커패시터 1) 개념 및 특징(또는 용도)

 

1. 커패시터란? 

-. 커패시터는 콘덴서(축전기)라고도 불리는 소자로 이름 그대로 전기를 일시적으로 저장하는 소자 이다. 커패시터는 회로기호에서 알 수 있듯 2개의 도체판 사이에 절연체가 들어간 구조로 되어있다.

참고) 콘덴서, 커패시터 이름이 2개인 이유
 미국에서 ‘전기용량 = capacity’ 에서 capacitor 였으나 일본으로 들어오면서 ‘전기를 압축하여 (=condense) 축척하는 역할의 의미’ 의 축전기라고 번역하여 condenser 라 불림

2. 커패시터의 특징과 용도

1) 충/방전을 되풀이 한다

-. 절연체란 전기나 열이 통과하기 어려운 물질을 말합니다. 즉, 커패시터를 달아놨다는 거는 회로적으로 보면 Open된 상태가 되는 것이지요. 여기서 커패시터의 첫 번째 특징인 충/방전을 하는 특징(전기를 저장)이 나오는데요.

-. 커패시터의 두 도체판에 전압을 걸게 되면 음극에는 (-)전하가, 양극에는 (+)전하가 유도되고 이로 인해 전기적 인력이 발생합니다. 이 인력으로 인해 전하들이 모여있게 되어서 에너지가 저장됩니다.

-. 만약 커패시터에 직류 전원이 걸리면 다음 그림과 같이 소스(전원)와 커패시터는 같은 크기의 전압이 될 때까지 전류가 흐르며 커패시터가 충전이 되고, 충전이 완료된 후에는 전위차가 0이 되므로(전압이 같음) 더 이상 전류가 흐르지 않게 됩니다. 학교에서 배울 떄는 이걸 수식으로 설명을 들어서 뭔 소리인지 하며 이해하기 어려웠떤 기억이 나네요 ㅠ

-. 그런데 만약 교류라면 어떨까요? 여기서 두 번째 특징인 커플링(직류와 교류가 섞여있는 신호에서 교류 신호만 통과시키는 기능)이 나옵니다.

2) 커플링

-. 아까의 그 회로에서 이번엔 전원만 반대로 달아봅니다. 그러면 커패시터와 전원은 극성이 서로 반대이므로 전위차가 발생하게 되어 전류가 흐르게 됩니다. 마찬가지로 전위차가 같아 질 때까지 흐르게 되겠죠. 그리고 다시 전원의 극성이 바뀌면 또 같아질 때까지 전류가 흐를 거구요. 이게 반복되는 상황이라면(교류) 회로는 계속해서 전류가 흐르게 될 겁니다.

-. 다시 말하면, 커패시터는 직류는 흐르지 못하게 막지만, 교류는 흐를 수 있도록 해주는 거죠.

-. 그럼 만약에 직류와 교류가 섞여있는 신호가 커패시터를 지나게 된다면? 직류신호는 통과하지 못하고 교류신호만 통과하게 됩니다. 이게 커플링이죠.

3) 펄스파형 시간지연

-. 이번에 알아볼 커패시터의 용도는 펄스파형의 시간지연 입니다. 아래 그림과 같이 만약 저항과 커패시터를 병렬로 연결해놓고 커패시터의 한쪽을 그라운드에 물려두면 어떻게 될까요? 커패시터가 충전될떄 까지는 전류가 그라운드로 흘러내려 갈 거고, 다 충전된 이후에는 회로가 단선(Open)되게 되니 더 이상 그라운드로 흘러가지 않게 될 것입니다. 그럼 커페시터가 완충 될 떄 까지만큼은 펄스파형이 지연되어 전달되게 되는 거죠.

4) 하이/로우 필터

-. 마지막으로 커패시터의 가장 많은 사용 용도인(물론 다른 용도도 많지만 품질하는 입장에서 문제 나는 건 높은 확률로 노이즈 타서이고, 이 노이즈를 막는 용도가 필터이니까 품질하다보면 커패시터는 필터역할로 가장 많이 본거 같네요) 필터로써의 쓰임을 알아보겠습니다. 이번에도 저항과의 조합을 통해서 낮은 주파수 신호를 통과시키는 로우 패스 필터, 높은 주파수 신호를 통과시키는 하이 패스 필터를 만들 수 있습니다.

-. 특히 로우 패스 필터의 경우, 대부분의 노이즈 성분은 고주파 입니다. 때문에 이런 노이즈가 IC로 들어가는걸 막고 그라운드로 흘러가도록 하기위해 많이 사용되죠.  업무차 연구소 내려가서 HW설계 담당하시는 분들하고 이야기 해보면 노이즈로 시작해서 노이즈로 끝나는 업무가 HW설계라고 하시더라고요. 사실 MCU정해지면 주변 수동소자야 Data Sheet보고 하면 되고, 소자업체 도움 받아서 호환되는 소자들로 구성하고 나면 이제 노이즈 제거만 남는다고 하시더라구요.