전자회로 해석 및 설계 - 에너지 저장 소자 (2)

교육 과목: 전자회로 해석 및 설계

 

 

 

1. 캐패시터

전기를 띤 어떤 입자(전하, charge)를 저장하는 기능이 있는데, 이런 성질이 급격한 전압 상승이나 하락을 억지한다. 외부 전압이 자신의 전압보다 높게 올라가면, 자기 자신이 전하를 축적하여 자신의 양극간의 전압도 더불어 올라가 회로 전반적으로 전압의 상승 속도를 늦추는 역할을 한다. 반대로 외부 전압이 자신의 전압보다 내려갈 때는 자신이 축적하고 있던 전하를 방출하여 자신의 양극간의 전압도 낮추면서 회로 전반적으로 전압의 하강 속도를 낮추는 성질이 있다.

 

콘덴서(condenser)라고도 하고 평행 금속판(극판) 사이에 절연체(유전체)가 위치한 구조다. 전기가 통하지 않는 부도체(유전체)로 양쪽에 전기가 흐르는 도체판을 붙이면 캐패시터가 된다. 기본적인 역할은 전하를 충전하는 기능 (전기 에너지 저장)으로 평행 금속판에 전압을 인가하면 같은 양의 양전하와 음전하가 금속판 표면에 모이게 된다.

더보기) - 알기 쉬운 캐패시터의 비교

일종의 전하의 저수지라고 생각하면 된다. 홍수 때는 저수지에 물을 가둬 두어 하류의 범람을 막고, 가뭄 때는 자신이 저수하고 있는 물을 방출해 하류의 가뭄을 막는다. 이때 저수지에 저수한 물 입자는 전하에 해당하고, 물의 높이 즉, 수압차는 전압에 해당한다. 하류의 물의 흐름은 전류에 해당한다.

 

캐패시터는 전하(전기를 띤 입자)의 저수지다. 저수지는 물을 저장하는 곳으로 물 분자 하나하나가 전하에 해당한다. 그리고 저수지에 저수된 물의 양이 전하량에 해당한다. 저수지에 물이 유입되는 것은 캐패시터를 충전하는 것 과 같다. 반대로 저수지의 수문을 열어 물을 하류로 방류하는 것은 캐패시터를 방전시키는 것에 해당한다. 저수지에 물이 유입되면서 저수지의 물의 양이 많아지고 그에 따라 저수지의 물이 높이가 올라간다. 다른 각도에서 보면 저수지의 수위가 올라가면 저수된 물의 양이 많아졌다고 판단할 수 있다.

캐패시터도 마찬가지다. 캐패시터에 충전이 될수록 전하가 많이 쌓이고 그에 따라 전위가 올라간다. 반대로 캐패시터의 한쪽 단의 전위를 높일수록 많은 전하를 저장할 수 있다. 전압은 전위차이고, 캐패시터는 노드가 두 개이니, 한쪽 노드의 전위가 높아졌다는 것은 다른 쪽 노드를 기준으로 하면 전압이 높아졌다는 것이다. 노드란 전위가 다른 지점을 말한다.

저수지에 유입되는 물의 흐름이 빠르면 저수지에는 그만큼 빨리 물이 찰 것이다. 캐패시터도 충전시키는 전류가 클수록 충전히 빨리 된다. 반대로 저수지의 물을 방류시킬 때 방류되는 속도가 빠르면 그만큼 저수지 물이 빨리 방류된다. 마찬가지로 방전 전류가 크면 캐패시터의 방전이 빨리 된다. 전류는 전하의 흐름이고 이것은 물의 흐름 즉, 유속에 해당한다.

캐패시터의 전자회로 기호에서 +와 -가 있는데 전위가 높은 곳이 +, 낮은 곳이 -가 되므로 전압에 따라 서로 바뀔 수 있다. 두 도체판 사이에 유전체 (절연체, 부도체)가 있으면 캐패시터가 형성된다. 당연히 도체와 유전체가 접하는 면적이 클수록 캐패시터의 용량이 커져서 더 많은 전하를 저장할 수 있다. 저수지 바닥 면적이 넓을수록 저수 용량이 크듯이. 그러나 직관과는 다르게 절연층의 두께가 얇을수록 용량이 커진다. 즉 절연층의 두께가 얇을수록 더 많은 전하를 저장할 수 있다.

 

1.	전하량 = 전압 x 캐패시터의 용량	Q = CV
2.	전류 = 전하의 변화량 / 시간	i = dQ / dt i = dQ / dt = C (dV / dt)
3.	캐패시터의 용량 = 입실론 A면적 / 두께	C = ε A / t

 

 

1. 캐패시터는 전하를 담아두는 저수지와 같다고 했다. 그러면 어느 정도 전하를 담아 둘 수 있는 것일까?  전하량을 Q, 전압을 V, 시간에 따라 변하는 순간 전류를 i로 나타낼 때 전하량은 전압이 높을수록 많아진다. C는 캐패시터의 용량을 나타내는데, 패럿(F)이란 단위를 사용한다. 저수지의 저수 용량으로 생각하면 된다. 이 식은 캐패시터의 용량이 같다면 전압이 높을수록 많은 전하를 저장할 수 있다는 의미다. 저수지의 수위가 높을수록 저수되는 물의 양이 많아지는 것과 같다. 저수지에 저수할 수 있는 물의 양은 당연히 담수 용량에 비례할 것이다. 그러니 C가 클수록 Q도 커질 것이고, 같은 담수 용량을 가진 저수지라면 당연히 수위가 높을수록 많이 담을 수 있을 것이다. 그러니 양단 도체의 전압 V가 클수록 Q가 커지는 것이다.

2. 전류는 전하의 흐름이라 했는데 미분 개념의 주어진 짧은 시간 dt에 대한 전하의 변화량 dQ이므로 캐패시터에 충전 혹은 방전되는 순간 전류 i는 캐패시터가 충전될 때 처음에는 전류가 많이 흐르다가 시간이 지날수록 점점 줄어들어 마침내 캐패시터가 다 충전되고 나면 더 이상 흐르지 않으므로 시간에 따라 전류가 변한다. 이와 같이 방전될 때의 방전 전류도 캐패시터가 다 방전되고 나면 더 이상 흐르지 않는다. 이런 순간 전류는 시간 축에서 시간으로 미분이 가능하다. 전류는 전압의 시간당 변화량에 비례한다. 저수지에 유입되거나 방류되는 물의 흐름은 저수지 수위를 측정함으로써 알 수 있듯이, 캐패시터의 충전 혹은 방전 전류는 캐패시터의 전압을 측정 하면 알 수 있다.

3. 캐패시터의 용량은 도체와 부도체가 접한 면적을 A, 부도체의 두께를 t라 하면, 면적이 크고 절연체의 두께가 얇을수록 전하를 많이 저장한다. 입실론은 사용한 절연체 물질이 지닌 고유 유전상수로 C는 얼마나 많은 전하를 저장할 수 있는지 나타낸다. 이 입실론은 그 값은 물질마다 다르다. 저수지의 저수 능력에 해당한다. 저수지의 수문을 열지 않아도 저수지의 물이 증발하거나 저수지 바닥으로 스며들어 저수된 물이 줄어들게 된다. 캐패시터에서도 마찬가지로 일부러 방전시키지 않아도 전하가 새나간다. 이를 누설 전류라 한다. 충전지를 사용하지 않아도 오랫동안 방치해 두면 다 방전되는 것이 이런 이유 때문이다. 캐패시터의 용량 캐패시턴스는 도체판과 중간의 유전체와 접하는 면적이 클수록, 그리고 유전체의 두께가 얇을수록 커진다고 이해하면 되겠다.

캐패시터의 이런 저수지 같은 성질은 전원부에서 전압을 안정하게 하는 역할을 하지만, 반대로 반도체 내부에서 동작 속도를 느리게 하는 부작용도 있다.

 

2. 직류 회로에서 캐패시터의 동작

두 극판 (도체판) 이 전지에 연결되면 전지의 + 단자에 연결된 극판의 전자는 전지의 + 단자로 이동. 즉, 전지의 양전하가 + 단자에 연결된 극판으로 이동한다. 그러면 극판이 +로 충전된다. 같은 량의 전자가 전지의 - 단자에 의해 상대편 극판으로 반발 (같은 량의 전자가 -단자에 연결된 극판으로 이동)하여 극판 사이에 전압이 발생한다.

 

더보기) - 쉬운 예시1

캐패시터는 두 개의 도체 판(극판)과 그 사이에 있는 절연체(유전체)로 구성됩니다. 도체 판에 전압을 가하면 다음과 같은 일이 발생합니다:

1. 전하의 분리: 한 도체 판(+쪽)에 양의 전압을 가하면, 이 도체 판의 자유 전자들이 전기장의 영향으로 반대쪽 도체 판(-쪽)으로 이동하려 합니다. 결과적으로 +쪽 극판에는 전자가 부족해지고 (양전하가 남음), -쪽 극판에는 전자가 모여 음전하가 됩니다.
2. 전기장 형성: 두 도체 판 사이에는 이제 전자가 이동함으로써 전기장이 형성됩니다. 이 전기장은 +쪽에서 -쪽으로 향하며, 이 두 극판 사이의 전압 차이가 전기장의 강도를 결정합니다.
3. 전하의 상호 작용: 절연체가 두 도체 판 사이에 위치하기 때문에 전자들이 실제로 한 판에서 다른 판으로 물리적으로 이동하지는 않습니다. 대신, 절연체를 두고 양극판의 양전하와 음극판의 음전하가 서로를 끌어당기는 전기적 힘(쿨롱 힘)이 작용합니다. 이 힘은 캐패시터가 전하를 저장하는 능력, 즉 용량에 기여합니다.
4. 에너지 저장: 이렇게 전기장을 통해 캐패시터는 에너지를 전기장 형태로 저장합니다. 전압이 캐패시터에 계속 걸려 있으면 이 상태가 유지되고, 전압을 제거하면 저장된 전하들이 서로 중립화를 위해 다시 움직이면서 에너지가 방출됩니다.

요약하면, 캐패시터의 두 도체 판에 전압을 가함으로써 발생하는 전기장과 전하의 분리는 판 사이에 절연체가 있기 때문에 두 판의 전하가 서로 물리적으로 접촉하지는 않지만, 전기적으로는 서로를 끌어당기는 작용을 한다. 이 과정을 통해 캐패시터는 에너지를 저장하고, 나중에 이 에너지를 다시 방출할 수 있다

극판이 유전체로 분리되어 있기 때문에 전자는 회로를 통하여 다른 극판으로 이동할 수 없다. 전지와 캐패시터를 연결하는 전선 안의 전자 흐름은 두 극판에 걸리는 전압이 전지의 전압과 같아질 때까지 계속된다. 같아지게 되면 캐패시터는 완전히 충전되는 것이고 완충되면 더 이상 전류는 흐르지 않는다. 배터리처럼 사용 가능, 만약 전지를 떼어내고 두 극판을 연결하면 전자들은 반대 방향으로 흘러 방전된다. 완전히 충전된 캐패시터의 두 극판에 걸리는 전압은 캐패시터에 연결된 전지의 전압과 같다.

 

더보기) - 쉬운 예시2

1. 캐패시터 충전 과정:
   • 전지 연결: 캐패시터의 한 극판을 전지의 '+' 단자에, 다른 극판을 '-' 단자에 연결합니다.
   • 전자의 이동: 캐패시터에 전압이 걸리면, 전자들은 '+' 극판에서 '-' 극판으로 움직이기 시작합니다. 실제로 전자들이 유전체를 통과하지는 못하고, 대신 전선을 통해 이동합니다.
   • 전압 평형: 캐패시터의 두 극판 사이 전압이 전지의 전압과 같아지면, 전자의 흐름이 멈추고 캐패시터는 완전히 충전됩니다. 이때부터는 더 이상 전류가 흐르지 않습니다.
2. 캐패시터 사용:
   • 캐패시터가 완전히 충전되면, 전지를 분리하고도 캐패시터가 저장한 전기를 사용할 수 있습니다. 이 전기는 다른 전자 장치를 구동하는 데 사용할 수 있습니다.
3. 캐패시터 방전 과정:
   • 극판 연결: 전지를 분리한 후 캐패시터의 두 극판을 서로 연결하면, 전자들이 다시 반대 방향으로 흐르기 시작하여 캐패시터는 방전됩니다.
   • 전기 사용: 이 흐름은 캐패시터에 저장된 에너지를 방출하며, 이 에너지를 이용하여 전자기기 등을 작동시킬 수 있습니다.
4. 전압 일치:
   • 완전히 충전된 캐패시터의 두 극판에 걸리는 전압은 처음에 캐패시터를 충전하는 데 사용된 전지의 전압과 같습니다.

간단히 말해서, 캐패시터는 전지와 연결될 때 전자를 끌어당겨 에너지를 저장하고, 전지를 떼고 극판을 연결하면 저장된 에너지를 다시 방출합니다. 이 과정을 통해 캐패시터는 전기 에너지를 저장하고 필요할 때 사용할 수 있는 편리한 도구가 됩니다.

 

3. 교류 회로에서의 동작

 

캐패시터에 교류 전압원이 연결될 때, 캐패시터에 공급되는 전압의 극성은 반주기마다 바뀐다. 그 결과 캐패시터는 충전과 방전이 교대로 이루어진다. (캐패시터는 매 반주기 동안 반대의 극성을 갖게됨) 그러나 두 극판을 분리하고 있는 유전체를 통한 전류의 흐름은 없다. 캐패시터가 끊임없이 충방전을 계속하므로 교류전원의 입장에서 계속적인 전류가 흐르는 것처럼 보인다. 변위전류는 저항처럼 동작한다.

 

더보기) - 쉬운 예시

교류 전압이 캐패시터에 연결될 때

• 토끼(교류): 교류 전압은 주기적으로 극성이 바뀝니다. 이로 인해 캐패시터는 계속해서 충전과 방전을 반복합니다. 예를 들어, 전압이 양수일 때 캐패시터는 한 방향으로 충전되고, 전압이 음수가 되면 반대 방향으로 충전됩니다. 이 때문에 캐패시터가 계속해서 충방전을 반복하며, 교류 전류의 흐름을 허용하는 것처럼 보이게 됩니다.
• 용량성 리액턴스(Zc): 캐패시터는 교류 전류의 흐름을 방해하는 역할을 합니다. 이를 '용량성 리액턴스'라고 하며, 식은 Zc = 1 / (2πfC)로 나타냅니다. 여기서 f는 주파수, C는 캐패시터의 용량입니다. 주파수(f)나 캐패시터의 용량(C)이 커지면, 용량성 리액턴스는 감소합니다. 즉, 높은 주파수 또는 큰 용량의 캐패시터는 전류의 흐름을 덜 방해합니다.

직류 전압이 캐패시터에 연결될 때

• 거북이(직류): 직류 전압은 극성이 바뀌지 않습니다. 처음에 캐패시터가 충전되면, 전자가 한쪽 극판에서 다른 극판으로 이동하고 나서는 더 이상 전류가 흐르지 않습니다. 즉, 캐패시터는 충전된 후에는 직류 전류를 완전히 막는 역할을 하게 됩니다. 이 상태에서 캐패시터를 방전하지 않는 한, 전류는 흐르지 않습니다.

임피던스의 개념

• 임피던스: 저항, 용량성 리액턴스, 유도성 리액턴스를 포함한 전체적인 회로의 특성을 나타내는 값입니다. 임피던스는 전류의 흐름을 방해하는 전체적인 회로의 특성을 나타내며, AC 회로에서 중요한 역할을 합니다.

쉽게 말해, **토끼(교류)**는 캐패시터가 계속해서 활동할 수 있게 하는 역동적인 환경을 제공하고, **거북이(직류)**는 캐패시터가 한 번 충전된 후 정지해 있는, 매우 조용한 환경을 제공합니다. 교류는 캐패시터를 통해 계속해서 에너지를 송수신할 수 있게 하지만, 직류는 한 번 충전되고 나면 더 이상 캐패시터를 통한 에너지 이동이 없습니다. 이러한 차이가 캐패시터의 용량성 리액턴스와 임피던스 특성을 통해 설명됩니다.

 

유도성 리액턴스 (XLX_LXL​)

유도성 리액턴스는 코일과 같은 인덕터에서 발생하며, 이는 주파수와 인덕턴스 값에 비례합니다. 코일은 변화하는 전류를 통해 자기장을 생성하며, 이 자기장은 전류의 변화를 방해하려는 전압(자기 유도에 의한 전압)을 발생시킵니다. 이로 인해 유도성 리액턴스가 생성되며, 이는 주파수 fff와 인덕턴스 LLL의 값에 따라 증가합니다. 수식으로는 다음과 같이 표현됩니다:

XL=2πfLX_L = 2\pi fLXL​=2πfL

여기서 fff는 주파수이며 LLL은 인덕턴스의 크기입니다. 이 식에서 볼 수 있듯이, XLX_LXL​은 fff와 LLL에 직접적으로 비례합니다.

용량성 리액턴스 (XCX_CXC​)

용량성 리액턴스는 캐패시터에서 발생하며, 이는 주파수와 캐패시터의 용량에 반비례합니다. 캐패시터는 전하를 저장하며 전압의 변화를 늦춥니다. 전압이 변하려고 할 때, 캐패시터는 반대 전하를 축적하여 전압 변화에 저항합니다. 따라서 용량성 리액턴스가 발생하며, 이는 주파수 fff와 캐패시터의 용량 CCC에 반비례합니다. 수식으로는 다음과 같이 표현됩니다:

XC=12πfCX_C = \frac{1}{2\pi fC}XC​=2πfC1​

이 경우, XCX_CXC​는 fff가 증가할수록 감소하고, CCC가 증가할수록 또한 감소합니다.

차이점

• 유도성 리액턴스 (XLX_LXL​): 주파수와 인덕턴스에 직접 비례하며, 전류의 변화에 대한 저항(전류의 변화를 억제)을 증가시킵니다.
• 용량성 리액턴스 (XCX_CXC​): 주파수에 반비례하며, 전압의 변화에 대한 저항(전압의 변화를 억제)을 나타냅니다.

결론적으로, XLX_LXL​과 XCX_CXC​는 전류와 전압의 변화에 대해 서로 다른 방식으로 반응합니다. 유도성 리액턴스는 전류의 변화를 방해하고, 용량성 리액턴스는 전압의 변화를 방해합니다. 이 두 가지 형태의 리액턴스는 AC 회로에서 중요한 역할을 하며, 회로의 동작을 이해하는 데 필수적인 요소입니다.

 

4. C 동작 특성

주파수는 특정 시간 동안 얼마나 많은 진동 또는 사이클이 발생하는지를 측정하는 단위로, 헤르츠(Hz)로 표현한다. 1헤르츠는 1초 동안 1사이클의 진동이 발생한다는 것을 의미한다. 예를 들어, 주파수가 50헤르츠인 파동은 1초 동안 50번의 완전한 사이클을 수행한다.

 

저주파 파동의 각 사이클은 더 긴 시간을 걸쳐 완성되므로, 파동의 한 사이클이 차지하는 시간(주기)이 길어진다. 에너지 전달에서 저주파 파동은 에너지를 덜 효율적으로 전달할 수 있지만, 장애물을 통과하는 능력이 뛰어나고 멀리 전파될 수 있는 특성을 가지고 있다. 이는 음파 또는 전자파가 물체를 우회하거나 통과하는 능력이 더 크다는 것을 의미한다.

 

고주파는 단위 시간당 사이클 수가 저주파보다 훨씬 많은 파동 또는 신호를 의미한다. 예를 들어, 저주파가 1초에 50번의 사이클을 가진다면, 고주파는 1초에 수천, 수만, 또는 그 이상의 사이클을 가질 수 있다. 고주파는 1초에 100,000번 (100 kHz), 1,000,000번 (1 MHz), 또는 그 이상일 수 있다. 이는 전파, 마이크로파, 또는 라디오 신호와 같이 훨씬 더 빠르게 변하는 전기적 신호를 포함할 수 있다. 간단히 말해, 고주파는 저주파보다 사이클 수가 상당히 많으며, 이로 인해 정보 전달 속도가 빠르고, 주파수 대역폭이 넓은 응용 프로그램에 적합하다.

 

 

캐패시터는 저주파에서는 높은 저항(용량성 리액턴스)을 갖고, 고주파에서는 낮은 저항을 갖습니다. 이를 토끼와 거북이로 비유하면 다음과 같다.

• 거북이 (저주파): 거북이는 천천히 움직이며, 여유롭게 대처하는 성향이 있다. 캐패시터에 저주파 신호가 들어오면, 거북이처럼 캐패시터는 이 신호를 천천히 통과시키려고 한다. 하지만 캐패시터는 저주파에서 높은 용량성 리액턴스를 가지기 때문에, 저주파 신호는 쉽게 통과하지 못하고 대부분 차단된다. 즉, 캐패시터가 저주파 신호의 흐름을 느리게 하거나 막는 거북이와 같은 역할을 한다.
• 토끼 (고주파): 토끼는 빠르고 기민하게 움직이며, 장애물을 빠르게 뛰어넘는다. 캐패시터에 고주파 신호가 들어오면, 토끼처럼 캐패시터는 이 신호를 빠르게 통과시킨다. 고주파에서는 캐패시터의 용량성 리액턴스가 낮아져서 신호가 쉽게 통과할 수 있다. 즉, 캐패시터가 고주파 신호를 잘 통과시키는 토끼와 같은 역할을 한다.

캐패시터의 필터링 작용

• 저주파 차단: 저주파가 캐패시터에 들어오면, 거북이처럼 느리고 무거운 저항(리액턴스)으로 인해 신호가 많이 감소한다. 이것은 저주파 신호를 차단하는 효과를 갖는다.
• 고주파 통과: 고주파가 캐패시터에 들어오면, 토끼처럼 가벼운 저항(리액턴스)으로 인해 신호가 거의 그대로 통과한다. 이것은 고주파 신호를 잘 통과시키는 효과를 갖는다.

이러한 특성 때문에 캐패시터는 전자 회로에서 필터로 자주 사용된다. 저주파를 걸러내고 고주파만을 통과시키는 필터, 즉 하이패스 필터로서 기능할 수 있다. 따라서 캐패시터는 신호 처리, 오디오 처리, 라디오 통신 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 한다.

 

 

저주파와 고주파를 아래의 링크에서 더 쉽게 이해하며 공부할 수 있습니다.

https://www.youtube.com/watch?v=DVu_uKycrIg

 

 

4. 캐패시터의 종류

전해 캐패시터

 

전해콘덴서 또는 케미콘이라고도 부른다. 이 캐패시터는 유전체로 얇은 산화막을 사용하고, 전극으로는 알루미늄을 사용하고 있다. 유전체를 매우 얇게 할 수 있으므로 캐패시터의 체적에 비해 큰 용량을 얻을 수 있다. (장점)

극성이 있으며 내압전압은 2V~500V 정도이다. 일반적으로 캐패시터 몸체에 마이너스 측 리드를 표시하는 마크가 붙어 있다, 극성을 잘못 접속하거나, 전압이 너무 높으면 캐패시터가 파열되고만다. 통상, 회로도에 +극성을 표시한다.

주로 전원의 평활회로, 저주파 바이패스등에 사용된다

단, 코일 성분이 많아 고주파에는 적합하지 않다 (주파수 특성이 나쁘다)

 

정리하면 캐패시터 용량이 크고 정격전압이 높은 장점이 있다, 단점은 주파수의 특성이 짧고 수명이 짧다. 이러한 특성은 저속회로에 적합하다.

 

적층 세라믹 캐패시터 = 칩 커패시터

 

유전체로 고유전율계 세라믹을 다층 구조로 사용한다, 전극의 극성은 없고 주파수 특성이 양호하며 소형이라는 점 때문에 고주파 바이패스용으로 흔히 사용된다. (장점)

MLCC라는 약자로 흔히 쓰이며 세라믹을 다층 구조로 사용하고 있어 온도 특성, 주파수 특성이 좋고 크기가 작다는 특징이 있다. 이동통신단말기, 디지털AV기기 등 전자기기에서 다양한 용도로 사용되기 때문에 적층 세라믹 캐패시터의 스요는 계속 증가하고 있다. 최근 들어 휴대용 전자제품의 소형화, 고기능화가 활발히 진행됨에 따라 고용량의 초박형 적층 세라믹 캐패시터가 끊임없이 개발되고 있다.

 

정리하자면 주파수 특성 (한계 주파수)이 높은 것과 수명이 높은 게 장점이고 용량이 작고 정격전압이 낮은 게 단점이다.

주파수가 높아지면 (MLCC 사용을 위해 c를 줄여야 한다. 라이징 폴링 그래프에서 누워있으면 주파수가 0이고 라이징, 폴링 부분에서 잠시나마 주파수가 무한대로 간다. (c로 빠지면 기울기가 내려감)

 

 

5. 인덕터

전자기 유도 법칙 (우주의 자기장 3법칙)

1. 전류가 흐르면 자기장이 유도 즉, 자석 ( I → H )
2. H(자기장)이 일정하면 행복, H(자기장)이 변하면 불행
3. 만약(If) H(자기장)이 변하면 방해되는 방향으로 발전한다.

투자율

자기력선이 흡인되는 정도 또는 자속밀도를 증가시키는 정도를 뜻한다.

ex) 쇠못은 투자율이 높다, 처음엔 막다가 나중엔 미는 힘이 강해진다 (불행 → 안정)

 

인덕터

 

코일이라고도 하고 금속 도선을 투자율이 높은 물질(코어)에 감은 형태이다.

 

유도용량(Inductance)

자기장을 유도하는 용량이고 기호는 L, 단위는 H [Henry, 핸리) 이다.

전압 및 전류와의 관계식은 전류가 일정하다면 전압은 '0'이다. 인덕터는 직류에 대해 단락(Short)이고 교류에 대해 저항이다.

 

인덕터는 전류를 충방한다. 전류를 부드럽게 할 수 있다. but 전압은 부드럽게 할 수 없다 미분 수식), 전류가 일정할때 전압이 0V이다. DC에서는 Short이고 (잘 지나감) AC에서 유한저항이 되어버린다.

 

인덕터에서 전류의 흐름

교류의 관점에서 자기장이 충전 > '' > '', 늘 일정하지가 않는다. 토끼를 더 싫어함 (자기장 변화 극심) 그러면 저항이 커지게 된다. (빡세게 막음), 거북이는 저항을 감소시킨다 (Short)

 

유도성 리액턴스

XL = 2ㅠfL

자기장이 반대로도 만들어져 코일 내부에 유도기전력이 발생하여 전류가 흐르는 것을 방해한다 (유도성 리액턴스)

 

인덕터 동작 특성

저주파 통과, 고주파 차단, 에너지 저장소자, 극단적인 예로 토끼 차단, 거북이 통과