캐패시터와 콘덴서의 이해 종류, 규격, 용량의 해석

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1. 캐패시터란 무엇인가?

캐패시터(축전기)는 전기를 저장하는 전자 부품으로, 회로 내에서 다양한 역할을 수행합니다.

대표적으로 직류 전류 차단, 교류 전류 통과, 에너지 저장, 신호 필터링 등의 용도로 사용되며 이러한 구조는 기본적으로 두 개의 금속 전극판과 이를 절연하는 유전체(절연체)로 이루어져 있습니다.

캐패시터는 전압을 걸어주면 전극판 사이에 전하가 축적되며, 이 과정에서 순간적으로 전류가 흐릅니다.

직류에서는 전하가 축적되면 더 이상 전류가 흐르지 않으나, 교류에서는 전극의 극성이 계속 바뀌므로 전류가 흐를 수 있습니다.

캐패시터의 용량은 패럿(Farad, F)로 표현되며, 일반적으로 매우 작은 용량을 나타내기 위해 μF(마이크로 패럿), nF(나노 패럿), pF(피코 패럿)가 사용됩니다.

1μF=1000nF=1,000,000pF

캐패시터의 표면에는 3자리 숫자로 용량이 표기되며 이는 피코 패럿(pF)을 기준으로 작성되며, 앞의 두 자리는 기본 숫자, 마지막 한 자리는 승수(10의 제곱)를 나타냅니다.

캐패시터는 유전체(절연체)와 전극의 재질, 구조에 따라 다양한 종류가 있으며, 각각의 용도와 특성이 다릅니다.

다음은 주요 캐패시터의 종류와 그 특징을 자세히 알아보겠습니다.

특징
- 유전체로 얇은 산화막을 사용하며, 전극은 알루미늄.
- 상대적으로 큰 용량(1μF~수천μF)을 제공.
- 극성이 있어 +극과 -극을 정확히 연결해야 함.
- 가격이 저렴하고 대량 생산 가능.
- 고주파 특성이 좋지 않아 고주파 회로에는 부적합.
용도
- 전원 평활 회로: 교류를 직류로 변환하는 과정에서 리플 전압을 줄이기 위해 사용.
- 저주파 바이패스: 저주파 성분을 접지(GND)로 보내 회로를 안정화.
주의사항
- 극성을 잘못 연결하거나 내압(Voltage Rating)을 초과할 경우 캐패시터가 파열될 위험이 있음.
- 외부에 표시된 최대 전압과 극성 마크를 확인해야 함.

특징
- 전극으로 탄탈륨(Tantalum) 금속을 사용.
- 알루미늄 전해 캐패시터보다 우수한 온도 및 주파수 특성.
- 작은 크기로도 비교적 큰 용량(수십 μF) 가능.
- 신뢰성과 정확도가 높아 용량 오차가 작음.
- 극성이 있으며, 주로 +극에 기호가 표시됨.
용도
- 고정밀 회로: 온도 변화가 민감하거나 신호 왜곡이 적어야 하는 회로.
- 휴대기기 및 고주파 회로: 소형 설계가 필요한 디지털 기기에서 흔히 사용.
주의사항
- 알루미늄 전해 캐패시터와 동일하게 극성을 반드시 준수해야 하며, 잘못 연결 시 손상될 수 있음.
- 알루미늄 전해 캐패시터에 비해 가격이 높음.

특징
- 전극 간 유전체로 세라믹(티탄산 바륨, BaTiO₃ 등)을 사용.
- 극성이 없으며, 양방향으로 전류를 연결 가능.
- 인덕턴스(코일 성질)가 적어 고주파 특성이 우수함.
- 용량은 일반적으로 수십 pF에서 1μF까지로 작음.
- 소형이며 저렴.
용도
- 고주파 바이패스: 고주파 잡음을 제거.
- 노이즈 필터링: 디지털 회로에서 불필요한 고주파 성분 차단.
- 소형화 회로: 크기가 작아 PCB 실장 시 공간 절약 가능.
종류
- 원반형 세라믹: 비교적 낮은 용량, 고주파 성능이 우수.
- 적층 세라믹(Multilayer Ceramic Capacitor, MLCC):
  - 고유전율 세라믹을 다층 구조로 쌓아 높은 용량 제공.
  - 온도 안정성과 주파수 특성이 매우 우수하여 디지털 회로에 최적화.

특징
- 유전체로 폴리에스테르, 폴리프로필렌 등의 필름을 사용.
- 극성이 없으며, 넓은 온도 범위에서 안정적.
- 용량 범위는 수십 nF에서 수 μF까지로 중간 크기.
- 구조가 단순하여 전기적 특성이 안정적이고 신뢰성이 높음.
용도
- 오디오 회로: 왜곡 없는 깨끗한 신호 전달이 필요할 때.
- 저주파 필터: 100kHz 이하의 신호 처리에 유용.
- 타이밍 회로: 일정 시간 지연을 구현하는 회로.
종류
- 폴리에스테르 필름(Mylar): 저렴하지만 정밀도가 낮음.
- 폴리프로필렌 필름: 고정밀 회로에 사용되며 온도 변화에 강함.

특징
- 초대용량 캐패시터로 0.47F0.47F0.47F 이상의 용량을 제공.
- 매우 높은 에너지 밀도를 가지며, 배터리와 유사한 특성.
- 전원 회로에서 순간적인 에너지 저장과 방출 가능.
- 극성이 있으며, 직경과 높이가 작아 소형화 가능.
용도
- 백업 전원: 단시간 동안 전원을 유지하는 데 사용.
- 에너지 저장: 재생 가능 에너지 시스템(태양광, 풍력 등)에서 활용.
- 순간 전력 공급: 높은 전력 피크를 처리.
주의사항
- 전류가 급격히 유입될 경우 손상 가능하므로 보호 회로 필요.
- 내압과 용량을 초과하지 않도록 관리.

마일러 캐패시터
- 폴리에스테르 필름 사용.
- 저렴하고 간단한 회로에 적합.
- 오차 범위 ±5%~±20%로 정밀도가 낮음.
가변 캐패시터
- 용량을 조절할 수 있는 구조.
- 라디오 주파수 조정 회로 등에 사용.
- 나사가 리드선과 연결되어 있어 접지에 주의해야 함.
스티롤 캐패시터
- 폴리스티렌 필름 사용.
- 인덕턴스가 크며 고주파에는 부적합.
- 저주파 필터와 타이밍 회로에 사용.

각 캐패시터의 특성과 용도는 회로의 요구 사항에 따라 다릅니다.

캐패시터를 선택할 때는 용량, 내압, 온도 특성, 주파수 응답 등을 종합적으로 고려해야 합니다.