[전기회로] 커패시터의 역할 (바이패스, 벌크, 커플링, 디커플링 커패시터)

0. 포스팅을 시작하며

오늘은 커패시터의 역할에 대해서 알아보겠습니다.
 
전에 포스팅한 내용과 연결되는 부분이니, 아래 링크 확인하시면 더욱 도움 되실 겁니다 :)
 

[전자회로] 커패시터란? 커패시턴스란? 커패시터 공식, 커패시터 계산법

 
그럼 바로 가시죠!! 

 

※인덕터의 역할 한 방에 이해하기

[전기회로] 인덕터의 역할 (LC 필터, 전원 안정화)

 

※저항의 역할 한 방에 이해하기

[전기회로] 저항의 역할 (전류 제한, 전압 분배, Pull up, Pull down)

 

1. 커패시터의 역할

 

커패시터의 중요한 특성 중 하나가 바로,
 
'직류(DC) 성분은 차단하고 교류(AC) 성분은 통과시킨다는 것입니다'
 
이 특성을 활용하여 실무에 자주 사용되는 것이 바로
바이패스, 벌크, 커플링, 디커플링 커패시터인데요,
하나씩 자세히 보겠습니다 :)
 

1) 바이패스(bypass) 커패시터, 디커플링(decoupling) 커패시터란?

 

 
바이패스(디커플링)란, 노이즈 성분을 그라운드로 빼주는 기능을 말합니다. 
'바이패스(bypass)'와 '디커플링(decoupling)'의 의미는 다르게 해석되지만,
전원단의 고주파 노이즈 성분을 제거한다는 주목적은 같습니다.
 
'바이패스(bypass)' : 전원선에 실려있는 고주파 성분의 noise를 ground로 우회시킨다는 의미
- bypass : 우회하다.
'디커플링(decoupling)' : 전원선에 실려있는 고주파 성분의 noise를 전원에 연결된 IC와 분리시킨다는 의미 
decouple : 분리시키다.
 
바이패스(디커플링) 커패시터는 실무에서 가장 많이 사용하는 방식입니다.
시스템 안정도를 확보하기 위해서는 안정적인 전원 공급 즉, 전원단의 노이즈 제거가 필수인데요!
위의 그림처럼 IC의 전원 공급단에 바이패스(디커플링) 커패시터를 GND와 연결시켜 주면,
전원 신호의 직류(DC) 성분인 5V는 IC에 공급이 되고, 노이즈(AC) 성분은 GND로 빠지게 됩니다.
그렇게 되면 더욱더 안정적인 전원 공급이 가능해지겠죠?!
 
보통 바이패스 커패시터는 10nF(104) ~ 1uF(105) 용량값으로 설계를 합니다.
용량은 크진 않지만, 고주파 노이즈 성분을 빼주는 역할을 하여 IC의 안정적인 전원 공급을 해줍니다.
 
 

2) 벌크(Bulk) 커패시터란?

 
벌크(Bulk) 커패시터란, 큰 커패시터 용량값을 통해 저주파 성분의 노이즈를 제거하고, 전원 리플을 평탄화해주는 역할을 합니다. 
- Bulk : 대용량
 
벌크 커패시터는 주로 전원부(레귤레이터)의 출력 전원단에 바이패스 커패시터와 함께 GND에 연결시켜 줍니다.
바이패스 커패시터를 통해 고주파 성분을 제거하고, 벌크 커패시터를 통해 저주파 성분을 제거하여 전원 리플 최소화하여 안정적이게 공급할 수 있습니다.
 
보통 벌크 커패시터는 10uF(106) ~ 100uF(107) 용량값으로 설계를 합니다.
 
커패시터 용량값이 크면 클수록 전원의 노이즈 성분(전원 리플)을 안정화할 수 있는데요!
식을 통해서도 간단하게 알 수 있습니다.

커패시터 회로 전류식

 
위의 식을 통해서, 커패시터 회로의 흐르는 전류가 일정할 때, 
C값이 크면 클수록, ΔV(전원 리플) 값이 작아지는 것을 확인할 수 있습니다.
 
즉,  ΔV(전원 리플) 값을 최소화하기 위해 벌크 커패시터(10uF 이상)를 사용합니다.
 

 

3) 커플링(coupling) 커패시터란?

 
커플링 커패시터는, 전압이 다른 단을 연결하여 
직류 신호(DC 신호)는 차단하여 신호의 간섭을 차단하고,
아날로그 신호(AC 신호)만 통과시키는 것을 주목적으로 합니다.
즉, 필요한 신호만 통과시키는 방법입니다.
 
커플링 커패시터는 두 회로의 신호를 분리하여 신호가 offset 되지 않게, 간섭 및 충돌이 발생하지 않도록 합니다.
 
DC 신호는 차단하기 때문에 '블로킹 커패시터'라고도 부릅니다.
주로 증폭기로 사용되는 트랜지스터와 트랜지스터 사이, 또는 OP AMP와 OP AMP 사이에 활용이 됩니다.
 

 

오늘은 바이패스, 벌크, 커플링, 디커플링 커패시터에 대해서 알아봤습니다.
실무에서 가장 많이 사용되는 내용이어서 하나로 정리 해봤습니다. 
이 외에도 커패시터는 충/방전 특성을 활용하여 '발진 회로'에도 많이 사용이 되는데요!
나중에 발진 회로(콜피츠, 클랩)를 정리하게 되면 자세히 설명드리겠습니다 :)
 
오늘도 좋은 하루 보내시고 항상 건강하세요 :)