인덕터(코일)와 인덕턴스

0. 인덕턴스의 개념

역학에서 '관성'이라는 것은 정지하고 있는 물체는 계속 정지하려하고 운동하고 있는 물체는 계속 움직이려는 성질이 있습니다. 전기에서도 이러한 관성의 특성이 나타나는 소자가 있는데 코일과 커패시터 이다. 

 

원래 전류가 흐르던 도선 주위에 자기장이  발생하는 것이 알려지게 되었고(앙페르의 법칙), 전류가 흐르는 도선의 코일에서는 전류에 의하여 자기장의 에너지가 축적되어 있게 됩니다. 이 상황에서 전류가 변화하게 되면, 전기적 관성의 결과로 변화에 저항하려는 방향(렌쯔의 법칙)으로  유도기전력이 생기게 된다(패러데이의 법칙)

 

인덕턴스는 이러한 코일에 축적되는 자기에너지를 나타내는 전류변화와 유도기전력의 관계 표현하는 양의 개념이다. 

 

인덕터는 회로적으로 커패시터와 마찬가지로 에너지를 저장하기 때문에 큰 범위에서는 유사점이 많지만 커패시터는 전기(電氣, electricity)를, 인덕터는 자기(磁氣, magnetism)를 저장하기 때문에 세부적인 성질은 정반대이다. 커패시터가 전기를 저장하기 위해 전하(electric charge)를 사용한다면 인덕터는 자기를 저장하기 위해 전류(electric current)를 사용한다.

[ 인덕턴스와 커패시턴스 ]

자속 Φ 는  인덕턴스(유도 용량(誘導容量, inductance) x  전류(electric current)이다. 위 그림에서 전류가 증가하게 되면 도선 속을 흐르는 전류의 전기적 관성(electrical inertia), 즉 인덕턴스 성질로 인하여 전류의 변화에 대응하는 기전력을 발생시키게 된다.

[ 인턱턴스의 구조 ]

* 인덕터의 직렬/병렬 연결 : 저항의 연결과 동일하다

 

1. 인덕터의 성질 : 전자기 유도에 의한 유도전류는 자속의 변화에 반대하는 방향으로 흐른다 [렌츠의 법칙]

이 때 인덕턴스는 다음과 같으며 전류와 반비례 관계이다

 1] 인덕턴스의 이러한 전류의 변화를 안정화하려는 성질을 이용하여 평활회로, 노이즈 필터 등으로 이용된다

 

[전류안정화 성질을 이용한 평활회로]

   2] 상호유도 작용의 성질 : 변압기로 이용

  

   3] 전자석의 성질 : 릴레이 (도체를 흡착하는 성질)

   4] 공진 성질 : 코일과 컨덴서로 구성하여 필터회로를 구성

[직렬 , 병렬 공진회로 ]

2. 인덕터의 종류

   1] 트로이달(링코일) 인덕터

원환 모양의 강자성체에 권선을 감은 코일이다. 이것에 이용하는 도넛형의 코어를 트로이달 코어라고 부르며, 트로이달 코어에 코일이 감긴 형태를 하고 있어, 링코일 인덕터라고도 불린다.

특징으로는 주위 물체에 영향을 받지 않고, 누설자속이 적으며, 유도 계수의 안정성 및 재생성이 높아 고주파 회로에서 많이 쓰이거나, 전류량이 많은 전원회로에 주로 사용된다.

   2] Axial Lead 인덕터

양단에 납땜을 할 수 있는 리드 선이 나와있는 것이 특징인 Axial Lead 인덕터이다. Axial Lead 저항과 비슷하게 생겼고, 인덕터의 색깔 띠도 저항과 마찬가지로, 인덕터의 값을 나타낸다.

Axial Lead 인덕터는 페라이트 코어가 없기 때문에 Q(Quality Factor)가 낮다.

   3] Radial 인덕터

Radial 인덕터는 Axial Lead 인덕터와 동일하게 양단에 납땜을 할 수 있는 리드 선이 나와있는 인덕터이다. Radial 인덕터는 페라이트 코어에 코일을 감아서 Q(Quality Factor)가 Axial Lead 인덕터보다 높은게 특징이다. 하지만 차폐가 되지 않은 인덕터이다.

   4] Air Coil 인덕터

Air Coil 인덕터는 코어가 없는 인덕터다. 다른 인덕터들은 코일 내외부에 페라이트 코어로 심이 있거나, 외함으로 이루어져 있다. 그래서 이 인덕터는 코어가 없이 권선을 코일 형태로 만들어 놓은 인덕터이다.

Q (Quality Factor)는 특성은 높지 않다.

   5] 칩 인덕터 (Chip Inductor)

코일과 코어를 내장한 칩 패키지 형태의 인덕터이다. 모양이 다이오드나 커패시터 모양과 비슷하다.

칩 인덕터는 제조사에 따라 여러가지의 다양한 크기가 있으며, 인덕턴스 값 등도 고유하게 읽는 방법이 별도로 존재하여, 제조사의 데이터시트를 참고하여 사용해야 한다.

   6] 파워 인덕터

파워 인덕터는 주로 전원회로에 많이 쓰이는 인덕터이다. 고전압, 고전류에도 견딜수 있도록 설계된 인덕터로, 수백 mA ~ 수십A까지 견딜수 있도록 코일의 굵기가 일반적으로 사용하는 인덕터에 비해 매우 굵은게 특징이다.

   7] 차폐 인덕터

차폐기파의 영향에 민감한 회로나 부품들의 간격이 좁은 제한된 영역에서의 회로에서 많이 쓰인다.

   8] RF 인덕터

RF 인덕터는 높은 공진 주파수와 우수한 Q 특성을 보이는 인덕터로, RF 무선통신회로의 주파수나 공진특성을 이용한 여러회로에 적용됩니다.