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1.콘덴서의 구조와 원리
콘덴서란 전기를 저장할 수 있는 장치, 우리말로는 “축전기”라고 하고 영어로는“CAPACITOR”라고 한다.콘덴서의 기본구조는 유전체와 전극이다. 학교에서 배우는 평판콘덴서의 기본구조는 양 전극사이에 유전체가 삽입된 간단한 것이다.
전극으로는 모든 도체가 가능하나 제조공정상 값이 싸고 납땜성 등 가공성이 우수하며 산화가 잘 되지 않는 기본적인 특성을 갖추어야 한다. 필름콘덴서의 전극으로는 알루미늄과 아연이 사용되고 세라믹콘덴서에서는 은, 구리, 니켈, 팔라듐이 사용된다. 전해콘덴서에서는 알루미늄, 탄탈륨 등이 사용되고 있다.
유전체와 전극으로 구성된 기본단위를 소자(Element)라고 한다. 용량을 증가시키기 위하여 소자의 구조를 적층이나 권회형으로 만들고 전자기기에 사용되는 콘덴서는 1개의 소자로 구성되는 제품이 일반적이나 전력용콘덴서에서는 수십개의 소자를 직,병렬로 결선하여 필요한 용량으로 구성하고 있다. 단소자 제품의 쎄라믹콘덴서의 용량단위가 피코파라드인 반면 다소자 제품의 필름콘덴서의 용량단위는 마이크로파라드가 쓰이고 있다.
제품을 소형화하기 위하여 유전체와 전극을 일체화 시킨 금속증착 필름콘덴서가 일반화되어 있다. 동일 용량을 기준으로 하면 유전체의 두께와 제품의 크기(체적)는 역제곱에 비례한다.
콘덴서가 전기를 저장하는 기본원리는 유전체의 분극현상 때문이다. 무전계 상태에서는 유전체내부의 전기쌍극자가 무질서하게 분포되어 절연체와 같은 성질을 갖고 있으나 전극에 전압을 가하여 전계가 발생하게 되면 쌍극자가 전계의 방향으로 정렬이 된다.
이런 현상을 분극현상이라고 하며 분극현상이 강할수록(쌍극자 수가 많을수록) 유전률이 높아진다. 분극현상이 발생하게 되면 한쪽 전극에는 plus전하가 반대쪽 전극에는 minus전하가 밀집하게 되어 전기를 저장 할수 있는 것이다.
물론 주파수가 높은 전압을 가할수록 + , - 전하의 방향이 자주 바뀌게 되고 전류는 쉽게 흐르게 된다. 이것이 바로 주파수와 콘덴서의 전기적 저항이 반비례하는 원리이다. 직류전압을 가하면 전하의 방향이 바뀌지 않으므로 절연체와 같이 전류가 흐르지 않는다. 절연체 중에서 분극현상이 일어나는 물체를 유전체라고 한다.
2. 콘덴서의 역사
콘덴서의 바른 명칭은 캐패시터(CAPACITOR)이다.
일본에서 영문이름을 번역하면서 콘덴서라 하였고 이것이 그대로 국내로 유입되어 콘덴서로 불리어왔다. CONDENSER란 열역학에서 응축기라는 별도의 기계장치를 말하는데 이와 혼선이 없기를 바란다. 전기,전자공학에서 콘덴서란 저항, 코일과 더불어 회로를 구성하는 3대 핵심 수동부품이다. 콘덴서란 현재까지 전기를 저장할 s수 있는 유일한 제품이며 우리말로는 축전기라고 한다.
콘덴서의 역사적 배경을 살펴보자. 1745년 최초의 콘덴서 형태인 라이덴병(Leyden jar)이 독일 발명가인 Ewald Georg von Kleist에 의하여 발명되었다. 1746년에는 네덜란드 라이덴 대학의 물리학자인 Pieter van Musschenbroek도 독자적으로 라이덴병을 발명하였다. 최초의 라이덴병은 물을 채운 유리병에 코르크마개 중앙으로 도선을 삽입하여 물에 닿도록 한후 정전기를 충전시키는 단순한 형태였다. 그후 유리병의 내,외부에 금속박(주석박)을 입혀 극성이 서로 다른 전하를 충전시키고 도선을 서로 연결하여 충전된 전하를 방전시키는 완전한 형태의 콘덴서로 발전하게 되었다. 라이덴병에서 유리가 유전체, 주석박이 전극역활을 하고있는 것이다.
그후 지금과 같은 콘덴서가 비약적으로 발전하게된 동기는 제2차 세계대전이 결정적인 고비가 되었다. 그전에는 주로 자연적인 재료를 유전체로 사용하였으나 제2차 세계대전을 전후하여 독일에서 금속증착기술이 상용화되면서부터 소형화된 콘덴서의 출현이 가능하게 된것이다.
3.콘덴서의 분류
분류기준에 대한 국제적인 표준이 정해져 있는 것은 아니다.
국가나 제조회사에따라 분류방법을 달리하다보니 혼란스러운 면이 없지않다.
유전체에 따른 분류
분류방법중 가장 많이 사용하고 있다. 플라스틱 필름콘덴서, 세라믹콘덴서, 탄타륨콘덴서, 전해콘덴서, 마이카콘덴서, 종이콘덴서 등이 있으며 각각의 유전체에 있어서도 특성이나 조성에따라 많은종류로 세분되나 전문적인 분야에 속하므로 전문자료를 참조바란다.
형상에 따른 분류
제품 형상에 따른 분류방법으로서 공식적인 분류로 사용되기보다는 제조현장이나 상담시 편의적으로 이용되는 경우가 많다. 권취형콘덴서, 원통형콘덴서, 사각형콘덴서, 원판형콘덴서, 칩콘덴서, 적층형콘덴서, 관통형콘덴서 등으로 분류된다.
기능에 따른 분류
전기,전자회로에서의 기능과 용도에 따라 역률보상용 콘덴서(전력용 콘덴서), 접지보상용 콘덴서, 써지흡수용 콘덴서, 에너지저장용 콘덴서, 전류용 콘덴서, by-pass용 콘덴서, coupling콘덴서, 동조/발진용 콘덴서, 필터용 콘덴서 등이 있다.
특수용 콘덴서에 대해서는 보다 전문자료를 참조바란다.
전압이나 SET제품에 따른 분류
고압콘덴서, 저압콘덴서, 교류용 콘덴서, 직류용 콘덴서, 전기기기용 콘덴서, 전자렌지용 콘덴서, 방전등용 콘덴서, 전자기기용 콘덴서 등으로 분류한다. |
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