장난감이나 리모컨을 열어 보면 알록달록한 작은 부품들이 가득해요. 이 친구들은 저마다 맡은 일이 있어요. 한 명씩 만나 보고, 직접 움직여 봐요!
① 부품 친구들 도감
부품마다 회로 기호라는 "그림 이름표"가 있어요. 회로도(전기 설계도)에는 실제 모양 대신 이 기호를 그려요. 카드를 보고 친구들의 별명과 하는 일을 알아봐요.
🎓 기호는 KS C IEC 60617(국제 표준) 기준을 따르되, 교과서·미국식(ANSI)에서 자주 쓰는 모양도 함께 적었습니다. 예: 저항은 IEC에서는 직사각형, ANSI에서는 지그재그.
② 저항 — 색 띠 암호를 풀어라!
저항은 몸집이 너무 작아서 숫자를 쓸 자리가 없어요. 그래서 색깔 띠로 자기 값을 알려 줘요. 색마다 숫자가 정해져 있어요.
외우는 주문: "검갈빨주노초파보회흰"
검정 0, 갈색 1, 빨강 2, 주황 3, 노랑 4, 초록 5, 파랑 6, 보라 7, 회색 8, 흰색 9. 무지개 순서(빨주노초파보)를 가운데에 넣으면 쉬워요!
저항 색 띠 해독기
띠 개수:
바꿀 띠를 고르고(그림의 띠를 눌러도 돼요), 아래에서 색을 누르세요.
1 kΩ저항값
±5%오차
950 ~ 1,050 Ω실제 값 범위
🔁 거꾸로 찾기: 값을 쓰면 띠 색을 알려 줘요.
예: 220, 330Ω, 4.7k, 4k7, 10k, 1M, 0.47
띠 읽는 방향금색·은색 띠가 있는 쪽이 끝이에요. 그 반대쪽부터 읽어요. 띠 사이가 조금 더 떨어진 쪽도 끝이에요.
심화: 색 코드 규칙 (IEC 60062)
4띠: 유효숫자 2개 + 승수 + 오차, 5띠: 유효숫자 3개 + 승수 + 오차(6띠는 여기에 온도계수 추가).
승수 금색 ×0.1, 은색 ×0.01. 오차 갈 ±1%, 빨 ±2%, 초 ±0.5%, 파 ±0.25%, 보 ±0.1%, 금 ±5%, 은 ±10%, 무색 ±20%.
저항값은 E 계열 표준수(E12: 10·12·15·18·22·27·33·39·47·56·68·82, E24, E96…)로 생산됩니다. 부품 선정 시 저항값과 함께 정격전력 P = I²R = V²/R(1/4W, 1/2W…)을 반드시 확인하세요.
SMD 저항은 색 대신 숫자 3자리(예: 472 = 47×10² = 4.7kΩ)나 EIA-96 코드로 표기합니다.
③ 컨덴서(커패시터) — 작은 물 양동이
컨덴서는 전기를 잠깐 담아 뒀다가 필요할 때 내보내는 부품이에요. 커패시터, 콘덴서라고도 불러요.
카메라 플래시의 비밀
건전지는 힘이 약해서 한 번에 "번쩍!" 할 만큼 전기를 못 내보내요. 그래서 카메라는 먼저 컨덴서라는 양동이에 전기를 천천히 채워요(삐이~ 소리가 날 때). 그리고 사진을 찍는 순간 양동이를 한꺼번에 확 쏟아서 밝은 빛을 내요!
컨덴서 충전·방전 실험
⚡충전을 누르면 건전지가 저항을 지나 컨덴서를 채워요. 📸방전을 누르면 전구로 한꺼번에 쏟아요.
정전용량 C = Q/V [F], 저장 에너지 W = ½CV² [J]. 평행판 C = εS/d. 직류 정상상태에서는 전류가 흐르지 않고(개방), 교류에서는 용량성 리액턴스 XC = 1/(2πfC)로 동작합니다.
컨덴서 합성은 저항과 반대: 병렬 C = C₁ + C₂, 직렬 1/C = 1/C₁ + 1/C₂.
단위와 숫자 읽기
컨덴서 용량의 단위는 패럿(F)이에요. 1패럿은 엄청 커서, 보통은 아주 작게 쪼갠 단위를 써요.
단위
읽기
크기
어디서 볼까
µF
마이크로패럿
1 F의 100만분의 1
전해 컨덴서(원통형) 1µF ~ 수천 µF
nF
나노패럿
1 µF = 1,000 nF
세라믹·필름 컨덴서
pF
피코패럿
1 nF = 1,000 pF
라디오·고주파 회로의 작은 세라믹
컨덴서 숫자 암호 "104" 풀기
작은 세라믹 컨덴서에는 숫자 3개가 써 있어요. 앞의 두 숫자 뒤에 세 번째 숫자만큼 0을 붙이고, 단위는 pF이에요.
100,000 pF피코패럿
100 nF나노패럿
0.1 µF마이크로패럿
🎓 뒤에 붙는 문자는 오차: J ±5%, K ±10%, M ±20%, Z +80/−20%. 예) 104K = 0.1µF ±10%. 전해 컨덴서는 470µF 25V처럼 용량과 내압을 직접 쓰고, 흰 띠(− 표시) 쪽이 음극입니다. 내압은 회로 최대 전압의 1.5~2배 정도로 여유 있게 고릅니다.
플러그를 뽑아도 위험해요!
TV, 전자레인지, 컴퓨터 파워, 모니터, 에어컨 실외기 같은 가전 속 큰 컨덴서는 플러그를 뽑은 뒤에도 전기를 한참 담고 있을 수 있어요.
컴퓨터 파워나 TV 전원부의 큰 컨덴서에는 약 310V(220V × √2), 전자레인지 고압 컨덴서에는 2,000V가 넘는 전기가 남아 있을 수 있어서, 만지면 크게 다치거나 목숨을 잃을 수도 있어요.
가전제품 뚜껑은 절대 열지 마세요. 수리는 전문 기사님께 맡겨요.
🎓 방전 저항(블리더)이 달려 있어도 고장 나 있을 수 있습니다. 작업 전에는 반드시 절연 공구로 규정된 방전 절차를 거친 뒤 테스터로 0V를 확인해야 하며, 드라이버로 단자를 직접 단락시키는 방전은 아크·파편 위험이 있어 금지입니다. 전해 컨덴서를 극성 반대로 연결하거나 내압을 넘기면 부풀거나 터질 수 있습니다.
④ 다이오드와 LED — 한쪽으로만 열리는 문
다이오드는 전기를 한 방향으로만 통과시켜요. LED(발광 다이오드)는 전기가 올바른 방향으로 지나갈 때 빛을 내는 다이오드예요.
놀이공원 회전문
들어가는 쪽으로는 밀면 스르륵 돌지만, 거꾸로는 꿈쩍도 안 하는 회전문 알죠? 다이오드가 바로 그런 문이에요. LED는 누가 지나갈 때마다 반짝 불이 켜지는 신기한 회전문!
🦵 LED 다리 구별법
긴 다리 = + (애노드) 짧은 다리 = − (캐소드)
LED 머리 테두리의 납작하게 깎인 쪽도 −예요. 다리를 잘랐을 때 쓰는 방법!
🔋 전압이 모자라면?
LED는 문을 여는 데 힘이 좀 필요해요. 빨간 LED는 약 2V, 파란·흰 LED는 약 3V가 있어야 켜져요.
그래서 1.5V 건전지 하나로는 LED가 안 켜져요!
LED 방향 실험실
LED나 건전지를 뒤집어 보세요. 언제 불이 켜질까요?
0 mALED 전류 IF
2.0 V순방향 전압 VF
0 V저항 전압
심화: PN 접합 다이오드와 LED 저항 계산
다이오드는 P형·N형 반도체의 접합(PN junction)입니다. 순방향 바이어스(애노드 +)에서 실리콘은 약 0.6~0.7V, 쇼트키는 0.2~0.4V를 넘으면 전류가 급격히 흐르고, 역방향에서는 누설전류만 흐르다 항복전압을 넘으면 파괴(제너 다이오드는 이 항복을 정전압용으로 이용)됩니다. 몸통의 띠 표시 쪽이 캐소드(K)입니다.
R = (VS − VF) / IF예) 5V, 빨강 LED(VF≈2V, IF=10mA) → R = 300Ω → 표준값 330Ω
LED는 전류가 전압에 대해 지수적으로 급증하므로 반드시 전류 제한 저항(또는 정전류 드라이버)과 함께 씁니다. 다이오드 4개로 만든 브리지 정류는 교류를 직류로 바꾸는 어댑터의 첫 단계입니다.
⑤ 스위치와 모터
🎚️ 스위치 = 올렸다 내렸다 하는 다리
강 위의 다리가 내려와 있으면 자동차(전기)가 건너가고, 다리가 올라가면 못 건너요. 스위치를 켜면 길이 이어지고, 끄면 길이 끊어져요.
🌀 모터 = 빙글빙글 힘 장사
모터 안의 자석과 코일이 서로 밀고 당기면서 빙글빙글 돌아요. 건전지 +와 −를 바꾸면 반대 방향으로 돌아요!
선풍기 모터 돌려 보기
그림 속 스위치를 누르거나 버튼을 눌러 보세요.
심화: 스위치 종류와 DC 모터
스위치는 극(Pole)과 투(Throw) 수로 구분합니다: SPST(단극단투, 일반 ON/OFF), SPDT(단극쌍투, 계단의 3로 스위치), DPDT(모터 정·역회전 전환). 접점에는 정격 전압·전류가 있고, 기계식 접점은 수 ms 동안 떨리는 채터링(바운스)이 있어 디지털 회로에서는 디바운싱이 필요합니다.
DC 모터는 플레밍의 왼손 법칙(F = BIl)으로 토크를 얻고, 회전하면 역기전력 E = kφN이 생겨 전류가 줄어듭니다. 그래서 기동 순간·구속(멈춤) 시 전류가 가장 크며, 전원 극성을 반전하면 전류 방향이 바뀌어 역회전합니다. 장난감 모터 옆 작은 컨덴서는 브러시 불꽃에 의한 잡음을 줄입니다.
⑥ 퓨즈 — 희생하는 경비원
퓨즈 속에는 아주 가느다란 금속선이 있어요. 전기가 너무 많이 흐르면 이 선이 뜨거워져 녹아 끊어지면서 회로를 멈춰요. 퓨즈가 자기를 희생해서 불이 나거나 기계가 망가지는 걸 막는 거예요.
용감한 경비원도둑(너무 많은 전기)이 몰려오면 경비원이 문 앞에 쓰러지며 길을 막아요. 경비원은 다쳤지만 집(장난감, 전선)은 안전해요. 새 경비원(같은 크기의 새 퓨즈)으로 바꿔 주면 돼요.
퓨즈 끊어뜨리기 실험
전류 슬라이더를 올려 보세요. 퓨즈가 버틸 수 있는 양(정격)보다 많으면 무슨 일이 생길까요?
정상퓨즈 상태
1.0 A실제 흐르는 전류
0.33×I / 정격
퓨즈가 끊어지면
① 먼저 왜 끊어졌는지(합선, 너무 많은 기기) 원인을 찾고, ② 반드시 같은 전류 크기(A)와 종류의 퓨즈로 바꿔요. 철사나 은박지로 대신 이으면 경비원이 사라진 것과 같아서 전선이 뜨거워져 불이 날 수 있어요.
심화: 퓨즈의 용단 특성
퓨즈 발열은 줄열 H = I²Rt에 비례하므로, 전류가 정격의 몇 배인지에 따라 끊어지는 시간이 크게 달라집니다(반한시 특성). 소형 유리관 퓨즈(IEC 60127)는 정격 1.5배에서 1시간 이상 견디고, 2.1배에서는 30분 이내에 끊어지며, 10배 이상이면 수 ms 안에 차단됩니다(시뮬레이터 시간은 보기 쉽게 줄였습니다).
종류: F(속단형) — 반도체 보호, T(지연형) — 모터·변압기처럼 기동 돌입전류가 큰 기기. 규격 표기 예: T3.15AL250V(지연형, 3.15A, 저차단용량, 250V).
가정 분전반은 퓨즈 대신 배선용 차단기(MCCB)와 누전차단기(RCD/ELB)로 과전류·누전을 보호하며, KEC는 전선의 허용전류보다 보호장치 정격이 크지 않도록 협조(IB ≤ In ≤ IZ)를 요구합니다.
⑦ 트랜지스터 — 작은 손잡이로 큰 수도꼭지 🟡 탐험가
트랜지스터는 작은 전기로 큰 전기를 조절하는 부품이에요. 스마트폰 칩 하나에는 트랜지스터가 수십억 개나 들어 있어요!
작은 손잡이, 큰 물줄기커다란 소방 호스에 달린 작은 손잡이를 생각해 봐요. 손가락으로 손잡이를 살짝만 돌려도 굵은 물줄기가 콸콸 쏟아지죠? 트랜지스터도 베이스라는 손잡이에 아주 조금만 전기를 주면, 큰 전기가 흘러요.
트랜지스터 손잡이 돌리기
베이스 전류(작은 손잡이)를 조금씩 올려 보세요. 전구로 가는 큰 전류가 어떻게 변할까요?
0 mA컬렉터 전류 IC
차단상태
100전류 증폭률 β(hFE)
심화: BJT의 동작 영역
NPN 트랜지스터에서 VBE ≈ 0.7V 이상일 때 베이스 전류가 흐르고, 활성 영역에서는 IC = β·IB, IE = IB + IC입니다.
IC(sat) ≈ (VCC − VCE(sat)) / RL이 시뮬레이터: 9V, 램프 45Ω → 약 196mA. β·IB가 이보다 크면 포화(스위치 ON)
① 차단(IB=0, 스위치 OFF) ② 활성(증폭기) ③ 포화(스위치 ON, VCE≈0.2V). 스위치로 쓸 때는 IB를 IC/β의 2~10배로 충분히 주어 확실히 포화시킵니다.
MOSFET은 게이트 전압으로 제어(게이트 전류 거의 0)하며, 전력 스위칭·디지털 IC의 기본 소자입니다. 릴레이·모터 같은 유도성 부하에는 역기전력 흡수용 환류(프리휠) 다이오드를 병렬로 답니다.
⑧ 코일과 변압기 — 전압 요술 상자 🔴 전문가
전선을 빙빙 감은 것을 코일이라고 해요. 코일에 전기가 흐르면 자석(전자석)이 돼요. 코일 두 개를 쇠(철심)에 감아 놓은 것이 변압기예요. 변압기는 교류 전압을 높이거나 낮춰요.
감은 횟수가 비밀콘센트 쪽 코일을 100번 감고, 반대쪽 코일을 50번 감으면 전압이 절반이 돼요. 감은 횟수의 비율만큼 전압이 바뀌어요. 콘센트의 220V를 장난감에 맞는 작은 전압으로 바꾸는 것도 변압기 덕분이에요!
변압기 감은 수 조절하기
빠른 선택:
12 V나오는 전압 V₂
18.3권수비 a = N₁/N₂
0.05 A1차 전류 I₁
심화: 코일과 이상 변압기
코일의 유도 전압 v = L·di/dt(렌츠의 법칙: 전류 변화를 방해). 단위 H(헨리). 교류에서는 유도성 리액턴스 XL = 2πfL.
