Ένας ηλεκτρικός πυκνωτής είναι ένα από τα στοιχεία του ηλεκτρικού κυκλώματος οποιασδήποτε ηλεκτρονικής συσκευής, η κύρια λειτουργία του οποίου είναι να αποθηκεύει ενέργεια και στη συνέχεια να την επαναφέρει στο κύκλωμα. Η βιομηχανία προσφέρει μια μεγάλη ποικιλία πυκνωτών, που διαφέρουν σε τύπους, χωρητικότητες, μεγέθη, εφαρμογές.
Η αρχή της λειτουργίας και τα χαρακτηριστικά των πυκνωτών
Η συσκευή του πυκνωτή αποτελείται από δύο μεταλλικές πλάκες-πλάκες που χωρίζονται από ένα λεπτό στρώμα διηλεκτρικού. Ο λόγος των μεγεθών και της διάταξης των πλακών και το χαρακτηριστικό του διηλεκτρικού υλικού καθορίζει τον δείκτη χωρητικότητας.
Η σχεδίαση οποιουδήποτε τύπου πυκνωτή στοχεύει στην απόκτηση της μέγιστης χωρητικότητας με βάση τις ελάχιστες διαστάσεις για εξοικονόμηση χώρου στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος της συσκευής. Μία από τις πιο δημοφιλείς μορφές στην εμφάνιση είναι η μορφή ενός βαρελιού, μέσα στο οποίο οι μεταλλικές πλάκες είναι στριμμένες με ένα διηλεκτρικό μεταξύ τους.Ο πρώτος πυκνωτής, που εφευρέθηκε στην πόλη Leiden (Ολλανδία) το 1745, ονομάστηκε "Leiden jar".
Η αρχή λειτουργίας του εξαρτήματος είναι η δυνατότητα φόρτισης και εκφόρτισης. Η φόρτιση είναι δυνατή λόγω της παρουσίας των πλακών σε μικρή απόσταση μεταξύ τους. Τα κοντινά φορτία, που χωρίζονται από ένα διηλεκτρικό, έλκονται μεταξύ τους και παραμένουν στις πλάκες, και έτσι ο ίδιος ο πυκνωτής αποθηκεύει ενέργεια. Μετά την αποσύνδεση της πηγής ρεύματος, το εξάρτημα είναι έτοιμο για την επιστροφή ενέργειας στο κύκλωμα, την εκφόρτιση.
Παράμετροι και ιδιότητες που καθορίζουν την απόδοση, την ποιότητα και την αντοχή της εργασίας:
- ηλεκτρική χωρητικότητα?
- ειδική χωρητικότητα·
- επιτρεπόμενη απόκλιση.
- ηλεκτρική αντοχή?
- δική αυτεπαγωγή?
- διηλεκτρική απορρόφηση?
- απώλειες?
- σταθερότητα;
- αξιοπιστία.
Η ικανότητα αποθήκευσης φορτίου καθορίζει τη χωρητικότητα ενός πυκνωτή. Κατά τον υπολογισμό της χωρητικότητας, πρέπει να γνωρίζετε:
- περιοχή κάλυψης?
- απόσταση μεταξύ των πλακών?
- διηλεκτρική σταθερά του διηλεκτρικού υλικού.
Για να αυξήσετε την χωρητικότητα, είναι απαραίτητο να αυξήσετε την περιοχή των πλακών, να μειώσετε την απόσταση μεταξύ τους και να χρησιμοποιήσετε ένα διηλεκτρικό του οποίου το υλικό έχει υψηλή διηλεκτρική σταθερά.
Το Farad (F) χρησιμοποιείται για να δηλώσει την χωρητικότητα - μια μονάδα μέτρησης που πήρε το όνομά της προς τιμήν του Άγγλου φυσικού Michael Faraday. Ωστόσο, το 1 Farad είναι πολύ μεγάλο. Για παράδειγμα, η χωρητικότητα του πλανήτη μας είναι μικρότερη από 1 φαράντ. Στα ραδιοηλεκτρονικά, χρησιμοποιούνται μικρότερες τιμές: microfarad (μF, ένα εκατομμυριοστό του farad) και picofarad (pF, ένα εκατομμυριοστό του microfarad).
Η ειδική χωρητικότητα υπολογίζεται από τον λόγο της χωρητικότητας προς τη μάζα (όγκο) του διηλεκτρικού.Αυτός ο δείκτης επηρεάζεται από τις γεωμετρικές διαστάσεις και η αύξηση της ειδικής χωρητικότητας επιτυγχάνεται με τη μείωση του όγκου του διηλεκτρικού, αλλά αυτό αυξάνει τον κίνδυνο βλάβης.
Η επιτρεπόμενη απόκλιση της τιμής του διαβατηρίου της χωρητικότητας από την πραγματική καθορίζει την κατηγορία ακρίβειας. Σύμφωνα με το GOST, υπάρχουν 5 κατηγορίες ακρίβειας που καθορίζουν τη μελλοντική χρήση. Σε κυκλώματα υψηλής ευθύνης χρησιμοποιούνται εξαρτήματα της υψηλότερης κατηγορίας ακρίβειας.
Η διηλεκτρική αντοχή καθορίζει την ικανότητα συγκράτησης ενός φορτίου και διατήρησης των λειτουργικών ιδιοτήτων. Τα φορτία που παραμένουν στις πλάκες τείνουν μεταξύ τους, δρώντας στο διηλεκτρικό. Η ηλεκτρική αντοχή είναι μια σημαντική ιδιότητα ενός πυκνωτή, η οποία καθορίζει τη διάρκεια χρήσης του. Σε περίπτωση ακατάλληλης λειτουργίας, θα προκληθεί βλάβη στο διηλεκτρικό και το εξάρτημα θα αποτύχει.
Η αυτοεπαγωγή λαμβάνεται υπόψη σε κυκλώματα AC με επαγωγείς. Για κυκλώματα συνεχούς ρεύματος, δεν λαμβάνεται υπόψη.
Διηλεκτρική απορρόφηση - η εμφάνιση τάσης στις πλάκες κατά την ταχεία εκφόρτιση. Το φαινόμενο της απορρόφησης λαμβάνεται υπόψη για την ασφαλή λειτουργία των ηλεκτρικών συσκευών υψηλής τάσης, αφού σε περίπτωση βραχυκυκλώματος, υπάρχει κίνδυνος για τη ζωή.
Οι απώλειες οφείλονται στη χαμηλή μετάδοση ρεύματος του διηλεκτρικού. Κατά τη λειτουργία εξαρτημάτων ηλεκτρονικών συσκευών σε διαφορετικές συνθήκες θερμοκρασίας και διαφορετική υγρασία, επηρεάζει ο παράγοντας ποιότητας των απωλειών. Επηρεάζεται επίσης από τη συχνότητα λειτουργίας. Σε χαμηλές συχνότητες, οι απώλειες στο διηλεκτρικό επηρεάζουν, στις υψηλές συχνότητες - στο μέταλλο.
Η σταθερότητα είναι μια παράμετρος πυκνωτή που επηρεάζεται επίσης από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος.Οι επιδράσεις του διακρίνονται σε αναστρέψιμες, που χαρακτηρίζονται από συντελεστή θερμοκρασίας και μη αναστρέψιμες, που χαρακτηρίζονται από συντελεστή αστάθειας θερμοκρασίας.
Η αξιοπιστία του πυκνωτή εξαρτάται κυρίως από τις συνθήκες λειτουργίας. Η ανάλυση των βλαβών υποδηλώνει ότι στο 80% των περιπτώσεων η βλάβη είναι η αιτία της αποτυχίας.
Ανάλογα με το σκοπό, τον τύπο και το πεδίο εφαρμογής, τα μεγέθη των πυκνωτών διαφέρουν επίσης. Τα μικρότερα και μικρότερα, με μέγεθος από λίγα χιλιοστά έως πολλά εκατοστά, χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά, ενώ τα μεγαλύτερα χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία.
Σκοπός
Η ιδιότητα της αποθήκευσης και της απελευθέρωσης ενέργειας έχει καθορίσει την ευρεία χρήση των πυκνωτών στα σύγχρονα ηλεκτρονικά. Μαζί με τις αντιστάσεις και τα τρανζίστορ, αποτελούν τη βάση της ηλεκτρικής μηχανικής. Δεν υπάρχει ούτε μία σύγχρονη συσκευή όπου δεν θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε κάποια χωρητικότητα.
Η ικανότητά τους να φορτίζουν και να εκφορτίζουν, μαζί με μια αυτεπαγωγή που έχει τις ίδιες ιδιότητες, χρησιμοποιείται ενεργά στην τεχνολογία του ραδιοφώνου και της τηλεόρασης. Ένα κύκλωμα ταλάντωσης ενός πυκνωτή και της επαγωγής είναι η βάση για τη μετάδοση και τη λήψη σημάτων. Η αλλαγή της χωρητικότητας του πυκνωτή σας επιτρέπει να αλλάξετε τη συχνότητα του κυκλώματος ταλάντωσης. Για παράδειγμα, οι ραδιοφωνικοί σταθμοί μπορούν να εκπέμπουν με τις δικές τους συχνότητες και τα ραδιόφωνα μπορούν να συνδεθούν σε αυτές τις συχνότητες.
Μια σημαντική λειτουργία είναι η εξομάλυνση των κυματισμών AC. Οποιαδήποτε ηλεκτρονική συσκευή τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα χρειάζεται ηλεκτρικούς πυκνωτές φιλτραρίσματος για να παράγει καλής ποιότητας DC.
Ο μηχανισμός φόρτισης και εκφόρτισης χρησιμοποιείται ενεργά στον φωτογραφικό εξοπλισμό.Όλες οι σύγχρονες κάμερες χρησιμοποιούν φλας για λήψη, το οποίο επιτυγχάνεται λόγω της ιδιότητας γρήγορης εκφόρτισης. Σε αυτόν τον τομέα, είναι ασύμφορο να χρησιμοποιείτε μπαταρίες που μπορούν να αποθηκεύουν καλά ενέργεια, αλλά να την απελευθερώνουν αργά. Και οι πυκνωτές, αντίθετα, απελευθερώνουν αμέσως όλη την αποθηκευμένη ενέργεια, η οποία είναι αρκετή για ένα φωτεινό φλας.
Η ικανότητα παραγωγής παλμών υψηλής ισχύος από πυκνωτές χρησιμοποιείται στα ραντάρ και στη δημιουργία λέιζερ.
Οι πυκνωτές εκτελούν το ρόλο των επαφών κατάσβεσης σπινθήρων στην τηλεγραφία και την τηλεφωνία, καθώς και στην τηλεμηχανική και στον αυτοματισμό, όπου είναι απαραίτητη η μεταγωγή ρελέ υψηλής φόρτισης.
Η ρύθμιση της τάσης των μεγάλων γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας πραγματοποιείται με τη χρήση δεξαμενών αντιστάθμισης.
Οι σύγχρονοι πυκνωτές, λόγω των δυνατοτήτων τους, χρησιμοποιούνται όχι μόνο στον τομέα της ραδιοηλεκτρονικής. Χρησιμοποιούνται στη μεταλλουργία, την εξόρυξη, τη βιομηχανία άνθρακα.
Κύριες ποικιλίες
Λόγω της ποικιλίας των εφαρμογών και των συνθηκών λειτουργίας των ηλεκτρονικών συσκευών, υπάρχει μεγάλη ποικιλία εξαρτημάτων που διαφέρουν σε τύπους και χαρακτηριστικά. Η κύρια διαίρεση είναι ανά κατηγορία και ανά τύπο διηλεκτρικού που χρησιμοποιείται.
Τύποι πυκνωτών, χωρισμένοι ανά κατηγορία:
- με σταθερή χωρητικότητα?
- με μεταβλητή χωρητικότητα?
- κούρδισμα.
Σε κάθε ηλεκτρονική συσκευή χρησιμοποιούνται εξαρτήματα σταθερής χωρητικότητας.
Για να αλλάξετε τη χωρητικότητα και τις παραμέτρους του κυκλώματος, για παράδειγμα, τη συχνότητα σε κυκλώματα ταλάντωσης, χρησιμοποιούνται πυκνωτές με μεταβλητή χωρητικότητα.Στη συσκευή τους διαθέτουν πολλά τμήματα από μεταλλικές κινητές πλάκες, γεγονός που εξασφαλίζει την αντοχή της εργασίας τους.
Οι πυκνωτές trimmer χρησιμοποιούνται για μια εφάπαξ ρύθμιση του εξοπλισμού. Διατίθενται σε διάφορες ονομασίες χωρητικότητας (από λίγα picofarads έως αρκετές εκατοντάδες picofarads) και έχουν ονομαστική τιμή για τάσεις έως 60 volt. Χωρίς τη χρήση τους, είναι αδύνατο να τελειοποιήσετε τον εξοπλισμό.
Τύποι πυκνωτών, χωρισμένοι με τον τύπο του διηλεκτρικού:
- με κεραμικό διηλεκτρικό?
- με φιλμ διηλεκτρικο?
- ηλεκτρολυτικό?
- ιονιστές.
Τα κεραμικά κατασκευάζονται με τη μορφή μιας μικρής πλάκας από κεραμικό υλικό, πάνω στην οποία ψεκάζονται μεταλλικοί αγωγοί. Τέτοιοι πυκνωτές έχουν διαφορετικές ιδιότητες και χρησιμοποιούνται τόσο για κυκλώματα υψηλής τάσης όσο και για κυκλώματα χαμηλής τάσης.
Για κυκλώματα χαμηλής τάσης, χρησιμοποιούνται συχνότερα πολυστρωματικά εξαρτήματα μικρού μεγέθους σε εποξική ρητίνη ή πλαστικές θήκες με χωρητικότητα από δεκάδες picofarads έως μονάδες microfarads. Χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα υψηλής συχνότητας ραδιοηλεκτρονικού εξοπλισμού και μπορούν να λειτουργήσουν σε δύσκολες κλιματολογικές συνθήκες.
Για κυκλώματα υψηλής τάσης, κατασκευάζονται μεγαλύτεροι κεραμικοί πυκνωτές με χωρητικότητα από δεκάδες picofarads έως χιλιάδες picofarads. Χρησιμοποιούνται σε παλμικά κυκλώματα και εξοπλισμό μετατροπής τάσης.
Το διηλεκτρικό φιλμ είναι διαφορετικών τύπων. Το πιο κοινό από αυτά είναι το lavsan, το οποίο έχει υψηλή αντοχή. Λιγότερο κοινό είναι το διηλεκτρικό πολυπροπυλενίου, το οποίο έχει μικρότερες απώλειες και χρησιμοποιείται σε κυκλώματα υψηλής τάσης, όπως κυκλώματα ενίσχυσης ήχου και κυκλώματα μέσης συχνότητας.
Ξεκινά ένας ξεχωριστός τύπος πυκνωτών φιλμ, οι οποίοι χρησιμοποιούνται κατά την εκκίνηση των κινητήρων και, λόγω της υψηλής χωρητικότητας και του ειδικού διηλεκτρικού υλικού τους, μειώνουν το φορτίο στον ηλεκτροκινητήρα. Χαρακτηρίζονται από υψηλή τάση λειτουργίας και ηλεκτρική άεργο ισχύ.
Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές είναι κατασκευασμένοι σε κλασικό σχέδιο. Το σώμα είναι κατασκευασμένο από αλουμίνιο, στο εσωτερικό του υπάρχουν μεταλλικές πλάκες σε έλαση. Το οξείδιο του μετάλλου εναποτίθεται χημικά στη μία πλάκα και ένας υγρός ή στερεός ηλεκτρολύτης εναποτίθεται στη δεύτερη, σχηματίζοντας ένα διηλεκτρικό. Χάρη σε μια τέτοια συσκευή, οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές έχουν μεγάλη χωρητικότητα, αλλά η ιδιαιτερότητα της χρήσης τους με την πάροδο του χρόνου είναι η αλλαγή του.
Σε αντίθεση με τους κεραμικούς πυκνωτές και τους πυκνωτές φιλμ, οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές έχουν πολικότητα. Αυτοί, με τη σειρά τους, χωρίζονται σε μη πολικές, χωρίς αυτό το μειονέκτημα, ακτινωτές, μινιατούρες, αξονικές. Το πεδίο εφαρμογής τους είναι οι παραδοσιακοί υπολογιστές και η σύγχρονη τεχνολογία μικροϋπολογιστών.
Ένας ιδιαίτερος τύπος που εμφανίστηκε σχετικά πρόσφατα είναι τα ιονιστικά. Στο σχεδιασμό τους, μοιάζουν με ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές, αλλά διακρίνονται από μεγάλη χωρητικότητα (μέχρι μονάδες Farad). Ωστόσο, η χρήση τους περιορίζεται σε μια μικρή μέγιστη τάση λίγων βολτ. Οι υπερπυκνωτές χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση της μνήμης: εάν η μπαταρία ενός κινητού τηλεφώνου ή ενός μικροσκοπικού υπολογιστή εξαντληθεί, οι αποθηκευμένες πληροφορίες δεν θα χαθούν ανεπανόρθωτα.
Εκτός από τα εξαρτήματα στην έκδοση εξόδου, τα οποία εμφανίστηκαν πριν από πολύ καιρό και τα οποία χρησιμοποιούνταν παραδοσιακά, παράγονται σύγχρονα εξαρτήματα στην έκδοση SMD ή, όπως ονομάζεται επίσης, για επιφανειακή τοποθέτηση. Για παράδειγμα, το κεραμικό μπορεί να παραχθεί σε διάφορα μεγέθη θηκών, από το μικρότερο (1 mm επί 0,5 mm) έως το μεγαλύτερο (5,7 mm επί 5 mm), και με αντίστοιχες τάσεις από δεκάδες βολτ έως εκατοντάδες.
Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές μπορούν επίσης να παραχθούν σε επιφανειακές συσκευασίες. Αυτοί μπορεί να είναι τυπικοί ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές αλουμινίου ή μπορεί να είναι πυκνωτές τανταλίου, οι οποίοι μοιάζουν λίγο με κεραμικούς, αλλά διαφέρουν από αυτούς σε υψηλότερη χωρητικότητα και χαμηλές απώλειες. Μπορούν να είναι καρφιτσωμένα και μη καρφιτσωμένα SMD.
Ένα χαρακτηριστικό των πυκνωτών τανταλίου είναι η μεγάλη διάρκεια ζωής και οι ελάχιστες απώλειες με ελαφρώς χαμηλότερο όριο χωρητικότητας, αλλά ταυτόχρονα διακρίνονται από υψηλή τιμή. Χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα υψηλής ευθύνης όπου απαιτείται υψηλή χωρητικότητα.
Παρόμοια άρθρα:
