⚗️ 평행 평판 커패시터 계산기

평행 평판 커패시터는 가장 단순하고 기본적인 커패시터 구조입니다. 두 장의 평평한 도전판을 유전체(절연체)로 분리한 것입니다. 정전용량은 세 가지 요소, 즉 극판 면적(A), 극판 간 거리(d), 극판 사이 물질의 유전율(εᵣ)에 의존합니다. 공식은 C = ε₀ × εᵣ × A / d입니다. 여기서 ε₀는 진공의 유전율(8.854 × 10⁻¹² F/m), εᵣ는 절연 물질의 비유전율(유전율)입니다.

정전용량은 극판 면적과 유전율이 클수록, 극판 간 거리가 작을수록 증가합니다. 실제 커패시터는 A를 최대화하고 d를 최소화하도록 설계됩니다.

정전용량 공식 C = ε₀ εᵣ A / d는 극판 면적이 클수록, 유전율이 높을수록, 극판 간 거리가 작을수록 정전용량이 증가함을 보여줍니다. 이것이 실제 커패시터가 A를 최대화하고 d를 최소화하는 이유입니다. 1 µF 세라믹 커패시터는 수백 개의 미세한 유전체 층을 가질 수 있으며, 각 층은 불과 몇 마이크론 두께로 작은 체적에 많은 병렬 평판을 효율적으로 적층합니다.

전계의 세기 E = V/d (V/m)가 파생 지표입니다. 이것이 재질의 절연 강도를 초과하면 유전체가 절연하여 도통하고 커패시터가 파쇄됩니다. 예를 들어 공기는 약 3 kV/mm에서 절연하므로 1 mm 공기 갭은 약 3000 V에서 스파크를 발생시킵니다.

1. 유전체 재질을 선택하거나 사용자 정의 유전율을 입력합니다.
2. 극판 면적(A)을 cm² 또는 mm²로 입력합니다.
3. 극판 간의 거리(d)를 mm로 입력합니다.
4. 계산을 클릭하여 정전용량을 얻습니다.
5. 유전체 절연의 리스크를 확인하기 위해 전계의 세기를 검토합니다.

공기의 유전율은 얼마입니까?

표준 조건에서 건조 공기의 비유전율(유전율)은 εᵣ = 1.0006으로 진공(1.0000)에 매우 가까워 대부분의 계산에서 실질적으로 상호 교환 가능합니다. 이는 공기 갭 커패시터가 진공 커패시터와 거의 같은 정전용량을 가짐을 의미합니다.

세라믹 커패시터가 그렇게 높은 용량을 갖는 이유는?

티탄산 바륨(BaTiO₃) 같은 세라믹 재질은 1000-10,000의 유전율을 가지며, 폴리머 필름의 3-5와 비교하면 매우 높습니다. 극히 얇은 층(5-10 µm)과 작은 패키지 내 수백 개의 적층 층을 결합하여 쌀알 크기의 칩에서 1-100 µF의 용량을 실현합니다.

전압이 절연 강도를 초과하면 어떻게 됩니까?

유전체 재질은 전기적 절연 파괴를 일으켜 갑자기 전기를 통하게 하고 극판 사이에 도통 경로(아크)가 형성됩니다. 이는 고체 유전체에서 커패시터를 영구히 파괴합니다(단락). 기체(공기 등)에서는 전압을 제거하면 자가 수복됩니다.

극판 간 거리는 정전용량에 어떤 영향을 줍니까?

정전용량은 극판 간 거리에 반비례합니다(C ∝ 1/d). 거리를 절반으로 줄이면 용량이 두 배가 됩니다. 커패시터 제조사가 유전체 층을 가능한 한 얇게 만드는 이유입니다. 단, 더 얇은 층은 최대 전압 정격도 감소시킵니다(절연 강度 × 두께 = 최대 전압).

프린지란 무엇이며 실제 커패시터에 어떤 영향을 줍니까?

프린지는 극판 가장자리에서 전계선이 약간 바깥으로 확장되는 것을 의미하며, 물리적 극판 면적보다 유효 면적이 약간 커집니다. 이로 인해 정전용량이 소량 증가합니다. 극판 간 거리가 극판 치수보다 충분히 작을 때(d ≪ √A) 프린지는 무시할 수 있습니다.

이 공식을 원통형이나 구형 커패시터에도 사용할 수 있습니까?

아니요. 원통형 커패시터(동축 케이블)는 C = 2πεL / ln(b/a), 구형 커패시터는 C = 4πεab / (b-a)를 사용합니다. 평행 평판 공식은 작은 간격의 평평한 극판에만 유효한 근사입니다. 다른 형상에서는 전계 분포가 다르며 적절한 공식이 필요합니다.

실제 커패시터는 극판 가장자리에서의 프린지 전계(전계가 극판 면적을 약간 넘어 확장됨) 때문에 이상적인 평행 평판 공식에서 벗어납니다. 이 효과는 극판 간 거리 d가 극판 치수보다 충분히 작을 때는 미미합니다. 적층 세라믹 커패시터(MLCC)는 얇은 층을 여러 장 적층하여 작은 패키지로 높은 용량을 달성합니다. 10 µF 0805 SMD 커패시터는 50개 이상의 세라믹 층을 가질 수 있으며 각 층은 불과 5 µm입니다. 고k 세라믹(Class II, X7R 등)의 유전율은 전압 의존성이 있어 DC 바이어스가 정격 전압에 가까워지면 정전용량이 40-70% 감소합니다. Class I(C0G/NP0) 세라믹은 안정적인 용량을 갖지만 εᵣ가 낮습니다(20-100). 고전압 커패시터를 설계할 때는 정전용량 공식이 아니라 절연 강도와 코로나 방전이 제한 요인이 됩니다. 항상 절연 강도 정격의 50-60% 디레이팅을 적용하세요.