Πρώτος πυκνωτής. Τι είναι ένας πυκνωτής

Στην καθημερινή ζωή, κάθε άτομο χρησιμοποιεί μετατροπείς τάσης, προσαρμογείς και τροφοδοτικά. Αλλά λίγοι άνθρωποι πιστεύουν ότι η κύρια λειτουργία στις αναφερόμενες συσκευές εκτελείται από πυκνωτές. Ονομάζεται επίσης ευρέως "ηλεκτρολύτες". Το κύριο χαρακτηριστικό τους είναι το μικρό τους μέγεθος και η ικανότητά τους να συσσωρεύουν φορτίο στο επίπεδο της χωρητικότητάς τους.

Στον τομέα της ραδιομηχανικής και της ηλεκτρικής μηχανικής, ένας ηλεκτρολυτικός πυκνωτής είναι ένα στοιχείο με διηλεκτρικό κέλυφος κατασκευασμένο από οξείδιο μετάλλου, που ονομάζεται άνοδος, και μια εσωτερική ικανότητα αποθήκευσης φορτίου, που ονομάζεται κάθοδος. Λόγω αυτής της ιδιότητας, χρησιμοποιούνται ευρέως σε ηλεκτρικές συσκευές και συσκευές ραδιοφώνου. Οι πυκνωτές υπάρχουν στα κυκλώματα ραδιοφώνων, τηλεοράσεων, πλυντηρίων ρούχων, κλιματιστικών, εξοπλισμού υπολογιστών και πολλών άλλων συσκευών.

Ιστορία εμφάνισης και ανάπτυξης

Το 1875, ο Γάλλος επιστήμονας Eugène Adrien Ducretet ανακάλυψε την ηλεκτροχημική διαδικασία σε ορισμένα μέταλλα. Τα δείγματα της έρευνας περιελάμβαναν ταντάλιο, νιόβιο, ψευδάργυρο, τιτάνιο, κάδμιο, αλουμίνιο, αντιμόνιο και άλλα. Αυτά τα δείγματα χρησιμοποιήθηκαν με τη μορφή ανόδου (θετικός πόλος της πηγής ισχύος). Υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου, εμφανίστηκε στις επιφάνειές τους ένα στρώμα οξειδίου με χαρακτηριστικά βαλβίδας.

Το 1896, ο επιστήμονας Karol Pollak υπέβαλε αίτηση στο γραφείο διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας για την εφεύρεση ενός πυκνωτή. Απέδειξε με το δικό του στοιχείο ότι οι ηλεκτροχημικές διεργασίες πρέπει να έχουν μια ορισμένη πολικότητα στη διεπιφάνεια μετάλλου-διηλεκτρικού προκειμένου να σχηματιστεί ένας σχηματισμός οξειδίου. Η μη τήρηση αυτής της πολικότητας οδηγεί σε διηλεκτρικές απώλειες και βραχυκυκλώματα.

Στη Ρωσία, για μεγάλο χρονικό διάστημα, η παραγωγή ηλεκτρολυτικών πυκνωτών θεωρούνταν αντιοικονομική. Αν και υπήρχαν πολλά επιχειρήματα σε επιστημονικές δημοσιεύσεις σχετικά με το ποιες τεχνολογίες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία παραγωγής. Οι πρώτες σοβαρές εξελίξεις στην παραγωγή ηλεκτρολυτικών πυκνωτών εμφανίστηκαν στην πολιτεία μας το 1931. Το δοχείο τους ήταν γεμάτο με υγρό ηλεκτρολύτη. Σήμερα, η παραγωγή αυτών των στοιχείων είναι σε ευρεία κλίμακα. Πολλές παγκοσμίου φήμης εταιρείες ασχολούνται με την παραγωγή ηλεκτρολυτικών πυκνωτών.

Επιλογές πυκνωτών ανά εφαρμογή

Όπως γνωρίζετε από το πρόγραμμα σπουδών της σχολικής φυσικής, οι πυκνωτές είναι πολικές συσκευές. Αρχίζουν να λειτουργούν όταν το ρεύμα κατευθύνεται προς μία κατεύθυνση. Επομένως, στην πράξη περιλαμβάνονται σε κυκλώματα με κυκλώματα σταθερής ή παλλόμενης τάσης.

Εφαρμογή σε κυκλώματα σταθερής τάσης

Οι ιδιότητες ενός πυκνωτή αυτού του σχεδίου χρησιμοποιούνται:

1. για τη συσσώρευση ηλεκτρικής ενέργειας σε γεννήτριες παλμών, πηγές παλμικού φωτός, καθώς και για τη μαγνήτιση σκληρών μαγνητικών στοιχείων στη διαδικασία φυσικών πειραμάτων.
2. να αυξήσει το ρεύμα σε ένα ορισμένο επίπεδο σε μονάδες συγκόλλησης, μηχανές ακτίνων Χ και συσκευές αντιγραφής.
3. για ακριβή λειτουργία αναλογικής μνήμης ή αναλογικών κυκλωμάτων σάρωσης.
4. για το σχηματισμό ηλεκτρικών εργαλείων σε ηλεκτρονικές συσκευές και ηλεκτροκινητήρες.

Σε κυκλώματα σταθερής τάσης με παλμική εφαρμογή

Ισχύουν τα χαρακτηριστικά των πυκνωτών σε κυκλώματα συνεχούς ρεύματος με παλμική επικάλυψη:

1. για τη δημιουργία τμημάτων φίλτρου ζώνης μαζί με αντιστάσεις και επαγωγείς.
2. για διακλάδωση στοιχείων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων με μεταβαλλόμενο ρεύμα.
3. για τη σύνδεση τμημάτων ενός κυκλώματος εναλλασσόμενου ρεύματος με στοιχεία που λειτουργούν σε άμεσο εξάρτημα.
4. για τη δημιουργία τάσεων πριονωτή και τετραγωνικών κυμάτων σε κυκλώματα γεννήτριας τύπου χαλάρωσης.
5. για ανόρθωση τάσης σε ανορθωτές.

Σκοπός σε κυκλώματα μεταβλητής τάσης

Για κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος, οι κατασκευαστές πυκνωτών έχουν δημιουργήσει στοιχεία που έχουν μη πολική χωρητικότητα. Στο σχεδιασμό τους έχουν επιπλέον στοιχεία και αυξημένες διαστάσεις. Έρχονται σε διαφορετικά δοχεία γεμάτα με συμπυκνωμένες αλκαλικές ουσίες και οξέα.

Ισχύουν:

1. Για τη βελτίωση της ποιότητας της ηλεκτρικής ενέργειας και την αύξηση του συντελεστή ισχύος. Για παράδειγμα, οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές αλουμινίου μειώνουν το επίπεδο του αντιδραστικού στοιχείου, το οποίο αυξάνει τον συντελεστή ισχύος στο 0,999.
2. Σε κυκλώματα μετατροπέα και συσκευές με ανορθωτές θυρίστορ για μείωση της επίδρασης των μαγνητικών πεδίων.
3. Για τη βελτίωση της ικανότητας εκκίνησης ενός κινητήρα ασύγχρονου τύπου. Σχεδόν όλα τα κυκλώματα εκκίνησης για μονοφασικούς ηλεκτρικούς κινητήρες περιέχουν πυκνωτές.

Σύμφωνα με τη μέθοδο πλήρωσης, ο μεταβλητός πυκνωτής χωρίζεται σε τύπους:

• με υγρό διηλεκτρικό?
• με ξηρή γέμιση?
• με παραμέτρους πυκνωτών ημιαγωγών οξειδίου.
• σχέδιο οξειδίου μετάλλου.

Η άνοδος των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών είναι κατασκευασμένη από φύλλο αλουμινίου, νιοβίου ή τανταλίου. Ένας μεταβλητός πυκνωτής τύπου οξειδίου-ημιαγωγού έχει μια κάθοδο με τη μορφή μιας σφαίρας ημιαγωγού που εναποτίθεται σε ένα στρώμα οξειδίου.

Σχεδιασμός πυκνωτή

Οι πυκνωτές διαφορετικών τύπων και μεγεθών είναι κατασκευασμένοι από δύο στοιχεία - πλάκες και μια χωρητικότητα (η απόσταση μεταξύ των καλυμμάτων) γεμάτη με διηλεκτρική ουσία. Η χωρητικότητα υπολογίζεται με τον τύπο:

C = ee0S/d, όπου:

• S – τιμή της περιοχής επένδυσης.
• d – τιμή της απόστασης μεταξύ των πλακών.
• Το e0 είναι το ηλεκτρικό στοιχείο που καθορίζει την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου του χώρου κενού.
• e – διηλεκτρική σταθερά.

Η ιδιαιτερότητα των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών είναι ότι περιέχουν ένα στρώμα ηλεκτρολυτικής ουσίας ανάμεσα σε δύο καλύμματα φύλλου, όπου το ένα από αυτά καλύπτεται με μια μεμβράνη οξειδίου ημιαγωγού. Τέτοιοι ηλεκτρολύτες έχουν πλάκες στο εσωτερικό τους, διπλωμένες μαζί με ένα διαχωριστικό στρώμα χαρτιού εμποτισμένο με τον ηλεκτρολύτη. Η χωρητικότητα του πυκνωτή εξαρτάται από το πάχος του. Η επάνω μπάλα καλύπτεται επίσης με ένα διαχωριστικό στρώμα χαρτιού. Όλα στο κιτ τυλίγονται σε ρολό και τοποθετούνται σε μεταλλική θήκη.

Οι μεταλλικές πλάκες με τη μορφή επαφών συγκολλούνται κατά μήκος των άκρων του φύλλου. Έχουν σχεδιαστεί για να συνδέονται με άλλα στοιχεία κυκλώματος. Επιπλέον, ο ακροδέκτης με θετικό δυναμικό καλύπτεται με μια σφαίρα οξειδίου. Η λειτουργία της καθόδου εκτελείται από ένα στρώμα ηλεκτρολύτη που συνδέεται με τη δεύτερη πλάκα.

Με τη βοήθεια της ηλεκτροχημικής διάβρωσης της επιφάνειας της επένδυσης (αυλάκωση) κατά τη διαδικασία κατασκευής, η περιοχή της επένδυσης αυξάνεται. Χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνολογία, δημιουργούνται πυκνωτές υψηλής χωρητικότητας.

Συνήθως, το εν λόγω στοιχείο λειτουργεί χωρίς προβλήματα σε κανονική θερμοκρασία και τάση χωρίς παραμόρφωση. Για παράδειγμα, όταν η τάση αυξάνεται πάνω από το κανονικό, σχηματίζεται ένα νέο στρώμα οξειδίων, που συνοδεύεται από απελευθέρωση θερμότητας και σχηματισμό αερίου. Ως αποτέλεσμα, η πίεση στο περίβλημα αυξάνεται απότομα και η δύναμή του δεν είναι σε θέση να αντιμετωπίσει μια τέτοια χωρητικότητα. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε έκρηξη και καταστροφή άλλων στοιχείων κυκλώματος.

Πολλές εταιρείες κατασκευάζουν πυκνωτές με προστατευτική μεμβράνη. Σπάει υπό την επίδραση του σχηματισμού αερίων και εμποδίζει την έκρηξη. Η σήμανση τέτοιων πυκνωτών συνίσταται στην εφαρμογή μιας εγκοπής με τη μορφή του γράμματος "T", "Y" ή του σήματος "+".

Αποκρυπτογράφηση αριθμών και γραμμάτων στην επιφάνεια του προϊόντος

Για να αποκρυπτογραφήσετε σωστά τις ονομασίες στο σώμα διαφόρων στοιχείων, πρέπει να γνωρίζετε τις μονάδες μέτρησης. Για τους πυκνωτές, να θυμάστε ότι η χωρητικότητα μετριέται σε farads (F). Έχει τις εξής σχέσεις:

• 1uF (μικροφαράντ)F=10¯6F;
• 1mF (millifarad)F=10¯³F;
• n(nanofarad)F=10¯9;
• p(picofarad)F=10¯¹²F.

Η σήμανση πυκνωτών μεγάλων παραμέτρων υποδεικνύεται απευθείας στο σώμα του στοιχείου. Σε ορισμένα σχέδια, οι επιγραφές έχουν διαφορετικά σύμβολα. Σε τέτοιες περιπτώσεις, είναι καλύτερο να βασιστείτε στις τιμές που υποδεικνύονται παραπάνω.

Σε ορισμένες τροποποιήσεις, οι σημάνσεις είναι με κεφαλαία γράμματα. Για παράδειγμα, αντί για 1 mF υπάρχει MF. Μπορείτε επίσης να διαπιστώσετε ότι η σήμανση περιέχει ένα σύνολο γραμμάτων fd, που σημαίνει farad. Επιπλέον, ο κωδικός περιέχει πληροφορίες που επιτρέπουν την απόκλιση από την ονομαστική τιμή ως ποσοστό. Για παράδειγμα, εάν η σήμανση περιέχει 6000uF + 50%-70%, τότε θα πρέπει να γίνει κατανοητό ότι αυτό διαφέρει από την καθορισμένη βαθμολογία κατά 50%-70%. Δηλαδή, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν πυκνωτή 9000uF ή 1800uF. Εάν δεν υπάρχουν ποσοστά, τότε πρέπει να βρείτε το γράμμα. Συνήθως εμφανίζεται ως ξεχωριστή ονομασία από το δοχείο. Κάθε γράμμα επιτρέπει απόκλιση από την ονομαστική τιμή.

Αφού προσδιορίσετε την ονομαστική τιμή και το επιτρεπόμενο σφάλμα, πρέπει να προχωρήσετε στον προσδιορισμό της τιμής τάσης. Χαρακτηρίζεται με αριθμούς μαζί με γράμματα όπως V, VDC, WV ή VDCW. Η ονομασία WV σημαίνει τάση λειτουργίας. Οι αριθμοί υποδεικνύουν τις μέγιστες επιτρεπόμενες ανοχές.

Είναι σημαντικό να γνωρίζετε!Εάν δεν υπάρχει τιμή στην επιφάνεια που να υποδεικνύει την ονομαστική τάση, τότε τέτοιοι πυκνωτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κυκλώματα χαμηλής τάσης του κυκλώματος. Πρέπει επίσης να θυμάστε ότι οι πυκνωτές που λειτουργούν με εναλλασσόμενη τάση δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κυκλώματα σταθερής τάσης και αντίστροφα.

Για τον προσδιορισμό της πολικότητας των ακροδεκτών, σημειώνονται τα σημάδια «+» και «–» στη θήκη. Εάν δεν υπάρχουν, τότε ο πυκνωτής συνδέεται στο κύκλωμα και από τις δύο πλευρές.

Ψηφιακή μεταγραφή

Οι αριθμοί της υπόθεσης έχουν τη δική τους ερμηνεία. Όταν καθορίζονται μόνο δύο αριθμοί και ένα γράμμα, ο συνδυασμός αριθμών υποδεικνύει τη χωρητικότητα. Όλες οι άλλες κωδικοποιήσεις πρέπει να γίνονται κατανοητές χρησιμοποιώντας μια μη τυπική προσέγγιση. Εξαρτώνται κυρίως από το σχεδιασμό του στοιχείου.

Το τρίτο ψηφίο είναι πολλαπλασιαστής του μηδενός. Επομένως, η αποκρυπτογράφηση πραγματοποιείται σύμφωνα με το τελικό ψηφίο. Εάν είναι στην περιοχή από 0 έως 6, τότε προστίθενται μηδενικά στα πρώτα ψηφία στον αριθμό του καθορισμένου τρίτου ψηφίου. Για παράδειγμα, 373 σημαίνει 37000.

Όταν το τελευταίο ψηφίο υπερβαίνει το όριο του 0-6, για παράδειγμα, κοστίζει 8, τότε το πρώτο ψηφίο πρέπει να πολλαπλασιαστεί με 0,01. Έτσι, η κρυπτογράφηση 378 σημαίνει 0,37. Όταν υπάρχει 9 στο τέλος, ο συνδυασμός των δύο πρώτων ψηφίων πολλαπλασιάζεται επί 0,1. Ο χαρακτηρισμός 379 πρέπει να διαβαστεί ως 3.7.

Όταν όλα είναι ξεκάθαρα από τον συνδυασμό αριθμών και χωρητικότητας, τότε πρέπει να γνωρίζετε τη μονάδα μέτρησης.

Σημαντικό να θυμάστε!Οι μικροί πυκνωτές μετρώνται σε picofarads, ενώ οι μεγάλοι πυκνωτές σε microfarads.

Κωδικοποίηση γραμμάτων

Το γράμμα R στους δύο πρώτους χαρακτήρες θα πρέπει να γίνει κατανοητό ως ο προσδιορισμός ενός κόμματος που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό ενός δεκαδικού κλάσματος. Για παράδειγμα, η κρυπτογράφηση 4R1 έχει 4,1 pF. Εάν η σήμανση περιέχει τα γράμματα p, n ή u, τότε θα πρέπει επίσης να αντικατασταθούν με κόμμα. Για παράδειγμα, το n61 σημαίνει 0,61 νανοφαράντ.

Μικτή σήμανση

Αυτός ο κωδικός στο σώμα του πυκνωτή περιλαμβάνει γράμματα και αριθμούς, που εναλλάσσονται μεταξύ τους. Αυτό εφαρμόζεται συνήθως σύμφωνα με το μοτίβο «γράμμα - αριθμός - γράμμα». Το πρώτο γράμμα υποδεικνύει τη θερμοκρασία λειτουργίας της αξιόπιστης κατάστασης του πυκνωτή. Ο δεύτερος αριθμός είναι το επιτρεπόμενο όριο θερμοκρασίας.

Το τρίτο γράμμα σημαίνει αλλαγή της χωρητικότητας από την ελάχιστη θερμοκρασία στη μέγιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία. Εάν υπάρχει ένα γράμμα "Α", τότε αυτός είναι ένας ακριβής δείκτης. Το σφάλμα του είναι 0,1%. Εάν υπάρχει το γράμμα "V", η ένδειξη χωρητικότητας κυμαίνεται από 22% έως 82%. Είναι πολύ συνηθισμένο να βρίσκουμε πυκνωτές με το γράμμα "R", που σημαίνει απόκλιση 15% της χωρητικότητας από τις αλλαγές θερμοκρασίας.

Αλλαγή παραμέτρων κατά τη λειτουργία

Για να καταλάβετε ποιοι πυκνωτές είναι καλοί και ποιοι όχι, πρέπει να γνωρίζετε τα γενικά χαρακτηριστικά και να θυμάστε πώς οι παράμετροι εξαρτώνται μεταξύ τους. Για παράδειγμα, η ικανότητα της μονάδας να εκπέμπει αέρια κατά τη λειτουργία λειτουργίας απαιτεί, κατά την εγκατάσταση του κυκλώματος, να δημιουργηθεί ένα απόθεμα επιτρεπόμενης τάσης στην περιοχή 0,5-0,6 της τιμής του. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό όταν το κύκλωμα λειτουργεί σε περιβάλλον με υψηλές θερμοκρασίες.

Όταν χρησιμοποιείτε πυκνωτή σε κυκλώματα μεταβλητού ρεύματος, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η εξάρτηση από τη συχνότητα λειτουργίας. Συνήθως, η συχνότητα λειτουργίας της μεταβαλλόμενης τάσης δεν πρέπει να αποκλίνει από 50 Hz. Για υψηλότερες συχνότητες, πρέπει να περιλαμβάνονται πυκνωτές με χαμηλότερη επιτρεπόμενη τάση. Διαφορετικά, το διηλεκτρικό θα γίνει πολύ ζεστό, γεγονός που θα οδηγήσει σε ρήξη του περιβλήματος.

Τα στοιχεία με υψηλή χωρητικότητα και χαμηλά ρεύματα διαρροής μπορούν να διατηρούν τη φόρτιση για μεγάλο χρονικό διάστημα. Επομένως, είναι σημαντικό για την ασφάλεια να συνδέσετε παράλληλα ένα ωμικό στοιχείο με αντίσταση τουλάχιστον 1 MΩ και ισχύ 0,5 W.

Οι ηλεκτρικοί πυκνωτές χρησιμεύουν για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας. Χωρίς αυτά, δεν θα λειτουργήσει ούτε ένα κύκλωμα δέκτη ραδιοφώνου ή τηλεόρασης. Η εμφάνιση των μικροκυκλωμάτων άλλαξε τη λειτουργία των πυκνωτών. Πολλά από αυτά κατασκευάζονται σε ολοκληρωμένη μορφή.

βίντεο

Ένας πυκνωτής είναι μια κοινή διπολική συσκευή που χρησιμοποιείται σε διάφορα ηλεκτρικά κυκλώματα. Έχει σταθερή ή μεταβλητή χωρητικότητα και χαρακτηρίζεται από χαμηλή αγωγιμότητα, είναι ικανό να συσσωρεύει φορτίο ηλεκτρικού ρεύματος και να το μεταδίδει σε άλλα στοιχεία του ηλεκτρικού κυκλώματος.
Τα πιο απλά παραδείγματα αποτελούνται από δύο ηλεκτρόδια πλάκας που χωρίζονται από ένα διηλεκτρικό και συσσωρεύουν αντίθετα φορτία. Σε πρακτικές συνθήκες, χρησιμοποιούμε πυκνωτές με μεγάλο αριθμό πλακών που χωρίζονται από ένα διηλεκτρικό.

Ο πυκνωτής ξεκινά να φορτίζει όταν η ηλεκτρονική συσκευή είναι συνδεδεμένη στο δίκτυο. Όταν η συσκευή είναι συνδεδεμένη, υπάρχει πολύς ελεύθερος χώρος στα ηλεκτρόδια του πυκνωτή, επομένως το ηλεκτρικό ρεύμα που εισέρχεται στο κύκλωμα είναι του μεγαλύτερου μεγέθους. Καθώς γεμίζει, το ηλεκτρικό ρεύμα θα μειωθεί και θα εξαφανιστεί εντελώς όταν γεμίσει πλήρως η χωρητικότητα της συσκευής.

Κατά τη διαδικασία λήψης φορτίου ηλεκτρικού ρεύματος, τα ηλεκτρόνια (σωματίδια με αρνητικό φορτίο) συλλέγονται στη μία πλάκα και τα ιόντα (σωματίδια με θετικό φορτίο) συλλέγονται στην άλλη. Ο διαχωριστής μεταξύ θετικά και αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων είναι ένα διηλεκτρικό, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορα υλικά.

Όταν μια ηλεκτρική συσκευή είναι συνδεδεμένη σε μια πηγή ρεύματος, η τάση στο ηλεκτρικό κύκλωμα είναι μηδέν. Καθώς τα δοχεία γεμίζουν, η τάση στο κύκλωμα αυξάνεται και φτάνει σε τιμή ίση με το επίπεδο στην πηγή ρεύματος.

Όταν το ηλεκτρικό κύκλωμα αποσυνδεθεί από την πηγή ισχύος και συνδεθεί ένα φορτίο, ο πυκνωτής σταματά να λαμβάνει φορτίο και μεταφέρει το συσσωρευμένο ρεύμα σε άλλα στοιχεία. Το φορτίο σχηματίζει ένα κύκλωμα μεταξύ των πλακών του, οπότε όταν απενεργοποιηθεί η τροφοδοσία, τα θετικά φορτισμένα σωματίδια θα αρχίσουν να κινούνται προς τα ιόντα.

Το αρχικό ρεύμα στο κύκλωμα όταν είναι συνδεδεμένο ένα φορτίο θα είναι ίσο με την τάση στα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια διαιρεμένη με την τιμή της αντίστασης φορτίου. Ελλείψει ισχύος, ο πυκνωτής θα αρχίσει να χάνει φορτίο και καθώς μειώνεται το φορτίο στους πυκνωτές, το επίπεδο τάσης και το ρεύμα στο κύκλωμα θα μειωθούν. Αυτή η διαδικασία θα ολοκληρωθεί μόνο όταν δεν υπάρχει φόρτιση στη συσκευή.

Το παραπάνω σχήμα δείχνει τη σχεδίαση ενός πυκνωτή χαρτιού:
α) περιέλιξη του τμήματος.
β) η ίδια η συσκευή.
Σε αυτή την εικόνα:

1. Χαρτί;
2. Αλουμινόχαρτο;
3. Μονωτικό γυαλιού;
4. Καπάκι;
5. Πλαίσιο;
6. Φλάντζα από χαρτόνι.
7. Τύλιγμα;
8. Ενότητες.

Χωρητικότητα πυκνωτήθεωρείται το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό του ο χρόνος που χρειάζεται για την πλήρη φόρτιση της συσκευής κατά τη σύνδεση της συσκευής σε μια πηγή ηλεκτρικού ρεύματος εξαρτάται άμεσα από αυτό. Ο χρόνος εκφόρτισης της συσκευής εξαρτάται επίσης από τη χωρητικότητα, καθώς και από το μέγεθος του φορτίου. Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση R, τόσο πιο γρήγορα θα αδειάσει ο πυκνωτής.

Ως παράδειγμα λειτουργίας ενός πυκνωτή, εξετάστε τη λειτουργία ενός αναλογικού πομπού ή ραδιοφωνικού δέκτη. Όταν η συσκευή είναι συνδεδεμένη στο δίκτυο, οι πυκνωτές που συνδέονται με τον επαγωγέα θα αρχίσουν να συσσωρεύουν φορτίο, τα ηλεκτρόδια θα συλλέγονται σε ορισμένες πλάκες και τα ιόντα σε άλλες. Αφού φορτιστεί πλήρως η χωρητικότητα, η συσκευή θα αρχίσει να αποφορτίζεται. Μια πλήρης απώλεια φόρτισης θα οδηγήσει στην έναρξη της φόρτισης, αλλά προς την αντίθετη κατεύθυνση, δηλαδή οι πλάκες που είχαν θετικό φορτίο αυτή τη φορά θα λάβουν αρνητικό φορτίο και αντίστροφα.

Σκοπός και χρήση πυκνωτών

Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται σχεδόν σε όλες τις ραδιομηχανικές και διάφορα ηλεκτρονικά κυκλώματα.
Σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος μπορούν να λειτουργήσουν ως χωρητικότητα. Για παράδειγμα, όταν συνδέετε έναν πυκνωτή και μια λάμπα σε μια μπαταρία (συνεχές ρεύμα), η λάμπα δεν θα ανάβει. Εάν συνδέσετε ένα τέτοιο κύκλωμα σε μια πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος, ο λαμπτήρας θα ανάψει και η ένταση του φωτός θα εξαρτηθεί άμεσα από την τιμή της χωρητικότητας του χρησιμοποιούμενου πυκνωτή. Χάρη σε αυτά τα χαρακτηριστικά, χρησιμοποιούνται πλέον ευρέως σε κυκλώματα ως φίλτρα που καταστέλλουν τις παρεμβολές υψηλής και χαμηλής συχνότητας.

Οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται επίσης σε διάφορους ηλεκτρομαγνητικούς επιταχυντές, φλας φωτογραφιών και λέιζερ λόγω της ικανότητάς τους να αποθηκεύουν μεγάλο ηλεκτρικό φορτίο και να το μεταφέρουν γρήγορα σε άλλα στοιχεία δικτύου χαμηλής αντίστασης, δημιουργώντας έτσι έναν ισχυρό παλμό.

Στα δευτερεύοντα τροφοδοτικά χρησιμοποιούνται για την εξομάλυνση των κυματισμών κατά τη διόρθωση της τάσης.

Η δυνατότητα διατήρησης μιας χρέωσης για μεγάλο χρονικό διάστημα καθιστά δυνατή τη χρήση τους για την αποθήκευση πληροφοριών.

Η χρήση αντίστασης ή γεννήτριας ρεύματος σε κύκλωμα με πυκνωτή σάς επιτρέπει να αυξήσετε το χρόνο φόρτισης και εκφόρτισης της χωρητικότητας της συσκευής, ώστε αυτά τα κυκλώματα να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία κυκλωμάτων χρονισμού που δεν έχουν υψηλές απαιτήσεις για χρονική σταθερότητα.

Σε διάφορους ηλεκτρικούς εξοπλισμούς και σε φίλτρα υψηλότερης αρμονικής, αυτό το στοιχείο χρησιμοποιείται για την αντιστάθμιση της άεργου ισχύος.

Ένας πυκνωτής βρίσκεται στα Master Kit (και σε ηλεκτρονικές συσκευές γενικά) σχεδόν τόσο συχνά όσο μια αντίσταση. Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να περιγράψουμε τουλάχιστον γενικά τα κύρια χαρακτηριστικά και την αρχή λειτουργίας του.

Αρχή λειτουργίας ενός πυκνωτή

Στην απλούστερη μορφή του, το σχέδιο αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια σε σχήμα πλάκας (που ονομάζονται πλάκες) που χωρίζονται από ένα διηλεκτρικό του οποίου το πάχος είναι μικρό σε σύγκριση με το μέγεθος των πλακών. Όσο μεγαλύτερη είναι η αναλογία της περιοχής των πλακών προς το πάχος του διηλεκτρικού, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή. Για να αποφευχθεί η φυσική αύξηση του μεγέθους του πυκνωτή σε τεράστια μεγέθη, οι πυκνωτές γίνονται πολυστρωματικοί: για παράδειγμα, λωρίδες πλακών και διηλεκτρικών τυλίγονται σε ρολό.
Δεδομένου ότι οποιοσδήποτε πυκνωτής έχει διηλεκτρικό, δεν είναι ικανός να μεταφέρει συνεχές ρεύμα, αλλά μπορεί να αποθηκεύσει ένα ηλεκτρικό φορτίο που εφαρμόζεται στις πλάκες του και να το απελευθερώσει την κατάλληλη στιγμή. Αυτό είναι ένα σημαντικό ακίνητο

Ας συμφωνήσουμε: ονομάζουμε ένα ραδιοεξάρτημα πυκνωτή και τη φυσική του ποσότητα - χωρητικότητα. Δηλαδή, είναι σωστό να πούμε: "ο πυκνωτής έχει χωρητικότητα 1 μF", αλλά είναι λάθος να πούμε: "αντικαταστήστε αυτόν τον πυκνωτή στην πλακέτα". Φυσικά, θα σας καταλάβουν, αλλά είναι καλύτερο να ακολουθείτε τους «κανόνες καλών τρόπων».

Η ηλεκτρική χωρητικότητα ενός πυκνωτή είναι η κύρια παράμετρός του
Όσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή, τόσο περισσότερη φόρτιση μπορεί να αποθηκεύσει. Η ηλεκτρική χωρητικότητα ενός πυκνωτή μετριέται σε Farads και ονομάζεται F.
Το 1 Farad είναι μια πολύ μεγάλη χωρητικότητα (η υδρόγειος έχει χωρητικότητα μικρότερη από 1 F), επομένως, για τον προσδιορισμό της χωρητικότητας στην πρακτική του ραδιοερασιτέχνη, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες βασικές τιμές διαστάσεων - προθέματα: μ (micro), n (nano) και p (pico):
1 microFarad είναι 10-6 (ένα μέρος ανά εκατομμύριο), δηλ. 1000000μF = 1F
1 nanoFarad είναι 10-9 (ένα μέρος στο δισεκατομμύριο), δηλ. 1000nF = 1μF
p (pico) - 10-12 (ένα τρισεκατομμύριο μέρος), δηλ. 1000pF = 1nF

Όπως ο Ομ, έτσι και ο Φαράντ είναι το όνομα ενός φυσικού. Επομένως, ως καλλιεργημένοι άνθρωποι, γράφουμε το κεφαλαίο γράμμα "F": 10 pF, 33 nF, 470 µF.

Ονομαστική τάση πυκνωτή
Η απόσταση μεταξύ των πλακών ενός πυκνωτή (ειδικά ενός πυκνωτή μεγάλης χωρητικότητας) είναι πολύ μικρή, φτάνοντας τις μονάδες ενός μικρομέτρου. Εάν εφαρμοστεί πολύ υψηλή τάση στις πλάκες πυκνωτών, το διηλεκτρικό στρώμα μπορεί να καταστραφεί. Επομένως, κάθε πυκνωτής έχει μια τέτοια παράμετρο όπως η ονομαστική τάση. Κατά τη λειτουργία, η τάση στον πυκνωτή δεν πρέπει να υπερβαίνει την ονομαστική τάση. Αλλά είναι καλύτερο όταν η ονομαστική τάση του πυκνωτή είναι ελαφρώς υψηλότερη από την τάση στο κύκλωμα. Δηλαδή, για παράδειγμα, σε ένα κύκλωμα με τάση 16V, μπορούν να λειτουργήσουν πυκνωτές με ονομαστική τάση 16V (σε ακραίες περιπτώσεις), 25V, 50V και άνω. Αλλά δεν μπορείτε να εγκαταστήσετε έναν πυκνωτή με ονομαστική τάση 10 V σε αυτό το κύκλωμα. Ο πυκνωτής μπορεί να αποτύχει και αυτό συμβαίνει συχνά με ένα δυσάρεστο κτύπημα και την απελευθέρωση σκληρού καπνού.
Κατά κανόνα, τα σχέδια ραδιοερασιτεχνών για αρχάριους δεν χρησιμοποιούν τάση τροφοδοσίας υψηλότερη από 12 V και οι σύγχρονοι πυκνωτές έχουν συνήθως ονομαστική τάση 16 V ή υψηλότερη. Αλλά είναι πολύ σημαντικό να θυμάστε την ονομαστική τάση του πυκνωτή.

Τύποι πυκνωτών
Θα μπορούσαν να γραφτούν πολλοί τόμοι για διάφορους πυκνωτές. Ωστόσο, ορισμένοι άλλοι συγγραφείς το έχουν ήδη κάνει, οπότε θα σας πω μόνο τα πιο απαραίτητα: οι πυκνωτές μπορεί να είναι μη πολικοί και πολικοί (ηλεκτρολυτικοί).

Μη πολικοί πυκνωτές
Οι μη πολικοί πυκνωτές (ανάλογα με τον τύπο του διηλεκτρικού χωρίζονται σε χαρτί, κεραμικό, μαρμαρυγία...) μπορούν να εγκατασταθούν στο κύκλωμα με οποιονδήποτε τρόπο - σε αυτό είναι παρόμοιοι με αντιστάσεις.
Κατά κανόνα, οι μη πολικοί πυκνωτές έχουν σχετικά μικρή χωρητικότητα: έως 1 μF.

Σήμανση μη πολικών πυκνωτών
Ένας τριψήφιος κωδικός εφαρμόζεται στο σώμα του πυκνωτή. Τα δύο πρώτα ψηφία καθορίζουν την τιμή χωρητικότητας σε picofarads (pF) και το τρίτο - τον αριθμό των μηδενικών. Έτσι, στο παρακάτω σχήμα, ο κωδικός 103 εφαρμόζεται στον πυκνωτή.
10 pF + (3 μηδενικά) = 10000 pF = 10 nF = 0,01 μF.

Οι πυκνωτές με χωρητικότητα έως 10 pF επισημαίνονται με ειδικό τρόπο: το σύμβολο "R" στην κωδικοποίησή τους αντιπροσωπεύει κόμμα. Τώρα μπορείτε να προσδιορίσετε την χωρητικότητα οποιουδήποτε πυκνωτή. Ο παρακάτω πίνακας θα σας βοηθήσει να ελέγξετε τον εαυτό σας.

Κατά κανόνα, σε σχέδια ραδιοερασιτεχνών επιτρέπεται η αντικατάσταση ορισμένων πυκνωτών με παρόμοιους σε ονομαστική αξία. Για παράδειγμα, αντί για πυκνωτή 15 nF, το κιτ μπορεί να εξοπλιστεί με πυκνωτή 10 nF ή 22 nF και αυτό δεν θα επηρεάσει τη λειτουργία του τελικού σχεδιασμού.
Οι κεραμικοί πυκνωτές δεν έχουν πολικότητα και μπορούν να εγκατασταθούν σε οποιαδήποτε θέση των ακροδεκτών.
Ορισμένα πολύμετρα (εκτός από τα πιο οικονομικά) έχουν λειτουργία μέτρησης της χωρητικότητας των πυκνωτών και μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτήν τη μέθοδο.

Πολικοί (ηλεκτρολυτικοί) πυκνωτές
Υπάρχουν δύο τρόποι για να αυξήσετε την χωρητικότητα ενός πυκνωτή: είτε να αυξήσετε το μέγεθος των πλακών του είτε να μειώσετε το πάχος του διηλεκτρικού.
Για να ελαχιστοποιηθεί το πάχος του διηλεκτρικού, οι πυκνωτές υψηλής χωρητικότητας (πάνω από αρκετά microfarads) χρησιμοποιούν ένα ειδικό διηλεκτρικό με τη μορφή φιλμ οξειδίου. Αυτό το διηλεκτρικό λειτουργεί κανονικά μόνο εάν η τάση εφαρμόζεται σωστά στις πλάκες πυκνωτών. Εάν αντιστραφεί η πολικότητα της τάσης, ο ηλεκτρολυτικός πυκνωτής μπορεί να αποτύχει. Το σημάδι πολικότητας σημειώνεται πάντα στο σώμα του πυκνωτή. Αυτό μπορεί να είναι είτε ένα σύμβολο "+", αλλά πιο συχνά στους σύγχρονους πυκνωτές το τερματικό "μείον" σημειώνεται με μια λωρίδα στο σώμα. Ένας άλλος, βοηθητικός τρόπος για τον προσδιορισμό της πολικότητας: ο θετικός ακροδέκτης του πυκνωτή είναι μακρύτερος, αλλά μπορείτε να εστιάσετε σε αυτό το σύμβολο μόνο πριν αποκοπούν οι ακροδέκτες του ραδιοφωνικού στοιχείου.
Το PCB έχει επίσης ένα σημάδι πολικότητας (συνήθως ένα σύμβολο "+"). Επομένως, κατά την εγκατάσταση ενός ηλεκτρολυτικού πυκνωτή, φροντίστε να ταιριάζουν τα σημάδια πολικότητας τόσο στο εξάρτημα όσο και στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος.
Κατά κανόνα, σε σχέδια ραδιοερασιτεχνών επιτρέπεται η αντικατάσταση ορισμένων πυκνωτών με παρόμοιους σε ονομαστική αξία. Επιτρέπεται επίσης η αντικατάσταση του πυκνωτή με παρόμοιο με υψηλότερη επιτρεπόμενη τάση λειτουργίας. Για παράδειγμα, αντί για κιτ πυκνωτή 330 μF 25 V, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν πυκνωτή 470 μF 50 V και αυτό δεν θα επηρεάσει τη λειτουργία του τελικού σχεδίου.

Εμφάνιση ηλεκτρολυτικού πυκνωτή(ο πυκνωτής τοποθετήθηκε σωστά στην πλακέτα)

Σύμφωνα με μια άλλη εκδοχή (όπως γνωρίζουμε, η αληθοφάνεια των ιστορικών γεγονότων πολύ υψηλών συχνοτήτων είναι αρκετά δύσκολο να αποδειχθεί), ο Muschenbroek προσπάθησε συγκεκριμένα να «φορτίσει» το νερό στο βάζο. Εκείνη την εποχή, οι επιστήμονες και οι ερευνητές πίστευαν ακόμη ότι ο ηλεκτρισμός ήταν ένα είδος υγρού που βρισκόταν σε οποιοδήποτε φορτισμένο σώμα ή αντικείμενο. Έτσι, ο επιστήμονας κατέβασε σκόπιμα το ηλεκτρόδιο της ηλεκτρικής μηχανής στο νερό και, στη συνέχεια, παίρνοντας το βάζο με το ένα χέρι και ακουμπώντας κατά λάθος το ηλεκτρόδιο με το άλλο, ένιωσε ξανά ένα ισχυρό ηλεκτροσόκ. Και δεδομένου ότι το πείραμα πραγματοποιήθηκε στην πόλη Leiden, αυτό το βάζο, ένα πρωτότυπο ενός πυκνωτή, άρχισε να ονομάζεται βάζο Leiden.

Υπάρχει μια άλλη εκδοχή της εκδήλωσης. Την ίδια περίπου εποχή - το 1745πρύτανης του καθεδρικού ναού στην Πομερανία - Γερμανός κληρικός Ewald Jugen von Kleistπροσπάθησε να πραγματοποιήσει ένα επιστημονικό πείραμα για να «φορτίσει» το ιερό νερό με ηλεκτρισμό και έτσι να το κάνει ακόμα πιο χρήσιμο. Χρησιμοποίησε επίσης μια ηλεκτρική μηχανή, που ήταν αρκετά δημοφιλή εκείνη την εποχή. Είναι αλήθεια ότι δεν έβαλε το ίδιο το ηλεκτρόδιο στο βάζο, αλλά χρησιμοποίησε ένα μεταλλικό καρφί ως αγωγό. Έχοντας αγγίξει κατά λάθος ένα καρφί, ένιωσα επίσης την πλήρη δύναμη του ηλεκτρισμού.

Σε αυτή τη μορφή, ο πυκνωτής υπήρχε για τα εξής 200 χρόνια. Οι επιστήμονες και οι ερευνητές το τροποποίησαν λίγο - έντυσαν το βάζο μέσα και έξω με μέταλλο, αφαίρεσαν το νερό και το χρησιμοποίησαν για διάφορα πειράματα στον τομέα της μελέτης του ηλεκτρισμού.

Παρεμπιπτόντως, η λέξη "χωρητικότητα", η οποία χρησιμοποιείται τώρα για να δηλώσει την αξία των σύγχρονων πυκνωτών, είναι ένας φόρος τιμής στο παρελθόν. Εξάλλου, αρχικά αυτό το στοιχείο ήταν ένα γυάλινο δοχείο (βάζο), το οποίο είχε ορισμένο όγκο ή χωρητικότητα. Παρεμπιπτόντως, τα βάζα Leyden ήταν διαφορετικών όγκων και όσο μεγαλύτερα, τόσο περισσότερη επιφάνεια τα κάλυπταν τα ηλεκτρόδια από μέσα και έξω. , όπως είναι γνωστό, ακόμη και από ένα σχολικό μάθημα φυσικής, όσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή των ηλεκτροδίων του πυκνωτή, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητά του.