커패시터(Capacitor)

커패시터

커패시터는 전계에서 충전,방전 함으로써 소자를 가로지르는  전압의 변화를 억제하는 소자입니다.

오른쪽 그래프는 커패시터 양단의 전압을 나타냅니다.
충전전압은 약 63% 까지는 급격히 충전하다가 이후는 서서히 충전하게 됩니다.
방전전압은 약 37% 까지는 급격히 방전하다가 이후는 서서히 방전하게 됩니다.
급격히 충전또는 방전하는 시간을 시정수를 통해 구할 수 있습니다.  
시정수(타우)는 C(캐패시터) x R(저항) 입니다. 시정수는 최대 전압 백분율의 약 63%가 되는 시간입니다.
C와 R 값이 클수록  충전시간이 길어지고
C와 R 값이 작을수록 충전시간의 짧아집니다.

인덕터와의 차이는 인덕터는 전류의 흐름과 연관이 많고 커패시터는 전압과 연관이 많다는것이지요
커패시터는 인덕터 보다 많이 사용됩니다.

 

커패시터 역할

커패시터의 역할은 아래와 같습니다. 
1. 전압이 변화하는곳에 달면 전압에 서서히 증가하거나 감소하는 역할을 하게됩니다. 
   앞서 인덕터와 비슷한 역할을 합니다.
2. 충방전 시간을 이용한 Delay 또는 Reset 회로에 사용됩니다. 
   완전히 방전된 핸드폰에 충전기를 꽂으면 켜지는데 키를 몇ms 동안 누른 효과를 줄수 있죠
   모든 microprocess는 Reset을 해주어야 하는데 이때 사용할 수있습니다. 
   (reset: 전원입력후 Reset 핀이  Low 인상태에서 몇개 클럭이 들어오면 mcu가 초기화됨)
3. High Pass Filter(HFP) 또는 Low Pass Filter(LPF)로 신호를 걸러내기.
   카세트 EQ(이퀄라이즈) 기능과 같습니다.
4. Bypass Capacitor :  
                    빠르게 움직이는 신호(고주파)를 충방전시 따라갈 수 없게 해 Noise를 소거시키는 커패시터
5. Coupling Capacitor : 
                    직류전압을 막고 신호만 전달하는 커패시터

커패시터는 전압을 충방전 하는 소자 이며 충방전시간을 응용하여 다양한 회로를 구성할 수 있습니다.

신호와 커패시터의 관계

커패시터는 전계에너지를 충전하는 소자이며 충전을 하기 위해 전류가 흐릅니다.
그러나 충전이 끝나고 나면 전류를 흘리지 않습니다. 
물이 높은곳에서 낮은 곳으로 흐르듯이 전류도 마찬가지 이지요.
커패시터가 직류는 차단하고 교류를 통과시키다는 말을 들었을겁니다.
위의 설명과 같이 직류일 경우 충전이 끝나면 전류를 흘리지 않기 때문에 차단이 됩니다.
교류의 경우는 입력신호에 따라 커패시터가 충방전을 계속하기 때문에 신호가 통과 된다고 하는것입니다.
커패시터가 클경우 높은 주파수신호가 들어오면 커패시터가 충방전속도가 느리기 때문에 높은 주파수 신호가 차단되고
충반전속도만큼 동작하는 주파수는 잘 전달이 되겠지요
반대로 커패시터가 작을 경우 높은 주파수 신호가 들어오면 커패시터의 충방전 속도가 빠르기 때문에 높은 주파수 신호가 잘 전달이 되게 됩니다.
결국 커패시터는 직류는 차단하고 교류는 잘 통과하는 소자가 되게 됩니다.

커패시터는 다른 소자와 달리 폭발할 수 있기 때문에 주의 하셔야 합니다.
극성이 없는 커패시터의 경우 상관이 없습니다.
커패시터중 일부 극성이 있는 커패시터가 있습니다. 대표적인것은 전해 커패시터입니다.
극성이 있는경우는 반드시 + ,-  극에 맞게 연결해 주셔야 합니다.
오른쪽 그림의 흰색 부분이 - 를 의미합니다.

커패시터가 폭발하는 경우는 아래와 같습니다.
1. 내압이 맞지 않을때 입니다.
   예를들어

      1000uF 50V

   1000uF는 용량을 나타내며 50V는 내압 즉 견딜 수 있는 전압을 표시하게 됩니다.   
   만약 기준 내압이상으로 커패시터에 전압이 들어가게 되면
   커패시터의 온도가 올라가서, 결국 전해질로 사용되는 액체가 끓게 되어 커패시터가 배가 부르게 됩니다.
   오버되는 전압이 높으면 높을수록 빨리 나타납니다.

   보통 인가되는 전압의 3배 이상의 내압을 가지는 커패시터를 사용합니다.
   5V를 사용하는 회로에서는 15V 이상을 사용하시면 됩니다.

2. 극성이 맞지 않을때 입니다..
   극성이 맞지 않았을때도.. 내압이 맞지 않을때와 비슷한 현상이 일어나는데요..
   그 증상이 나타나는 시간이 내압이 맞지 않을때 보다 빨리 나타납니다.


실험하실때에는 주의 하셔야 합니다.