[PCB EMI] 직렬공진과 병렬공진 (28)

LC 회로의 주파수 선택 능력 이해하기

LC 회로에서는 특정 주파수에서 공진 현상이 발생하며, 이는 회로의 임피던스 특성을 극적으로 변화시킵니다. 이러한 공진은 신호 필터링, 발진기, 무선 통신 등 다양한 전자 회로에서 핵심적인 역할을 합니다. 본문에서는 직렬 공진과 병렬 공진의 동작 원리와 차이를 중심으로, 그 활용 방법까지 정리해 보겠습니다.

 

공진이란 무엇인가?

공진은 인덕터(L)의 유도 리액턴스(ωL)와 커패시터(C)의 용량 리액턴스(1/ωC)가 같은 크기를 가질 때 발생합니다. 이 두 성분이 서로 상쇄되면 회로의 임피던스가 급격히 변하는 현상이 나타납니다. 이때의 주파수를 공진 주파수(f₀)라고 하며, 다음과 같이 정의됩니다.

f₀ = 1 / (2π√(LC))

공진 주파수에서는 회로가 특정 주파수 성분에만 선택적으로 반응하게 되어, 다양한 주파수 선택 회로의 기반이 됩니다.

 

직렬 공진(Series Resonance)

직렬 공진 회로는 인덕터와 커패시터가 직렬로 연결된 형태입니다. 공진 주파수에서 유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스가 서로 상쇄되므로, 회로의 전체 임피던스는 이론적으로 0Ω에 가까워집니다. 즉, 특정 주파수에서 전류가 최대가 되는 특성이 있습니다.

이러한 특성을 이용해 직렬 공진 회로는 대역 통과 필터(Band-Pass Filter)로 활용되며, 원하는 주파수 성분만 선택적으로 통과시킬 수 있습니다. 또한 특정 주파수의 신호만 제거하는 노치 필터(Notch Filter)로도 응용됩니다.

 

병렬 공진(Parallel Resonance)

병렬 공진 회로는 인덕터와 커패시터가 병렬로 연결되어 있는 구조입니다. 공진 주파수에서는 두 리액턴스가 상쇄되어 회로의 임피던스가 최댓값, 이론적으로는 무한대가 됩니다. 이로 인해 해당 주파수에서는 전류 흐름이 최소화되며, 외부 회로에서 신호가 차단되는 효과를 냅니다.

병렬 공진 회로는 특정 주파수를 선택적으로 거부하거나, 고주파 잡음을 억제하는 데 효과적이며, 공진 탱크 회로나 발진기 회로의 주된 구성 요소로 사용됩니다.

 

공진 회로의 활용 예시

• 발진기: 병렬 공진 회로를 기반으로 특정 주파수의 신호를 생성할 수 있는 발진 회로를 구성합니다.
• 필터 회로: 직렬 공진은 원하는 주파수만 통과시키는 데, 병렬 공진은 특정 주파수를 차단하는 데 활용됩니다.
• 무선 통신: 송수신 회로에서 공진 회로를 통해 원하는 채널 또는 주파수 대역을 선택합니다.

 

마무리하며

직렬 공진과 병렬 공진은 LC 회로의 핵심 개념으로, 회로가 특정 주파수에 선택적으로 반응하게 만드는 기초 원리입니다. 이를 이해하고 적절히 활용하면 원하는 주파수 성분만 증폭하거나 차단할 수 있어, 다양한 전자 회로 설계에서 필수적인 지식입니다. 특히 고주파 회로나 무선 시스템에서 공진 특성을 정확히 제어하는 것은 회로 성능을 좌우하는 중요한 요소가 됩니다.