[회로이론] 옴의 법칙

많은 아두이노 LED 제어 예시들을 따라하다 보면 220Ω 또는 330Ω 을 사용해서 회로를 구성하는 것을 볼 수 있습니다.

그런데, 왜 하필 이 저항들을 사용하는 걸까요?

 

그 이유는 LED가 받아들일 수 있는 최대 전압, 전류를 초과하지 않고 "안전하게"를 사용하기 위함입니다.

LED가 받아들일 수 있는 최대 전압 또는 전류가 초과되어 공급되면 LED가 파손될 수 있습니다.

 

단순한 LED 회로가 아니라, 더 복잡한 회로에서 과도한 전압 또는 전류가 흐르게 되면 단순히 회로가 고장나거나 동작하지 않는 것을 넘어 화재로 이어질 수 도 있습니다.

 

그렇다면 어떻게 해야 안전하게 회로를 구성할 수 있을까요?

안전하게 회로를 구성하기 위해서는 소자의 스펙을 면밀히 확인하고, 그에 맞춰서 적절한 회로를 구성해줘야 합니다.

"옴의 법칙"은 안전한 회로 구성을 위한 첫 걸음 입니다.

---

옴의 법칙(Ohm's Law)

V = I * R

[전압] = [전류] * [저항]

위와 같이 간단한 수식이 옴의 법칙입니다.

---

저항에 걸리는 전류값 구하기

이제 저희는 아래와 같이 간단한 회로를 해석할 수 있습니다.
R1에 걸리는 전류는 몇 [A]일까요?

V = I * R

V / R = I

5[V] / 10[Ω]= 0.5 [A]

---

저항에 걸리는 전압값 구하기

여기서 추가적으로 알 수 있는 정보가 있습니다.
R1에 걸리는 전압은 5[V] 라는 것이죠.
왜 저항에 걸리는 전압이 소스 전압(5[V])와 같을까요? 이 간단한 회로에서는 저항이 유일한 소자이기 때문에, 전체 전압이 저항에 모두 걸립니다. 옴의 법칙을 재배치 하면 전압을 구할 수도 있습니다.

I * R = V
0.5 [A] * 10[Ω] = 5[V]

---

LED 사용을 위한 저항값 선정하기

아래와 같이 아두이노 GPIO를 통해 LED를 ON/OFF 시키는 간단한 회로를 구성한다고 가정하겠습니다.

• 아두이노 GPIO Pin 출력 전압(Vsource) : 5[V]
• LED 순방향 전압(VLED) : 2[V]
• LED 최대 순방향 전류 : 20[mA]

그럼 아래와 같은 계산식을 통해 적절한 저항을 선택할 수 있습니다.

즉, 150Ω 이상의 저항을 사용한다면 LED의 최대 소모 전류를 넘지 않으면서 LED를 켤 수 있는 안전한 회로 구성이 가능합니다.

그렇기 때문에 많은 아두이노 LED 예제회로에서는 220Ω, 330Ω 저항을 사용하여 회로를 구성함을 알 수 있습니다.

 

추가적으로, 아두이노 GPIO pin에서 최대로 출력 가능한 전류와 전력을 고려하는 것이 더욱 바람직합니다.
아두이노는 하나의 GPIO pin에서 40[mA]를 출력할 수 있습니다.
LED를 동작 시키기에는 충분하지만 더 많은 전류를 소모하는 모터 와 같은 부품을 동작시키기엔 부족한 전류입니다.

 

LED의 순방향 전압은 색상과 제조사에 따라 다릅니다.
보편적으로 빨강색 LED의 순방향 전압이 가장 낮고, 노랑색/녹색, 파랑색/백색 순으로 순방향 전압이 높은 경향을 보입니다.
올바른 LED 사용을 위해서 데이터 시트를 확인하세요.