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커패시터는 간단히 말해 회로에서 전기 에너지 즉, 전압을 일시적으로 저장하는 역할을 하는 소자이다. 두 도체판 사이에 절연체 혹은 유전체가 있는 구조다. 기호 자체에서도 볼 수 있는데, 원래 도체 사이에 절연체가 있다면 커패시턴스는 항상 발생하게 된다.
[회로이론] 커패시터의 전류 전압 표현 및 간단한 특성 : 네이버 블로그
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커패시터 (capacitor) : 네이버 블로그
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캐패시터 소개
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커패시터(콘덴서)의 이해
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회로이론 – 커패시터(capacitor)
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권찡’s 공학이야기
회로이론 – 커패시터(capacitor) 본문
[커패시터] 커패시터의 종류, 전류-전압 특성
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[회로이론] 커패시터의 전류 전압 표현 및 간단한 특성
● 커패시터(Capacitor), 콘덴서(Condenser)
커패시터는 간단히 말해 회로에서 전기 에너지 즉, 전압을 일시적으로 저장하는 역할을 하는 소자이다. 두 도체판 사이에 절연체 혹은 유전체가 있는 구조다. 기호 자체에서도 볼 수 있는데, 원래 도체 사이에 절연체가 있다면 커패시턴스는 항상 발생하게 된다. 도체와 절연체의 경계면에 각각 부호가 다른 전하가 쌓인다. 회로 파라미터는 C로 나타내고, 단위는 F(farad;패럿)로 나타낸다. 실제로 F는 매우 큰 단위라서 uF – pF 정도의 범위가 일반적이다.
콘덴서는 아주 예전에 사용하던 일본식 영어 표현이고, 축전기란 한자 단어는 커패시터의 본래 역할의 의미를 담는다고 하기에는 무리가 있다. 커패시터란 명칭을 사용하는 것이 가장 좋다. 회로에서는 R, L과 더불어 빠질 수 없는 중요한 소자로서 실제 제품의 회로를 살펴 보면 인덕터는 못 봐도 적지 않은 수의 커패시터는 거의 항상 볼 수 있다.
커패시터에서의 전류는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
위 식을 보면 커패시터에서의 전류는 전압 변화의 시간 비율에 의해서 생성된다고 할 수 있다. 여기서 중요한 두 가지 포인트를 짚어보자.
첫째로, 커패시터 양 단자의 전압이 일정하면 전류는 0, 즉 회로가 개방된 상태가 된다. 전도 전류가 커패시터 내에서 저절로 만들어질 수 없기 때문이다. 다시 말해 직류에서는 인덕터와 반대로 개방(Open) 회로로서 작용한다.
둘째로, 커패시터에서는 전류가 순간적으로 변화할 수 없다. 순간적인 전압 변화는 무한 전류의 발생을 의미하게 된다.
● 커패시터에서 전압의 표현
위 식에서는 전류를 전압의 함수로 표현하였다. 이제 전압을 전류의 함수로 표현해보자. 위 식의 양변에 미분 시간 dt를 곱한 후 적분을 한다.
위 식의 좌변을 적분하면
실제에서 초기 시간 t0는 0이다. 그러므로 위 식은 다음과 같이 된다.
● 커패시터의 직/병렬 결합
앞서 인덕터와 저항이 그랬듯, 커패시터의 직 병렬 결합도 하나의 등가 커패시터로 축약될 수 있다. 아래의 직렬연결 커패시터를 보자.
직렬연결에서 모든 커패시터에는 같은 전류가 흘러야 한다. 그 전류를 i라고 하고, 직렬연결에서의 각각의 커패시터의 전압 강하의 합은 전체의 전압과 같다는 것을 이용한다. 앞서 인덕터에서의 병렬연결에서의 등가 인덕턴스를 구하는 것과 같은 식이다. 위에서 커패시터의 전압 표현식을 구했으므로 그것을 이용하면 결국 다음과 같이 된다.
이제 병렬연결을 보자. 아래는 커패시터의 병렬연결된 그림이다.
각 커패시터의 전압은 같고, 각 전류의 합은 전체 전류와 같음을 이용한다. 맨 처음에 간단한 전류 식을 구했으므로, 식을 세워보면 다음과 같이 된다.
캐패시터 소개
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소개
콘덴서는 콘덴서라고도합니다. 이것은 저항과 같은 수동 부품 중 하나입니다. 커패시터는 일반적으로 전하를 저장하는 데 사용됩니다. 커패시터에서 전하는 “전하”의 형태로 저장됩니다. 커패시터의이 전하는 두 플레이트에 걸쳐 전위차를 생성합니다. 다양한 유형의 커패시터가 아래에 나와 있습니다.
일반적으로 커패시터에는 연결되지 않거나 서로 닿지 않는 두 개의 병렬 금속판이 있습니다. 커패시터의 두 플레이트는 비전 도성 매체 (절연 매체)로 분리됩니다.이 매체는 일반적으로 유전체로 알려져 있습니다. 유전체 재료의 몇 가지 예는 세라믹, 왁스 종이, 운모, 플라스틱 또는 액체 젤의 일부 형태입니다.
공진 회로에 사용되는 초소형 커패시터부터 역률 보정 프로세스를위한 대형 커패시터까지 다양한 유형과 다양한 형태의 커패시터를 사용할 수 있습니다. 그러나 모든 커패시터는 전하를 저장하는 것과 동일한 작업을 수행합니다. 커패시터의 모양은 직사각형, 정사각형, 원형, 원통형 또는 구형입니다. 커패시터는 주로 많은 일반 전기 및 전자 장치의 부품 중 하나로 사용됩니다. 저항과 달리 이상적인 커패시터는 에너지를 낭비하지 않습니다.
커패시터가 완전히 충전되면 공급 전압이 연결되어 있어도 커패시터를 통한 DC 전류의 흐름을 차단합니다. 이때 공급 전압은 커패시터의 충전 전압과 동일합니다. AC 공급 전압이 커패시터에 가해지면 AC 전류가 적은 양의 저항 또는 저항없이 커패시터를 통과합니다.
주로 전하는 양성자를 갖는 양전하 (+ ve)와 전자를 갖는 음전하 (-ve)의 두 가지 유형입니다. 커패시터에 직류 전압 (DC)이인가되면 양전하 (+ Q)가 커패시터의 금속판 중 하나에 축적되고 음전하 (-Q)가 커패시터의 다른 판에 축적됩니다. 커패시터의 커패시턴스 값 (C)은 커패시터에 저장된 총 전하 (Q)와 플레이트에서 생성되는 전위차 (V)의 비율과 같습니다. 커패시턴스 값은 “Farads”로 측정됩니다. 식은 아래와 같습니다.
Q = 100 * 5
충전 전류 는 두 금속판의 전압이인가 된 전압 V와 같을 때까지 계속해서 흐르는 커패시터 판으로의 전자 흐름으로 정의됩니다. 커패시터는 이때 전자로 ‘완전 충전’됩니다. 이제 우리는이 충전 전류의 강도가 최대 값이라고 말하고,이 충전 전류는 두 플레이트가 완전히 방전되었을 때 최소값이라고합니다.
커패시터가 중요한 이유
커패시터는 수동 구성 요소 중 하나이며 저항기, 인덕터 및 반도체와 같은 전자 제품의 기본 구성 요소 중 하나입니다. 커패시터는 에너지 저장 기능을 제공하고 몇 가지 중요한 필터링 애플리케이션을 가지고 있기 때문에 거의 모든 회로에서 중요한 역할을합니다. 커패시터는 주로 전원 공급 장치, 역률 보정 회로에 사용되며 가전 제품의 디커플링 커패시터로도 사용됩니다.
그러나 주요 용도 중 하나는 타이밍 회로에서 해당 에너지의 방전 시간을 계산할 수 있다는 것입니다. 커패시터의 가장 큰 한계는 제한된 전압 만 저장할 수 있다는 것입니다. 주로 그 이점 중 하나는 빠른 속도로 많은 양의 전하를 방출 할 수 있다는 것입니다. 그들은 고전압에서 고장날 두 금속판 사이에 바람직하게 얇은 절연 재료로 만들어집니다.
디지털 회로에서 우리는 일반적으로 커패시터를 사용하여 원하지 않는 신호, 즉 노이즈를 줄입니다. TV, 전화, 라디오, 전자 레인지, 계산기 등과 같은 전자 장치는 커패시터 없이는 작동하지 않습니다.
커패시터 구성
커패시터는 동일한 크기의 전하가 배치되었지만 반대 부호가 배치 된 한 쌍의 전도체 사이에 생성 된 전기장의 형태로 에너지를 저장하는 수동 장치 중 하나입니다.
병렬 플레이트 커패시터는 가장 단순한 형태의 커패시터이며 플레이트 크기 및 금속 플레이트 사이의 간격에 대한 커패시턴스의 의존성을 확인하는 데 더 좋습니다. 커패시터가 두 배터리 단자에 연결되면 전위차가 배터리의 전위차와 같아 질 때까지 전하가 커패시터를 통해 흐릅니다.
이것은 패럿의 커패시턴스 값이 금속판의 표면적과 이들 사이의 이격 거리에 의해 고정 된 서로 평행 한 거리에 두 개의 금속 또는 금속 화 된 판을 사용하여 구성 할 수 있습니다. 이 두 값 중 하나를 변경하여 커패시턴스 값을 변경할 수 있습니다.
위의 그림에서 우리는 커패시터에 두 개의 금속판이 있고 유전체로 분리되어 있음을 관찰했습니다. 이제 커패시터를 공급 전압 V에 연결하면 + Q로 표시되는 커패시터의 한 플레이트에 + ve 전압 전하가 축적되고 –Q로 표시되는 다른 금속 플레이트에 -ve 전압 전하가 축적됩니다. 이때 커패시터는 충전 상태에 있으며 커패시터 플레이트 사이의 전압이 공급 전압과 같을 때까지 완전히 충전됩니다. 그 후 판 사이의 전위차에 따라 커패시터가 천천히 방전되고 마침내 0에 도달합니다.
전기장의 형태로 판에 전하를 저장하는 커패시터의 속성을 커패시터의 커패시턴스라고하지만 커패시턴스는 전압 변화에 저항하는 커패시터의 속성이기도합니다. 커패시터의 커패시턴스는 ‘C’로 표시되며이 값은 아래 주어진 방정식을 사용하여 계산됩니다.
우리는 알고 있습니다.
Q = C * V ==> C = Q / V
전하가 플레이트에 축적되면 플레이트 사이의 영역에 전기장이 형성됩니다. 그리고 그것은 누적 된 충전량에 비례합니다. 이 전기장은 유전 물질이없는이 단순한 병렬 플레이트 커패시터의 플레이트간에 전위차 V = E • d를 생성 할 수 있습니다. 커패시터 플레이트 사이의 전위차를 생성하는 데 필요한 전하량은 아래 요인에 따라 다릅니다.
# 커패시터의 표면적 (A).
# 플레이트 사이의 분리 거리 (d).
# 플레이트 사이에 사용되는 유전체 또는 절연 재료.
평행 판 커패시터의 커패시턴스, 플레이트 사이에 유전체 물질이 있는 경우
C = k ε0 A/d
여기서 ‘k’는 비전 도성 물질의 유전 상수이고 ‘ε0’은
8.8542 * 10^-12 * C^2 / (Nm2)와 같은 자유 공간의 유전율입니다.
커패시터의 커패시턴스
커패시턴스는 커패시터가 최대 전하량을 저장할 수있는 능력입니다. 전기적으로 충전 될 수있는 경우 모든 물체에 정전 용량이 존재합니다. 병렬 플레이트 커패시터는 일반적인 형태의 에너지 저장 장치입니다. 정전 용량은 “Farad”단위로 측정되며 이는 ‘Michel Farad’라는 이름에서 얻습니다.
1 패러 드는 커패시터가 1 쿨롱의 전기로 충전되고 플레이트에 걸쳐 1 볼트의 전위차가있을 때 커패시터의 커패시턴스로 정의됩니다.
커패시턴스는 항상 양수 (+ ve) 값을 가지며 음수 (-ve) 값이 없습니다. 일반적으로 Farad는 큰 단위입니다. 커패시턴스 측정을위한 몇 가지 하위 단위가 있습니다. 마이크로 패러 드 (uF), 나노 패러 드 (nF) 및 피코 패러 드 (pF)입니다.
평행 판 커패시터의 커패시턴스는 금속판의 표면적 (A)에 정비례하고 판 사이의 이격 거리 (d)에 반비례합니다. 플레이트의 전하가 각각 + Q 및 -Q이고 V가 두 플레이트 간의 전위차이면 커패시터의 커패시턴스 C는
100 = L / 5
이것은 전압과 전류 관계를 다음과 같이 제공합니다.
I (t) = C*dV(t)/dt
표준 용량 단위
캐패시턴스의 기본 단위는 ‘Farad’이지만이 패러 드는 일반적으로 실제 작업을위한 큰 단위입니다. 따라서 커패시턴스는 일반적으로 마이크로 패럿 (uF) 또는 피코 패럿 (pF)과 같은 일부 하위 단위로 측정됩니다.
대부분의 전기 및 전자 응용 프로그램은 쉬운 계산을 위해 다음 표준 단위 (SI) 접두사로 처리됩니다.
µF를 nF 또는 pF로 변환하거나 다른 단위로 또는 그 반대로 변환하려면 전기 용량 단위 변환기를 사용해야합니다.
병렬 플레이트 커패시터의 커패시턴스
위 그림은 병렬 플레이트 커패시터를 보여줍니다. 우리는 평행 판 커패시터의 커패시턴스가 금속판의 면적 (A)에 비례하고 거리 또는 분리 또는 유전 상수의 두께 (d)에 반비례하여 커패시턴스 값을 제공한다는 것을 알고 있습니다.
C = ε A / d
C = k ε 0 A / d
여기서 ‘k’는 비전 도성 재료의 유전 상수이고 ‘ε0’은 8.8542 * 10 -12 F / m와 같은 자유 공간의 유전율입니다.
그러나 여유 공간에서는 k = 1
따라서 커패시턴스 C = 8.8542 * 10^-12 (F / m) * (A / d)
커패시터의 유전체
커패시터에는 비전 도성 매체로 분리 된 두 개의 금속판이 있습니다. 이 매체는 일반적으로 커패시터 플레이트 사이의 절연체 역할을하는 “유전체”로 알려져 있습니다. 이 유전체 재료는 여러 절연 재료 또는 이러한 재료의 조합으로 만들 수 있습니다. 가장 일반적으로 사용되는 유전체 재료는 공기, 종이, 폴리 에스테르, 마일 라, 폴리 프로필렌, 세라믹 또는 오일, 유리 또는 기타 다양한 재료입니다. 커패시터의 유전체로 사용되는 다양한 절연 재료는이를 통해 전하를 차단하거나 전달하는 능력이 다릅니다.
커패시터의 총 커패시턴스에 영향을 미치는 요소는 금속판의 전체 크기와 그 사이의 거리이며 커패시터의 전체 커패시턴스에 영향을 미치는 하나 이상의 요소는 플레이트 사이에 사용되는 유전체 재료의 유형입니다. 커패시터는 유전체 재료의 유전율 (ε)에 따라 달라집니다.
‘유전체 상수 (k)’는 공기에 비해 커패시터의 전체 커패시턴스를 증가시키는 유전체 재료 또는 비전 도성 재료의 계수입니다. 높은 유전 상수 (k)를 가진 유전 물질은 유전 상수 (k)가 적은 유전 물질보다 더 나은 절연체라고합니다. 그 빈 공간에 상대적이기 때문에, 유전체 상수 (k)는 차원이있는 양이다.
복잡한 유전율
커패시터의 금속판 사이에 사용되는 유전 물질의 비유 전율 (εr)과 자유 공간의 유전율 (εo)의 곱을 유전 물질의“복잡한 유전율”또는“실제 유전율”이라고합니다. 복소 유전율의 식은 다음과 같이 주어집니다.
ε = ε 0 * ε r
자유 공간의 유전율이 ‘1’과 같기 때문에 복소 유전율의 값은 항상 상대 유전율과 같습니다. 유전 상수 또는 복소 유전율의 값은 유전 물질마다 다릅니다. 일반적인 유전체 재료에 대한 복합 유전율 (ε)의 일부 표준 값은 공기 = 1.0005, 순수 진공 = 1.0000, 운모 = 5 ~ 7, 종이 = 2.5 ~ 3.5, 목재 = 3 ~ 8, 유리 = 3 ~ 10 및 금속 산화물 분말 = 6 ~ 20, 기타 등이 있습니다. 유전 상수 또는 복소 유전율을 사용하는 커패시터의 커패시턴스에 대한 최종 방정식은 다음과 같습니다.
C = ε o * ε r (A / d)
단일 커패시터 본체 내에 더 많은 플레이트를 함께 삽입하는 방법은 커패시터의 커패시턴스를 높이는 데 매우 유용합니다. 이 방법에서 커패시터는 한 세트의 평행 플레이트 대신 여러 개의 개별 금속 플레이트를 함께 연결할 수 있으므로 플레이트의 표면적 (A)이 증가합니다. 여기서 커패시터의 커패시턴스는 플레이트의 표면적에 정비례하기 때문에 커패시턴스가 증가합니다.
현재 존재하는 커패시터는 절연체 또는 유전체 재료의 특성과 특성에 따라 분류 할 수 있으며, 다음과 같습니다.
높은 안정성 및 저손실 커패시터 — 운모, Low-K 세라믹 및 폴리스티렌 커패시터가이 유형의 예입니다.
중간 안정성 및 중간 손실 커패시터-종이, 플라스틱 필름 및 High-K 세라믹 커패시터가이 유형의 예입니다.
편광 커패시터 –이 유형의 커패시터의 예는 전해, 탄탈륨입니다.
커패시터의 정격 전압
커패시터의 정격 전압은 커패시터가 안전하게 작동 할 수있는 최대 전압입니다. 절연 재료에 손상을주지 않고 커패시터에 적용 할 수있는 최대 전압은 일반적으로 제조업체의 데이터 시트에 나와 있습니다. 일반적으로이 전압을 작동 전압 (WV) 또는 DC 작동 전압 (DC-WV)이라고합니다.
커패시터에 고전압이 가해지면 커패시터의 유전체가 파손될 수 있습니다. 이러한 이유로 커패시터는 커패시터의 플레이트 사이에 아크가 발생하여 손상됩니다. 따라서 설계자는 커패시터를 설계 할 때 정격 전압에주의해야합니다. 커패시터의 작동 전압은 커패시터 플레이트 사이에 사용되는 유전체 재료, 유전체 두께 및 사용되는 회로 유형에 따라 달라집니다.
다양한 유형의 커패시터를 다양한 정격 전압으로 사용할 수 있습니다. 따라서 회로 설계자는 회로 용 커패시터를 선택할 때주의해야하며 커패시터 작동 전압은 회로 작동 전압보다 커야합니다. 예를 들어 회로 작동 전압이 5V이면 정격 전압이 5V 이상인 커패시터를 선택해야합니다.
커패시터의 DC 작동 전압은 커패시터에 적용 할 수있는 최대 DC 전압입니다. 그러나이 DC 전압은 커패시터의 AC 작동 전압과 같지 않습니다. AC 전압은 커패시터의 rms 전압이기 때문입니다. 예를 들어 커패시터의 AC 전압이 100V rms이지만 실제 피크 전압이 141V라고 가정합니다. (V의 RMS = V의 m / √2).
따라서 우리는 회로에 적용된 최대 전압보다 50 % 더 큰 작동 전압을 갖는 회로에서 커패시터를 선택해야합니다. 예를 들어 100V AC에서 작동하는 회로에 커패시터를 사용하려면 커패시터 작동 전압이 최소 200V 여야합니다.
높은 공급 전압과 고온으로 인해 유전체 물질이 손상됩니다. 따라서 우리는 커패시터 전압 정격보다 너무 높은 작동 전압을 갖는 회로에서 커패시터를 사용하지 않습니다. 회로 작동에 영향을 미치는 또 하나의 요인은 유전체 누설입니다. 이 유전체 누설은 커패시터의 유전체를 통해 흐르는 누설 전류로 인해 커패시터에서 발생합니다.
요약
커패시터는 저항과 같은 수동 부품 중 하나입니다. 커패시터는 전하를 플레이트에 저장하는 데 사용되며, 적용된 공급 전압에 따라 충전 및 방전됩니다. 여기에 저장된 전하량을 커패시터의 “커패시턴스”라고합니다. 커패시터의이 커패시턴스는 세 가지 주요 요인에 따라 달라집니다. 아래에 나와 있습니다.
표면적 (A) – 커패시터의 두 전도 판 표면적 (A)은 커패시턴스에 정비례합니다. 따라서 커패시터의 표면적이 증가하면 커패시턴스가 증가합니다.
따라서 커패시터의 표면적이 증가하면 커패시턴스가 증가합니다. 분리 거리 (d) – 커패시터의 두 금속판 사이의 분리 거리 (d)는 커패시턴스에 반비례합니다. 따라서 플레이트 사이의 이격 거리가 증가하면 커패시턴스 값이 감소합니다.
따라서 플레이트 사이의 이격 거리가 증가하면 커패시턴스 값이 감소합니다. 유전체 재료 – 유전체는 커패시터의 두 금속판을 분리하는 절연 재료입니다. 또한 커패시턴스 값에 정비례합니다. 절연 재료 또는 유전체의 유전율이 높으면 커패시턴스 값이 높아집니다.
유리, 왁스 종이, 운모 다른 플라스틱 등은 커패시터의 유전체 재료입니다. 이러한 유전체 재료는 다음과 같은 이점을 제공합니다.
유전체 재료의 특성 중 하나는 “유전율 (k)”입니다. 이 유전 상수 k는 유전체마다 다릅니다. 이 유전 상수는 커패시턴스에 정비례하므로 커패시터의 커패시턴스 값을 k 배로 증가시킵니다.
이 유전 상수 k는 유전체마다 다릅니다. 이 유전 상수는 커패시턴스에 정비례하므로 커패시터의 커패시턴스 값을 k 배로 증가시킵니다. 두 개의 금속판은 유전체로 분리되어 있습니다. 커패시터의 두 금속판에 기계적지지를 제공하여 접촉없이 플레이트를 서로 가깝게 할 수 있습니다.
커패시터의 두 금속판에 기계적지지를 제공하여 접촉없이 플레이트를 서로 가깝게 할 수 있습니다. 유전체 재료의 유전율이 높으면 커패시터는 커패시턴스 값이 높습니다.
플레이트 사이에 사용되는 유전체 물질은 공기와 비교할 때 커패시터의 최대 작동 전압을 증가시킵니다.
커패시터는 공급 전압이 공급 되더라도 완전히 충전되면 DC 전류를 차단합니다. 커패시터의이 속성은 오디오 신호, 교류 또는 펄스 또는 기타 시변 파형과 같은 혼합 신호에서 DC 펄스를 분리하는 데 사용됩니다. 이 기술은 또한 전원 공급 장치의 출력 전압과 신호의 스파이크 (원치 않는)를 평활화하는 데 사용됩니다. 그렇지 않으면 회로를 손상시킬 수 있습니다. 따라서 이러한 커패시터는 주파수 응답을 조정하기 위해 오디오 회로에서도 사용할 수 있습니다.
다양한 커패시터 스타일, 모양 및 유형이 있습니다. 각 커패시터에는 고유 한 장점, 단점 및 특성이 있습니다. 커패시터의 모양은 정사각형, 원형 , 직사각형, 원통형, 구형입니다
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커패시터(콘덴서)의 이해
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커패시터의 이해
커패시터(콘덴서)란 ?
커패시터는 전하(전기)를 충전하는 부품으로 극성을 갖는 두 금속판이 존재하며 그 사이가 유전체(절연체)로 분리되어 있는 것이 기본 형태이다. 커패시터는 극성이 없는 커패시터와 +, -극성이 존재하는 커패시터로 나누어진다. 극성이 있는 커패시터는 오른쪽의 휘어진 극성이 –이고 반대가 +이다.
[ 무극성 커패시터 ] [ 극성 커패시터 ]커패시터 양단에 전압이 걸리면 쿨롱의 법칙에 의해서 한 쪽 금속판에는 Q+ 전하가 저장되고 반대쪽 판에는 Q- 전하가 저장된다. 그렇게 충전과 방전을 반복하는 소자가 커패시터이다.
커패시터가 전하를 충전할 수 있는 능력을 정전용량 혹은 커패시턴스라고하며 기호는 C 이다.
단위는 페럿(Farad)[F]으로 전압을 가했을 때 충전되는 전하량의 비율을 나타내는 양이다. 보통 피코 페럿[pF]을 기본 단위로 사용하고 [nF], [uF]순서로 커지게 된다.
커패시터에 충전된 전하를 Q, 인가된 전압을 V라고 할 때, 1[F]의 정전용량을 갖는 커패시터에 1[V]의 전압을 인가했을 때 1C(쿨롬)의 전하를 두 금속판 사이에 충전할 수 있음을 의미한다.
따라서 정전용량(커패시턴스)가 클수록, 전압이 클수록 많은 양의 전하가 충전된다.
커패시터의 특성
커패시터의 직렬연결
커패시터를 직렬로 연결할 경우 합성 커패시턴스를 구하는 공식은 다음과 같다.
커패시터의 병렬연결
커패시터를 병렬로 연결할 경우 합성 커패시턴스를 구하는 공식은 다음과 같다.
커패시터의 전압과 전류
커패시터의 두 단자에 직류전압을 인가하면 과도전류가 흐르면서 전하가 충전되며 전압이 발생한다.
충전이 끝나고 안정화되면 더 이상 전류가 흐르지 않으며, 일정 전압을 유지하게 된다. 그렇게 안정화된 상태에서 전압을 인가를 중지하면 이전에 발생한 전위차만큼 전하를 방전한다.
커패시터의 전압 특성 곡선
직류전원을 사용한다면 전원을 인가하고 차단할 때에만 충전과 방전이 일어난다. 그러나 교류전원을 사용하게 된다면 순방향일 때는 충전, 역방향일 때는 방전을 계속 반복하게 된다.
따라서 커패시터에 안정적인 직류를 인가하면 충전된 이후 전류가 흐르지 않는다. 그리고 교류를 인가하면 전류가 흐르게 되며, 커패시터의 충전되는 전위차만큼만 방전되기 때문에 일정한 전압을 출력하는 특성이 있다.
커패시터의 내전압과 누설전류
커패시터에는 내전압이 존재한다. 이는 커패시터의 양단에 전압차가 생겼을 때 절연파괴가 일어나지 않는 전압을 말한다. 커패시터의 내전압이 16V이면 16V를 넘는 전압을 인가했을 때 절연파괴가 일어나서 커패시터의 특성을 읽어버리고 전류가 흐르게 된다.
커패시터가 충전된 상태일 때 양단 사이는 유전체로 채워졌기 때문에 전류가 거의 흐르지 않는다. 하지만 미세전류가 양단사이에 흐르는데 이를 누설전류라 한다. 누설전류는 유전체로 인한 손실, 절연저항 등의 여러 이유로 인해서 생긴다.
커패시터와 리액턴스(Xc)
커패시터의 용량인 커패시턴스(정전용량) 외에 커패시터의 저항 값인 용량성 리액턴스가 존재한다. 기호는 Xc이미 공식은 다음과 같다.
커패시터의 저항인 용량성 리액턴스는 주파수와 커패시턴스 값에 반비례하는 것을 알 수 있다.
커패시터의 활용
1. 시간지연 용도
커패시터가 충전되는 시간을 활용하여 시간을 지연시키는 용도로서 사용 할 수 있다.
2. 백업 용도
커패시터에 충전된 전기를 방전하여 부족해진 전압을 일시적으로 유지하는 용도로 사용 할 수 있다.
3. 커플링 용도
커패시터의 교류를 흐르게 하는 특성을 활용하여 직류와 교류 성분의 전원(신호)에서 교류만을 통과하게 한다. 이 때 입력과 출력 사이에 커패시터가 직렬로 연결된다.
4. 디커플링 용도
커패시터의 교류를 흐르게 하는 특성을 활용하여 교류 성분을 접지로 통과하게 한다. 이 때 입력과 출력 사이에 커패시터가 병렬로 접지와 연결된다.
커패시터의 종류
1. 알루미늄(전해)커패시터
알루미늄 전극 표면에 형성된 산화 피막을 유전체로 사용하는 커패시터이다. 용량이 크고 온도 특성, 주파수 특성이 나쁘다. 단자에는 전극이 있어 사용할 때는 주의가 필요하며, 커플링, 저주파 바이패스용 등으로 많이 사용된다.
2. 탄탈 커패시터
전극으로 탄탈을 이용한 전해 커패시터이다. 용량이 크고 온도 특성, 주파수 특성 모두 알루미늄 전해 콘덴서보다 뛰어나며 전해 커패시터보다 가격이 높은 반면 spike 형상의 전류가 나타나지 않는다. 단자에는 극성이 있어 사용할 때는 주의가 필요하며 커플링, 필터 회로 등에 널리 쓰인다.
3. 세라믹 커패시터
전극 사이의 유전체로 세라믹을 사용한 커패시터이다. 고주파 특성이 좋으므로 고주파 신호 성분의 바이패스 용도로 많이 사용된다.
4. 적층 세라믹 커패시터
유전체로 세라믹을 사용하되 적층구조로 되어있는 커패시터이다. 주파수 특성이 양호하여 바이패스용으로 흔히 사용되며 온도 특성도 양호하므로 온도변화를 꺼려하는 회로에도 사용된다.
5.필름 커패시터
폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴카보네이드 등의 필름 양쪽에 전극을 끼워서 원통형으로 감아 넣은 커패시터이다. 무극성으로 절연저항이 높고 손실이 적으므로 아날로그 회로에서 많이 사용한다.
6. 마일러 커패시터(폴리에스테르 필름 커패시터)
얇은 폴리에스테르 필름에 양쪽에서 금속을 끼우고 원통형으로 감은 것입니다. 인덕턴스 성분이 많으므로 비교적 저주파 회로에 사용됩니다.
7. 마이카 커패시터
유전체로 마이카(운모)를 이용한 커패시터이다. 절연저항, 주파수 특성, 온도 특성이 좋고 용량 정밀도가 높고 비싸다.
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이미지 출처
(마일러 커패시터_이미지출처: https://www.flickr.com/photos/chonelectronics/15325604111/ )
(필름 커패시터_이미지출처: https://www.flickr.com/photos/samcatchesides/3508708818/ )
(적층 세라믹 커패시터_이미지출처: https://www.flickr.com/photos/thebiblioholic/46264851124/ )
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