센서를 연결하자 전압이 내려갔다

한 줄 요약

분압기의 출력은 저항 비율만으로 정해지지 않습니다. 출력에 연결한 장비도 회로의 일부입니다.

왜 이게 필요했나

5 V 센서를 읽으려고 같은 크기의 저항 두 개로 전압을 절반으로 낮췄다고 합시다. 아무것도 연결하지 않았을 때 2.5 V라고 계산했는데, 다른 회로를 연결하니 값이 내려갑니다. 센서 드라이버를 고치기 전에 회로가 여전히 같은 회로인지 물어야 합니다. 이 코스는 전압을 조절하는 전원장치를 만드는 법이 아니라, 신호 입력의 부하 효과를 계산하는 법입니다.

전압은 두 점 사이의 차이이며, 여기서 모든 출력은 접지에 대한 값입니다. 전류의 단위는 A, 저항은 Ω, 전력은 W입니다. 10 kΩ는 10,000 Ω이고 1 mA는 0.001 A입니다. 전압과 전류의 단위를 함께 기록해야 전력이 천 배 어긋나는 실수를 발견할 수 있습니다.

어떻게 동작하나

전원과 출력 사이에 Rtop, 출력과 접지 사이에 Rbottom이 있습니다. 출력에서 접지로 Rload를 추가하면 하단과 부하가 병렬이 됩니다.

Vin ── Rtop ──┬── Vout              ├── Rbottom ── GND              └── Rload   ── GND

부하가 없으면 Vout=Vin*Rbottom/(Rtop+Rbottom)입니다. 부하가 있으면 하단을 Rp=1/(1/Rbottom+1/Rload)로 바꿉니다. 같은 내용을 전류로 쓰면 (Vin-Vout)/Rtop=Vout/Rbottom+Vout/Rload입니다. 이것은 노드에 들어오는 전류와 나가는 전류가 같다는 전하 보존입니다. 오른쪽 부하 전류를 빼먹으면 형식은 멀쩡해도 다른 회로를 계산한 셈입니다.

서로 다른 예로 Vin=6 V, 위아래 2 kΩ, 부하 4 kΩ를 넣어 보세요. 무부하는 3 V, 연결 뒤는 2.4 V입니다. 전압이 내려가도 전원에서 흐르는 전류는 1.5 mA에서 1.8 mA로 늘어납니다. 출력이 낮아졌으니 덜 소비한다는 추측은 맞지 않습니다.

전력은 각 저항 양단 전압의 제곱을 저항으로 나눈 값입니다. 상단은 Vin-Vout, 하단과 부하는 Vout을 씁니다. 이상적인 정적 회로에서는 세 소비 전력의 합이 전원 전압×공급 전류와 같아야 합니다. 이 두 장부를 별도로 계산하면 저항을 잘못 병렬로 묶거나 단위를 틀린 오류를 잡을 수 있습니다.

현장에서 만나는 모습

ADC 입력은 항상 고정 저항 하나가 아닙니다. 입력 누설, 샘플링 스위치와 커패시터 때문에 정적 부하 모델만으로는 실제 정밀도를 보장하지 못합니다. 이번 모델은 부하 효과를 분리해 배우기 위한 것입니다. 멀티미터를 연결할 때도 입력 임피던스를 확인해야 합니다.

NVIDIA의 보드 개발 직무는 보드 고장 원인 분석과 검증 계획을 요구합니다. 이 계산은 그 역량의 입문 단계이며 해당 경력직 업무 전체를 대체하지 않습니다. 채용 근거는 2026-09-10 확인한 [공식 공고](https://nvidia.wd5.myworkdayjobs.com/NVIDIAExternalCareerSite/job/US-CA-Santa-Clara/Board-Product-Development-Engineer_JR2018583-1)입니다. 검색 색인에서 본 공고 내용이며 현재 지원 가능 여부는 확인되지 않았습니다.

측정 지점을 먼저 그리는 습관

전압이 얼마냐고 묻기 전에 기준점과 부품 사이의 연결을 그립니다. 상단 저항에 걸리는 전압을 재는 것은 출력에서 접지까지 재는 것과 다릅니다. 앞의 6 V 예시에서는 상단 전압이 3.6 V이고 하단은 2.4 V입니다. 두 값을 더하면 공급 전압 6 V로 돌아와야 합니다. 전류 검산은 노드에서, 전압 검산은 닫힌 경로에서 하는 이유가 여기에 있습니다.

같은 예시의 전력도 계산해 보겠습니다. 상단은 3.6²/2000=0.00648 W, 하단은 2.4²/2000=0.00288 W, 부하는 2.4²/4000=0.00144 W입니다. 합계는 0.0108 W이고 전원은 6×0.0018=0.0108 W를 냅니다. 상단 전압에 2.4 V를 잘못 넣으면 이 합이 맞지 않습니다. 수식 하나의 정답을 외우기보다 서로 다른 보존 법칙이 같은 답을 주는지 보는 습관이 오래갑니다.

부하 저항이 아주 크면 병렬 합성 저항은 원래 하단 저항에 가까워져 무부하 결과로 돌아갑니다. 반대로 부하가 0 Ω에 가까워지면 출력은 접지 쪽으로 내려갑니다. 코드를 짰다면 이 두 극한을 시험해 보세요. 부하를 작게 했는데 출력이 커진다면 병렬 합성식을 거꾸로 썼을 가능성이 큽니다. 극한 검사는 임의의 숫자 하나를 맞히는 것보다 넓은 조건을 확인합니다.

분압기 두 저항을 10배 작게 만들면 같은 부하에 덜 흔들릴 수 있지만, 무부하 전류는 10배가 됩니다. 배터리 수명이 중요한 센서라면 단순히 작은 저항이 늘 좋은 것은 아닙니다. 버퍼 증폭기를 넣는 대안도 있지만 전원·입출력 범위·오프셋·안정도 검토가 추가됩니다. ‘부하 오차 감소’와 ‘소비전류 감소’처럼 목표를 두 칸으로 적어야 절충이 드러납니다.

이번의 이상 전원은 내부 저항이 0이라는 가정입니다. 실제 센서의 출력 저항이 알려져 있다면 그것을 상단 경로에 더해야 합니다. 모르는 값을 0이라고 조용히 취급하지 말고, 미확인 항목과 확인할 데이터시트 항목으로 남기세요.

다음 확인

바로 뒤 퀴즈에서는 연결·단위·전력의 구분을 확인합니다. 마지막 모듈의 실습에서는 무부하·부하 전압을 계산하고 전류와 전력 보존으로 검산합니다. 실제 전원이나 USB 핀을 연결하지 않습니다. 계산이 맞다는 사실만으로 부품의 정격·온도·보호회로가 안전하다고 결론 내리지 마세요.