바이패스 캐패시터(Bypass capacitor) 전원노이즈

바이패스 캐패시터 (Bypass capacitor)

병렬 캐패시터 (shunt capacitor)는 전자회로에서 매우 광범위하게 사용됩니다. 특히 전원단의 잡음을 제거하기 위해 전원과 함께 늘 병렬로 캐패시터나 콘덴서가 달리는 경우가 많지요.

캐패시터는 DC는 통과하지 못하고 주파수를 가진 신호만 통과하게 됩니다. 그리고 캐패시턴스 값이 클수록 더욱 낮은 주파수의 AC(RF)신호를 통과시킵니다. 그러므로 병렬로 달린 캐패시터는, AC입장에서는 Ground로 바로 접지되어 버리는 short 선로처럼 동작합니다.

            

전원단에서는 깨끗한 직류전압만 나오는게 아니라, 자질구레한 저주파 신호까지 출력되는 경우도 많기 때문에 그러한 저주파 잡음을 잡아야 합니다. 그래서 전원단 출력 옆에 달린 병렬 캐패시터를 통해 저주파 AC신호는 접지되어 죽여 버리게 됩니다. 그리고 전원 잡음은 보통 매우 낮은 주파수에서 뜨는 경우가 많아서 캐패시턴스 값이 커야지 잡히게 됩니다. 그래서 전원단 잡음제거용 캐패시터는 uF단위의 큰 탄탈 캐패시터같은 것을 사용하게 되는 것입니다.

이런 저주파전원잡음 제거과정을 흔히 "DC를 잡는다"라는 표현을 많이 합니다. 깨끗하게 직선으로 나와야할 DC신호의 흔들림을 없애서 잡아준다는 의미이지요. 결국 다 같은 얘기를 하고 있는 것입니다.

그리고 이러한 저주파 잡음은 회로 내에서 저주파 발진이 유입된 것처럼 작용하며, 내부에서 발생된 저주파 발진과 함께 회로의 성능을 저하시키는 요소가 됩니다. 그래서 저주파 발진을 막기 위해서 DC를 잡아주듯이 바이어스 선로에 병렬로 바이패스 캐패시터를 박습니다. 바이패스(bypass)란 AC를 통과시켜서 접지시켜 버리겠다는 의미이지요.

DC 바이어스 선로에는 반드시 이러한 병렬 캐패시터가 적어도 하나이상 달리지 않으면 저주파 발진을 잡을 수가 없습니다. 보통 저주파를 잡기 위해 큰 값의 캐패시터와, 위험요소가 있는 특정 주파수만 잡기 위해 작은 값의 캐패시터 두가지가 함께 병용되는 경우가 많지요.

위의 그림에도 나와있지만, 인덕터 또는 λ/4 선로를 이용하여 RF(AC)신호가 DC 바이어스단으로 유입되어 loop를 돌면서 발진이 일어나지 않도록 막아줍니다. 하지만 완벽하지는 않아서 일부 주파수, 특히 극저주파 잡음성 발진은 쉽게 새어버립니다.

인덕터에 의한 AC 임피던스 공식 ( Z = 2 π f L ) 를 생각해보면 쉽게 이해할 수 있습니다. 인덕터로 RF를 막는 이유는, 위의 공식에 의거하여 높은 주파수에서는 인덕터가 큰 AC저항으로 보이기 때문입니다. 임피던스가 크니까 RF는 못 빠져나가지만, 낮은 저주파 신호입장에서는 AC저항값이 매우 낮아서 쉽게 새어 버릴  수 있는 것이지요. λ/4 선로의 경우는 그 λ의 주파수 이외는 막는 효과가 없으니 결국 다른 주파수는 줄줄 샐 수 있습니다.

그렇기 때문에 인덕터나 λ/4와 같은 RF choke 이후와 전원단 사이에 반드시 병렬 캐패시터가 있어야먄 저주파 발진을 잡을 수 있게 되는 것입니다. (이것을 low pass trap : 저주파함정 이라고도 합니다)

참조 : http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/baljin2.htm