1. 명칭
캐패시터란? 흔히 캡이라고 알려져있다. 이전에는 콘덴서라고도 부르기도 했다.
2. 역할
DC전원에 캐패시터를 병렬로 연결하면 전하를 축적하며, 전원과 연결이 끊어진 후에도 전위차가 한동안 유지된다. 캐패시터는 이런 방식으로 소형 충전식 배터리처럼 에너지를 저장하고 방전할 수 있다. 캐패시터는 여러 전자회로에서 타이밍을 조절하는 부품으로 주로 사용한다.
캐패시터는 또한 DC 전류에 섞인 펄스, 전지적 '잡음', 교류전류, 오디오 신호, 기타 파형을 차단하는데 사용될 수 있다. 캐패시터의 이런 기능 때문에 전원공급기에서 제공되는 출력전압을 평탄하게 만들 수 있고 신호의 스파이크를 제거하여 디지털 회로의 부품들이 허위로 작동되지 않게한다. 또한 오디오 회로에서 주파수 응답을 조절할 수 있으며 DC 전류로부터 보호해야하는 분리된 부품 또는 회로 부품을 커플링 시킬 수 있다.
3. 작동원리
가장 단순한 캐패시터는 2개의 판으로 이루어져 있으며, 각 판에는 단자가 붙어있어 DC 전원에 연결된다. 2개의 판은 유전체라고 불리는 얇은 절연층으로 분리되어 있다. 유전체는 일반적으로 고체나 페이스트 형태로 되어있지만 액체, 젤, 기체, 진공의 형태로도 가능하다.
대부분의 캐패시터에서 사용하는 극판은 얇은 금속 필름이나 메탈릭 플라스틱 판으로 되어있다. 부품의 크기를 최소화하기 위해 판을 돌돌 말아 작은 원통형 패키지로 만들거나 여러개의 평평한 판을 여러겹으로 쌓는다. 전원공급기에서 전자는 전원의 음극과 연결된 판으로 이동하고 다른 극에서부터 온 전자를 물리치는 경향이 있다.
4. 다양한 유형
캐패시터에서 가장 흔한 패키지는 원통형,디스크형,그리고 표면 실장형이다.
1.원통형 캐패시터
: 동축 리드 또는 래디얼 리드를 가지고 있다. 래디얼 리드 형태의 캐패시터가 회로기판에 쉽게 삽입될 수 있으므로 더 많이 사용된다. 캐패시터는 흔히 작은 알루미늄 캔으로 포장하고 한쪽 끝을 밀봉한다. 그리고 다른 쪽 끝을 절연체 원판으로 막은 후 얇은 절연 플라스틱으로 감싼다.
2.디스크 캐패시터
: 일반적으로 절연 세라믹 화합물 케이스로 포장하고 래디얼 리드 형태로 되어있다. 현대식 소형 세라믹 캐패시터는 에폭시에 담그거나 직사각 태블릿 형태로 제작하는 경우가 많다.
3.표면 실장형 캐패시터
: 사각이나 직사각형으로 각각 길이가 수 mm이며 2개의 전도성 패드 또는 접점이 양쪽 끝에 위치한다. 모양은 표면 실장형 저항기와 거의 동일하다. 표면 실장형으로 제작된 캐패시터 중 캐패시턴스가 큰 캐패시터는 크기가 상대적으로 크다.
5. 주요 유형
1.전해 캐패시터
: 상대적으로 저렴하고 크기가 작으며 고용량 제품도 출시되어 있다. 이러한 특성때문에 전해 캐패시터는 가전제품 특히 전원공급기에서 널리 사용되고 있다. 전해 캐패시터의 용량은 주기적으로 전압을 가함으로써 충전된다. 캐패시터 내부의 액체형 페이스트는 전압이 가해졌을 때 유전체의 성능을 좋게 하기 위한 것이지만 몇 년 정도 사용하면 말라버릴 수 있다. 전해 캐패시터를 10년이상 보관한 후 사용한다면 캐패시터에 전원을 가했을 때 회로 단락이 발생할 가능성이 있다.
2.무극성 캐패시터
: 단일 패키지에 2개의 전해 캐패시터를 직렬로 연결한 형태로 되어 있다. 이 조합에서는 서로 반대의 극성이 마주 보고 있어 신호의 전압이 0VDC 이상 또는 이하로 요동 칠 때 사용할 수 있다.
3.탄탈륨 캐패시터
: 크기가 작지만 상대적으로 비싸고 전압 스파이크에 취약하다. 탄탈륨 캐패시터는 극성을 잘못 연결하는 경우에도 대단히 민감하다. 보통 탄탈륨 캐패시터는 전해 캐패시터처럼 작은 알루미늄 캔에 넣지 않고 에폭시에 담그는 방식으로 제조된다.
4.플라스틱 필름 캐패시터
5.단층 세라믹 캐패시터
: 흔히 바이패스용으로 많이 사용되며 고주파 또는 오디오 작업에 적합하다. 단층 세라믹 캐패시터의 값은 온도에 그다지 안정적이지 않지만 NPO형은 상당히 안정적이다.
6. 주의사항
캐패시터에서 가장 흔하게 발생하는 문제는 수명과 관련한 성능저하, 유도 리액턴스, 비선형 응답, 저항률, 과도한 전류 누설, 그리고 유전체의 기억 효과이다. 특정 휴형의 캐패시터를 사용하여 여러 구성을 할 때는 제조업체의 데이터시트를 주의 깊게 살피도록 한다.
1. 극성의 잘못된 연결
: DC 전원 근처에서 유극 캐패시터를 잘못된 방향으로 연결할 경우 실질적으로 저항이 없는 상태가 된다. 아주 높은 전류를 일으킬 수 있고 캐패시터나 회로 내의 기타 부품을 망가뜨릴 수도 있다. 탄탈륨 캐패시터의 극성을 확인하지 못하면 대단히 위험한 결과를 낳을 수 있고 전류에 따라 폭발할 위험도 있다.
2. 전압 과부하
: 캐패시터의 DC 동작전압을 넘기면 유전체가 파손될 위험이 있으며 스파크 또는 아크방전이 일어나 회로 단락이 형성될 수 있다. 캐패시터를 직렬 또는 병렬로 연결할 때 이상적으로는 각 캐패시터의 정격전압이 같아야 하며 전원공급기의 전압보다 낮아서는 안 된다. 탄탈륨 캐패시터는 전류 스파이크에 의해 쉽게 손상되며 전류 스파이크는 최대 동작전압을 넘는다. 또한 인덕턴스 때문에 고주파 커플링에는 적합하지 않다.
3. 누설
: 전해 캐패시터에서는 특히 전하 누설이 발생하기 쉽다. 따라서 시간이 오래 걸리는 전하 충전에는 적합하지 않다. 이 경우에는 폴리프로필렌이나 폴리스티렌 필름 캐패시터를 사용하는 것이 좋다.
4. 유전체 메모리 효과
: 유전 흡수 라고도 한다. 이 현상은 캐패시터의 전해질이 캐패시터가 방전되고 회로에서 연결이 귾어지고 난 이후에도 이전 전압의 일부를 표시하는 현상이다. 단층 세라믹 캐패시터에서 특히 이런 문제가 발생된다.
5. 전해 캐패시터의 문제
: 전해 캐패시터는 유도 리액턴스가 높고 정밀 허용오차를 갖는 제품이 드물다. 특히 오래 사용할 경우 상당히 심하게 훼손된다. 다른 부품들은 오래 저장할 수 있고 사용 기간도 상당히 길지만 전해 캐패시터는 그렇지 않다.
6. 열
: 대형 캐패시터가 등가직렬저항을 갖는다는 뜻은 사용 중에 상당한 전력을 열로 방출한다는 것이다. 리플전류 역시 열을 발생시킨다. 캐패시터의 성능은 온도 증각에 따라 변화하며 전해 캐패시터의 일반적인 최대 부품 온도는 섭씨 85도 이다.
7. 진동
: 진동이 심한 환경에서 전해 캐패시터는 캐패시터 클램프라고 하는 장치를 이용해 제 위치에 고정시켜 보호해야 한다.
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