커패시터(Capacitor)

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정의

흔히 '콘덴서'라고도 불리는데, 영미권에서는 'condenser'라는 단어가 축전기를 뜻하기도 하지만 주로 응축기의 의미로 사용되는 경우가 많다.

기능

전압이 높을 때에는 전하를 모으고(충전) 전압이 낮으면 전하를 방출(방전)하여 전원 전압과 동일한 크기의 전위차를 유지하려 한다. 그러므로 직류 전원에 연결하면 전하가 충전되는 짧은 시간 동안 전류 크기가 감소하다가 결국 전류가 흐르지 못하게 된다. 이는 다른 말로 전압의 변화에 저항하여 전압의 급격한 변화를 막아준다는 뜻이다. 이와 대응되는 인덕터(코일)는 전류의 변화에 저항하여 전류의 급격한 변화를 막아주는 역할을 한다

절연체의 유전 분극 현상을 이용하여 전기장을 만듦으로써 전기 에너지를 저장하는 역할

개념 요약

- 콘덴서는 교류 전류는 흐르게 하지만 직류는 흐르지 않게 하는 성질을 지님

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- 용량이 클수록, 주파수가 높을수록 전류가 잘 통함

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- 용량 단위는 F(패럿). 일반적으로 pF(피코 패럿), uF(마이크로 패럿) 단위를 주로 사용

DC는 Block하고 AC만 Pass

 

캐패시터의 핵심 구성 요소

캐패시터는 전극판(Plate), 리드선(Lead), 절연체(유전체, Dielectric)로 이루어 짐 두 개의 전극판 사이에 유전체가 위치하고 있는 구조, 유전체 재질에 따라 다양한 종류의 캐패시터가 있다.

전하 저장 과정

전극판에 DC 전압을 인가하면 한쪽 판에는 (+)전하, 다른 한쪽에는 (-) 전하가 유도, 유전체에 의해 이 전하들이 분리되면서 전기적 인력이 발생된다
이 인력으로 인해 전하들이 모여 에너지가 저장되어, 전하 축적 후에는 전류가 흐르지 않는다.

극성에 따른 종류

전하 저장 방향에 따라 캐패시터는 두 가지 종류로 나뉘는데

1. 단극성 (Polar) 캐패시터: 한 방향으로만 전하 저장 가능
2. 양극성 (Non-Polar) 캐패시터: 양방향으로 전하 저장 가능하며, 긴 리드선이 (+) 극, 짧은 리드선이 (-) 극

 

용도

전하를 모으고 방출하여 안정적인 전기를 공급하는 역할을 하는 부품이다. 배터리는 화학반응을 통해 전하를 생성하며, 이차 전지는 충전 시 전하를 받아들여 화학 에너지 형태로 저장했다가 방전 시 화학 반응을 일으켜 전하를 내보내지만, 커패시터는 전하 그 자체를 저장하기 때문에 배터리와 달리 저항만 받쳐준다면 충/방전속도에 한계가 없다. 따라서 낮은 저항으로 RC회로를 만들어 쇼트(short)시키면 순간적으로 엄청난 양의 에너지가 방출된다

 

직렬 회로 연결된 회로 전류 차단 노이즈만 보냄

교류 회로 필터 역할을 수행

 

일반적으로 저주파 통과 필터를 만들어서 노이즈를 제거하는 용도(Bypass) 및 안정화를 위한 평활회로의 부품으로 많이 쓰인다 (소위 말하는 리플을 줄이거나 제거하기 위하여 저항과 함께 사용된다)

Bypass Capacitor

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기본 개념

(1) R은 직류, 교류 둘 다 전류가 흐름

(2) C는 교류(주파수가 높을수록)만 흐르고, 직류(주파수=0)는 흐르지 않음.

(3) L은 직류만 흐르고, 교류는 흐르기 힘듦

 

- 전원 라인 또는 신호 라인에 AC Noise를 제거하고 IC 동작을 안정시키는 역할

- Shunt Ground 연결

 

Coupling Capacitor

기본 개념

바이패스나 커플링은 동일한 캐패시터라고 할 수 있고, 다만 용도가 다르게 사용하는 것이라고 할 수 있음.

(1) 바이패스 : 특정 주파수에 공진, 그 주파수의 노이즈 성분을 GND로 흘리거나 특정 주파수 성분만 다음

블록으로 흘려주는 역할

(2) 커플링 : 주로 한단과 다른 단을 결합시켜 주는 역할

각 단에는 보통 dc bias가 걸려있어서 다른 단의 dc특성에 영향을 주지 않고 결합시켜 주기 위하여

dc는 차단하고 신호 성분만 다음단으로 연결시켜 주는 역할

RLC 회로

인덕터는 저주파 대역을 통과시키고, 커패시터는 고주파 대역을 통과시키는 특성을 이용
LPF, HPF, BPF, BSF 구현