전기전자공학 개론

이 책의 특징

(1) 이 책의 구성과 학습 연계도를 읽으면 전기전자공학의 전체적인 윤곽은 파악할 수 있다.
이 책에서 구성과 학습 연계도는 핵심 개념을 위주로 전기전자공학의 전반적인 내용의 관계를 일목요연하게 알아볼 수 있도록 흐름도로 정리하여 전체적인 윤곽을 쉽게 알 수 있도록 하였다.
(2) 각 장의 첫 절을 읽으면 해당 장의 핵심 내용을 알 수 있다.
각 장의 처음에 나오는 절에는 해당 장에서 다루는 핵심 개념과 주요 전문용어를 그림과 함께 간략하게 설명하여 배우는 핵심 내용을 쉽게 알 수 있도록 설명하였다.
(3) 핵심 개념은 무엇을(What) → 왜(Why) → 어떻게(How) 순서로 그림과 함께 이해할 수 있다.
각 장에서 새로운 개념을 도입하는 첫 부분에서 중요한 질문을 통해서 무엇을 배워야 하고, 이에 대한 간단한 답변으로 공감할 수 있도록 하였으며, 이어지는 절에서는 상세한 이유와 방법을 제시하여 이해하는데 도움이 되도록 설명하였다.
(4) 중요한 전문용어는 본문에서 쉽게 찾을 수 있다.
전공 관련 전문용어는 처음에는 익숙하지 않아서 낯설고 어렵게 느껴진다. 그래서 이 책의 본문에서 쉽게 찾을 수 있도록 표시하였다. 또한 중요한 전문용어는 국문에 한문과 영문을 병행 표기하여 의미를 상기하면서 익숙해질 수 있도록 하였다.

이 책의 내용

0장에서는 전기전자공학에 대한 육하원칙을 통해서 전기전자공학의 필요성과 배우는 핵심 내용의 중요성에 대해서 설명하였다. "전기전자공학은 누구에게, 언제, 어디서 필요한가?"에 대해서는 생활 속의 전기전자공학의 활용, 전기전자공학자의 역할을 통해서 설명하였다. "전기전자공학에서 무엇을, 어떻게, 왜 배우는가?"에 대해서는 전기전자공학의 구성을 비롯하여 전기에너지와 전기신호의 개념, 전기전자기기를 구성하는 요소인 하드웨어와 소프트웨어로 설명하였다. 또한 전기전자공학에서 다루는 주요 물리량의 정량적 표현에 필요한 기초 지식인 단위와 차원, SI 접두어, 그리스 알파벳의 활용법을 설명하였다.
1장에서는 전기전자공학에서 공통적인 원리를 제공하는 기초 학문인 전자기학의 필요성을 설명하였다. 우리 생활을 편리하게 해주는 각종 전기전자공학 관련 응용은 전자기학의 핵심 개념인 전기와 자기의 상호작용을 활용한 것임을 설명하였다. 모든 물질은 전하를 갖고 있는데, 전하가 존재하면 주변공간에는 전계를 형성하고, 전하의 이동에 의해 흐르는 전류의 주위에는 자계가 분포하며, 전하분포가 시간에 따라 변하면 주변으로 전자기파가 공간적으로 퍼져나가는 현상을 그림과 함께 개념적으로 설명하였다. 또한 전계와 자계에 의한 물질의 반응특성으로 도전율, 유전율, 투자율의 개념을 전하의 관점에서 설명하였다.
2장에서는 우리 생활에서 활용하고 있는 각종 전기전자기기를 구성하는 기본 요소인 전원, 도선, 부하의 폐경로 연결 구성인 회로의 개념을 알아보고, 회로의 주요 물리량인 전압, 전류, 전력에 대해서 설명하였다. 전원의 전기에너지를 부하로 전달하여 소비, 저장 등의 작용을 하는 전기회로를 구성하는 수동소자인 저항기, 인덕터, 캐패시터의 기본 구조, 동작원리 및 주요 특성에 대해서 개념적으로 설명하였다.
3장에서는 반도체의 응용과 역할을 비롯하여 반도체 물질, 반도체 소자, 반도체 산업의 관점에서 반도체의 개념과 의미를 설명하였다. 전류의 흐름을 전자적으로 제어할 수 있는 전자회로를 구성하는 능동소자(반도체소자)인 다이오드와 트랜지스터의 기본 구조, 동작원리 및 주요 특성을 설명하였다. 다이오드를 응용하여 교류를 직류로 변환하는 정류기 회로와 트랜지스터를 이용하여 미약한 전기신호를 전자적으로 확대 복사하는 증폭기 회로의 기본 구성과 동작원리에 대해서 설명하였다. 또한 증폭기의 전압이득, 전류이득, 전력이득의 개념과 활용 방법을 설명하였다.
4장에서는 전기신호의 이산적인 정보처리 방법인 디지털 신호의 발생 및 표현법을 비롯하여 디지털 회로를 구성하는 기본 요소로서 논리 게이트와 플립-플롭의 구조, 동작원리 및 주요 특성을 개념적으로 설명하였다. 다수의 논리 게이트를 조합하여 구성한 조합논리회로와 과거 출력의 일부를 피드백 경로를 통해서 플립-플롭에서 저장했다가 회로의 입력으로 되돌려 순차적으로 응답을 처리하는 순서논리회로의 구성과 동작원리에 대해서 설명하였다. 또한 순서논리회로의 대표적인 응용 사례인 카운터의 개념, 종류, 구성과 동작원리를 설명하였다.
5장에서는 우리가 가정, 학교, 회사에서 편리하게 사용하는 전기에너지의 발생, 변환, 전달을 담당하는 전력전송과 전력처리 시스템에 대해서 설명하였다. 전력전송시스템은 비전기에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기, 입출력 교류전압의 크기를 높이거나 낮추는 변환을 수행하는 변압기, 전기에너지를 한 곳에서 다른 곳으로 효과적으로 전달하는 통로에 해당하는 송전선과 배전선 각부의 기본 구조와 동작원리에 대해서 설명하였다. 또한 전력을 효과적으로 사용하기 위한 전력처리시스템의 구분, 동작원리 및 주요 특성에 대해서 살펴보았다.
부록에서는 전기전자공학의 주요 역사를 비롯하여 전기전자공학에서 수학의 역할, 함수, 함수의 극한, 함수의 차분과 미분, 함수의 적분의 정의와 물리적 의미, 상호 관계 및 표현법을 개념적으로 설명하였다.

CHAPTER 00 전기전자공학의 이해
0.1 전기전자공학의 육하원칙(5W1H)
0.2 전기전자공학은 누구에게, 언제, 어디서 필요한가?
0.2.1 생활 속 전기전자공학의 활용
0.2.2 전기전자공학자의 역할
0.3 전기전자공학에서 무엇을, 어떻게, 왜 배우는가?
0.3.1 전기전자공학의 구성
0.3.2 전기전자공학의 기본 개념: 전기에너지와 전기신호
0.3.3 전기전자기기의 기본 구성: 하드웨어와 소프트웨어
0.4 전기전자공학에서 다루는 물리량의 표기법: 수와 단위
0.4.1 물리량의 단위와 차원
0.4.2 SI 접두어
0.4.3 그리스 알파벳
연습문제

CHAPTER 01 전기전자공학의 물리적 기초: 전자기학
1.1 전기전자공학을 위한 전자기학
1.2 전기의 이해
1.2.1 전기의 근원: 전하
1.2.2 전기력
1.2.3 전계
1.3 자기의 이해
1.3.1 자기의 근원: 자석과 전류
1.3.2 자기력
1.3.3 자계
1.4 전계와 자계에 의한 물질의 반응특성
1.4.1 전계에 의한 물질의 도전 반응특성: 도전율
1.4.2 전계에 의한 물질의 분극 반응특성: 유전율
1.4.3 자계에 의한 물질의 자화 반응특성: 투자율
1.5 전자기파의 이해
1.5.1 전계와 자계의 관계: 맥스웰 방정식과 전자기파
1.5.2 전자기파의 특성
1.5.3 전자기파의 전파원리
1.5.4 전자기 스펙트럼
연습문제

CHAPTER 02 수동소자의 조합과 반응해석: 전기회로
2.1 전기회로의 기초
2.1.1 회로의 개념
2.1.2 회로소자: 수동소자와 능동소자
2.2 회로의 기본 물리량: 전압, 전류, 전력
2.2.1 전압(전위차)
2.2.2 전류
2.2.3 전력
2.3 전원의 이해
2.3.1 직류전원
2.3.2 교류전원
2.4 저항기의 이해
2.4.1 저항값의 개념
2.4.2 저항기의 전압-전류 특성: 옴의 법칙과 줄의 법칙
2.5 인덕터의 이해
2.5.1 인덕턴스의 개념
2.5.2 인덕터의 전류-전압 특성: 유도기전력
2.6 캐패시터의 이해
2.6.1 캐패시턴스의 개념
2.6.2 캐패시터의 전압-전류 특성: 변위전류
연습문제

CHAPTER 03 능동소자의 조합과 동작해석: 반도체와 전자회로
3.1 반도체의 기초
3.1.1 반도체의 응용과 역할
3.1.2 반도체의 의미
3.2 전자회로의 기초
3.2.1 능동소자의 개념: 다이오드와 트랜지스터
3.2.2 반도체 물질의 종류와 특성
3.3 다이오드의 이해
3.3.1 다이오드의 구조와 동작원리
3.3.2 다이오드의 전압-전류 특성
3.3.3 다이오드의 동작점
3.4 다이오드의 응용: 정류회로
3.4.1 정류회로의 기초
3.4.2 정류회로의 구성과 동작원리
3.4.3 평활기능을 갖는 정류회로
3.5 트랜지스터의 이해
3.5.1 트랜지스터의 구조와 동작원리
3.5.2 트랜지스터의 입출력 특성
3.5.3 트랜지스터의 동작점
3.6 트랜지스터의 응용: 증폭회로
3.6.1 증폭회로의 기초
3.6.2 증폭회로의 구성과 동작원리
3.6.3 증폭회로의 해석
연습문제

CHAPTER 04 전기신호의 이산적인 정보처리: 디지털공학
4.1 디지털공학의 기초
4.1.1 디지털의 개념
4.1.2 아날로그 신호와 디지털 신호의 관계
4.1.3 디지털 회로의 필요성
4.1.4 디지털 신호의 생성법: 전자적인 스위칭
4.2 수의 체계와 코드의 이해
4.2.1 십진수와 2진수
4.2.2 8421 BCD 코드
4.2.3 디지털 시스템의 구성
4.3 논리 게이트의 기초
4.3.1 기본 논리 게이트: BUFFER, NOT, AND, OR
4.3.2 확장 논리 게이트: NAND, NOR, XOR, XNOR
4.4 논리 게이트의 응용: 조합논리회로
4.4.1 조합논리회로의 기본 구성
4.4.2 조합논리회로의 응용: 가산기
4.5 플립-플롭의 기초
4.5.1 피드백의 역할
4.5.2 기본 플립-플롭: S-R 래치와 S-R 플립-플롭
4.5.3 확장 플립-플롭: J-K 플립-플롭, D 플립-플롭, T 플립-플롭
4.6 플립-플롭의 응용: 순서논리회로
4.6.1 순서논리회로의 기본 구성
4.6.2 순서논리회로의 응용: 카운터
연습문제

CHAPTER 05 전기에너지의 이용: 전력 및 제어공학
5.1 전력 및 제어공학의 기초
5.1.1 전력전송의 개념
5.1.2 에너지 변환의 원리
5.1.3 전력처리의 개념
5.2 전동기(모터)의 이해
5.2.1 자석과 전류 사이에 작용하는 자기력
5.2.2 전동기의 동작원리
5.2.3 직류전동기와 교류전동기
5.3 발전기의 이해
5.3.1 전자기 유도 법칙
5.3.2 발전기의 동작원리
5.3.3 직류발전기와 교류발전기
5.4 변압기의 이해
5.4.1 상호유도 법칙
5.4.2 변압기의 동작원리
5.4.3 변압기의 응용
5.5 전력전송과 전력제어의 이해
5.5.1 송배전
5.5.2 전력전송방식
5.5.3 전력변환과 전력제어
연습문제

부록
A. 전기전자공학의 주요 역사
B. 전기전자공학을 위한 기초수학

현승엽 제주대학교 통신공학과 공학사
고려대학교 전파공학과 공학석사, 공학박사
한국과학기술연구원 영상미디어연구센터 학생연구원, Post-doctor
(주)에스지테크놀러지 부설연구소 주임연구원
LG전자(주) 디지털어플라이언스연구소 선임연구원
이성주식회사 부설연구소 책임연구원
현재: 제주대학교 공과대학 통신공학과 교수
전공분야: 광대역 안테나 설계, 전자파 영상화, 지표투과레이다시스템, 플라즈마조명시스템