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커패시터가 전하를 충전할 수 있는 능력으로 정전용량 혹은 커패시턴스(Capacitance)라고 한다. 기호는 C, 단위는 패럿[F]이며 전압을 가했을 때 축적되는 전하량의 비율을 나타내는 양을 말한다.
[반도체 용어 사전] 커패시턴스 – 삼성반도체이야기
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12. ‘커패시터’와 ‘커패시턴스’는 무엇인가?
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커패시턴스
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전기용량 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
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정의[편집]
개론[편집]
축전기에 저장된 에너지[편집]
축전기와 변위 전류[편집]
축전기인덕터 상보성[편집]
같이 보기[편집]
[전자회로] 커패시터와 커패시턴스
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- Most searched keywords: Whether you are looking for [전자회로] 커패시터와 커패시턴스 커패시턴스란 전압을 가했을 때 축적되는 전하량의 비율을 나타내는 양입니다. 쉽게 말하자면 단절된 금속사이에서 전류/전압의 변화가 있을때만 신호를 … 안녕하세요 대학원 석사 1년차 은교입니다 🙂 취업을 했다가 다시 공부가 더 하고싶어 대학원에 진학을 하게 되었습니다. 다시 차근차근 공부하면서 정리하는 내용을 공유하며 가치를 더하고 싶어 블로그를 만들게..
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기생 커패시턴스
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[반도체 용어 사전] 커패시턴스 | 삼성반도체
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– Google Patents 본 실시예에 의한 커패시턴스 검출 장치는 기생 커패시터(parasitic capacitor)가 형성되고, 오브젝트와 자기 커패시터(self-capacitor)를 이루는 전극을 포함하는 … … - Most searched keywords: Whether you are looking for KR101908286B1 – 커í¨ìí´ì¤ ê²ì¶ ë°©ë² ë° ì´ë¥¼ ì´ì©íë 커í¨ìí´ì¤ ê²ì¶ ì¥ì¹
– Google Patents 본 실시예에 의한 커패시턴스 검출 장치는 기생 커패시터(parasitic capacitor)가 형성되고, 오브젝트와 자기 커패시터(self-capacitor)를 이루는 전극을 포함하는 …
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12. ‘커패시터’와 ‘커패시턴스’는 무엇인가?
12. ‘커패시터’와 ‘커패시턴스’는 무엇인가?
전기소자(R,L,C) 중 커패시터(C)를 공부할 때 커패시턴스(Capacitance)라는 용어가 나온다.
커패시턴스가 어떤 걸 의미하는지 알아보자.
1. 커패시터(Capacitor)
2. 커패시턴스(Capacitance)
3. 직류(DC)와 교류(AC)에서 커패시터의 역할
1. 커패시터(Capacitor)
커패시터(Capacitor)는 전자회로에서 전하를 모으는 장치이다.
구조는 금속판 사이에 유전체가 채워진 형태이다.
커패시터(Capacitor)의 구조
커패시터의 충전과정은 앞에서 자세히 알아보았다.
https://yyxx.tistory.com/147
다시 한 번 충전과정을 간단히 확인해보자.
스위치가 off 상태여서 전원이 커패시터에 아무 영향을 주지 않을 때는
음전하와 양전하가 짝을 이루고 있는 안정적인 ‘중성상태’이다.
커패시터(Capacitor) 충전회로 스위치 off 상태
이런 안정적인 상태에서는 전류가 흐르지 않는다.
○ 스위치 ON
커패시터(Capacitor) 충전회로 스위치 ON
스위치를 ON시키면 전원의 + , – 극에 의한 전위차가 생긴다.
도선과 커패시터 금속판에 있던 음전하들이 움직이기 시작한다.
+극은 -극을 당기고
-극은 -극을 밀어내므로
전원의 +극 쪽으로 음전하들이 이동한다.
전원의 -극 쪽에 있던 음전하들은 커패시터 금속판 아래쪽으로 이동한다.
음전하들의 이동은 서서히 이루어지며 커패시터 내부 유전체가 포화되고
전원의 100V가 커패시터 양단에 걸리게 되면 충전이 종료된다.
전원 전압이 커패시터(Capacitor)에 모두 걸리면 충전 완료
2. 커패시턴스(Capacitance)
위의 과정을 거쳐 커패시터에 전하가 서서히 축적되면서 충전이 진행되는데
커패시터가 축적할 수 있는 전하의 양은 정해져져있다.
커패시터가 축적할 수 있는 전하의 양은 어떤 것에 영향을 받을까?
-> 커패시터의 정전용량과 전압의 영향을 받는다.
커패시터가 축적할 수 있는 전하의 양은 아래와 같이 표시할 수 있다.
전하의 양(Q) = 콘덴서의 정전용량(C) x 전압(V)
커패시터가 축적할 수 있는 전하의 양 = 콘덴서의 용량 x 전압
커패시터(콘덴서) 마다 얼마나 전하를 축적할 수 있는지 용량이 정해져 있다.
이 그릇의 크기를 크게 하면 더 많은 전하를 축적할 수 있다.
또한 커패시터에 걸리는 전압의 크기를 크게 할수록 더 많은 전하를 축적시킬 수 있다.
더 강한 전압이면 커패시터의 그릇에 더 강한 압력으로 전하를 채워넣는다고 보면 된다.
아래와 같이 두 개의 커패시터가 연결된 회로를 비교해보자.
커패시턴스(Capacitance)가 다른 두 커패시터(Capacitor)
똑같은 전원 10V를 입력했는데
커패시터1에서는 전하 100개가 축적되었고
커패시터2에서는 전하 1000개가 축적되었다.
커패시터2의 저장능력이 커패시터1의 저장능력보다 크다고 할 수 있다.
이런 경우 커패시터2의 커패시턴스(Capacitance)가 더 크다고 말한다.
커패시턴스(Capacitance)는 물체가 전하를 축적하는 능력을 나타내는 물리량이다. 전기용량 또는 정전용량이라고도 한다. 단위는 패럿(F)을 사용한다.
[F]은 아주 큰 단위기이 때문에 1[F]도 아주 큰 숫자이다.그래서 커패시터를 설명할 때는 1[uF] – 1마이크로패럿, 1[nF] – 1나노패럿, 1[pF] – 1피코패럿 과 같은 작은 단위들도 자주 사용한다.
마이크로, 나노, 피코
3. 직류(DC)와 교류(AC)에서 커패시터의 역할
전기는 시간에 따라 크기와 방향에 변화가 없는 직류전기(DC)와
시간에 따라 크기와 방향이 바뀌는 교류전기(AC)로 나눠진다.
직류전기(DC)와 교류전기(AC)
DC와 AC가 흘렀을 때 커패시터의 역할에는 차이가 있다.
(1) DC 전원
직류전원은 + , – 극이 일정하게 유지되기 때문에 한 방향으로 전류가 흐른다.
직류(DC)에서 커패시터(Capacitor) 전하 축적
그러면 위에서 봤던 커패시터 충전과정처럼 커패시터의 위쪽 금속판에는 양전하, 아래쪽 금속판에는 음전하가 모이면서 충전이 이루어진다.
직류(DC)에서 커패시터는 저장하는 기능을 함을 알 수 있다.
(2) AC 전원
교류(AC) 전원은 + ,-가 시간에 따라 계속 바뀐다. 그래서 전류의 방향이 계속 바뀐다.
교류전원(AC)은 크기와 방향이 계속 바뀜
전류가 + 방향으로 흐를 때는 커패시터의 금속판 윗부분에 양전하가 몰리고 아랫부분에는 음전하가 몰리는데
전류가 – 방향으로 바뀌면서 커패시터 금속판 윗부분에 음전하가 몰리고 아랫부분에는 양전하가 몰린다.
교류전원(AC)에서 커패시터(Capacitor) 충전못하고 리액턴스 역할
시간에 따라 계속 방향이 바뀌므로 커패시터에 전하가 축적되지 못한다.
교류(AC)에서 커패시터는 저장하는 역할을 하지는 못하나
전류의 흐름을 방해하는 리액턴스의 역할은 할 수 있다.
커패시터 그래프를 보면 전압변화율에 따라 전류를 억제할 수 있는 리액턴스(X) 역할을 함을 볼 수 있다.
커패시터(Capacitor) 충전 전압,전류 그래프
커패시터 충전 초기에 전압변화율이 클 때는 전류가 가장 많이 흐르고
커패시터 충전 말에 전압변화율이 작아지면서 전류도 작아짐을 볼 수 있다.
https://yyxx.tistory.com/148
커패시터 리액턴스를 용량성리액턴스(Xc)라고 한다.
용량성 리액턴스(Xc) = 1/Wc (Wc = 각주파수)
용량성 리액턴스(Xc) = 1/Wc = 1/2πf 이다. (f = 주파수)
주파수(f)와 용량성 리액턴스(Xc)는 반비례하므로 주파수가 커질수록 용량성 리액턴스는 작아진다.
주파수(f)가 커지면 전압변화율이 커지고 전류가 많이 흐르게 된다.
(직류에서는 주파수가 0Hz이므로 전기의 흐름을 방해하는 정도가 최대치가 된다. 그래서 직류에서는 커패시터가 전기를 흐르지 않게 하는 절연체가 된다.)
위키백과, 우리 모두의 백과사전
전자기학에서, 정전용량(電氣容量, capacitance 커패시턴스[*] ) 또는 전기 들이(電氣-)는 축전기가 전하를 저장할 수 있는 능력을 나타내는 물리량이며, 단위 전압에서 축전기가 저장하는 전하이다. 국제 단위는 패럿이며, 통상적인 기호는 라틴 대문자 C이다.
정의 [ 편집 ]
정전용량은 단위 전압 당 물체가 저장하거나 물체에서 분리하는 전하의 양이다. 정전용량은 보통 물체의 총 전하량을 물체의 전압으로 나눈 값으로 정의한다.
C = Q V {\displaystyle C={\frac {Q}{V}}}
또는 가우스 법칙에 따라, 정전용량을 전압당 전기 선속(electric flux)으로 나타낼 수도 있다.
C = ϵ 0 Φ V {\displaystyle C=\epsilon _{0}{\frac {\Phi }{V}}}
이 때
C – 정전용량. 단위는 패럿. Q – 전하량. 단위는 쿨롱. V – 전압. 단위는 볼트. Φ – 전하 Q에 의해 발생한 전기 선속. 단위는 볼트 미터 (V · m). ε 0 – 진공의 유전율. 8.854×10-12의 값을 가지며 단위는 패럿 매 미터 (F/m).
이 정의는 인덕턴스의 정의와 유사한 꼴이다.
단, 이 공식(C=Q/V)은 Q가 기본 전하 e보다 훨씬 클 때만 사용할 수 있다(e = 1.602×10−19 C). 예를 들어, 1 pF의 축전기가 100nV만큼 충전되면, 위의 공식에서 Q = 10−19 C가 되는데, 이것은 전자 하나의 전하량보다 작다.
개론 [ 편집 ]
정전용량은 절연 상태의(떨어져 있는) 두 도체 사이에 존재한다. 정전용량을 정의하는 식에서, 두 도체는 용량은 같지만 극성이 다른 전하 Q를 가지고 있고, 전압 V는 두 도체 사이의 전위차이다.
정전용량의 국제 단위는 패럿(F)이다. 정전용량 1패럿의 축전기는 1볼트의 전위차가 있을 때 전하 1 쿨롱을 저장한다. 패럿은 매우 큰 단위이다. 지구 전체를 하나의 축전기로 본다면, 지구의 정전용량은 약 680 μF밖에 되지 않는다. 일상적으로 접할 수 있는 축전기의 정전용량은 대개 마이크로패럿(μF = 0.000 001 F), 나노패럿(nF=0.000 000 001 F), 피코패럿(pF = 0.000 000 000 001 F) 등으로 측정한다.
정전용량은 도체의 모양과, 도체 사이의 부도체의 유전 성질만으로 결정된다. 예를 들어, 똑같은 모양을 가진 두 도체판으로 만들어진 평행판 축전기의 정전용량은 다음과 같이 근사적으로 계산할 수 있다.
C = ϵ 0 ϵ r A d {\displaystyle C=\epsilon _{0}\epsilon _{r}{\frac {A}{d}}} A – 도체판 하나의 넓이. 단위는 제곱 미터 d – 도체판 사이의 거리. 단위는 미터 C – 정전용량. 단위는 패럿 ε 0 – 진공의 유전율. 단위는 미터당 패럿 ε r – 사용된 부도체의 유전상수 혹은 상대 유전율
축전기에 저장된 에너지 [ 편집 ]
축전기에 저장된 에너지(단위는 줄)는 축전기를 충전하느라 한 일과 같다. 한쪽 판에는 +q전하를, 다른 한쪽 판에는 −q전하를 가지고 있는 축전기를 생각해 보자. 무한소의 전하 dq를 한쪽 판에서 다른쪽 판으로 이동시키는 것은, 전위 차이 V = q/C를 거슬러 일을 하는 것이고, 따라서 다음 식의 dW만큼의 일을 필요로 한다.
d W = q C d q {\displaystyle dW={\frac {q}{C}}dq}
여기서 기호의 뜻은 다음과 같다.
W – 일. 단위는 줄 q – 전하량. 단위는 쿨롱 C – 정전용량. 단위는 패럿
축전기에 저장된 에너지는 위 공식을 적분하여 구한다. 전혀 충전하지 않은 축전기(q=0)에서 전하를 각 판이 +Q와 -Q전하를 가질 때까지 한쪽 판에서 다른쪽 판으로 옮기면, 전체 한 일은 W다.
W c h a r g i n g = ∫ 0 Q q C d q = 1 2 Q 2 C = 1 2 C V 2 = W s t o r e d {\displaystyle W_{charging}=\int _{0}^{Q}{\frac {q}{C}}dq={\frac {1}{2}}{\frac {Q^{2}}{C}}={\frac {1}{2}}CV^{2}=W_{stored}}
이 공식과 평행판 축전기의 공식을 합치면 다음과 같다.
W s t o r e d = 1 2 ϵ 0 ϵ r A d V 2 {\displaystyle W_{stored}={\frac {1}{2}}\epsilon _{0}\epsilon _{r}{\frac {A}{d}}V^{2}}
축전기와 변위 전류 [ 편집 ]
물리학자 제임스 클러크 맥스웰은 축전기 같은 곳에서 전하가 모일 때에도 앙페르 회로 법칙이 성립하도록 하기 위해 변위 전류 dD/dt라는 개념을 고안해 냈다. 맥스웰은 이 개념을 에테르에서 전기 쌍극자의 움직임과 연관지은 다음, 이것이 실재하는 전하의 움직임이라고 해석했다. 변위 전류는 진공에서도 존재하므로, 이 해석에 따르면 진공에서도 어떤 전하가 존재하여야 한다.
맥스웰의 이러한 해석은 오늘 더 이상 받아들여지지 않는다. 다만, 맥스웰이 추가한 변위 전류 항은 여전히 유효하고, 이는 단순히 자연계의 기본 법칙으로 해석된다. 즉, 변화하는 전기장은 자기장을 만들어낸다.
축전기/인덕터 상보성 [ 편집 ]
수학적으로, 이상적인 축전기는 이상적인 인덕터의 역으로 볼 수 있다. 이는 한 소자(축전기 또는 인덕터)의 전압-전류공식에서 전압과 전류를 서로 바꾸면 다른 소자의 공식이 되기 때문이다.
[전자회로] 커패시터와 커패시턴스
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공부중인 학생이니 틀린부분이 있다면 알려주시면 감사하겠습니다^_^
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지난 포스팅에 이어 오늘은 인덕터와 반대의 성질을 가진 커패시터에 대해서 정리해볼게요ㅎ_ㅎ
커패시터(Capacitor)란?
두 도체 사이의 공간에 전하를 모으는 소자로, 축전기 또는 콘덴서(Condenser)라고도 부릅니다.
콘덴서는 주로 저주파에서 사용되는 용어로써 nF~mF 수준 이상의 큰 커패시턴스값을 가지는 소자를 말합니다.
커패시터는 보통 두 개의 도체 판으로 구성되어 있는데 그 사이에 절연체가 들어갑니다.
즉, 유전체를 통하여 전기장을 만듭니다.
회로에서는 전하를 저장하는 역할 을 하는 커패시터!
커패시터 기호
커패시턴스(Capacitance)란?
커패시턴스란 전압을 가했을 때 축적되는 전하량의 비율을 나타내는 양입니다.
쉽게 말하자면 단절된 금속사이에서 전류/전압의 변화가 있을때만 신호를 통과시키려는 성질 또는 그 정도를 말합니다.
도선에 전류가 흐를 때 그 전류의 변화를 막으려는 성질을 가지고 있었던 인덕턴스와는 반대의 개념이죠?
위 그림과 같이 커패시터의 회로기호를 보면 선로가 끊어져 있는 것처럼 보이는데 실제로도 끊어져있습니다.
이게 무슨 말이냐? 하면 실제 금속선로 입장에서는 끊어져있는 소자인데
그 사이에 채워진 유전체는 전하를 직접 흘려주지는 않지만 유전체 내부에서 전극이 배치되어 전기적 방향성을 띠게 됩니다.
결국 한쪽 방향으로 전하가 흘러가기만 하는 직류(DC)는
직류를 인가한 그 순간에는 잠시 전기가 흐르는 듯 하다가 뚝 끊어지게 됩니다.
커패시터는 전압/전류에 변화가 있을 때만 동작한다고 설명드렸죠?
그래서 직류가 새로 인가되는 그 순간에만 변화를 감지하고
잠시나마 유전체가 분극을 일으키고는 전기가 흐르지만 이내 사라지기 때문에 전기적 신호전달이 불가능합니다.
그러나 주기적으로 전압전류가 변화하는 교류(AC)의 경우에는 유전체의 분극현상이 사라지기 전에
극성이 바뀌어 버려서 그 변화하는 신호파형이 건너편으로 잘 전달되게 됩니다.
한쪽에 전극이 형성되면 유전체 내에서도 전극이 쏠리면서 극이 나뉘고
그 결과 반대쪽 금속판에도 반대의 전극을 형성 시켜줄 수 있게 되니
결국 끊어진 금속 판 사이로 교류파형의 변화형상, 즉 신호가 전달되게 되는 것!!
얼마나 빠른 변화의 양상을 잘 전달할 수 있냐를 나타내는 지표가 커패시턴스가 되는 것이죠
이러한 성질도 직류는 그냥 흘러주었지만 교류에서는 전류의 변화를 막으려고 했던
인덕턴스와 확실히 반대라는것을 알 수 있죠?ㅎㅎㅎ
커패시터의 주파수 특성
그렇다면 커패시터의 주파수 특성은 어떨까요?
인덕터는 L값에 따라 고주파 신호의 통과를 억제했다면
커패시터는 C값에 따라 고주파 신호를 더 잘 통과 해냅니다.
커패시터의 직렬연결
인덕터와 달리 커패시터는 위의 식과 같이
전체 커패시터의 용량 값의 역수는 각 커패시터의 용량값 역수의 합과 같습니다
마치 저항의 병렬 연결의 합과 형태가 같죠ㅎㅎ
커패시터의 병렬연결
커패시터를 병렬 연결할 경우에는 커패시터의 모든 용량 값을 더한다면 그 합은 전체 커패시터의 합과 같습니다
그래서 큰 커패시터(축전기)가 필요할 경우에는 병렬연결을 해서 사용하기도 합니다
커패시터는 주로 단일로 쓰이는 경우가 더 많고 특수한 이유가 있을 경우에만 병렬 연결을 사용한다고 해요
커패시터는 유전체를 통하여 전기장을 만드는 것이며
안정적인 전력 공급 혹은 노이즈신호 제거를 위해 주로 사용한다는 것!
제가 공부하고 있는 공대 대학원생 브이로그도 보러 와주세요 🙂
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