커패시터

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커패시터란?

커패시터란 전기를 저장할 수 있는 장치 즉 우리말로는"축전기" 라고 한다.
커패시터는 기본적으로는 2장의 전극판을 대향시킨 구조로 되어 있다. 여기에 직류전압을 걸면,각 전극에 전하 라고하는 전기가 축적되며 축적하고 있는 도중에는 전류가 흐른다. 축적된 상태에서는 전류는 흐르지 않게 된다.
1uF정도의 전해 커패시터에서 "아나로그 테스터기"를 저항 측정 모드로 전환하고 접속을 하면 순간 전류가 흘러 테스터의 바늘이 움직이는것을 알수 있다. 그러나 바로 0으로 되고 만다.
반대로, 테스터의 접속 방법을 반대로 하면 역시 순간 전류가 흐른다는 것을 알 수있다. 그러므로 직류 전압이 커패시터에 가해진 경우, 순간적으로 전류가 흐르지만 후에는 흐르지 않기 때문에 직류를 통과시키지 않으려는(직류커트)용도에도 사용된다.

커패시터 종류

1.알루미늄 전해 커패시터

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알루미늄 커패시터는 유전체로 얇은 산화막을 사용하고, 전극으로는 알루미늄을 사용하고 있다. 유전체를 매우 얇게 할수 있으므로 커패시터의 체적에 비해 큰 용량을 얻을수 있다. 특징은 극성이 있다는 점이다.
일반적으로 커패시터자체에 마이너스측 리드를 표시하는 마크가 붙어 있다. 가할수 있는 전압 용량(전기를 축적할수 있는양)도 표시되어 있다.
극성을 잘못접속하거나 전압이 너무 높으면 커패시터가 파열 되고 만다.(통상, 회로에도 +극성을 표시한다.) 이 커패시터는 1uF부터 수천uF,수만uF라는 식으로 비교적 큰 용량이 얻어지며, 주로 전원이 평활 회로, 저주파 바이패스(저주파 성분을 접지)등에 사용된다. 또한,주파수 특성이 나쁘다(코일 성분이 많아 고주파에는 적합하지 않다) 칩 알루미늄 전해 커패시터도 있다.

2.탄탈륨 커패시터

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전극에 탄탈륨 이라는 재료를 사용하고 있는 전해 커패시터이다.알루미늄 전해 커패시터와 마찬가지로, 비교적 큰용량을 얻을 수 있다.
그리고 온도 특성(온도의 변화에 따라 용량이 변화는 특성) 주파수 특성 모두 알루미늄 전해 커패시터 보다 우수하다.
알루미늄 전해 커패시터는,크라프트(kraft)지 등에 전해액이 스며들게 한것을 금속 알루미늄으로 삽입하여 감아 붙인 구조로 되어 있지만 탄탈 전해 커패시터의 경우는tantalum powder를 소결하여 굳었을 때에 나오는 빈틈을 이용하는 구조로 되어있어 두루마리 구조가 아니므로 알루미늄 전해 커패시터 보다 특성이 우수하다. 탄탈륨 커패시터는 극성이 있으며, 통상, 커패시터 자체에 +의 기호로 전극을 표시하고 있으므로 절대로 극성을 잘못 접속해서는 안 된다.
또한,탄탈륨 커패시터는 온도에의한 용량 변화가 엄격한 회로 어느정도 주파수가 높은회로 등에 사용한다.칩 탄탈륨 커패시터도 있다.

3.세라믹 커패시터

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세라믹 커패시터는 전극간의 유전체로 티탄산 바륨(Titanium-Barium)과 같은 유전율이 큰 재료가 사용되고 있다. 이 커패시터는 인덕턴스(코일의 성질)가 적어 고주파 특성이 양호 하다는 특성을 가지고 있어 고주파의 바이패스(고주파 성분 또는 잡음을 어스로 통과시킨다)에 흔히 사용된다.
모양은 원반형으로 되어 있으며, 용량은 비교적 작다. 전극의 극성은 없다.

4.적층 세라믹 커패시터

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적층 세라믹 커패시터는 전극간의 유전체로 고유전율계 세라믹을 다층 구조로 사용하고있으며, 온도 특성, 주파수 특성이 양호하고, 게다가 소형이라는 큰특징이 있다.
디지털 회로에서 취급하는 구형파(펄스파) 신호는 비교적 높은 주파수 성분이 함유되어있다. 이 커패시터는 주파수 특성이 양호하다

5.필름 커패시터

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극간의 유전체로 폴리스티렌(polystyrene)필름이 사용되고 있다. 이 커패시터는 필름을 감은 구조이므로 인덕턴스(코일)성분이 크다.
따라서,고주파에는 사용 할 수 없으며,수백 kHz 이하의 필터 회로나 타이밍 회로등에 흔히 사용된다. 전극의 극성은 없다. 칩 필름 커패시터가 있다.

6.슈퍼 커패시터

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이와 같은 대용량의 커패시터(용량은 0.47F(470,000uF)로 초대용량 커패시터)를 전원 회로등에 사용 할 때에는 각별한 주의가 필요하다.
그 이유는 커패시터가 텅 비어 있을 때에는(전기가 축적되어 있지 않을 때에는) 전류가 계속 유입하므로 정류기 등이 과전류로 인해 파괴되는경우가 있기 때문이다.
통상적인 전원회로의 평활 커패시터는 1,000uF 정도이므로, 커패시터는 순간적으로 충전되지만, 이러한 커패시터를사용하면 충전이 완료되기까지 회로가 쇼트 되어 있는 것과 같으므로 보호회로를 설치하지 않으면 위험하다.
용량이 크기 때문에 단시간의백업(배터리 정도의 장시간은 아니지만)등에 사용 할 수 있을 것이다. 최대 용량인데 비해 비교적 형태가 작으며, 직경이 21mm, 높이 11mm이다. 극에 극성이 있으므로 주의 할 필요가 있다.

7.마일러 커패시터

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얇은 폴리에스테르(polyester) 필름을 양측에서 금속으로 삽입하여, 원통형으로 감은 것이다.낮은 가격으로, 사용하기는 쉽지만 높은 정밀도를 기대할 수는 없다.
오차는 대략 ±5%에서 ±20% 정도이다.

8.폴리프로필렌 커패시터

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마일러 커패시터보다 높은 정밀도가 요구되는 경우에 사용한다.유전체 재료는 폴리프로필렌(polypropylene) 필름을 사용하며,100kHz이하의 주파수에서 사용하면 거의 용량의 변화가 없다.

9.가변용량 커패시터

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용량을 변화 시킬 수 있는 커패시터이며,주로 주파수 조정등에 사용한다. 부착할 때의 주의 사항으로, 전극 극성은 없지만 용량을 조절하는나사 부분이 어느 한 쪽의 리드선에 연결 되어 있기 때문에 리드선의 한 쪽이 어스에 접속되는 경우에는 조절나사가 연결되어 있는 리드선을 어스측으로 한다.
그렇게 하지 않으면 조절 할때의 드라이버의 용량이 영향을 주므로 잘 조절 되지 않는다.(드라이버는 규격품을 사용해야함)

커패시터 기능

1.백업 용도

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배터리로서의 기능을 이용하여 전원 순단 시 및 IC의 구동 스피드가 급격히 빨라짐에 따라, 부하전류가 증가한 경우, 전원으로부터의 라인 전압이 강하하여, IC의 오동작을 초래하는 경우가 있습니다.
이를 방지하기 위해, 전원 라인 정상 시에 커패시터가 축적해 놓은 전기를 IC 측에 공급하여 전원 라인 전압을 일시적으로 유지합니다.

2.디커플링 용도

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교류가 흐르는 특성을 이용하여 안정된 직류 전압을 공급하기 위해, 전원 라인에 중첩되는 외부로부터의 유도 노이즈 또는 고속 회로 구동에 의한 고주파 노이즈를 제거하는 기능. 일반적인 전원 회로에서 사용 가능합니다.

3.커플링 용도

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전단 회로의 직류 바이어스 전압을 제거하여, 교류 신호 전압만 후단 회로에 전달합니다. 일반적으로 오디오 회로에서 사용됩니다.

자료참고 - https://www.rohm.co.kr/electronics-basics/capacitors/tc_what2