Ch.1. Basic Concepts
전기회로의 정의
• 전기회로의 정의 : 전기소자의 상호연결
(Interconnection of electrical elements)
• 대표적인 전기소자 -전원
-저항(Resistance)
-인덕터(Inductance)
-콘덴서(Capacitor)
-Switch
SI Units (Int’l System of Units)
기본적인 SI Units
System of Units
• The derived units commonly used in electric circuit theory
Quantity Unit Symbol
Electric charge Coulomb C
Electric potential Volt V
Resistance Ohm Ω
Conductance Siemens or Mho S, ℧
Inductance Henry H
Capacitance Farad F
Frequency Hertz Hz
Force Newton N
Energy, Work Joule J
Power Watt W
전하와 전류
• 전하(Electric Charge) : 어떤 물체 또는 물질이 가지고 있는 전기적 성 질 또는 전기의 양을 의미함
- Unit : 쿨롱 (Coulomb, 표기 : C)
- 전자 및 양자의 전하량 : 1.6021773349x10-19 C
일반적으로 자연에서 발견되는 전하량은 1.602x10-19C의 정배수 - “전하량 보존의 법칙”의 성립
- 도체에서는 전하가 자유롭게 이동할 수 있으며 음전하(전자) 이동 의 반대방향을 전류방향으로 정의
(Benjamin Franklin’s convention)
전하와 전류
• 전류(Electric Current) : 단위 시간당 전하량의 변화
(Time rate of change of electric charge) - 수학적 표현 : or
- Unit : ampere[A] = coulomb / second [C/sec]
• 직류와 교류
- 직류(DC, direct current) : a current that remains constant
- 교류(AC, alternating current) : a current that varies sinusoidally
※ 직류는 일반적으로 italic 대문자로, 교류는 italic 소문자로 표시
i dq
dt
0 ( )
t
q
t i t dt전하와 전류
Example 1.1
How much charge is represented by 4,600 electrons?
Example 1.2
The total charge entering a terminal is given by q=5t sin4πt [mC].
Calculate the current at t = 0.5 sec.
Example 1.3
Determine the total charge entering a terminal between t=1 and t=2 if the current passing the terminal is i=(3t2 – t) [A].
전하와 전류
• 전류의 방향
- Direction of positive charge movement
- Positive & negative current
전압
• 전압 또는 전위차 (Voltage or Electric Potential Difference) :
The energy required to move a unit charge through an element - 수학적 표현 :
- Unit : [V] = [Joule / Coulomb] = [Newton · meter / Coulomb]
• 전압의 방향
- (그림 a) point a의 전압은 point b 보다 9V 높다
- (그림 b) point b의 전압은 point a 보다 9V 낮다
v dw
dq
전압
Example 1.4
An energy source forces a constant current of 2A for 10sec to flow through a light bulb. If 2.3kJ is given off in the form of light and heat energy, calculate the voltage drop across the bulb.
전력과 전력량
• 전력(Power) : the time rate of expending or absorbing energy -수학적 표현 :
- Unit : [Watt] = [Joule / Sec] = [Volt · Ampere]
• 전력의 부호에 대한 convention
- (그림 a) p>0이면 element에 의하여 전력이 소비됨을 의미 - (그림 b) p<0이면 element가 전력을 공급함을 의미
dw dw dq
p v i
dt dq dt
전력과 전력량
• 전력의 부호에 대한 convention (2)
전력과 전력량
• 전력량(Energy) : 일정기간 동안 element에 의하여 흡수/공급된 전력 (the capacity to do work)
- 수학적 표현 :
- 단위 : [Watt · sec] or [Watt · hour]
• 전력량 보존의 법칙 (law of conservation of energy) :
“공급된 전력량(energy supplied) = 흡수된 전력량(energy absorbed)”
0 ( ) 0
t t
t t
w
p t dt
vi dt0
p 전력과 전력량
Example 1.5
Find the power delivered to an element at t=3 ms if the current entering its positive terminal is
i=5 cos60 πt [A]
and the voltage is : (a) v=3i, (b) v = 3 di/dt Example 1.6
How much energy does a 100-W electric bulb consume in two hours?
회로 소자(Circuit Elements)
• 회로 소자의 구분
- Active element : Energy를 생성할 수 있는 소자 예) Generator, Battery, Op-Amp - Passive element : Energy를 생성할 수 없는 소자
예) Resistor, Inductor, Capacitor
회로 소자(Circuit Elements)
• Ideal Independent Voltage / Current Source
“an active element that provides a specified voltage or current that is completely independent of other circuit element”
Ideal Independent
Voltage sources Ideal Independent Current sources
회로 소자(Circuit Elements)
• Ideal Dependent (Controlled) Voltage / Current Source
“an active element in which the source quantity is controlled by another voltage or current” (대부분 OP-Amp로 구현)
- VCVS : Voltage controlled voltage source - CCVS : Current controlled voltage source - VCCS : Voltage controlled current source - CCCS : Current controlled current source
회로 소자(Circuit Elements)
Example 1.7
Calculate the power supplied or absorbed by each element.
회로 소자(Circuit Elements)
Example 1.8
The electron beam in a TV picture tube carries 1015 electrons per second. Determine the voltage Vo needed to accelerate the electron beam to achieve 4W.
회로 소자(Circuit Elements)
Example 1.9
