2021. 8. 10. 21:19ㆍ카테고리 없음
안녕하세요. 오늘은 캐패시터 / 축전기 에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
늘 그랬듯이 축전기의 원리보다는 실제 회로에서 어떻게 사용될 수 있는지, 개념적으로 이해하고 가는 것을 우선적으로 설명하도록 하겠습니다. 캐패시터는 일상적인 회로에서 거의 필수적으로 쓰인다고 볼 수 있는 소자입니다. 캐패시터의 종류는 굉장히 다양하지만 every circuit에서 사용되는 커패시터는 전해 커패시터라고 이해하시면 되겠습니다. 캐패시터는 전기 용량을 에너지로 저장하는 장치를 의미합니다. 그럼 "배터리랑 무슨 차이가 있지?"라고 생각하실 수가 있으실텐데요. 배터리에 대비해서 아주 큰 이점을 가지는 부분이 있습니다. 바로 매우 "빠르게 충/방전이 가능" 하다는 부분입니다. 다만 배터리 대비 단점은 에너지 밀도에 있습니다. 동일 면적에 배터리가 훨씬 더 많은 에너지를 저장할 수가 있죠. 각각의 장단점이 있기에 각각 용도에 맞게 사용될 수 있는 것이겠죠? 자, 이러한 캐패시터의 특성이 실제 회로 상에서 어떻게 유용하게 사용될 수 있는지 살펴보도록 하겠습니다.
아래와 같은 회로를 한 번 살펴보겠습니다. 3V 전원에 LED, 스위치를 직렬로 연결했고 LED에는 병렬로 축전기를 연결해두었습니다. 스위치를 닫는 순간, LED는 점등이 되는데요. 이 때 축전지에 어떤 변화가 생기는 지 한 번 보겠습니다.
축전지에 생기는 전압의 변화를 관찰하기 위해, 아래 그림과 같이 축전지에 전압계를 장착해 보도록 하겠습니다.
스위치를 닫는 순간!
그림과 같이 축전지의 전압이 3V로 올라가게 됩니다. 즉 3V 전압이 LED에만 걸리는 것이 아니라 축전지에도 충전이 되는 것이죠. 그리고 이 회로에서 스위치를 열어보도록 하겠습니다.
3V에서 서서히 전압이 낮아지는 것을 볼 수 있습니다. 이 전압이 낮아지는 이유는 무엇일까요? 바로 축전지가 저장해놨던 전기 용량을 방전시키면서 LED를 점등시키는 데에 사용되는 것입니다.
즉, 축전지 유무에 따른 차이를 비교해보면 아래와 같다고 볼 수 있습니다.
- 축전지가 없을 때 : 스위치를 오픈하는 즉시 LED가 꺼짐
- 축전지가 있을 때 : 축전지로 인해 LED 불빛이 남아있으며 점점 흐려지다가 꺼짐 (FADE OUT 효과)
자, 그럼 조금 더 실제에 가까운 회로 시스템에서 축전지의 역할을 한 번 알아보시죠.
자, 위의 회로는 지난 번 정류기 포스팅에서 보여드렸던 회로입니다. 위 회로는 교류 전원을 다이오드 배치를 활용하여 직류로 변경 후 LED로 인가하는 회로이고, 최우측에 캐패시터가 장착되어 있는 것을 보실 수가 있죠. 이 회로에서 캐패시터는 어떤 역할을 할까요?
교류전원으로 인해 +/-극이 변경되고 있는 전원에서는 전압이 0이 되는 경우가 발생합니다.
여기서 캐패시터가 없었다면 전류가 0이 되는 시점에 LED가 소등되게 됩니다. 즉, LED가 중간중간 깜빡 거리는 순간(Flashing)들이 발생한다는 것이죠. 여기서 캐패시터를 장착해주게 되면, 전압이 끊기는 순간 캐패시터가 저장해둔 전기 용량을 방출시키면서 LED가 지속 점등 될 수 있도록 도와주는 것이죠. 이것을 캐패시터의 용도 중 아주 흔히 쓰이는 "smoothing", 한국말로는 "평활"이라고 합니다.
오늘은 캐패시터 기초 및 smoothing에 대해서 알아보았습니다. 캐패시터의 발전된 다양한 기능과 실제 회로에서 사용되는 방식들은 추후 포스팅에서 다룰 수 있도록 하겠습니다.