[햄린이의 무선공학] 코일

[햄린이의 무선공학] 코일

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전편에서 컨덴서를 다루면서 용도 중 바이패스(bypass)를 빼먹은 것 같네. 회로도를 보면 가장 흔하게 보게되는 컨덴서의 용도중 하나지. 불필요하게 끼어든 잡음을 빼내는 용도라고 보면 되겠지. 아래 동영상을 보면 이해 될거야. 동영상에서 보여주는 수신음을 들어보면 두가지 효과를 알 수 있는데 신호음(음성)이 끊기는 현상을 막고 히스(hiss) 잡음이라고 하는'쉬잇~' 소리를 줄여주고 있어.

신호가 강력할 때(진폭 전압이 높음) 깨지는(끊기는) 이유가 파형이 간혹 포화되서 그렇거든. 파형이 포화되면 깍이잖아. 그럼 깍여나간 부분은 그냥 민밋해져. 전압이 요동치지 않으면 스피커를 울릴 수 없지. 그래서 끊기지. 컨덴서를 달아주면 깍여서 올라간 부분을 조금 누그러트려 주거든. 그리고 히스 잡음은 고역의 소리니까 이를 접지쪽으로 빼내서 뭉개버리는거야. 포락선으로 뭉개는 효과를 가져오지. 간단하지만 꽤 효과적으로 활용되고 있어. 스완이라는 아주 오래된 무전기가 있는데 ANL 이라는 스위치가 있더라고. 뭔가 봤더니 자동 잡음 제한기(Automatic Noise Limiter)라고 하더라고 뭔가 싶어 회로도를 봤더니 그냥 저항에 바이패스 컨덴서를 달아서 일종의 필터를 만들었더라구.

 

이제 코일을 알아보자. 전깃줄에 전류가 흐르면 주변에 자기장(magnetic field)이란게 생겨나지. 아마 초등학교 때 못에다가 에나멜선 잔뜩 감아서 건전지 연결하면 전자석이 된다는 실험은 다들 해봤을거야. 자기 유도법칙이니 뭐니 하는 오른손 법칙 어쩌구도 들어봤을 거고. 그런 법칙 외워봐야 햄린이에게 별 도움이 될까 싶네. 시험에는 가끔 등장하니까 아래 동영상을 검색해 보길 바래.

[유튜브 검색 '전자기유도']

전선을 둘둘 감았는데 쇼트가 안나네?

코일은 전선을 둘둘 감아 놓은거지. 도통 테스트를 해봐도 통전 된다는 삐~ 소리가 나지. 그런데 배터리를 연결하면 자석이되네? 쇼트(short)되서 과전류가 흐르고 어딘가 터져 나가야 하는거 아냐? 탄내도 나고 말이지.

코일에 직류를 통하면 전자석이 되는걸 의심하진 않지. 눈으로 봤으니까. 전류가 지나가면서 이상한 일을 만든거지. 저항에 전류가 흐르면 열을 내듯이 코일에 전류가 흐르면 자기장이 생긴단 말이야. 그렇다면 그냥 전류 만 흐른게 아니네.

전선이 둘둘 말려 있는 모습을 보고 코일(coil) 이라고 하는데 전류를 흘리면 자성을 이끌어 낸다는 의미로 인덕터(inductor)라고 하지. 자성을 유도해 내는 물건이라는거야. 이렇게 둘둘말인 전선에 직류를 흘리면 순간적으로 자기장을 형성하느라 전류가 멈췄다가 일단 자기장이 형성되면 이 자기장을 유지하면서 전류는 계속 흐르지. 전류가 잠깐 멈추는 이유를 기전력이 작용했기 때문이라고 말하지. 이와 반대로 컨덴서에 직류를 흘리면 충전하느라 전류가 잠깐 흘렀다가 만충전 되면 직류가 흐르지 않아. 

이번에는 코일에 교류를 흘려보자. 자성은 극성이란게 있지. N극에서 나와서 S극으로 흐르잖아. 전류 방향이 바뀌면 극성도 바뀐다. 자기장을 형성하느라 전류가 잠깐 멈췄다가 계속 흐르는데 교류는 전류 방향이 바뀌지. 그럼 다시 극성을 바꾸느라 전류가 잠깐 멈추게되. 교류전류를 코일에 인가하면 전류흐름이 바뀌면 잠깐씩 멈추는데, 그 잠깐씩 멈춤이 계속이어지면 결국 교류는 통과하지 못하게되는거지. 그런데 컨덴서는 교류를 인가하면 충전과 방전을 반복하게되서 전류가 흐르게 되. 어때? 코일과 컨덴서에 직류와 교류를 흘리면 반대 현상이 나타나는 이유를 알겠지? 그래서 이런 말들을 하는거야.

"맥류에서 코일을 통과시키면 직류분을 끌어내고 컨덴서를 통과시키면 교류분을 끌어낸다."

코일의 임피던스

저항은 직류든 교류든 상관없이 전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타내는데 반해 임피던스(impedence)는 교류의 흐름을 방해하는 정도를 뜻한다고 했지. 

컨덴서는 교류를 흘리긴 하지만 충전과 방전을 반복하느라 흐름을 방해해. 그래서 임피던스값을 가지게되지. 코일도 자성을 만드느라 교류 흐름을 방해하지. 그렇다고 완전히 차단하지는 못한다구. 그래서 역시 임피던스 값을 가지게 되는거야. 코일의 임피던스는 공식은 컨덴서의 임피던스 공식과 반비례 관계에 있어.

컨덴서의 임피던스 공식과 비교해보자.

주파수가 f인 정현파에 대한 두 임피던스를 따져보자구. 코일의 임피던스 X_L은 주파수가 높을 수록 교류저항이 증가하지. 이에반해 컨덴서의 임피던스 X_C는 주파수가 높을 수록 교류 저항이 작아져. 주파수가 작아지는 경우, 일테면 주파수가 0인 직류라면 X_L 은 0이지만 X_C는 무한대가 되겠지. 따라서 컨덴서는 직류를 완전차단할 수도 있지만 코일은 교류를 완전차단하기는 어렵지. 주파수를 무한대로 올릴 수는 없으니까. 두 임피던스 공식만 봐도 코일과 콘덴서의 특징을 파악 할 수 있겠지?

이제 임피던스도 정복하게 됐으니 햄린이는 두려울게 없다. 다음에는 공진회로를 보도록 하자. 스미스 차트도 살짝 맛보고 말이지...

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