직류 회로와 교류 회로에서의 Capacitor의 역할(축전기의 기능, 역할)
직류와 교류 전원이 있는 회로에서 Capacitor의 역할에 대해서 알아봅시다. 우선, 우리가 알아보야할 것은 가장 기본인 직류 전원이 있는 회로입니다.
직류 전원에서의 Capacitor(축전기)의 역할
직류 전원이 있는 회로에서 캐피시터는 젓가락으로 표시합니다. 그리고 직류 전원에서는 (+)와 (-)의 방향이 항상 일정하니 (+)극 쪽에는 길게, (-)쪽에는 작은 젓가락으로 표시합니다. 이렇게 전원이 연결되어 있는 상태에서, 전원을 공급하기 전이라고 가정해봅시다. 저는 전류의 흐름을 여기서 물에 비유할 것입니다.
축전기는 다음과 같이 댐 역할을 하는데요. 즉, 양 쪽의 물의 흐름을 막아서 저장하는 역할을 수행하는 것입니다. 이러한 상태에서 직류 전원을 공급하면 어떻게 될까요? 앞서서 전류의 흐름을 물에 비유한다고 했는데요. 아래 그림을 참고해봅시다.
직류 전원을 공급한다는 것은 한 쪽에 수도곡지를 열어서 물을 채우는 것을 의미합니다. 우리가 직류 전원 50V를 공급한다고 하는 것은 상대적인 수치인데요. (-)극 쪽에 비해서 (+)극 쪽에 50V 만큼 더 높은 전압을 공급한다는 것을 의미합니다.
그렇기 때문에, 보통 전기 회로에서는 (-)극 쪽을 Ground라고 가정하는 쪽이 생각하는데 수월합니다. 앞서 비유한 물로 따지자면, (-)쪽에는 물을 틀지 않는다는 것이죠.
이렇게 물을 공급하는 상황에서, 공급하는 직류 전원 크기 만큼의 물이 차게 되면 물은 더 이상 흐르지 않고 저장되게 됩니다.
이 상황에서 물의 흐름은 없으니까, 회로에는 전류가 흐르지 않습니다. 즉, 여기서 직류 회로는 작동하지 않는 상태인 것이죠. 다만, 댐의 물이 저장되어 있는 상태이기는 합니다.
이 상태에서 갑자기 공급되던 직류 전원이 끊어지면 어떻게 될까요? 기존에 저장되어 있던 물은 반대 쪽으로 흐를 것입니다.
즉, 저장되어 있던 물이 흐름으로써 전류가 흐르는 것이죠. 이렇게 직류 회로에서 축전기는 갑자기 전원이 끊겼을 때, 안정적으로 전류를 흐를 수 있게 해주는 역할을 수행합니다.
교류 회로에서의 Capacitor(축전기)의 역할
이번에는 교류 전원이 공급되는 회로에 대해서 생각해봅시다. 교류 전원은 직류 전원과는 반대로 지속적으로 물이 나오는 수도 꼭지의 방향이 바뀌는 전원이라고 생각하면 됩니다. 처음에는 아래 그림과 같이 왼쪽에서 물이 나오다가, 다시 오른쪽에서 물이 나오는 것이죠.
이렇게 지속적으로 물이 공급되는 방향이 바뀌는 것이 교류 전원입니다. 앞서서 물의 흐름이 전류의 흐름과 동일하다고 했죠? 여기서 지속적으로 물이 방향을 바꿔서 흐르므로, 교류 회로에서는 축전기가 있어도 전류가 흐릅니다. 즉, 회로가 동작합니다.
그렇다면, 축전기는 교류 회로에서 어떤 역할을 할까요? 교류 회로에서의 전류와 전압은 복잡합니다.
전류와 전압은 L(리액턴스) 성분과 C(캐피시턴스) 성분에 의해 결정이 되는데요. 보통 다른 회로와의 위상이 맞아야 회로가 정상적으로 잘 작동하기에, 이러한 성분들을 맞추는데 사용됩니다.
즉, 교류 회로에서 캐피시터(축전기)는 임피던스 매칭 및 위상 변화에 이용됩니다.