Top 42 커패시터 임피던스 The 48 Top Answers

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자동차정비과정의 학습, 자격증, 취업 정보

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3. 저항(R), 인덕터(L), 커패시터(C)의 이해

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등가 임피던스 모델을 이용한 슈퍼커패시터의 성능평가 방법

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Performance Evaluation of the Supercapacitor Using Equivalent Impedance Model

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SI PI EMI Basic: SI PI EMI Basic – 백동철 – Google Sách

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자동차정비과정의 학습, 자격증, 취업 정보

실측정+엑셀+매트랩+포토샵 노가다의 산물! 그림에 쓸데없는 문자 넣는건 제 취향은 아니지만, 선진 지식 기반 사회 구현을 위해 힘써볼랍니다. 보기 싫음 가볍게 지워버리시던가 (포토샵 1분 꺼리) -_-;;

무려 1년 만의 귀환인가요. ^^;;원체 게을러놔서 언제 다 쓸라나 모르겠습니다. —————————————————————————————————————–임피던스는 Z= A+jB 의 복소수 형태로 나타낼 수 있는데, 여기서 A는 손실성분, 즉 저항을 나타내고 B는 유도성분, 캐패시턴스나 인덕턴스를 나타냅니다. 이 허수부가 음수면 캐패시턴스 양수면 인덕턴스를 나타내죠. 실수부는 음수가 될 수 없습니다. 그럼 에너지가 손실되는 것이 아니라 생성될테니까요. 조금이라도 회로 공부를 하신분은 아시겠지만 각 기본 소자의 임피던스는 다음 식으로 나타낼 수 있습니다.저항 : Z=R캐패시터 : Z=1/jwC인덕터 : Z=jwL이걸 주파수 축을 따라 그래프를 그려보면 다음과 같습니다. 발로 그렸으니 대충 봐주시고.임피던스는 주파수 변화에 따라 위 그래프의 검은 줄을 따라 움직입니다. 저항은 항상 일정하고 캐패시터는 w(2*pi*f) 성분이 분모로 들어가 있으니 주파수가 커짐에 따라 감소하겠고 인덕터는 반대가 되겠죠. 실제의 경우에는 조금 더 복잡합니다. 맨 마지막 그래프는 보통 magnitude만을 보는 임피던스를 phase까지 나타낸 것입니다. 저도 아래와 같은 그래프만 보여드렸죠.임피던스의 magnitude는 저항이 커져도 커지고, 인덕턴스가 커져도 커지고, 캐패시턴스가 작아져도 커집니다. 어떤 요인에 의해서 지금의 임피던스가 나타났다는 것을 보여주진 못하죠. 위의 그래프로도 실제 소자의 동작을 이해하는데 크게 무리가 없지만, 임피던스의 모든 정보를 보여주는 것은 아니라는 사실 정도는 알아두세요.왜 이렇게 쓸데없는 말을 그것도 성의없게 주절주절 늘어 놓았느냐… 바로 아래의 표를 보여드리기 위해서였습니다.Agilent 4263B LCR METER로 찍었으니 결과는 의심하지 않으셔도 됩니다. 다만 적당한 프로브가 없어서(SMT 용만 있더군요) 일관된 프로빙에 어려움이 있었습니다. 저주파에서는 상관없었지만, 100kHz에서는 수% 정도 왔다갔다 하더군요. 뭐…옮기다 오타가 있었을 수도 있으니 너무 믿진 마시고…^^;;첫번째 임피던스 차트를 보면 붉은색이 일반, 초록색이 os-con, 푸른색이 blackgate 입니다. 그래프만 보면 os-con이 가장 이상적인 캐패시터에 가깝고 blackgate 가 중간, 일반캐패시터가 가장 저조하네요. 일반 전해는 100kHz 에서 거의 저항 성분 밖에 남지 않았습니다. X좌표쪽으로 치우치면 저항 성분이 많다는 이야기고 +Y 쪽으로가면 인덕터로 변신했다는 뜻(두번째 그룹, 표에서 minus Farad 값은 inductance인 Henry 를 나타냅니다.)이 됩니다표만 달랑 하나 걸어놓으려다가, 위 표의 Impedance chart 때문에 구색을 맞춘답시고 앞에서 그렇게나 떠들었던겁니다. 마지막으로 다음 임피던스 그래프를 보면서 끝내도록 합시다.wima mkp 1uF 을 찍은 결과입니다. 100Hz, 1kHz, 10kHz, 100kHz 포인트가 정확히 270도 축을 따라 일정 간격(그래프의 magnitude 축은 로그 스케일입니다.)으로 떨어집니다. 이상적인 캐패시터의 응답, 바로 당신이네요.

눈에 보이는 뻔한 것 가지고 떠들기도 힘드네요. 알아서들 보시고 나름대로 해석해보세요.

출처:

3. 저항(R), 인덕터(L), 커패시터(C)의 이해

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오늘은 저항, 커패시터, 인덕터에 대해 알아 보았다.

1. 저항(Resistor)

● 저항(Resistor)은 왜 필요할까?

– 저항은 전류의 흐름을 적당하게 제한하기 위해서 사용되는 부품이다.

– 옴의 법칙에 따라서 일정한 전압이 걸렸을 때 적당한 전류를 흐르게 하는 저항 값을 선택하면 된다.

● 저항 전력(Power) 소모

– 저항에 전류가 흐르면 전력 소모가 발생 -> 소모된 에너지는 열(heat)의 형태로 방출

– 정격 전력 : 저항이 파손되지 않는 최대 전력 (예 : 1/2W, 1W, 2W 등)

* 저항의 정격 전력 규격은 주로 저항 패키지의 외관(모양이나 크기, 재료 등)에 의해 결정된다.

* 실제 회로에서는 일반적으로 필요한 전력보다 2배 정도 큰 정격 전력을 가지는 저항을 사용한다.

* 저항의 정격 전력보다 큰 전력 소모가 발생한다면 저항이 파손된다.

● 저항의 연결형태 : 직렬 연결과 병렬 연결

– 저항을 직렬로 연결하면 전체 저항 값은 커진다.

– 저항을 병렬로 연결하면 전체 저항 값은 작아진다. (다 아는 사실이므로 넘어감)

* 저항 여러 개를 연결하는 이유는 표준 저항 값에 없는 저항 값을 만들기 위해서이다.

* 저항 여러 개를 직렬 또는 병렬로 연결하면 전체 저항 값의 오차는 확률적으로 줄어든다.

* 저항 여러 개를 직렬 또는 병렬로 연결하면 전체 저항 값에 대한 정격전력은 커진다

-> 발열 분산 효과 때문

2. 커패시터(Capacitor)

– 커패시터 = 콘덴서(저주파에서 사용되는 용어, 큰 전류에서)

– 커패시터는 에너지를 전압의 형태로 저장하는 역할 -> 전압을 충전, 방전

● 평판 커패시터의 구조

– 평판 커패시터는 가장 기본적인 커패시터의 구조이다.

– 두 금속판 사이가 유전 물질에 의해 절연되어 있는 구조이다.

– 큰 용량의 커패시터를 만들기 위해서 유전율이 높은 유전체를 사용하고 도전체의 면적을 넓게 만들어야 한다.

* 용량은 면적에 비례하고, 도체판 사이의 거리에 반비례한다.

● 커패시터는 왜 필요할까

– 에너지 저장

* 전압을 충전하거나 방전한다.(ex DRAM에서는 메모리를 저장한다.)

– Signal Coupling(AC Coupling) Capacitor

* 직류(DC)신호는 차단, 교류(AC)신호는 통과 -> 직류 신호와 교류 신호 분리 역할을 한다.

– Decoupling or Bypass Capacitor

* 회로에 노이즈를 분리(decouple)하고, 안정된 직류 전원만 통과(Bypass)되도록 하는 역할을 한다.

-> 커패시터를 GND에 연결해 노이즈를 흘려줌(노이즈는 교류신호이므로 통과한다.)

● 커패시터의 연결형태 : 직렬 연결과 병렬 연결

– 커패시터를 직렬로 연결하면 전체 저항 값은 작아진다.

– 커패시터을 병렬로 연결하면 전체 저항 값은 커진다. (다 아는 사실이므로 넘어감)

* 커패시터 여러 개를 직렬 또는 병렬로 연결하면 표준에 없는 값을 만들 수 있다.

* 커패시터 여러 개를 직렬 또는 병렬로 연결하면 전체 저항 값의 오차는 확률적으로 줄어든다.

* 커패시터 여러 개를 직렬 또는 병렬로 연결하면 전체 저항 값에 대한 정격전력은 커진다

-> 발열 분산 효과 때문

3. 인덕터(Inductor)

– 인덕터 = 코일(저주파에서 사용되는 용어, 큰 전류에서)

– 인덕터는 에너지를 전류의 형태로 저장하는 역할 -> 전류를 충전, 방전

– 인덕턴스 – 도선에 전류가 흐를 때, 그 전류의 변화를 막으려는 정도, 단위는 H(헨리)

● 인덕터는 왜 필요할까

– 인덕터는 전류의 변화를 지연시키려는 특성이 있다. -> 전원 회로, 평활 회로(Smoothing circuit)

– 인덕터는 고주파 성분은 잘 통과시키지 않는다. -> 필터 회로, 고주파 노이즈 제거 용도

-> 고주파 필터 효과

– 인덕터는 커패시터와 함께 사용하면 특정 주파수 성분만 통화시키거나 통과시키지 않는다. -> 공진회로

● 인덕터의 연결형태

– 저항과 비슷

4. R, L, C 단위 소자 특성

– 저항은 주파수와 무관하게 일정 저항 값을 가지며, 커패시터와 인덕터는 주파수 값에 따라 저항이 변하는 주파수 가변 저항이다.

* 리액턴스(Reactance) : 주파수 성분이 있는 저항을 이야기 한다. (교류에서)

* 임피던스(Impedance) : 저항과 리액턴스를 합한 값이다. 주파수에 관계 없는 값 R + 주파수에 따라 크기가 변하는 리액턴스 값 X로 나누어 진다. (Z = R +jX)

5. 임피던스(Impedance)

– 교류 회로에서 인가 전압 및 회로에 흐르는 전류의 비율을 임피던스라고 한다.(복소수 평면)

표현 방법

복소 평면에서 해석 (크기와 방향)

● 회로 내 임피던스 계산 법

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10. 저항과 임피던스에 대해 알아보자(Resistance, Impedance)

10. 저항과 임피던스에 대해 알아보자. (Resistance, Impedance)

yyxx.tistory.com/130

저항은 물체에 전류가 흐를 때 이 전류의 흐름을 방해하는 요소이다.

그런데 전기회로에서 전류의 흐름을 방해하는 요소로 저항(resistance) 뿐만 아니라 임피던스(Impedance)라는 용어도 사용한다.

둘은 어떤 차이가 있는지 확인해보자.

1. 저항(resistance)과 임피던스(Impedance)

2. 직류전기에서 인덕터(L)와 커패시터(C)

3. 교류전기에서 인덕터(L)와 커패시터(C)

1. 저항(resistance)과 임피던스(Impedance)

resist – 저항하다.

impede – 방해하다.

두 영단어는 저항하다, 방해하다로 비슷한 의미이다.

저항과 임피던스 모두 전류가 흐를 때 이 전류의 흐름을 억제하는 요소이다.

그러면 둘의 차이는 뭘까?

간단히 말하면

저항은 직류전기와 관련이 있고,

임피던스는 교류전기와 관련이 있다.

직류전기에서 전류를 제한하는 요소는 저항인 R 뿐이다.

직류전기 저항 = R

교류전기에서 전류를 제한하는 요소는 저항(R) 뿐만 아니라 리액턴스(X) 역시 관여한다.

이 둘의 합을 임피던스라고 한다.

교류전기 임피던스 = R +jX

저항(R)은 전류가 흐르면서 열이 발생하면서 손실이 발생, 전류를 억제하는 실수부이다.

저항(Resistor)

리액턴스(X)는 인덕터(L) 혹은 커패시터(C)에서 전류가 억제되는 부분이며 허수부(j)이다.

인덕터(Inductor), 커패시터(Capacitor)

2. 직류전기에서 인덕터(L)와 커패시터(C)

왜 직류전기에서 인덕터(L)와 커패시터(C)는 영향이 없을까?

먼저 인덕터(L)만 존재하는 전기회로라고 했을 때

인덕터에 직류전원 공급

발생하는 전압을 식으로 표현하면 아래와 같다.

인덕터 식

말로 풀어보면 시간에 따라 전류(i)가 변화해야

전압(v)이 생성된다.

그런데 직류전기라고 하면 전류(i)가 항상 같은 값을 가리킨다.

직류전원은 전류가 일정

그러므로 전압(v)이 생기지 않게 된다.

직류전원에 인덕터(L)가 연결되어 있으면 단순히 코일을 따라서 전류가 흐르는,

코일 양단이 단락된 상태와 같다고 볼 수 있다.

직류전원에서 인덕터는 단락 상태

그래서 전류를 제한하는 요소가 될 수 없다.

다음으로 커패시터(C)회로에 직류전원이 연결되어 있다고 해보자.

커패시터에 직류전원 공급

이때 발생하는 전류를 식으로 표현하면 아래와 같다.

커패시터 식

말로 풀어보면 시간에 따라 전압(v)이 변화해야

전류(i)가 생성된다.

그런데 직류전기라고 하면 전압(v)이 항상 같은 값을 가리킨다.

직류전원에서 전압은 일정

그러므로 전류(i)가 생기지 않는다.

직류전원에 커패시터(C)가 연결되어 있으면

커패시터는 양단 금속 사이에 유전체가 채워져 있는 형태이므로

직류전기가 유전체를 통과할 수 없다.

그러므로 완전히 개방된 상태와 같다고 볼 수 있다.

직류전원에서 커패시터는 개방 상태

3. 교류전기에서 인덕터(L)와 커패시터(C)

직류전기와는 다르게 교류전기에서는 인덕터와 커패시터가 전류를 제한하는 요소로 작용할 수 있다.

교류전원에서는 전압과 전류가 시간에 따라 계속해서 변한다.

교류전원에서는 시간에 따라 전압과 전류가 변화

그러므로 인덕터(L)식과 커패시터(C)식이 모두 의미를 가질 수 있게 된다.

인덕터는 렌츠의 원리에 의해 전류를 제한하게 되고, 커패시터는 분극 과정을 통해서 전류를 제한하게 된다.

어떤 원리에 의해 전류의 흐름이 제한될 수 있는지는 앞에서 확인해보았다.

▶인덕터(L)의 원리

yyxx.tistory.com/129

▶커패시터(C)의 원리

yyxx.tistory.com/110

이렇게 직류전기에서는 저항만 전류를 제한하는데 영향을 주므로

직류전기에서 저항 = R 이고,

교류전기에서는 저항뿐만 아니라 인덕터와 커패시터 역시 전류를 제한하는데 영향을 준다.

인덕터와 커패시터가 영향을 주는 부분을 리액턴스(X)라고 하는데

인덕터의 리액턴스 X(L)을 유도성 리액턴스 라고 부르고

커패시터의 리액턴스 X(C)를 용량성 리액턴스 라고 부른다.

X(L)과 X(C)의 합을 X 라고 할 수 있고

임피던스(Z) = R + jX 로 표현할 수 있다.

임피던스(Z)를 복수평면 상에서 페이저도로 나타내면 아래와 같다.

저항, 인덕터, 커패시터의 페이저도

저항(R)은 실수축에만 존재하게 되고

인덕터의 유도성 리액턴스 X(L)과

커패시터의 용량성 리액턴스 X(C)는 허수축(j)에만 존재하는 걸 확인할 수 있다.

실수축의 저항은 유효전력과 관련이 있고

허수축의 인덕터와 커패시터는 무효전력과 관련이 있다.

페이저도로 그려보기와 유효전력, 무효전력 그래프는 앞에서 다뤄보았다.

yyxx.tistory.com/136

yyxx.tistory.com/137

yyxx.tistory.com/138

추가 내용으로

유도성 리액턴스 X(L) = wL = 2πfL 이고

용량성 리액턴스 X(C) = 1/wC = 1/2πfC 이다.

f(주파수)의 영향을 받아서 X(L)과 X(C)의 값이 달라짐을 알 수 있다.

주파수가 커지면 X(L)이 커지고, X(C)가 작아진다.

주파수가 작아지면 X(L)이 작아지고, X(C)가 커진다.

유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스는 주파수에 따라 서로 반대로 움직이게 된다.

f(주파수)가 커지면 전압, 전류의 주기가 짧아지고, 변화율이 커지게 된다.

주파수가 커지면 주기가 짧아지고 변화율이 커진다

인덕터의 경우 관성의 소자로서 전류의 급격한 변화를 억제한다.

주파수(f)가 커질수록 전류의 변화율이 커지게 된다.

급격하게 변하는 전류를 억제하기 위해 유도성 리액턴스 X(L) 역시 커지게 된다.

커패시터의 경우 유전체에서 분극이 일어나면서 전하가 움직이게 되는데

이 움직임이 초반에 가장 활발하다.

주파수(f)가 커질수록 초반의 변화가 커지면서 더 많은 전류를 흘릴 수 있으므로

용량성 리액턴스 X(C)가 작아지면서 전류가 더 많이 흐르게 된다.

유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스는 주파수에 따라 크기가 서로 반대로 움직이게 되는데

둘의 임피던스가 같아지는 시점을 전기회로 상에서 ‘공진이 나타났다’고 이야기한다.

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