콘덴서 (CAPACITOR) 콘덴서의개요 -, 전기를축적하는기능 -, 직류전류를차단하고교류전류를통과시키려는목적에도사용 -, 회로기호 : 콘덴서란전기를축적하는기능을가지고있습니다. 그러나일반적으로는전기를축적하는기능이외에직류전류를차단하고교류전류를통과시키려는목적에도사용되죠. 회로도의기호는으로표시합니다. 전해콘데서의경우는으로표시합니다. 콘덴서는기본적으로는 2장의전극판을대향시킨구조로되어있습니다. 여기에직류전압을걸면, 각전극에전하 ( 電荷 ) 라고하는전기가축적되며, 축적하고있는도중에는전류가흐르고. 축적된상태에서는전류는흐르지않게됩니다. 10μF 정도의전해콘덴서에아날로그미터식테스터를저항측정모드에접속하면순간전류가흘러테스터의바늘이움직이는것을알수있습니다. 그러나바로 0 으로되돌아오죠. 역시순간전류가흐른다는것을알수있습니다. 그러므로, 직류전압이콘덴서에가해진경우, 순간적으로전류가흐르지만후에는흐르지않기때문에직류를통과시키지않으려는 ( 직류차단 ) 용도에도사용됩니다. 그러나교류의앞서언급한테스터의측정봉을항상교대로바꾸어접속하는것과같으므로그때마다전류가흐르게되어교류전류는흐르는것입니다. 두극판의전극간에절연체 ( 유전체라고한다 ) 를넣어 ( 절연체를전극으로삽입한다 ) 콘덴서를만드는데, 이재질에따라여러종류의콘덴서가있습니다. 콘덴서의용량을나타내는단위 콘덴서의용량을나타내는단위는패러드 (Farad:F) 가사용되는데일반적으로콘덴서에축적되는전하용량은매우작기때문에, μf( 마이크로패러드 :10-6F) 나pF ( 피코패러드 : 10-12F) 의단위가사용되죠. 최근에는슈퍼커패시터라는명칭으로패러드단위의용량을가진콘덴서도등장했다. 콘덴서의용량표시에 3 자리의숫자가사용되는경우가많은데, 부품메이커에따라용량을 3 자리의숫자로표시하든가, 그대로표시하기도하죠. 3 자리숫자로나타내는경우앞의 2 자리숫자가용량의제 1 숫자와제 2 숫자이고 3 자리째가승수가되는데. 표시단위는pF ( 피코패러드 ) 로되어있습니다. 예를들면 103 이면 10 103=10,000 pf =0.01μF 이되고, 224 는 22 104=220,000 pf =0.22μF 입니다. 100 pf이하의콘덴서는용량을그대로표시하고있습니다. 즉 47 은 47 pf를의미하죠
콘덴서의종류 -, 콘덴서의체적에비해큰용량을얻을수있다. -, 극성이있다. -, 용도 : 전원의평활회로, 저주파바이패스 단순히전해콘덴서또는케미콘 (chemical condenser) 이라고도부릅니다. 이콘덴서는유전체로얇은산화막을사용하고, 전극으로는알루미늄을사용하고유전체를매우얇게할수있으므로콘덴서의체적에비해큰용량을얻을수있습니다. 특징은극성 ( 플러스전극과마이너스전극이정해져있다.) 이있다는점이며, 일반적으로콘덴서자체에서마이너스측리드를표시하는마크가붙어있습니다. 또가할수있는전압, 용량 ( 전기를축전할수있는양 ) 도표시되어있습니다. 극성을잘못접속하거나전압이너무높으면콘덴서가파열 ( 펑하는소리가나며위험 ) 되고맙니다. 따라서절대로실수해서는안되겠죠? ( 통상, 회로도에도 + 극성을표시합니다.) 이콘덴서는 1μF 부터수천 μf, 수만 μf 라는식으로비교적큰용량이얻어지며주로전원의평활회로, 저주파바이패스 ( 저주파성분을어스등에패스시켜회로동작에악영향을주지않는다.) 등에사용됩니다. 단, 코일성분이많아고주파에는적합하지않습니다. 즉, 주파수특성이나쁘다고할수있죠. 여러가지전해콘덴서 전해콘덴서에는다음그림과같이, 마이너스측전극을표시하는마크가있습니다. PCB 기판등에실장할때틀리지않도록주의해야합니다. < 그림 2-15 전해콘덴서의마이너스측전극표시 >
-, 온도특성, 주파수특성모두전해콘덴서보다우수 -, 용도 : 용량변화가엄격한회로, 어느정도주파수가높은회로, 신호파형을중요시하는아날로그신호계 단순히탄탈콘덴서 (tantalum condenser) 라고부르며, 탄탈륨이라는재료를사용하고있는전해콘덴서입니다. 알루미늄전해콘덴선와마찬가지로비교적큰용량을얻을수있죠. 그리고온도특성 ( 온도의변화에따라용량이변화한다. 용량이변화하지않을수록특성이좋다고말한다 ), 주파수특성모두전해콘덴서보다우수합니다. 알루미늄전해콘덴서는크라프트 (kraft) 지등에전해액이스며들게한것을금속알루미늄으로삽입하여감아붙인구조로되어있지만, 탄탈전해콘덴서의경우 tantalum powder 를소결하여굳혔을때에나오는빈틈을이용하는구조로되어있어, 두루마리구조가아니므로앞서언급한바와같이특성이우수합 ( 이것은어디까지알루미늄콘덴서와비교했을때의이야기 ) 이콘덴서도극성이있으며통상콘덴서자체에 + 의기호로전극을표시하고있으며전해콘덴서보다비싸기때문에온도에의한용량변화가엄격한회로, 어느정도주파수가높은회로등에사용하죠. 또한알루미늄전해콘덴서에서발생하는스파크 (Spike) 형상의전류가나오지않으므로신호파형을중요시하는아날로그신호계에는탄탈콘덴서를사용하는것이상식이다. 스파크와같은불필요한파형이문제가되지않는경우에는전해콘덴서로도충분하죠. 탄탈전해콘덴서의외관 탄탈콘덴서도전해콘덴서와마찬가지로플러스 (+) 와마이너스 (-) 극성을가지고있다. 전극 ( 리드선 ) 의 + 측을나타내는기호가콘덴서자체에표시되어있죠. < 그림 2-17 탄탈콘덴서의극성 >
- 용도 : 고주파의바이패스 세라믹콘덴서는전극간의유전체로티탄산바륨 (Titan-barium) 과같은유전율이큰재료가사용되고있습니다. 이콘덴서는인덕턴스 ( 코일의성질 ) 가적어고주파의바이패스 ( 고주파성분또는잡음을어스로통과시킨다 ) 에흔히사용된다. 모양은원반형으로되어있으며용량은비교적작다. 세라믹콘덴서는전해콘덴서나탄탈콘덴서와는달리전극의극성은없으며, 세라믹은강유전체의물질로아날로그신호계회로에사용하면신호에일그러짐이나오므로이와같은회로에는사용할수없습니다. 세라믹콘덴서의외관 - 온도특성, 주파수특성이양호 - 소형 - 용도 : 바이패스 적층세라믹콘덴서는전극간의유전체로고유전율계세라믹을다층구조로사용하고있으며온도특성, 주파수특성이양호하고또한소형이라는큰특징이있습니다. 디지털회로에서취급하는구형파 ( 펄스파 ) 신호는비교적높은주파수성분이함유되어있습니다. 이콘덴서는주파수특성이양호하고, 소형이라는점때문에바이패스용 (bypass) 으로흔히사용되죠. 온도특성도양호하므로온도변화를꺼려하는회로에도사용됩니다. 적층세라믹콘덴서의외관
- 용도 : 수백kHz이하저주파의필터회로나타이밍회로 전극간의유전체로폴로스티렌 (Polystyrene) 필름이사용되고있습니다. 이콘덴서는필름을감은구조이므로인덕턴스 ( 코일 ) 성분이크죠. 따라서고주파에서사용할수없으며수백kHz이하저주파의필터회로나타이밍회로등에흔히사용됩니다. 전극에동박을사용하고있어적색을띠고있는것도있으며전극으로알루미늄박을사용하는것도있으므로은색을띠고있는것도있습니다. 동박을사용한쪽이약간비싸지만주파수특성이좋은듯한데요, 엄격한용도가아니면적색이든은색이든별로문제는없을것으로생각됩니다. - 초대용량콘덴서 이것이경이적인콘덴서, 슈퍼커패시터 (Super Capacity) 입니다. 용량은 0.47F (470,000μF) 로초대용량콘덴서입니다. 이와같은대용량의콘덴서를전원회로등에사용할때에는각별한주의가필요하죠. < 그림 2-21 슈퍼콘덴서 > 그이유는콘덴서가텅비어있을때에는 ( 전기가축척되어있지않을때에는 ) 전류가계속유입하므로정류기등이과전류로인해파괴되는경우가있기때문입니다. 통상적인전원회로의평활콘덴서는 1,000μF 정도이므로콘덴서는순간적으로충전되지만이러한콘덴서를사용하면충전이완료되기까지회로가쇼트되어있는것과같습니다. 보호회로를설치하지않으면위험하다. 용량이크기때문에단시간의백업 ( 베터리정도의장시간은아니지만 ) 등에사용할수있을것입니다. 초대용량인데비해비교적형태가적으며직경이 21 mm, 높이 11 mm입니다. - 가격이저렴하고사용하기쉽지만높은정밀도는기대할수없다. - 용도 : 고주파회로, 발진회로마일러 (Mylar) 콘덴서또는폴리에스테르필름콘덴서라고도하며, 얇은폴리에스테르 (Polyester) 필름을양측에서금속으로삽입하여원통형으로감은것입니다. 가격이저렴하고사용하기쉽지만높은정밀도는기대할수없습니다. 오차는대략 ±5% 에서 ±10% 정도이며. 주요용도로는고주파회로, 발진회로등에사용됩니다. 전극의극성은없습니다. 마일러콘덴서의외관
- 높은정밀도가요구되는경우에사용 유전체재료는폴리프로필렌 (Polypropylene) 필름을사용하며 100 khz이하의주파수에서사용하면사용하면거의용량의변화가없습니다. 그리고이콘덴서도전극의극성은없습니다. 폴리프로필렌콘덴서의외관 - 고주파에서의공진회로나필터회로, 고압회로등에사용 - 용량이그다지크지않고가격이비싸다. 유전체로운모 (mica) 를사용한콘덴서입니다. 운모는온도계수가작고안정성이우수하며주파수특정도양호하기때문에고주파에서의공진회로나필터회로등에사용됩니다. 또한절연내압도우수하므로고압회로에도사용되죠. 이전에는진공관식무선송신기등에는흔히사용되었습니다. 용량이그다지크지않고가격이비싸다는결점이있으며전극의극성은없습니다. 마이카콘덴서의외관 - 소형화가능시멘스 MKT 적층콘덴서라고도하며전극으로증착금속피막을사용한폴리에스테르필름콘덴서로, 전극이얇기때문에소형화가가능합니다. 이콘덴서는리드가떨어지기쉽기때문에취급에주의할필요가있습니다. 한번떨어져버리면사용할수있는방법이없어서버릴수밖에없죠. 전극의극성은없습니다. 시멘스적층콘덴서의외관
- 주파수조정, 라디오의튜너등에사용 용량을변화시킬수있는콘덴서며, 주로주파수조정등에사용합니다. 트리머 (trimmer) 라부르는가변용량콘덴서가있는데, 유전체로세라믹 ( 자기 ) 를사용하고있으며그외에도폴리에스테르필름등을유전체로사용한것도있습니다. 또한프린트기판에실장할수있도록만들어져있죠. 부착할때의주의사항으로전극극성은없지만용량을조절하는나사부분이어느한쪽의리드선에연결되어있기때문에리드선의한쪽이어스에접속되는경우에는조절나사가연결되어있는리드선을어스측으로합니다. 그렇게하지않으면조절할때의드라이버의용량이영향을주므로잘조절되지않습니다. 또한이러한조절을할때는전용의조절용드라이버 ( 나사를돌리기위한절연체드라이버로아크릴과같은절연물로되어있다 ) 가있으므로그것을사용하는편이무난합니다. 조절나사가어느쪽리드선에연결되어있는지는살펴보면알수있지만그래도모를때는테스터등으로확인하세요. 그외라디오튜너등에사용되는바리콤이란가변용량콘덴서가있습니다. 트리머 바리콘
콘덴서특징 - 용량온도계수 : 1 C 의변화에대해용량이얼마만큼변화하는가를나타내는수의값 - 전격전압 : 덴서에연속해서가해도지장없는, 전압의최대값 - 누설전류 : 콘덴서에정격전압을걸었을때, 유전체를통하여흘러버리는약간의전류 - 유전정접 : 콘덴서가교류에대해서나타낸리액턴스와그손실저항과의비 콘덴서는주위온도가변하면그용량도약간변화합니다. 이때 1 C 의변화에대해용량이얼마만큼변화하는가를나타내는수의값을용량온도계수라고하죠. 일반적으로 10-6 의변화인 1ppm(0.0001% 에해당 ) 을단위로하여나타냅니다. 플로프로필렌의경우는 - 250ppm 으로되어있으므로 1 상승에대해용량은 0.025% 감소하게됩니다. 그콘덴서에연속해서가해도지장없는, 전압의최대값을말합니다. 따라서짧은시간이라면전압을조금초과해도상관없죠. 이것을서지 (Surge) 전압이라고합니다. 정격전압 16V 의전해콘덴서에서서지전압은 20V 까지허용됩니다. 콘덴서에정격전압을걸었을때, 유전체를통하여흘러버리는약간의전류를누설전류라고합니다. 이전류는일반적으로인가전압 V 와용량 C 에비례하죠. 0.01cv 라고표시되고이콘덴서의용량이 10μF, 인가전압을 20V 라고하면누설전류는 0.01 10 10-6 20=2 10-6=2μA 가됩니다. 일반적으로 tanδ 라고하는특성입니다. 콘덴서에교류를흐르게할때이상적인콘덴서이면손실이제로, 즉실효저항성분은당연히제로인것이지만실제에는다소의손실을발생하죠. 그때이콘덴서가교류에대해서나타낸리액턴스와그손실저항과의비를유전정접이라고합니다. 이값은 0.01 이라고하는등의숫자로나타내는것도있으며또는 0.1% 와같은퍼센트로나타낼수도있습니다. 어느쪽의경우에도이숫자가적은것이좋은콘덴서라고할수없습니다.