Elektronisten laitteiden suunnittelun elementtipohja on tulossa monimutkaisemmaksi. Laitteet yhdistetään integroiduiksi piireiksi tietyllä toiminnallisuudella ja ohjelmaohjauksella. Mutta kehitys perustuu peruslaitteisiin: kondensaattoreihin, vastuksiin, diodeihin ja transistoreihin.
Sisältö
Mikä on kondensaattori
Laitetta, joka varastoi sähköenergiaa sähkövarausten muodossa, kutsutaan kondensaattoriksi.
Fysiikassa sähkön tai sähkövarauksen määrä mitataan kuloneina (C). Kapasitanssi mitataan faradeina (F).
Yksinäinen johdin, jonka sähkökapasiteetti on 1 farad, on metallipallo, jonka säde on yhtä suuri kuin 13 Auringon sädettä.Siksi kondensaattori sisältää vähintään 2 johdinta, jotka on erotettu eristeellä. Laitteen yksinkertaisissa malleissa - paperi.
Kondensaattorin toiminta DC-piirissä tapahtuu, kun virta kytketään päälle ja pois, vain siirtymähetkellä levyjen potentiaali muuttuu.
Vaihtovirtapiirin kondensaattoria ladataan taajuudella, joka on yhtä suuri kuin virtalähteen jännitteen taajuus. Jatkuvien latausten ja purkausten seurauksena elementin läpi kulkee virta. Korkeampi taajuus - laite latautuu nopeammin.
Kondensaattorilla varustetun piirin resistanssi riippuu virran taajuudesta. Nollatasataajuudella resistanssiarvolla on taipumus äärettömään. Kun AC-taajuus kasvaa, vastus pienenee.
Missä kondensaattoreita käytetään?
Elektronisten, radiotekniikan ja sähkölaitteiden toiminta on mahdotonta ilman kondensaattoreita.
Sähkötekniikassa niitä käytetään vaiheiden vaihtamiseen oikosulkumoottoreita käynnistettäessä. Ilman vaihesiirtoa kolmivaiheinen asynkroninen moottori ei toimi muuttuvassa yksivaiheisessa verkossa.
Kondensaattoreita, joiden kapasiteetti on useita faradeja - ionistoreita, käytetään sähköajoneuvoissa moottorin voimanlähteinä.
Ymmärtääksesi, miksi kondensaattoria tarvitaan, sinun on tiedettävä, että 10-12% mittalaitteista toimii sähkökapasitanssin muuttamisen periaatteella, kun ulkoisen ympäristön parametrit muuttuvat. Erikoislaitteiden reaktiokapasitanssia käytetään:
- heikkojen liikkeiden rekisteröinti lisäämällä tai vähentämällä levyjen välistä etäisyyttä;
- kosteuden määrittäminen kiinnittämällä muutoksia eristeen resistanssiin;
- nestetason mittaus, joka muuttaa elementin kapasiteettia täytettäessä.
On vaikea kuvitella, kuinka automaatio ja releen suojaus on suunniteltu ilman kondensaattoreita. Jotkut suojauslogiikat ottavat huomioon laitteen uudelleenlatauksen moninaisuuden.
Kapasitiivisia elementtejä käytetään matkaviestinlaitteiden, radio- ja televisiolaitteiden piireissä. Kondensaattoreita käytetään:
- korkeiden ja matalien taajuuksien vahvistimet;
- virtalähteet;
- taajuussuodattimet;
- äänen vahvistimet;
- prosessorit ja muut mikropiirit.
On helppo löytää vastaus kysymykseen, mitä varten kondensaattori on tarkoitettu, jos tarkastellaan elektronisten laitteiden sähköpiirejä.
Kondensaattorin toimintaperiaate
Tasavirtapiirissä positiiviset varaukset kerätään yhdelle levylle ja negatiiviset varaukset toiselle. Keskinäisen vetovoiman vuoksi hiukkaset pysyvät laitteessa, ja niiden välinen eriste ei salli yhteyttä. Mitä ohuempi eriste, sitä vahvemmin varaukset sitoutuvat.
Kondensaattori ottaa säiliön täyttämiseen tarvittavan määrän sähköä ja virta pysähtyy.
Kun piirissä on vakiojännite, elementti säilyttää latauksen, kunnes virta katkaistaan. Sitten se puretaan piirin kuormien kautta.
Vaihtovirta kulkee kondensaattorin läpi eri tavalla. Ensimmäinen ¼ värähtelyjaksosta on hetki, jolloin laite latautuu. Latausvirran amplitudi pienenee eksponentiaalisesti ja neljänneksen lopussa se putoaa nollaan. EMF saavuttaa tällä hetkellä amplitudin.
Toisella ¼ jaksolla EMF laskee ja kenno alkaa purkautua. EMF:n lasku on aluksi pieni ja myös purkausvirran vastaavasti. Se kasvaa saman eksponentiaalisen riippuvuuden mukaan. Jakson loppuun mennessä EMF on nolla, virta on yhtä suuri kuin amplitudiarvo.
Värähtelyjakson kolmannella ¼:llä EMF muuttaa suuntaa, kulkee nollan läpi ja kasvaa.Levyjen latausmerkki on päinvastainen. Virran suuruus pienenee ja säilyttää suunnan. Tässä vaiheessa sähkövirta johtaa jännitettä 90° vaiheittain.
Induktoreissa tapahtuu päinvastoin: jännite johtaa virtaa. Tämä ominaisuus tulee ensin, kun valitaan mitä piirejä käytetään piirissä: RC tai RL.
Jakson lopussa viimeisen ¼ värähtelyn kohdalla EMF putoaa nollaan ja virta saavuttaa huippuarvonsa.
"Kapasiteetti" puretaan ja ladataan 2 kertaa jaksossa ja se johtaa vaihtovirtaa.
Tämä on teoreettinen kuvaus prosesseista. Ymmärtääkseen kuinka piirin elementti toimii suoraan laitteessa, lasketaan piirin induktiivinen ja kapasitiivinen vastus, muiden osallistujien parametrit ja otetaan huomioon ulkoisen ympäristön vaikutus.
Tärkeimmät ominaisuudet ja ominaisuudet
Kondensaattoriparametreja, joita käytetään elektronisten laitteiden luomiseen ja korjaamiseen, ovat:
- Kapasiteetti - C. Määrittää laitteen varaaman latauksen määrän. Nimelliskapasiteetin arvo on merkitty koteloon. Vaadittujen arvojen luomiseksi elementit sisällytetään piiriin rinnakkain tai sarjaan. Käyttöarvot eivät vastaa laskettuja arvoja.
- Resonanssitaajuus - fр. Jos virran taajuus on suurempi kuin resonanssi, elementin induktiiviset ominaisuudet näkyvät. Tämä tekee työstä vaikeaa. Lasketun tehon tuottamiseksi piirissä on järkevää käyttää kondensaattoria taajuuksilla, jotka ovat pienempiä kuin resonanssiarvot.
- Nimellisjännite - Un. Elementin rikkoutumisen estämiseksi käyttöjännite on asetettu nimellisjännitettä pienemmäksi. Parametri on merkitty kondensaattorin koteloon.
- Vastakkaisuus. Jos yhteys on väärä, tapahtuu häiriö ja vika.
- Sähköeristysvastus - Rd. Määrittää laitteen vuotovirran. Laitteissa osat sijaitsevat lähellä toisiaan. Suurella vuotovirralla loisliitännät piireissä ovat mahdollisia. Tämä johtaa toimintahäiriöihin. Vuotovirta heikentää elementin kapasitiivisia ominaisuuksia.
- Lämpötilakerroin - TKE. Arvo määrittää, kuinka laitteen kapasitanssi muuttuu ympäristön lämpötilan vaihteluiden myötä. Parametria käytetään kehitettäessä laitteita, jotka toimivat vaikeissa ilmasto-olosuhteissa.
- loispietsosähköinen vaikutus. Tietyntyyppiset kondensaattorit aiheuttavat kohinaa laitteissa, kun ne ovat muotoaan.
Kondensaattorien tyypit ja tyypit
Kapasitiiviset elementit luokitellaan suunnittelussa käytetyn dielektrityypin mukaan.
Paperi ja metalli-paperi kondensaattorit
Elementtejä käytetään piireissä, joissa on vakio tai hieman sykkivä jännite. Suunnittelun yksinkertaisuus johtaa 10-25 % alhaisempaan suorituskyvyn vakauteen ja suurempiin häviöihin.
Paperikondensaattoreissa alumiinifoliolevyt erottavat paperin. Kokoonpanot kierretään ja asetetaan koteloon sylinterin tai suorakaiteen muotoisen suuntaissärmiön muodossa.
Laitteet toimivat lämpötiloissa -60 ... + 125 ° C, pienjännitelaitteiden nimellisjännitteellä jopa 1600 V, suurjännitelaitteiden - yli 1600 V ja kapasiteetilla jopa kymmeniä mikrofaradia.
Metallipaperilaitteissa dielektriselle paperille levitetään kalvon sijaan ohut metallikerros. Tämä auttaa tuottamaan pienempiä elementtejä. Pienillä vioilla eristeen itsekorjautuminen on mahdollista. Metallipaperielementit ovat eristyskestävyydeltään huonompia kuin paperielementit.
Elektrolyyttikondensaattorit
Tuotteiden muotoilu muistuttaa paperituotteita. Mutta elektrolyyttikennojen valmistuksessa paperi kyllästetään metallioksideilla.
Tuotteissa, joissa on elektrolyyttiä ilman paperia, oksidi kerrostetaan metallielektrodille. Metallioksidien johtavuus on yksipuolinen, mikä tekee laitteesta polaarisen.
Joissakin elektrolyyttikennomalleissa levyt on valmistettu urilla, jotka lisäävät elektrodin pinta-alaa. Levyjen väliset raot poistetaan täyttämällä elektrolyytillä. Tämä parantaa tuotteen kapasitiivisia ominaisuuksia.
Suodattimissa käytetään suurta kapasiteettia elektrolyyttisiä laitteita - satoja mikrofaradeja - jännitteen aaltoilun tasoittamiseen.
Alumiininen elektrolyytti
Tämän tyyppisissä laitteissa anodivuori on valmistettu alumiinifoliosta. Pinta on päällystetty metallioksidilla - dielektrisellä aineella. Katodivuoraus on kiinteää tai nestemäistä elektrolyyttiä, joka valitaan siten, että kalvon oksidikerros palautuu käytön aikana. Itsekorjautuva dielektrisyys pidentää elementin käyttöikää.
Tämän mallin kondensaattorit vaativat napaisuuden. Kun se käynnistetään uudelleen, se rikkoo kotelon.
Laitteita, joiden sisällä on anti-peräkkäisiä napakokoonpanoja, käytetään kahteen suuntaan. Alumiinielektrolyyttikennojen kapasitanssi saavuttaa useita tuhansia mikrofaradia.
Tantaali elektrolyytti
Tällaisten laitteiden anodielektrodi on valmistettu huokoisesta rakenteesta, joka on saatu kuumentamalla tantaalijauhetta +2000°C:seen. Materiaali näyttää sieneltä. Huokoisuus lisää pinta-alaa.
Sähkökemiallisen hapetuksen avulla anodille levitetään jopa 100 nanometrin paksuinen tantaalipentoksidikerros. Kiinteä eriste on valmistettu mangaanidioksidista.Valmis rakenne puristetaan yhdisteeksi - erityiseksi hartsiksi.
Tantaalituotteita käytetään yli 100 kHz:n virtataajuuksilla. Kapasitanssi syntyy jopa satoihin mikrofaradeihin, käyttöjännitteellä 75 V asti.
Polymeeri
Kondensaattorit käyttävät kiinteistä polymeereistä valmistettua elektrolyyttiä, mikä tarjoaa useita etuja:
- käyttöikä kasvaa 50 tuhanteen tuntiin;
- parametrit tallennetaan lämmityksen aikana;
- sallittujen virran aaltoilualuetta laajennetaan;
- levyjen ja johtojen resistanssi ei shunta kapasitanssia.
Elokuva
Näissä malleissa eriste on teflon-, polyesteri-, fluori- tai polypropeenikalvo.
Kannet - kalvon tai metallin kerrostaminen kalvolle. Suunnittelua käytetään monikerroksisten kokoonpanojen luomiseen, joilla on suurempi pinta-ala.
Pienikokoisten kalvokondensaattorien kapasitanssi on satoja mikrofaradia. Kerrosten sijoittelusta ja koskettimien johtopäätöksistä riippuen valmistetaan tuotteiden aksiaalisia tai säteittäisiä muotoja.
Joissakin malleissa nimellisjännite on 2 kV tai suurempi.
Mitä eroa on polaarisella ja ei-polaarisella
Ei-polaarinen mahdollistaa kondensaattoreiden sisällyttämisen piiriin riippumatta virran suunnasta. Elementtejä käytetään säädettävien teholähteiden suodattimissa, suurtaajuusvahvistimissa.
Polar-tuotteet on kytketty merkinnän mukaisesti. Jos kytket sen päälle vastakkaiseen suuntaan, laite epäonnistuu tai ei toimi normaalisti.
Suuren ja pienen kapasiteetin napaiset ja ei-polaariset kondensaattorit eroavat eristeen suunnittelusta. Jos oksidia levitetään elektrolyyttikondensaattoreissa yhdelle elektrodille tai yhdelle paperin, kalvon puolelle, elementti on polaarinen.
Ei-polaaristen elektrolyyttikondensaattorien mallit, joissa metallioksidi kerrostettiin symmetrisesti eristeen molemmille pinnoille, sisältyvät vaihtovirtapiireihin.
Polaarisissa elektrodissa on merkintä positiivisesta tai negatiivisesta elektrodista.
Mikä määrittää kondensaattorin kapasitanssin
Kondensaattorin päätehtävä ja rooli piirissä on kerätä varauksia, ja lisätoimintona on estää vuotoja.
Kondensaattorin kapasitanssin arvo on suoraan verrannollinen väliaineen dielektrisyysvakioon ja levyjen pinta-alaan ja kääntäen verrannollinen elektrodien väliseen etäisyyteen. Siinä on 2 ristiriitaa:
- Kapasitanssin lisäämiseksi elektrodeja tarvitaan mahdollisimman paksuja, leveämpiä ja pidempiä. Tässä tapauksessa laitteen mittoja ei voida kasvattaa.
- Varausten pitämiseksi ja halutun vetovoiman aikaansaamiseksi levyjen välinen etäisyys tehdään minimaaliseksi. Tässä tapauksessa läpilyöntivirtaa ei voida vähentää.
Ristiriitojen ratkaisemiseksi kehittäjät käyttävät:
- dielektrisen ja elektrodin parin monikerroksiset rakenteet;
- huokoiset anodirakenteet;
- paperin korvaaminen oksideilla ja elektrolyyteillä;
- elementtien rinnakkaiskytkentä;
- vapaan tilan täyttäminen aineilla, joiden dielektrisyysvakio on kasvanut.
Kondensaattorit pienentyvät ja paranevat jokaisen uuden keksinnön myötä.
Samanlaisia artikkeleita:
