필터라 하면 무엇이 떠오르는가?

아마 정수기나 공기청정기처럼 무언가를 걸러내는 것을 떠올릴 텐데

이 글에서는 전기전자공학에서의 필터에 대해 쓰려고 한다

물론 필터의 종류는 너무나도 많다

간단한 RC회로부터

트랜지스터를 이용 한 것,

다이오드를 이용 한 것 까지

너무나도 많지만

이 글에서는 아주아주 기본적인 RLC 회로에 대해서 쓰도록 할 것이다

여러분들은 라디오를 한 번 쯤은 써 본 적이 있을 것이다

라디오를 들을 때는, 다이얼을 돌려서 주파수를 조절하는데

문득 이런 생각이 든 적은 없는가?

"다이얼을 돌리면.... 치지지직 거리다가 어느 순간 다른 채널이 나오네?... 원리가 뭐지?"

물론 어린시절 우리 싱붕이들은 그저 한순간의 호기심으로 남았을 것이다

나는 이제 그 원리에 대해서 설명할 것이다

우선 RLC 회로에 대해서 알아야 한다

여기서 R은 Resistanece, 저항이며

L은 Inductor, 인덕터이고

C는 Capacitor, 축전기이다

이 단순한 회로가 사실은 라디오의 원리를 담고있다고 해도 무리가 없다

어떻게 이런 단순한 회로가 라디오를 설명할 수 있는 걸까?

지금부터 알아보자

우선 RLC 회로를 해석하는데에 있어서 필수적인 표를 가져왔다

음.... 아마도 뭔 좆같은 소리를 하나 싶을 것이다

괜찮다! 이런거 몰라도 이해할 수 있다.

간단하게 임피던스 측면에서 설명할 것인데

그냥 더도말고 덜도말고, 임피던스가 증가하면 전류가 흐르지 않는다고 생각하면 된다.

그리고 저기 표에서 임피던스에 있는 W는, 주파수를 의미한다

한 번 생각 해 보자

인덕터는, 주파수가 증가하면 임피던스가 증가한다

축전기는, 주파수가 증가하면 임피던스가 감소한다

저항은, 주파수가 증가해도 임피던스의 변화가 없다

흠... 감이 오는가?

즉, 인덕터는 주파수가 증가하면 전류를 안 흘려보내려고 하고

축전기는 주파수가 증가하면 전류를 더 잘 흘려보내려 하며

저항은 주파수에 상관없이 일정한 임피던스를 유지한다.

그럼 아까 보았던 회로를 한 번 다시 보자

오른쪽의 병렬 RLC 회로에 대해서 생각 해 보자

주파수가 증가한다고 가정하면?

L의 임피던스가 증가할것이다 > 그렇다면 R과 C에 흐르는 전류가 증가한다

주파수가 감소한다고 가정하면?

C의 임피던스가 증가할것이다 > 그렇다면 R과 L에 흐르는 전류가 증가한다

즉, 우리가 주파수를 올리고 내리는 과정 속에서

인덕터와 축전기에 걸리는 전류의 크기를 조절할 수 있다

"그렇다면 우리가 다이얼을 돌림으로서 인덕터와 축전기의 값을 변화시킬 수 있다면....."

그렇다! 축전기의 정전용량은

C=Q/V 이고 , 여기서 V는 EL이다.

아하! 그렇다면 커패시턴스의 값은 축전기의 극판의 거리에 따라서 결정된다

!! 그렇다면?

우리가 다이얼을 돌리는 행위는, 사실 커패시터의 정전용량을 조절하는 행위였던 것이다!

정전용량을 늘린다면? 흐르는 전류가 증가할 것이며

정전용량을 줄인다면? 흐르는 전류가 감소할 것이다

우리는 이렇게 축전기의 양 극판 사이의 거리를 조절하면서 주파수 피크를 조절할 수 있는 것이다

쉽게 말해서,

우리가 저 Resonace 의 값을 다이얼을 돌림으로서 (커패시턴스의 값을 조절하면서)

왼쪽, 오른쪽으로 왔다갔다 하게 할 수 있는 것이다

그렇기 때문에 저 볼록 솟아있는 주파수 대역의 전파만 받아들이고

나머지는 싹 다 버리게 되는 것이다

그러면 우리가 원하는 대역의 주파수 신호만 받을 수 있게 되는 것이다.

저런 간단한 회로만으로 라디오의 원리가 설명된다니

정말 신기하지 않은가?