탄소 피막 저항기 (Carbon film resistor)

탄소 피막 저항기(Carbon film resistor)는 세라믹 로드(절연체) 위에 얇은 탄소막을 입혀 전류의 흐름을 제한하는 고정 저항기의 일종이다. 전자 회로에서 전압을 낮추거나, 전류를 제한하거나, 전압을 분배하는 핵심 부품으로 사용된다.

과거에는 범용 전자제품의 표준 부품이었으나, 정밀도가 요구되는 응용 분야에서는 금속 피막 저항기(Metal film resistor)로 대체되었다. 그러나 가격 대비 성능이 우수하고 고전압 및 펄스 부하에 강한 특성 덕분에 여전히 널리 사용되고 있다.

구조

탄소 피막 저항기의 제조 공정은 원통형 세라믹 로드(기판) 위에 순수한 탄소막을 증착하는 과정을 포함한다.

1. 증착 (Deposition): 탄화수소 가스(메탄, 벤젠 등)가 존재하는 고온 환경에서 세라믹 로드를 가열한다. 열분해 과정을 통해 세라믹 표면에 얇고 순수한 탄소막이 증착된다.
2. 트리밍 (Trimming): 원하는 저항값을 얻기 위해 레이저나 연마 휠을 사용하여 탄소층에 나선형 홈(Helical groove)을 깎는다. 이 과정은 저항 경로의 길이를 늘리고 폭을 좁히는 효과를 낸다. 저항값은 나선형 경로의 길이와 폭의 비율에 의해 결정된다.
3. 터미네이션 (Termination): 로드의 양쪽 끝에 리드선(주석 도금 구리선)이 연결된 금속 캡을 압착하여 전기적 연결을 만든다.
4. 코팅 (Coating): 습기나 열과 같은 외부 환경으로부터 보호하고 전기적 절연을 위해 다층 에폭시나 세라믹 페인트를 덧입힌다. 일반적으로 황토색(살색)을 띤다.

특성

탄소 피막 저항기는 다른 저항기들과 구별되는 고유한 전기적, 물리적 특성을 가진다.

• 허용 오차 (Tolerance): 표준 탄소 피막 저항기는 보통 ±5% (J급)의 오차를 가진다. 이는 구형 탄소체(Carbon Composition) 저항기보다는 정밀하지만, 금속 피막 저항기(주로 ±1% 이하)보다는 정밀도가 떨어진다.
• 온도 계수 (Temperature Coefficient): 부(-)의 온도 계수(Negative TCR)를 가지며, 이는 온도가 올라갈수록 저항값이 감소함을 의미한다. TCR 범위는 보통 -200 ~ -800 ppm/°C 사이이다.
• 잡음 (Noise): 탄소 입자의 구조적 특성으로 인해 전류 잡음(1/f 잡음)이 발생한다. 탄소체 저항기보다는 잡음이 훨씬 적지만, 금속 피막 저항기나 권선 저항기에 비해서는 잡음이 많은 편이다.
• 펄스 안정성 (Pulse Stability): 탄소 트랙의 폭 덕분에 동일한 크기의 금속 피막 저항기보다 고에너지 펄스나 서지 전압에 대해 더 나은 내구성을 보인다.

용도

비용과 성능의 균형 덕분에 다양한 분야에서 사용된다.

• 범용 전자제품: 높은 정밀도가 요구되지 않는 가전제품, 전원 공급 장치, 로직 회로 등에 널리 쓰인다.
• 고전압 애플리케이션: 고장 없이 높은 전압 펄스를 견딜 수 있어 엑스레이(X-ray) 장비나 레이저 전원 장치 등에 적합하다.
• 테스트 장비: 일반적인 프로토타이핑이나 교육용 실습 환경에서 주로 사용된다.

그러나 다음과 같은 분야에서는 일반적으로 사용을 피한다: * 정밀 오디오 장비: 열 잡음 및 전류 잡음으로 인해 신호 대 잡음비(SNR)를 저하시킬 수 있기 때문이다. * 고정밀 계측기: 상대적으로 높은 온도 계수와 넓은 허용 오차 때문에 부적합하다.

다른 저항기와의 비교

특징	탄소 피막 (Carbon Film)	금속 피막 (Metal Film)	탄소체 (Carbon Composition)
저항 재료	탄소 피막	니켈-크롬 합금	탄소 분말/바인더 혼합물
일반적 허용 오차	±5%	±1% 또는 그 이하	±10% 또는 ±20%
온도 안정성	보통 (부의 온도 계수)	높음 (낮은 온도 계수)	낮음
잡음 수준	보통	낮음	높음
일반적 본체 색상	황토색 / 살색	파란색 / 하늘색	갈색 / 검은색
비용	낮음	보통	높음 (빈티지/특수목적)

같이 보기

• 저항기
• 금속 피막 저항기