면 양쪽에 전압이 형성되며, 양쪽에 전압을 인가하면 전류의 흐름을 만듭니다. 이 전압과 전류는 전력 소모(Power Dissipation)를 만들어 냅니다. 이 전력은 열이 되어 소모가 됩니다. 부픔 중에 저항기를 찾다 보면, 1/4W급, 1/8W급, 1/16W급 등으로 표시되어 있는 것을 볼 수 있습니다. 이것을 정격전력(Rated Power)이라고 부르고 이 범위 내에서 사용하여야 합니다. 예를 들어, 5V의 전압을 120Ω 저항이 인가한다고 해 봅시다.

실제의 값을 넣어 계산을 해 봅니다.

이 때, 정격전력 1/8W급 저항기를 선택한다면 무슨 일이 일어날까요? 이 저항에서 소모될 전력은 약 0.208W입니다. 1/8W, 즉 0.125W보다 큽니다. 견딜 수 있는 열보다 더 많은 열이 발생하겠죠. 결국 열을 이기지 못하고 까맣게 타게 됩니다. 화재가 발생할 수도 있습니다. 저항기에서 소모될 것으로 예상되는 전력보다 충분히 높은 정격전력을 갖는 저항기를 선택하여야 합니다. 

 

전자회로의 설계는 무작정 회로만 그려서 따라하거나, 적당히 동작하기만 하는 제품을 만드는 것이 아닙니다. 이 세세한 모든 부분을 꼼꼼히 계산하고 예측하여야만 좋은 제품, 안전한 제품을 설계하는 것입니다. 취미공작이라고 해도 예외는 아니지요.