전기정보공학부: 기초회로이론 및 실험과 기초전자회로 및 실험

안녕하세요. 공우 13기 전기정보공학부 문재홍입니다.

요새 수많은 전기과 학생들이 컴퓨터 분야로 진출하고 있지만.. 여전히 전기과 하면 회로가 떠오르게 됩니다. 고등학교에서도 다루는 저항, 캐패시터, 인덕터부터 op amp와 다양한 트랜지스터들이 회로를 구성하게 되는데요.  기초회로이론 및 실험(이하 기회실)과 기초전자회로 및 실험(이하 기전회)에서는 여러 소자들로 구성된 회로를 어떻게 분석하는지에 대해서 배우게 됩니다.

이번 전공백서에서는 어떻게 하면 이 두 과목에서 쉽게 좋은 성적을 받을 수 있는지에 대해서 이야기해보고자 합니다! 그렇지만 철저히 저의 개인적인 생각이기 때문에.. 완전히 신뢰하지는 말아주세요. 그리고 이는 철저하게 시험에서 좋은 성적을 받는데 도움이 될만한 팁입니다. 실험과 프로젝트는… 문제 푸는 것과는 많이 다를 수 있거든요.

 

시험을 잘 치기 위해서는 딱 하나만 정확히 알고 계시면 됩니다. 바로 테브난 정리인데요. 테브난 정리란 두 개의 단자를 가지는 회로가 linear한 소자들로만 구성되었을 때, 이 회로와 동일하게 동작하는 임피던스와 전압으로 구성된 회로가 존재함을 말합니다. 즉, 어떤 복잡한 회로라도 간단한 임피던스와 전압의 조합으로 치환시킬 수 있는 것이죠!

 

정리 자체는 굉장히 단순해보이는군요! 하지만 막상 테브난 정리를 적용해보다 보면 헷갈리는 순간이 있습니다. 기회실과 기전회 레벨에서의 회로 이론에서는 주어진 회로를 테브난 정리로 잘 치환해나가며 우리가 기존에 알고 있는 모양으로 만들어나가는 것이 핵심인데요. 저의 경우에는 테브난 정리를 이용한 결과가 치환된 회로인지 또는 계산된 전압값인지를 구분하는 것이 항상 헷갈렸습니다. 테브난 정리를 통해서 나오는 것은 새로운 회로이지만, 결국 이 새로운 회로가 줄 수 있는 정보는 테브난 정리로 의해 치환되지 않은 노드들의 전압 또는 전류값이거든요.

 

테브난 정리를 강조하기 위해서 작성한 글이지만… 이대로 끝내기는 조금 아쉽군요! 그래서 위의 내용을 좀더 일반화하여 제가 회로 이론을 공부하면서 느낀 바를 적어보고자 합니다. 앞서 살짝 언급했지만 회로이론에서의 핵심은 ‘복잡한 회로를 단순하게 분석하는 것’ 입니다. 

키르히호프 법칙을 이용한 Node Analysis와 Mesh Analysis는 굉장히 직관적이고 사용하기도 쉽기 때문에 많은 학생들이 선호하는 방식입니다. 하지만 회로가 복잡해질수록 식도 동시에 복잡해진다는 문제점을 가지죠(그렇기 때문에 실수 한 번 하면 끝장인 시험에는 적합하지 않습니다! 계산기에 두드려야 하는 문자와 숫자가 너무 많아서 실수하기 쉽거든요...). 그렇기 때문에 superposition, 테브난 정리를 이용하여 회로를 단순히 만들거나, laplace transform을 이용하는 등 다른 방법으로 회로를 간단히 분석하려는 노력이 필요하게 되는 것입니다. 

하지만 이는 기존의 straight forward한 방식과는 달리 한번 변환을 가하는 것이기 때문에 변환 과정에서 실수가 발생할 수 있습니다. 결국 제가 강조하고자 하는 것은 이러한 변환을 정확하게 이해하여 이 과정에서의 실수를 줄이는 것이 중요하다는 것이죠. 이를 위해서는 현재 이해하고 있는 바 대로 변환을 회로에 적용시켜보며 모순이 발생하는 케이스는 없는지 세심하게 살펴보는 것이 중요합니다.

 

회로 이론 자체는 그렇게 배우는 내용이 많지는 않습니다. 본문에서 강조했듯이 여러 변환들을 세심하게 다루려고 노력하는 것이 가장 중요하고요. 이 외에도 예제 풀이를 단순히 이해하는 것을 넘어서, 풀이에서 새로운 분석 방식이 적용되지는 않았는지 분석해가며 다양한 접근법들에 익숙해지신다면 회로이론 정도는 가볍게 해치우실 수 있을 것 입니다!