Apakah kapasitor, jenis kapasitor dan aplikasinya

Asas elemen untuk reka bentuk peranti elektronik menjadi lebih rumit. Peranti digabungkan menjadi litar bersepadu dengan fungsi dan kawalan program yang diberikan. Tetapi pembangunan adalah berdasarkan peranti asas: kapasitor, perintang, diod dan transistor.

Apakah kapasitor

Alat yang menyimpan tenaga elektrik dalam bentuk cas elektrik dipanggil kapasitor.

Jumlah elektrik atau cas elektrik dalam fizik diukur dalam coulomb (C). Kapasiti diukur dalam farad (F).

Konduktor bersendirian dengan kapasiti elektrik 1 farad ialah bola logam dengan jejari bersamaan dengan 13 jejari Matahari.Oleh itu, kapasitor termasuk sekurang-kurangnya 2 konduktor, yang dipisahkan oleh dielektrik. Dalam reka bentuk mudah peranti - kertas.

Pengendalian kapasitor dalam litar DC dijalankan apabila kuasa dihidupkan dan dimatikan.Hanya pada saat peralihan potensi pada plat berubah.

Kapasitor dalam litar AC dicas semula pada frekuensi yang sama dengan frekuensi voltan bekalan kuasa. Hasil daripada cas dan nyahcas berterusan, arus mengalir melalui elemen. Frekuensi yang lebih tinggi - peranti mengecas lebih cepat.

Rintangan litar dengan kapasitor bergantung kepada kekerapan arus. Pada frekuensi DC sifar, nilai rintangan cenderung kepada infiniti. Apabila frekuensi AC meningkat, rintangan berkurangan.

Di manakah kapasitor digunakan?

Operasi elektronik, kejuruteraan radio dan peranti elektrik adalah mustahil tanpa kapasitor.

Dalam kejuruteraan elektrik, ia digunakan untuk mengalih fasa apabila memulakan motor aruhan. Tanpa anjakan fasa, motor tak segerak tiga fasa dalam rangkaian fasa tunggal boleh ubah tidak berfungsi.

Kapasitor dengan kapasiti beberapa farad - ionistor, digunakan dalam kenderaan elektrik sebagai sumber kuasa enjin.

Untuk memahami mengapa kapasitor diperlukan, anda perlu tahu bahawa 10-12% peranti pengukur beroperasi pada prinsip menukar kapasiti elektrik apabila parameter persekitaran luaran berubah. Kapasiti tindak balas peranti khas digunakan untuk:

• pendaftaran pergerakan lemah melalui peningkatan atau penurunan jarak antara plat;
• penentuan kelembapan dengan menetapkan perubahan dalam rintangan dielektrik;
• pengukuran paras cecair, yang mengubah kapasiti elemen apabila diisi.

Sukar untuk membayangkan bagaimana automasi dan perlindungan geganti direka bentuk tanpa kapasitor. Sesetengah logik perlindungan mengambil kira kepelbagaian cas semula peranti.

Unsur kapasitif digunakan dalam litar peranti komunikasi mudah alih, peralatan radio dan televisyen. Kapasitor digunakan dalam:

• penguat frekuensi tinggi dan rendah;
• bekalan kuasa;
• penapis frekuensi;
• penguat bunyi;
• pemproses dan litar mikro lain.

Adalah mudah untuk mencari jawapan kepada soalan tentang apa yang digunakan oleh kapasitor, jika anda melihat litar elektrik peranti elektronik.

Prinsip operasi kapasitor

Dalam litar DC, cas positif dikumpulkan pada satu plat, dan cas negatif dikumpulkan pada plat yang lain. Oleh kerana tarikan bersama, zarah-zarah itu dipegang dalam peranti, dan dielektrik di antara mereka tidak membenarkan untuk menyambung. Semakin nipis dielektrik, semakin kuat cas terikat.

Kapasitor mengambil jumlah elektrik yang diperlukan untuk mengisi bekas, dan arus berhenti.

Dengan voltan malar dalam litar, elemen mengekalkan cas sehingga kuasa dimatikan. Kemudian ia dilepaskan melalui beban dalam litar.

Arus ulang alik mengalir melalui kapasitor dengan cara yang berbeza. ¼ pertama tempoh ayunan ialah saat peranti dicas. Amplitud arus pengecasan berkurangan secara eksponen, dan pada akhir suku tahun ia turun kepada sifar. EMF pada masa ini mencapai amplitud.

Dalam tempoh ¼ kedua, EMF menurun dan sel mula dilepaskan. Pengurangan dalam EMF pada mulanya adalah kecil dan arus nyahcas juga. Ia berkembang mengikut pergantungan eksponen yang sama. Menjelang akhir tempoh, EMF adalah sifar, arus adalah sama dengan nilai amplitud.

Dalam ¼ ketiga tempoh ayunan, EMF menukar arah, melepasi sifar dan meningkat.Tanda caj pada plat diterbalikkan. Arus berkurangan dalam magnitud dan mengekalkan arah. Pada ketika ini, arus elektrik membawa voltan sebanyak 90° dalam fasa.

Dalam induktor, sebaliknya berlaku: voltan membawa arus. Sifat ini diutamakan apabila memilih litar yang hendak digunakan dalam litar: RC atau RL.

Pada penghujung kitaran, pada ¼ ayunan terakhir, EMF turun kepada sifar, dan arus mencapai nilai puncaknya.

"Kapasiti" dinyahcas dan dicas 2 kali setiap tempoh dan mengalirkan arus ulang alik.

Ini adalah penerangan teori tentang proses. Untuk memahami bagaimana elemen dalam litar berfungsi secara langsung dalam peranti, rintangan induktif dan kapasitif litar, parameter peserta lain dikira, dan pengaruh persekitaran luaran diambil kira.

Ciri dan sifat utama

Parameter kapasitor yang digunakan untuk mencipta dan membaiki peranti elektronik termasuk:

1. Kapasiti - C. Menentukan jumlah cas yang dipegang oleh peranti. Nilai kapasiti nominal ditunjukkan pada kes itu. Untuk mencipta nilai yang diperlukan, elemen dimasukkan ke dalam litar secara selari atau bersiri. Nilai operasi tidak sepadan dengan nilai yang dikira.
2. Kekerapan resonans - fр. Jika frekuensi arus lebih besar daripada yang resonans, maka sifat induktif unsur muncul. Ini menyukarkan kerja. Untuk memberikan kuasa yang dikira dalam litar, adalah munasabah untuk menggunakan kapasitor pada frekuensi kurang daripada nilai resonans.
3. Voltan terkadar - Un. Untuk mengelakkan kerosakan elemen, voltan kendalian ditetapkan kurang daripada voltan nominal. Parameter ditunjukkan pada kes kapasitor.
4. Polariti. Jika sambungan tidak betul, kerosakan dan kegagalan akan berlaku.
5. Rintangan penebat elektrik - Rd. Mentakrifkan arus kebocoran peranti. Dalam peranti, bahagian terletak berdekatan antara satu sama lain. Pada arus bocor yang tinggi, sambungan parasit dalam litar adalah mungkin. Ini membawa kepada kerosakan. Arus kebocoran merendahkan sifat kapasitif unsur.
6. Pekali suhu - TKE. Nilai menentukan bagaimana kapasitansi peranti berubah dengan turun naik dalam suhu persekitaran. Parameter digunakan apabila membangunkan peranti untuk operasi dalam keadaan iklim yang teruk.
7. kesan piezoelektrik parasit. Sesetengah jenis kapasitor, apabila cacat, menghasilkan bunyi dalam peranti.

Jenis dan jenis kapasitor

Unsur kapasitif dikelaskan mengikut jenis dielektrik yang digunakan dalam reka bentuk.

Kapasitor kertas dan logam-kertas

Unsur-unsur digunakan dalam litar dengan voltan malar atau sedikit berdenyut. Kesederhanaan reka bentuk menghasilkan kestabilan prestasi 10-25% lebih rendah dan peningkatan kerugian.

Dalam kapasitor kertas, plat aluminium foil memisahkan kertas. Perhimpunan dipintal dan diletakkan dalam kes dalam bentuk silinder atau parallelepiped segi empat tepat.

Peranti beroperasi pada suhu -60 ... + 125 ° C, dengan voltan undian peranti voltan rendah sehingga 1600 V, peranti voltan tinggi - melebihi 1600 V dan kapasiti sehingga berpuluh-puluh mikrofarad.

Dalam peranti logam-kertas, bukannya kerajang, lapisan nipis logam digunakan pada kertas dielektrik. Ini membantu menghasilkan elemen yang lebih kecil. Dengan kerosakan kecil, penyembuhan diri dielektrik adalah mungkin. Unsur logam-kertas adalah lebih rendah daripada unsur kertas dari segi rintangan penebat.

Kapasitor Elektrolitik

Reka bentuk produk menyerupai kertas. Tetapi dalam pembuatan sel elektrolitik, kertas diresapi dengan oksida logam.

Dalam produk dengan elektrolit tanpa kertas, oksida didepositkan pada elektrod logam. Oksida logam mempunyai kekonduksian satu sisi, yang menjadikan peranti itu polar.

Dalam beberapa model sel elektrolitik, plat dibuat dengan alur yang meningkatkan luas permukaan elektrod. Jurang dalam ruang antara plat dihapuskan dengan membanjiri dengan elektrolit. Ini meningkatkan sifat kapasitif produk.

Kapasiti besar peranti elektrolitik - ratusan mikrofarad - digunakan dalam penapis untuk melancarkan riak voltan.

Elektrolitik aluminium

Dalam peranti jenis ini, lapisan anod diperbuat daripada kerajang aluminium. Permukaan disalut dengan oksida logam - dielektrik. Lapisan katod adalah elektrolit pepejal atau cecair, yang dipilih supaya lapisan oksida pada kerajang dipulihkan semasa operasi. Dielektrik penyembuhan diri memanjangkan hayat unsur.

Kapasitor reka bentuk ini memerlukan kekutuban. Apabila dihidupkan semula, ia akan memecahkan kes itu.

Peranti, di dalamnya terdapat pemasangan kutub anti-jujukan, digunakan dalam 2 arah. Kapasiti sel elektrolitik aluminium mencapai beberapa ribu mikrofarad.

Tantalum elektrolitik

Elektrod anod peranti sedemikian dibuat daripada struktur berliang yang diperoleh dengan memanaskan serbuk tantalum hingga +2000°C. Bahannya kelihatan seperti span. Keliangan meningkatkan luas permukaan.

Menggunakan pengoksidaan elektrokimia, lapisan tantalum pentoksida sehingga 100 nanometer tebal digunakan pada anod. Dielektrik pepejal diperbuat daripada mangan dioksida.Struktur siap ditekan ke dalam sebatian - resin khas.

Produk Tantalum digunakan pada frekuensi semasa melebihi 100 kHz. Kapasitans dicipta sehingga ratusan mikrofarad, pada voltan operasi sehingga 75 V.

Polimer

Kapasitor menggunakan elektrolit yang diperbuat daripada polimer pepejal, yang memberikan beberapa kelebihan:

• hayat perkhidmatan meningkat sehingga 50 ribu jam;
• parameter disimpan semasa pemanasan;
• julat riak semasa yang dibenarkan diperluaskan;
• rintangan plat dan plumbum tidak memesongkan kapasitansi.

Filem

Dielektrik dalam model ini ialah filem Teflon, poliester, fluoroplastik atau polipropilena.

Penutup - kerajang atau pemendapan logam pada filem. Reka bentuk ini digunakan untuk membuat pemasangan berbilang lapisan dengan kawasan permukaan yang bertambah.

Kapasitor filem dengan saiz kecil mempunyai kapasitansi ratusan mikrofarad. Bergantung pada penempatan lapisan dan kesimpulan kenalan, bentuk paksi atau jejari produk dibuat.

Dalam sesetengah model, voltan terkadar ialah 2 kV dan lebih tinggi.

Apakah perbezaan antara polar dan non-polar

Bukan kutub membenarkan kemasukan kapasitor dalam litar tanpa mengambil kira arah arus. Unsur-unsur digunakan dalam penapis bekalan kuasa berubah-ubah, penguat frekuensi tinggi.

Produk kutub disambungkan mengikut penandaan. Jika anda menghidupkannya ke arah yang bertentangan, peranti akan gagal atau tidak akan berfungsi seperti biasa.

Kapasitor kutub dan bukan kutub berkapasiti besar dan kecil berbeza dalam reka bentuk dielektrik. Dalam kapasitor elektrolitik, jika oksida digunakan pada 1 elektrod atau 1 sisi kertas, filem, maka unsur itu akan menjadi kutub.

Model kapasitor elektrolitik bukan kutub, dalam reka bentuk yang mana oksida logam dimendapkan secara simetri pada kedua-dua permukaan dielektrik, dimasukkan dalam litar arus ulang alik.

Untuk kutub, terdapat tanda elektrod positif atau negatif pada badan.

Apa yang menentukan kemuatan kapasitor

Fungsi dan peranan utama kapasitor dalam litar adalah untuk mengumpul cas, dan satu tambahan adalah untuk mengelakkan kebocoran.

Nilai kapasitansi kapasitor adalah berkadar terus dengan pemalar dielektrik medium dan luas plat, dan berkadar songsang dengan jarak antara elektrod. Terdapat 2 percanggahan:

1. Untuk meningkatkan kapasiti, elektrod diperlukan setebal, lebih lebar dan lebih lama yang mungkin. Dalam kes ini, dimensi peranti tidak boleh ditingkatkan.
2. Untuk mengekalkan caj dan memberikan daya tarikan yang diingini, jarak antara plat dibuat minimum. Dalam kes ini, arus pecahan tidak boleh dikurangkan.

Untuk menyelesaikan konflik, pembangun menggunakan:

• pembinaan berbilang lapisan sepasang dielektrik dan elektrod;
• struktur anod berliang;
• menggantikan kertas dengan oksida dan elektrolit;
• sambungan selari unsur;
• mengisi ruang kosong dengan bahan dengan peningkatan pemalar dielektrik.

Kapasitor semakin kecil dan lebih baik dengan setiap ciptaan baharu.

Artikel yang serupa: