[Chapter-3] 저항

이번 시간에는 저항에 대해서 이야기 해 보겠습니다.

1)저항이란?

• 위의 그림을 예시로 설명드리면 저항이란 물탱크에 물(전자)이 가득 차 있는 상태에서 수도꼭지(저항)를 조금 돌리면 물이 조금 흐르고(전류) 수도꼭지(저항)를 최대로 돌리면 물이 많이 나옵니다(전류). 즉 저항이란 전류의 양을 조정하는 역할을 합니다.
• 다르게 표현하면 전압이 걸리는 회로에서 전류가 흐르는 경로역할을 하고, 전원으로부터 전류를 제한하는 역할을 합니다. 전류가 흐르고 있는 경로에 전류에 의한 전압을 발생합니다. 이 전압을 전압강하라고 합니다.

2) 저항의 종류

• 저항의 종류는 탄소피막 저항, 솔리드 저항, 금속피막 저항, 산화금속피막 저항, 메탈 글레이즈 저항, 휴즈형 저항, 권선형 저항, 칩 저항, 어레이 저항, 탄소피막형 가변저항, 서미트형 가변저항, 권선형 가변저항, 볼륨형 가변저항, 반고정 가변저항, 정밀 가변저항등이 있습니다.
• 이번 포스팅에서는 가장 많이 사용되고 있는 탄소 피막저항과 칩저항에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

2-1) 탄소피막 저항(Carborn Film Rsistor)

과거 가장 많이 사용되었던 저항으로 세라믹 로드에 탄소분말을 피막 형태로 입힌 후 나선형으로 홈을 판뒤 저항값을 조절하는 방법으로 제조합니다. 이후 제조공정은 저항의 표면에 절연도장을 입히고 절연 도장이 유무에 따라 비절연형/간이절연형/절연형으로 구분합니다. 가격이 가장 저렴하기 때문에 가장 많이 사용됩니다. 저는 회사에서 설계할 때 탄소 피막저항은 한번도 사용해 본 적이 없습니다. 이유는 수작업으로 저항을 끼워야 해서 대량 생산에 적합하지 않고 제가  신뢰성 문제(고객의 요구)도 있고 해서 저는 칩저항만 사용하였습니다.

2-2) 칩저항 (Chip Resistor)

• 칩저항은 제품이 점점 소형화 되고 SMT 공법이 고도화 되면서 개발된 저항입니다. 세라믹 기판위에 저항체를 후막 형태로 얹어서 제조하고 후막의 두께에 따라 후막칩 저항(thick film resistor)와 박막형 칩 저항(thin film resistor)으로 나눌 수 있습니다. 그냥 칩저항이라고 정의하시면 됩니다. 앞으로 저는 이 블로그에서 칩저항만을 다룰 예정이라서 앞으로 언급하는 저항은 칩저항을 언급한다고 생각하시면 됩니다.
• 저항의 다양한 종류와 구조, 특징, 용도, 유의사항, 규격등을 확인하고 싶으신 분들은 아래 링크에서 확인하세요.

3) 저항의 정격 사양

설계시 저항을 결정할때 확인해야 하는 사양들을 정리해 보겠습니다. 아래 설명드리는 내용은 저항 선정시 꼭 확인해야 하는 내용이기 때문에 반드시 숙지하시길 바랍니다.

3-1) 저항의 정격전력

• 정격전력은 저항이 소비가능한 최대전력을 의미합니다.
• 주위온도가 70도가 넘어가면 Derating이 발생합니다. Derating란 저항이 견딜 있는 전력치가 있는데 주위 온도가 70도가 넘어가면 저항이 가지고 있는 전력치를 100% 발휘를 못한다는 의미입니다. 저항 설계시 사용 제품의 온도 범위를 확인하고 제품이 70도 이상에서도 사용이 되어야 한다는 제품이라면 70도 이상에서 얼마나 Derating이 되는지 사양서에서 확인하고 설계를 해야 합니다. 그리고 Derating 온도가 꼭 70도는 아니기 때문에 사양서를 꼭 확인하셔야 합니다. 아래는 참고용 그래프 입니다.

3-2) 저항의 허용전압

• 저항에 인가 가능한 최대전압을 의미합니다.
• 사양서에 기재가 되어 있으니 꼭 확인하시길 바랍니다.

3-3)공칭저항값

• E 계열이라는 수치가 사용됩니다.
• E계열이란 1~10의 사이를 등비수열로 등분한 것으로 등분하는 수에 따라 E3, E6, E12, E24, E48, E96, E192가 있습니다.
• 무슨 말인지 잘 이해가 안되시죠? 그냥 아래 표대로 저항값이 존재한다고 보시면 됩니다. 그리고 오차율은 아래 참고하세요.
  • E3계열 tolerance: 50%
  • E6계열 tolerance: 20%
  • E12계열 tolerance: 10%
  • E24계열 tolerance: 5%
  • E48계열 tolerance: 2%
  • E96계열 tolerance: 1%
  • E192계열 tolerance: 0.5, 0.25, 0.1%

3-4) 저항의 허용차

• 공칭 저항값의 오차입니다. 오차율은 0.5%, 1%, 5%, 10%가 일반적으로 사용됩니다.
• 0.05%, 0.1%, 20%의 오차율을 가진 저항도 있습니다.
• 오차가 정말할수록 단가가 올라가기 때문에 제품의 용도에 따라 선정하면 됩니다.

3-5)저항의 온도계수 (TCR)

• 저항값의 온도변화를 의미합니다. 카본저항은 400ppm, 금속저항은 50~200ppm 정도입니다.
• 다시말해 주위 온도에 의해 저항값이 바뀌게 되는데 이것을 나타내는 것이 저항온도계수라고 합니다. 영어로는 TCR(Temperature Coefficient of Resistance)입니다. 기호로는 α(알파)다. 저항온도계수α는 온도를 1℃ 올렸을 때 바뀐 저항값의 차이(Δ)가 0℃ 였을 때의 저항값에 비해서 얼마나 되는가를 가리키는 비율(比率, rate)입니다. 수치가 낮을수록 주위 온도 변화에 대한 저항치 변화가 적다는 의미입니다.  제품의 사용온도 범위가 높거나 기판 자체에 대전류가 흐르는 경우, 또는 발열소자 주위로 저항을 배치해야 하는 경우에는 TCR을 꼭 확인해야 합니다. 보통 30%정도 마진 설계를 해 줘야 하기때문에 꼭 확인해야 하는 사양입니다.

3-6)저항의 서지전력

• 서지전력이란 단시간에 가해지는 전력의 허용치를 의미합니다. 한순간에 큰 전류가 흐르는 회로의 경우 주의가 필요합니다. 이 경우 특별하게 제작되어진 서지저항을 사용해야 합니다. 서지 관련해서 필터링을 해주는 소자들이 있습니다. 이건 기회가 된다면 별도로 다루는 시간을 갖도록 하겠습니다.