알기쉬운 회로(망)이론

CHAPTER 01 전기회로의 기본

1.1 전기회로의 물리적 기초

1.2 대전(electrification)과 정전기(static electricity) 그리고 전하(charge)

1.3 전기를 표시하는 대표적 물리량

1.4 전원과 RLC 수동소자

1.5 회로이론을 대표하는 3가지 법칙

1.6 시간에 따라 변하는 전류, 전압, 전력

1.7 주울의 법칙(Joule's Law)

CHAPTER 02 저항회로

2.1 직렬과 병렬 저항회로의 구분

2.2 직렬 저항회로와 전압분배 법칙

2.3 병렬 저항회로와 전류분배 법칙

2.4 배율기(분압계)와 분류기

2.5 컨덕턴스(conductance), G

2.6 저항의 직병렬 회로

2.7 직류 브릿지(bridge) 회로

2.8 △-Y 등가 변환

CHAPTER 03 메쉬 및 노드 해석법

3.1 선형 회로망(linear circuit network)의 용어

3.2 메쉬 해석법(mesh analysis)

3.3 노드 해석법(nodal analysis)

CHAPTER 04 회로해석의 추가기법

4.1 이상적인 전원(ideal source)

4.2 전원의 변환법

4.3 밀만(Millman)의 정리

4.4 중첩의 원리(principle of superposition)

4.5 상반정리(reciprocity theorem), 가역정리

4.6 테브난의 정리와 노턴의 정리

CHAPTER 05 인덕터와 커패시터

5.1 인덕터(inductor)

5.2 커패시터(capacitor)

CHAPTER 06 정현파 교류회로

6.1 직류와 교류

6.2 정현파 교류의 순시치 식

6.3 정현파 교류의 평균값과 실효값

6.4 저항회로의 정현파 교류

6.5 인덕터 회로의 정현파 교류

6.6 커패시터 회로의 정현파 교류

6.7 RL 직렬회로의 정현파 교류

CHAPTER 07 페이저와 정현파 교류회로의 해석

7.1 복소수의 표현

7.2 페이저 표현

7.3 정현파 교류에 대한 RLC 소자의 페이저 해석

7.4 정현파 교류의 RL 직렬회로

7.5 정현파 교류회로의 RC 직렬회로

7.6 정현파 교류회로의 RLC 직렬회로

7.7 병렬회로의 합성 임피던스

7.8 어드미턴스(admittance)

7.9 다소 복잡한 교류 회로에서의 직병렬 회로 해석

7.10 페이저로 해석하는 각종 회로망 정리

7.11 페이저로 해석하는 전원의 등가 변환

7.12 페이저로 해석하는 노드 해석법과 밀만의 정리

7.13 페이저로 해석하는 중첩의 원리

CHAPTER 08 전력

8.1 교류회로에서의 전력

8.2 역률(power factor, p.f. : 유효율)

8.3 무효전력과 피상전력

8.4 복소전력

8.5 역률 개선

8.6 최대 전력전달 조건

CHAPTER 09 자기 결합 회로(magnetically coupled networks)

9.1 자기유도 전압과 상호유도 전압

9.2 인덕턴스의 직렬 연결과 병렬 연결의 합성

9.3 자기 결합 회로의 등가회로

9.4 이상적인 변압기

CHAPTER 10 벡터 궤적(Vector locus)

10.1 직선으로 되는 임피던스의 궤적

10.2 원으로 되는 어드미턴스의 궤적

CHAPTER 11 공진회로와 필터회로의 기본

11.1 RLC 직렬 공진회로

11.2 RLC 직렬회로에서의 공진곡선과 첨예도

11.3 병렬 공진회로

11.4 필터 회로

CHAPTER 12 3상 교류회로

12.1 대칭 3상 교류 전원

12.2 대칭 3상 회로의 결선법

12.3 대칭 3상 평형회로의 전원과 부하의 결선 해석

12.4 불평형 3상 회로의 해석법

12.5 평형 3상 회로의 전력

12.6 3상 전력의 측정

12.7 3상 V 결선

12.8 대칭좌표법

CHAPTER 13 비정현파의 해석

13.1 정현파의 기본파와 고조파

13.2 푸리에 급수 전개

13.3 대칭 파형의 푸리에 급수

13.4 비정현파의 평균값과 실효값

13.5 비정현파 교류회로의 해석

13.6 비정현파 교류회로에서의 전력 및 역률

CHAPTER 14 과도현상

14.1 선형 상수 계수를 갖는 미분방정식의 해법

14.2 직류 RC 직렬회로의 과도현상 해석

14.3 직류 RL 직렬회로의 과도현상 해석

14.4 직류 RLC 직렬회로의 과도현상 해석

14.5 교류 RL 직렬회로의 과도현상

CHAPTER 15 라플라스 변환

15.1 라플라스 변환의 정의

15.2 일반함수의 라플라스 변환

15.3 라플라스 변환의 정리

15.4 특수함수의 라플라스 변환

15.5 라플라스 역변환

CHAPTER 16 2단자 회로망

16.1 복소 주파수와 복소 임피던스

16.2 리액턴스와 서셉턴스 2단자망의 주파수 특성

16.3 쌍대 회로

16.4 역회로

16.5 정저항 회로

머리말

회로(망)이론은 전기회로의 기본 동작을 해석하는 학문으로서 전기공학, 전자공학, 통신공학 및 제어관련 분야 등 IT 분야를 전공하는 학생뿐만 아니라 기계공학, 건축공학, 화학공학 등 공학 계열 전체 학생들이 공학에 대한 기초 소양을 공부할 때 필수적인 교과목입니다. 그 이유는 우리 생활 속 전반에 걸쳐 꼭 필요한 전기, 전자, 통신 제품들이 모두 전기 회로로 구성되어 있기 때문입니다. 또한 전자회로, 디지털회로, 프로세서 회로 등 응용회로의 해석이나 설계의 밑바탕이 되므로 전기 및 전자 관련 분야의 공학도에게는 시작단계에서부터 충분히 이해하고 습득해야 하는 과목 중의 하나입니다. 따라서 회로(망)이론을 적극적으로 공부해서 그 내용을 잘 이해하면 전공 분야에 대한 순조로운 적응에 결정적인 영향을 줄 것이라고 사료됩니다.

본 교재의 1장과 2장에서는 전기 에너지를 다루는 3가지 기본 용어인 전압(V), 전류(I), 전력(P), 이 값들을 회로에서 다룰 때 필요한 3가지 기본 법칙 옴의 법칙, 키르히호프의 전압 법칙과 전류 법칙, 또한 기본 법칙만큼 중요한 전압 분배법칙과 전류 분배법칙을 직류 저항회로를 중심으로 하여 자세히 다루며 3장에서는 조금 더 복잡한 회로를 해석하는데 반드시 필요한 메쉬 및 노드 해석법을 다루고, 4장에서는 전원의 변환법, 밀만의 정리, 중첩의 원리, 상반정리, 테브난의 정리와 노턴의 정리 등 회로해석을 하는데 있어서 매우 유용한 회로 해석기법을 추가적으로 다루고 있습니다. 5장에서는 교류회로 해석을 위해 반드시 알아야 하는 저항 이외의 수동소자, 인덕터와 커패시터의 물리적, 전기적 성질을 다루고 6장에서는 정현파 교류 신호의 순시치 식과 평균값, 실효값, 리액턴스에 대하여 다룹니다. 7장에서는 교류회로 해석을 가장 쉽게 해석할 수 있는 방법인 페이저를 소개하고 이를 이용한 교류 회로해석 방법을 다룹니다. 또한 8장에서는 교류회로에서의 전력의 종류, 유효전력과 무효전력 그리고 피상전력을 알기 쉽게 설명하고 역률, 복소전력, 역률개선, 최대 전력전달 조건 등을 다루고 있으며, 9장에서는 자기결합회로, 이상적인 변압기에 대한 해석을 다룹니다. 10장에서는 페이저 궤적이라고도 부르는 벡터궤적을 11장에서는 공진회로와 필터회로의 기본에 대해서 다룹니다. 12장에서는 3상 교류회로, 13장에서는 비정현파 신호를 해석하기 위한 푸리에 급수 전개법과 이를 이용한 비정현파 회로 해석법, 14장에서는 직류 및 교류회로에서의 과도현상을 다룹니다. 15장에서는 미분 방정식의 해법과 제어공학에서 활용되는 라플라스 변환을 다루고 16장에서는 2단자망의 내용을 수록하였습니다.

회로(망)이론에 대한 집필을 처음 제안받고 시한이 촉박하여 머뭇거리는 사이에 이렇게 일을 진행하게 되었습니다. 20여년 전에 강사로 강의를 시작하여 전임으로 있으면서 강의한 책들을 참고하여 회로(망)이론에 대한 수식적 계산이나 물리적 성질을 좀 더 알기 쉽게 상세한 풀이를 넣고자 했으나 그렇지 못한 부분도 있음에 개인적인 체력과 집중력에 아쉬움이 남으며 훗날 좀 더 자세한 풀이와 내용을 보완할 것을 약속드립니다. 매우 짧은 시간에 본 교재의 출판을 위해 성심성의를 다하신 복두출판사 사장님과 편집 상무님, 직원들에게 감사를 드립니다.

배우는 학생이나 가르치는 교수님들에게 시간적으로 여유롭기를 바라는 마음에 웬만한 수식은 삭제하지 않고 대부분 적었는데, 학생들 본인이 문제에 대해 이해가 된다면 풀이 과정을 보지 않고 본인 스스로 풀어서 답을 낼 때까지 훈련하길 바랍니다. “하늘은 스스로 돕는자를 돕는다”, “무엇이든 기초부터”, “오늘을 (공부하며) 즐겨라”. 여러분의 성공을 진심으로 기원합니다.