Η χωρητικότητα είναι ένα μέτρο της ικανότητας ενός πυκνωτή να αποθηκεύει φορτία. Η χωρητικότητα μετριέται σε φαράντ, που πήρε το όνομά του από το επίτιμο μέλος του Πανεπιστημίου της Αγίας Πετρούπολης, Άγγλο φυσικό Michael Faraday.
Περιεχόμενο
Τι είναι η χωρητικότητα;
Εάν αφαιρέσετε έναν μόνο ηλεκτρικό αγωγό απείρως μακριά, αποκλείσετε την επίδραση φορτισμένων σωμάτων μεταξύ τους, τότε το δυναμικό του απομακρυσμένου αγωγού θα γίνει ανάλογο με το φορτίο. Αλλά για αγωγούς που διαφέρουν σε μέγεθος, τα δυναμικά δεν ταιριάζουν.
Η μονάδα χωρητικότητας SI για έναν πυκνωτή είναι το farad. Ο παράγοντας αναλογικότητας συμβολίζεται με το γράμμα C - αυτή είναι η χωρητικότητα, η οποία επηρεάζεται από το μέγεθος και την εξωτερική δομή του αγωγού. Το υλικό, η κατάσταση φάσης της ουσίας του ηλεκτροδίου δεν παίζει ρόλο - τα φορτία κατανέμονται στην επιφάνεια. Επομένως, στους διεθνείς κανόνες CGS, η χωρητικότητα μετριέται όχι σε farads, αλλά σε εκατοστά.
Μια μοναχική μπάλα με ακτίνα 9 εκατομμυρίων km (1400 ακτίνες γης) περιέχει 1 φαράντ.Ένα ξεχωριστό αγώγιμο στοιχείο συγκρατεί φορτία σε ανεπαρκείς ποσότητες για χρήση στην τεχνολογία. Τεχνολογία του 21ου αιώνα Δημιουργείται χωρητικότητα πυκνωτών με μονάδες μέτρησης πάνω από 1 farad.
Μια δομή τουλάχιστον 2 ηλεκτροδίων και ενός διαχωριστικού διηλεκτρικού είναι ικανή να συσσωρεύει την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που απαιτείται για τη λειτουργία ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Σε ένα τέτοιο σχέδιο, θετικά και αρνητικά σωματίδια έλκονται αμοιβαία και συγκρατούνται. Το διηλεκτρικό μεταξύ του ζεύγους ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων δεν επιτρέπει την εκμηδένιση. Αυτή η κατάσταση φόρτισης ονομάζεται δεσμευμένη.
Προηγουμένως, ογκώδης εξοπλισμός που δεν ήταν πολύ ακριβής χρησιμοποιούνταν για τη μέτρηση ηλεκτρικών μεγεθών. Τώρα, ακόμη και ένας αρχάριος ραδιοερασιτέχνης ξέρει πώς να μετρήσει την χωρητικότητα με έναν ελεγκτή.
Σημάδια πυκνωτών
Για την ακριβή και ασφαλή λειτουργία απαιτείται η γνώση των χαρακτηριστικών των ηλεκτρονικών συσκευών.
Ο προσδιορισμός της χωρητικότητας ενός πυκνωτή περιλαμβάνει τη μέτρηση της τιμής με όργανα και την ανάγνωση των σημάνσεων στη θήκη. Οι υποδεικνυόμενες τιμές και αυτές που λαμβάνονται κατά τις μετρήσεις διαφέρουν. Αυτό οφείλεται στην ατέλεια των τεχνολογιών παραγωγής και στη λειτουργική διακύμανση των παραμέτρων (φθορά, επιδράσεις θερμοκρασίας).
Οι παράμετροι ονομαστικής χωρητικότητας και ανοχής υποδεικνύονται στη θήκη. Στις οικιακές συσκευές χρησιμοποιούνται συσκευές με απόκλιση έως και 20%. Στη διαστημική βιομηχανία, τον στρατιωτικό εξοπλισμό και την αυτοματοποίηση επικίνδυνων αντικειμένων, επιτρέπεται η εξάπλωση των χαρακτηριστικών της τάξης του 5-10%. Τα διαγράμματα εργασίας δεν περιέχουν τιμές ανοχής.
Η ονομαστική χωρητικότητα κωδικοποιείται σύμφωνα με τα πρότυπα IEC - τη Διεθνή Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή, η οποία συγκεντρώνει εθνικούς οργανισμούς σύμφωνα με τα πρότυπα 60 χωρών.
Το πρότυπο IEC χρησιμοποιεί τη σημείωση:
- Κωδικοποίηση 3 ψηφίων. 2 χαρακτήρες στην αρχή - ο αριθμός των pF, το τρίτο - ο αριθμός των μηδενικών, 9 στο τέλος - η τιμή είναι μικρότερη από 10 pF, 0 μπροστά - όχι περισσότερο από 1 pF. Κωδικός 689 - 6,8 pF, 152 - 1500 pF, 333 - 33000 pF ή 33 nF, ή 0,033 uF. Για ευκολία στην ανάγνωση, η υποδιαστολή στον κωδικό αντικαθίσταται από το γράμμα "R". R8 \u003d 0,8 pF, 2R5 - 2,5 pF.
- 4 ψηφία στη σήμανση. Το τελευταίο είναι ο αριθμός των μηδενικών. 3 πρώτα - τιμή σε pF. 3353 - 335000pF, 335nF ή 0,335uF.
- Χρήση γραμμάτων στον κώδικα. Το γράμμα μ είναι uF, n είναι νανοφαράντ, p είναι pF. 34p5 - 34,5 pF, 1 μ5 - 1,5 μF.
- Τα κεραμικά προϊόντα Glider κωδικοποιούνται με τα γράμματα A-Z σε 2 καταχωρητές και έναν αριθμό που δείχνει την ισχύ του 10. K3 - 2400 pF.
- Οι ηλεκτρολυτικές συσκευές SMD επισημαίνονται με 2 τρόπους: αριθμοί - ονομαστική χωρητικότητα σε pF και δίπλα ή σε 2 γραμμές εάν υπάρχει χώρος - η τιμή της ονομαστικής τάσης. το γράμμα που κωδικοποιεί την τάση και δίπλα σε 3 ψηφία, 2 καθορίζουν την χωρητικότητα και το τελευταίο - τον αριθμό των μηδενικών. A205 σημαίνει 10V και 2uF.
- Τα προϊόντα επιφανειακής βάσης επισημαίνονται με έναν κωδικό γραμμάτων και αριθμών: CA7 - 10 uF και 16 V.
- Κωδικοποιήσεις - χρώμα αμαξώματος.
Οι σημάνσεις IEC, οι εθνικές ονομασίες και οι κωδικοί μάρκας καθιστούν την απομνημόνευση κωδικών χωρίς νόημα. Οι σχεδιαστές και οι επισκευαστές υλικού απαιτούν πηγές αναφοράς.
Υπολογισμός τύπου
Ο υπολογισμός της ονομαστικής χωρητικότητας του στοιχείου απαιτείται σε 2 περιπτώσεις:
- Οι σχεδιαστές ηλεκτρονικού εξοπλισμού υπολογίζουν την παράμετρο κατά τη δημιουργία κυκλωμάτων.
- Οι πλοίαρχοι ελλείψει πυκνωτών κατάλληλης ισχύος και χωρητικότητας χρησιμοποιούν τον υπολογισμό του στοιχείου για να επιλέξουν από τα διαθέσιμα εξαρτήματα.
Τα κυκλώματα RC υπολογίζονται χρησιμοποιώντας την τιμή σύνθετης αντίστασης - μιγαδική αντίσταση (Z). Ra είναι η απώλεια ρεύματος για τη θέρμανση των συμμετεχόντων στο κύκλωμα. Ri και Re - λάβετε υπόψη την επίδραση της επαγωγής και της χωρητικότητας των στοιχείων. Στους ακροδέκτες της αντίστασης στο κύκλωμα RC, η τάση Ur είναι αντιστρόφως ανάλογη του Z.
Η θερμική αντίσταση αυξάνει το δυναμικό στο φορτίο και η αντιδραστική το μειώνει. Η λειτουργία του πυκνωτή σε συχνότητες πάνω από τον συντονισμό, όταν η δραστική συνιστώσα της μιγαδικής αντίστασης αυξάνεται, οδηγεί σε απώλειες τάσης.
Η συχνότητα συντονισμού είναι αντιστρόφως ανάλογη με την ικανότητα αποθήκευσης φορτίου. Από τον τύπο για τον προσδιορισμό του Fp, υπολογίζεται ποιες τιμές Sk (χωρητικότητα πυκνωτή) απαιτούνται για τη λειτουργία του κυκλώματος.
Για τον υπολογισμό των κυκλωμάτων παλμών, χρησιμοποιείται η σταθερά χρόνου κυκλώματος, η οποία καθορίζει την επίδραση του RC στη δομή του παλμού. Εάν η αντίσταση του κυκλώματος και ο χρόνος φόρτισης του πυκνωτή είναι γνωστές, η χωρητικότητα υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο σταθεράς χρόνου. Η αλήθεια του αποτελέσματος επηρεάζεται από τον ανθρώπινο παράγοντα.
Οι πλοίαρχοι χρησιμοποιούν παράλληλες και σειριακές συνδέσεις πυκνωτών. Οι τύποι υπολογισμού είναι αντίστροφοι από τους τύπους των αντιστάσεων.
Μια σειριακή σύνδεση κάνει τη χωρητικότητα μικρότερη στη σύνδεση των στοιχείων, ένα παράλληλο κύκλωμα αθροίζει τις τιμές.
Πώς να μετρήσετε την χωρητικότητα ενός πυκνωτή με ένα πολύμετρο;
Κατά τη μέτρηση των παραμέτρων, ο πυκνωτής εκφορτίζεται προκαταρκτικά κλείνοντας τα καλώδια με ένα κατσαβίδι με μόνωση στη λαβή. Εάν δεν γίνει αυτό, το πολύμετρο χαμηλής κατανάλωσης θα αποτύχει.
Η απάντηση στο ερώτημα πώς να ελέγξετε την χωρητικότητα ενός πυκνωτή με ένα πολύμετρο με τη λειτουργία "Cx" είναι η εξής:
- Ενεργοποιήστε τη λειτουργία "Cx" και επιλέξτε το όριο μέτρησης - 2000 pF - 20 μF σε μια τυπική συσκευή.
- Εισαγάγετε τον πυκνωτή στις υποδοχές της συσκευής ή συνδέστε τους ανιχνευτές στους ακροδέκτες του πυκνωτή και δείτε την τιμή στην κλίμακα της συσκευής.
Ένα αμπεροβολτόμετρο ή πολύμετρο καθορίζει την παρουσία βραχυκυκλώματος ή ανοιχτού κυκλώματος μέσα στο περίβλημα.
Ένας πολικός πυκνωτής περιλαμβάνεται στο κύκλωμα της συσκευής, λαμβάνοντας υπόψη την κατεύθυνση του ρεύματος. Οι κατασκευαστές επισημαίνουν τα ηλεκτρόδια του προϊόντος. Ένας πυκνωτής που έχει σχεδιαστεί για τάση 1-3 V θα αποτύχει εάν το αντίστροφο ρεύμα είναι υψηλότερο από το κανονικό.
Πριν από τη μέτρηση των χαρακτηριστικών, ο πολικός ηλεκτρολυτικός πυκνωτής αποκολλάται από την πλακέτα. Ενεργοποιήστε το πολύμετρο για να μετρήσετε την αντίσταση ή να δοκιμάσετε ημιαγωγούς. Εφαρμόστε τους ανιχνευτές στα ηλεκτρόδια του πολικού πυκνωτή - συν σε συν, μείον προς πλην. Μια καλή χωρητικότητα θα δείξει ομαλή αύξηση της αντίστασης. Καθώς το ρεύμα φόρτισης μειώνεται, το EMF αυξάνεται και φτάνει στην τάση της πηγής ισχύος.
Ένα άνοιγμα στον πυκνωτή θα μοιάζει με άπειρη αντίσταση στο πολύμετρο. Η συσκευή δεν θα ανταποκριθεί ή ο δείκτης στο αναλογικό αντίγραφο θα μετακινηθεί μετά βίας.
Όταν το στοιχείο διασπάται, η μετρούμενη παράμετρος δεν αντιστοιχεί στην ονομαστική τιμή στην κατώτερη κατεύθυνση, σε αναλογία με την τιμή κατανομής.
Εάν αναρωτηθείτε πώς να μετρήσετε τη σύνθετη ή ισοδύναμη αντίσταση σειράς (ESR ενός πυκνωτή) με ένα πολύμετρο, τότε είναι προβληματικό να το κάνετε αυτό χωρίς πρόθεμα. Ο πυκνωτής παρουσιάζει αντιδραστικές ιδιότητες σε ρεύμα υψηλής συχνότητας.
Άλλες μέθοδοι μέτρησης
Ο μετρητής χωρητικότητας πυκνωτή "Do-it-yourself" συναρμολογείται σύμφωνα με τα σχήματα των παλμικών συσκευών. Ακολουθίες κυκλωμάτων RC με μεταβλητές αντιστάσεις δημιουργούν μια σειρά σημάτων στην έξοδο του προϊόντος με μια βαθμιδωτή αλλαγή στη συχνότητα. Για να ρυθμίσετε τη συσκευή, χρησιμοποιήστε ένα πολύμετρο με το οποίο θα χρησιμοποιηθεί το πρόθεμα.
Ένα σύνολο ελεγμένων πυκνωτών συνδέεται με τη σειρά του στη δομή και η ακρίβεια λειτουργίας προσαρμόζεται σε κάθε υποπεριοχή.
Ένας μετρητής χωρητικότητας φτιάξε μόνος σου για πολικά ηλεκτρολυτικά στοιχεία υλοποιείται σχηματικά και διαμορφώνεται ως μέρος ενός προθέματος χωρίς ταλαντευόμενο κύκλωμα. Στην έξοδο αντί για παλμική τάση υπάρχει σταθερή τάση.
Στους ψηφιακούς μετρητές χωρητικότητας, η παροχή ρεύματος είναι πολύ σταθερή. Οι «αιωρούμενες» παράμετροι των στοιχείων από τα οποία συναρμολογείται το κύκλωμα θα δώσουν ένα σφάλμα που δεν είναι αποδεκτό για την ακρίβεια μέτρησης.
Σε λογικά στοιχεία, δημιουργούνται πηγές εναλλασσόμενου παλμικού ρεύματος για τη μέτρηση του ESR.
Οι φθηνοί μετρητές χωρητικότητας πυκνωτών, όπως συσκευές γέφυρας RLC με πρόσθετη λειτουργία δοκιμής αντίστασης SMD, φόρτιση δικτύου και οθόνη LCD, έχουν το μέγεθος ενός δακτύλου. Εκτελούν τις λειτουργίες ενός επαγγελματικού μετρολογικού συγκροτήματος. Ικανός να λειτουργεί ως μετρητής χωρητικότητας για ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές, τόσο πολικούς όσο και μεταβλητούς.
Παρόμοια άρθρα:
