테브난 정리를 사용할 때 부하를 떼고 전압을 구하는 이유는 무엇인가요?

Question

회로이론에서 테브난 정리를 이용하면 복잡한 회로를 하나의 전압원과 하나의 저항으로 바꿀 수 있다고 배웠습니다. 그런데 테브난 전압을 구할 때 왜 부하저항을 제거하고 개방전압을 구하는지 잘 이해가 되지 않습니다. 또 테브난 저항을 구할 때 전압원은 단락하고 전류원은 개방한다고 하는데, 이것도 단순 암기처럼 느껴집니다. 테브난 정리가 실제로 어떤 의미를 가지는지, 그리고 부하가 바뀌는 문제에서 왜 유용한지 자세히 알고 싶습니다.

Answer 1

안녕하세요. 최광민 전기기사입니다.

결론부터 말씀드리면 테브난 정리는 부하에서 바라본 나머지 복잡한 회로를 같은 전압 특성을 가진 간단한 등가회로로 바꾸는 방법이며, 부하를 제거하고 구한 개방전압이 그 회로가 부하에 공급할 수 있는 기준 전압이기 때문에 테브난 전압으로 사용합니다. 부하가 연결되어 있으면 부하에 전류가 흐르면서 단자 전압이 변합니다. 하지만 테브난 전압은 부하가 없는 상태에서 회로 자체가 만들어내는 순수한 단자 전압을 의미하므로 부하를 떼고 측정하거나 계산합니다. 테브난 저항은 회로 내부가 부하 전류를 얼마나 방해하는지를 나타내는 값입니다. 이를 구할 때 독립 전압원은 내부저항이 0인 이상적인 전원으로 보기 때문에 단락하고, 독립 전류원은 내부저항이 무한대인 이상적인 전원으로 보기 때문에 개방합니다. 이렇게 하면 단자에서 회로 안쪽을 바라본 등가저항을 구할 수 있습니다. 테브난 정리가 유용한 이유는 부하가 여러 번 바뀌는 문제에서 매번 복잡한 회로를 처음부터 다시 풀 필요가 없기 때문입니다. 한 번 테브난 전압과 저항을 구해두면, 이후에는 부하저항만 바꿔 끼워 전류와 전압을 쉽게 계산할 수 있습니다. 그래서 회로 해석뿐 아니라 전력 전달, 부하 매칭, 전자회로 분석에서도 매우 자주 사용됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

테브난 정리는 복잡한 회로 전체를 하나의 단순한 전압원과 저항으로 압축하는 방법이에요. 부하를 제거해야만 그 지점에 걸리는 본래의 순수한 전압을 정확히 측정할 수 있기 때문입니다. 부하가 바뀌어도 앞부분은 고정된 상수로 취급할 수 있어요. 그래서 계산이 엄청 편해지고, 전원들을 제거하는 건 회로 내부의 순수한 저항값만 뽑아내기 위한 필수과정이라 할수 있겠구요.