커패시터란 무엇인가? – 전기 에너지를 저장하고 흐름을 조절하는 부품

커패시터(capacitor)는 전기 회로에서 아주 중요한 역할을 하는 수동 부품입니다.
간단히 말하면, 커패시터는 전기 에너지를 저장하는 장치입니다.
하지만 단순 저장뿐만 아니라 신호를 조절하거나 특정 주파수를 걸러내는 데에도 핵심적인 역할을 합니다.

이번 글에서는 커패시터의 구조, 작동 원리, DC와 AC에 대한 반응, 그리고 임피던스 특성까지
쉽고 자세히 설명해보겠습니다. Capacitor

커패시터의 구조와 기본 원리

커패시터는 두 개의 금속판(플레이트) 사이에 절연체(유전체)를 끼워 넣은 구조입니다.
전압을 가하면 한쪽 플레이트에는 양(+) 전하가, 다른 쪽 플레이트에는 음(-) 전하가 쌓이면서
전기 에너지를 저장합니다.

커패시터가 저장할 수 있는 전기의 양은 “커패시턴스(Capacitance)”로 표현하며, 다음 식으로 정의합니다.

$C = \frac{Q}{V}$

직류(DC)는 전압이 일정하여 시간이 지나면 커패시터에 전류가 흐르지 않게 됩니다.
처음 순간에는 충전 때문에 전류가 흐르지만, 이후에는 커패시터가 완전히 충전되어 전류가 차단됩니다.

반면, 교류(AC)는 전압이 계속 변화하기 때문에 커패시터는 지속적으로 충전과 방전을 반복하면서
전류를 계속 흘려보낼 수 있습니다.

정리하면:

커패시터에 흐르는 전류는 다음과 같은 공식으로 계산됩니다.

$i(t) = C \frac{dV(t)}{dt}$

전압이 빠르게 변할수록 큰 전류가 흐르고,
전압이 일정하면 전류가 흐르지 않습니다.

예를 들어, 커패시터에 사인파 전압 $V(t) = V_0 \sin(\omega t)$ 를 걸면,
전류는 다음과 같이 계산됩니다.

$i(t) = C V_0 \omega \cos(\omega t)$

이 공식에서도 알 수 있듯,
전류의 크기는 전압의 주파수( $\omega$ )에 비례하여 커집니다.

커패시터도 교류 회로에서는 전류를 어느 정도 방해합니다.
이 방해 정도를 임피던스(impedance)라고 부르며, 커패시터의 임피던스는 주파수에 따라 변합니다.

커패시터의 임피던스는 다음과 같이 표현됩니다.

(각주파수 $\omega$ 를 이용한 표현)

$X_C = \frac{1}{\omega C}$

또는 주파수 $f$ 를 이용하면:

$X_C = \frac{1}{2\pi f C}$

여기서:

주파수가 높을수록 임피던스가 작아지고, 신호가 쉽게 흐릅니다.
반대로, 주파수가 낮거나 DC처럼 0에 가까우면 임피던스가 매우 커져 전류가 흐르지 않습니다.

✅ 요약:

커패시터는 다양한 역할을 합니다.

커패시터는 전기 에너지를 저장하는 기본적인 기능 외에도,
전압과 전류의 흐름을 제어하고 회로를 안정화하는 데 필수적인 부품입니다.

특히:

이 세 가지 핵심만 이해하면 커패시터의 원리를 쉽게 파악할 수 있습니다.

회로를 배우거나 설계할 때 커패시터의 특성을 정확히 이해하는 것은 매우 중요한 기본입니다!