콘덴서의 종류와 특징(1)

이번 장[章]에서 다룰 내용은 수동소자 중 돋보이는 특성을 가진 콘덴서에 대한 내용입니다.

능동소자에 의해 증폭된 신호를 다음 단으로 넘기는 일, 원하는 주파수대만 취할 수 있는 회로를 구성하는 일, 독특한 특성으로 다양한 회로를 구성하고 있는 콘덴서의 종류와 특성에 대하여 알아 봅니다.  

콘덴서의 자세한 동작특성에 대하여는 별도의 장[章]에서 다루겠습니다.


2. 콘덴서  CAPACITOR
기호: C
기본 단위: F(패러드)
보조 단위: 1F의 1/1.000.000을 μF(마이크로 패러드)라 하고, 1 μF의 1/1.000.000을 PF(피코 패러드)라 합니다.

패러드는 단위가 너무 커 실제로 사용되는 일은 거의 없고, 주로 마이크로 패러드나 피코 패러드가 사용됩니다.  


콘덴서는 두 개의 전극이 마주보는 구조로 일정량의 전하를 저장할 수 있습니다.
이때, 마주보는 전극이 넓을수록 또는 가까울수록 용량이 증가합니다.

실제로는 성능을 향상시키기 위하여 유전체를 전극사이에 넣어 제작하며 사용하는 유전체의 종류에 의하여 전기적 특성이 정해져 버립니다.

그리고 사용하는 유전체로 컨덴서를 분류합니다.
만약, 오일과 종이를 유전체로 사용하였다면, 페이퍼 오일 콘덴서라 부릅니다.

콘덴서는 구조상 직류는 통과하지 못하고 교류는 통과시키지만, 주파수가 낮아지는 것에 반비례하여 저항값이 높아지는 특성을 가지고 있습니다.


*. 콘덴서가 교류에 대하여 갖는 저항 리액턴스 XC= 1/2πCf로 표현됩니다.
이때, C= 콘덴서의 용량   f= 주파수입니다.

예를 들어 주파수가 100Hz고 콘덴서의 용량이 100uF라면 이때의 리액턴스는
1/6.28 × 100 × 0.0001= 15.92
즉, 15.92옴의 저항값을 갖습니다.

같은 조건에서 주파수만 10Hz로 변하였을 때를 살펴보겠습니다.
역시 같은 식으로
1/6.28 × 10 × 0.0001= 159.23Ω

같은 조건에서 주파수가 1/10로 되었을 때 리액턴스는 10배로 증가하였습니다.

만약, 1Hz가 입력된다면 리액턴스는 1,592.35옴으로 100배 증가할 것입니다.

위 식에서 알 수 있듯이 콘덴서가 교류에 갖는 저항 리액턴스는 주파수가 낮아질수록 저항값은 높아집니다.
또한 콘덴서의 용량이 감소하여도 리액턴스는 높아집니다.  

반대로 주파수가 높아지면 높아질수록 리액턴스는 낮아집니다.


*. 리액턴스는 콘덴서가 주파수에 대하여 갖는 저항값을 말합니다. 
기호는 XC고 단위는 Ω(옴)입니다.
특히, 콘덴서가 주파수에 갖는 저항값을 용량성 리액턴스라 하며, 나중에 알게 될 코일이 주파수에 대하여 갖는 저항값을 유도성 리액턴스라고 합니다.


이런 콘덴서의 특성을 이용하여,
실제 회로에서는 직류와 교류가 중첩되어 있는 회로에서, 직류 성분을 차단하고 교류 성분만을 뽑아내기 위한 용도(커플링 콘덴서)로 사용되며 잡음성분이 포함되어 있는 초고역 부분을 어스라인으로 흘려 보내기 위한 바이패스 용도로도 사용됩니다.  


이 장[章]에서 반드시 기억해야 할 것은 "콘덴서는 교류는 통과시키지만, 직류는 차단한다"입니다.
한 가지 더 기억해야 할 것은 "콘덴서를 통과한 전류는 위상이 90도 앞선다"는 특징입니다.

*. 콘덴서는 우리와 일본을 제외한 나라에서는 캐패시터Capacitor라고 합니다.


ㄱ). 페이퍼 오일 콘덴서   Paper Oil Capacitor

가장 오래된 초기형 콘덴서로 두 장의 은박지사이에 종이를 넣어 감고 오일로 충진한 형태의 콘덴서입니다.

외형은 종이를 말아놓은 것 같은 형태와 직사각 형태의 몰딩케이스에 오일과 함께 봉입된 구조가 있습니다.

용도: 주로 증폭단 사이를 연결하는 결합콘덴서(커플링콘덴서)로 사용되었습니다.
특징: 은박지를 종이와 겹쳐 코일의 형상으로 말아놓은 구조로 인하여 주파수가 높아질수록 성능이 떨어집니다.
다른 말로는 고주파 특성이 좋지 않습니다.


ㄴ). 운모 콘덴서   Mica Capacitor

천연 광물질인 운모를 얇게 깍아 만든 전극에 리드선을 붙여 만든 구조로 초기부터 지금까지 사용되고 있습니다.
주파수 특성이 우수하고 열에 의해 용량이 변하지 않으므로 고주파회로에 널리 사용됩니다.

다만, 큰 용량의 것은 외형이 커지므로 10,000PF이하의 용량이 주로 사용되며 오차 5% 대의 제품도 구입 가능합니다.

포노앰프의 등화회로에 사용하면 결과가 좋습니다.

용도: 고주파 회로 및, 위상 보정회로에 주로 사용됩니다. 
특징: 고주파 특성이 우수하고 정밀한 용량의 콘덴서를 제작할 수 있습니다.
또한 온도특성이 좋습니다.  


자료 출처: 운영자 직접 작성