전자회로에서 코일(인덕터)의 역할과 종류

전자회로를 구성하는 부품 중 코일은 저항과 콘덴서와 함께 중요한 역할을 하고 있습니다. 예를 들어, 스마트폰이 전화의 전파를 송수신하기 위해 필요한 전자회로 부품입니다.

1. 코일(인덕터)의 개요

코일은 간단히 말해 선을 빙빙 감은 것의 총칭입니다. 전기와는 관계가 없지만 빙빙 감은 스프링을 '코일 스프링'이라고 부르기도 합니다.
즉, 선을 빙빙 두른 형상을 코일이라고 부릅니다.

도선에 전류가 흐르면 그 도선을 중심으로 동심자계가 발생합니다. 자기장은 전류가 흐르는 방향에서 볼 때 시계 방향으로 발생하는 특성이 있습니다. 이른바 '오른나사의 법칙'이라는 것으로, 이 전류가 흐를 때의 자기장을 이용하는 것이 코일(인덕터)이라는 부품입니다.

코일의 역할은 크게 두 가지가 있는데 하나는 에너지를 축적하는 역할입니다. 다른 하나는 교류전류를 흘리지 않도록 하는(주파수에 크게 의존) 역할입니다.

2. 코일의 역할

(1) 에너지를 축적
코일에 전압을 인가하여 전류를 흘리면 '자속(磁束)'이라는 것이 발생합니다. 이것은 자석의 자속과 동일합니다. 이 자속은 외부 전원을 차단하여도 그대로 유지됩니다. 이것은 코일에 전류를 흐르게 함으로써 코일이 자화된 것을 의미합니다. 즉, 전기에너지가 자기에너지로 변화하여 코일 내부에 축적된 것입니다.

단위 전류당 자속을 생성하는 능력을 '인덕턴스'이라고 합니다. 축적되는 자기에너지의 양이 인덕턴스에 의해 결정되며 단위는 헨리(H)입니다.

식으로 표현하면
Φ = L × I
[Φ : 자속(Wb), L : 인덕턴스(H), I : 전류(A)]
입니다.

축적할 수 있는 에너지는 다음의 식으로 나타냅니다.
W = (1/2) × L × I × I
[W : 에너지 (J)]

(2) 교류전류를 흐르게 하지 않는다
코일에 '직류'가 흘리면 코일이 순간 그 흐름을 방해하지만 이후 단순한 도체로 작용하여 직류전류를 순조롭게 흘립니다.

그러나 '교류'는 시간에 따라 주기적으로 크기와 방향이 변화하는 전류로, 코일에 전류가 흐르려고 하면 그 전류에 의한 자기장이 다른 코일을 가로 지르기 때문에 유도전압이 발생하고 전류변화를 방해하려고 합니다.

특히 전류가 갑자기 증가하려고 하면 전류와 반대 방향, 즉 전류를 감소시키는 방향으로 기전력이 발생하여 전류의 증가를 방해합니다. 반대로 전류가 감소하려고 하면 증가하는 방향으로 작동합니다.

교류전류의 경우는 전류의 방향이 계속 바뀌어 코일도 계속 그것을 방해하려고 합니다. 이처럼 코일은 교류에 대해 저항처럼 작용하며, 주파수가 높아질수록 흐르기 어렵게 하는 성질이 있습니다.

3. 코일의 종류

◆ 구조에 의한 코일의 분류(종류)

권선의 구조로 분류하면 주로 권선코일 적층코일, 박막코일 3가지로 나눌 수 있습니다.

① 권선코일
'권선코일'은 절연피복된 구리선을 플라스틱 보빈과 페라이트 코어에 스프링처럼 나선형으로 감은 것입니다.
② 적층코일
'적층코일'은 도체금속을 시트와 기판 위에 인쇄하여 여러 층으로 겹친 것입니다.
소형화, 고주파 특성이 우수합니다.
③ 박막코일
'박막코일'은 스퍼터링 및 증착기술을 사용하여 인쇄보다 더 얇은 금속막으로 코일을 형성한 것입니다. 소형의 정밀한 코일이 가능합니다.

A spiderweb coil. https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Spider_coil.jpg

◆ 기능에 의한 코일의 분류(종류)

① 초크코일
주로 전원회로에 사용되는 코일을 초크코일이라고 부르고 있습니다. 교류전류를 한 방향의 전류로 정돈하거나 노이즈를 제거합니다.
② 동조코일
특정 주파수의 신호를 출력하기 위하여 사용됩니다. 주로 무선회로나 오디오회로에 사용됩니다.
③ 안테나
AM라디오의 내부를 살펴보면 페라이트 막대에 도선을 감은 바안테나를 확인할 수 있습니다. 이 안테나도 코일의 1종입니다.
④ 트랜스
트랜스도 코일의 1종입니다. 사용되는 상황에 따라 종류가 있습니다. 교류전압을 변환하는 전원트랜스, 음성신호를 변환하는 오디오 트랜스, 중간주파수를 선택하는 중간주파수 변압기 등 전압, 전류, 주파수 등에 따라 많은 종류로 나눌 수 있습니다.

이상, 전자회로의 핵심 부품 중 하나인 코일의 필수 기초지식을 설명했습니다.

출처 참조 번역
Wikipedia
３分でわかる技術の超キホン 初学者必見！電子回路におけるコイル（インダクタ）の役割と種類
https://engineer-education.com/coil-inductor_electronic-circuit/#:~:text=%E3%82%B3%E3%82%A4%E3%83%AB%EF%BC%88%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%83%80%E3%82%AF%E3%82%BF%EF%BC%89%E3%81%AE%E5%BD%B9%E5%89%B2%E3%81%AF,%E4%BE%9D%E5%AD%98%E3%81%99%E3%82%8B%EF%BC%89%E3%81%A8%E3%81%84%E3%81%86%E5%BD%B9%E5%89%B2%E3%81%A7%E3%81%99%E3%80%82