전기 및 전자 분야는 한마디로 우리가 일상생활에서 사용하는 모든 장비에 활용되고 있다. 어떤 제품이든지 전기전자 특성을 바탕으로 하지 않는 것이 없다. 마치 산소가 모든 생명체에 필요한 것처럼 전기전자 시스템은 현대 사회의 많은 분야에 걸쳐 없어서는 안 될 생존의 요소로 자리 잡고 있기 때문이다. 더욱이 새로운 소재를 개발하여 그 전기전자적 특성을 나타낼 수 없다면 상품으로 활용될 수 없다는 것이다. 따라서 신제품 개발 및 기존 제품의 활용 면에서 도입되는 전기전자 분야의 기본적인 지식을 반드시 학습해야 한다. 이러한 추세에 발맞추어 교육기관 혹은 자기 학습을 하는 초심자 입장인 학생들의 수준에 맞게 구성된 서적이 요구되어 왔으며, 수년에 걸쳐 교육받고 강의한 경험들을 바탕으로 본 학습 자료를 만들게 되었다.
전기전자 분야를 포함하는 공학은 반복의 학문이며 결코 정지하지 않는 학문이다. 즉 기존의 제품 혹은 장비를 잘 분석하고 반복하여 익혀야 이들의 문제점을 파악하여 더욱 개선된 성능을 가진 제품을 만들 수 있기 때문이다. 한 유명한 철학자 Rene Decarte는 문제를 해결하기 위해 다음과 같이 네 가지 기법들을 제시하였다. 먼저 어떤 것이 본인의 마음으로부터 모든 의문점을 배제할 수 있을 만큼 명백하지 않고 분명하지 않으면 절대 어느 것이라도 사실로 받아들이지 말고, 둘째로 한 해결책에 도달하기 위해 필요한 만큼 해당 문제를 나누며, 셋째로 나눈 내용들 중에서 가장 간단한 것부터 시작하여 복잡한 부분 쪽으로 단계적으로 나아가며, 마지막으로 어떤 것도 빼먹지 않았다고 확신할 정도로 그 해결책을 아주 완전하게 그리고 일반적으로 검토한다. 이와 더불어 물리학과 수학이 결합되면 더욱 효과적으로 학습할 수 있을 것이다.
본 교재는 모두 11개의 장들로 구성되며, 한 한기용 또는 두 학기용 교재로 활용할 수 있다. 전기전자 분야를 처음으로 공부하는 학생이라면 반드시 손으로 직접 문제를 풀어보며 생각하는 기회를 많이 가지길 바란다. 각종 회로해석을 위해 관련 소프트웨어를 이용하지만, 직접 답을 구하는 경험을 통하여 더욱 효율적인 방법을 터득하길 권한다. 어떤 경우에등 기초학습을 충실히 하고 문제가 제시되면 거침없이 풀어나갈 정도로 준비하여, 분석 능력을 배양하고 자신에게 확고한 지식으로 만들기를 기대한다.
먼저 전류, 전압 및 저항의 기본적인 개념으로부터 시작하여 이들을 식들로 표현한다. 각종 소자들의 측정 방법을 익히고 Ohm 법칙을 활용하여 기본 개념을 학습한다. 전압원과 전류원의 의미를 학습하고 이를 바탕으로 회로해석에 필요한 여러 가지 유용한 규칙을 활용한다. 또한, 저항과 다른 수동 소자로써 인덕터와 커패시터를 학습하여 직류 특성, 교류 특성 및 과도 특성을 학습한다. 특히 교류 분야에서 전압과 전류의 위상차로 발생하는 역률의 의미를 그래픽을 통하여 명확히 하고자 했다.
두 번째로 교류 회로해석을 쉽게 하도록 복소평면과 페이저를 도입하여 전력 문제에 초점을 두고 관련 문제를 나열하였다. 특히 Fourier 급수를 이용하여 기본파와 고조파를 처리하여 실효치, 왜곡률의 전력 활용에 연결되도록 하였다. RC, RL 및 RLC 회로에 앞서 배운 각종 이론을 접목하여 전기 및 전자공학 분야의 기본적인 회로해석을 바탕으로 응용 분야에 활용토록 하였다. 또한, 자기회로는 변압기, 발전기 및 전동기 등의 전기기기에 광범위하게 활용되므로 비교적 자세히 다루었고, 자기회로로부터 전자 유도를 바탕으로 변압기에 대해 임피던스 변환 및 전력 전송 문제를 비교적 상세히 다루었다. 단상 변압기를 바탕으로 3상 교류발전기의 결선법 및 전압과 전류 관계, 유효 전력, 무효 전력 및 역률 그리고 대칭 좌표법을 학습한다. Laplace 변환의 개념 및 변환쌍을 기반으로 주파수 영역에서 회로해석을 수행하여 특성방정식과 제어 시스템의 연결이 되도록 하였다. 특히 앞에서 학습한 R C회로, RL 회로, RLC 회로, 변압기회로 등에 대해 Laplace 변환을 활용한 처리 기법을 도입하였다. 마지막으로 전력 및 통신 분야에서 자주 활용되는 전송 파라미터를 비롯한 4단자 회로망에 대해 학습한다.
이 서적이 독자들에게 도움이 되길 바라며 필요한 내용을 더욱 보충하고 개선하고자 할 것입니다.
