Hackaday 방식으로 쉽게 만든 커패시터

Dec 23, 2023

정기적으로 전자 회로를 구축한다면 커패시터를 여러 번 사용하게 될 가능성이 높습니다. 이는 다시 생각하지 않고 값을 선반에서 들어 올리는 저항기와 함께 표준 구성 요소입니다. 우리는 이를 전원 공급 장치 평활화 및 분리, DC 차단, 타이밍 회로 및 기타 다양한 애플리케이션에 사용합니다.

실제 커패시터를 살펴보기 전에 기본부터 시작하여 첫 번째 원리로부터 커패시턴스를 설명하는 것이 가장 좋습니다. 이상적인 커패시터는 비전도성 유전체로 분리된 두 개의 전도성 플레이트로 구성됩니다. 전하는 플레이트에 축적될 수 있지만 유전체의 절연 특성으로 인해 플레이트 사이에 흐를 수는 없습니다. 따라서 커패시터는 전하를 저장할 수 있습니다.

커패시턴스는 패럿 단위로 측정됩니다. 1패럿 커패시터는 1쿨롱의 전하를 보유할 때 1V의 전압을 유지합니다. 패럿은 너무 많은 SI 단위와 같으며 크기가 비현실적이므로 이 기사의 범위를 벗어나는 슈퍼커패시터의 좁은 영역 밖에서는 마이크로, 나노 또는 피코패럿을 접할 가능성이 더 높습니다. 관심이 있는 경우 Wikipedia에 문의해 볼 가치가 있는 공식을 사용하여 해당 커패시터의 크기와 유전체의 특성으로부터 특정 커패시터의 커패시턴스를 유도할 수 있습니다. 고등학교 물리 시험 공부가 아니라면 굳이 외울 필요는 없지만, 꼭 짚고 넘어가야 할 중요한 점 하나가 숨겨져 있습니다. 커패시턴스는 사용되는 유전체의 유전 상수 εr에 비례하며, 이로 인해 더 높은 커패시턴스 범위 또는 더 나은 전압 처리 특성을 달성하기 위해 다양한 유전체 재료를 사용하는 다양한 상용 커패시터가 탄생했습니다.

커패시터에 유전체 재료를 사용하는 데에는 문제점이 있으며, 유전체의 바람직한 특성과 함께 수많은 성가신 부작용이 발생합니다. 모든 실제 커패시터에는 내부 기생 저항과 인덕턴스가 있으며 비록 작지만 때로는 커패시터 작동에 영향을 미칠 수 있습니다. 유전 상수는 온도나 전압, 압전성 또는 소음에 따라 달라질 수 있습니다. 다양한 유형의 커패시터에는 놀라운 오류 모드가 있거나 심지어 눈에 띄게 비용이 많이 들 수도 있습니다. 그래서 우리는 이 작품의 주요 부분, 즉 여러분이 접할 수 있는 일부 커패시터 유형을 안내하고 좋은 점과 나쁜 점 모두에 대한 다양한 특성을 설명하는 섹션으로 왔습니다. 가능한 모든 커패시터 기술을 다루지는 않지만 일반적인 커패시터 기술을 살펴보고 발견할 수 있는 하위 유형을 조사해 보겠습니다.

실용적인 전해 커패시터는 알루미늄 호일 샌드위치 형태의 플레이트를 원통형으로 말아서 알루미늄 캔에 담습니다. 양극 산화 처리된 층의 깊이에 따라 작동 전압이 표시됩니다.

전해 커패시터는 약 0.1에서 수천 µF 범위로 일반적인 사용에서 접하게 되는 유형 중 가장 높은 정전 용량을 갖습니다. 단단히 감겨진 전기화학 전지로 인해 등가 직렬 인덕턴스가 높기 때문에 고주파수에 사용하기에는 적합하지 않습니다. 일반적으로 전원 공급 장치 평활화 및 디커플링은 물론 오디오 주파수 커플링에도 사용됩니다.

탄탈륨 커패시터는 약 0.1~수백 µF의 값으로 제공됩니다. 알루미늄 제품보다 누설 저항과 등가 직렬 저항이 훨씬 낮으므로 테스트 및 측정, 고급 오디오 및 이러한 특성이 유리한 기타 응용 분야에서 찾을 수 있습니다.

탄탈륨 커패시터에는 주의해야 할 고장 모드가 있으며 화재가 발생하는 것으로 유명합니다. 비정질 탄탈륨 산화물은 우수한 유전체인 반면 결정질 형태의 탄탈륨 산화물은 우수한 전도체입니다. 예를 들어 너무 많은 돌입 전류를 적용하여 탄탈륨 커패시터를 잘못 처리하면 유전체가 한 형태에서 다른 형태로 변경되어 커패시터를 통과하는 전류가 크게 증가할 수 있습니다. 다행스럽게도 모든 소식이 나쁜 것은 아닙니다. 화재에 대한 평판은 훨씬 이전 세대의 탄탈륨 커패시터에서 비롯되었으며 향상된 제조 기술을 통해 훨씬 더 안정적인 제품을 제공했습니다.