용량성 리액턴스

용량성 리액턴스

용량성 리액턴스는 적용된 주파수에 따라 값이 변하는 커패시터의 복소 임피던스입니다.

용량성 리액턴스 는 전류 흐름을 제한하는 커패시터의 복잡한 임피던스 값입니다. 용량성 리액턴스는 적용된 주파수에 의해 제어되는 커패시터 내부의 가변 저항으로 생각할 수 있습니다.

주파수에 의존하지 않는 저항과 달리 AC 회로에서 리액턴스는 공급 주파수의 영향을 받고 저항과 유사한 방식으로 동작하며 둘 다 옴 단위로 측정됩니다. 리액턴스는 인덕터와 커패시터 모두에 영향을 미치며 각각 공급 주파수와 관련하여 반대 효과를 갖습니다. 유도성 리액턴스(X L )는 주파수가 증가함에 따라 증가하는 반면, 용량성 리액턴스(X C )는 감소합니다.

RC 네트워크 튜토리얼에서 우리는 DC 전압이 커패시터에 적용될 때 커패시터 자체가 공급 장치로부터 충전 전류를 끌어와 적용된 전압과 동일한 값까지 충전한다는 것을 확인했습니다. 마찬가지로, 공급 전압이 감소하면 커패시터에 저장된 전하도 감소하고 커패시터가 방전됩니다.

그러나 사인파 전압의 경우처럼 인가된 전압 신호가 공급 주파수에 의해 결정되는 속도로 양극에서 음극으로 지속적으로 변경되는 AC 회로의 경우. 예를 들어, 커패시터는 공급 주파수에 의해 결정되는 속도로 지속적으로 충전되거나 방전됩니다.

 

커패시터가 충전 또는 방전되면 커패시터의 내부 임피던스에 의해 제한되는 전류가 흐르게 됩니다. 이 내부 임피던스는 일반적으로 용량성 리액턴스 ( Capacitive Reactance) 로 알려져 있으며 옴 단위로 XC 기호로 표시됩니다 .

고정된 값(예: 100Ω , 1kΩ , 10kΩ 등)을 갖는 저항과 달리(저항은 옴의 법칙을 따르기 때문입니다) 용량성 리액턴스는 적용되는 주파수에 따라 달라지므로 공급 주파수의 변화는 커패시터에 큰 영향을 미칩니다. "용량성 리액턴스" 값.

커패시터에 적용되는 주파수가 증가함에 따라 그 효과는 리액턴스(옴 단위로 측정)를 감소시키는 것입니다. 마찬가지로 커패시터 양단의 주파수가 감소하면 리액턴스 값이 증가합니다. 이러한 변화를 커패시터의 복소 임피던스 라고 합니다 .

복잡한 임피던스는 축전기 판에 전하 형태로 존재하는 전자가 주파수 변화에 따라 한 판에서 다른 판으로 더 빠르게 전달되는 것처럼 보이기 때문에 존재합니다.

주파수가 증가함에 따라 커패시터는 주어진 시간에 플레이트에 더 많은 전하를 전달하여 커패시터의 내부 임피던스가 감소한 것처럼 커패시터를 통해 더 큰 전류 흐름을 발생시킵니다. 따라서 주어진 주파수 범위에 걸쳐 변화하는 회로에 연결된 커패시터는 "주파수 종속적"이라고 할 수 있습니다.

용량성 리액턴스는 전기 기호 " XC " 를 가지며 저항(R)과 동일한 옴 단위로 측정됩니다. 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.

용량성 리액턴스

용량성 리액턴스 공식

 

• 어디:
•    Xc = 용량성 리액턴스(Ω), (Ω)
•    π(파이) = 3.142(십진수) 또는 22¼7(분수)
•    f = 주파수(Hz), (Hz)
•    C = 정전용량(패럿), (F)

용량성 리액턴스 예제 No1

1kHz의 주파수에서 220nF 커패시터의 용량성 리액턴스 값을 계산하고 다시 20kHz의 주파수에서 계산합니다.

 1kHz의 주파수에서:

 다시 20kHz의 주파수에서:

 여기서: f = 주파수(Hz), C = 정전용량(패럿)

 

따라서 위에서 볼 수 있듯이 220nF 커패시터에 적용되는 주파수가 1kHz에서 20kHz로 증가함에 따라 리액턴스 값 X C 는 약 723Ω에서 36Ω으로 감소하며 이는 항상 용량성 리액턴스 X C 에 해당 됩니다. 주어진 전압에 대해 커패시터에 의해 전달되는 전류는 주파수에 반비례합니다.

주어진 커패시턴스 값에 대해 커패시터의 리액턴스(옴 단위로 표현됨) X C는 아래와 같이 주파수에 대해 표시될 수 있습니다.

주파수에 대한 용량성 리액턴스

 

위의 리액턴스 공식을 재배열함으로써 커패시터가 특정 용량성 리액턴스( XC ) 값 을 갖는 주파수를 찾을 수도 있습니다   .

용량성 리액턴스 예 No2

2.2uF 커패시터는 어떤 주파수에서 200Ω의 리액턴스 값을 갖습니까?

 

또는 적용된 주파수와 해당 주파수에서의 리액턴스 값을 알면 패럿 단위로 커패시터 값을 찾을 수 있습니다.

용량성 리액턴스 예 No3

용량성 리액턴스가 200Ω이고 50Hz 전원에 연결된 경우 커패시터의 값(패럿)은 얼마입니까?

 

위의 예에서 커패시터가 가변 주파수 공급 장치에 연결되면 리액턴스(X)가 "주파수에 반비례"하므로 주파수 제어 가변 저항 처럼 작동한다는 것을 알 수 있습니다 . 1Hz와 같은 매우 낮은 주파수에서 220nF 커패시터는 약 723.3KΩ 의 높은 용량성 리액턴스 값을 갖습니다 (개방 회로 효과 제공).

1Mhz 와 같은 매우 높은 주파수에서 커패시터는 0.72Ω 의 낮은 용량성 리액턴스 값을 갖습니다 (단락 효과 제공). 따라서 제로 주파수 또는 정상 상태 DC에서 220nF 커패시터는 플레이트 사이의 "개방 회로"처럼 보이는 무한 리액턴스를 가지며 플레이트를 통한 전류 흐름을 차단합니다.

전압 분배기 개정

직렬 저항기에 대한 튜토리얼에서 저항 값에 따라 각 저항기에 서로 다른 전압이 나타날 수 있으며 전압 분배기 회로는 공급 전압을 R2/(R1+R2) 비율로 나눌 수 있다는 것을 기억합니다 .

따라서 R1 = R2 이면 출력 전압은 입력 전압 값의 절반이 됩니다. 마찬가지로 R1보다 크거나 작은 R2 값은 출력 전압 에 비례하여 변경됩니다. 아래 회로를 고려하십시오.

전압 분배기 네트워크

 

이제 우리는 커패시터의 리액턴스 X c (복소 임피던스) 값이 적용된 주파수에 따라 변한다는 것을 알고 있습니다. 이제 커패시터에 대해 위의 저항 R2를 변경 하면 커패시터의 리액턴스가 임피던스에 영향을 주기 때문에 주파수가 변경됨에 따라 두 구성 요소의 전압 강하가 변경됩니다.

고정 값 저항기는 주파수 변화에 영향을 받지 않으므로 저항기 R1 의 임피던스는 공급 주파수 변화에 따라 변하지 않습니다. 그런 다음 저항 R1 양단의 전압이 떨어지므로 출력 전압은 주어진 주파수에서 커패시터의 용량성 리액턴스에 의해 결정됩니다.

그러면 주파수 종속 RC 전압 분배기 회로가 생성됩니다. 이러한 아이디어를 염두에 두고 그림과 같이 전압 분배 저항 중 하나를 적절한 커패시터로 교체하여 수동 저역 통과 필터 와 고역 통과 필터를 구성할 수 있습니다.

로우패스 필터

하이패스 필터

 

용량성 리액턴스 의 특성으로 인해 커패시터는 출력 단자의 원하지 않는 주파수 신호에 단락 신호 경로를 적용하므로 원하지 않는 리플 전압의 영향을 줄이기 위해 AC 필터 회로 또는 DC 전원 공급 장치 평활 회로에 사용하기에 이상적입니다. .

용량성 리액턴스 요약

따라서 가변 주파수 회로에서 커패시터의 동작을 매우 낮은 주파수에서 높은 용량성 리액턴스 값(개방 회로 조건)과 낮은 용량성 리액턴스 값(단락 회로 조건)을 갖는 일종의 주파수 제어 저항으로 요약할 수 있습니다. 위 그래프에 표시된 것처럼 매우 높은 주파수입니다.

 

이 두 가지 조건을 기억하는 것이 중요하며 수동 저역 통과 필터 에 대한 다음 튜토리얼에서는 저주파 신호만 통과시키면서 원치 않는 고주파 신호는 차단하는 용량성 리액턴스 의 사용을 살펴보겠습니다 .