Bir elektrik kondansatörü, ana işlevi enerjiyi depolamak ve daha sonra devreye geri döndürmek olan herhangi bir elektronik cihazın elektrik devresinin elemanlarından biridir. Endüstri, türleri, kapasiteleri, boyutları ve uygulamaları bakımından farklılık gösteren çok çeşitli kapasitörler sunar.
Kondansatörlerin çalışma prensibi ve özellikleri
Kondansatörün cihazı, ince bir dielektrik tabakası ile ayrılmış iki metal plaka-plakadan oluşur. Plakaların boyutlarının ve düzeninin oranı ve dielektrik malzemenin özelliği, kapasitans indeksini belirler.
Herhangi bir kapasitörün tasarım geliştirmesi, cihazın baskılı devre kartında yer kazanmak için minimum boyutlara dayalı olarak maksimum kapasitansı elde etmeyi amaçlamaktadır. Görünüşte en popüler formlardan biri, içinde metal plakaların aralarında bir dielektrik ile büküldüğü bir namlu şeklindedir.1745'te Leiden şehrinde (Hollanda) icat edilen ilk kapasitöre "Leiden kavanozu" adı verildi.
Bileşenin çalışma prensibi, şarj etme ve boşaltma yeteneğidir. Plakaların birbirinden küçük bir mesafede bulunması nedeniyle şarj mümkündür. Bir dielektrik ile ayrılan yakındaki yükler birbirine çekilir ve plakalarda oyalanır ve kapasitörün kendisi böylece enerji depolar. Güç kaynağının bağlantısını kestikten sonra, bileşen devredeki enerjinin geri dönüşü, deşarj için hazırdır.
İşin performansını, kalitesini ve dayanıklılığını belirleyen parametreler ve özellikler:
- elektrik kapasitesi;
- özel kapasite;
- izin verilen sapma;
- elektrik gücü;
- kendi endüktansı;
- dielektrik absorpsiyon;
- kayıplar;
- istikrar;
- güvenilirlik.
Yük depolama yeteneği, bir kapasitörün kapasitansını belirler. Kapasiteyi hesaplarken bilmeniz gerekenler:
- kapsama alanı;
- plakalar arasındaki mesafe;
- dielektrik malzemenin dielektrik sabiti.
Kapasitansı artırmak için plakaların alanını artırmak, aralarındaki mesafeyi azaltmak ve malzemesi yüksek dielektrik sabitine sahip bir dielektrik kullanmak gerekir.
Farad (F), kapasitansı belirtmek için kullanılır - adını İngiliz fizikçi Michael Faraday'ın onuruna alan bir ölçü birimi. Ancak, 1 Farad çok büyük. Örneğin gezegenimizin kapasitesi 1 faraddan azdır. Radyo elektroniğinde daha küçük değerler kullanılır: mikrofarad (µF, bir faradın milyonda biri) ve picofarad (pF, bir mikrofaradın milyonda biri).
Spesifik kapasitans, kapasitansın dielektrik kütlesine (hacim) oranından hesaplanır.Bu gösterge geometrik boyutlardan etkilenir ve dielektrik hacmini azaltarak spesifik kapasitansta bir artış elde edilir, ancak bu bozulma riskini artırır.
Kapasitenin pasaport değerinin gerçek değerden izin verilen sapması, doğruluk sınıfını belirler. GOST'a göre, gelecekteki kullanımı belirleyen 5 doğruluk sınıfı vardır. En yüksek doğruluk sınıfındaki bileşenler, yüksek sorumluluk devrelerinde kullanılır.
Dielektrik gücü, bir yük tutma ve çalışma özelliklerini koruma yeteneğini belirler. Plakalarda kalan yükler, dielektrik üzerinde hareket ederek birbirine eğilim gösterir. Elektrik gücü, kullanım süresini belirleyen bir kapasitörün önemli bir özelliğidir. Hatalı çalışma durumunda, dielektrik arızası meydana gelir ve bileşen arızalanır.
İndüktörlü AC devrelerinde öz endüktans dikkate alınır. DC devreleri için dikkate alınmaz.
Dielektrik absorpsiyon - hızlı deşarj sırasında plakalardaki voltajın görünümü. Yüksek voltajlı elektrikli cihazların güvenli çalışması için absorpsiyon olayı dikkate alınır, çünkü kısa devre durumunda hayati tehlike vardır.
Kayıplar, dielektrikin düşük akım iletiminden kaynaklanır. Elektronik cihazların bileşenlerini farklı sıcaklık koşullarında ve farklı nem koşullarında çalıştırırken, kayıpların kalite faktörünün etkisi vardır. Ayrıca çalışma frekansından da etkilenir. Düşük frekanslarda, dielektrikteki kayıplar, yüksek frekanslarda - metalde.
Kararlılık, ortam sıcaklığından da etkilenen bir kapasitör parametresidir.Etkileri, bir sıcaklık katsayısı ile karakterize edilen tersine çevrilebilir ve bir sıcaklık kararsızlığı katsayısı ile karakterize edilen geri döndürülemez olarak ayrılır.
Kondansatörün güvenilirliği öncelikle çalışma koşullarına bağlıdır. Arızaların analizi, vakaların %80'inde arızanın başarısızlığın nedeni olduğunu göstermektedir.
Amaca, tipe ve uygulama alanına bağlı olarak kapasitörlerin boyutları da farklılık gösterir. Boyutları birkaç milimetreden birkaç santimetreye kadar değişen en küçüğü ve en küçüğü elektronikte, en büyüğü ise endüstride kullanılmaktadır.
Amaç
Enerjiyi depolama ve serbest bırakma özelliği, modern elektronikte kapasitörlerin yaygın kullanımını belirlemiştir. Dirençler ve transistörlerle birlikte elektrik mühendisliğinin temelini oluştururlar. Bazı kapasitelerde kullanılmayacakları tek bir modern cihaz yoktur.
Aynı özelliklere sahip bir endüktans ile birlikte şarj ve deşarj olma yetenekleri radyo ve televizyon teknolojisinde aktif olarak kullanılmaktadır. Bir kondansatörün salınım devresi ve endüktans, sinyalleri iletmek ve almak için temel oluşturur. Kondansatörün kapasitansını değiştirmek, salınım devresinin frekansını değiştirmenize izin verir. Örneğin, radyo istasyonları kendi frekanslarında yayın yapabilir ve radyolar bu frekanslara bağlanabilir.
Önemli bir işlev, AC dalgalanmalarının yumuşatılmasıdır. AC gücüyle çalışan herhangi bir elektronik cihaz, iyi kalitede DC üretmek için elektrik kapasitörlerini filtrelemeye ihtiyaç duyar.
Fotoğraf ekipmanlarında şarj etme ve boşaltma mekanizması aktif olarak kullanılmaktadır.Tüm modern kameralar, hızlı deşarj özelliği nedeniyle gerçekleştirilen çekim için bir flaş kullanır. Bu alanda, enerjiyi iyi depolayabilen ancak yavaş yavaş serbest bırakabilen pilleri kullanmak kârsızdır. Ve kapasitörler, aksine, parlak bir flaş için yeterli olan depolanan tüm enerjiyi anında serbest bırakır.
Kapasitörler tarafından yüksek güçlü darbeler üretme yeteneği, radarda ve lazerlerin oluşturulmasında kullanılır.
Kondansatörler, yüksek yüklü rölelerin anahtarlanmasının gerekli olduğu telemekanik ve otomasyonun yanı sıra telgraf ve telefonda kıvılcım söndürücü kontakların rolünü yerine getirir.
Uzun elektrik hatlarının voltaj regülasyonu, kompanzasyon tankları kullanılarak gerçekleştirilir.
Modern kapasitörler, yetenekleri nedeniyle sadece radyo elektroniği alanında kullanılmamaktadır. Metal işleme, madencilik, kömür endüstrisinde kullanılırlar.
Ana çeşitler
Elektronik cihazların çeşitli uygulamaları ve çalışma koşulları nedeniyle, türleri ve özellikleri bakımından farklılık gösteren çok çeşitli bileşenler vardır. Ana bölüm, sınıfa ve kullanılan dielektrik türüne göredir.
Sınıfa göre ayrılmış kapasitör türleri:
- sabit kapasite ile;
- değişken kapasiteli;
- akort.
Her elektronik cihazda sabit kapasitans bileşenleri kullanılmaktadır.
Devrenin kapasitansını ve parametrelerini değiştirmek için, örneğin salınımlı devrelerdeki frekans, değişken kapasitanslı kapasitörler kullanılır.Cihazlarında, çalışmalarının dayanıklılığını sağlayan birkaç metal hareketli plaka bölümü vardır.
Düzeltici kapasitörler, ekipmanın bir kerelik ayarlanması için kullanılır. Çeşitli kapasite değerlerinde mevcutturlar (birkaç pikofaraddan birkaç yüz pikofarada kadar) ve 60 volta kadar olan voltajlar için derecelendirilmişlerdir. Kullanımları olmadan ekipmana ince ayar yapmak imkansızdır.
Dielektrik tipine göre kapasitör tipleri:
- seramik dielektrik ile;
- film dielektrik ile;
- elektrolitik;
- iyonlaştırıcılar.
Seramik olanlar, üzerine metal uçların püskürtüldüğü küçük bir seramik malzeme plakası şeklinde yapılır. Bu tür kapasitörler farklı özelliklere sahiptir ve hem yüksek voltajlı hem de düşük voltajlı devreler için kullanılır.
Düşük voltajlı devreler için, en sık olarak, onlarca pikofaraddan mikrofarad birimlerine kadar kapasiteye sahip epoksi reçine veya plastik kasalardaki çok katmanlı küçük boyutlu bileşenler kullanılır. Radyo-elektronik ekipmanın yüksek frekanslı devrelerinde kullanılırlar ve zorlu iklim koşullarında çalışabilirler.
Yüksek voltajlı devreler için, onlarca pikofaraddan binlerce pikofarada kadar kapasitelerde daha büyük seramik kapasitörler yapılır. Darbe devrelerinde ve voltaj dönüştürme ekipmanlarında kullanılırlar.
Film dielektrik farklı tiplerdedir. Bunlardan en yaygın olanı, yüksek mukavemete sahip olan lavsandır. Daha az yaygın olan, daha düşük kayıplara sahip olan ve ses yükseltme devreleri ve orta frekans devreleri gibi yüksek voltaj devrelerinde kullanılan polipropilen dielektriktir.
Motorların çalıştırılması sırasında kullanılan ve yüksek kapasitansları ve özel dielektrik malzemeleri nedeniyle elektrik motoru üzerindeki yükü azaltan ayrı bir film kapasitör tipi başlatılır. Yüksek çalışma voltajı ve elektriksel reaktif güç ile karakterize edilirler.
Elektrolitik kapasitörler klasik bir tasarımda yapılmıştır. Gövde alüminyumdan yapılmıştır, içi haddelenmiş metal plakalardır. Metal oksit bir plaka üzerinde kimyasal olarak biriktirilir ve ikinci plaka üzerinde bir sıvı veya katı elektrolit birikerek bir dielektrik oluşturur. Böyle bir cihaz sayesinde, elektrolitik kapasitörler büyük bir kapasiteye sahiptir, ancak zamanla kullanımlarının özelliği, değişmesidir.
Seramik ve film kapasitörlerin aksine, elektrolitik kapasitörlerin polaritesi vardır. Sırayla, bu dezavantajdan yoksun, radyal, minyatür, eksenel olmayan kutuplara ayrılırlar. Uygulamalarının kapsamı geleneksel bilgisayar ve modern mikro bilgisayar teknolojisidir.
Nispeten yakın zamanda ortaya çıkan özel bir tip iyonlaştırıcılardır. Tasarımlarında elektrolitik kapasitörlere benzerler, ancak büyük kapasiteleri (Farad birimlerine kadar) ile ayırt edilirler. Bununla birlikte, kullanımları birkaç voltluk küçük bir maksimum voltajla sınırlıdır. Süper kapasitörler hafızayı depolamak için kullanılır: Bir cep telefonu veya minyatür bilgisayardaki pil biterse, saklanan bilgiler geri dönülmez şekilde kaybolmaz.
Uzun zaman önce ortaya çıkan ve geleneksel olarak kullanılan çıktı versiyonundaki bileşenlerin yanı sıra, SMD versiyonunda veya diğer adıyla yüzeye montaj için modern bileşenler üretilmektedir. Örneğin seramik, en küçüğünden (1 mm x 0,5 mm) en büyüğüne (5,7 mm x 5 mm) kadar çeşitli kasa boyutlarında ve onlarca volttan yüzlercesine karşılık gelen voltajlarda üretilebilir.
Elektrolitik kapasitörler, yüzeye monte paketlerde de üretilebilir. Bunlar standart alüminyum elektrolitik kapasitörler olabilir veya biraz seramik gibi görünen, ancak daha yüksek kapasitans ve düşük kayıplarda onlardan farklı olan tantal kapasitörler olabilir. Hem sabitlenmiş hem de sabitlenmemiş SMD olabilirler.
Tantal kapasitörlerin bir özelliği, biraz daha düşük kapasitans limiti ile uzun ömür ve minimum kayıplardır, ancak aynı zamanda yüksek bir fiyatla ayırt edilirler. Yüksek kapasitansın gerekli olduğu yüksek sorumluluk devrelerinde kullanılırlar.
Benzer makaleler:
