콘덴서에 직류를 투입하면 순간적으로 충전하고 용량이 꽉 차면 전류가 흐르지 않고 유지된다.
이러한 성질로 인해 콘덴서는 직류를 흐르지 못하게 한다.
회로에서 콘덴서가 곳곳에 있는 이유는 IC를 보호하기 위함이다.
반면, 교류를 투입하여 +/- 극을 계속 바꿔주면 충전, 방전을 계속하며 전류가 흐르게 된다.
이러한 콘덴서의 특징을 이용한 것이 커플링 콘덴서이며, 콘덴서 뒤의 전류의 목적지가 되는 부품에 교류만 사용해야 할 경우 사용한다.
2. 콘덴서는 회로상에서 교류 성분을 없애준다.
콘덴서에 남은 전류를 보관하도록 하여 전류량을 낮추고, 필요한 만큼의 전류에 맞추게 된다. 그리고 교류이므로 전류량이 낮아지게 되고 이 낮아진 전류를 목적지 부품이 사용할 알맞은 전류량에 맞춘다. 이러한 과정을 반복하는 동안 결국 회로상에서의 교류 성분을 직류로 바꾸게 되는데 이러한 역할을 하는 콘덴서를 바이패스 콘덴서 라고 한다.
오늘은 저항편에 이어 콘덴서를 알아보도록 하겠습니다. 저항과 같이 회로에 가장 많이 쓰입니다. 특성 및 종류를 꼭 알아두시기 바랍니다.
콘덴서의 사용 용도
1. 높은 주파수일수록 적은 저항이 필요할 때
2. 전류의 위상을 빠르게 하고자 할 때
3. L 성분을 제거하고자 할 때
4. AC만을 얻고자 할 때(또는 DC만을 얻고자 할 때)
5. 특정한 주파수를 선택하고자 할 때
6. 순간적으로 진동하는 세력을 없애고자 할 때
7. 잡음을 제거하고자 할 때
8. 적당한 시정수를 얻고자 할 때
9. 주파수 특성을 개선하고자 할 때(음질 개선)
10.전기를 담아두고자 할 때
콘덴서의 기능
- 전기를 저장하거나 방출하는 축전기로서 많이 사용된다.
- 교류는 흐르지만 직류는 통하지 않는다.
많은걸 알진 못하지만 R-C, L-C 등 C는 많이 사용되므로 제일 공부해야 하는 부분인 듯 싶다.
내가 정확히 아는 부분은 10번으로만 쓰인다는것이다. IC 데이터시트의 어플리케이션을 봐도 C는 곳곳에 사용된다. ON/OFF 동작하는 제품의 C는 전압 안정화로 많이 쓰인다. (캐패시터는 동작이 0V ~ 동작전압이 반복되면서 문제가 됨을 방지해준다)
추후 하나씩 알게된다면 추가적으로 글을 작성할 예정이다.
콘덴서의 종류
(1) 전해 콘덴서
- 케이콘 이라고도 부른다. 이 콘덴서는 유전체로 얇은 산화막을 사용하고, 전극을 얇게 할 수 있어 콘덴서의 체적에 비해 큰 용량을 얻을 수 있다. 특징은 극성이 있다는 점이다. 또 허용전압, 용량도 표시하고 있다. 극성을 잘못 접속하거나, 전압이 너무 높으면 콘덴서가 파열되고 만다. 이 콘덴서는 1uF부터 수천uF, 수만UuF 까지의 비교적 큰 용량이 있으며, 주로 전원의 평활회로, 저주파 바이패스 등의 용도에 사용된다. 전해 콘덴서의 전극은 -의 기호를 전극에 표시하고 있다.
(2) 슈퍼 콘덴서
- 대용량, 초대용량 콘덴서 이다. 전원회로 등에 사용할 경우 충전이 안되어 있을 때에는 전류가 계속 유입하므로 정류기(다이오드) 등이 과전류로 인해 파괴될 수 있기 때문에 각별한 주의가 필요하다. 통상적인 전원회로의 평활 콘덴서는 1000uF 정도로 순간적으로 충전되지만, 대용량 콘덴서를 사용하면 충전이 완료되기까지 회로가 쇼트되어 있는 것과 같으므로 보호회로를 설치하지 않으면 위험하다.
(3) 탄탈 콘덴서
- 전극에 탄탈륨이라는 재료를 사용하고 있는 전해 콘덴서이다. 온도 특성, 주파수 특성 모두 전해 콘덴서보다 우수하다. 이 콘덴서도 극성이 있으며, 전해 콘덴서와 달리 +의 기호로 전극을 표시하고 있다.
(4) 스티롤 콘덴서
- 전극간의 유전체로 폴리스티렌 필름을 사용한다. 이 콘덴서는 필름을 감은 구조이므로 인덕턴스 성분이 크다. 고주파에서는 사용할 수 없으며, 수백kHz 이하의 필터회로나 타이밍 회로 등에 흔히 사용된다.
(5) 세라믹 콘덴서
- 이 세라믹 콘덴서는 인덕턴스가 적어 고주파 특성이 양호하다는 특징을 가지고 있어, 고주파의 바이패스 회로에 많이 사용된다. 세라믹은 강유전체의 물질로 아날로그 신호계 회로에 사용하면 신호에 일그러짐이 나옴으로 이와 같은 회로에는 사용할 수 없다.
(6) 적측 세라믹 콘덴서
- 이 콘덴서는 주파수 특성이 양호하고, 소형이라는 점 때문에 디지털회로에 바이패스용으로 많이 사용된다. 온도 특성도 양호하므로 온도 변화를 꺼려하는 회로에도 사용된다.
(7) 폴리에스테르 필름 콘덴서 (마일러 콘덴서)
- 얇은 폴리에스테르 필름을 양측에서 금속으로 삽입하여, 원통형으로 감은 것이다. 저가격으로 사용하기 쉽지만, 높은 정밀도는 기대할 수 없다. 오차는 대략 ±5%에서 ±10%정도이다. 전극의 극성은 없다.
(8) 폴리프로필렌 콘덴서
- 마일러 콘덴서보다 높은 정밀도가 요구되는 경우 사용한다. 유전체 재료는 폴리프로필렌 필름을 사용하며, 100kHz 이하의 주파수에서 사용하면 거의 용량의 변화가 없다.
(9) 마이카 콘덴서
- 작고 안전성이 우수하며, 주파수 특성도 양호하기 때문에, 고주파에서의 공진회로나 필터회로 등에 사용된다. 그리고 절연내압도 우수하여 고압회로에도 사용된다. 예전에는 진공관식 무선 송신기 등에는 흔히 사용되었었다.
(10) 가변 콘덴서
- 용량을 변화시킬수 있는 콘덴서, 주파수 조정으로 사용된다. (라디오의 튜너 등에 사용된다)
(11) 칩 콘덴서
- 칩 저항과 같이 칩 콘덴서도 제품의 소형화로 많이 공급되고 있다. 칩 콘덴서의 종류도 앞에서 학습한 캐패시터와 같은 필름형, 탄탈, 전해 콘덴서 등이 있다. 칩 콘덴서는 칩저항과 다르게 외관에 용량을 적어두지않고 암호화 표기하였다. (탄탈콘덴서와 칩 전해 콘덴서의 경우 외관에 용량이 적혀있다.)
회로도에서의 콘덴서 사용
- 콘덴서에는 여러가지 종류가 있으나 회로도에 표현할 때는 다음과 같은 3 종류가 주로 사용된다.
C1
- 콘덴서 / 소형 동조 회로용으로 사용
C2
- 바이패스 콘덴서 / 고주파 바이패스용 단위는 uF
C3
- 전해 콘덴서 / 저주파 바이패스나 평활 용으로 극성과 내전압에 주의
(나의 경우 C2와 C3만 사용한다.)
캐패시터 읽는 방법
- 칩저항 읽는 방법과 큰 차이는 없다. 하지만 단위를 생각해야한다.
위의 내용은 참고만하고 더 쉽게 이해하기 위해 예를 몇가지 들어서 설명하겠다.
예시 1. 적층 세라믹 캐패시터
104 라고 적혀있습니다 -> 10 x 10^4 = 100000pF 입니다.
기본 단위는 pF 입니다. 즉 100000pF = 100nF = 0.1uF 이 됩니다.
0이 많을수록 읽기 불편하기 때문에 nF 또는 uF로 많이 바꿔서 읽습니다.
예시 2. 탄탈 캐패시터
226C 라고 적혀있습니다.
위의 방법으로 22 x 10^6 = 22000000pF 가 됩니다. (동일하게 기본 단위는 pF 입니다.)
즉 22000000pF = 22000nF = 22uF가 됩니다.
0이 가장 적은 22uF로 쓰면 읽기 더 쉽겠네요.
(참고로 C는 오차율을 말합니다.)
예시 3. 전해 캐패시터
캐패시터 몸통에 단위까지 모두 적혀있습니다.
보이는 바와 같이 용량은 10uF, 내압은 160V가 되겠습니다.
(내압의 경우 전압의 2~3배 높게 사용됩니다.)
예시 4. 칩 캐패시터
칩캐패시터의 경우 저항과 다르게 외관에 써있지 않고 암호화 되어 있으므로 파악이 불가합니다.
이러한 부분은 즉 캐패시터 관리를 잘해야 된다는 말입니다.
위의 예시들과 같이 다양한 캐패시터가 있지만 단위를 잘 파악한다면 저항과 다를바없이 읽기 어렵지 않을것 입니다.
직렬, 병렬에서의 콘덴서
저항의 직렬 = 콘덴서의 병렬
저항의 병렬 = 콘덴서의 직렬
이렇게 이해하면 쉽습니다.
직렬 저항 및 콘덴서 계산
저항이 직렬 계산 => 5k + 1k = 6k
콘덴서의 직렬 계산 => (100uF * 200uF) / (100uF + 200uF) = 200uF/3 = 66.666uF
병렬 저항 및 콘덴서 계산
위 사진 좌측 저항이 병렬 계산 => (5k * 1k)/(5k + 1k) = 833.333옴
회로 설계 중 사용되는 소자에 대해 알아보려고 합니다. 그중 가장 많이 사용되는 소자가 저항 또는 캐패시터 입니다.
이번엔 저항에 대해 알아보도록 하겠습니다.
저항의 사용 용도
1. 전압이나 전류를 낮추고자 할 때
2. 변화하는 전압이나 전류를 얻고자 할 때
3. 적당한 시정수를 얻고자 할 때
4. 주파수가 변화하여도 항상 일정한 저항이 필요할 때
5. 다른 회로와의 결합을 막고자 할 때
6. 음질을 개선할 때
7. 적당한 전압이나 전류를 공급하고자 할 때
8. 댐핑이 필요할 때
9. 주파수 대역폭을 넓히고자 할 때
10. 위상을 조절하고자 할 때
* Volt의 전압이 공급되고 있을 때 1Ampare(암페어)의 전류를 흐르게 하는 정도의 저항을 1옴 이라 한다.
( V= IR 옴의법칙 사용)
정격전력 = 전류를 공급했을 때 저항기가 견딜 수 있는 소비전력(Watt)을 말하며 I^2*R 으로 계산된다.
이 소비전력 이하의 저항을 사용하면 저항기가 많은 열을 발생하게 되고 결국 타버리는 경우가 흔히 있다. 전자회로에서의 신호회로는 1/8W로도 충분하지만, 전원회로, 발광 다이오드의 전류 제어용과 같은 저항기에는 큰 전류가 흐르기 때문에 정격전력을 염두해야 한다.
저항의 종류 및 저항값 읽는 방법
(1) 탄소 피막 저항
1/8, 1/4, 1/2 W 저항
- 가장 일반적이고 저가격의 저항기 이다. 저항 값의 오차는 ±5% 이 많으며, 정격전력으론 1/8, 1/4, 1/2 와트의 저항기가 많으며 잡음이 심하다.
* 1/8 일수록 저항 사이즈는 더 작다.
(2) 금속 피막 저항
1W, 2W 저항
- 탄소계 저항기보다 오차가 적은 높은 정밀도의 저항 값이 필요한 경우에 사용 된다. 오차는 ±0.05% 정도의 것도 있으나, 일반적으로 ±1% 를 써도 무방하다. 용도는 브릿지 회로 등 저항 값의 오차가 회로의 성능에 크게 영향을 미치는 경우 사용된다.
(3) 권선 저항
- 선의 길이를 조정하여 정밀한 저항 값을 얻고 있다. 굵은 선재를 이용하여 대전력용의 저항기를 만들 수 있다. 결점으로는 선을 절연체에 코일형태로 감아 붙이기 때문에, 주파수가 높은 회로에는 사용 할 수 없다. 세라믹 케이스에 삽입하여 특수한 시멘트로 굳힌 시멘트 저항으로도 사용된다. 전력은 1W~ 수십W 까지 다양하다
(4) 가변 저항
- 일반적으로 볼륨 이라고 부르기도 한다. 라디오 등 음량조정과 같이 저항 값을 바꿀 수 있는 것과, 전자회로에서 부품의 오차에 의한 조정을 해야 하는 경우에 사용된다.
(5) 칩 저항
- 소형으로 되어있어 PC 및 이동체 제품에 많이 사용된다. 소비전력은 1/16W ~ 1W 정도 까지이며 오차범위는
AVR, nxp, 마이크로(pic), ST(STM), TI, 도시바 등등 MCU 회사는 엄청 다양하다. 난 이중 한 회사를 선정하여 MCU를 공부하고자 하였다.
물론 당근이에 질문을 올리고 잘못되었다는 걸 확연히 깨달았다.
매일 공부하면서 배워가는 게 엔지니어의 운명이다. 업무시간의 절반 이상을 공부하는 데 사용한다는 말도 있을 정도로 파도 파도 다 깨우치지 못하는 게 MCU이다.
최근 트렌드는 ST계열 쪽이 인기가 많다
난 기존까지 AVR를 사용해왔는데 지금은 구식이 되어 잘 사용하지도 않는다. 물론 잘 사용하지 않을 뿐이지 내가 AVR MCU를 선정하겠다 생각하면 할 수 있다. 여러 상황 (MCU 가격, 성능 등등)을 고려하여 고를 땐 지금 AVR은 한물갔고 ST 또는 TI가 인기가 많다.
그래서 난 STM을 공부하기로 했다. 어차피 AVR이나 STM이나 레지스터는 비슷하기 때문에 AVR을 먼저 마스터하면 STM을 금방 습득할 수 있다.
다시 한번
엔지니어에게 공부가 없으면 미래는 없다.
매년 새로운 MCU가 개발되면서 많이 사용되는 MCU로 갈아타기 때문에 계속 공부를 해야 한다.
대기업에서 ST 제품을 사용 -> ST사 MCU대량생산 -> 가격 다운 -> 여러 중소기업에서 적은 비용으로 MCU를 구매하여 다양한 제품 개발
보통 이런 식의 방향으로 MCU흐름이 진행되는 것 같다.
계속 공부하고 배우면서 더 고성능의 제품을 개발하자!
추가적으로 적자면
ST사의 MCU를 한다면 ST사의 테스트 보드 및 키트를 하나 구매한 뒤 책 보고 모두 따라 해 보면 점점 익숙해질 것이다.
