커패시터 용량 선택: 104·102 코드표와 pF·nF·µF 계산

104 커패시터는 100 nF, 즉 0.1 µF입니다. 하지만 용량 표시를 읽는 것과 회로에 맞는 커패시터를 고르는 것은 다른 문제입니다. 같은 10 µF라도 유전체, DC 바이어스, ESR과 패키지에 따라 실제 동작이 달라집니다.

이 글에서는 커패시터·콘덴서의 pF·nF·µF 단위와 102·103·104·105 코드, 디커플링·LDO·RC 필터의 용량 선택 및 계산 예시를 정리합니다.

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커패시터 용량표: 102·103·104·105 읽는 법

일반적인 3자리 용량 코드에서 앞의 두 숫자는 유효숫자, 마지막 숫자는 10의 지수를 뜻하며 기준 단위는 pF입니다. 예를 들어 104는 10 × 10⁴ pF입니다. 단, 모든 커패시터가 이 코드를 쓰는 것은 아니고 작은 SMD MLCC는 표면에 아무 표시가 없는 경우도 많습니다.

뒤에 붙는 J·K·M은 이 표기 체계를 쓰는 부품에서 각각 ±5%·±10%·±20% 허용오차를 나타낼 수 있습니다. 이 문자는 전압 정격이나 X7R 같은 유전체 특성을 대신하지 않습니다. 표시가 없거나 제조사 전용 코드라면 포장 라벨·MPN·데이터시트로 식별하세요.

pF·nF·µF 단위 환산과 E12 값

커패시턴스 C는 전하 Q와 전압 V 사이의 Q = CV 관계로 표현하며 기본 단위는 패럿(F)입니다. 일정한 C를 가정한 이상적인 커패시터에서는 다음과 같이 환산합니다.

• 1 µF = 1,000 nF = 1,000,000 pF
• 1 nF = 1,000 pF
• 1 µF = 10⁻⁶ F, 1 nF = 10⁻⁹ F, 1 pF = 10⁻¹² F
• 문서의 uF는 키보드 입력을 위해 µF 대신 쓰는 표기입니다.

E12의 한 자리 범위 대표값은 10·12·15·18·22·27·33·39·47·56·68·82입니다. 여기에 10의 배수를 적용합니다. 다만 시판 커패시터가 E12에만 제한되는 것은 아닙니다. 허용오차와 유전체·전압·패키지에 따라 공급되는 값이 다르므로 회로 요구와 실제 재고를 함께 확인합니다.

커패시터 용량은 회로의 역할부터 정하세요

100 nF 디커플링: 흔한 값이지만 모든 핀의 정답은 아닙니다

100 nF 세라믹은 디지털 IC의 로컬 디커플링에서 흔히 볼 수 있는 값입니다. 그러나 MCU 계열에 따라 VDD·VDDA·VCAP·내장 레귤레이터 핀의 요구가 다릅니다. 모든 STM32 핀에 같은 구성을 적용하지 말고 해당 제품의 데이터시트와 하드웨어 지침을 확인하세요.

커패시터는 전원 핀과 GND 사이의 고주파 전류 루프가 짧도록 배치합니다. 용량만 늘리고 긴 배선으로 연결하면 원하는 주파수에서 충분히 낮은 임피던스를 얻지 못할 수 있습니다. 실제 임피던스 곡선과 패키지·접속 인덕턴스도 중요합니다.

LDO: ESR은 낮을수록 무조건 좋은가요?

그렇지 않습니다. 일부 LDO는 안정성을 위해 출력 커패시터의 최소 용량뿐 아니라 ESR 범위도 요구합니다. 예를 들어 TI LM1117 데이터시트에는 탄탈 출력 커패시터를 쓸 때 최소 10 µF와 ESR 0.3~22 Ω 조건이 제시됩니다. 조정형의 추가 바이패스 조건에서는 요구가 달라질 수 있습니다.

이는 해당 LM1117의 예시이며 AMS1117이나 다른 제조사의 1117 계열에 그대로 적용할 수 없습니다. 세라믹 호환 LDO도 많으므로 정확한 제조사·MPN과 회로 조건을 기준으로 선택해야 합니다.

커패시터 용량 계산: 네 가지 예시

1. RC 저역통과 필터

소스·부하 영향이 작은 이상적인 1차 RC 저역통과 필터에서는 f_c = 1 / (2πRC)입니다. R = 1 kΩ, 목표 f_c = 15 kHz라면 C ≈ 10.61 nF입니다.

E12의 10 nF를 선택하면 명목 차단주파수는 약 15.9 kHz가 됩니다. 가장 가까운 표준값을 고른 뒤 실제 차단주파수를 다시 계산하고 R·C 오차까지 확인하세요. 15 kHz 위 신호가 완전히 사라지는 필터는 아닙니다.

2. RC 시정수와 실제 지연 시간

τ = RC이므로 100 kΩ과 10 µF의 이상적인 시정수는 1초입니다. 이는 0 V에서 충전할 때 최종 전압의 약 63.2%에 도달하는 시간이지, 리셋이 반드시 1초 후 해제된다는 뜻은 아닙니다.

실제 지연은 입력 임계값, 전원 상승 시간, 커패시터 누설·허용오차에 따라 달라집니다. 정확한 기동·리셋 타이밍이 필요하면 슈퍼바이저 IC 등 적절한 회로를 검토합니다.

3. 벌크 평활 커패시터의 근사 계산

커패시터가 재충전 사이에 일정 전류를 공급한다고 근사하면 C ≈ I / (f_ripple × ΔV)입니다. 여기서 f_ripple은 재충전 반복 주파수이며, 50 Hz 전원의 전파 정류 예에서는 대략 100 Hz입니다.

I = 1 A, f_ripple = 100 Hz, 허용 리플 ΔV = 2 V이면 C ≈ 0.005 F = 5,000 µF입니다. 이는 간단한 모델의 계산값입니다. 실제 선택에는 리플 전류 정격, 정류·전원 임피던스, ESR과 용량 공차를 더 검토해야 하며, 4,700 µF로 단순히 내림하면 같은 조건에서 목표 리플을 초과할 수 있습니다.

이 계산은 회로 이해를 위한 예시이며 상용 전원에 직접 연결하는 작업 절차가 아닙니다. 절연·보호·안전 검토가 없는 상태에서 고전압 회로를 실험하지 마세요.

4. 수정 발진기의 부하 커패시터

외부 커패시터 두 개를 사용하는 Pierce 회로의 근사 관계는 C_L = C1·C2 / (C1 + C2) + C_s입니다. C_s는 이 모델에서 사용하는 핀·PCB의 유효 기생 용량입니다. 자세한 정의와 설계 절차는 ST AN2867을 확인하세요.

가정한 C_L = 12 pF, C_s = 3 pF에서 C1 = C2라면 각 18 pF가 됩니다. 이 예시처럼 CL과 기생 성분을 함께 계산해야 하며 모든 수정에 22 pF 두 개가 맞는 것은 아닙니다. 기동 여유와 구동 레벨도 별도로 확인합니다.

왜 10 µF MLCC가 실제 회로에서는 더 작아질까요?

X5R·X7R 같은 고유전율 세라믹은 DC 전압을 인가하면 유효 용량이 줄어들 수 있습니다. Murata의 DC 바이어스 설명도 명목 용량과 실제 인가 전압에서의 용량을 구분하도록 안내합니다. C0G 등 온도 보상형 세라믹은 이 고유전율 재료의 DC 바이어스 특성과 구분됩니다.

감소량은 정확한 MPN과 패키지·구조에 따라 달라집니다. X7R이라는 이름만으로 감소율을 계산하거나, 내압을 두세 배 높이면 충분하다고 보장할 수 없습니다. 후보 부품의 바이어스 곡선을 실제 동작 전압에서 비교하세요.

• 최소 유효 용량 요구가 있다면 DC 바이어스·온도·허용오차·에이징 조건을 검토합니다.
• 큰 패키지나 높은 내압 제품도 후보가 될 수 있지만 실제 특성 곡선으로 확인합니다.
• 전압 정격은 허용 인가 전압의 조건이지 용량 유지율 보증값이 아닙니다.
• 필요한 주파수의 임피던스와 리플 전류·발열도 함께 검토합니다.

MLCC·전해·탄탈·필름의 선택 차이

• MLCC: 작은 패키지와 낮은 기생 성분이 유용합니다. 유전체별 바이어스·온도 특성과 보드 휨에 따른 크랙 위험을 검토합니다.
• 알루미늄 전해·폴리머: 벌크 용량에 활용합니다. ESR·주파수 특성, 리플 전류, 온도·수명을 제품별로 비교합니다. 모든 제품이 고주파에서 동일하게 동작하는 것은 아닙니다.
• 탄탈: 극성, 서지·돌입 전류와 제조사의 디레이팅 조건을 지켜야 합니다. 동일 용량 MLCC와 무조건 교체할 수는 없습니다.
• 필름: 신호·정밀·펄스 용도 등에 쓰입니다. AC 전원용이라면 용량 외에 해당 안전 등급 등 목적에 맞는 정격이 필요합니다.

부품을 대체할 때는 용량과 전압뿐 아니라 ESR, 온도, 치수·풋프린트·극성까지 비교합니다. 큰 용량이 항상 더 좋은 것도 아니며 기동 돌입 전류와 제어 루프 조건이 달라질 수 있습니다.

자주 묻는 질문

102와 104 커패시터는 각각 몇 nF인가요?

일반적인 3자리 용량 코드에서 102는 1 nF, 104는 100 nF입니다. 104는 0.1 µF와도 같습니다.

10 µF를 100 µF로 바꿔도 되나요?

회로에 따라 다릅니다. 필터·타이밍·제어 루프가 바뀌며 돌입 전류도 증가할 수 있습니다. 해당 IC의 허용 범위와 ESR·기동 조건을 확인해야 합니다.

더 높은 내압의 커패시터를 사용해도 되나요?

치수·용량·ESR 등 다른 요구를 만족하면 후보가 될 수 있습니다. 다만 높은 내압만으로 MLCC의 유효 용량이 더 크다고 확정할 수는 없습니다.

작은 SMD 커패시터에 표시가 없으면 어떻게 식별하나요?

외형만으로 용량이나 전압을 확정하지 않습니다. 포장 라벨·MPN·BOM을 확인하고, 측정은 기판의 병렬 경로와 측정 주파수·바이어스 영향까지 고려합니다.