우리는 전자 제품이 넘쳐나는 시대에 살고 있다는 것은 행운입니다. 하지만 이러한 전자 기기는 회로 기판의 놀라운 부품 덕분에 우리에게 다가왔습니다. 우리는 전자 기기가 어떻게 그렇게 성공적으로 작동하는지, 그리고 어떻게 조립되는지 종종 궁금해합니다. 전자 기기는 내부에서 어떤 일이 일어나는지 직접 볼 수 없지만, 그 놀라운 기능들을 직접 볼 수 있다는 점에서 매우 놀랍습니다. 이 글에서는 PCB의 놀라운 기능과 회로 기판 부품을 통해 어떻게 이러한 기능들이 가능한지 살펴보겠습니다.
1. 회로기판의 구성 요소로서의 저항기
대부분의 PCB 프로젝트에서 저항기를 자주 사용하며, 대부분 그 기능에 익숙합니다. 저항기는 회로 기판에서 가장 자주 사용되는 부품 중 하나입니다. 널리 사용되고 사용하기도 쉽습니다. 저항기는 기본적으로 전류 흐름을 방해합니다. 따라서 저항기는 열의 형태로 전력을 소모하는 데 도움을 줍니다. 저항기에는 다양한 종류가 있으며, 분류 방법도 다양합니다. 저항기는 용도에 따라 다양한 재료를 사용하기 때문에 제조 재료도 다양합니다.
저항기의 또 다른 차이점은 리드가 나오는 방식입니다. 이러한 측면에서 가장 일반적인 유형은 축 저항기입니다. 전자기기 애호가, 초보자, 그리고 취미로 하는 사람들은 어떤 회로에도 쉽게 통합할 수 있기 때문에 축 저항기를 자주 사용합니다. 모든 저항기는 원형 링으로 둘러싸여 있습니다. 이 링은 특정 저항의 저항값을 나타내는 색상 코드입니다. 또한, 이 링은 해당 저항기의 허용 오차를 알려줍니다.
2. 회로기판의 구성 요소로서의 커패시터
저항 다음으로 회로 기판에서 가장 흔히 사용되는 부품은 커패시터입니다. PCB 애호가들도 커패시터를 가장 선호합니다. 하지만 저항에 비해 커패시터를 덜 사용합니다. 커패시터의 기본 기능은 전하를 저장하는 것입니다. 커패시터는 유전체로 둘러싸인 두 개의 금속판으로 구성됩니다. 두 금속판은 서로 반대되는 전하를 저장하고, 유전체는 두 금속판을 분리하는 역할을 합니다. 회로에 커패시터를 배치하면 전하가 방출됩니다. 이렇게 회로에 전류가 흐르기 시작합니다.
커패시터를 분류하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 하지만 우리는 주로 유전체 재료에 따라 분류합니다. 유전체 재료가 커패시터의 주요 특성을 부여하는 역할을 하기 때문입니다. 유전체 재료의 밀도가 높을수록 커패시터는 플레이트에 더 많은 전하를 저장할 수 있습니다. 따라서 더 높은 정전용량을 얻으려면 커패시터를 만들 때 좋은 재료를 사용하는 경향이 있습니다. 일반적인 커패시터는 금속 플레이트에서 두 개의 리드가 나옵니다. 이 리드를 사용하여 커패시터를 전기 회로에 연결합니다.
3. 회로기판의 구성 요소로서의 인덕터
인덕터는 회로 기판의 수동 선형 부품을 구성하는 세 가지 요소 중 하나입니다. 나머지 두 요소는 커패시터와 저항입니다. 인덕터 역시 주로 에너지를 저장하는 역할을 합니다. 하지만 인덕터는 자기장을 생성하여 에너지를 저장하는 반면, 커패시터는 정전기를 이용하여 에너지를 저장합니다. 인덕터는 여러 종류가 있으며, 간단한 것도 있고 복잡한 것도 있습니다. 그중에서도 금속 코일은 가장 일반적이고 이해하기 쉬운 인덕터입니다. 코일이 생성할 수 있는 자기장은 코일의 감은 횟수에 따라 달라집니다. 따라서 감은 횟수가 많을수록 인덕턴스가 커집니다.
인덕터가 자기 코어에 감겨 있는 것을 흔히 볼 수 있습니다. 자기 코어는 다양한 형태와 크기로 제공됩니다. 이 코어의 주요 목적은 전류가 도체를 통과할 때 자기장을 강화하는 것입니다. 따라서 이 자기 코어를 사용하면 특정 신호를 차단하거나 완전히 차단할 수 있습니다. 이는 통신 장비의 간섭을 줄이고 배터리 수명을 늘리는 등 다양한 용도로 사용할 수 있어 매우 유용합니다.
4. 회로기판의 구성 요소로서의 전위계
전위차계는 기본적으로 단순 저항의 발전된 형태입니다. 단순 저항은 고정된 저항값을 갖지만, 전위차계의 저항값은 필요에 따라 변경할 수 있습니다. 전위차계에는 여러 종류가 있지만 가장 일반적인 것은 선형 및 회전형입니다. 선형 전위차계의 저항값은 선형 슬라이더를 움직여 조절할 수 있습니다. 회전형 전위차계의 저항값은 노브를 돌려 조절할 수 있습니다. 슬라이더가 반원형 기본 저항 위로 이동함에 따라 저항값이 변합니다.
회전식 전위차계는 일상생활에서 자주 사용됩니다. 가장 일반적인 용도 중 하나는 음악 플레이어 및 유사한 오디오 장비의 원형 볼륨 컨트롤러에 사용되는 것입니다. 전위차계는 앰프로 흐르는 전류량을 제어하는 방식으로 작동합니다. 미세 조정을 통해 성능을 가변적으로 조정해야 하는 정교한 장비를 설계할 때 전위차계를 자주 사용합니다.
5. 회로기판의 구성 요소로서의 변압기
변압기는 회로 기판의 가장 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 변압기는 주로 한 장치에서 다른 장치로 전기 에너지를 전달하는 역할을 합니다. 여러 장치를 통해 전기 에너지를 전달하면서 에너지는 증가하거나 감소합니다. 이러한 증가 또는 감소는 전압에서 종종 관찰됩니다. 전문가들은 이를 전압 변환과 유사한 것으로 생각합니다. 변압기는 일반적인 인덕터에서 볼 수 있는 것과 유사한 금속 코어를 포함합니다. 금속 코어 주변에는 항상 여러 개의 코일이 있습니다. 최소 두 개의 코일이 있으며, 그중 하나는 2차 코일 역할을 하고 다른 하나는 1차 코일 역할을 합니다. 2차 코일은 전기 에너지가 전달되는 장치를 의미합니다. 반면 1차 코일은 전기 에너지가 발생하는 장치를 의미합니다.
우리는 대형 전신주에 변압기를 자주 볼 수 있습니다. 이 변압기는 산업용 변압기로 알려져 있으며, 전선을 통과하는 전압을 낮추는 역할을 합니다. 이 전압 강하는 보통 수십만 배에 달합니다. 따라서 변압기를 통해 이 전압을 일상생활과 일반 가정에서 사용할 수 있게 됩니다.
6. 회로 기판의 구성 요소로서의 다이오드
다이오드는 회로 기판에서 가장 중요한 부품 중 하나입니다. 다이오드의 주요 목적은 전류를 한 방향으로만 흐르게 하는 것입니다. 전류는 양극에서 음극으로 또는 그 반대로 흐를 수 있지만, 동시에 두 방향으로 흐를 수는 없습니다. 다이오드는 한 방향으로는 무한한 저항을 제공하고 다른 방향으로는 저항이 0이 되도록 하여 이러한 기능을 수행합니다. 따라서 이러한 특성을 활용하여 원치 않는 방향으로 전류가 흐르는 것을 차단할 수 있습니다. 가장 널리 사용되는 다이오드 중 하나는 LED 다이오드, 즉 발광 다이오드입니다. 이 다이오드는 주로 빛을 내는 데 사용됩니다. 이 다이오드는 납땜하기가 매우 쉽습니다. 하지만 올바른 방향으로 배치해야 LED가 켜지지 않을 수 있습니다.
7. 회로 기판의 구성 요소로서의 트랜지스터
대부분의 전자 전문가들은 트랜지스터를 오늘날 우리가 알고 있는 전자 기술의 시초로 여깁니다. 트랜지스터는 회로 기판의 매우 중요한 부품입니다. 하나의 IC 안에 수십억 개의 트랜지스터가 들어 있습니다. 하지만 트랜지스터를 복잡한 기기로 생각해서는 안 됩니다. 오히려 일반적인 전기 스위치와 간단한 증폭기일 뿐입니다. 트랜지스터는 다양한 모양과 크기로 출시되지만, 가장 일반적인 것은 바이폴라 트랜지스터입니다. 그 외에도 PNP 및 NPN 트랜지스터도 있습니다.
바이폴라 트랜지스터에는 3개의 핀이 있습니다. 컬렉터, 이미터, 그리고 가장 중요한 베이스가 있습니다. NPN 트랜지스터에 소량의 전류가 흐르면 베이스에서 이미터로 흐릅니다. 그러나 이로 인해 다른 설정이 작동하여 전류가 훨씬 더 커집니다. 이렇게 커진 전류는 이미터에서 컬렉터로 흐릅니다.
반면, PNP 트랜지스터는 NPN 트랜지스터와 정반대로 동작합니다. FET 또는 간단히 전계 효과 트랜지스터라고 부르는 또 다른 유형의 트랜지스터가 있습니다. 이 트랜지스터는 기존 전계를 이용하여 다른 회로 설정을 트리거함으로써 전류를 흐르게 합니다.
8. 회로 기판의 구성 요소로서의 실리콘 제어 정류기(SCR)
이들은 회로 기판의 필수 부품이기 때문에 애호가들이 즐겨 사용합니다. 다이오드나 트랜지스터와 매우 유사하기 때문에 사이리스터라고도 합니다. 일부 전문가들은 이들이 서로 연동하여 작동하는 두 개의 트랜지스터와 유사하다고 주장합니다. 이들은 네 개의 실리콘 층으로 구성되어 있으며, 세 개의 리드만 있습니다. 증폭기 역할을 하는 것이 아니라 스위치 역할을 합니다.
주목해야 할 중요한 점 중 하나는 스위치를 활성화하는 데 단 하나의 펄스만 필요하다는 것입니다. 반면, 트랜지스터는 증폭을 위해 지속적으로 전류를 공급해야 합니다. 따라서 트랜지스터는 대용량 전력을 스위칭하는 데 더 적합합니다.
9. 회로 기판의 구성 요소로서의 집적 회로
IC는 회로 기판의 핵심 부품입니다. 전자 회로와 부품을 미세하게 축소하여 반도체 박막에 내장하면 IC라고 합니다. IC는 여러 전자 부품을 하나의 칩에 내장할 수 있게 해 줍니다. 이 놀라운 기능 덕분에 최초의 계산기를 제작할 수 있었습니다. 이제 IC는 최첨단 스마트 기기와 혁신적인 슈퍼컴퓨터를 만드는 데 기여하고 있습니다. IC는 중앙 처리 장치, 즉 더 큰 회로의 두뇌 역할을 합니다. IC는 다양한 종류가 있지만 대부분 검은색 플라스틱 케이스에 담겨 있습니다. 일반적으로 IC는 리드와 같은 눈에 보이는 접점을 가지고 있으며, 때로는 접점 패드가 아래에 있는 경우도 있습니다.
10. 회로 기판의 구성 요소로서의 수정 발진기
이것들은 복잡한 장치의 회로 기판에서 가장 필수적인 부품입니다. 시계에 주로 사용되는 이유는 중요한 회로를 만들 수 있기 때문입니다. 이러한 중요한 회로는 안정적이면서도 정확한 시간을 유지할 수 있도록 해줍니다. 여기에는 주기적인 전자 신호를 생성하는 압전 소자가 포함됩니다. 압전 소자는 기본적으로 진동하면서 신호를 생성하는 결정질 물질입니다. 우리는 압전 소자가 안정적인 속도로 진동하도록 설계합니다. 압전 소자의 진동은 특정 주파수와 연관되어 있습니다. 따라서 압전 소자를 사용하면 경제적이고 정확한 시계를 만들 수 있습니다. 또한 석영 시계나 마이크로컨트롤러와 같은 다른 중요한 장치에도 사용됩니다.
11. 회로 기판의 구성 요소로서의 스위치 및 릴레이
스위치는 회로 기판의 가장 기본적인 구성 요소이지만, 우리는 종종 그 중요성을 잊곤 합니다. 스위치는 주어진 회로 내에서 전류 흐름을 제어할 수 있게 해 줍니다. 스위치는 닫힌 회로와 열린 회로 사이를 이동할 수 있게 해 줍니다. 스위치는 다양한 형태와 크기로 제공됩니다. 하지만 슬라이더, 레버, 키, 푸시 버튼, 회전식 스위치 등이 흔히 사용됩니다. 한편, 전기음성 스위치는 릴레이라고 합니다. 릴레이는 솔레노이드를 통해 작동합니다. 따라서 전류가 흐르면 솔레노이드는 일시적인 자석 역할을 합니다. 따라서 스위치처럼 작동하여 작은 전류를 큰 전류로 증폭할 수 있습니다.
12. 회로 기판의 구성 요소로서의 센서
센서는 회로 기판의 구성 요소로, 대기의 변화를 감지할 수 있습니다. 센서는 이러한 변화를 감지하면 이를 반사하는 신호를 생성합니다. 이 전자 신호는 회로 기판의 여러 구성 요소로 전송됩니다. 센서는 기본적으로 물리적 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 따라서 우리는 센서를 종종 변환기(transducer)로 간주합니다(센서는 에너지를 한 형태에서 다른 형태로 변환할 수 있기 때문입니다).
센서는 다양한 종류가 있으며, 각기 다른 용도를 가지고 있습니다. 가장 널리 알려진 센서로는 온도 센서, 습도 센서, 압력 센서, 조도 센서, 모션 센서 등이 있습니다. 이러한 센서들은 매우 흔하며 일상생활에서 자주 사용됩니다. 예를 들어, TV 리모컨의 적외선 신호 감지에는 LED가 사용됩니다. 또한 화재 및 연기 경보기에는 화재 센서와 습도 센서가 사용됩니다. 이처럼 센서를 회로 기판의 구성 요소로 사용하여 다양한 산업 공정을 최적화할 수도 있습니다.
PCB 구성 요소에 대해 자세히 알아보려면 다른 블로그 게시물을 확인하세요.회로 기판 구성 요소: 포괄적인 가이드."
