실제 커패시터 고르기

한 줄 요약 — 용량만 맞으면 되는 게 아닙니다. 유전체 종류가 회로 성능을 결정하고, DC 바이어스로 용량이 반토막 납니다.

종류별 정리

★ DC 바이어스 특성 — 가장 큰 함정

X5R/X7R 같은 고유전율(Class II) 세라믹은 DC 전압을 걸면 용량이 급격히 줄어듭니다.

실제 사례

⚠️ 10 µF이라고 사서 붙였는데 실제로는 2.5 µF입니다. 전원 안정도가 예상의 1/4밖에 안 나오는 원인이 대개 이것입니다.

대응 방법

1. 내압이 높은 제품을 고른다 — 사용 전압의 2~4배 정격
2. 패키지를 키운다 — 같은 용량이라도 0805가 0603보다 감소가 적음
3. C0G/NP0를 쓴다 — 용량은 작지만 변화 없음
4. 데이터시트의 DC bias 곡선을 반드시 본다 — 제조사 웹사이트에서 제공 (Murata SimSurfing, TDK 등)
5. 여유를 둔다 — 필요 용량의 2~3배로 설계

유전체 코드 읽는 법 (Class II)

X7R 같은 3자리 코드:

• X7R = −55~125 °C, ±15% → 가장 흔한 선택
• X5R = −55~85 °C, ±15% → 대용량에 흔함
• Y5V = −30~85 °C, +22/−82% → 쓰지 마세요

C0G/NP0는 Class I이고 별도 체계입니다: 온도계수 0±30 ppm/°C, 사실상 이상적.

계산 예제

예제 — 디커플링 설계에서 DC 바이어스 반영

3.3 V 레일에 10 µF 벌크 커패시터(bulk capacitor)벌크 커패시터(bulk capacitor)벌크 커패시터 bulk capacitor보드 입구에 두는 큰 커패시터로, 디커플링이 못 따라가는 느린 전류 변화를 받아 냅니다.자세히 보기 →가 필요합니다.

잘못된 선택: 10 µF X5R 0402 6.3 V → 3.3 V에서 실제 용량 약 3 µF (70% 감소). 설계 목표 미달.

올바른 선택:

• 22 µF X5R 0805 16 V → 3.3 V에서 약 15 µF ✅
• 또는 10 µF 0805 25 V → 3.3 V에서 약 8.5 µF ✅

비용 차이는 크지 않지만 성능 차이는 5배입니다.

⚖️ 부품 트레이드오프 — 유전체 선택

저잡음 측정 회로에서의 선택

⚠️ 마이크로포닉스: Class II 세라믹(X7R/X5R)은 압전 효과가 있어 진동이 전압으로 변환됩니다. 저잡음 아날로그 회로에서 팬 진동이나 기계적 충격이 노이즈로 나타납니다. 신호 경로에는 C0G나 필름을 쓰세요.

🔌 실제 쓰임새

⚠️ 이상과 실제의 차이 — 종합

실무 체크리스트

커패시터(capacitor)를 고를 때 확인할 항목:

• 용량 — DC 바이어스 감소를 반영했는가?
• 내압 — 사용 전압의 2배 이상인가? (탄탈은 2~3배)
• 유전체 — 이 자리에 Class II를 써도 되는가?
• ESR — LDO 안정성 요구사항에 맞는가?
• 패키지 — 실장 가능한 크기인가?
• 온도 범위 — 사용 환경을 덮는가?
• 극성 — 전해/탄탈이면 방향이 맞는가?

연습문제

문제 1. 5 V 레일의 디커플링에 “10 µF X5R 0603 6.3 V”를 썼습니다. 무엇이 문제입니까?

문제 2. 크리스털 발진기의 부하 커패시터에 X7R을 쓰면 어떻게 됩니까?

exercises/03-04-crystal-cl-drift.yaml

문제 3. 정밀 적분기 회로에 세라믹 X7R을 썼더니, 큰 신호 후에 출력이 서서히 되돌아오는 현상이 관찰됩니다. 원인과 해결책은?

exercises/03-04-dielectric-absorption.yaml

이전 ← 03 인덕터와 RL 회로 | 다음 → 05 RLC 과도응답