Τι είναι ο πυκνωτής και σε τι χρησιμεύει;

Ορισμός

Η λέξη συμπυκνωτής προέρχεται από το λατινικό "condensatio", το οποίο μεταφράζεται ως "συσσώρευση". Στη φυσική, αυτός ο όρος χρησιμοποιείται για να περιγράψει μια ολόκληρη θέση ηλεκτρικών προϊόντων με σκοπό να λειτουργήσει ως συσκευή αποθήκευσης ενέργειας. Η ποσότητα της αποθηκευμένης ενέργειας εξαρτάται από τη χωρητικότητα και το τετράγωνο της τάσης στις πλάκες της, διαιρούμενη με το 2. Επιπλέον, το ρεύμα ρέει μέσω αυτής μόνο κατά τη φόρτιση. Αλλά πρώτα τα πράγματα πρώτα.

Ε = (CU²)/2

Με απλά λόγια, ένας πυκνωτής είναι μια συσκευή που μπορεί να αποθηκεύσει ενέργεια ηλεκτρικό πεδίο. Στην απλούστερη έκδοση, αποτελείται από δύο αγωγούς (πλάκες), χωρισμένους με διηλεκτρικό. Στο παρακάτω σχήμα βλέπετε ένα απλοποιημένο διάγραμμα της εξωτερικής συσκευής ενός επίπεδου πυκνωτή. Το σύμβολο στο διάγραμμα αντιπροσωπεύει 2 χαρακτηριστικά ύψους 8 mm, σε απόσταση 1,5 mm το ένα από το άλλο.

Αρχή λειτουργίας

Τώρα που γνωρίζουμε πώς υποδεικνύεται αυτό το στοιχείο στα διαγράμματα, πρέπει να λάβουμε υπόψη την αρχή της λειτουργίας του πυκνωτή. Όταν οι πλάκες πυκνωτών συνδέονται σε μια πηγή τροφοδοσίας, τα ηλεκτρικά φορτία από τους θετικούς και αρνητικούς ακροδέκτες του IP σπεύδουν στις πλάκες, συσσωρεύονται πάνω τους.

Το ηλεκτρικό ρεύμα διακόπτεται μετά τη φόρτιση του πυκνωτή στην ονομαστική χωρητικότητα, καθώς υπάρχει διηλεκτρικό στρώμα μεταξύ των πλακών, δεν μπορεί να ρέει συνεχώς. Όταν η πηγή ισχύος είναι απενεργοποιημένη, θα παραμείνουν φορτία στον πυκνωτή, πράγμα που σημαίνει ότι η τάση στους ακροδέκτες της θα παραμείνει.

Οι χρεώσεις που συσσωρεύονται σε κάθε μία από τις πλάκες είναι αντίθετες. Κατά συνέπεια, το κάλυμμα που συνδέθηκε με τον θετικό ακροδέκτη της πηγής ισχύος φορτίζεται θετικά και αυτό που συνδέεται με τον αρνητικό ακροδέκτη είναι αρνητικό. Η αρχή λειτουργίας αυτού του προϊόντος βασίζεται στην προσέλκυση αντίθετων φορτίων σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα.

Με απλά λόγια, ο πυκνωτής θα εξοικονομήσει ενέργεια που μεταφέρθηκε από την πηγή ισχύος - αυτός είναι ο σκοπός του. Ωστόσο, στην πράξη υπάρχει μια ποικιλία απωλειών και διαρροών.

Ενδιαφέρων! Η Leiden Bank είναι ένα πρωτότυπο σύγχρονου πυκνωτή που γεννήθηκε το 1745. Αυτή η συσκευή μπόρεσε να συσσωρεύσει ενέργεια και να εξαγάγει σπινθήρες όταν οι πλάκες της ήταν κλειστές. Εμφάνιση και σχεδιασμός που βλέπετε παρακάτω.

Και στο παρακάτω σχήμα βλέπετε την κατασκευή του απλούστερου επίπεδου πυκνωτή - δύο πλάκες χωρισμένες με διηλεκτρικό:

Δεδομένου ότι η χωρητικότητα είναι άμεσα ανάλογη με την περιοχή των πλακών και αντιστρόφως ανάλογη με την απόσταση μεταξύ τους, προκειμένου να αυξηθεί η χωρητικότητα, οι μηχανικοί ανέπτυξαν μια σειρά από άλλες μορφές πυκνωτών.Για παράδειγμα, τυλιγμένες σπειροειδείς πλάκες - έτσι η περιοχή τους έγινε πολλές φορές μεγαλύτερη με τις ίδιες συνολικές διαστάσεις, καθώς και κυλινδρικές και σφαιρικές λύσεις.

Ένας από τους νόμους της αλλαγής δηλώνει ότι η τάση στις πλάκες του πυκνωτή δεν μπορεί να αλλάξει απότομα, όπως δείχνει η ακόλουθη μικρογραφία.

Είδη

Οι πυκνωτές μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με διάφορα κριτήρια.

Με σταθερότητα χωρητικότητας:

• Μόνιμος.
• Μεταβλητές Η χωρητικότητά τους μπορεί να αλλάξει χειροκίνητα από τον χειριστή (χρήστη) της συσκευής ή υπό την επίδραση της τάσης (όπως στα κιρσούς και στα κιρσούς).

Με πολικότητα της εφαρμοζόμενης τάσης:

• Μη πολικό - μπορεί να λειτουργήσει σε εναλλακτικά τρέχοντα κυκλώματα.
• Polar - όταν συνδέεται τάση λανθασμένης πολικότητας, αποτυγχάνουν.

Ανάλογα με το πού χρησιμοποιούνται αυτά τα συστατικά, οι διάφορες επιλογές διακρίνονται από το υλικό:

• Χαρτί και μέταλλο - αυτά είναι κοινά σε πολλούς, συνηθισμένους στους σοβιετικούς χρόνους πυκνωτές με τη μορφή ορθογώνιων τούβλων με σημάδια όπως "MBHCH" Η εμφάνιση αυτού του τύπου πυκνωτών βλέπετε παρακάτω. Είναι μη πολικά.
• Κεραμικά - συχνά φιλτράρουν τον θόρυβο υψηλής συχνότητας και η σχετική διαπερατότητα σάς επιτρέπει να κατασκευάζετε εξαρτήματα πολλαπλών στρωμάτων με χωρητικότητα συγκρίσιμη με τους ηλεκτρολύτες (ακριβά), όχι ευαίσθητα στην πολικότητα.
• Τα φιλμ - διανέμονται με τη μορφή καφέ μαξιλαριών, φθηνά, χρησιμοποιούνται παντού. Χαρακτηρίζεται από χαμηλό ρεύμα διαρροής, μικρή χωρητικότητα, υψηλή τάση λειτουργίας και ευαισθησία στην πολικότητα της εφαρμοζόμενης τάσης.
• Με διηλεκτρικό αέρα. Το καλύτερο παράδειγμα ενός τέτοιου στοιχείου είναι ένας πυκνωτής συντονισμού ενός συντονισμένου κυκλώματος από έναν ραδιοφωνικό δέκτη, η χωρητικότητα τέτοιων στοιχείων είναι μικρή, αλλά είναι βολικό να πραγματοποιηθεί η αλλαγή του.
• Τα ηλεκτρολυτικά είναι στοιχεία με τη μορφή βαρελιών · συνήθως εγκαθίστανται ως φίλτρο παλμών δικτύου σε τροφοδοτικό. Ο σχεδιασμός και η αρχή της λειτουργίας καθιστούν δυνατή την απόκτηση μεγάλης χωρητικότητας με μικρό μέγεθος, αλλά με την πάροδο του χρόνου μπορούν να στεγνώσουν, να χάσουν χωρητικότητα ή να διογκωθούν. Πώς φαίνονται αυτά τα προϊόντα σε καλή κατάσταση που βλέπετε παρακάτω. Ένα λεπτό στρώμα οξειδίου μετάλλου χρησιμοποιείται ως διηλεκτρικό. Εάν το τροφοδοτικό χρησιμοποιεί πυκνωτές με διηλεκτρικό AL₂Ο₃ - το λεγόμενο "Ηλεκτρολύτες αλουμινίου", στη συνέχεια για εργασία σε κυκλώματα υψηλής συχνότητας - χρησιμοποιήστε ταντάλιο (Ta₂0₅ - ισχύουν επίσης για τους ηλεκτρολύτες) πυκνωτές, επειδή έχουν μικρότερο ρεύμα διαρροής, μεγαλύτερη αντίσταση σε εξωτερικές επιδράσεις, σε αντίθεση με τα προηγούμενα αλουμινίου.
• Πολυμερές - αντέχει σε μεγάλα παλμικά ρεύματα, λειτουργεί σε χαμηλές θερμοκρασίες

Βασικές προδιαγραφές

Εάν επιδιορθώνετε ή αναπτύσσετε μια ηλεκτρονική συσκευή, θα πρέπει να επιλέξετε τον κατάλληλο πυκνωτή για να αντικαταστήσετε την αποτυχημένη. Και για αυτό πρέπει να εξοικειωθείτε με τα κύρια τεχνικά χαρακτηριστικά του πυκνωτή, από τα οποία εξαρτάται η λειτουργία του στο ηλεκτρικό κύκλωμα.

Ονομαστική χωρητικότητα. Χαρακτηρίζει τον κύριο σκοπό του εξαρτήματος - τι είδους χρέωση μπορεί να αποθηκεύσει. Το κύριο χαρακτηριστικό μετράται σε farads [f]. Ωστόσο, μια τέτοια μονάδα μέτρησης είναι πολύ μεγάλη, επομένως χρησιμοποιούνται μετοχές:

• Milifarads, mF - 0, 001 F (10)^-3);
• Microfarads, microfarads - 0, 000 001 F (10)^-6);
• Nanofarads, nF - 0, 000 000 001 F (10)^-9);
• Picofarads, pF - 0, 000, 000, 001 F (10)^-12).

Η ονομαστική τάση είναι η τάση στην οποία ο πυκνωτής μπορεί να εγγυηθεί ότι λειτουργεί σε κανονική λειτουργία. Εάν ξεπεραστεί αυτή η τιμή, είναι πολύ πιθανή η ανάλυση του διηλεκτρικού. Μπορεί να είναι από μονάδες βολτ (για ηλεκτρολύτες) και έως και χιλιάδες βολτ (φιλμ και κεραμικά). Κατά την επιδιόρθωση, αυτή η τιμή δεν πρέπει να είναι χαμηλότερη από εκείνη ενός αποτυχημένου, υψηλότερη - είναι δυνατόν!

Ανοχή απόκλισης - πόσο μπορεί να διαφέρει η πραγματική χωρητικότητα από τη δηλωμένη ονομαστική χωρητικότητα. Μπορεί να φτάσει το 20-30%, αλλά υπάρχουν και μοντέλα υψηλής ακρίβειας με ανοχή έως και 1% - για χρήση σε κυκλώματα όπου απαιτείται ειδική ακρίβεια.

Συντελεστής θερμοκρασίας χωρητικότητας - αυτή η παράμετρος είναι σημαντική για τους ηλεκτρολύτες. Σε πυκνωτές αλουμινίου, όταν μειώνεται η θερμοκρασία, η χωρητικότητα μειώνεται και η ηλεκτρική αντίσταση αυξάνεται (στα Αγγλικά ESR)

ESR - ισοδύναμη αντίσταση σειράς, είναι επίσης σημαντική για τους ηλεκτρολύτες. Με απλά λόγια - όσο μεγαλύτερο είναι, τόσο χειρότερο. Σε πρησμένους κόνδορες, το ESR ανεβαίνει.

Στον παρακάτω πίνακα βλέπετε τις επιτρεπόμενες τιμές ESR για διαφορετικές ονομαστικές χωρητικότητες και τάσεις.

Πού και τι εφαρμόζεται

Ακόμα, θα απαντήσουμε στην ερώτηση «για τι έχει σχεδιαστεί ο πυκνωτής;» από πρακτική άποψη. Για να το κάνετε αυτό, εξετάστε διάφορα σχήματα.

Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές χρησιμοποιούνται ευρύτερα ως το ήδη αναφερθέν φίλτρο κυματισμού δικτύου σε τροφοδοτικά. Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει πού είναι εγκατεστημένος ο ηλεκτρολύτης. Όσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο, τόσο μεγαλύτερη είναι η ικανότητα ηλεκτρολύτη που απαιτείται για την εξομάλυνση του κυματισμού.

Το επόμενο μέρος όπου χρησιμοποιούνται πυκνωτές είναι φίλτρα υψηλής και χαμηλής διέλευσης. Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει τυπικά συμπεράσματα. Έτσι, στα ηχεία, τα μπάσα, οι μεσαίες και οι υψηλές συχνότητες εκτρέφονται κατά μήκος των ηχείων χωρίς τη χρήση ενεργών στοιχείων.

Τα τροφοδοτικά έρματος χρησιμοποιούνται συχνά για τη φόρτιση μικρών μπαταριών και συσκευών χαμηλής ισχύος, όπως φθηνοί λαμπτήρες LED, ραδιόφωνα και άλλα. Ένας πυκνωτής φιλμ εγκαθίσταται σε σειρά με τη συσκευή τροφοδοσίας, περιορίζοντας το ρεύμα λόγω της αντιδραστικότητας του - αυτή είναι η αρχή της λειτουργίας ενός τόσο απλού κυκλώματος.

Τα Snabbers είναι συσκευές που έχουν σχεδιαστεί για την προστασία των διακοπτών ημιαγωγών και των επαφών ρελέ από την αλλαγή φορτίων Στα σύγχρονα παλλόμενα PSU υψηλής συχνότητας, χρησιμοποιούνται snubbers από μια αντίσταση και έναν πυκνωτή, βελτιώνοντας έτσι τις κύριες παραμέτρους στο κύκλωμα και μειώνοντας το φορτίο στα πλήκτρα, καθώς και την απώλεια ισχύος στη θέρμανση του. Η αρχή της λειτουργίας του snubber είναι να επιβραδύνει τα μέτωπα ανάπτυξης και αποσύνθεσης της τάσης στο κλειδί λόγω της χρήσης του σταθερού χρόνου φόρτισης της χωρητικότητας.

Συμπέρασμα

Εξετάσαμε τι είναι ένας πυκνωτής, πώς σχεδιάζεται και ποια λειτουργία εκτελεί. Για μια βαθύτερη μελέτη, πρέπει να εξοικειωθείτε στενά με τους τύπους πυκνωτών και τα πρακτικά χαρακτηριστικά τους σε διάφορα κυκλώματα και εφαρμογές. Έτσι, για παράδειγμα, σε περιπτώσεις όπου απαιτείται ειδική ακρίβεια στη λειτουργία και την αξιοπιστία, χρησιμοποιούνται ηλεκτρολύτες χαμηλού ESR ή ηλεκτρολύτες τανταλίου, ενώ δεν υπάρχει ειδική διαφορά στο φίλτρο στον ανορθωτή τι να τοποθετήσετε.

Στο τέλος, προτείνουμε να παρακολουθείτε χρήσιμα βίντεο σχετικά με το θέμα του άρθρου:

Διαβάστε επίσης:

• Τι είναι οι αγωγοί, οι ημιαγωγοί και τα διηλεκτρικά
• Τι είναι η ηλεκτρική χωρητικότητα
• Μέθοδοι για τον προσδιορισμό της χωρητικότητας ενός πυκνωτή