교류 회로에서 수동 소자들의 특성

교류 저항 회로

다음과 같이,

크기가 R[Ω]인 저항에 크기가

인 전압을 인가한다면, 옴의 법칙에 따라

의 전류가 흐르게 된다. 다시 말해, 교류 전압원이 연결되었으므로, 회로에 흐르는 전류 역시 교류 전류가 흐른다는 것을 의미하고, 전압원의 진폭과 전류원의 진폭에 대해서만 저항이 영향을 끼칠 뿐, 주파수나 위상과 관련된 부분에 변화는 없다는 것을 알 수 있다.

멀티심에서 크기가 5[Ω]인 저항에 최대값이 10[V]이고, 주기가 200[ms]인 교류 전압원을 연결하면,

위 그림과 같은 결과를 확인할 수 있다. 앞에서 이야기한 내용과 같이, 진폭에 대한 부분만 영향이 있을 뿐, 교류 전압원과 전류원 모두 동상임을 확인할 수 있다.

교류 인덕터 회로

이번에는 교류 인덕터 회로에 대해 알아보자. 다음과 같이,

크기가 L[H]인 인덕터에 크기가

인 전류원이 연결된다면, 인덕터에는

의 전압이 유도된다.

회로에 흐르는 전류와 인버터에 유도되는 전압의 순시값을 위 그림과 같이 하나의 그래프에 겹쳐보면, 주파수 성분은 같지만 전압의 파형이 전류의 파형에 비해 왼쪽으로 90도 쉬프트 되었음을 알 수 있다. 사인 곡선의 시작점을 기준으로 본다면, 왼쪽으로 쉬프트 된 전압의 파형이 전류의 파형에 비해 90도 만큼 앞선다고 볼 수 있으므로, 전압 파형은 전류 파형 대비 진상, 전류 파형은 전압 파형 대비 지상이라 부르고, 이 둘은 90도의 위상차를 갖는다.

교류 인덕터 회로에서 90도 만큼의 위상차가 발생한다는 것도 중요한 부분이지만, 전압과 전류의 최대치를 결정하는 과정에서 인덕턴스의 크기와 주파수 성분이 함께 적용된다는 것을 주목해야 한다.

멀티심에서 크기가 100[mH]인 인덕터에 최대값이 1[A]이고, 주기가 200[ms]인 교류 전류원을 연결하면,

위 그림과 같은 결과를 확인할 수 있다. 앞에서 이야기한 내용과 같이, 전류의 파형보다 전압의 파형이 90도 만큼 앞서는 것과

전압 파형의 진폭에 주파수 성분이 반영되었음을 확인할 수 있다.

교류 커패시터 회로

이번에는 교류 커패시터 회로에 대해 알아보자. 다음과 같이,

크기가 C[F]인 커패시터에 크기가

인 전압원이 연결된다면, 회로에는

의 전류가 흐른다.

회로에 인가된 전압과 흐르는 전류의 순시값을 위 그림과 같이 하나의 그래프에 겹쳐보면, 주파수 성분은 같지만 전류의 파형이 전압의 파형에 비해 왼쪽으로 90도 쉬프트 되었음을 알 수 있다. 다시 말해, 인덕터 회로에서의 결과와 반대로 전류 파형이 전압 파형 대비 진상, 전압 파형은 전류 파형 대비 지상인 관계라고 할 수 있고, 마찬가지로 90도의 위상차를 갖는다.

그리고, 커패시터 역시 전압과 전류의 최대치를 결정하는 과정에서 커패시턴스의 크기와 주파수 성분이 함께 적용된다.

멀티심에서 크기가 10[mF]인 커패시터에 최대값이 10[V]이고, 주기가 200[ms]인 교류 전압원을 연결하면,

위 그림과 같은 결과를 확인할 수 있다. 앞에서 이야기한 내용과 같이, 전류의 파형이 전압의 파형보다 90도 만큼 앞서는 것과

전류 파형의 진폭에 주파수 성분이 반영되었음을 확인할 수 있다.

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