과 의주파수특성 저위에사전적으로정의된내용으로는솔직히주파수특성을정확히판단할수없습니다 그럼이제완전히 적인관점에서 과 의 투과특성을살펴보도록하 겠습니다 수동소자이므로 이 에가까울수록 즉위로올라붙을수록신호가손실없이통과된다는뜻이란건다아시죠 인덕터의 파라미터 왼쪽은인덕터 의주파수

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경선 포
5 years ago
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1 < RF 관점에서의 L 과 C > 관점에서의 과 와 는 를하면서알고있어야하는데도불구하고 어째두리뭉실하게이해하고넘어가게되는것중하나인것같습니다 그래서인지초심자일수록 대체 은뭐고 는뭐냔말이닷 이란푸념을늘 어놓게되지요 물론경험많은숙련자라면 이뭐고 가뭔지피부로와닿 기때문에정의한다는것자체가별로필요없겠지만 아직도 과 가대체 뭐하려고있는지헷갈리는분이시라면 일반교재에서설명하는식의따분한 수식설명은최대한피해도록할것이니이글을주의깊게읽어보시길바랍니다 과 를이해하기위해서는 늘강조하지만 우선대상용어의정의를이해하면일단반은먹고들어가는 겁니다 하지만 과 라는개념은 단순히정의로파악하고이해할수있는대상이아닙니다 실제활용상의특성과현상으로습득해야하는문제입니다 바로이점이초심자들을힘들게하는 어쩔수없는문제인듯합니다 한마디 로그냥말만들어서다이해가갈만한문제는아니고 실제로회로나시스 템에적용해가면서습득해야하는부분이많습니다 그래도 동작특성과활용에대한개념을미리정리해보는것은분명히의미있는일인것입니다 그럼이제부터 과 의특성에대해차근차근알아보도록하지요 먼저 와 는서로반대되는현상을말합니다 그러므로 과 는정반대의특성과현상을보인다는점을미리명심할필요가있습니다 우선관련용어들의고전적인정의부터정리해보겠습니다 자 그런데위의일반적인설명으로는여전히뭐가뭔지모르겠죠 이 오기엔너무동떨어진설명일텐데 실제로 과 는꽤다양한범위에서설명 이가능합니다 위의설명은그냥그런가보다하고넘어가고 우리가진짜알아야할핵심은바로 에서의 과 의의미를정확히이해하는것입니다

2 과 의주파수특성 저위에사전적으로정의된내용으로는솔직히주파수특성을정확히판단할수없습니다 그럼이제완전히 적인관점에서 과 의 투과특성을살펴보도록하 겠습니다 수동소자이므로 이 에가까울수록 즉위로올라붙을수록신호가손실없이통과된다는뜻이란건다아시죠 인덕터의 파라미터 왼쪽은인덕터 의주파수특성중 즉주파수통과특성을보여준 그래프입니다 자세히보시면아시겠 지만 주파수가높아질수록잘통과 하지못하고있습니다 그리고 값이 높아질수록더더욱통과하지못하고있습니다 인덕터는 값에따라 고주파신호의통과를억제하고있습니다 캐패시터의 파라미터 왼쪽은캐패시터 의주파수특성 중 즉주파수통과특성을보여 준그래프입니다 인덕터와는정반 대로주파수가낮을수록잘통과하지 못하고있습니다 그리고 값이높아 질수록저주파는물론고주파성분이더많이통과하고있습니다 캐패시터는 값에따라 고주파신호를더잘통과해내고있습니다 자 결론났습니다 고주파 의관점에서 과 라는지표의특성을간결하게정의해보겠습니다 주파수가올라갈수록얼마나고주파의흐름을방해하는가 주파수가올라갈수록얼마나고주파의흐름을원활하게하는가 물론이게다는아닙니다만 우리가 가존재하느니 가 존재하느니하는기준은바로위의특성을통해판단한다는점 고주파가될

3 수록신호를잘통과시키느냐 막느냐 을명심하시기바랍니다 바로이특성에기반하여 와 는상황에따라적절한용도로 사용되고있는것입니다 주파수를가진신호를다룰때이 과 라는요소를 적절히사용하여주파수자원을놨다가풀었다가함으로써원하는 회로와시스템이구현된다는점 이개념을명확히익히고 이제 과 의자체적인특성을다시들여다보도록하겠습니다 인덕턴스 은 도선에전류가흐를때그전류의변화를막으려는성질 또는그정도를말합니다 일종의전기적관성이라는개념으로볼수도있겠지요 즉도선에흐르는전류가직류 라면아무변화없이그냥흘러주지만 그것 이변하려고하면막화를냅니다 가만히있는데왜건드리냐고 결국전류 가원래흐르던방향이나크기가바뀌려고하면그반대의기전력을만들어서그변화를막으려고하지요 성질이고약한심통쟁이라고할수있지요 그래서전류 전압파형의크기 방향이주기적으로변하는교류 가입력되 면그변화를막으려고안간힘을쓰게됩니다 그래서 는잘통과하지만 는좀체통과하기힘들게만드는것이지요 이게무슨원리라고말하긴 좀그렇고 예전에학자들이이러한교류변화의흐름을막고자하는그성질을뭐라고부를까하다가그걸 라고부르기로한것입니다 그럼갑자기질문 그렇다면이런 는어디에서발생할까요 길이를가지는모든선로에서발생합니다 그렇습니다 아래그림을보시지요 아무선로건그선로길이방향으로둥글게자기장을형성하게되는데 만약 이선로를따라흐르던전류가변화하려하면그주변에생성된자기장도같 이바꿔야만합니다 오른손법칙다기억하시죠 바로이렇게선로주위에 생성된자기장이선로의전류 전압변화를따라가려면어느정도시간이필 요해집니다 결국자기장이한박자늦게변하려하다보면결국도선의전류변화를방해하는꼴이되는것이지요 그리고이러한주변의자기장이많이생길수록 즉 값이커질수록 전류가변 화하기가무척힘들겁니다 주변의자기장을일일이설득해서자기를따라변 하게해야하는데 그대상이많아질수록쉽지가않은것입니다 그래서 값이높을수록고주파는통과하기힘들어하는것이지요 그럼또다시자문자답을해보겠습니다 그렇다면 를유발시키는 는어떻게만드나요 선로를길게만들면됩니다 아주간단하지않습니까 선로만길면주변의자기장은길이만큼점점더늘 어나니까 는죽죽늘어나줍니다 그런데무식하게마냥길게만만들수는없으니 둘둘감아서스프링모양의 로만들게되죠 그래소 처럼공식화된것이구요 여기서한가지짚고넘어갈것은 이렇게 형태로만들어놓으면실제그선로길이만으로구현한것보다 값을증가시킬수도있습니다 왜냐하면 는 자기유도 와 상호유도 가존재하기때문입니다

입니다 그런데 가반대로일어나기때문에서로상쇄되어 크기에비해그다지높은 값을만들기가힘들다는치명타가있습니다 그리 고마지막 는 모양도이상하고성능도부족하여많이사용하진않습니다 다만 특성이있어서가끔씩사용하긴합니다 는위의그림과같이방향에따라다른데 만약전류가같

패턴을통해구현하려면역시선로를길게만만들어도가능합니다 다만공간 적제약이있으므로패턴을이용하여 를구현하려면아래와같은세가지의 형태를주로이용하게됩니다 자 이것이 와 의기초개념입니다 잘생각해보면별로어렵지도않은개념이지요 캐패시턴스 을이해했으니이제 를이해해보지요 맨위에언급했지만

보시면아시겠지만좁은데다선로를길게깔수는없으니그냥생각나는대로 꼬아놓는방식입니다 이중 가그나마많이애용되는데 한방 향으로동심원을그리기때문에 에서같은방향으로자기장 이더해져서작은크기로큰 값을만들수있는장점이있습니다 다만대체 로 가심해서사용에주의를기울여야합니다

4 입니다 그런데 가반대로일어나기때문에서로상쇄되어 크기에비해그다지높은 값을만들기가힘들다는치명타가있습니다 그리 고마지막 는 모양도이상하고성능도부족하여많이사용하진않습니다 다만 특성이있어서가끔씩사용하긴합니다 는위의그림과같이방향에따라다른데 만약전류가같 은방향이라면상호간의주변의자기장이서로더해져서 값은더더욱세집 니다 반면반대로전류가서로다르게흐르고있다면서로간의자기장방향이달라서상쇄가되기때문에전체적인 값이작아지는효과가발생합니다 에서 를유발하는 는일반저주파에서처럼 형태로감 긴긴선로를 로사용하기도합니다 만약 과같이 패턴을통해구현하려면역시선로를길게만만들어도가능합니다 다만공간 적제약이있으므로패턴을이용하여 를구현하려면아래와같은세가지의 형태를주로이용하게됩니다 자 이것이 와 의기초개념입니다 잘생각해보면별로어렵지도않은개념이지요 캐패시턴스 을이해했으니이제 를이해해보지요 맨위에언급했지만 는 의정반대성질을갖고있습니다 는단절된금속사이에서전류 전압의변화가있을때만신호를통과시키려는성질 또는그정도를말합니다 의아이콘을잘보면선로가끊어져있는것처럼보이죠 실제로도 끊어져있습니다 그렇다면어떻게신호가통할수있을까요 그것은끊어진도체사이의유전체에그열쇠가있습니다 보시면아시겠지만좁은데다선로를길게깔수는없으니그냥생각나는대로 꼬아놓는방식입니다 이중 가그나마많이애용되는데 한방 향으로동심원을그리기때문에 에서같은방향으로자기장 이더해져서작은크기로큰 값을만들수있는장점이있습니다 다만대체 로 가심해서사용에주의를기울여야합니다 그리고중앙부에서다른쪽 으로연결해야하기때문에반드시 나다층선로를이용해야한다는 공정상의치명적인약점이있습니다 그옆의 은 가필요없도록그냥뱀처럼꼬아놓은것 위의그림은 에서신호가도통되는상황을보여주는그림입니다 끊 어진금속판사이에채워진유전체는전하를직접흘려주지는않지만 유전체 내부에서전극이배치되어전기적방향성을띠게됩니다 결국한쪽방향으로

5 전하가흘러가기만하는직류 는통과할수가없습니다 끊어져있으니까요 반면 주기적으로전압전류가변화하는교류 의경우에는한쪽에전극이 형성되면그림과같이유전체내에서도전극이쏠리면서분극되고 그결과상 대쪽금속판에도반대의전극을형성시켜줄수있게됩니다 그리고그것이 주기적으로변하면건너편금속의전극이나전압도주기적으로변화시켜주게 되어결국끊어진금속판사이로교류파형의변화형상 즉신호가전달되게되는것이죠 에직류를흐르게하면 직류를인가한그순간에는잠시전기가흐 르는듯하다가뚝끊어집니다 는전압 전류에변화가있을때만 동작하기때문에직류가새로인가되는그순간에만변화를감지하고잠시나 마전기가흐르는것이죠 다시말해직류에있어서는처음전압이인가된순 간에만유전체가분극을일으키고는이내사라지기때문에전기적신호전달이불가능하게됩니다 스미스차트원의위쪽은임피던스허수부가 일때 아래쪽은임피던스허 수부가 일때를나타내지요 잘모르셨다면스미스차트상에나온좌표를 읽어보시면바로알수있습니다 여기서잠시복소임피던스의수식을들여다보도록하겠습니다 반면쉴새없이변화하는교류는 이러한유전체의분극현상이사라지기전 에극성이바뀌어버려서결국그변화하는신호파형이건너편으로잘전달 되게되는것입니다 그리고얼마나빠른변화의양상을잘전달할수있느냐를나타내는지표가 가되는것이죠 의내부구조는실제로금속판사이에유전체를삽입하게됩니다 그 면적과금속판간의거리에의해 값이결정되고 단순히금속판을 사용하지않고여러가지형태의금속을사용하여품질이좋은 를만들어내려고노력하게됩니다 스미스차트에서의 과 자 우선스미스차트에서의 과 를한번보시죠 아래는입 출력단에 옴포트를인가한 상태에서의 을나타낸것이라 즉 하기전의 옴 상의결과입니다 보시다시피 값은 로 값은분모의 가분자로올라가면서 값을의미하는 것이죠 다시말해임피던스의허수부가 값이나타나면 성분이있다는의미이고 값이나타나면 성분이있다는의미가됩니다 그래서스미스차트좌표상에서보면 은위쪽면에 는아래쪽면에나타나게 되는것입니다 인덕터가오른쪽 인원상에올라가있다는것은 값이 된 즉손실이없는상태를의미하며 이상적인 와 는위와같은그래프가출력되어야합니다 공진 간단한공진현상을통해 과 에대한이해를더하도록해보지요 공진이란 특정주파수에에너지가집중되어 해당주파수만골라내거나걸러내는주파 수선택특성이나타나는것을말합니다 그리고공진이란에너지관점에서

볼때 성분과 성분이동시에공존하면서평형상태를이루고있는지점을의미하지요 과 의주파수특성이정반대라는것은이제잘아실텐데 그럼이두개를붙이면어떻게될까요 것을눈치챌수있지요 그걸좀더다듬고조합해서원하는주파수 원하는감쇠특성을가지는어떤구조를만든것 그것이바로 입니다 자 아래의 그림만한번보겠습니다 번호대로보시길 서로반대되는주파수패턴을가진 과 성분이직 병렬로만나게되면아래

6 볼때 성분과 성분이동시에공존하면서평형상태를이루고있는지점을의미하지요 과 의주파수특성이정반대라는것은이제잘아실텐데 그럼이두개를붙이면어떻게될까요 것을눈치챌수있지요 그걸좀더다듬고조합해서원하는주파수 원하는감쇠특성을가지는어떤구조를만든것 그것이바로 입니다 자 아래의 그림만한번보겠습니다 번호대로보시길 서로반대되는주파수패턴을가진 과 성분이직 병렬로만나게되면아래 와같은형태로두특성이합성된결과가나옵니다 그림만봐도쏙쏙이해가가지않나요 그림에설명이다나와있으니별다른부연설명은필요없겠지요 의경 우는 과 의소자위치를정반대로바꾼것입니다 결국모든 는저런 와 를잘조절해서만드는것입니다 한가지미리명심 할점은꼭 소자같은 로만만드는것은 아니라 어떤구조든 와 를유발할수있다면그것들을조합하여다 로만들수있다는점입니다 사실지금까지위에언급한 과 에대한내용은모두 한경우였습니 다 실제로 와 를사용할때꼭알아두어야할것이 바로 자기공진주파수 입니다 아래는실제 의 을나타낸그림입니다 그리고 과 가평형을이루면서특정주파수에대한선택적특성을갖게되 는바로그지점 그것을우리는공진 라부르는것입니다 공진과관련된더심오한것은다음에알아보도록하겠습니다 필터에서의 과 필터는기본적으로 과 성분의직병렬조합을통해만들어집니다 과 자체를잘생각해보면각각 특성과 특성을갖고있다는

자 이것은무엇을말하는것이냐면 건 건특정주파수를넘어버리면자신의역할이반대로뒤집어진다는것입니다 가 로동작해버리고 가 로동작해버리는황당한상 황이발생한다는것이지요 그래서이렇게역할이깨져버리는주파수점이마치공진점과같기때문에 라불리우는것입니다 그래서모든 를사용할때는반드시 보다어느정도낮은주파수에서사용해야하며 특히 쪽에서더주의를요합니다 아래는실제소자의 와 의

7 자 이것은무엇을말하는것이냐면 건 건특정주파수를넘어버리면자신의역할이반대로뒤집어진다는것입니다 가 로동작해버리고 가 로동작해버리는황당한상 황이발생한다는것이지요 그래서이렇게역할이깨져버리는주파수점이마치공진점과같기때문에 라불리우는것입니다 그래서모든 를사용할때는반드시 보다어느정도낮은주파수에서사용해야하며 특히 쪽에서더주의를요합니다 아래는실제소자의 와 의 파라미터그래프를보여준것입 니다 둘다특정주파수이후로본연의기능을잃고반대의소자로동작하고있습니다 를자세히보니 금속길이와상호인덕턴스의증가로인해 값이존재하지만 각금속간의간격이존재하기때문에그간격에의해 가존재합니다 그리고 과 는주파수가올라갈수록반대의증가 감소특성을갖고있기때문에 주파수가올라가다보면두역할이바뀌어버리는것입니다 다시말해서실제로소자를만들고나면 에는기생 가 에는기생 가생기기때문입니다 위의 구조는물 론모든 에위와같은문제가발생합니다 그래서어느주 파수가넘어서면기생성분들이진짜성분들과다투게되고 바로그지점이 가됩니다 소자값이커질수록실제소자의물리적구조도커지는것이기 때문에 덩달아기생성분도더커져서결국 는점점작아집니다 쓸수있는주파수영역이좁아진다는의미이죠 대부분의일반적인 소자들은 가수 대밖에안되어서 그이하의주파수에서만사용해야합니다 결국아주높은주파수에서는 를사용하지못하게되고 그래서 같은분산소자로서 를구현할필요가생기는것이지요 인덕터와캐패시터의 그렇다면왜실제상에서이런일이발생하느냐 아래의 의예를함들여다보죠 값에대해서많이들어보셨을텐데 간단한정의인데도불구하고그의미를 헷갈려하시는분들이많은듯합니다 는여러의미가있지만 와 에서의 값이란아래와같은의미입니다

는그포인트의주파수가바로저위에설명한 가되는것이지요 즉 임피던스의허수부 실수부를말합니다 임피던스의허수부는 값을의 미하며실수부는저항값을의미하지요 결국이게무엇을의미하느냐 소자의 가얼마이냐입니다 리액턴스 는 과 같은무손실성저장성분을말합 니다 그냥전기장혹은자기장의형태로주파수별로에너지를축적하는기능이죠 반면분모에있는 값은저항값 즉저항에의한손실을의미합니다 가 와

8 는그포인트의주파수가바로저위에설명한 가되는것이지요 즉 임피던스의허수부 실수부를말합니다 임피던스의허수부는 값을의 미하며실수부는저항값을의미하지요 결국이게무엇을의미하느냐 소자의 가얼마이냐입니다 리액턴스 는 과 같은무손실성저장성분을말합 니다 그냥전기장혹은자기장의형태로주파수별로에너지를축적하는기능이죠 반면분모에있는 값은저항값 즉저항에의한손실을의미합니다 가 와 의이용범위를알수있는성능지표라면 값은그소자의품질을평가하는아주중요한지표입니다 에서의 과 간단한 의사례를통해 가어떻게사용되고있는지그림으로한번보도록하겠습니다 물론 건 건저항에의한 가없어야정상이겠지만 사람 하는일이다그렇듯만들다보면이런저런이유로작은저항값들이생겨서 열손실이발생합니다 그래서 또는 값을이런기생저항값으로나눈값을우리는 라고합니다 이러한 값은주파수에따라다르며 또한소자값에따라당연히다릅니다 결국 값이클수록 가적다는의미가되지요 간단하지않습니까 소자에 가많으면쓸데없이에너지만소모되어성능도잘안나올테니가능하면 값이높은소자를쓰는것이좋은것이죠 물론더비싸겠죠 이것을실제 의스미스차트를통해이해를돕도록해보겠습니다 그림에나와있듯이 값이떨어져서 즉 값이증가하면손실이늘고결국 로 된실수임피던스원과거리가멀어지게됩니다 또한 로동작해야할이놈이어느주파수를넘어서면서는임피던스가아래쪽 영역으로내려가버렸습니다 이렇게 영역과 영역을넘어가 회로의목적에맞는 의적절한입출력임피던스를찾은후 그것을각각 옴포트와임피던스정합을시키기위해 소자가애용됩니다 상황에따라서는 과같은분산소자로대치가능합니다

9 는직류를통과시키지못하므로 를막기위한목적으로 가사용 됩니다 을구동시키기위한바이어스용으로들어온직류전원이 에만인 가되고 다른곳으로새어나가지않도록입 출력단에는반드시 가필 요합니다 의 값은해당회로의주파수에해당하는신호가잘통과할수있는임피던스값으로설정하게됩니다 을구동하기위한 전원선으로 교류신호가유입되면에너지손실및 저주파발진이발생하기때문에 직류전원이들어갈때는 로교류신호를막아버립니다 소자는직류는잘통과하고교류는차단하기때문에 적당히높은 값을가지는 로 역할을시켜줍니다 가교류신호를막는다고는하지만완벽하지는않습나다 그래서전 원단에는병렬로 를달아서미세하게새어나온교류신호를추가적으로제거해주지요 직류전원은 소자로흐를수없고 교류입장에선 소자는도통된상태이므로 교류신호는전원단을들어가지않고 로 갔다가접지되어없어져버리게됩니다 로막는다해도저주파신호 는새어나가는경우가많기때문에 주로이저주파신호가 를만드는것 을막아서발진을방지하려는목적으로저주파신호가잘통과할수있는큰 값을설정합니다 의접지쪽에 소자등을달면신호의 퇴화 를불러일 으켜 등이떨어지지만 안정도와선형성이좋아지기때문에종종애용됩니다 리는 와 라는특정한소자에대한개념적인내용을다루었 습니다 그런데고주파 에서중요한요소는이러한실제로많이사용하는 뿐만이아니란점이문제입니다 이제 와 를생각할때 그것이당장땜질이가능한눈에보이는어떤소자를지칭하는것만이아니란점을염두에두셔야합니다 위에서 과 의정의를계속보아오셨겠지만 엄밀히말해서 와 는그 성분을고의로강하게유도한소자일뿐입니다 그렇다 면역으로말해서 고의적이지않아도발생하는 성분도분명히있다는점입니다 그래서긴선로에서는 성분이감지되고 본의아니게근접한두 금속선로사이에는 성분 이걸커플링이라부르죠 이나타난다는 점입니다 그러한 성분은주파수가높을수록민감하며 그래서 설계 가까다로워지고 같은형식의분산회로가필요해진것입니다 이선을잘이해하고극복해야지만 진정한 를구현할수있게되는것입니다 마치며 고주파 입장에선이러한 과 의영향이더욱크기때문에 저주파신호 일때보다더욱세심한주의와학습이필요합니다 또한 과 는따로움직이 는것들이아니라 정반대의특성임에도불구하고동전의양면처럼함께생각해야할경우가많습니다 에선이점을염두에두어야할것입니다 이렇듯 과 는위에서설명된주파수특성에의거하여 해당용도에맞는위 치에적절히사용되는것입니다 원리와개념을알면 그용도는누구라도유추하여사용할수있는것이죠 그런데마지막으로한가지더염두에두어야할것이있습니다 지금까지우

10 < 전파측정기본이론 - db (decibel) 해설 > o Bel은알렉산더그레이엄벨의이름에서유래하였으며전기적, 음향적혹은다른전력비의상용로그값입니다. 정의 log o db : Bel의값이너무작아서편의상 10(deci) 배한것입니다. 정의 log o 사람의청각이나시각은물리량 ( 빛과소리의세기 ) 이어떤규정레벨의 2배가되면약 3dB ( log ) 증가, 10배가되면 10dB ( log ) 증가, 100배가되면 20dB ( log ) 증가한것으로나타냅니다. o 위에서알수있는것은입력되는물리량이 10배일때 10dB이지만, 100배가되면 20dB로dB값은단지 2배가증가할뿐이라는것이다. 이것은입력되는물리량이기하학적으로늘어날때, 사람이느끼는감각은대수적으로늘어난다는것을의미합니다. 따라서대수의값은인간에게있어서소리의세기를표현하는데대단히편리한값으로사용되고있습니다. o db는원래의전력비교외에음압이나전압, 전력등의진폭량비교에쓰일경우, 계산식은각각의기준전압 (V ref ) 과출력전압 (V out ) 의비교값의제곱이전력에비례합니다. 정의 log log o 전압은전력의 2배값이됩니다. 즉전력에서 10배는 10dB인데전압에서 10배는 20dB가되고전력을 3dB올린다는것은전력을 2배한것을의미하지만, 전압에서는 6dB를올린다는것이전압을 2배로한다는것을의미합니다. o dbm, dbw, dbv란? 이라는용어는항상 를기준으로하는전력레벨을표현합니다 즉 이며이와유사하게 에서는 이며 에서는 입니다

(b) 미분기 (c) 적분기 그림 6.1. 연산증폭기연산응용회로

Lab. 1. I-V Characteristics of a Diode Lab. 6. 연산증폭기가산기, 미분기, 적분기회로 1. 실험목표 연산증폭기를이용한가산기, 미분기및적분기회로를구성, 측정및 평가해서연산증폭기연산응용회로를이해 2. 실험회로 A. 연산증폭기연산응용회로 (a) 가산기 (b) 미분기 (c) 적분기 그림 6.1. 연산증폭기연산응용회로 3. 실험장비및부품리스트