전자과 학생들은 전공과목으로 회로이론이나 전자회로 과목들을 정말 많이 들으실테고 이런 과목을 공부하다 보면 당연히 직렬 또는 병렬 연결된 저항값을 계산하는 문제를 자주 접하게 됩니다. 테브난 회로, 노턴 회로를 비롯해서 다양한 문제에서 합성 저항값을 계산하게 되는데~

오늘은 Circuit Simulator 를 사용하여 합성저항을 굉장히 쉽게 알아내는 방법에 대해서 소개하려 합니다.

Circuit Simulator 에 대해서 궁금하신 분들은 아래 포스팅을 참조하시기 바랍니다.

https://iamaman.tistory.com/2626

또한 Circuit Simulator 와 비슷한 오픈소스 설치형 Circuit simulation 프로그램인 Qucs(Quite Universal Circuit Simulator) 에 대해서는 아래 포스팅에서 소개하고 있으니 참조하시기 바랍니다.

https://iamaman.tistory.com/2847

또한 MATLAB 을 활용하여 병렬 저항값을 구하는 함수에 대해서는 아래 포스팅을 참조하시기 바랍니다.

https://iamaman.tistory.com/2764

기왕 합성 저항을 구하는 거 아래 회로에 대해서 테브난 등가회로를 구해 보죠~

http://tinyurl.com/y35o5k3l

테브난 등가 회로를 구하는 방법은 아래와 같이 두 단계로 볼 수가 있습니다.

1. ab 단에 걸리는 전압을 구하고~ 이는 테브난 전압이 됩니다.

Circuit Simulator 에서 전압을 구하는 방법은 너무나 간단한데 그냥 원하는 위치에 마우스 커서를 갖다대면 됩니다. ab 단이 open circuit 이므로 1k 옴 저항에는 전류가 흐르지 않게 되고~ 따라서 a 노드에 걸리는 전압값은 c 노드에 걸리는 전압값과 동일합니다.

Circuit Simulator 에서 아래와 같이 a 노드의 전압값이 -7.85 V 라는 것을 확인할 수 있고~

c 노드의 전압값 역시 -7.85 V 라는 것을 확인할 수 있습니다.

따라서 테브난회로의 전압값은 -7.85 V 네요~

2. ab 단에서 바라본 합성 저항을 구해야 하고 이는 테브난 저항이 됩니다.

합성 저항을 구하기 위해서 전압원은 short circuit 으로 하고 전류원은 open circuit 으로 합니다. 그리고 ab 단에서 바라본 합성 저항을 구하면 되죠~

합성 저항을 구하기 위해 ab 단에 전압원을 하나 달아주면 아래와 같이 됩니다. 전압값은 아무렇게나 줘도 되고 그냥 간단하게 1 V 만 주는 것이 편할 것입니다.

http://tinyurl.com/y4due42e

이 상태에서 합성 저항을 구하는 방법은 너무나 간단한데~ 전압원에 마우스를 올려 놓으면~ 아래와 같이 합성저항 값을 알 수가 있습니다. 아래 보시다시피 합성저항 값은 2.43 k 옴이네요~ 그리고 이 값이 바로 테브난 저항값이 됩니다.

전압과 저항값을 다 구했으니~ 테브난 등가회로는 아래와 같이 구성이 되겠네요.

Circuit Simulator 를 활용한 합성저항 구하는 방법과 테브난 등가회로 구하기 참 쉽죠~ Circuit Simulator 많이 활용해 보시기 바랍니다. 회로이론 초보자라면 정말 많은 도움이 될 거라고 생각합니다.



전자과 학생들은 회로이론을 많이들 듣게 되고 이런저런 이론과 함께 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션 방법에 대해서 공부를 하게 됩니다. 저는 과거에 전자과 학부생 시절에 pspice 를 공부했던 경험이 있었는데 수업 시간에 이론을 듣고 피스파이스로 시뮬레이션을 해 보니 조금 더 이해가 잘 되는 것 같았습니다.

회사에 와서보니 pspice 는 orcad 에 들어있는 툴이었고 굉장히 비싸더군요. 그래서 무료로 사용할 수 있는 Circuit Simulation 툴을 검색하다보니 아래 포스팅에서 소개했던 Circuit Simulator 를 찾을 수 있었습니다.

https://iamaman.tistory.com/2626

Circuit Simulator 역시 충분히 훌륭한 프로그램이라는 생각이 들었고 학생들이 사용하기에 정말 부족함이 없는 프로그램이라고 생각을 합니다. 그런데 웹 브라우저에서 돌아가는 프로그램이다보니 인터넷이 안 되면 사용할 수 없다는 단점이 있었습니다. 그래서 설치형 무료 Circuit Simulation 프로그램을 검색해 보니~ Qucs(Quite Universal Circuit Simulator) 가 나오더군요.

qucs 는 아래 주소에서 다운로드 받을 수 있습니다.

http://qucs.sourceforge.net/download.html

각자 컴퓨터 OS에 맞는 버전을 다운로드 받으시면 됩니다.

저는 현재 Windows OS 를 사용하고 있어서 Windows 버전을 다운로드 받았습니다. 다운로드 링크를 클릭하면 아래 주소의 sourceforge 로 연결이 되고~

https://sourceforge.net/projects/qucs/files/qucs-binary/

현재 최신 버전은 0.0.19 버전이었습니다.

https://sourceforge.net/projects/qucs/files/qucs-binary/0.0.19/

qucs-0.0.19-win32-mingw482-asco-freehdl-adms.zip 파일을 다운로드 받고 압축을 해제하면 설치는 완료됩니다. 해당 폴더에서 qucs.bat 배치 파일을 실행하면 아래와 같이 Qucs(Quite Universal Circuit Simulator) 가 실행 됩니다.

요즘에는 너무나 많은 학습 자료들이 인터넷에 방대하게 있어서 새로운 프로그램을 공부하는게 정말 쉬운 거 같습니다. qucs 사용 방법에 대한 자료는 그리 많지는 않지만 유튜브를 검색해 보니 아래와 같은 동영상을 찾을 수 있었습니다. 영어를 잘하지는 못하지만 자막을 보면서 보다보니 사용방법이 그렇게 어렵지는 않더군요.

아직 0.0.19 버전 이만큼 많은 부분들이 개발되고 있는 거 같고~ 사실 위 동영상을 봤을 때 지금 기능도 굉장히 훌륭하다는 생각이 들었습니다. 대부분의 프로그램이 그렇듯이 F1 을 누르면 Qucs Help System 이 나타나고 Getting Started 를 보면서 연습을 해 본다면 금방 적응이 될 거 같더군요.

http://qucs.sourceforge.net/docs/tutorial/getstarted.pdf

Qucs Help System 을 확인하다 보니 octave 스크립트도 실행이 되는 거 같더군요. OCTAVE 연동 기능을 사용하기 위해서는 일단 OCTAVE 실행 파일 위치를 세팅 해 줘야 됩니다.

아래와 같이 File 메뉴에서 Application Settings 를 누르거나 단축키 Ctrl +, 를 누르면 Application Settings 창이 열리게 됩니다.

해당 창에서 아래와 같이 OCTAVE 실행 파일의 풀 패스를 적어 주면 됩니다.

당연히 OCTAVE 가 설치되어 있어야 되겠고~ OCTAVE 설치 와 관련된 내용은 아래 포스팅을 참조하시기 바랍니다.

https://iamaman.tistory.com/2760

OCTAVE 세팅을 다 완료한 이후에~ 프로젝트를 하나 만들고 그 안에 m 파일을 하나 만들었습니다. 메뉴얼에 설명하는대로 F2 를 누르니 아래와 같이 m 파일이 실행되더군요.

qucs 에서 OCTAVE 연동 기능은 생각해보니 굉장히 괜찮은 기능인 것 같습니다. Qucs(Quite Universal Circuit Simulator) 로 회로를 시뮬레이션하고 해당 결과에 대해서 m 파일로 분석을 할때 대단히 유용할 것 같네요. 앞으로 조금 더 많이 QUCS 를 활용하게 될 것 같네요~ ^^



예전에 학부생 때는 회로이론 과목을 굉장히 좋아했던 기억이 있는데 오랜만에 저항을 보니 적응이 잘 안되더군요. 역시나 간단한 것이라고 해도 배운 것들은 그때그때 기록을 해놓는게 좋은것 같습니다.

오늘 기록하려고 하는 내용은 병렬저항 계산 공식인데 아시는 바와 같이 저항은 직렬 연결 됐을 경우에는 그냥 더하면 되고 병렬로 연결된 경우 아래와 같이 계산이 됩니다.

R1, R2 병렬 연결

R1, R2, R3 병렬 연결

R1, R2, R3, R4 병렬 연결

R1, R2, R3, R4, R5 병렬 연결

MATLAB 에서 병렬 저항을 조금더 편리하게 계산하기 위해 병렬 저항을 계산하는 MATLAB 코드를 작성했고 아래와 같습니다. 임의의 숫자의 아규먼트에 대해서 처리하기 위하여 아래의 포스팅에서 소개를 했던 varargin 을 사용했습니다.

http://iamaman.tistory.com/372

병렬저항 값을 계산하는 ParallelResistance 함수는 MATLAB 명령창에서 아래와 같이 사용하면 됩니다.

>> ParallelResistance(1,2,7,8)

ans =

0.5657



아래 포스팅에서 Simscape 를 사용한 정말 정말 간단한 회로시뮬레이션을 소개를 했었는데~ 아시는 바와 같이 MATLAB 제품은 매우 고가의 툴입니다. 그래서 회로 시뮬레이션을 할 수 있는 오픈소스 또는 프리웨어 툴은 없을까 해서 검색을 해보니 Circuit Simulator 가 검색이 되더군요.

http://iamaman.tistory.com/2619


학부생때 회로이론 등을 공부하면서 PSpice 와 같은 프로그램을 사용했던 기억이 있는데~ PC 를 사용하여 간단한 회로 실험을 해 보고 싶은 분들을 위해 소개해 보려 합니다.

Circuit Simulator 는 웹 기반의 프로그램이고 아래 주소에서 프로그램을 사용할 수 있습니다.

http://www.falstad.com/circuit/

전압 전원, 저항, 인턱터, 캐패시터 등이 추가된 기본 모델이 나오는데 ~

작은 화면이 아니라 Full Screen version 을 보고 싶으면 아래에 있는 링크를 클릭하고 들어가면 됩니다.

http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html

Circuits 메뉴에 보면 다양한 샘플 회로들이 이미 구현되 있어서 처음부터 다 그리지 않아도 되고 ~

Draw 메뉴를 통해 원하는 소자, Wiring 그림을 그릴 수 있습니다. Wire 는 W, 저항은 R, 선택은 Space, capacitor 는 C, inductor 는 L 와 같은 단축키로 쉽게 조작 할 수 있고,

File 메뉴를 통해 Link, Text 의 형태로 export 도 할 수 있습니다. 학생들이 회로이론에 대한 이해를 위해 사용하기에는 매우 훌륭한 툴로 보였습니다.

제가 학부생일때 이런 툴들이 있었으면 회로이론 공부하기 더욱 더 좋았을 텐데 하는 생각이 들었습니다.

브라우저만 있으면 회로 시뮬레이션을 해 볼 수 있기 때문에 필요하신 분들은 적극적으로 활용해 보시기 바랍니다. 간단하게 해 봤지만 참 재밌네요~



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