주파수와 필터 Part1

오늘은 주파수와 필터에 대해 알아보자.

일단 이에 앞서 커패시터(capacitor)와 인덕터(inductor)의 개념을 알아야 한다.

 

커패시터는 실제 전기적으로 절연이 되어있다.

하지만 넓은 금속판이 매우 가까이 있지만 붙어있지는 않아 전류가 흐르진 못한다.

두 금속판이 매우 가까워서 생기는 특성이 있는데 이것을 정전용량이라 한다.

 

커패시터의 기호(Symbol)인데 실제 원리를 적용하여 만들어낸 것이다.

두개의 금속판을 가까이 붙이고 전압을 가하게 되면,

양극에 전하가 충전이 된다.(간단히 전기가 충전된다고 생각하면 된다)

그리고 양극에 전압이 사라지면 그 전하는 다시 방전하게 된다.

이러한 특성은 직류는 흘리지 못하지만 교류는 흐를수 있게된다.

 

 

인덕터는 도선을 감아놓은 코일이다.

도선에 전류를 흘리면 자기장이 발생하는데 인덕터 처럼 코일형태로 감아놓게되면

강한 자성이 발생한다.

이러한 강한 자성은 전류가 변화하는 것을 억제한다.(이거에 대한 정확한 원리는 전자기학에..)

그러하여 직류는 아무런 저항이 없이 지나가지만 주파수가 높을수록 통과하기 힘들어 진다.

기호는 다음과 같다.

 

 

 

자 이제 주파수는 어떤것일까???

먼저 주기라는 것이 있다.

주기는 들어본적이 있나요????

아마 중학교때 성교육을 받을 때 월경주기나 아니면 과학시간에 지구의 자전주기 공전주기 등등

들어보았을 것이다.

주기라는 것은 일정한 패턴의 움직임이나 변화를 1회를 완수한 시간을 말한다.

즉 지구가 태양 한바퀴를 도는 시간은 1년이기 때문에

지구의 공전주기는 1년이 된다.

그럼 주파수는 어떤 것일까???

주파수는 일정한 패턴의 움직임이나 변화를 단위시간(일정시간)안에 몇번 반복했는지에 대한 횟수 이다.

보통 단위는 Hz(헤르츠)를 사용하는데, 이 단위는 1초동안의 반복횟수이다.

즉 내가 1초에 박수를 5번친다면 박수의 주파수는 5Hz인 것이다.

반대로 주기는 0.2초가 될 것이다. 즉 주기와 주파수는 역수관계이다.

 

 

소리는 진동이다.

이것은 누구나 아는 상식이다.

피아노가 있는데 피아노의 '도'를 치면 피아노 안에 있는 '도'에 해당하는 줄이 진동을 하며 '도'음을 낸다.

이 피아노줄은 그 줄이 가지고 있는 고유 주파수가 있다.

이 줄에다 '레'라는 소리를 크게 옆에서 진동시켜도 이 줄은 잘 떨리지 않지만

'도'라는 소리를 옆에서 소리를 내면 함께 진동하게 되는데

이것을 '공명'이라고 한다.

다리를 설계할때도 이 공명현상을 고려하는데,

대형트럭이 지나가도 끄떡없던 다리가 사람 몇사람이 지나가다 무너질 수도 있다.

이것은 그 다리가 지니고 있는 고유주파수과 사람의 발걸은의 주파수가 일치하면,

다리가 점차 심하게 흔들리고 결국 무너지게 되는 것이다.

 

공진주파수

전기적신호도 역시 주파수라는 성분을 가지고 있으며 또한 공명과 같은 현상도 있다.

이를 '공진'이라하며, 그 주파수를 '공진주파수'라 한다.

인덕터와 커패시터의 특성에 의해서 이 둘을 조합하게 되면,

특정 주파수에 대하여 저항이 0이 되어버린다.

이때 주파수를 '공진주파수'라고 한다.

이러한 특성을 이용하여 라디오나 TV 휴대폰등에서 우리들이 반드시 필요한 신호만을

추출할 수 있게 된다.