Περιγραφή πυκνωτών. Πυκνωτής: εφαρμογή και τύποι. Πυκνωτές τροφοδοσίας και αναφοράς

Όταν εξηγούμε τι είναι ένας πυκνωτής, πρέπει να καταλάβουμε ξεκάθαρα φυσική βάσηεργασία και σχεδιασμός αυτού αναντικατάστατο στοιχείοκάθε λίγο πολύ σοβαρή ηλεκτρονική συσκευή.

Τα μειονεκτήματα των πυκνωτών τανταλίου περιλαμβάνουν την ευαισθησία σε κυματισμούς ρεύματος και υπερτάσεις, καθώς και το σχετικά υψηλό κόστος αυτών των προϊόντων.

Οι πυκνωτές ισχύος χρησιμοποιούνται συνήθως σε συστήματα υψηλής τάσης. Χρησιμοποιούνται ευρέως για την αντιστάθμιση των απωλειών σε γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και για τη βελτίωση του συντελεστή ισχύος σε βιομηχανικές ηλεκτρικές εγκαταστάσεις. Είναι κατασκευασμένα από υψηλής ποιότητας επιμεταλλωμένο φιλμ προπυλενίου με ειδικό εμποτισμό με μη τοξικό μονωτικό λάδι.

Μπορεί να έχουν τη λειτουργία της αυτοκαταστροφής εσωτερικών βλαβών, γεγονός που τους δίνει πρόσθετη αξιοπιστία και αυξάνει τη διάρκεια ζωής τους.

Οι κεραμικοί πυκνωτές έχουν ως διηλεκτρικό υλικό το κεραμικό. Διακρίνονται από υψηλή λειτουργικότητα όσον αφορά την τάση λειτουργίας, την αξιοπιστία, τις χαμηλές απώλειες και το χαμηλό κόστος.

Το εύρος χωρητικότητάς τους κυμαίνεται από αρκετά picofarads έως περίπου 0,1 μF. Επί του παρόντος, είναι ένας από τους πιο ευρέως χρησιμοποιούμενους τύπους πυκνωτών που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρονικό εξοπλισμό.

Οι πυκνωτές μαρμαρυγίας από ασήμι αντικατέστησαν τα προηγουμένως διαδεδομένα στοιχεία μαρμαρυγίας. Έχουν υψηλή σταθερότητα, σφραγισμένο περίβλημακαι μεγάλη χωρητικότητα ανά μονάδα όγκου.

Η ευρεία χρήση πυκνωτών αργύρου-μαρμαρυγίας παρεμποδίζεται από το σχετικά υψηλό κόστος τους.

Για πυκνωτές χαρτιού και μεταλλικού χαρτιού, οι πλάκες είναι κατασκευασμένες από λεπτό φύλλο αλουμινίου και ως διηλεκτρικό χρησιμοποιείται ειδικό χαρτί εμποτισμένο με στερεό (λιωμένο) ή υγρό διηλεκτρικό. Χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα χαμηλής συχνότητας ραδιοφωνικών συσκευών σε υψηλά ρεύματα. Είναι σχετικά φθηνά.

Σε τι χρησιμεύει ένας πυκνωτής;

Υπάρχουν πολλά παραδείγματα χρήσης πυκνωτών για μεγάλη ποικιλία σκοπών. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιούνται ευρέως για την αποθήκευση ψηφιακών δεδομένων. χρησιμοποιείται στις τηλεπικοινωνίες για τη ρύθμιση της συχνότητας και τη διαμόρφωση τηλεπικοινωνιακού εξοπλισμού.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα εφαρμογής τους είναι στα τροφοδοτικά. Υπάρχουν αυτά τα στοιχεία εξομάλυνσης (φιλτράρισμα) της ανορθωμένης τάσης στην έξοδο αυτών των συσκευών. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία υψηλών τάσεων, πολλές φορές της τάσης εισόδου. Οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορα είδημετατροπείς τάσης, συσκευές αδιάκοπη παροχή ενέργειαςΓια εξοπλισμός υπολογιστώνκαι τα λοιπά.

Εξηγώντας τι είναι ένας πυκνωτής, δεν μπορεί να μην πει κανείς ότι αυτό το στοιχείο μπορεί επίσης να εξυπηρετήσει εξαιρετική αποθήκευσηηλεκτρόνια. Ωστόσο, στην πραγματικότητα αυτή η λειτουργία έχει ορισμένους περιορισμούς λόγω των μη ιδανικών χαρακτηριστικών μόνωσης του χρησιμοποιούμενου διηλεκτρικού. Ωστόσο, ο πυκνωτής έχει την ιδιότητα να είναι αρκετά πολύς καιρόςαποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια όταν αποσυνδέεται από το κύκλωμα φόρτισης, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως προσωρινή πηγή ενέργειας.

Λόγω των μοναδικών φυσικών τους ιδιοτήτων, αυτά τα στοιχεία έχουν βρει τόσο ευρεία εφαρμογή στη βιομηχανία ηλεκτρονικών και ηλεκτρικών ειδών που σήμερα είναι σπάνιο οποιοδήποτε ηλεκτρικό προϊόν να μην περιλαμβάνει τουλάχιστονένα τέτοιο συστατικό για κάποιο σκοπό.

Συνοψίζοντας, μπορούμε να πούμε ότι ένας πυκνωτής είναι ένα ανεκτίμητο μέρος μιας τεράστιας ποικιλίας ηλεκτρονικών και ηλεκτρικών συσκευών, χωρίς τις οποίες η περαιτέρω πρόοδος στην επιστήμη και την τεχνολογία θα ήταν αδιανόητη.

Αυτό είναι ο πυκνωτής!

Χρησιμοποιείται σε ραδιοηλεκτρονικά μεγάλο ποσόόλων των ειδών πυκνωτές. Όλα διαφέρουν σε βασικές παραμέτρους όπως η ονομαστική χωρητικότητα, τάση λειτουργίαςκαι άδεια.

Αλλά αυτές είναι μόνο οι βασικές παράμετροι. Ενα ακόμα σημαντικές παραμέτρουςΜπορεί να είναι ο τύπος του διηλεκτρικού από τον οποίο είναι κατασκευασμένος ο πυκνωτής. Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα ποιοι τύποι διηλεκτρικών πυκνωτών υπάρχουν.

Χρησιμοποιείται σε ραδιοηλεκτρονικά πολικός Και μη πολικό πυκνωτές. Η διαφορά μεταξύ των πολικών πυκνωτών και των μη πολικών είναι ότι περιλαμβάνονται οι πολικοί πυκνωτές ηλεκτρονικό κύκλωμασε αυστηρή συμφωνία με την υποδεικνυόμενη πολικότητα. Οι πολικοί πυκνωτές περιλαμβάνουν τους λεγόμενους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές. Οι πιο συνηθισμένοι είναι οι ακτινωτοί ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές αλουμινίου. Στις εγχώριες σημάνσεις ονομάζονται K50-35.

Οι αξονικοί πυκνωτές έχουν συρμάτινα καλώδια τοποθετημένα στις πλευρές του κυλινδρικού σώματος, σε αντίθεση με τους ακτινωτούς πυκνωτές, οι απαγωγές των οποίων τοποθετούνται στη μία πλευρά του κυλινδρικού σώματος. Οι αξονικοί ηλεκτρολύτες είναι πυκνωτές με την ένδειξη K50-29 K50-12, K50-15 και K50-24.

Αξονικοί ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές της σειράς K50-29 και εισάγονται από την PHILIPS

Στην καθημερινή ζωή, οι ραδιοερασιτέχνες αποκαλούν τους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές "ηλεκτρολύτες".

Μπορούν να βρεθούν σε τροφοδοτικά ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Χρησιμεύουν κυρίως για το φιλτράρισμα και την εξομάλυνση της ανορθωμένης τάσης. Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές χρησιμοποιούνται επίσης ενεργά σε ενισχυτές ηχητική συχνότητα(ενισχυτές) για τον διαχωρισμό των στοιχείων συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος.

Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές έχουν αρκετά σημαντική χωρητικότητα. Γενικά, οι τιμές ονομαστικής χωρητικότητας κυμαίνονται από 0,1 microfarads (0,1 µF) έως 100.000 microfarad (100.000 μF).

Η ονομαστική τάση λειτουργίας των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών μπορεί να κυμαίνεται από 10 βολτ έως αρκετές εκατοντάδες βολτ (100 – 500 βολτ). Φυσικά, είναι πιθανό να υπάρχουν και άλλα δείγματα με διαφορετική χωρητικότητα και τάση λειτουργίας, αλλά στην πράξη είναι αρκετά σπάνια.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η ονομαστική χωρητικότητα των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών μειώνεται όσο αυξάνεται η διάρκεια ζωής τους.

Επομένως, για να συναρμολογήσετε σπιτικά ηλεκτρονικές συσκευές, αξίζει να χρησιμοποιήσετε είτε νέους αγορασμένους είτε αυτούς τους πυκνωτές που έχουν χρησιμοποιηθεί σε ηλεκτρικό εξοπλισμό για μικρό χρονικό διάστημα. Διαφορετικά, μπορεί να αντιμετωπίσετε μια μη λειτουργική κατάσταση σπιτική συσκευήλόγω ελαττωματικού ηλεκτρολυτικού πυκνωτή. Το πιο κοινό ελάττωμα των «παλιών» ηλεκτρολυτών είναι η απώλεια χωρητικότητας και η αυξημένη διαρροή.

Πριν από την επαναχρησιμοποίηση, θα πρέπει να ελέγξετε προσεκτικά τον πυκνωτή, ο οποίος χρησιμοποιήθηκε προηγουμένως.

Οι έμπειροι ραδιομηχανικοί μπορούν να σας πουν πολλά για την ποιότητα των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών. Την εποχή της ευρείας χρήσης των σοβιετικών έγχρωμων τηλεοράσεων, υπήρχε μια πολύ συχνή δυσλειτουργία των τηλεοράσεων λόγω χαμηλής ποιότητας ηλεκτρολυτών. Μερικές φορές έφτασε στο σημείο ότι ο τεχνικός της τηλεόρασης αντικατέστησε σχεδόν όλους τους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές στο κύκλωμα της τηλεόρασης, μετά από το οποίο η συσκευή λειτούργησε σωστά για πολλά χρόνια.

ΣΕ ΠρόσφαταΟι συμπαγείς ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές για επιφανειακή τοποθέτηση γίνονται όλο και πιο συνηθισμένοι. Οι διαστάσεις τους είναι σημαντικά μικρότερες από τις κλασικές.

Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές αλουμινίου για τοποθέτηση SMD σε πλακέτα μονάδας CD

Υπάρχουν επίσης μικροσκοπικοί πυκνωτές τανταλίου. Είναι αρκετά μικρά σε μέγεθος και έχουν σχεδιαστεί για τοποθέτηση SMD. Βρίσκονται εύκολα σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων μινιατούρων MP3 player, κινητά τηλέφωνα, μητρικές πλακέτεςφορητούς υπολογιστές και υπολογιστές.

Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές τανταλίου πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος Mp3 player

Παρά το μικρό τους μέγεθος, οι πυκνωτές τανταλίου έχουν σημαντική χωρητικότητα. Είναι παρόμοιοι με τους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές αλουμινίου επιφανειακής τοποθέτησης, αλλά είναι σημαντικά μικρότεροι σε μέγεθος.

Πυκνωτής SMD τανταλίου χωρητικότητας 47 uF και τάση λειτουργίας 6 βολτ.
Πλακέτα κυκλώματος μονάδας CD υπολογιστή

Κυρίως σε συμπαγή εξοπλισμό υπάρχουν πυκνωτές τανταλίου 6,3 μF, 10 μF, 22 μF, 47 μF, 100 μF, 470 μF και για τάση λειτουργίας 10 -16 βολτ. Μια τέτοια χαμηλή τάση λειτουργίας οφείλεται στο γεγονός ότι η τάση τροφοδοσίας σε ηλεκτρονικά μικρού μεγέθους σπάνια υπερβαίνει το όριο των 5 - 10 βολτ. Φυσικά, υπάρχουν και παραδείγματα υψηλότερης τάσης.

Εκτός από τους πυκνωτές τανταλίου, οι πυκνωτές επιφανείας πολυμερούς χρησιμοποιούνται επίσης σε μικροσκοπικά ηλεκτρονικά. Τέτοιοι πυκνωτές κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας στερεό πολυμερές. Λειτουργεί ως αρνητική πλάκα - κάθοδος . Θετική έξοδος - άνοδος - Το φύλλο αλουμινίου χρησιμεύει ως πυκνωτής πολυμερούς. Τέτοιοι πυκνωτές καταστέλλουν τον ηλεκτρικό θόρυβο και κυματίζουν καλά και έχουν σταθερότητα σε υψηλή θερμοκρασία.

Οι πυκνωτές τανταλίου υποδεικνύουν πολικότητα, η οποία πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη χρήση τους σε σπιτικά σχέδια.

Εκτός από πυκνωτές τανταλίου, οι συσκευασίες SMD διαθέτουν επίσης πυκνωτές μολύβδου με διηλεκτρικό τανταλίου. Το σχήμα τους μοιάζει με σταγόνα. Ο αρνητικός ακροδέκτης επισημαίνεται με μια λωρίδα στο περίβλημα.

Τέτοιοι πυκνωτές έχουν επίσης όλα τα πλεονεκτήματα των επιφανειακών πυκνωτών τανταλίου, συγκεκριμένα χαμηλό ρεύμαδιαρροή, σταθερότητα υψηλής θερμοκρασίας και συχνότητας, μεγαλύτερη διάρκεια ζωής σε σύγκριση με τους συμβατικούς πυκνωτές. Χρησιμοποιούνται ενεργά στον τηλεπικοινωνιακό εξοπλισμό και την τεχνολογία υπολογιστών.

Πυκνωτής εξόδου τανταλίου με χωρητικότητα 10 microfarads και τάση λειτουργίας 16 volt

Μεταξύ των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών υπάρχουν επίσης μη πολικό . Μοιάζουν με τους κανονικούς ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές, αλλά η πολικότητα της εφαρμοζόμενης τάσης δεν είναι σημαντική για αυτούς. Χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα με εναλλασσόμενο ή παλμικό ρεύμα, όπου δεν είναι δυνατή η χρήση πολωμένων πυκνωτών. Οι μη πολικοί πυκνωτές φέρουν την ετικέτα K50-6. Μπορείτε να διακρίνετε έναν πολικό πυκνωτή από έναν μη πολικό, για παράδειγμα, από την απουσία σημαδιών πολικότητας στο σώμα του.

Τα ηλεκτρονικά χρησιμοποιούν πολλά διαφορετικά μέρη που μαζί επιτρέπουν μια σειρά ενεργειών. Ένας από αυτούς είναι ένας πυκνωτής. Και στο πλαίσιο του άρθρου θα μιλήσουμε για το τι είδους μηχανισμός είναι αυτός, πώς λειτουργεί, γιατί χρειάζεται ένας πυκνωτής και τι κάνει σε κυκλώματα.

Τι είναι ένας πυκνωτής;

Ένας πυκνωτής είναι μια παθητική ηλεκτρική συσκευή που μπορεί να λειτουργήσει διάφορα καθήκονταχάρη στην ικανότητα συσσώρευσης φορτίου και ενέργειας του ηλεκτρικού πεδίου. Αλλά το κύριο φάσμα εφαρμογών είναι στα φίλτρα για ανορθωτές και σταθεροποιητές. Έτσι, χάρη στους πυκνωτές, ένα σήμα μεταδίδεται μεταξύ των σταδίων του ενισχυτή, ορίζονται χρονικά διαστήματα για το χρονισμό και δημιουργούνται φίλτρα υψηλής και χαμηλής διέλευσης. Λόγω των ιδιοτήτων του, χρησιμοποιείται επίσης για επιλογή συχνότητας σε διαφορετικές γεννήτριες.

Αυτός ο τύπος πυκνωτή έχει χωρητικότητα αρκετών εκατοντάδων microfarads. Άλλα μέλη της οικογένειας αυτού του ηλεκτρονικού εξαρτήματος έχουν σχεδιαστεί σύμφωνα με παρόμοια αρχή. Πώς να ελέγξετε τον πυκνωτή και να βεβαιωθείτε ότι η πραγματική κατάσταση των πραγμάτων αντιστοιχεί στις επιγραφές; Ο ευκολότερος τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε ένα ψηφιακό πολύμετρο. Ένα ωμόμετρο μπορεί επίσης να απαντήσει στην ερώτηση πώς να ελέγξετε έναν πυκνωτή.

Αρχή λειτουργίας και γιατί χρειάζεται ένας πυκνωτής

Από την ονομασία και τη σχηματική εικόνα μπορούμε να συμπεράνουμε ότι ακόμη και δύο μεταλλικές πλάκες που βρίσκονται η μία δίπλα στην άλλη μπορούν να λειτουργήσουν ως απλός πυκνωτής. Ο αέρας θα λειτουργήσει ως διηλεκτρικό σε αυτή την περίπτωση. Θεωρητικά, δεν υπάρχει περιορισμός στην περιοχή των πλακών και στην απόσταση μεταξύ τους. Επομένως, ακόμη και όταν απλώνονται σε τεράστιες αποστάσεις και μειώνεται το μέγεθός τους, ακόμη και αν είναι ασήμαντο, διατηρείται κάποια χωρητικότητα.

Αυτή η ιδιοκτησία έχει βρει χρήση στην τεχνολογία υψηλών συχνοτήτων. Έτσι, έμαθαν να τα κατασκευάζουν ακόμη και με τη μορφή συνηθισμένων γραμμών τυπωμένου κυκλώματος, καθώς και απλώς στρίβοντας δύο καλώδια που είναι σε μόνωση πολυαιθυλενίου. Όταν χρησιμοποιείτε καλώδιο, η χωρητικότητα του πυκνωτή (μF) αυξάνεται με το μήκος. Αλλά πρέπει να γίνει κατανοητό ότι εάν ο μεταδιδόμενος παλμός είναι σύντομος και το καλώδιο είναι μακρύ, τότε μπορεί απλά να μην φτάσει στον προορισμό του. Ένας πυκνωτής μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κυκλώματα DC και AC.

Αποθήκευση ενέργειας

Καθώς η χωρητικότητα του πυκνωτή αυξάνεται, διαδικασίες όπως η φόρτιση και η εκφόρτιση προχωρούν αργά. Τάση σε αυτό ηλεκτρική συσκευήαναπτύσσεται κατά μήκος μιας καμπύλης γραμμής, η οποία στα μαθηματικά ονομάζεται εκθετική. Με την πάροδο του χρόνου, η τάση του πυκνωτή θα αυξηθεί από μια τιμή 0V στο επίπεδο της τροφοδοσίας (αν δεν καεί λόγω των πολύ υψηλών τιμών της τελευταίας).

Ηλεκτρολυτικό πυκνωτή

Επί αυτή τη στιγμήΟι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές διαθέτουν την υψηλότερη ειδική χωρητικότητα στην αναλογία αυτού του δείκτη προς τον όγκο του εξαρτήματος. Η χωρητικότητά τους φτάνει τις τιμές των 100 χιλιάδων microfarads και η τάση λειτουργίας είναι έως και 600 V. Αλλά λειτουργούν καλά μόνο σε χαμηλές συχνότητες. Σε τι χρησιμεύει αυτός ο τύπος πυκνωτή; Η κύρια περιοχή εφαρμογής είναι τα φίλτρα Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές συνδέονται πάντα με κυκλώματα με σωστή πολικότητα. Τα ηλεκτρόδια κατασκευάζονται από ένα λεπτό φιλμ (το οποίο είναι κατασκευασμένο από οξείδιο μετάλλου). Δεδομένου ότι ένα λεπτό στρώμα αέρα μεταξύ τους δεν είναι αρκετά καλός μονωτήρας, προστίθεται επίσης ένα στρώμα ηλεκτρολύτη (συμπυκνωμένα διαλύματα αλκαλίων ή οξέων ενεργούν ως αυτό).

Υπερπυκνωτής

Αυτή είναι μια νέα κατηγορία ηλεκτρολυτικών πυκνωτών που ονομάζονται ιονιστές. Οι ιδιότητές του το κάνουν παρόμοιο με μπαταρία, αν και ισχύουν ορισμένοι περιορισμοί. Έτσι, το πλεονέκτημά τους έγκειται στον σύντομο χρόνο φόρτισης (συνήθως λίγα λεπτά). Σε τι χρησιμεύει αυτός ο τύπος πυκνωτή; Οι ιονιστές χρησιμοποιούνται ως εφεδρικά τροφοδοτικά. Κατά τη διάρκεια της κατασκευής, αποδεικνύονται μη πολικές και το πού είναι συν και πού είναι μείον καθορίζεται από την πρώτη χρέωση (στο εργοστάσιο παραγωγής).

Η θερμοκρασία και η ονομαστική τάση έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην απόδοση. Έτσι, στους 70˚C και ισχύ 0,8 θα δώσει μόνο 500 ώρες λειτουργίας. Μειώνοντας την τάση στο 0,6 της ονομαστικής τιμής και τη θερμοκρασία στους 40 βαθμούς, η διάρκεια ζωής του θα αυξηθεί σε 40 χιλιάδες ώρες. Μπορείτε να βρείτε ιονιστές σε τσιπ μνήμης ή ηλεκτρονικό ρολόι. Ταυτόχρονα όμως έχουν καλές προοπτικές για τη χρήση τους σε ηλιακές μπαταρίες.

Πολλά έχουν γραφτεί για τους πυκνωτές, αξίζει να προσθέσουμε μερικές χιλιάδες λέξεις ακόμα στα εκατομμύρια που ήδη υπάρχουν; Θα το προσθέσω! Πιστεύω ότι η παρουσίασή μου θα είναι χρήσιμη. Άλλωστε θα γίνει λαμβάνοντας υπόψη.

Τι είναι ένας ηλεκτρικός πυκνωτής

Μιλώντας στα ρωσικά, ένας πυκνωτής μπορεί να ονομαστεί "συσκευή αποθήκευσης". Είναι ακόμα πιο ξεκάθαρο έτσι. Επιπλέον, έτσι ακριβώς μεταφράζεται αυτό το όνομα στη γλώσσα μας. Ένα ποτήρι μπορεί επίσης να ονομαστεί πυκνωτής. Μόνο που συσσωρεύει υγρό από μόνο του. Ή μια τσάντα. Ναι, μια τσάντα. Αποδεικνύεται ότι είναι επίσης μια συσκευή αποθήκευσης. Συσσωρεύει όλα όσα βάζουμε εκεί. Τι σχέση έχει ο ηλεκτρικός πυκνωτής; Είναι το ίδιο με ένα ποτήρι ή μια τσάντα, αλλά συσσωρεύει μόνο ηλεκτρικό φορτίο.

Φανταστείτε την εικόνα: περνάει μια αλυσίδα ηλεκτρική ενέργεια, στο δρόμο του υπάρχουν αντιστάσεις, αγωγοί και, μπαμ, έχει εμφανιστεί ένας πυκνωτής (γυαλί). Τι θα συμβεί; Όπως γνωρίζετε, το ρεύμα είναι μια ροή ηλεκτρονίων και κάθε ηλεκτρόνιο έχει ένα ηλεκτρικό φορτίο. Έτσι, όταν κάποιος λέει ότι ένα ρεύμα διέρχεται από ένα κύκλωμα, φαντάζεστε εκατομμύρια ηλεκτρόνια να ρέουν μέσα από το κύκλωμα. Αυτά τα ίδια ηλεκτρόνια, όταν εμφανίζεται ένας πυκνωτής στη διαδρομή τους, συσσωρεύονται. Όσο περισσότερα ηλεκτρόνια βάλουμε στον πυκνωτή, τόσο μεγαλύτερο θα είναι το φορτίο του.

Τίθεται το ερώτημα: πόσα ηλεκτρόνια μπορούν να συσσωρευτούν με αυτόν τον τρόπο, πόσα θα χωρέσουν στον πυκνωτή και πότε θα «αρκέσει»; Ας ανακαλύψουμε. Πολύ συχνά, για μια απλοποιημένη εξήγηση απλών ηλεκτρικών διεργασιών, χρησιμοποιείται μια σύγκριση με νερό και σωλήνες. Ας χρησιμοποιήσουμε και αυτή την προσέγγιση.

Φανταστείτε έναν σωλήνα μέσα από τον οποίο ρέει νερό. Στο ένα άκρο του σωλήνα υπάρχει μια αντλία που αντλεί με δύναμη νερό σε αυτόν τον σωλήνα. Στη συνέχεια, τοποθετήστε διανοητικά μια ελαστική μεμβράνη κατά μήκος του σωλήνα. Τι θα συμβεί; Η μεμβράνη θα αρχίσει να τεντώνεται και να καταπονείται υπό την επίδραση της πίεσης του νερού στον σωλήνα (πίεση που δημιουργείται από την αντλία). Θα τεντωθεί, θα τεντωθεί, θα τεντωθεί και τελικά η ελαστική δύναμη της μεμβράνης είτε θα εξισορροπήσει τη δύναμη της αντλίας και η ροή του νερού θα σταματήσει, είτε η μεμβράνη θα σπάσει (Αν αυτό δεν είναι ξεκάθαρο, τότε φανταστείτε μπαλόνι, που θα σκάσει αν αντληθεί πολύ)! Το ίδιο συμβαίνει και στους ηλεκτρικούς πυκνωτές. Μόνο εκεί, αντί για μεμβράνη, χρησιμοποιείται ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο μεγαλώνει όσο φορτίζεται ο πυκνωτής και σταδιακά εξισορροπεί την τάση της πηγής ισχύος.

Έτσι, ο πυκνωτής έχει ένα ορισμένο περιοριστικό φορτίο που μπορεί να συσσωρεύσει και, αφού το ξεπεράσει, θα συμβεί διηλεκτρική βλάβη σε πυκνωτή θα σπάσει και θα πάψει να είναι πυκνωτής. Μάλλον ήρθε η ώρα να σας πούμε πώς λειτουργεί ένας πυκνωτής.

Πώς λειτουργεί ένας ηλεκτρικός πυκνωτής;

Στο σχολείο σας είπαν ότι ένας πυκνωτής είναι ένα πράγμα που αποτελείται από δύο πλάκες και ένα κενό μεταξύ τους. Αυτές οι πλάκες ονομάζονταν πλάκες πυκνωτών και συνδέονταν μαζί τους καλώδια για την παροχή τάσης στον πυκνωτή. Έτσι οι σύγχρονοι πυκνωτές δεν διαφέρουν πολύ. Όλα έχουν επίσης πλάκες και υπάρχει ένα διηλεκτρικό μεταξύ των πλακών. Χάρη στην παρουσία ενός διηλεκτρικού, τα χαρακτηριστικά του πυκνωτή βελτιώνονται. Για παράδειγμα, η χωρητικότητά του.

Οι σύγχρονοι πυκνωτές χρησιμοποιούν διαφορετικούς τύπους διηλεκτρικών (περισσότερα για αυτό παρακάτω), τα οποία γεμίζονται μεταξύ των πλακών πυκνωτών με τους πιο εξελιγμένους τρόπους για την επίτευξη ορισμένων χαρακτηριστικών.

Αρχή λειτουργίας

Η γενική αρχή λειτουργίας είναι αρκετά απλή: εφαρμόζεται τάση και συσσωρεύεται το φορτίο. Οι φυσικές διεργασίες που συμβαίνουν τώρα δεν πρέπει να σας ενδιαφέρουν πολύ, αλλά αν θέλετε, μπορείτε να διαβάσετε σχετικά σε οποιοδήποτε βιβλίο για τη φυσική στην ενότητα ηλεκτροστατική.

Πυκνωτής σε κύκλωμα συνεχές ρεύμα

Εάν τοποθετήσουμε τον πυκνωτή μας σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα (Εικ. παρακάτω), συνδέσουμε ένα αμπερόμετρο σε σειρά με αυτό και εφαρμόσουμε συνεχές ρεύμα στο κύκλωμα, η βελόνα του αμπερόμετρου θα συσπαστεί για λίγο και μετά θα παγώσει και θα δείξει 0A - δεν υπάρχει ρεύμα στο κύκλωμα. Τι συνέβη;

Θα υποθέσουμε ότι πριν εφαρμοστεί ρεύμα στο κύκλωμα, ο πυκνωτής ήταν άδειος (εκφορτισμένος) και όταν εφαρμόστηκε ρεύμα, άρχισε να φορτίζεται πολύ γρήγορα και όταν φορτίστηκε (το ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των πλακών του πυκνωτή εξισορροπούσε πηγή ενέργειας), τότε το ρεύμα σταμάτησε (εδώ είναι ένα γράφημα της φόρτισης του πυκνωτή).

Αυτός είναι ο λόγος που λένε ότι ένας πυκνωτής δεν επιτρέπει να περάσει συνεχές ρεύμα. Στην πραγματικότητα, περνά, αλλά για πολύ μικρό χρονικό διάστημα, το οποίο μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο t = 3*R*C (Χρόνος φόρτισης του πυκνωτή στο 95% του ονομαστικού όγκου. R είναι η αντίσταση κυκλώματος, C είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή) Έτσι συμπεριφέρεται ο πυκνωτής σε ρεύμα κυκλώματος συνεχούς ρεύματος. Συμπεριφέρεται τελείως διαφορετικά σε μεταβλητό κύκλωμα!

Πυκνωτής σε κύκλωμα AC

Τι είναι το εναλλασσόμενο ρεύμα; Αυτό συμβαίνει όταν τα ηλεκτρόνια «τρέχουν» πρώτα εκεί και μετά πίσω. Εκείνοι. η κατεύθυνση της κίνησής τους αλλάζει συνεχώς. Στη συνέχεια, εάν εναλλασσόμενο ρεύμα διατρέχει το κύκλωμα με τον πυκνωτή, τότε είτε ένα φορτίο "+" ή ένα φορτίο "-" θα συσσωρευτεί σε κάθε πλάκα του. Εκείνοι. Εναλλασσόμενο ρεύμα θα ρέει πραγματικά. Αυτό σημαίνει ότι το εναλλασσόμενο ρεύμα ρέει «ανεμπόδιστα» μέσω του πυκνωτή.

Όλη αυτή η διαδικασία μπορεί να μοντελοποιηθεί χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των υδραυλικών αναλογιών. Η παρακάτω εικόνα δείχνει ένα ανάλογο κυκλώματος AC. Το έμβολο σπρώχνει το υγρό προς τα εμπρός και προς τα πίσω. Αυτό προκαλεί την περιστροφή της πτερωτής μπρος-πίσω. Αποδεικνύεται ότι είναι μια εναλλασσόμενη ροή υγρού (διαβάζουμε εναλλασσόμενο ρεύμα).

Ας τοποθετήσουμε τώρα ένα πλέγμα πυκνωτή σε μορφή μεμβράνης ανάμεσα στην πηγή δύναμης (έμβολο) και την πτερωτή και να αναλύσουμε τι θα αλλάξει.

Φαίνεται ότι τίποτα δεν θα αλλάξει. Ακριβώς όπως το υγρό εκτελούσε ταλαντωτικές κινήσεις, έτσι συνεχίζει να το κάνει, όπως η φτερωτή ταλαντώθηκε εξαιτίας αυτού, έτσι θα συνεχίσει να ταλαντώνεται. Αυτό σημαίνει ότι η μεμβράνη μας δεν αποτελεί εμπόδιο στη μεταβλητή ροή. Το ίδιο θα ισχύει και για έναν ηλεκτρονικό πυκνωτή.

Το γεγονός είναι ότι παρόλο που τα ηλεκτρόνια που τρέχουν σε μια αλυσίδα δεν διασχίζουν το διηλεκτρικό (μεμβράνη) μεταξύ των πλακών του πυκνωτή, έξω από τον πυκνωτή η κίνησή τους είναι ταλαντωτική (μπρος-πίσω), δηλ. ροές εναλλασσόμενου ρεύματος. Ε!

Έτσι, ο πυκνωτής περνάει εναλλασσόμενο ρεύμα και μπλοκάρει το συνεχές ρεύμα. Αυτό είναι πολύ βολικό όταν πρέπει να αφαιρέσετε το στοιχείο DC στο σήμα, για παράδειγμα, στην έξοδο/είσοδο ενός ενισχυτή ήχου ή όταν χρειάζεται μόνο να παρακολουθήσετε μεταβλητό μέροςσήμα (κυματισμός στην έξοδο μιας πηγής σταθερής τάσης).

Αντίδραση πυκνωτή

Ο πυκνωτής έχει αντίσταση! Κατ 'αρχήν, αυτό θα μπορούσε να υποτεθεί από το γεγονός ότι συνεχές ρεύμα δεν διέρχεται από αυτό, σαν να ήταν μια αντίσταση με πολύ υψηλή αντίσταση.

Ένα εναλλασσόμενο ρεύμα είναι ένα άλλο θέμα - περνά, αλλά αντιμετωπίζει αντίσταση από τον πυκνωτή:

f - συχνότητα, C - χωρητικότητα του πυκνωτή. Αν κοιτάξετε προσεκτικά τον τύπο, θα δείτε ότι αν το ρεύμα είναι σταθερό, τότε f = 0 και μετά (να με συγχωρέσουν οι αγωνιστές μαθηματικοί!) X c = άπειρο.Και δεν υπάρχει συνεχές ρεύμα μέσω του πυκνωτή.

Αλλά η αντίσταση στο εναλλασσόμενο ρεύμα θα αλλάξει ανάλογα με τη συχνότητά του και την χωρητικότητα του πυκνωτή. Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα του ρεύματος και η χωρητικότητα του πυκνωτή, τόσο λιγότερο αντιστέκεται σε αυτό το ρεύμα και αντίστροφα. Όσο πιο γρήγορα αλλάζει η τάση
τάση, όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα μέσω του πυκνωτή, αυτό εξηγεί τη μείωση του Xc με την αύξηση της συχνότητας.

Παρεμπιπτόντως, ένα άλλο χαρακτηριστικό του πυκνωτή είναι ότι δεν απελευθερώνει ρεύμα και δεν θερμαίνεται! Ως εκ τούτου, μερικές φορές χρησιμοποιείται για την απόσβεση της τάσης όπου η αντίσταση θα καπνίζει. Για παράδειγμα, για να μειώσετε την τάση δικτύου από 220V σε 127V. Και επιπλέον:

Το ρεύμα σε έναν πυκνωτή είναι ανάλογο με την ταχύτητα της τάσης που εφαρμόζεται στους ακροδέκτες του

Πού χρησιμοποιούνται οι πυκνωτές;

Ναι, όπου απαιτούνται οι ιδιότητές τους (δεν επιτρέπουν τη διέλευση συνεχούς ρεύματος, δυνατότητα συσσώρευσης ηλεκτρικής ενέργειας και αλλαγή της αντίστασής τους ανάλογα με τη συχνότητα), σε φίλτρα, σε κυκλώματα ταλάντωσης, σε πολλαπλασιαστές τάσης κ.λπ.

Τι τύποι πυκνωτών υπάρχουν;

Η βιομηχανία παράγει πολλά ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙπυκνωτές. Κάθε ένα από αυτά έχει ορισμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Ορισμένα έχουν χαμηλό ρεύμα διαρροής, άλλα έχουν μεγάλη χωρητικότητα και άλλα έχουν κάτι άλλο. Ανάλογα με αυτούς τους δείκτες, επιλέγονται πυκνωτές.

Οι ραδιοερασιτέχνες, ειδικά οι αρχάριοι όπως εμείς, δεν ασχολούνται πολύ και στοιχηματίζουν σε αυτά που μπορούν να βρουν. Ωστόσο, θα πρέπει να γνωρίζετε ποιοι κύριοι τύποι πυκνωτών υπάρχουν στη φύση.

Η εικόνα δείχνει έναν πολύ συμβατικό διαχωρισμό πυκνωτών. Το συνέταξα στα γούστα μου και μου αρέσει γιατί είναι αμέσως ξεκάθαρο αν υπάρχουν μεταβλητούς πυκνωτέςτι υπάρχουν μόνιμοι πυκνωτέςκαι ποια διηλεκτρικά χρησιμοποιούνται σε κοινούς πυκνωτές. Γενικά ό,τι χρειάζεται ένας ραδιοερασιτέχνης.

Έχουν χαμηλό ρεύμα διαρροής, μικρές διαστάσεις, χαμηλή αυτεπαγωγή και είναι ικανά να λειτουργούν σε υψηλές συχνότητες και σε κυκλώματα συνεχούς ρεύματος, παλμικού και εναλλασσόμενου ρεύματος.

Παράγονται σε ένα ευρύ φάσμα τάσεων και χωρητικοτήτων λειτουργίας: από 2 έως 20.000 pF και, ανάλογα με το σχεδιασμό, αντέχουν σε τάσεις έως 30 kV. Αλλά τις περισσότερες φορές θα συναντηθείτε κεραμικοί πυκνωτέςμε τάση λειτουργίας έως 50V.

Ειλικρινά, δεν ξέρω αν κυκλοφορούν τώρα. Αλλά προηγουμένως, η μαρμαρυγία χρησιμοποιήθηκε ως διηλεκτρικό σε τέτοιους πυκνωτές. Και ο ίδιος ο πυκνωτής αποτελούνταν από ένα πακέτο πλακών μαρμαρυγίας, σε καθεμία από τις οποίες εφαρμόστηκαν πλάκες και στις δύο πλευρές, και στη συνέχεια τέτοιες πλάκες συλλέχθηκαν σε ένα "πακέτο" και συσκευάστηκαν σε μια θήκη.

Τυπικά είχαν χωρητικότητα από πολλές χιλιάδες έως δεκάδες χιλιάδες picoforads και λειτουργούσαν σε ένα εύρος τάσης από 200 V έως 1500 V.

Πυκνωτές χαρτιού

Τέτοιοι πυκνωτές έχουν χαρτί πυκνωτή ως διηλεκτρικό και λωρίδες αλουμινίου ως πλάκες. Μακριές λωρίδες από αλουμινόχαρτο με μια λωρίδα χαρτιού τοποθετημένη ανάμεσά τους τυλίγονται σε ρολό και συσκευάζονται σε ένα περίβλημα. Αυτό είναι το κόλπο.

Τέτοιοι πυκνωτές διατίθενται σε χωρητικότητες που κυμαίνονται από χιλιάδες picoforads έως 30 microforads και μπορούν να αντέξουν τάσεις από 160 έως 1500 V.

Φήμες λένε ότι βραβεύονται πλέον από τους audiophiles. Δεν εκπλήσσομαι - έχουν επίσης καλώδια αγωγών μονής όψης...

Κατ 'αρχήν, συνηθισμένοι πυκνωτές με πολυεστέρα ως διηλεκτρικό. Το εύρος χωρητικότητας είναι από 1 nF έως 15 mF σε τάση λειτουργίας από 50 V έως 1500 V.

Αυτός ο τύπος πυκνωτή έχει δύο αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα. Πρώτον, μπορούν να κατασκευαστούν με πολύ μικρή ανοχή μόνο 1%. Έτσι, αν λέει 100 pF, τότε η χωρητικότητά του είναι 100 pF +/- 1%. Και το δεύτερο είναι ότι η τάση λειτουργίας τους μπορεί να φτάσει έως και τα 3 kV (και η χωρητικότητα από 100 pF έως 10 mF)

Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές

Αυτοί οι πυκνωτές διαφέρουν από όλους τους άλλους στο ότι μπορούν να συνδεθούν μόνο σε κύκλωμα συνεχούς ή παλμικού ρεύματος. Είναι πολικές. Έχουν ένα συν και ένα μείον. Αυτό οφείλεται στον σχεδιασμό τους. Και αν ένας τέτοιος πυκνωτής ενεργοποιηθεί αντίστροφα, πιθανότατα θα διογκωθεί. Και πριν εξερράγησαν επίσης χαρούμενα, αλλά ανασφαλή. Υπάρχουν ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές από αλουμίνιο και ταντάλιο.

Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές αλουμινίου σχεδιάζονται σχεδόν σαν πυκνωτές χαρτιού, με τη μόνη διαφορά ότι οι πλάκες ενός τέτοιου πυκνωτή είναι χαρτί και ταινίες αλουμινίου. Το χαρτί εμποτίζεται με ηλεκτρολύτη και εφαρμόζεται ένα λεπτό στρώμα οξειδίου στη λωρίδα αλουμινίου, το οποίο λειτουργεί ως διηλεκτρικό. Εάν εφαρμόσετε εναλλασσόμενο ρεύμα σε έναν τέτοιο πυκνωτή ή το επαναφέρετε στις πολικότητες εξόδου, ο ηλεκτρολύτης θα βράσει και ο πυκνωτής θα αποτύχει.

Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές έχουν αρκετό μεγάλη χωρητικότητα, λόγω του οποίου, για παράδειγμα, χρησιμοποιούνται συχνά σε κυκλώματα ανορθωτή.

Μάλλον αυτό είναι όλο. Στο παρασκήνιο μένουν πυκνωτές με διηλεκτρικό από πολυανθρακικό, πολυστυρένιο και πιθανώς πολλούς άλλους τύπους. Αλλά νομίζω ότι αυτό θα είναι περιττό.

Συνεχίζεται...

Στο δεύτερο μέρος σκοπεύω να δείξω παραδείγματα τυπικών χρήσεων πυκνωτών.

Ένα στοιχείο ονομάζεται πυκνωτής ηλεκτρικό κύκλωμα, που χρησιμεύει ως συσκευή αποθήκευσης φόρτισης.

Υπάρχουν πλέον πολλοί τομείς εφαρμογής αυτής της συσκευής, γεγονός που εξηγεί το ευρύ φάσμα τους. Διαφέρουν ως προς τα υλικά από τα οποία κατασκευάζονται, τον σκοπό και το εύρος της κύριας παραμέτρου. Αλλά το κύριο χαρακτηριστικό ενός πυκνωτή είναι η χωρητικότητά του.

Αρχή λειτουργίας ενός πυκνωτή

Σχέδιο

Στα διαγράμματα, ο πυκνωτής υποδεικνύεται ως δύο παράλληλες γραμμές που δεν συνδέονται μεταξύ τους:

Αυτό αντιστοιχεί στον απλούστερο σχεδιασμό του - δύο πλάκες (πλάκες) που χωρίζονται από ένα διηλεκτρικό. Ο πραγματικός σχεδιασμός αυτού του προϊόντος αποτελείται συνήθως από πλάκες τυλιγμένες σε ρολό με ένα στρώμα από διηλεκτρικά ή άλλα φανταχτερά σχήματα, αλλά η ουσία παραμένει η ίδια.

Η ηλεκτρική χωρητικότητα είναι η ικανότητα ενός αγωγού να συσσωρεύεται ηλεκτρικά φορτία. Πως περισσότερη χρέωσηφιλοξενεί τον αγωγό σε μια δεδομένη διαφορά δυναμικού, άρα μεγαλύτερη χωρητικότητα. Η σχέση μεταξύ του φορτίου Q και του δυναμικού φ εκφράζεται με τον τύπο:

όπου Q είναι το φορτίο σε κουλόμπ (C), φ το δυναμικό σε βολτ (V).

Η χωρητικότητα μετριέται σε farads (F), τα οποία θυμάστε από τα μαθήματα φυσικής. Στην πράξη, οι μικρότερες μονάδες είναι πιο κοινές: millifarad (mF), microfarad (μF), nanofarad (nF), picofarad (pF).

Η χωρητικότητα αποθήκευσης εξαρτάται από τις γεωμετρικές παραμέτρους του αγωγού και τη διηλεκτρική σταθερά του μέσου όπου βρίσκεται. Έτσι, για μια σφαίρα κατασκευασμένη από αγώγιμο υλικό θα εκφραστεί με τον τύπο:

C=4πεε0R

όπου ε0-8,854·10^−12 F/m είναι η ηλεκτρική σταθερά και ε είναι η διηλεκτρική σταθερά του μέσου (πίνακας τιμής για κάθε ουσία).

ΣΕ πραγματική ζωήΣυχνά δεν έχουμε να κάνουμε με έναν αγωγό, αλλά με τέτοια συστήματα. Ναι, στα συνηθισμένα επίπεδος πυκνωτήςΗ χωρητικότητα θα είναι ευθέως ανάλογη με το εμβαδόν των πλακών και αντιστρόφως με την απόσταση μεταξύ τους:

C=εε0S/d

ε εδώ είναι η διηλεκτρική σταθερά του διαχωριστή μεταξύ των πλακών.

Χωρητικότητα παράλληλων και σειριακών συστημάτων

Μια παράλληλη σύνδεση πυκνωτών αντιπροσωπεύει έναν μεγάλο πυκνωτή με το ίδιο διηλεκτρικό στρώμα και τη συνολική επιφάνεια των πλακών, επομένως η συνολική χωρητικότητα του συστήματος είναι το άθροισμα αυτών κάθε στοιχείου. Τάση σε παράλληλη σύνδεσηθα είναι το ίδιο και το φορτίο θα κατανέμεται μεταξύ των στοιχείων του κυκλώματος.​

C=C1+C2+C3

Μια σειρά σύνδεσης πυκνωτών χαρακτηρίζεται από κοινό φορτίο και κατανεμημένη τάση μεταξύ των στοιχείων. Επομένως, δεν συνοψίζεται η χωρητικότητα, αλλά το αντίστροφό της:

1/C=1/С1+1/С2+1/С3

Από τον τύπο για την χωρητικότητα ενός μόνο πυκνωτή, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι με πανομοιότυπα στοιχεία συνδεδεμένα σε σειρά, μπορούν να αναπαρασταθούν ως ένα μεγάλο με την ίδια επιφάνεια πλάκας, αλλά με το συνολικό πάχος του διηλεκτρικού.

Επαγωγική ηλεκτρική αντίσταση

Ένας πυκνωτής δεν μπορεί να μεταφέρει συνεχές ρεύμα, όπως φαίνεται από τη σχεδίασή του. Σε ένα τέτοιο κύκλωμα μπορεί μόνο να φορτίσει. Αλλά στα κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος λειτουργεί εξαιρετικά, επαναφορτίζοντας συνεχώς. Αν όχι για τους περιορισμούς που προκύπτουν από τις ιδιότητες του διηλεκτρικού (μπορεί να σπάσει όταν ξεπεραστεί το όριο τάσης), αυτό το στοιχείο θα φορτιζόταν επ' αόριστον (ο λεγόμενος ιδανικός πυκνωτής, κάτι σαν ένα απολύτως μαύρο σώμα και ένα ιδανικό αέριο ) σε ένα κύκλωμα συνεχούς ρεύματος και το ρεύμα δεν θα περάσει. Με απλά λόγια, η αντίσταση ενός πυκνωτή σε ένα κύκλωμα συνεχούς ρεύματος είναι άπειρη.

Στο εναλλασσόμενο ρεύμαη κατάσταση είναι διαφορετική: όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα στο κύκλωμα, τόσο μικρότερη είναι η αντίσταση του στοιχείου. Αυτή η αντίσταση ονομάζεται αντίδραση και είναι αντιστρόφως ανάλογη της συχνότητας και της χωρητικότητας:

Z=1/2πfC

όπου f είναι η συχνότητα σε Hertz.

Αποθήκευση ενέργειας

Η ενέργεια που αποθηκεύεται από έναν φορτισμένο πυκνωτή μπορεί να εκφραστεί με τον τύπο:

E=(CU^2)/2=(q^2)/2C

όπου U είναι η τάση μεταξύ των πλακών και q είναι το συσσωρευμένο φορτίο.

Πυκνωτής σε ταλαντούμενο κύκλωμα

ΣΕ κλειστό βρόχο, που περιέχει ένα πηνίο και έναν πυκνωτή, μπορεί να δημιουργηθεί ένα εναλλασσόμενο ρεύμα.

Μετά τη φόρτιση του πυκνωτή, θα αρχίσει να αυτοεκφορτίζεται, δίνοντας ένα αυξανόμενο ρεύμα. Η ενέργεια ενός εκφορτισμένου πυκνωτή θα γίνει μηδέν, αλλά η μαγνητική ενέργεια του πηνίου θα είναι μέγιστη. Μια αλλαγή στην τιμή του ρεύματος προκαλεί το αυτοεπαγωγικό emf του πηνίου και αδράνεια θα περάσει ρεύμα προς τη δεύτερη πλάκα μέχρι να φορτιστεί πλήρως. Στην ιδανική περίπτωση, τέτοιες ταλαντώσεις είναι ατελείωτες, αλλά στην πραγματικότητα εξαφανίζονται γρήγορα. Η συχνότητα ταλάντωσης εξαρτάται από τις παραμέτρους τόσο του πηνίου όσο και του πυκνωτή:

όπου L είναι η αυτεπαγωγή του πηνίου.

Ένας πυκνωτής μπορεί να έχει τη δική του αυτεπαγωγή, η οποία μπορεί να παρατηρηθεί καθώς αυξάνεται η συχνότητα του ρεύματος στο κύκλωμα. Στην ιδανική περίπτωση, αυτή η τιμή είναι ασήμαντη και μπορεί να παραμεληθεί, αλλά στην πραγματικότητα, όταν οι πλάκες είναι διπλωμένες πλάκες, αυτή η παράμετρος δεν μπορεί να αγνοηθεί, ειδικά εάν μιλάμε γιαγια τις υψηλές συχνότητες. Σε τέτοιες περιπτώσεις, ο πυκνωτής συνδυάζει δύο λειτουργίες και αντιπροσωπεύει ένα είδος ταλαντευτικό κύκλωμαμε τη δική του συχνότητα συντονισμού.

Χαρακτηριστικά απόδοσης

Εκτός από την προαναφερθείσα χωρητικότητα, την αυτεπαγωγή και την ένταση ενέργειας, οι πραγματικοί πυκνωτές (και όχι οι ιδανικοί) έχουν μια σειρά από ιδιότητες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή αυτού του στοιχείου για το κύκλωμα. Αυτά περιλαμβάνουν:

Για να κατανοήσουμε από πού προέρχονται οι απώλειες, είναι απαραίτητο να εξηγήσουμε ποια είναι τα γραφήματα του ημιτονοειδούς ρεύματος και τάσης σε αυτό το στοιχείο. Όταν ο πυκνωτής φορτίζεται στο μέγιστο, το ρεύμα στις πλάκες του ίσο με μηδέν. Αντίστοιχα, όταν το ρεύμα είναι μέγιστο, δεν υπάρχει τάση. Δηλαδή, η τάση και το ρεύμα είναι εκτός φάσης κατά γωνία 90 μοιρών. Στην ιδανική περίπτωση, ένας πυκνωτής έχει μόνο άεργο ισχύ:

Q=UIsin 90

Στην πραγματικότητα, οι πλάκες πυκνωτών έχουν τη δική τους αντίσταση και μέρος της ενέργειας δαπανάται για τη θέρμανση του διηλεκτρικού, το οποίο προκαλεί απώλειες ενέργειας. Τις περισσότερες φορές είναι ασήμαντα, αλλά μερικές φορές δεν μπορούν να παραμεληθούν. Το κύριο χαρακτηριστικό αυτού του φαινομένου είναι η εφαπτομένη της διηλεκτρικής απώλειας, που είναι ο λόγος ενεργή ισχύς(δίνεται από χαμηλές απώλειες στο διηλεκτρικό) και αντιδραστικό. Αυτή η ποσότητα μπορεί να μετρηθεί θεωρητικά με αναπαράσταση πραγματική χωρητικότηταμε τη μορφή ισοδύναμου ισοδύναμου κυκλώματος - παράλληλου ή σειρών.

Προσδιορισμός της εφαπτομένης της διηλεκτρικής απώλειας

Σε μια παράλληλη σύνδεση, το ποσό των απωλειών καθορίζεται από την αναλογία των ρευμάτων:

tgδ = Ir/Ic = 1/(ωCR)

Οταν σειριακή σύνδεσηη γωνία υπολογίζεται από την αναλογία τάσης:

tgδ = Ur/Uc = ωCR

Στην πραγματικότητα, για να μετρήσουν το tgδ, χρησιμοποιούν μια συσκευή συναρμολογημένη χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα γέφυρας. Χρησιμοποιείται για τη διάγνωση απωλειών μόνωσης σε εξοπλισμό υψηλής τάσης. Χρησιμοποιώντας γέφυρες μέτρησης, μπορείτε επίσης να μετρήσετε άλλες παραμέτρους δικτύου.

Μετρημένη ηλεκτρική τάση

Αυτή η παράμετρος υποδεικνύεται στην ετικέτα. Δείχνει τη μέγιστη τάση που μπορεί να εφαρμοστεί στις πλάκες. Η υπέρβαση της ονομαστικής τιμής μπορεί να οδηγήσει σε βλάβη του πυκνωτή και αστοχία του. Αυτή η παράμετρος εξαρτάται από τις ιδιότητες του διηλεκτρικού και το πάχος του.

Πόλωση

Ορισμένοι πυκνωτές έχουν πολικότητα, δηλαδή πρέπει να συνδεθεί στο κύκλωμα με αυστηρά καθορισμένο τρόπο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι κάποιο είδος ηλεκτρολύτη χρησιμοποιείται ως μία από τις πλάκες και το φιλμ οξειδίου στο άλλο ηλεκτρόδιο χρησιμεύει ως διηλεκτρικό. Όταν αλλάζει η πολικότητα, ο ηλεκτρολύτης απλώς καταστρέφει το φιλμ και ο πυκνωτής σταματά να λειτουργεί.

Συντελεστής θερμοκρασίας χωρητικότητας

Εκφράζεται με την αναλογία ΔC/CΔT όπου ΔT είναι η μεταβολή της θερμοκρασίας περιβάλλον. Τις περισσότερες φορές, αυτή η εξάρτηση είναι γραμμική και ασήμαντη, αλλά για πυκνωτές που λειτουργούν σε επιθετικές συνθήκες, το TKE υποδεικνύεται με τη μορφή γραφήματος.

Η αστοχία του πυκνωτή οφείλεται σε δύο κύριους λόγους - βλάβη και υπερθέρμανση. Και αν σε περίπτωση βλάβης κάποιοι από τους τύπους τους είναι ικανοί να αυτοθεραπεύονται, τότε η υπερθέρμανση οδηγεί σε καταστροφή με την πάροδο του χρόνου.

Η υπερθέρμανση προκαλείται από εξωτερικούς λόγους(με θέρμανση γειτονικά στοιχείακυκλώματα), και εσωτερική, ειδικότερα, την ισοδύναμη αντίσταση σειράς των πλακών. Στους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές οδηγεί σε εξάτμιση του ηλεκτρολύτη και στους πυκνωτές οξειδίων ημιαγωγών οδηγεί σε διάσπαση και χημική αντίδρασημεταξύ οξειδίου τανταλίου και μαγγανίου.

Ο κίνδυνος της καταστροφής είναι ότι συμβαίνει συχνά με την πιθανότητα έκρηξηπεριβλήματα.

Τεχνικός σχεδιασμός πυκνωτών

Οι πυκνωτές μπορούν να ταξινομηθούν σε διάφορες ομάδες. Ανάλογα λοιπόν με την ικανότητα ρύθμισης της χωρητικότητας χωρίζονται σε σταθερές, μεταβλητές και ρυθμιζόμενες. Σε σχήμα μπορεί να είναι κυλινδρικά, σφαιρικά και επίπεδα. Μπορείτε να τα χωρίσετε ανάλογα με το σκοπό. Αλλά η πιο κοινή ταξινόμηση είναι ανάλογα με τον τύπο του διηλεκτρικού.

Πυκνωτές χαρτιού

Το χαρτί χρησιμοποιείται ως διηλεκτρικό, πολύ συχνά λαδωμένο χαρτί. Κατά κανόνα, τέτοιοι πυκνωτές διακρίνονται από μεγάλο μέγεθος, αλλά υπήρχαν επιλογές σε μικρή έκδοση, χωρίς λάδι. Χρησιμοποιούνται ως συσκευές σταθεροποίησης και αποθήκευσης, και από ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσηςαντικαθίστανται σταδιακά από πιο σύγχρονα μοντέλα ταινιών.

Ελλείψει λαδώματος έχουν σημαντικό μειονέκτημα- αντιδρούν στην υγρασία του αέρα ακόμη και με σφραγισμένη συσκευασία. Το υγρό χαρτί αυξάνει την απώλεια ενέργειας.

Διηλεκτρικό σε μορφή οργανικών μεμβρανών

Οι μεμβράνες μπορούν να κατασκευαστούν από οργανικά πολυμερή, όπως:

• τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο;
• πολυαμίδη;
• πολυανθρακικό?
• πολυσουλφόνη;
• πολυπροπυλένιο?
• πολυστυρένιο?
• φθοροπλαστικό (πολυτετραφθοροαιθυλένιο).

Σε σύγκριση με τους προηγούμενους, τέτοιοι πυκνωτές είναι πιο συμπαγείς σε μέγεθος και δεν αυξάνουν τις διηλεκτρικές απώλειες με την αύξηση της υγρασίας, αλλά πολλοί από αυτούς κινδυνεύουν να αστοχήσουν λόγω υπερθέρμανσης και αυτοί που δεν έχουν αυτό το μειονέκτημα είναι πιο ακριβοί.

Στερεό ανόργανο διηλεκτρικό

Μπορεί να είναι μαρμαρυγία, γυαλί και κεραμικά.

Το πλεονέκτημα αυτών των πυκνωτών είναι η σταθερότητα και η γραμμικότητα της εξάρτησης της χωρητικότητας από τη θερμοκρασία, την εφαρμοζόμενη τάση και σε ορισμένες περιπτώσεις ακόμη και από την ακτινοβολία. Αλλά μερικές φορές αυτή η ίδια η εξάρτηση γίνεται πρόβλημα και όσο λιγότερο έντονη είναι, τόσο πιο ακριβό είναι το προϊόν.

Διηλεκτρικό οξείδιο

Με αυτό παράγονται πυκνωτές αλουμινίου, στερεάς κατάστασης και τανταλίου. Έχουν πολικότητα, άρα αποτυγχάνουν όταν λανθασμένη σύνδεσηκαι υπερβαίνει την ονομαστική τάση. Αλλά ταυτόχρονα έχουν καλή χωρητικότητα, είναι συμπαγή και σταθερά στη λειτουργία. Στο σωστή λειτουργίαμπορεί να λειτουργήσει περίπου 50 χιλιάδες ώρες.

Κενό

Τέτοιες συσκευές είναι μια γυάλινη ή κεραμική φιάλη με δύο ηλεκτρόδια από τα οποία αντλείται αέρας. Δεν έχουν ουσιαστικά απώλειες, αλλά η χαμηλή χωρητικότητα και η ευθραυστότητά τους περιορίζουν το πεδίο εφαρμογής τους στους ραδιοφωνικούς σταθμούς, όπου το μέγεθος της χωρητικότητας δεν είναι τόσο σημαντικό, αλλά η αντίσταση στη θέρμανση είναι θεμελιώδης σημασία.

Ηλεκτρική διπλή στρώση

Αν κοιτάξετε τι χρειάζεται ένας πυκνωτής, μπορείτε να καταλάβετε ότι αυτός ο τύπος δεν είναι ακριβώς αυτός. Μάλλον, είναι επιπλέον ή εφεδρική πηγήτρόφιμα, για τα οποία χρησιμοποιούνται. Ορισμένες κατηγορίες τέτοιων συσκευών - ιονιστές - περιέχουν ενεργό άνθρακα και ένα στρώμα ηλεκτρολύτη, άλλες λειτουργούν με ιόντα λιθίου. Η χωρητικότητα αυτών των συσκευών μπορεί να είναι έως και εκατοντάδες farads. Τα μειονεκτήματά τους περιλαμβάνουν το υψηλό κόστος και ενεργητική αντίστασημε ρεύματα διαρροής.

Όποιος κι αν είναι ο πυκνωτής, υπάρχουν δύο υποχρεωτικές παράμετροι που πρέπει να αντικατοπτρίζονται στη σήμανση - αυτές είναι η χωρητικότητά του και η ονομαστική τάση.

Επιπλέον, στα περισσότερα από αυτά υπάρχει αριθμητικός και αλφαβητικός προσδιορισμός των χαρακτηριστικών του. Συμφωνώς προς Ρωσικά πρότυπαΟι πυκνωτές επισημαίνονται με τέσσερα σύμβολα.

Το πρώτο γράμμα K σημαίνει "πυκνωτής", ο επόμενος αριθμός είναι ο τύπος του διηλεκτρικού, ακολουθούμενος από μια ένδειξη προορισμού με τη μορφή ενός γράμματος. Το τελευταίο εικονίδιο μπορεί να σημαίνει τόσο τον τύπο σχεδίασης όσο και τον αριθμό ανάπτυξης, αυτό εξαρτάται ήδη από τον κατασκευαστή. Το τρίτο σημείο συχνά χάνεται. Τέτοιες σημάνσεις χρησιμοποιούνται σε προϊόντα αρκετά μεγάλα για να τα χωρέσουν. Σύμφωνα με το GOST, η αποκωδικοποίηση θα μοιάζει με αυτό:

Πρώτα γράμματα:

1. Το K είναι ένας σταθερός πυκνωτής.
2. Το CT είναι ένα trimmer.
3. Το KP είναι ένας μεταβλητός πυκνωτής.

Η δεύτερη ομάδα είναι ο τύπος του διηλεκτρικού:

Όλα αυτά δεν μπορούν να τοποθετηθούν σε μικρούς πυκνωτές, επομένως χρησιμοποιούνται συντομευμένες σημάνσεις, οι οποίες, αν δεν το έχετε συνηθίσει, μπορεί να απαιτούν ακόμη και αριθμομηχανή και μερικές φορές μεγεθυντικό φακό. Αυτή η σήμανση κωδικοποιεί την χωρητικότητα, την ονομαστική τάση και τις αποκλίσεις από την κύρια παράμετρο. Δεν έχει νόημα να καταγράψουμε τις υπόλοιπες παραμέτρους: αυτοί είναι, κατά κανόνα, κεραμικοί πυκνωτές.

Σήμανση κεραμικών πυκνωτών

Μερικές φορές όλα είναι απλά μαζί τους - η χωρητικότητα επισημαίνεται με έναν αριθμό και μονάδες: pF - picofarad, nF - nanofarad, μF - microfarad, mF - millifarad. Δηλαδή, η επιγραφή 100nF μπορεί να διαβαστεί απευθείας. Η ονομασία είναι, αντίστοιχα, ο αριθμός και το γράμμα V. Αλλά μερικές φορές ακόμη και αυτό δεν ταιριάζει, επομένως χρησιμοποιούνται συντομογραφίες. Έτσι, συχνά η χωρητικότητα χωράει σε τρία ψηφία (103, 109, κ.λπ.), όπου το τελευταίο σημαίνει τον αριθμό των μηδενικών και τα δύο πρώτα σημαίνουν τη χωρητικότητα σε picofarads. Εάν ο αριθμός 9 είναι στο τέλος, τότε δεν υπάρχουν μηδενικά και τοποθετείται κόμμα μεταξύ των δύο πρώτων. Όταν ο αριθμός 8 είναι στο τέλος, το κόμμα μετακινείται για άλλη μια θέση πίσω.

Για παράδειγμα, ο χαρακτηρισμός 109 σημαίνει 1 πικοφαράντ και 100–10 πικοφαράντ. 681–680 picofarads, ή 0,68 nanofarads, και 104–100 χιλιάδες pF ή 100nF

Μπορείτε συχνά να βρείτε το πρώτο γράμμα της μονάδας μέτρησης ως κόμμα: p50–0,5 pF, 1n5–1,5 nF, 15μ – 15 μF, 15m – 15 mF. Μερικές φορές το R γράφεται αντί του p.

Μετά από τρεις αριθμούς μπορεί να υπάρχει ένα γράμμα που υποδεικνύει την εξάπλωση της παραμέτρου χωρητικότητας:

Εάν υπολογίσετε το χαρακτηριστικό ενός κυκλώματος σε μονάδες SI, τότε για να βρείτε την χωρητικότητα σε farads, πρέπει να θυμάστε τους εκθέτες του αριθμού 10:

1. -3 - millifarads.
2. -6 - μικροφαράδες.
3. -9 - νανοφαράδες;
4. -12 είναι picofarads.

Έτσι, το 01 pF είναι 0,1 *10^-12 F.

Στις συσκευές SMD, η χωρητικότητα σε picofarads υποδεικνύεται με ένα γράμμα και ο αριθμός μετά από αυτό είναι η ισχύς του 10 με την οποία αυτή η τιμή πρέπει να πολλαπλασιαστεί.

γράμμα	ντο	γράμμα	ντο	γράμμα	ντο	γράμμα	ντο
ΕΝΑ	1	J	2,2	μικρό	4,7	ένα	2,5
σι	1,1	κ	2,4	Τ	5,1	σι	3,5
ντο	1,2	μεγάλο	2,7	U	5,6	ρε	4
ρε	1,3	Μ	3	V	6,2	μι	4,5
μι	1,5	Ν	3,3	W	6,8	φά	5
φά	1,6	Π	3,6	Χ	7,5	Μ	6
σολ	1,8	Q	3,9	Υ	8,2	n	7
Υ	2	R	4,3	Ζ	9,1	t	8

Η ονομαστική τάση λειτουργίας μπορεί να επισημανθεί με ένα γράμμα με τον ίδιο τρόπο, εάν είναι προβληματική η πλήρης εγγραφή της. Το ακόλουθο πρότυπο για την ονομασία των ονομασιών με γράμματα έχει υιοθετηθεί στη Ρωσία:

γράμμα	V	γράμμα	V
Εγώ	1	κ	63
R	1,6	μεγάλο	80
Μ	2,5	Ν	100
ΕΝΑ	3,2	Π	125
ντο	4	Q	160
σι	6,3	Ζ	200
ρε	10	W	250
μι	16	Χ	315
φά	20	Τ	350
σολ	25	Υ	400
H	32	U	450
μικρό	40	V	500
J	50

Παρά τις λίστες και τους πίνακες, είναι ακόμα καλύτερο να μελετήσετε την κωδικοποίηση συγκεκριμένο κατασκευαστή- V διαφορετικές χώρεςμπορεί να διαφέρουν.

Ορισμένοι πυκνωτές συνοδεύονται από μια πιο λεπτομερή περιγραφή των χαρακτηριστικών τους.