Elektronik cihazların tasarımı için eleman tabanı daha karmaşık hale geliyor. Cihazlar, belirli bir işlevsellik ve program kontrolü ile entegre devrelerde birleştirilir. Ancak geliştirme temel cihazlara dayanmaktadır: kapasitörler, dirençler, diyotlar ve transistörler.
İçerik
kondansatör nedir
Elektrik enerjisini elektrik yükleri şeklinde depolayan bir cihaza kapasitör denir.
Fizikte elektrik miktarı veya elektrik yükü coulomb (C) cinsinden ölçülür. Kapasitans farad (F) cinsinden ölçülür.
1 farad elektrik kapasitesine sahip tek bir iletken, yarıçapı Güneş'in 13 yarıçapına eşit olan metal bir bilyedir.Bu nedenle kapasitör, bir dielektrik ile ayrılmış en az 2 iletken içerir. Cihazın basit tasarımlarında - kağıt.
Bir DC devresinde bir kapasitörün çalışması, güç açılıp kapatıldığında gerçekleştirilir, sadece geçiş anlarında plakalardaki potansiyel değişir.
AC devresindeki kapasitör, güç kaynağı voltajının frekansına eşit bir frekansta yeniden şarj edilir. Sürekli şarj ve deşarjların bir sonucu olarak, eleman içinden akım akar. Daha yüksek frekans - cihaz daha hızlı şarj olur.
Kondansatörlü bir devrenin direnci akımın frekansına bağlıdır. Sıfır DC frekansında direnç değeri sonsuz olma eğilimindedir. AC frekansı arttıkça direnç azalır.
Kondansatörler nerelerde kullanılır?
Elektronik, radyo mühendisliği ve elektrikli cihazların çalışması kapasitörler olmadan imkansızdır.
Elektrik mühendisliğinde, asenkron motorları çalıştırırken fazları değiştirmek için kullanılırlar. Faz kayması olmadan, değişken tek fazlı ağdaki üç fazlı asenkron motor çalışmaz.
Birkaç farad - iyonistör kapasiteli kapasitörler, elektrikli araçlarda motor güç kaynağı olarak kullanılır.
Neden bir kondansatöre ihtiyaç duyulduğunu anlamak için, ölçüm cihazlarının %10-12'sinin dış ortamın parametreleri değiştiğinde elektrik kapasitansının değişmesi prensibi ile çalıştığını bilmeniz gerekir. Özel cihazların reaksiyon kapasitansı aşağıdakiler için kullanılır:
- plakalar arasındaki mesafedeki bir artış veya azalma yoluyla zayıf hareketlerin kaydı;
- dielektrik direncindeki değişiklikleri sabitleyerek nemin belirlenmesi;
- doldurulduğunda elemanın kapasitesini değiştiren sıvı seviyesinin ölçümü.
Kondansatörler olmadan otomasyon ve röle korumasının nasıl tasarlandığını hayal etmek zor. Bazı koruma mantıkları, cihaz şarjının çokluğunu hesaba katar.
Kapasitif elemanlar, mobil iletişim cihazları, radyo ve televizyon cihazlarının devrelerinde kullanılmaktadır. Kondansatörler şu alanlarda kullanılır:
- yüksek ve düşük frekanslı amplifikatörler;
- güç kaynakları;
- frekans filtreleri;
- ses yükselticiler;
- işlemciler ve diğer mikro devreler.
Elektronik cihazların elektrik devrelerine bakarsanız kondansatör ne işe yarar sorusunun cevabını bulmak kolaydır.
Kapasitörün çalışma prensibi
Bir DC devresinde pozitif yükler bir plakada, negatif yükler diğer plakada toplanır. Karşılıklı çekim nedeniyle, parçacıklar cihazda tutulur ve aralarındaki dielektrik bağlantıya izin vermez. Dielektrik ne kadar ince olursa, yükler o kadar güçlü bağlanır.
Kondansatör, kabı doldurmak için gereken elektrik miktarını alır ve akım durur.
Devrede sabit bir voltaj ile, güç kapatılana kadar eleman şarjı korur. Daha sonra devredeki yüklerden boşalır.
Alternatif akım bir kapasitörden farklı bir şekilde akar. Salınım süresinin ilk ¼'ü cihazın şarj olduğu andır. Şarj akımının genliği katlanarak azalır ve çeyreğin sonunda sıfıra düşer. Bu anda EMF genliğe ulaşır.
İkinci ¼ periyotta EMF düşer ve hücre boşalmaya başlar. EMF'deki azalma başlangıçta küçüktür ve sırasıyla deşarj akımı da vardır. Aynı üstel bağımlılığa göre büyür. Periyodun sonunda EMF sıfırdır, akım genlik değerine eşittir.
Salınım periyodunun üçüncü ¼'ünde EMF yön değiştirir, sıfırdan geçer ve artar.Plakalardaki şarj işareti ters çevrilir. Akım büyüklük olarak azalır ve yönünü korur. Bu noktada, elektrik akımı gerilimi 90° fazda yönlendirir.
İndüktörlerde bunun tersi olur: voltaj akımı yönlendirir. Bu özellik, devrede hangi devrelerin kullanılacağını seçerken ilk sırada gelir: RC veya RL.
Döngünün sonunda, son ¼ salınımda EMF sıfıra düşer ve akım tepe değerine ulaşır.
"Kapasite" periyot başına 2 kez boşaltılır ve şarj edilir ve alternatif akım iletir.
Bu, süreçlerin teorik bir açıklamasıdır. Devredeki elemanın doğrudan cihazda nasıl çalıştığını anlamak için devrenin endüktif ve kapasitif direnci, diğer katılımcıların parametreleri hesaplanır ve dış ortamın etkisi dikkate alınır.
Ana özellikler ve özellikler
Elektronik cihazları oluşturmak ve onarmak için kullanılan kapasitör parametreleri şunları içerir:
- Kapasite - C. Cihazın sahip olduğu şarj miktarını belirler. Nominal kapasitenin değeri kasa üzerinde belirtilmiştir. Gerekli değerleri oluşturmak için elemanlar devreye paralel veya seri olarak dahil edilir. Operasyonel değerler hesaplananlarla eşleşmiyor.
- Rezonans frekansı - fр. Akımın frekansı rezonans frekansından büyükse, elemanın endüktif özellikleri ortaya çıkar. Bu işi zorlaştırıyor. Devrede hesaplanan gücü sağlamak için rezonans değerlerinden daha düşük frekanslarda kondansatör kullanmak mantıklıdır.
- Anma gerilimi - Un. Elemanın bozulmasını önlemek için çalışma voltajı nominal voltajdan daha düşük olarak ayarlanır. Parametre kapasitör kasasında belirtilmiştir.
- Polarite. Bağlantı yanlış ise arıza ve arıza meydana gelir.
- Elektrik izolasyon direnci - Rd. Cihaz kaçak akımını tanımlar. Cihazlarda parçalar birbirine yakın konumlandırılmıştır. Yüksek kaçak akımda devrelerde parazitik bağlantılar mümkündür. Bu, arızalara yol açar. Kaçak akım, elemanın kapasitif özelliklerini bozar.
- Sıcaklık katsayısı - TKE. Değer, ortam sıcaklığındaki dalgalanmalarla cihazın kapasitansının nasıl değiştiğini belirler. Parametre, şiddetli iklim koşullarında çalışacak cihazlar geliştirilirken kullanılır.
- parazitik piezoelektrik etki. Bazı kapasitör türleri deforme olduğunda cihazlarda gürültü oluşturur.
Kondansatör çeşitleri ve çeşitleri
Kapasitif elemanlar tasarımda kullanılan dielektrik tipine göre sınıflandırılır.
Kağıt ve metal kağıt kapasitörler
Elemanlar, sabit veya hafif titreşimli voltajlı devrelerde kullanılır. Tasarımın basitliği, %10-25 daha düşük performans kararlılığı ve artan kayıplarla sonuçlanır.
Kağıt kapasitörlerde, alüminyum folyo plakalar kağıdı ayırır. Montajlar bükülür ve silindir veya dikdörtgen paralel boru şeklinde bir kasaya yerleştirilir.
Cihazlar -60 ... + 125 ° C sıcaklıklarda, 1600 V'a kadar düşük voltajlı cihazların anma gerilimi, yüksek voltajlı cihazlar - 1600 V'un üzerinde ve onlarca mikrofarad kapasitede çalışır.
Metal-kağıt cihazlarda, folyo yerine, dielektrik kağıda ince bir metal tabakası uygulanır. Bu, daha küçük elemanların üretilmesine yardımcı olur. Küçük arızalarda, dielektrikin kendi kendini iyileştirmesi mümkündür. Metal-kağıt elemanlar, yalıtım direnci açısından kağıt elemanlardan daha düşüktür.
Elektrolitik kapasitörler
Ürünlerin tasarımı kağıt olanları andırıyor. Ancak elektrolitik hücrelerin imalatında kağıt metal oksitlerle emprenye edilir.
Kağıtsız elektrolitli ürünlerde oksit, metal bir elektrot üzerinde biriktirilir. Metal oksitler, cihazı polar yapan tek taraflı iletkenliğe sahiptir.
Bazı elektrolitik hücre modellerinde, plakalar elektrotun yüzey alanını artıran oluklarla yapılır. Plakalar arasındaki boşluklar elektrolit ile doldurularak ortadan kaldırılır. Bu, ürünün kapasitif özelliklerini iyileştirir.
Voltaj dalgalanmalarını yumuşatmak için filtrelerde büyük bir elektrolitik cihaz kapasitesi - yüzlerce mikrofarad - kullanılır.
alüminyum elektrolitik
Bu tip cihazlarda anot kaplaması alüminyum folyodan yapılmıştır. Yüzey, bir dielektrik olan metal oksit ile kaplanmıştır. Katot astarı, çalışma sırasında folyo üzerindeki oksit tabakasının yenilenmesi için seçilen katı veya sıvı bir elektrolittir. Kendi kendini iyileştiren dielektrik, elemanın ömrünü uzatır.
Bu tasarımın kapasitörleri polarite gerektirir. Tekrar açıldığında, davayı kıracaktır.
İçinde sıralı olmayan kutup tertibatlarının bulunduğu cihazlar 2 yönde kullanılır. Alüminyum elektrolitik hücrelerin kapasitansı birkaç bin mikrofarada ulaşır.
tantal elektrolitik
Bu tür cihazların anot elektrotu, tantal tozunun +2000°C'ye ısıtılmasıyla elde edilen gözenekli bir yapıdan yapılır. Malzeme sünger gibi görünüyor. Porozite yüzey alanını arttırır.
Elektrokimyasal oksidasyon kullanılarak, anoda 100 nanometre kalınlığa kadar bir tantal pentoksit tabakası uygulanır. Manganez dioksitten katı bir dielektrik yapılır.Bitmiş yapı, özel bir reçine olan bir bileşiğe preslenir.
Tantal ürünleri 100 kHz'in üzerindeki akım frekanslarında kullanılmaktadır. 75 V'a kadar çalışma voltajında yüzlerce mikrofarad'a kadar kapasitans oluşturulur.
Polimer
Kondansatörler, bir dizi avantaj sağlayan katı polimerlerden yapılmış bir elektrolit kullanır:
- hizmet ömrü 50 bin saate çıkarıldı;
- ısıtma sırasında parametreler kaydedilir;
- izin verilen akım dalgalanmalarının aralığı genişletilir;
- plakaların ve kabloların direnci kapasitansı yönlendirmez.
Film
Bu modellerdeki dielektrik, Teflon, polyester, floroplastik veya polipropilen filmdir.
Kapaklar - film üzerinde folyo veya metal kaplama. Tasarım, artırılmış yüzey alanına sahip çok katmanlı montajlar oluşturmak için kullanılır.
Minyatür boyutlu film kapasitörler, yüzlerce mikrofaradlık bir kapasitansa sahiptir. Katmanların yerleşimine ve kontakların sonuçlarına bağlı olarak, ürünlerin eksenel veya radyal şekilleri yapılır.
Bazı modellerde anma gerilimi 2 kV ve üzeridir.
Polar ve polar olmayan arasındaki fark nedir
Polar olmayan, akımın yönüne bakılmaksızın kondansatörlerin devreye dahil edilmesine izin verir. Elemanlar, değişken güç kaynaklarının filtrelerinde, yüksek frekanslı amplifikatörlerde kullanılır.
Polar ürünleri işarete uygun olarak bağlanır. Ters yönde açarsanız, cihaz arızalanır veya normal şekilde çalışmaz.
Büyük ve küçük kapasiteli polar ve polar olmayan kapasitörler, dielektrik tasarımında farklılık gösterir. Elektrolitik kapasitörlerde, oksit 1 elektrota veya kağıdın 1 tarafına, filme uygulanırsa, eleman polar olacaktır.
Tasarımlarında metal oksidin dielektrikin her iki yüzeyinde simetrik olarak biriktirildiği polar olmayan elektrolitik kapasitörlerin modelleri alternatif akım devrelerine dahil edilmiştir.
Polar olanlar için, vücutta pozitif veya negatif bir elektrot işareti vardır.
Bir kapasitörün kapasitansını ne belirler?
Bir kondansatörün bir devredeki ana işlevi ve rolü, yükleri biriktirmektir ve bir diğeri de sızıntıyı önlemektir.
Kondansatörün kapasitansının değeri, ortamın dielektrik sabiti ve plakaların alanı ile doğru orantılı ve elektrotlar arasındaki mesafe ile ters orantılıdır. 2 çelişki var:
- Kapasitansı artırmak için elektrotların mümkün olduğunca kalın, geniş ve daha uzun olması gerekir. Bu durumda, cihazın boyutları artırılamaz.
- Yükleri tutmak ve istenen çekim kuvvetini sağlamak için plakalar arasındaki mesafe minimum yapılır. Bu durumda, arıza akımı azaltılamaz.
Çakışmaları çözmek için geliştiriciler şunları kullanır:
- bir çift dielektrik ve elektrotun çok katmanlı yapıları;
- gözenekli anot yapıları;
- kağıdı oksitler ve elektrolitlerle değiştirmek;
- elemanların paralel bağlantısı;
- artan dielektrik sabiti olan maddelerle boş alanı doldurmak.
Kondansatörler her yeni buluşla küçülüyor ve daha iyi oluyor.
Benzer makaleler:
