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Inductor (인덕터)

 

도체에 전류가 흐르면 그 흐르는 전류 주변에는 반드시 자기장이 발생한다. 그 도체가 어떤 모양이든 단면적으로 보았을 때 그 직선을 감싸는 둥근 모양의 자기장이 발생한다(플레밍의 오른손 법칙). 자기장을 많이 발생시키고 싶으면 도체의 모양을 직선으로 만들지 안고 둥글게 만들면 된다. 또한 둥근 모양을 많이 겹쳐 놓으면 더욱 많은 자기장을 유발할 수 있다. 인덕터는 이렇게 자기장이 많이 유발되도록 의도적으로 만든 소자이다. 기억해야 할 것은 어떤 도체든지 전류가 흐르면 자기장이 발생한 다는 것이고 그 자기장은 도체를 완전히 감싸며 루프를 형성한다는 것이다. 그리고 자기장은 그 것이 형성되는 물질의 유전률과는 무관하다. 그러면 인덕턴스는 어떻게 결정될까? 인덕턴스는 도체 주변을 감싸는 자기장의 수(N)에 비례한다. 즉 인덕턴스는 어떤 고정된 자기장의 값이 아니고 자기장 라인(플럭스)의 수에 관한 것이다. 따라서 인덕턴스는 도체의 기하학적 모양의 함수이다. 기하학적 모양에 의해 결정된 L값은 변하지 않는다. 따라서 I가 증가하면 N도 같이 증가하고 I가 줄어들면 N도 같이 줄어든다. 이것을 표현한 식이 아래이다.

 

같은 모양의 두 개의 도체 라인에 같은 방향으로 전류를 흘리면 적당히 떨어진 곳에서 인덕턴스는 2배가 되고, 각각 반대 방향으로 전류를 흘리면 0이 된다. 각 라인에 의해 형성된 자기장의 방향이 반대가 되어 상쇄되기 때문이다. 이처럼 인덕턴스는 어떤 도체 자기 자신만의 함수가 아니라 다른 도체에 의한 자기장의 영향도 받게 된다. 이것을 상호 인덕턴스라고 한다.

재미있는 현상은 자기장의 개수에 변화가 발생하면 도체의 길이방향으로 전압이 발생을 한다는 것이고 발생하는 전압은 변화하는 자기장의 개수와 직접적으로 관련이 있다는 것이다.

 

변화하는 자기장 루프의 개수가 많을수록 그리고 변화가 빨리 일어날수록 도체에 유발되는 전압은 커진다. 위 두 식을 합하여 다시 정리하면 다음과 같다.

 

위 식에서 알 수 있듯이 전류에 변화가 생기면 반드시 전압이 유발된다. 유발된 전압은 전류의 변화가 최소화 되는 방향으로 발생을 한다. 인덕턴스가 중요한 이유는 이렇게 유발된 전압이 신호의 품질에 영향을 주기 때문에 중요한 이유이다.

 

위의 특성을 정리하면, 인덕터는 전류량의 변화가 없는 DC는 잘 통과시키고, 전류의 변화를 억제하는 전압 발생 때문에 AC는 차단하는 역할을 한다. 주파수가 높아질수록 더 많이 차단된다. 이런 특성은 캐퍼시터와 정 반대되는 특성이다. 신호의 위상의 관점에서 보면 전류가 전압보다 90도 뒤쳐지는 현상이 발생한다.