parasitic effect란 무엇인가? :: parasitic capacitance 정의 알아보기

parasitic effect는 대부분 많은 곳에서 항상 일어난다고 보면 됩니다.

기생 효과라고 불리는 이것은 parasitic inductance, parasitic capacitance 등 과 같이 많은 곳에서 생기는데, 개념이 모호합니다.

왜 이런 이름이 붙었을까를 생각하며 조사를 해보니 납득이 되었습니다.

기생이란 아주 자그마한 자식이 큰 자식에게 붙어 모기처럼 영양분을 쪽쪽 빨아먹는 걸 말합니다.

여기서 작은 자식의 영향성을 핵심삼아 parasitic이라고 붙인 것 같습니다.

먼저 알아야할 개념부터 설명해봅니다.

1) 오른나사의 법칙

오른나사의 법칙은 전류가 도선을 타며 흐를 때 오른손처럼 원형을 그리며 자성(magnetic)이 생긴다는 법칙입니다.

2) Capacitor

캐패시터는 도체와 도체사이가 빈 공간인 구조를 말합니다. 하는 역할로는 전하를 저장해두는 축전기입니다. 배터리 같은 느낌이죠.  보통은 안에 유전체(=부도체)를 넣게 되는데 원래 도선 사이에 유전체를 넣으면 전자 입장에서는 통행을 막아놓는 느낌이라 전류가 흐르지 못합니다. 

도체: 전류가 잘 흐르는 물질,전자가 잘 움직임

부도체(=유전체) : 전류가 잘 흐르지 못하는 물질,전자가 잘 움직이지 못함

그러나 캐패시터는 극성(polarization)을 이용합니다. 아무리 부도체여도 극성은 있습니다. +는 +를 밀어내고 -는 -를 밀어내는 것이 극성인데 왼쪽 도체에 +를 걸어준다면  부도체의 왼쪽은 극성에 의해 -가 몰리게 됩니다.

마찬가지로 부도체의 왼쪽이 -이기때문에 극성에 의해 부도체의 +들이 오른쪽으로 밀려납니다. 그러면 오른쪽 도체는 -를 띄게 되죠.

전류는 +에서 -로 결국 흐르게 됩니다. 혹은 전류를 흐르게 하지 않고 극성만 띄게한 뒤 놔두면 에너지를 저장한 상태가 됩니다. 이름 그대로 축전기죠(전하를 저축하는 기계).

3)Inductor

인덕터는 한마디로 코일입니다. 1번의 오른나사의 법칙을 적극적으로 이용한 기계로 전류를 흐르게 해서 자기장을 생성합니다. 전류에너지를 자기에너지로 바꾸는 기계죠.

인덕터를 만드는 법은 그냥 엄청 길쭉한 도선을 놔두면됩니다. 어디든 전류만 흐르면 오른나사의 법칙이 적용되기 때문이죠. 그러나 그냥 길게만 놔두면 자기장이 모이지 않습니다. 효과적이지않죠.

그래서 효과적으로 만들려고 코일처럼 만들었습니다. 코일로 만들고 전류를 흐르게 하면 위의 노랑색 선처럼 한 방향으로 모인 강한 자기장이 생기게 되죠.   1번 2번 3번 4번 영역 모두 노랑색 선을 따라 자기장을 생성해서 노랑색 선 방향으로 강한 자기장이 생깁니다.

인덕터의 종류로는 저런 코일 모양뿐만 아니라 모기향같이 생긴 종류도 있습니다.

이 종류에서 검정 선은 도선입니다. 도체의 선이죠. 빨강색 원 부분을 자세히 보시면 두개의 도체가 나란히 있고 가운데는 뻥뚫린, 아무것도 없는 구조가 보이시나요? capacitor랑 닮았죠??

만약 저 빨강색 원 부분이 거리가 멀었다면(인덕터 크기가 컸다면), capacitor은 아무 존재감도 나타내지 못했을 겁니다.

그러나 만약 저 빨강색 원 부분의 거리가 가깝다면, capacitor은 존재감이 점점 커지죠.

위의 도선은 inductor에 의한 Inductance 자성도 존재하고 capacitor(빨강원)에 의한 capacitance도 존재하게 됩니다.

원래 있어야할 것 외에 추가로 갑자기 생긴 애도 있는거죠.

이것을 바로 parasitic capacitance라고 부릅니다.
parasitic effect는 크기가 클때(거리가 멀때)는 신경도 안쓸 엄청 작은 존재감의 성분이 크기가 작아지면서 점점 원래 있던 성분과 맘먹게 될정도로 존재감이 커진 현상입니다.

이 effect때문에 scaling down에 애를 먹고 있다고 합니다. 이 effect가 없는 것이 이상적인 상황이고 현실에서 parasitic effect는 항상 있습니다.