전기, 전자 공식 정리

1. 볼트 (Voltage)
정의 : 전위차(전압) 및 기전력의 MKSA 단위.
본문
기호 V. 1A의 불변전류가 흐르는 도체(導體)의 두 점 사이에서 소비되는 전력이 1W일 때 그 두 점 사이의 전압 및 이에 상당하는 기전력을 말한다. 1V=1W/A이다. 1881년 국제전기표준회의에 의해서 국제볼트로 채택되었으며, 1948년 절대볼트로 개정되었다. 단위명은 물리학자 볼타의 이름에서 따온 것이다. 국제도량형위원회(CIPM)는 1990년부터 이제까지의 1V에 7.8μV(1μV=10-6V)를 더한 새로운 수치를 쓰기로 결정했다.
1uV(마이크로볼트) = 0.001mV
1mV(밀리볼트) = 0.001V
1KV(킬로볼트)= 1000V
1MV(메가볼트) = 1000KV

2. 암페어(Ampere)
정의 : 전류의 계량단위로서 MKSA단위계의 기본이 되는 것
본문
기호 A. 1881년 파리에서 열린 국제전기표준회의에서 채택되었고, 1908년 “질산은의 수용액을 통과하여 매초 0.00111800 g의 은을 분리하는 불변전류를 말한다”라고 정의했으나, 1948년 국제도량형총회는 새로이 “진공 중에서 1m 간격으로 평행하게 놓인, 무한히 작은 원형단면적을 갖는 무한히 긴 두 직선 도체에 각각 흘러서, 도체의 길이 1m마다 2×10-7N의 힘을 미치는 일정한 전류로 한다”라고 정의하여 1960년의 총회에서 이것을 국제단위계의 기본단위로 결정하였다. 전자를 국제암페어, 후자를 절대암페어라고 하는데, 둘 사이에는 1국제A=0.99985절대A의 관계가 있다. 이 명칭은 프랑스의 물리학자 A.M.앙페르의 이름을 딴 것이다.
1uA(마이크로볼트) = 0.001mA
1mA(밀리볼트) = 0.001A
1kA(킬로볼트)= 1000A
1MA(메가볼트) = 1000kA

3. 암페어시(Ampere-Hour)
정의 : 전기량의단위
기호 Ah. 1 A의 전류가 1시간 동안 흘렀을 때의 전기량이다. 1 A의 전류가 1초 동안에 흐르는 전기량이 1 C(쿨롬)이므로, 1 Ah는 3600 C에 해당한다. 이것은 0.03731 F(패럿)에 해당하는 양이다.

4. 와트(Watt)
정의 :일률의 MKSA 단위.
본문
기호 W. 1s(초)에 1J(줄)의 일을 하는 일률을 1W로 정한다. 1W=1J/s=107erg/s이다. 증기기관의 발명자 J.와트의 이름을 딴 단위이다. 주로 전력의 단위로 쓰는데, 이 경우에는 1V(볼트)의 전압으로 1A(암페어)의 전류가 흐를 때의 전력의 크기에 해당한다. 한편 공업분야에서 쓰는 실용단위(實用單位) 1hp는 746W에 해당하는 양이다.
1uW(마이크로와트) = 0.001mW
1mW(밀리와트) = 0.001W
1kW(킬로와트)= 1000W
1MW(메가와트) = 1000kW

 

5. 와트시(Watt-Hour)
정의 : 일 ·열량 ·에너지 ·전기량의 단위
본문
기호 Wh. 1 W의 공률로 1시간에 하는 일(전기량일 경우에는 1W의 전력을 1시간 동안 계속해서 사용했을 때의 전력량)에 해당한다. 1 W=1 J/s, 1 h(시간)=3600 s이므로 1 Wh=3600 J이다. 보통 kWh(킬로와트시:1kWh=1000Wh)가 쓰인다.

6. 옴(Ohm)
정의 : 전기저항의 MKS단위
본문
"기호 기호 Ω. 기전력이 존재하지 않는 도체의 2점 사이에 1 V의 전위차(電位差)를 주었을 때, 1 A의 전류가 흐르는 2점 사이의 저항을 말한다. 이 정의는 국제도량형총회의 결의에 의해 1948년 이후 채택된 절대(絶對)옴이며, 온도 0℃에서 질량 14.4521 g, 길이 106.300 cm인 고른 단면의 수은주가 지닌 길이 방향의 저항을 1Ω으로 하는 국제옴이 있다. 국제옴은 전기측정법에 의해 1908년 국제전기표준회의에서 채택된 것이다. 1국제옴=1.00049절대옴(한국의 경우 1국제옴=1.000470절대옴)이지만, 실제로 사용하는 데는 거의 문제되지 않는다. 전기저항의 단위는 1838년 독일의 H.F.렌츠가 처음으로 만들었으며, 1860년 지멘스가 수은주저항기에 의해 정의하여 현재의 수치와 비슷하게 되었다. 옴이라는 단위명은 1881년 독일의 물리학자 G.S.옴에서 연유한다.
1kΩ = 1000Ω
1MΩ = 1000kΩ

 

7. 패러드, 패럿(Frad)
정의 : MKSA단위계의 전기용량단위
본문
기호 F. 1F은 1C(쿨롬)의 전하(電荷)를 주었을 때 전위가 1V가 되는 전기용량이다. 1881년 국제전기표준회의에서 국제볼트로 처음 정의되었으나 1948년 절대단위에 의한 정의로 변경되어 1국제패럿=0.99951절대패럿의 관계가 생겼다. 패럿은 실용상 너무 클 경우가 많으므로, 1F의 10-6배를 1μF(마이크로패럿), 10-12배를 1pF(피코패럿)이라 하여 흔히 사용된다. 명칭은 전자기학에 공헌한 영국의 물리학자 M.패러데이에 연유한다.
C(케패시던스) = Q(전하 Coulomb)/V(Voltage)
1pF = 1 * 10^-12(F)
1uF = 1 * 10^-6(F)

8. 헨리(Henry)
정의 : 인덕턴스의 실용단위.
본문
기호 H. 즉, 전자기유도(電磁氣誘導)의 단위이다. 매초 1 A의 비율로 일정하게 변화하는 전류를 흘렸을 때, 1 V의 기전력을 일으키는 자체(自體) 인덕턴스 및 상호 인덕턴스의 값을 1 H라고 한다. 1 H는 109 cgs 전자기단위와 같다. 자기감응현상(自己感應現象)을 발견한 J.헨리의 이름을 따서 붙인 것이다. 양의 기호는 L(자체 인덕턴스), M(상호 인덕턴스)이다. 1893년의 국제전기학회에서 승인되었다.

 

9. 헤르쯔(Hertz)
정의 : 진동수,주파수의 단위
본문
음파나 전자기파(電磁氣波) 등의 주기적 현상에 있어서 같은 위상(位相)이 1초 동안에 몇 회나 돌아오는가를 보이는 수. 기호는 Hz. 1초간 n회의 진동을 nHz의 진동이라 한다. 즉, 사이클/초(c/s)와 같다. 주로 전기공학이나 통신공학 ·음향공학 등에서 사용된다. 그 이름은 전자기파의 존재를 실험적으로 증명한 독일의 물리학자 H.R.헤르츠에서 따온 것이다.
1kHz(킬로헤르쯔)= 1000Hz
1MHz(메가헤르쯔) = 1000kHz
1GHz(기가헤르쯔) = 1000MHz

주파수대역에 따른 전파의 명칭
3kHz ~ 30kHz : 초장파 (VLF : Very Low Frequency)
30kHz ~ 300kHz : 장파 (LF : Low Frequency)
300kHz ~ 3MHz : 중파 ( MF : Medium Frequency)
3MHz ~ 30MHz : 단파 ( HF : High Frequency)
30MHz ~ 300MHz : 초단파 (VHF : Very High Frequency)
300MHz ~ 3GHz : 극초단파 (UHF : Ultra High Frequency)
3GHz ~ 30GHz : 마이크로파(SHF : SuperHigh Frequency)
30GHz ~ 300GHz : 마이크로파 (EHF : Extremely High Frequency)

10. 데시벨(Decibel)
dB의 정의
어떤 수치값 X에 대해 10 * log x 한 값을 DB라고 칭한다. 즉 측정값(전압, 전력)을 log스케일로 본 값
통신공학 등에서 전력비(電力比)나 전기기기의 이득을 표시하거나 음향학에서 소리의 강도를 표준음(標準音)과 비교하여 표시하는 데 쓰는 수치.
dB의 어원
Deci + bel의 합성어인데, 앞의 Deci 는 '10'을 의미하는 영어의 접두사이고 두 번째 단어인 bel 은 미국의 오랜 전통의 통신회사인 Bell lab을 의미
전력이득 계산시
10 * log 100 = 20 dB
10 * log 1000 = 30 dB
10 * log 10000 = 40 dB
전압이득 계산시
20 * log 100 = 40 dB
20 * log 1000 = 60 dB
20 * log 10000 = 80 dB

11. 디비엠(dBm)
정의 : 전력값을 1mW를 기준으로 dB화 한 값
1mW = 0dBm = 10 * log (1mW)
1mW = 0dBm
10mW = 10dBm
100mW = 20dBm
1W = 30dBm

12. dBc
정의 : dBc 의 c는 반송파(carrier)의 initial이다.
dBc라 하면 잡음이나 스퓨리어스가 carrier 원신호의 전력레벨과 얼마나 차이나느냐를 따질때 주로 사용한다.
어떤 기준 신호와 그에 비해 낮아야 하는 어떤 신호와의 차이를 말하는 단위이다.

13. dBi
정의 : 여기서 I는 Iotropic Antenna를 의미한다
안테나에서 주로 쓰이는 단위로, 안테나의 게인등을 나타낼 때 isotropic antenna(사방으로 똑같이 나가는 안테나)의 경우에 대비한 패턴의 상대적인 크기를 의미한다

14. dBd
정의 : dBd는 Dipole안테나를 기준으로 안테나의 게인을 계산한 경우에 사용되는 단위이다. dBi는 절대단위, dBd는 상대단위로 분류하기도 한다. 수식적으로는 아래와 같다.

dBd = dBi - 2.15

Dipole안테나는 등방성 안테나가 아니며, 2.15dB의 이득을 가지고 있다. 고로 이득이 0dB인 Isotropic antenna에 비해 dBd 단위는 그 기준점이 2.15dB의 dipole antenna이므로 dBd는 dBi보다 2.15dB 낮게 된다.

즉 0dBd = 2.15dBi 이며, 0dBi = -2.15dBd가 된다.

결국 dBi나 dBd나 기준만 다소 다를 뿐 안테나의 이득을 표현하는 일반 단위이다. 통상적으로 dBd는 1GHz 이하의 안테나에서 많이 사용되는 단위이며, 일반 Microwave RF 대역에서는 dBi를 주로 사용한다.

 

15. dBf
정의 : dBf는 1fW를 기준으로 10*log를 취한 값
1fW의 f는 frequency가 아니라 femto(10의 -15승)를 말하는 아주 작은 미세전력을 말한다.

0dBW = 30dBm = 150dBf

미세한 전력단위가 요구되는 상업용 수신기에서 종종 사용되는 지표이다.

 

16. dBfs
정의 : - deci-Bell full scale의 약칭으로 ADC
(Analog DigitalConverter)에서 디지털 출력의 모든 비트가 1이 되도록 하는 아날로그 입력레벨을 0dBfs로 표현함.
- 8비트 ADC의 경우
0xFF : 0dBfs, 0x7F : -3dBfs, 0x3F : -5dBfs
- 디지털 통신기기에서 ADC 입력레벨이 너무 작으면 양자화 잡음이 발생 하고, 너무 크면 최대값을 초과하여 MSB(Most Significant Bit)를 상실하게 되면 매우 큰 오차를 발생시키므로, 보통 ADC 입력 레벨이 -3dBfs ~ -10dBfs를 벗어나지 않도록 설계함.

 

17. dBv
정의 : 전압의 단위 V를 20*log를 취한 값

1V = 0dBV
10V = 20dBV
100V = 40dBV
1000V = 1kV = 60dBV

 

18. dBw
정의 : 전력의 단위 W를 10*log를 취한 값

1W = 0dBW
10W = 10dBW
100W = 20dBW
1000W = 1kW = 30dBW

결국 0 dBW = 30 dBm 이 된다.