커패시터에 대한 자세한 기본 사항

1. 정의

커패시터는 전기장에서 에너지를 저장하고 방출하는 데 사용되는 전기 부품입니다. 단자에 전압이 가해지면 전도체(판) 사이에 전기장이 형성되어 커패시터가 에너지를 저장할 수 있습니다.

 

용량의 단위는 패럿(F)입니다. 실제 응용에서는 마이크로패럿(μF), 나노패럿(nF), 피코패럿(pF)과 같은 더 작은 단위가 더 일반적으로 사용됩니다.

 

2.작동원리

커패시터는 유전체라고 불리는 절연 물질로 분리된 두 개의 전도성 판으로 구성됩니다. 판에 DC 전압을 가하면 한 판에 전자가 축적되어 음전하를 띠고 반대쪽 판에서는 같은 수의 전자가 제거되어 양전하를 띕니다.

 

이러한 전하 분리는 유전체 내에 전기장을 생성합니다. 커패시터는 이 전기장에 에너지를 저장하고 전압이 가해지고 방전 경로가 제공되지 않는 한 전하를 유지합니다. 전도성 경로가 도입되면 전류가 외부 회로를 통해 흐르면서 저장된 에너지가 방출됩니다.

 

3. 커패시턴스

커패시터의 커패시턴스 C는 다음 요소에 따라 달라집니다.

 

플레이트 면적A:플레이트 면적이 클수록 커패시턴스가 높아집니다.

 

플레이트 간격d:플레이트 사이의 거리가 작을수록 정전 용량이 증가합니다.

 

유전율ε:유전체의 유형은 정전 용량에 영향을 미칩니다. 유전율이 높은 재료는 더 높은 정전용량을 생성합니다.

 

관계는 다음과 같이 주어진다:

 

 

어디:

• Ε는 유전 물질의 유전율입니다.

 

• A는 플레이트의 유효 면적입니다.

 

• d는 판 사이의 거리입니다.

 

4. 용량의 단위

 

용량의 단위는 패럿(F)입니다. 패럿은 매우 큰 단위이므로 대부분의 실제 커패시터는 피코패럿(pF), 나노패럿(nF), 마이크로패럿(μF)과 같은 더 작은 단위로 평가됩니다.

커패시턴스는 단위 전압당 커패시터가 저장할 수 있는 전하량을 나타냅니다. 이는 다음 관계로 정의됩니다.

어디:

 

• Q는 저장된 전하이고,

 

• C는 커패시턴스이고,

 

• V는인가 전압이다.

 

따라서 정전 용량이 높을수록 동일한 전압에서 더 많은 전하를 저장할 수 있습니다.

 

커패시턴스는 그 자체로 절대적인 충전 용량을 나타내지 않는다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 오히려 전하와 전압 사이의 관계를 설명합니다. 주어진 커패시턴스에 대해 고정된 전하량은 전압의 비례적인 변화에 해당합니다.

 

커패시터의 정격 전압은 손상 없이 안전하게 견딜 수 있는 최대 전압을 나타냅니다. 저장된 전하량은 커패시턴스와 인가 전압에 따라 증가합니다.

 

일반적으로 더 큰 커패시터(더 높은 커패시턴스 값)는 물리적 크기가 더 크고 비용도 더 높은 경향이 있습니다.

 

5. 커패시터의 분류

편광 커패시터

극성 커패시터에는 양극 및 음극 단자가 명확하게 정의되어 있습니다. 올바른 극성으로 연결해야 합니다. 그렇지 않으면 역방향 연결로 인해 과열, 누출 또는 파열 및 폭발이 발생할 수 있습니다.

 

액체 전해 커패시터

액체전해콘덴서는 유극콘덴서의 일종이다. 상대적으로 높은 정전 용량을 제공하고 더 높은 전압 레벨을 처리할 수 있지만 일반적으로 크기가 더 크고, 고주파수 성능이 제한되고, 서비스 수명이 중간 정도입니다.

 

이 커패시터는 필터링 및 전압 평활을 위한 전원 공급 회로에 널리 사용됩니다.

 

일반적인 예는 알루미늄 전해 콘덴서입니다. 에너지 저장을 제공하고 전압을 안정화하기 위해 전원 공급 장치 근처에 설치되는 경우가 많습니다.

 

고체-상태 전해 커패시터

 

탄탈륨 커패시터는 탄탈륨 금속을 양극으로 사용하고 고체 전해질을 사용하는 전해 커패시터의 일종입니다. 이는 고체-상태 전해 커패시터 범주에 속합니다.

 

이 장치는 단위 부피당 높은 정전 용량(작은 크기), 우수한 안정성, 낮은 누설 전류 및 넓은 온도 범위에서 안정적인 성능을 제공합니다.

그러나 일반적으로 다른 커패시터 유형에 비해 전압 정격이 낮으며 과전압 및 역극성에 민감합니다.

 

탄탈륨 커패시터는 극성이 있으므로 올바른 극성으로 연결해야 합니다. 이 제품은 일반적으로 전원 공급 장치 필터링, 디커플링 및 오디오 애플리케이션을 위한 저전압 소형 전자 장치에 사용됩니다.

 

예를 들어, 탄탈륨 커패시터는 휴대폰에 널리 사용되며 컴퓨터에서도 흔히 볼 수 있습니다.

 

비-편극 커패시터

 

세라믹 커패시터

세라믹 커패시터(세라믹 디스크 커패시터라고도 함)는 비극성 부품입니다. 즉, 양극 또는 음극 단자가 없으며 어느 방향으로든 연결할 수 있습니다.

 

이 제품은 작은 정전 용량 값, 높은 정격 전압, 컴팩트한 크기, 우수한{0}}고주파 성능이 특징입니다. 이러한 특성으로 인해 세라믹 커패시터는 전자 회로의 디커플링, 필터링 및 신호 결합과 같은 응용 분야에 널리 사용됩니다.

 

6. 치수 공차

 

커패시터는 일반적으로 다른 전자 부품에 비해 상대적으로 넓은 허용 오차를 갖습니다.

 

세라믹 커패시터의 경우 일반적인 공차 등급은 다음과 같습니다.

 

±5% (J)– 더 엄격한 내성

 

±10% (K)– 일반적으로 사용되는

 

±20% (M)– 널리 사용됨

 

+80% / −20% (Z)– 매우 느슨한 내성

 

실제로:

 

pF-레벨 커패시터종종 ±5% 허용 오차를 사용합니다.

 

nF-레벨 커패시터일반적으로 ±10% 허용 오차를 사용합니다.

 

μF-레벨 커패시터일반적으로 ±20% 허용 오차를 사용합니다.

 

전해 콘덴서일반적으로 ±20% 이상으로 평가됩니다.

 

고정밀-커패시터는 전원 공급 장치 필터링 및 전압 평활화와 같은-많은 커패시터 애플리케이션이-매우 정확한 커패시턴스 값을 요구하지 않기 때문에 덜 일반적으로 사용됩니다. 작은 편차는 일반적으로 회로 성능에 최소한의 영향을 미칩니다.

 

그러나 RF 매칭 및 필터 네트워크와 같은 애플리케이션에서는 안정적인 주파수 특성을 보장하기 위해 더 엄격한 허용 오차(예: ±5%)가 필요할 수 있습니다. 이러한 경우에도 적절한 작동을 유지하는 데 표준 공차가 충분하므로 매우 높은 정밀도가 불필요한 경우가 많습니다.

 

7. 커패시터 치수

 

세라믹 및 탄탈륨 커패시터의 경우 패키지 크기는 저항기에 사용되는 것과 동일한 표준을 따릅니다. 더 작은 표면 실장 구성 요소는 0201, 0402, 0603 및 0805와 같은 영국식 코드를 사용하는 반면, 더 큰 패키지는 2520, 3525 등과 같은 미터법 코드로 표시될 수도 있습니다.

 

원통형 전해 커패시터의 경우 치수는 일반적으로 직경 × 높이(예: 6mm × 11mm)로 지정됩니다.

 

하드웨어 설계에서는 일반적으로 가능할 때마다 커패시터용으로 약간 더 큰 설치 공간을 예약하는 것이 좋습니다. 예를 들어 6 × 11mm 크기의 풋프린트가 할당된 경우 최대 일반 사양은 약 100μF, 25V일 수 있습니다. 비용 절감을 위해 더 작은 커패시터를 대체하는 것은 쉽지만 동일한 크기 내에서 훨씬 더 높은 커패시턴스로 업그레이드하는 것은 일반적으로 불가능합니다. 예를 들어, 470μF, 25V 커패시터는 일반적으로 6 × 11mm 패키지로 제조할 수 없습니다.

 

세라믹 커패시터에도 동일한 고려 사항이 적용됩니다. 예를 들어, 0805 패키지의 경우 일반적으로 사용 가능한 최대 사양은 약 22μF, 6.3V입니다. 이 패키지 크기에서는 더 높은 정전용량 또는 더 높은 전압 정격을 갖춘 커패시터를 얻기가 어렵습니다.