수동 소자 - 인덕터 L

지난 번에는 수동소자중 가장 기본적인 소자인 저항에 대해서 알아보았다.

이번에는 저항과 비슷하지만 조금 다른 인덕터에 대해서 알아보고자 한다.

인덕터는 전기를 자기장의 형태로 저장하는 소자이다. 

 

우선 인덕터 Inductor 라는 이름을 살펴보면 우선 영어의 Induct에 관련되어 있는데, 유도한다는 의미를 지닌다. 

무엇을 유도하는가? 이는 전자기 유도현상에 의한 것으로 인덕터에 전류가 흐르면 자기장이 유도된다.

이 자기장은 다시 전류를 유도하며 결론적으로 인덕터는 자신에게 흐르는 전류의 흐름을 유지하려고 하는 성질을 가진다. 

 

인덕터는 자성체에 전선을 감아 코일의 형태로 만들기 때문에 회로에서의 기호도 코일의 형태를 하고 있다. 

인덕터를 나타낼 때 주로 L을 써서 나타내고, 유도용량(인덕턴스)의 크기의 단위는 H를 쓰며, 헨리라고 읽는다. 

 

 

인덕터도 저항처럼 흐르는 전류와의 곱하는 것으로 인덕터에 인가되어있는 전압을 계산할 수 있는데, 

단순히 흐르는 전류를 곱하는 저항과 달리, 인덕터는 인덕터의 크기와 단위시간 당 인덕터에 흐르는 전류의 크기를 곱하여

인덕터에 인가되는 전압의 크기를 구할 수 있다. 

 

인덕터의 직렬 연결 

3개 인덕터 L1, L2, L3 를 직렬 연결한 회로를 생각해보자. 인덕턴스는 저항과 비슷하게 길이에 따라 비례하여 변화한다. 

따라서 A와 B 지점 사이에 존재하는 인덕턴스의 총 합은 각 인덕턴스를 더한 것과 같다 

 

 실제로 인덕터를 만들때 자성체에 전선을 감아 코일의 형태로 만든다고 했는데, 코일을 더 많이 감아줌으로써 인덕터의 크기를 키울수 있다. 마치 직렬로 더 많은 인덕터를 연결하여 만드는 것과 비슷한 결과를 얻게 된다. 

 

인덕터의 병렬 연결 

이번에는 인덕터를 병렬로 연결하는 회로를 생각해본다.

인덕터는 저항과 유사하게 병렬로 연결할 경우 크기가 줄어드는데, 저항과 동일한 식으로 병렬연결된 인덕터의 합을 구할 수 있다. 

 

교류 입력에서의 인덕터 

저항과 달리 커패시터와 인덕터는 교류일떄와 직류일때의 동작이 조금 다르다. 

위에서 설명한 "인덕터는 자신에게 흐르는 전류의 흐름을 유지하려고 하는 성질을 가진다"는 교류에서 틀린 설명은 아니지만 거기서 조금 더 나아갈 필요가 있다. 

 

교류는 그 특성상, 일정한 주파수를 가지고 전류의 크기, 특히 전류의 방향이 변화한다. 

그렇다면 그런 교류 성분이 인덕터에 흐르면 어떻게 되는가? 통과하지 못하게된다. 

교류전류에서의 전류를 흐르지 못하게 하는 저항같은 요소로 임피던스라는 성분이 있다. 

인덕터의 임피던스 성분은 아래와 같은 식으로 나타낼 수 있다. 

 

f는 교류 전류의 주파수이다. DC성분이라면 f가 0이 되니 임피던스가 0이되어 전혀 문제가 없다. 

하지만 교류성분이라면, 주파수가 올라갈 수록 임피던스가 커지게 되어 통과하는 것을 방해한다. 

이러한 특징을 사용하여 고주파 신호/전류를 막고 저주파 신호/전류만 통과하는 Low-Pass filter를 만들수 있다. 

 

저항은 흐르는 전류를 방해할 때 옴의법칙에 따라 줄어드는 에너지를 열로 소비하게 된다. 

인덕터 또한 유사하게, 임피던스로 인해 통과시키지 않는 교류 전류를 열로 소비한다. 

따라서 사용하고자 하는 회로에서의 주파수와, 그 때 흐르는 전류를 확인하여 이를 버틸 수 있는 크기의 인덕터를 골라야 한다. 

적정한 크기를 만족하지 못한다면 발열에 의해 인덕터가 타버릴 수 있기 때문이다.