유도자

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1. 개요
2. 인덕턴스의 원리
- 2.1. 구성 방정식
3. 인덕터의 구조
- 3.1. 이상적인 인덕터와 실제 인덕터
4. 인덕터의 종류
5. 전기 회로에서의 인덕터
6. 인덕터의 응용
7. 인덕턴스 공식
8. 한국의 인덕터 산업 (추가)
참조

1. 개요

유도자는 전류가 흐르는 도체 주위에 자기장을 형성하여 전류 변화를 방해하는 현상인 인덕턴스를 이용한 전자 부품이다. 인덕턴스는 전류의 변화에 저항하는 기전력을 발생시키며, 코일의 모양, 감은 수, 코어 재질 등에 따라 인덕턴스 값이 달라진다. 유도자는 공심 인덕터, 강자성 코어 인덕터, 토로이달 코일 인덕터, 가변 인덕터, 초크 코일 등 다양한 종류가 있으며, 전원 공급 장치, 필터 회로, 동조 회로, 변압기 등 다양한 분야에 활용된다.

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유도자
개요
명칭	인덕터
영어 명칭	inductor
일본어 명칭	インダクタ (Indakuta)
종류	수동 소자
작동 원리	전자기 유도
발명	마이클 패러데이
발명 연도	1831년
단자 수	2
설명
정의	에너지를 자기장 형태로 저장하는 수동 2단자 전기 부품
단위	헨리

2. 인덕턴스의 원리

인덕턴스 (''L'')는 전류가 흐르는 전기 전도체 주위에 자기장이 형성되어 전류의 변화를 방해하는 현상이다. 전류가 전도체 내부에서 흐르면 그 주변으로 자기 선속이 생기는데, 이때 인덕턴스는 일정량의 전류(''i'')가 흐를 때 생기는 자기 선속 (''φ'')으로 정의된다.^[56]^[57]^[58]^[59]

: $L = {d\phi \over di} \,$

투자율이 일정한 물질에서는 ''L''이 일정하므로 다음과 같이 간단하게 정리된다.

: $L = {\phi \over i}$

모든 전도체는 전류가 흐를 때 자기장을 만들기 때문에, 약간의 인덕턴스를 가진다. 투자율과 전류가 흐르는 모양과 위치가 인덕턴스의 양을 결정하며, 코일에 전선을 많이 감을수록 자기 선속이 증가하여 인덕턴스가 증가한다. 코일을 강자성 물질 (자기 철심)에 감으면 자기장이 강화되어 인덕턴스가 크게 증가한다.

도체를 흐르는 전류는 이를 둘러싼 자기장을 생성하며, 주어진 전류

I

에 의해 생성된 자기 선속 결합

\Phi_\mathbf{B}

는 회로의 기하학적 형태에 따라 달라진다. 이들의 비율은 인덕턴스

L

을 정의한다.^[3]^[4]^[5]^[6]

:

L := \frac{\Phi_\mathbf{B}}{I}

.

회로의 인덕턴스는 전류 경로의 기하학적 형태뿐만 아니라 인접 물질의 자기 투자율에 따라 달라진다. 인덕터는 코일 또는 나선 형태로 부품이며, 두 개의 단자를 갖는다. 전선을 코일로 감으면 자기 선속 선이 회로를 연결하는 횟수가 증가하여 자기장과 인덕턴스가 증가한다. 코일 내부에 철과 같은 강자성체 재료로 만든 "자성 코어"를 추가하면 코일의 자화장이 재료에 자화를 유도하여 자기 선속이 증가한다. 강자성 코어의 높은 투자율은 코일의 인덕턴스를 크게 증가시킨다.

렌츠의 법칙에 따르면, 유도 전압의 극성(방향)은 전류의 변화에 반대 방향으로 작용한다.^[7] 예를 들어, 인덕터를 통과하는 전류가 증가하면, 유도된 전위차는 전류의 진입점에서 양(+)이고 출구점에서 음(-)이 되어 전류 증가를 방해한다.^[8]^[9]^[10]

인덕턴스 (L)는 패러데이 전자기 유도 법칙에 따라, 전류의 변화에 저항하는 기전력 ('''자기 유도''')을 발생시킨다. 인덕턴스는 전류의 단위 변화당 발생하는 기전력의 양을 나타낸다. 예를 들어, 1헨리 (H)의 인덕턴스를 가진 코일은 1초당 1암페어 변화하는 전류가 흐를 때 1볼트의 기전력을 발생시킨다. 코일의 감은 수, 직경, 심재(코어)의 재질 등이 인덕턴스에 영향을 미치며, 특히 코어에 철과 같은 고투자율의 재질을 사용하면 인덕턴스는 크게 증가한다.

2. 1. 구성 방정식

유도자를 통과하는 전류의 변화는 변하는 자기 선속을 발생시키고, 패러데이 전자기 유도 법칙에 의해 기전력이 발생한다.^[59] 이 때 발생하는 기전력(전압)

\mathcal{E}

는 다음과 같이 표현된다.^[6]

:

\mathcal{E} = -\frac{d\Phi_\mathbf{B}}{dt} = -\frac{d}{dt}(LI) = -L\frac{dI}{dt}\quad

여기서 L은 시간에 따라 변하지 않는 값으로, 주어진 전류 변화율에 대해 생성되는 기전력(전압)의 양을 측정하는 척도이다. 즉, 인덕턴스는 일정량의 전류 변화에 의한 기전력의 양을 뜻하며, 예를 들어 1 헨리(H) 인덕턴스를 가진 유도자의 전류량이 초당 1 암페어(A)만큼 변하면 1 볼트(V)의 기전력이 생성된다.^[59]

유도 전압이 전류의 입력 단자에서 양극성이기 때문에, 유도자의 전류-전압 관계는 전류의 출구 단자를 전압

V(t)

의 기준점으로 사용하여 다음과 같이 표현되는 경우가 많다.

:

V(t) = L\frac{\mathrm{d}I(t)}{\mathrm{d}t} \, .

시간

t_0

에서 시작하여 초기 전류

I(t_0)

를 갖는 이 전류-전압 관계의 적분 형태는 다음과 같다.

:

I(t) = I(t_0) + \frac{1}{L}\int_{t_0}^t V(\tau) \, \mathrm{d}\tau \, .

유도자의 쌍대는 축전기(커패시터)이며, 이는 자기장 대신 전기장에 에너지를 저장한다. 커패시터의 전류-전압 관계는 유도자의 정의 방정식에서 인덕턴스(L)를 전기용량(C)으로, 전류를 전압으로 변환하여 해석할 수 있다.^[59]

3. 인덕터의 구조

인덕터는 일반적으로 코일 형태로 제작되며, 코어의 재질과 형태에 따라 특성이 달라진다. 전선을 코일에 감는 횟수가 높아질수록 자기 선속의 양이 늘어나므로 자기장이 늘어나고 인덕턴스 역시 증가한다. 즉, 전선을 더 많이 감을수록 인덕턴스가 증가한다. 또한 인덕턴스는 코일의 모양, 전선의 간격, 그리고 여러 가지 변수에 따라 변한다. 코일을 자기 철심등 강자성이 있는 물질에 감으면 전류에 의한 자기장이 물질을 자기화시켜 자기 선속이 증가한다. 이런 강자성이 있는 물질의 높은 투자율은 유도자의 인덕턴스를 없는 것에 비해 수천배로 늘이는 역할이 있다.^[56]^[57]^[58]^[59]

인덕터는 전도성 재료(주로 절연된 구리선)의 코일로 구성되며, 플라스틱(공심 인덕터) 또는 강자성/페리자성 재료(자성 코어) 주위에 감겨 "철심" 인덕터라고 불린다. 강자성 코어의 높은 투자율은 자기장을 증가시켜 인덕턴스를 높인다. 저주파 인덕터는 와전류 방지를 위해 적층된 전기 강철 코어로 변압기처럼 제작된다. '소프트' 페라이트는 가청 주파수 이상의 코어에 널리 사용되는데, 이는 일반적인 철 합금이 고주파에서 큰 에너지 손실을 유발하지 않기 때문이다.

인덕터는 다양한 형태로 제공된다. 일부는 인덕턴스 조절이 가능한 코어를 가지며, 매우 높은 주파수 차단을 위해 전선에 페라이트 비드를 꿰어 만들기도 한다. 소형 인덕터는 인쇄 회로 기판에 나선 패턴으로 트레이스를 배치하여 에칭하거나, 평면 코어를 사용하기도 한다. 집적 회로에는 알루미늄 상호 연결을 나선형 코일 패턴으로 배치하여 소형 인덕터를 구축할 수 있지만, 작은 치수는 인덕턴스를 제한한다. 따라서 커패시터와 능동 소자를 사용하는 ''gyrator'' 회로가 더 일반적이다. 칩 내 인덕터는 낮은 인덕턴스와 전력 손실로 인해 현재 고주파 RF 회로에만 상업적으로 사용된다.

코일은 전기 전도체의 권선으로 구성될 수 있으며, 일반적으로 강자성 또는 페리자성 소재나 공기를 심(코어)으로 하여 그 주위에 구리선을 감는다. 투자율이 높은 코어 소재는 자기장을 강화하여 코일 내에 가두고, 인덕턴스를 증대시킨다. 저주파용 코일은 와전류 방지를 위해 규소강을 적층하여 변압기처럼 만든다. 음성 주파수 이상에서는 소프트 페라이트가 널리 사용되는데, 이는 고주파에서의 코어 손실이 작기 때문이다. 코일은 페라이트 보빈 주위에 에나멜 코팅된 구리선을 감은 형태가 일반적이며, 권선이 페라이트에 완전히 둘러싸인 것도 있다. 코어를 조정하여 인덕턴스를 변화시킬 수 있는 코일도 있다.

작은 인덕터는 인쇄 회로 기판상에 소용돌이 패턴을 형성하여 구현하거나, 평탄한 코일에 평탄한 코어를 부가하여 인덕턴스를 강화하기도 한다. 집적 회로 상에는 알루미늄 배선층에 소용돌이 모양 패턴을 만들어 형성하지만, 인덕턴스 값은 매우 작다. 따라서 콘덴서와 능동 소자를 조합한 자이레이터 회로로 인덕터 동작을 재현하기도 한다. 원형에 가까운 설계가 사각형보다 약간 더 높은 인덕턴스 값을 얻을 수 있다.

길이가 있는 배선에는 아주 약간의 인덕턴스가 있으며, 이는 커패시터(콘덴서) 고주파 특성의 직렬 유도 성분의 주된 원인이다.

3. 1. 이상적인 인덕터와 실제 인덕터

이상적인 인덕터는 저항이나 커패시턴스가 없고 에너지 소산도 없는 반면, 실제 인덕터는 전선의 저항과 코어의 에너지 손실, 그리고 전선 턴 사이의 기생 커패시턴스를 갖는다.^[11]^[12] 실제 인덕터의 용량성 리액턴스는 주파수가 증가함에 따라 증가하며, 특정 주파수에서 공진 회로처럼 동작하고, 이 자가 공진 주파수 이상에서는 용량성 리액턴스가 인덕터 임피던스의 지배적인 부분이 된다.

강자성 코어가 있는 인덕터는 코어의 히스테리시스 및 와전류로 인해 추가적인 에너지 손실을 경험하며, 이는 주파수에 따라 증가한다. 높은 전류에서는 자기 코어 인덕터가 코어의 자기 포화로 인한 비선형성을 보인다. 인덕터는 주변 공간으로 전자기 에너지를 방사하며, 다른 회로에서 발생하는 전자기 방사를 흡수하여 잠재적인 전자기 간섭을 일으킬 수 있다.

코일의 저항은 코일과 직렬로 연결된 저항(DCR, 직류 저항)으로 나타나며, 일부 에너지를 소모한다. 코일의 품질 계수(Q)는 주어진 주파수에서 유도성 리액턴스와 저항의 비율이며, 효율성을 나타낸다. Q 팩터가 높을수록 이상적인 코일에 더 가깝다. 높은 Q 코일은 커패시터와 함께 라디오 송신기 및 수신기에서 공진 회로를 만드는 데 사용되며, Q가 높을수록 공진 회로의 대역폭이 좁아진다.

코일의 Q 팩터는 다음과 같이 정의된다.

:

Q = \frac{\omega L}{R}

여기서

L

은 인덕턴스,

R

은 직류 저항,

\omega L

의 곱은 유도성 리액턴스이다. ''Q''는 낮은 주파수에서는 주파수에 따라 선형적으로 증가하지만, 표피 효과, 근접 효과 및 코어 손실은 주파수에 따라 ''R''을 증가시키고, 권선 커패시턴스 및 주파수에 따른 투자율의 변화는 ''L''에 영향을 미친다.

낮은 주파수에서 권선 수를 증가시키면 ''L''은 ''N''²으로 변하는 반면 ''R''은 ''N''에 따라 선형적으로 변하므로 ''Q''가 향상된다. 마찬가지로 코일의 반경을 증가시켜도 ''Q''가 향상된다. 높은 ''Q'' 공심 코일은 큰 지름과 많은 권선을 갖는 경우가 많다. 높은 투자율의 강자성체 코어를 사용하면 인덕턴스를 크게 증가시켜 Q를 증가시킬 수 있지만, 코어는 주파수에 따라 증가하는 손실을 유발하므로 주파수 대역에 가장 적합한 코어 재료를 선택해야 한다. VHF 또는 더 높은 주파수에서는 공심이 사용될 가능성이 높으며, 잘 설계된 공심 코일은 수백의 Q를 가질 수 있다.

실제 인덕터는 인덕턴스 외에도 전선의 저항(동손)과 코어의 손실(철손)이 존재한다.^[50] Q값은 인덕터의 성능을 나타내는 지표이며, 다음 식으로 계산된다.

:

Q = \frac{\omega{}L}{R}

여기서 ''R''은 내부 전기 저항,

\omega{}L

는 공진 주파수에서의 용량성 또는 유도성 리액턴스이다. 강자성 코어를 사용하면 인덕턴스와 Q값이 커지지만, 코어 손실이 발생하므로 주파수에 맞는 코어 재료 선택이 필요하다. 대전류를 흘리면 자기 포화로 인해 인덕턴스와 Q값이 저하될 수 있다. 초전도체를 사용하면 이상적인 인덕터에 가까운 코일을 만들 수 있지만, 코어에 의한 철손은 발생할 수 있다.^[51]

4. 인덕터의 종류

전력 조절 시스템, 조명 및 저잡음 작동 조건을 요구하는 기타 시스템에 사용되는 인덕터는 종종 부분적으로 또는 완전히 차폐된다.^[14]^[15] 통신 회로에서 유도 코일과 반복 변압기를 사용하는 경우, 인접한 인덕터의 차폐는 회로 간의 누화를 줄여준다.

; 공심 인덕터 (Air-core Inductor)

'''공심 코일'''은 강자성체 재료로 만들어진 자성 코어를 사용하지 않는 인덕터를 말한다. 플라스틱, 세라믹 또는 기타 비자성 형태로 감겨진 코일뿐만 아니라 권선 내부에 공기만 있는 코일을 지칭한다. 공심 코일은 강자성 코어 코일보다 인덕턴스가 낮지만, 주파수가 증가함에 따라 강자성 코어에서 발생하는 코어 손실이라는 에너지 손실이 없기 때문에 고주파수에서 자주 사용된다. 권선이 형태에 단단히 지지되지 않은 공심 코일에서 발생할 수 있는 부작용은 '마이크로포니'인데, 권선의 기계적 진동이 인덕턴스의 변화를 일으킬 수 있다.

고주파수, 특히 무선 주파수(RF)에서 인덕터는 더 높은 저항과 다른 손실을 갖는다. 이는 공진 회로에서 회로의 Q 팩터를 감소시키고, 대역폭을 넓힐 수 있다. 이러한 손실을 최소화하기 위해 RF 인덕터에서는 특수 제작 기술이 사용된다. 주요 손실 원인은 다음과 같다.

'''표피 효과''': 고주파수 전류에 대한 전선의 저항은 직류에 대한 저항보다 높다. 유도된 와전류로 인해 무선 주파수 교류 전류는 도체 표면을 따라 이동하며, 깊숙이 침투하지 않는다. 예를 들어, 6 MHz에서 구리선의 표피 깊이는 약 0.001인치(25 μm)이다.
'''근접 효과''': 인접한 턴의 개별 자기장은 코일의 전선에 와전류를 유도하여 전류 밀도가 인접한 표면에서 멀어지도록 한다.
'''유전 손실''': 탱크 코일 도체 근처의 고주파 전기장은 인접한 절연 재료의 극성 분자를 움직여 열로 에너지를 소산시킬 수 있다.
'''기생 커패시턴스''': 코일의 개별 전선 턴 사이의 커패시턴스는 에너지 손실을 유발하지 않지만 코일의 동작을 변경시킨다.

기생 커패시턴스와 근접 효과를 줄이기 위해, 높은 Q RF 코일은 서로 가깝고 평행하게 놓인 많은 턴을 갖지 않도록 제작된다. RF 코일의 권선은 종종 단일 층으로 제한되며, 턴은 서로 간격을 둔다. 표피 효과로 인한 저항을 줄이기 위해, 송신기에 사용되는 것과 같은 고전력 인덕터는 표면적이 더 큰 금속 스트립 또는 튜빙으로 만들고 표면을 은도금한다.

'''바스켓 위브 코일''': 근접 효과와 기생 커패시턴스를 줄이기 위해 다층 RF 코일은 연속적인 턴이 평행하지 않고 각도로 교차하는 패턴으로 감는다. "벌집" 또는 "바스켓 위브" 코일이라고 불리며, 수직 절연 지지대에 다웰 또는 슬롯이 있어 전선이 슬롯을 통과하여 앞뒤로 엮이게 된다.
'''거미줄 코일''': 평평한 나선형 코일로, 방사형 스포크 또는 슬롯이 있는 평평한 절연 지지대에 감겨 있으며, 전선이 슬롯을 통과하여 앞뒤로 엮인다. "거미줄" 코일이라고 불리며, 홀수의 슬롯을 가지고 있어 나선의 연속적인 턴이 형태의 반대쪽에 놓여 간격을 늘린다.

바스켓 위브 권선 및 리츠 와이어가 있는 조절 가능한 페라이트 슬러그 튜닝 RF 코일

'''리츠선''': 표피 효과 손실을 줄이기 위해 리츠 와이어라고 하는 특수한 유형의 무선 주파수 전선으로 감는다. 리츠 와이어는 여러 개의 작은 전선 가닥으로 구성되며, 각 가닥은 전선 번들의 바깥쪽에 동일한 길이만큼 있게 하여 표피 효과가 전류를 가닥 간에 동일하게 분배한다.

공심 코일의 예시. 미약 전파에 의한 FM 송신기의 전자 공작에서 정석 레시피에 따른 것으로, 색연필에 7바퀴 반 정도 밀착 감은 것을 10 mm 정도 늘린다.

낮은 전류 및 저전력을 위한 소형 인덕터는 저항기와 유사한 성형 케이스로 만들어지며, 일반 (페놀) 코어 또는 페라이트 코어일 수 있다. 옴 미터는 인덕터의 낮은 저항을 보여주어 유사한 크기의 저항기와 쉽게 구별된다.

; 강자성 코어 인덕터 (Ferromagnetic-core Inductor)

강자성 코어 또는 철심 코어 인덕터는 강자성체나 페라이트와 같은 강자성체로 만들어진 자기 코어를 사용하여 인덕턴스를 증가시킨다.^[23] 자기 코어는 더 높은 자기 투자율로 인해 자기장을 증가시켜 코일의 인덕턴스를 수천 배 증가시킬 수 있다.^[23] 그러나 코어 재료의 자기적 특성은 인덕터의 동작을 변경하고 특수한 구조가 필요한 몇 가지 부작용을 유발한다.

'''코어 손실''': 강자성 인덕터에서 시간 변화 전류는 코어에서 시간 변화 자기장을 유발하고, 이는 와전류와 히스테리시스 두 가지 과정으로 인해 열로 소산되는 코어 재료의 에너지 손실을 유발한다.^[23]
* 와전류: 패러데이 유도 법칙에 따르면, 변화하는 자기장은 전도성 금속 코어에서 전기 전류의 순환 루프를 유도할 수 있다. 이 전류의 에너지는 코어 재료의 전기 저항에서 열로 소산된다.
* 히스테리시스: 코어의 자기장을 변경하거나 반전시키면 코어를 구성하는 작은 자기 도메인의 움직임으로 인해 손실이 발생한다. 낮은 보자력을 가진 재료는 좁은 히스테리시스 루프를 가지고 있어 히스테리시스 손실이 적다.

코어 손실은 슈타인메츠 방정식으로 근사화할 수 있다.

'''포화''': 자기 코일을 지나는 전류가 코어를 포화시킬 만큼 높으면 인덕턴스가 떨어지고 전류가 급격히 증가한다.^[23] 이를 방지하기 위해 선형 회로에서 철심 인덕터를 통과하는 전류는 포화 수준 미만으로 제한해야 한다.

'''큐리점 자화 제거''': 강자성 또는 강자성 코어의 온도가 큐리점 이상으로 상승하면 자기 도메인이 분리되고 재료는 상자성이 되어 더 이상 자기 플럭스를 지원할 수 없게 된다.

저주파 유도 코일은 흔히 적층 코어를 사용하여 와전류를 방지하며, 이는 변압기와 유사한 구조로 제작된다. 코어는 얇은 강철 시트 또는 적층을 자기장과 평행하게 쌓아 표면에 절연 코팅을 하여 제작된다. 절연은 시트 간의 와전류를 방지한다. 적층은 와전류 손실을 더욱 줄이기 위해 낮은 전도성의 실리콘 강으로 만들어진다.

더 높은 주파수용 인덕터는 페라이트 코어로 만들어진다. 페라이트는 비전도성 세라믹 강자성체 물질이므로 와전류가 내부에 흐를 수 없다. 인덕터 코어에는 연자성 페라이트가 사용되며, 이는 낮은 보자력과 낮은 히스테리시스 손실을 갖는다.

막대형 또는 E자형, 드럼형 등의 코어(철심)에 권선을 감은 코일은 코어의 재질로 페라이트를 사용하는 경우가 많다. 저항기 등과 마찬가지로 직선형의 궤도의 양쪽 끝에서 리드선이 나오는 형식의 코일은 '''마이크로 인덕터'''라고 불린다. 대전류의 전원 회로 등은 변압기와 마찬가지로 규소 강판도 사용된다.

코어에 사용되는 재질에는 페라이트, 더스트 코어 등이 있다. 더스트 코어는 압축 자심재라고도 하며, 금속을 분말로 만들어 절연 처리를 하고, 가압 성형한 것이다. 종류로는 카보닐철, 몰리브덴 퍼멀로이, 센더스트 등이 있다.

더스트 코어(철분 코어, 압분 코어)는 자속이 강하고, 꽤 큰 직류 전류에서도 자기 포화를 일으키지 않는다^[48]。

; 토로이달 코어 인덕터 (Toroidal-core Inductor)

직선 막대 모양의 코어에 감긴 인덕터에서 코어의 한쪽 끝에서 나오는 자기장선은 반대쪽 끝에서 코어로 다시 들어가기 위해 공기를 통과해야 한다. 이는 자기장의 일부가 높은 투자율의 코어 재료가 아닌 공기 중에 있기 때문에 자기장을 감소시키며, 전자기 간섭의 원인이 된다.^[24] 코어를 닫힌 자기 회로로 형성하여 더 높은 자기장과 인덕턴스를 얻을 수 있다. 자기장선은 코어 재료를 벗어나지 않고 코어 내에서 닫힌 루프를 형성한다. 종종 사용되는 모양은 환형 또는 도넛 모양의 페라이트 코어이다. 대칭성 때문에 환형 코어는 자기 선속이 코어 외부로 최소한으로 빠져나가도록 하여 (''누설 자속''이라고 함) 다른 모양보다 적은 전자기 간섭을 방출한다.^[24]

도넛 모양의 강자성체에 권선을 감은 코일에서 사용되는 도넛 모양의 코어를 '''토로이달 코어'''^[49]라고 부른다. 주변 물체의 영향을 받기 어렵고, 누설 자속이 적으며, 인덕턴스의 안정성이 높다는 장점이 있어, 고주파 회로에 많이 사용된다. 막대 모양의 코어를 사용하면, 코어의 한쪽 끝에서 자기력선이 반드시 공기 중으로 튀어나와 다른 쪽 끝으로 연결된다. 따라서 자기장의 대부분이 고투자율의 코어 재료가 아닌 공기 중을 통과하게 되어, 자기장이 약해진다. 토로이달 코어는 이를 방지하는 것으로, 자기력선이 항상 코어 재료를 통과한다.

; 가변 인덕터 (Variable Inductor)

"롤러 코일"로 불리는 가변 공심 RF 인덕터는 라디오 송신기의 동조 회로에 사용됩니다. 코일에 대한 접점 중 하나는 홈이 있는 작은 휠에 의해 만들어지며, 이는 와이어 위를 움직입니다. 샤프트를 돌리면 코일이 회전하여 접점 휠이 코일 위로 위아래로 이동하며, 회로에 포함되는 코일의 권선을 늘리거나 줄여 인덕턴스를 변경할 수 있습니다.

가변 인덕터는 인덕턴스를 조절할 수 있는 인덕터이다. 오늘날 가장 흔한 가변 인덕터 유형은 코일 안으로 밀어 넣거나 조이거나 빼낼 수 있는 이동 가능한 페라이트 자성 코어가 있는 것이다. 코어를 코일 안으로 더 깊이 이동시키면 투자율, 자기장 및 인덕턴스가 증가한다. 라디오 응용 분야(일반적으로 100 MHz 미만)에 사용되는 많은 인덕터는 제조 공정에 특정 공차(불정확도)가 있기 때문에 이러한 인덕터를 원하는 값으로 조정하기 위해 조정 가능한 코어를 사용한다.^[25] 가변 코일은 코어를 슬라이드시켜 권선과의 위치를 어긋나게 하여 투자율을 변화시키고, 인덕턴스를 변경할 수 있는 소자이다. 원통형 보빈에 전선을 감고, 내부 코어를 드라이버로 돌려 위아래로 움직여 인덕턴스를 조정한다. 일반적으로 코일의 인덕턴스 값은 일정한 오차를 가지고 생산되기 때문에, 무선 관계(100MHz 미만)에서 가변 코일을 사용하여 목표 값에 맞추는 경우가 많다.

때때로 100 MHz 이상의 주파수에 사용되는 이러한 코어는 알루미늄과 같은 전도성이 높은 비자성 재료로 만들어진다.^[25] 자기장이 이들을 우회해야 하므로 인덕턴스를 감소시킨다.^[25]

공심 인덕터는 회로에 포함된 권선의 수를 늘리거나 줄이기 위해 슬라이딩 접점 또는 여러 탭을 사용하여 인덕턴스를 변경할 수 있다. 과거에 많이 사용되었지만 오늘날에는 대부분 사용되지 않는 한 유형은 권선의 노출된 표면을 따라 미끄러질 수 있는 스프링 접점을 가지고 있다. 이 유형의 단점은 접점이 일반적으로 하나 이상의 권선을 단락시킨다는 것이다. 이러한 권선은 단일 권선 단락 변압기 2차 권선처럼 작동한다. 이 권선에 유도된 큰 전류는 전력 손실을 유발한다.

연속적으로 가변적인 공심 인덕터의 한 유형은 ''가변 인덕터''이다. 이것은 동일한 수의 권선을 가진 두 개의 코일로 구성되며, 하나는 다른 하나 안에 직렬로 연결되어 있다. 내부 코일은 샤프트에 장착되어 축을 외부 코일에 대해 회전시킬 수 있다. 두 코일의 축이 공선형이고 자기장이 같은 방향을 가리키면 자기장이 더해지고 인덕턴스가 최대가 된다. 내부 코일이 축이 외부 코일과 각도를 이루도록 회전하면 두 코일 간의 상호 인덕턴스가 작아져 총 인덕턴스가 감소한다. 내부 코일이 180° 회전하여 코일이 자기장이 반대 방향으로 공선형이 되면 두 자기장이 서로 상쇄되어 인덕턴스가 매우 작아진다. 이 유형은 광범위한 범위에서 지속적으로 가변적이라는 장점이 있다. 이는 안테나 튜너 및 매칭 회로에서 저주파 송신기를 안테나에 매칭하는 데 사용된다.

가동 부품 없이 인덕턴스를 제어하는 또 다른 방법은 쉽게 포화될 수 있는 코어 재료의 투자율을 제어하는 추가적인 DC 전류 바이어스 권선이 필요하다. ''참고'' 자기 증폭기.

; 초크 코일 (Choke Coil)

수 암페어용 페라이트 비드 VHF 초크와 수십 암페어용 MF 또는 HF 라디오 초크

초크는 직류(DC) 또는 저주파 신호는 통과시키면서, 전기 회로에서 고주파 교류(AC)를 차단하도록 특별히 설계된 인덕터이다. 인덕터가 전류의 변화를 제한하거나 "초크"하기 때문에 이러한 유형의 인덕터를 초크라고 한다. 일반적으로 절연 전선을 자기 코어에 감아 제작하지만, 와이어에 묶인 도넛 모양의 페라이트 재료 "비드"로 구성되기도 한다. 다른 인덕터와 마찬가지로, 초크는 주파수가 증가함에 따라 이를 통과하는 전류의 변화에 저항한다. 초크와 다른 인덕터의 차이점은 초크는 튜닝된 회로에 사용되는 인덕터의 저항을 줄이기 위해 사용되는 높은 Q 팩터 구조 기술이 필요하지 않다는 것이다.

4. 1. 공심 인덕터 (Air-core Inductor)

'''공심 코일'''은 강자성체 재료로 만들어진 자성 코어를 사용하지 않는 인덕터를 말한다. 플라스틱, 세라믹 또는 기타 비자성 형태로 감겨진 코일뿐만 아니라 권선 내부에 공기만 있는 코일을 지칭한다. 공심 코일은 강자성 코어 코일보다 인덕턴스가 낮지만, 주파수가 증가함에 따라 강자성 코어에서 발생하는 코어 손실이라는 에너지 손실이 없기 때문에 고주파수에서 자주 사용된다. 권선이 형태에 단단히 지지되지 않은 공심 코일에서 발생할 수 있는 부작용은 '마이크로포니'인데, 권선의 기계적 진동이 인덕턴스의 변화를 일으킬 수 있다.

고주파수, 특히 무선 주파수(RF)에서 인덕터는 더 높은 저항과 다른 손실을 갖는다. 이는 공진 회로에서 회로의 Q 팩터를 감소시키고, 대역폭을 넓힐 수 있다. 이러한 손실을 최소화하기 위해 RF 인덕터에서는 특수 제작 기술이 사용된다. 주요 손실 원인은 다음과 같다.

'''표피 효과''': 고주파수 전류에 대한 전선의 저항은 직류에 대한 저항보다 높다. 유도된 와전류로 인해 무선 주파수 교류 전류는 도체 표면을 따라 이동하며, 깊숙이 침투하지 않는다. 예를 들어, 6 MHz에서 구리선의 표피 깊이는 약 0.001인치(25 μm)이다.
'''근접 효과''': 인접한 턴의 개별 자기장은 코일의 전선에 와전류를 유도하여 전류 밀도가 인접한 표면에서 멀어지도록 한다.
'''유전 손실''': 탱크 코일 도체 근처의 고주파 전기장은 인접한 절연 재료의 극성 분자를 움직여 열로 에너지를 소산시킬 수 있다.
'''기생 커패시턴스''': 코일의 개별 전선 턴 사이의 커패시턴스는 에너지 손실을 유발하지 않지만 코일의 동작을 변경시킨다.

기생 커패시턴스와 근접 효과를 줄이기 위해, 높은 Q RF 코일은 서로 가깝고 평행하게 놓인 많은 턴을 갖지 않도록 제작된다. RF 코일의 권선은 종종 단일 층으로 제한되며, 턴은 서로 간격을 둔다. 표피 효과로 인한 저항을 줄이기 위해, 송신기에 사용되는 것과 같은 고전력 인덕터는 표면적이 더 큰 금속 스트립 또는 튜빙으로 만들고 표면을 은도금한다.

'''바스켓 위브 코일''': 근접 효과와 기생 커패시턴스를 줄이기 위해 다층 RF 코일은 연속적인 턴이 평행하지 않고 각도로 교차하는 패턴으로 감는다. "벌집" 또는 "바스켓 위브" 코일이라고 불리며, 수직 절연 지지대에 다웰 또는 슬롯이 있어 전선이 슬롯을 통과하여 앞뒤로 엮이게 된다.
'''거미줄 코일''': 평평한 나선형 코일로, 방사형 스포크 또는 슬롯이 있는 평평한 절연 지지대에 감겨 있으며, 전선이 슬롯을 통과하여 앞뒤로 엮인다. "거미줄" 코일이라고 불리며, 홀수의 슬롯을 가지고 있어 나선의 연속적인 턴이 형태의 반대쪽에 놓여 간격을 늘린다.

'''리츠선''': 표피 효과 손실을 줄이기 위해 리츠 와이어라고 하는 특수한 유형의 무선 주파수 전선으로 감는다. 리츠 와이어는 여러 개의 작은 전선 가닥으로 구성되며, 각 가닥은 전선 번들의 바깥쪽에 동일한 길이만큼 있게 하여 표피 효과가 전류를 가닥 간에 동일하게 분배한다.

낮은 전류 및 저전력을 위한 소형 인덕터는 저항기와 유사한 성형 케이스로 만들어지며, 일반 (페놀) 코어 또는 페라이트 코어일 수 있다. 옴 미터는 인덕터의 낮은 저항을 보여주어 유사한 크기의 저항기와 쉽게 구별된다.

4. 2. 강자성 코어 인덕터 (Ferromagnetic-core Inductor)

강자성 코어 또는 철심 코어 인덕터는 강자성체나 페라이트와 같은 강자성체로 만들어진 자기 코어를 사용하여 인덕턴스를 증가시킨다.^[23] 자기 코어는 더 높은 자기 투자율로 인해 자기장을 증가시켜 코일의 인덕턴스를 수천 배 증가시킬 수 있다.^[23] 그러나 코어 재료의 자기적 특성은 인덕터의 동작을 변경하고 특수한 구조가 필요한 몇 가지 부작용을 유발한다.

'''코어 손실''': 강자성 인덕터에서 시간 변화 전류는 코어에서 시간 변화 자기장을 유발하고, 이는 와전류와 히스테리시스 두 가지 과정으로 인해 열로 소산되는 코어 재료의 에너지 손실을 유발한다.^[23]
* 와전류: 패러데이 유도 법칙에 따르면, 변화하는 자기장은 전도성 금속 코어에서 전기 전류의 순환 루프를 유도할 수 있다. 이 전류의 에너지는 코어 재료의 전기 저항에서 열로 소산된다.
* 히스테리시스: 코어의 자기장을 변경하거나 반전시키면 코어를 구성하는 작은 자기 도메인의 움직임으로 인해 손실이 발생한다. 낮은 보자력을 가진 재료는 좁은 히스테리시스 루프를 가지고 있어 히스테리시스 손실이 적다.

코어 손실은 슈타인메츠 방정식으로 근사화할 수 있다.

'''포화''': 자기 코일을 지나는 전류가 코어를 포화시킬 만큼 높으면 인덕턴스가 떨어지고 전류가 급격히 증가한다.^[23] 이를 방지하기 위해 선형 회로에서 철심 인덕터를 통과하는 전류는 포화 수준 미만으로 제한해야 한다.

'''큐리점 자화 제거''': 강자성 또는 강자성 코어의 온도가 큐리점 이상으로 상승하면 자기 도메인이 분리되고 재료는 상자성이 되어 더 이상 자기 플럭스를 지원할 수 없게 된다.

저주파 유도 코일은 흔히 적층 코어를 사용하여 와전류를 방지하며, 이는 변압기와 유사한 구조로 제작된다. 코어는 얇은 강철 시트 또는 적층을 자기장과 평행하게 쌓아 표면에 절연 코팅을 하여 제작된다. 절연은 시트 간의 와전류를 방지한다. 적층은 와전류 손실을 더욱 줄이기 위해 낮은 전도성의 실리콘 강으로 만들어진다.

더 높은 주파수용 인덕터는 페라이트 코어로 만들어진다. 페라이트는 비전도성 세라믹 강자성체 물질이므로 와전류가 내부에 흐를 수 없다. 인덕터 코어에는 연자성 페라이트가 사용되며, 이는 낮은 보자력과 낮은 히스테리시스 손실을 갖는다.

막대형 또는 E자형, 드럼형 등의 코어(철심)에 권선을 감은 코일은 코어의 재질로 페라이트를 사용하는 경우가 많다. 저항기 등과 마찬가지로 직선형의 궤도의 양쪽 끝에서 리드선이 나오는 형식의 코일은 '''마이크로 인덕터'''라고 불린다. 대전류의 전원 회로 등은 변압기와 마찬가지로 규소 강판도 사용된다.

코어에 사용되는 재질에는 페라이트, 더스트 코어 등이 있다. 더스트 코어는 압축 자심재라고도 하며, 금속을 분말로 만들어 절연 처리를 하고, 가압 성형한 것이다. 종류로는 카보닐철, 몰리브덴 퍼멀로이, 센더스트 등이 있다.

더스트 코어(철분 코어, 압분 코어)는 자속이 강하고, 꽤 큰 직류 전류에서도 자기 포화를 일으키지 않는다^[48]。

4. 3. 토로이달 코어 인덕터 (Toroidal-core Inductor)

직선 막대 모양의 코어에 감긴 인덕터에서 코어의 한쪽 끝에서 나오는 자기장선은 반대쪽 끝에서 코어로 다시 들어가기 위해 공기를 통과해야 한다. 이는 자기장의 일부가 높은 투자율의 코어 재료가 아닌 공기 중에 있기 때문에 자기장을 감소시키며, 전자기 간섭의 원인이 된다.^[24] 코어를 닫힌 자기 회로로 형성하여 더 높은 자기장과 인덕턴스를 얻을 수 있다. 자기장선은 코어 재료를 벗어나지 않고 코어 내에서 닫힌 루프를 형성한다. 종종 사용되는 모양은 환형 또는 도넛 모양의 페라이트 코어이다. 대칭성 때문에 환형 코어는 자기 선속이 코어 외부로 최소한으로 빠져나가도록 하여 (''누설 자속''이라고 함) 다른 모양보다 적은 전자기 간섭을 방출한다.^[24]

도넛 모양의 강자성체에 권선을 감은 코일에서 사용되는 도넛 모양의 코어를 '''토로이달 코어'''^[49]라고 부른다. 주변 물체의 영향을 받기 어렵고, 누설 자속이 적으며, 인덕턴스의 안정성이 높다는 장점이 있어, 고주파 회로에 많이 사용된다. 막대 모양의 코어를 사용하면, 코어의 한쪽 끝에서 자기력선이 반드시 공기 중으로 튀어나와 다른 쪽 끝으로 연결된다. 따라서 자기장의 대부분이 고투자율의 코어 재료가 아닌 공기 중을 통과하게 되어, 자기장이 약해진다. 토로이달 코어는 이를 방지하는 것으로, 자기력선이 항상 코어 재료를 통과한다.

4. 4. 가변 인덕터 (Variable Inductor)

가변 인덕터는 인덕턴스를 조절할 수 있는 인덕터이다. 오늘날 가장 흔한 가변 인덕터 유형은 코일 안으로 밀어 넣거나 조이거나 빼낼 수 있는 이동 가능한 페라이트 자성 코어가 있는 것이다. 코어를 코일 안으로 더 깊이 이동시키면 투자율, 자기장 및 인덕턴스가 증가한다. 라디오 응용 분야(일반적으로 100 MHz 미만)에 사용되는 많은 인덕터는 제조 공정에 특정 공차(불정확도)가 있기 때문에 이러한 인덕터를 원하는 값으로 조정하기 위해 조정 가능한 코어를 사용한다.^[25] 가변 코일은 코어를 슬라이드시켜 권선과의 위치를 어긋나게 하여 투자율을 변화시키고, 인덕턴스를 변경할 수 있는 소자이다. 원통형 보빈에 전선을 감고, 내부 코어를 드라이버로 돌려 위아래로 움직여 인덕턴스를 조정한다. 일반적으로 코일의 인덕턴스 값은 일정한 오차를 가지고 생산되기 때문에, 무선 관계(100MHz 미만)에서 가변 코일을 사용하여 목표 값에 맞추는 경우가 많다.

때때로 100 MHz 이상의 주파수에 사용되는 이러한 코어는 알루미늄과 같은 전도성이 높은 비자성 재료로 만들어진다.^[25] 자기장이 이들을 우회해야 하므로 인덕턴스를 감소시킨다.^[25]

공심 인덕터는 회로에 포함된 권선의 수를 늘리거나 줄이기 위해 슬라이딩 접점 또는 여러 탭을 사용하여 인덕턴스를 변경할 수 있다. 과거에 많이 사용되었지만 오늘날에는 대부분 사용되지 않는 한 유형은 권선의 노출된 표면을 따라 미끄러질 수 있는 스프링 접점을 가지고 있다. 이 유형의 단점은 접점이 일반적으로 하나 이상의 권선을 단락시킨다는 것이다. 이러한 권선은 단일 권선 단락 변압기 2차 권선처럼 작동한다. 이 권선에 유도된 큰 전류는 전력 손실을 유발한다.

연속적으로 가변적인 공심 인덕터의 한 유형은 ''가변 인덕터''이다. 이것은 동일한 수의 권선을 가진 두 개의 코일로 구성되며, 하나는 다른 하나 안에 직렬로 연결되어 있다. 내부 코일은 샤프트에 장착되어 축을 외부 코일에 대해 회전시킬 수 있다. 두 코일의 축이 공선형이고 자기장이 같은 방향을 가리키면 자기장이 더해지고 인덕턴스가 최대가 된다. 내부 코일이 축이 외부 코일과 각도를 이루도록 회전하면 두 코일 간의 상호 인덕턴스가 작아져 총 인덕턴스가 감소한다. 내부 코일이 180° 회전하여 코일이 자기장이 반대 방향으로 공선형이 되면 두 자기장이 서로 상쇄되어 인덕턴스가 매우 작아진다. 이 유형은 광범위한 범위에서 지속적으로 가변적이라는 장점이 있다. 이는 안테나 튜너 및 매칭 회로에서 저주파 송신기를 안테나에 매칭하는 데 사용된다.

가동 부품 없이 인덕턴스를 제어하는 또 다른 방법은 쉽게 포화될 수 있는 코어 재료의 투자율을 제어하는 추가적인 DC 전류 바이어스 권선이 필요하다. ''참고'' 자기 증폭기.

4. 5. 초크 코일 (Choke Coil)

초크는 직류(DC) 또는 저주파 신호는 통과시키면서, 전기 회로에서 고주파 교류(AC)를 차단하도록 특별히 설계된 인덕터이다. 인덕터가 전류의 변화를 제한하거나 "초크"하기 때문에 이러한 유형의 인덕터를 초크라고 한다. 일반적으로 절연 전선을 자기 코어에 감아 제작하지만, 와이어에 묶인 도넛 모양의 페라이트 재료 "비드"로 구성되기도 한다. 다른 인덕터와 마찬가지로, 초크는 주파수가 증가함에 따라 이를 통과하는 전류의 변화에 저항한다. 초크와 다른 인덕터의 차이점은 초크는 튜닝된 회로에 사용되는 인덕터의 저항을 줄이기 위해 사용되는 높은 Q 팩터 구조 기술이 필요하지 않다는 것이다.

5. 전기 회로에서의 인덕터

전기 회로에서 인덕터(코일)는 전류의 변화에 따라 전압을 유도하여 전류 변화에 저항하는 역할을 한다. 이러한 특성은 인덕터를 통과하는 전류가 변할 때 자기장의 세기가 변하며, 이 자기장의 변화에 에너지가 필요하기 때문이다. 전류가 증가하면 자기장이 강해지면서 에너지를 저장하고, 이는 전압 강하로 나타난다. 반대로 전류가 감소하면 자기장이 약해지면서 에너지를 방출하고, 이는 전압 상승으로 나타난다.

인덕터에 저장되는 에너지( $W$ )는 전류를 설정하는 데 필요한 일의 양과 같으며, 다음 공식으로 주어진다.

: $W = \frac{1}{2}LI^2$

여기서 $L$ 은 인덕턴스, $I$ 는 전류이다. 이 공식은 인덕턴스가 일정한 선형 영역에서 유효하다.

인덕터에 전압 스텝이 가해지면, 초기에는 전류가 0이고 개방 회로와 같이 동작한다. 시간이 지남에 따라 전류는 일정하게 증가하다가 인덕터가 포화되면 단락 회로와 같이 동작한다.

인덕터의 리액턴스( $X_L$ )는 교류(AC) 회로에서 인덕터가 전류 흐름을 방해하는 정도를 나타내며, 다음과 같이 계산된다.

: $X_L = \omega L = 2 \pi f L$

여기서 $\omega$ 는 각주파수, $f$ 는 주파수이다. 리액턴스는 주파수에 비례하여 증가하며, 저주파에서는 단락 회로, 고주파에서는 개방 회로와 유사하게 동작한다.

인덕터를 직렬로 연결하면 전체 인덕턴스는 각 인덕턴스의 합과 같다.

: $L_{eq} = L_1 + L_2 + \cdots + L_n$

각 인덕터에 동일한 양의 전류가 흐르는 여러 인덕터가 종단 간에 연결된 다이어그램

병렬로 연결하면 전체 인덕턴스의 역수는 각 인덕턴스 역수의 합과 같다.

:

\frac{1}{L_{eq}} = \frac{1}{L_1} + \frac{1}{L_2} + \cdots + \frac{1}{L_n}

여러 인덕터가 나란히 배치되어 각 인덕터의 양쪽 리드가 동일한 전선에 연결된 다이어그램

이러한 관계는 인덕터 간의 자기장 상호 결합이 없을 때 유효하다. 인덕터의 자기장이 인접한 인덕터에 영향을 주는 경우 상호 인덕턴스를 고려해야 한다.

6. 인덕터의 응용

신호 필터링의 예시. 이 구성에서 유도자는 교류 전류를 차단하는 반면 직류 전류는 통과시킨다.

신호 필터링의 예시. 이 구성에서 유도자는 직류 전류를 디커플하는 반면 교류 전류는 통과시킨다.

유도자는 아날로그 회로 및 신호 처리에 광범위하게 사용된다. 응용 분야는 전원 공급 장치에서 대형 유도자를 사용하여 필터 커패시터와 함께 직류 출력에서 주파수(또는 스위칭 모드 전원 공급 장치의 스위칭 주파수)의 배수인 리플을 제거하는 것부터, 페라이트 비드 또는 토러스의 작은 인덕턴스를 케이블 주위에 설치하여 전파 간섭이 와이어를 따라 전송되는 것을 방지하는 데까지 이른다.

유도자는 많은 스위칭 모드 전원 공급 장치에서 직류 전류를 생성하기 위한 에너지 저장 장치로 사용된다. 유도자는 "꺼짐" 스위칭 기간 동안 전류가 흐르도록 회로에 에너지를 공급하고 출력 전압이 입력 전압보다 높은 토폴로지를 가능하게 한다.

유도자가 커패시터에 연결된 동조 회로는 진동 전류에 대한 공진기 역할을 한다. 동조 회로는 라디오 송신기 및 수신기 와 같은 무선 주파수 장비, 복합 신호에서 단일 주파수를 선택하기 위한 좁은 대역 통과 필터 및 정현파 신호를 생성하기 위한 전자 발진기에 널리 사용된다.

결합된 자기 플럭스(상호 인덕턴스)를 갖는 근접한 두 개(또는 그 이상)의 유도자는 모든 전력 회사 전력망의 기본 구성 요소인 변압기를 형성한다. 변압기의 효율은 코어 재료의 와전류 및 권선의 표피 효과로 인해 주파수가 증가함에 따라 감소할 수 있다. 코어의 크기는 더 높은 주파수에서 감소할 수 있다. 이러한 이유로 항공기는 일반적인 50 또는 60 헤르츠 대신 400 헤르츠 교류 전류를 사용하여 더 작은 변압기를 사용하여 무게를 크게 줄일 수 있다.^[13] 변압기는 스위칭 모드 전원 공급 장치가 출력을 입력으로부터 갈바닉 절연할 수 있게 한다.

유도자는 또한 전력 전송 시스템에 사용되며 스위칭 전류 및 고장 전류를 제한하는 데 사용된다. 이 분야에서는 일반적으로 리액터라고 한다.

유도자는 이상적인 동작에서 벗어나게 하는 기생 효과가 있다. 유도자는 전자기 간섭 (EMI)을 생성하고 겪는다. 물리적 크기로 인해 반도체 칩에 통합될 수 없다. 따라서 특히 소형 휴대용 장치와 같은 현대 전자 장치에서 유도자의 사용이 감소하고 있다. 실제 유도자는 자이레이터와 같은 능동 회로로 점점 더 대체되고 있으며, 이는 커패시터를 사용하여 인덕턴스를 합성할 수 있다.

코일은 아날로그 회로나 신호 처리에 널리 사용된다. 코일과 콘덴서 등을 조합하여 특정 주파수의 신호만 추출하는 공진 회로나 필터 회로를 구성할 수 있다. 코일에는 전원 회로용 대형(필터용 콘덴서와 조합하여 출력 직류에서 험음 성분을 제거)부터 고주파 간섭을 방지하는 인덕턴스 값이 작은 것까지 다양한 종류가 있다. 작은 코일과 콘덴서의 조합은 LC 회로를 구성하여 무선 송수신기 등에 사용된다.

2개 이상의 코일의 자속을 결합하여 변압기를 구성할 수 있으며, 전력망의 기본 부품으로 자주 사용된다. 일반적으로 고주파에서는 코어 소재의 와전류나 권선의 표피 효과 증가로 인해 변압기의 효율이 저하된다. 그러나 주파수가 높으면 코어를 소형화할 수 있으므로, 항공기에서는 변압기를 소형화하여 무게를 줄이기 위해 일반적인 50/60Hz가 아닌 400Hz의 교류 전원을 사용한다^[46]。

코일은 일부 스위칭 전원에서 에너지 축적 장치로 사용된다. 코일은 레귤레이터의 스위칭 사이클의 일부에서 에너지를 축적하고, 사이클의 나머지 부분에서 에너지를 방출한다. 이 에너지 전달 비율에 따라 입력 전압과 출력 전압의 비율이 결정된다. 코일은 반도체 능동 소자와 조합하여 정확한 전압 제어에 사용된다.

코일은 송전망에서도 사용되며, 낙뢰로 인한 전압 변화를 약화시키는 등의 역할을 한다. 이 용도의 코일은 일반적으로 리액터라고 불린다.

증폭 회로나 전원 등에서 능동 소자에 공급하는 전력의 전류에 대한 직류 저항은 낮고, 신호나 노이즈의 (교류) 전류에 대한 임피던스는 높다는 소자로 사용된다. 신호나 노이즈를 차단한다는 의미로 초크 코일이라고 한다.

큰 인덕턴스 값을 실현하고 싶을 경우, 자이레이터 회로를 사용하여 시뮬레이션하기도 한다.

6. 1. 전력 전자

유도자는 아날로그 회로 및 신호 처리에 광범위하게 사용된다. 전원 공급 장치에서 대형 유도자를 사용하여 필터 커패시터와 함께 직류 출력에서 주파수의 배수인 리플을 제거한다. 페라이트 비드 또는 토러스의 작은 인덕턴스를 케이블 주위에 설치하여 전파 간섭이 와이어를 따라 전송되는 것을 방지한다.

많은 스위칭 모드 전원 공급 장치에서 유도자는 에너지 저장 장치로 사용된다. 유도자는 "꺼짐" 스위칭 기간 동안 전류가 흐르도록 회로에 에너지를 공급하고 출력 전압이 입력 전압보다 높은 토폴로지를 가능하게 한다.

결합된 자기 플럭스를 갖는 근접한 두 개 이상의 유도자는 변압기를 형성한다. 변압기는 모든 전력 회사 전력망의 기본 구성 요소이다. 변압기의 효율은 코어 재료의 와전류 및 권선의 표피 효과로 인해 주파수가 증가함에 따라 감소할 수 있다. 항공기는 400 헤르츠 교류 전류를 사용하여 더 작은 변압기를 사용함으로써 무게를 크게 줄일 수 있다. 변압기는 스위칭 모드 전원 공급 장치가 출력을 입력으로부터 갈바닉 절연할 수 있게 한다.

유도자는 전력 전송 시스템에 사용되며 스위칭 전류 및 고장 전류를 제한하는 데 사용된다. 이 분야에서는 일반적으로 리액터라고 한다.

6. 2. 신호 처리

유도자는 아날로그 회로 및 신호 처리에 광범위하게 사용된다. 유도자는 커패시터와 함께 필터 회로를 구성하여 특정 주파수 신호를 선택적으로 통과시키거나 차단하는 역할을 한다. 전원 공급 장치에서는 대형 유도자를 필터 커패시터와 함께 사용하여 직류 출력에서 주파수(또는 스위칭 모드 전원 공급 장치의 스위칭 주파수)의 배수인 리플을 제거한다. 페라이트 비드 또는 토러스의 작은 인덕턴스는 케이블 주위에 설치하여 전파 간섭이 와이어를 따라 전송되는 것을 방지한다.

유도자는 많은 스위칭 모드 전원 공급 장치에서 직류 전류를 생성하기 위한 에너지 저장 장치로 사용된다. 유도자는 "꺼짐" 스위칭 기간 동안 전류가 흐르도록 회로에 에너지를 공급하고 출력 전압이 입력 전압보다 높은 토폴로지를 가능하게 한다.^[13]

유도자가 커패시터에 연결된 동조 회로는 진동 전류에 대한 공진기 역할을 한다. 이러한 LC 회로는 라디오 송신기 및 수신기 와 같은 무선 주파수 장비, 복합 신호에서 단일 주파수를 선택하기 위한 좁은 대역 통과 필터 및 정현파 신호를 생성하기 위한 전자 발진기에 널리 사용된다.

결합된 자기 플럭스(상호 인덕턴스)를 갖는 근접한 두 개(또는 그 이상)의 유도자는 모든 전력 회사 전력망의 기본 구성 요소인 변압기를 형성한다.^[13] 변압기는 스위칭 모드 전원 공급 장치가 출력을 입력으로부터 갈바닉 절연할 수 있게 한다. 유도자는 전력 전송 시스템에 사용되며 스위칭 전류 및 고장 전류를 제한하는 데 사용된다. 이 분야에서는 일반적으로 리액터라고 한다.

유도자는 이상적인 동작에서 벗어나게 하는 기생 효과가 있으며, 전자기 간섭 (EMI)을 생성하고 겪는다. 또한, 물리적 크기로 인해 반도체 칩에 통합될 수 없어, 현대 전자 장치에서 유도자의 사용이 감소하고 있다. 실제 유도자는 자이레이터와 같은 능동 회로로 대체되고 있으며, 이는 커패시터를 사용하여 인덕턴스를 합성할 수 있다.^[13]

필터 응용 분야에서 특정 부하 임피던스와 관련하여 인덕터의 코너 주파수는 다음과 같이 정의된다.

:

f_\mathrm{3\,dB} = \frac{R}{2\pi L}

6. 3. 기타 응용

유도자는 아날로그 회로 및 신호 처리에 광범위하게 사용된다. 대형 유도자는 전원 공급 장치에서 필터 커패시터와 함께 직류 출력의 리플을 제거하는 데 사용되며, 페라이트 비드나 토러스의 작은 인덕턴스는 케이블 주위에 설치하여 전파 간섭이 전송되는 것을 방지한다.^[13] 스위칭 모드 전원 공급 장치에서 유도자는 에너지 저장 장치로 사용되어 "꺼짐" 스위칭 기간 동안 전류가 흐르도록 하고, 출력 전압이 입력 전압보다 높은 토폴로지를 가능하게 한다.

동조 회로는 유도자를 커패시터에 연결하여 진동 전류에 대한 공진기 역할을 한다. 이는 라디오 송수신기와 같은 무선 주파수 장비, 좁은 대역 통과 필터, 전자 발진기 등에 널리 사용된다.

근접한 두 개 이상의 유도자가 결합된 자기 플럭스(상호 인덕턴스)를 가지면 변압기를 형성하는데, 이는 모든 전력 회사 전력망의 기본 구성 요소이다. 변압기 효율은 주파수가 증가함에 따라 감소할 수 있지만, 코어 크기를 줄일 수 있어 항공기는 400 헤르츠 교류 전류를 사용하여 무게를 줄인다.^[13]

유도자는 전력 전송 시스템에서 스위칭 전류 및 고장 전류를 제한하는 데 사용되며, 이 분야에서는 리액터라고 불린다.

유도자는 기생 효과로 인해 이상적인 동작에서 벗어나 전자기 간섭 (EMI)을 일으키고, 물리적 크기로 인해 반도체 칩에 통합하기 어렵다. 따라서 실제 유도자는 자이레이터와 같은 능동 회로로 대체되어 커패시터를 통해 인덕턴스를 합성할 수 있다.

7. 인덕턴스 공식

다양한 형태의 인덕터에 대한 인덕턴스 계산 공식은 다음과 같다.^[26]^[27]^[28]^[29]^[30]^[31]^[32]^[33]^[34]^[35]^[36]^[37]^[38]^[39]^[40]^[41]^[42]^[43]

구조	공식	변수 설명 및 참고
원통형 공심 코일	$L = \mu_0 K N^2 \frac{A}{\ell}$
직선 전선 도체	$L = \frac{\mu_0}{2\pi}\ \ell \left( A \; - \; B\right) + C$ ,
직선 전선 도체	$L = \frac{\mu_0}{2\pi}\ \ell \left[\ln\left(\frac{4\ell}{d}\right) - 1\right]$ (d² f ≫ 1 mm² MHz일 때)
소형 루프 또는 매우 짧은 코일	$L \approx \frac{\mu_0}{2\pi} N^2 \pi D \left[ \ln\left( \frac{D}{d} \right) + \left(\ln 8 - 2\right) \right]$
중형 또는 긴 공심 원통형 코일	$L = \frac{r^2 N^2}{23 r + 25 \ell}$
다층 공심 코일	$L = \frac{r^2 N^2}{19 r + 29 \ell + 32 d}$
평면 나선형 공심 코일	$L = \frac{r^2 N^2}{20 r + 28 d}$
평면 나선형 공심 코일	$L = \frac{r^2 N^2}{8 r + 11 d}$
토로이드 공심 (원형 단면)	$L = 2\pi N^2 \left(D - \sqrt{D^2 - d^2}\right)$
토로이드 공심 (원형 단면)	$L \approx \pi {d^2 N^2 \over D}$
토로이드 공심 (직사각형 단면)	$L = 2 N^2 h \ln\left({\frac{d_2}{d_1}}\right)$

위 표는 다양한 단순화된 형태의 인덕터에 대해 인덕턴스를 근사적으로 구하는 공식이다. 감은 수가 큰 코일의 인덕턴스는 더욱 복잡한 식이 되므로, 실측에 의해 인덕턴스를 구하는 경우가 많다.

8. 한국의 인덕터 산업 (추가)

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