1. 능동소자란?
회로에서 에너지를 공급해주는 역활을 하는 것을 능동 소자(Active element)라 하며, 이러한 능동소자에는 전압원 (Voltage Source)과 전류원 (Current Source)으로 구분된다.
2. 전압원 (Voltage Source)
- 전압원이란?
전압원(Voltage Source)은 부하(Load)로 흘러가는 전류와 상관없이 부하의 양단간에 항상 기전력과 동일한 전압을 유지시켜 주는 것을 목적으로 하는 소자를 의미한다.
- 이상적인 전압원
이상적 또는 완전한 전압원 (Ideal volatage source)이라고 하는 것은 부하저항값에 관계없이 출력전압을 항상 일정하게 만들어내는 전압원을 말한다. 이런 전압원을 본적이 있는가?
이상적인 전압원의 가장 간단한 예는 내부저항이 0 인 완전 전지이다.
예를 들면 아래 그림의 A와 같은 경우 전지는 부하저항에 10V의 출력전압이 공급되므로 1kΩ의 부하저항에 흐르는 전류는 0.01A가 된다. 만약 그림 B와 같이 부하저항을 10Ω으로 감소시키게 되면 부하전압은 그대로 10V를 유지하게 될것이고, 전류는 1A까지 증가하게 된다.
그림 C와 같은 조정이 가능한 부하저항 (가변저항) 이 가변되더라도 항상 부하저항에 10V의 전압을 공급하고 부하저항에 흐르는 부하전류만이 변화하게 되는 것이다.
- 실제의 전압원
이상적인 전압원은 자연에서는 존재하지 않고 이론적인 소자이다. 만약 위의 그림 C에서 가변 저항 RL이 0으로 접근한다고 가정하면 부하 전류는 무한대로 될 것이 분명하다. 그러나 실제의 전압원은 내부저항을 갖고 있기 때문에 무한대의 전류는 존재할 수 없다.
이러한 내부저항은 보통 1Ω보다 적은 내부저항을 갖지만 자동차용은 0.1Ω보다 적은 내부저항을 갖고 있다.
실제 전압원의 내부저항은 부하저항과 직렬로 연결되어 있는 상태로 표시하며 아래 그림 A에서는 0.03Ω의 내부저항을 갖는 12V 전압원을 예를 들었다.
부하저항을 0Ω까지 감소시킨 상태에서 부하전류를 계산하면, I=12V/0.03Ω=400A 이다. 이것은 실제 전압원에서의 최대 부하전류이며 이러한 최대 부하전류를 일명 단락부하전류(Shorted load current)라고 한다. 실제의 전압원을 그림으로 그리게되면 B와 같이 된다. 이상적인 전압원 Vs는 내부저항 Rs와 직렬로 연결되므로, 이때 부하저항 에 흐르는 부하전류는 아래의 식과 같이 구할 수 있다.