1. 인덕터의 명칭
인덕터란? 저항, 캐패시터와 함께 교류 회로에서 자체 인덕턴스를 생성하는 목적으로 사용되는 코일을 지칭한다.
초크는 인덕터의 한 형태이다. 코일의 목적은 자기장에 반응하는 다른 부품을 끌어 당기거나 밀치는 것이다.
2. 인덕터의 역할
인덕터는 특정한 용도를 가진 코일을 지칭하는 용어로, 이 코일에 전류를 흘리면 코일 자체 또는 코일이 감고 있는 코어에 자기장이 유도된다. 인덕터는 AC 전류 또는 AC 주파수 범위를 차단하거나 재조정하는 회로에서 사용되며 이때 단순한 라디오 수신기나 다양한 유형의 진동자들을 조정 할 수 있다. 또한 유해한 전압 스파이크로부터 민감한 장치들을 보호할 수 있다.
3. 인덕터의 작동원리
직류 전류가 전도체를 통과하면 도체 주위에는 자기장이 형성된다. 양에서 음으로 흐르는 전류가 반듯한 도선을 통해 왼쪽에서 오른쪽으로 흐르고 있다(자기력은 통상적으로 남쪽에서 북쪽으로 흐른다).
4. 다양한 유형
인덕터는 철심의 재질이나 모양, 단자의 형태, 외부마감 등으로 유형을 구분할 수 있다.
기능상으로는 두 가지 유형, 가변 인덕터와 페러라이트 비드로 구분할 수 있다.
1. 자기코어
: 자기코어는 얇은 절연 재질을 입힌 철판 또는 철강 또는 결합제를 섞은 철가루, 니켈, 아연, 망간 등을 혼합하여 얻은 페라이트 화합물로 만든다. 철심 투자율은 공기 투자율의 최소 천배 가량이며 일부 페라이트 재질은 만배까지 이르기도 한다.
자기코어의 단점은 히스테리시스다. 히스테리시스란 중간의 철심이 교류전류가 양에서 음으로 방향을 바꾸는 주기동안 자기장을 기억하는 상태로 남으려는 경향을 말한다. 이 잔여 전기장은 다음번 AC 전류의 양 펄스를 통해 극복되어야 한다. 중앙의 코어가 자기 극성을 유지하려는 경향을 보자성이라고 한다. 철심은 특히 보자성이 강하다.
일부 자기 코어의 또 다른 단점은 코일의 자기장에 의해 맴돌이 전류가 유도되는 문제가 있다는 점이다. 맴돌이 전류는 코어를 통해 순환하려는 경향이 있으며 폐열을 발생시켜 효율을 감소시킨다. 특히 코일에 흐르는 전류가 높을 때 더욱 그렇다. 철이나 철강으로 코어를 제작하고 절연체로 만든 얇은 막으로 분리할 경우 맴돌이 전류를 억제할 수 있다. 히스테리시스와 맴돌이 전류는 모두 AC 사이클에서 에너지 손실을 유발한다. 따라서 이러한 손실은 AC의 주파수가 증가할 때 선형적으로 증가한다. 결과적으로 문제가 있는 인덕터 코어는 고주파수에 적합하지 않다.
2.비자기코어
: 자기 코어에 의한 문제를 피하기 위해 비자기 코어를 이용하는 코일을 사용할 수 있다.비자기 코어로는 공기,세라믹,플라스틱 등이 있다. 세라믹과 플라스틱 코어의 투자율은 공기와 비슷하다. 비자기 코어가 들어있는 인덕터는 맴돌이 전류와 보자성 문제가 없지만 같은 인덕턴스를 갖는 자기 코어 인덕터보다 크기가 훨씬 커야 한다. 초창기의 라디오 수신기의 경우 라디오 주파수를 조정하는 공기 코어 코일은 반경이 수 인치나 되었다.
3.가변 인덕터
: 가변 인덕터는 인덕터의 가운데를 관통하는 자기 코어에 조절 가능한 나사산을 붙여 제작한 것이며 흔히 볼 수 있는 부품은 아니다. 가변 인덕터의 인덕턴스는 코일의 개방된 중앙을 관통하는 자기 코어의 부분이 커질수록 증가한다.
4.페라이트 비드
: 일반적인 인덕터는 코어 주위로 도선을 감는 구조지만 페라이트 비드는 비드의 가운데 구멍을 통해 도선이 움직이는 형태로 되어 있다.
5.토로이드 코어
: 막대 모양 코어에서 생성되는 자기 회로는 막대의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 이어지는 자기력 선을 따라 공기를 통과하며 완결 구조를 갖는다. 공기는 투자율이 낮기 때문에 이 같은 구조는 효율이 좋지 않다. 이와는 대조적으로 토러스는 코어의 내부에 자기 회로를 완결한다. 이러한 구조는 효율을 상당히 증가시킨다. 또한 토로이드 인덕터는 자기장이 잘 새어나가지 않기 때문에 누설자기 효과를 염려할 필요가 없다.
6.자이레이터
: 자이레이터는 소규모 네트워크로 간혹 실리콘 칩에 포함되며 저항,반도체,캐패시터를 이용하여 코일 기반 인덕터의 기능을 전부는 아니지만 일부 구현한다.자이레이터는 자기 효과가 유도되지 않으므로 코어에 감긴 코일에서 발생하는 포화나 히스테리시스 같은 문제를 전혀 일으키지 않는다. 또한 역기전력도 발생하지 않는다. 자이레이터는 단순히 신호를 약화시킨 후 리액턴스를 서서히 낮춰 인덕터의 기능을 흉내 내는 것이다.
5. 인덕터의 사용법
인덕터의 인덕턴스는 전류가 증가하면서 최대치에 도달하고 이후 서서히 감소하기 때문에 인덕터는 고주파수를 차단하거나 감쇠시키는 장치로 이용할 수 있다.이런 회로를 저대역 필터라고 한다. 가장 기본적인 응용으로는 확성기 시스템에서의 크로스오버 회로로 고주파 신호가 저주파 드라이버에 의해 차단되어 고주파 드라이버로 흘러가게 된다.
1.코어의 선택
: 공기 코어 인덕터는 상대적으로 인덕턴스가 낮다. 그이유는 공기의 낮은 투자율 대문이다. 그러나 GHz에 이르는 높은 주파수 대역에서도 동작할 수 있으며 높은 피크 전류도 수용할 수 있다. 철심을 넣은 인덕터는 인덕터에 흐르는 AC 주파수가 증가함에 따라 히스테리시스와 맴돌이 전류로 인한 전력 손실 문제를 발생시킨다. 결론적으로 말하면 철심을 넣은 인덕터는 10KHz 이상의 주파수에 적합하지 않다.
2.소형화
: 작은 크기의 제품을 만들 대는 회로기판에 나선을 새김으로써 작은 값의 인덕터를 만들 수 있다. 이런 방법으로 집적회로 칩에 인덕터를 포함시킬 수도 있다. 그러나 휴대전화와 같은 소형 기기에서는 앞에서 설명한 바와 같이 자이레이터로 코일을 대체하여 사용하는 것이 보다 보편적이다.
6. 인덕터의 주의사항
1.현실 세계의 결함
: 이론적으로 이상적인 인덕터는 저항이나 캐패시턴스가 없고 에너지 손실이 발생하지 않는다. 그러나 실제로 인덕터는 저항과 캐패시턴스를 모두 가지며 전기적 소음을 발생시키고 전기 소음을 흡수하기도 한다. 인덕터는 누설자계를 생성하는 경향이 있으며 저항이나 캐패시터를 다룰 때보다 더 골치가 아프다. 기생용량은 인접한 코일 사이에서 발생한다. 기생용량은 높은 주파수에서 더욱 크기가 커지며 궁극적으로는 코일이 자기공명을 이으키게 한다. 이러한 문제를 해결하지 위해 코일의 기하학적 모양과 코어 재질을 적절히 선택해야한다. 인덕터를 사용하기 어렵거나 지나치게 비쌀 경우 자이레이터가 대안이 될 수 있다.
2.포화
: 인덕턴스는 코일에 흐르는 전류 증가에 다라 증가하지만 자기 코어를 사용하면 코어가 자기적으로 포화되는 순간 인덕턴스의 증가에 영향을 기치지 않는다. 다른 말로 하면 코어 안에 임의로 분포되어 있던 모든 자기 구역이 자기장과 나란한 방향으로 늘어서도록 유도된다면 코어는 더 이상 자화되지 못하고 인덕턴스에 기여하는 것을 멈추게 된다. 코어가 포화 수준에 접근하면서 자화를 거스르는 데 더 큰 에너지가 필요하기 대문에 히스테리시스가 증가하게 된다. 포화에 대한 해결책으로는 코어의 크기를 키우거나 전류를 낮추거나 권선 횟수를 적게 하거나 투자율이 낮은 코어를 사용하는 것 등이다.
3.RF 문제
: 라디오 주파수는 인덕터의 효율을 저하시키는 다양한 문제를 일으킨다. 표피효과는 높은 주파수의 AC 전류가 주로 도선의 표면으로 흐르려고 하는 경향을 말한다. 근접효과는 도선에서 발생한 자기장이 인접한 코일에 맴돌이 전류를 유도하려는 경향을 말한다. 이러한 문제들로 인해 코일의 실효정항이 증가한다. 이런 문제를 해결하기 위해 여러가지 모양의 코일이 개발되었으며 기본적으로 알아두어야 할 사실은 RF용으로 제작된 코일은 RF용으로만 사용해야 한다는 것이다.
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