L'element base per al disseny de dispositius electrònics és cada cop més complicat. Els dispositius es combinen en circuits integrats amb una determinada funcionalitat i control de programa. Però el desenvolupament es basa en dispositius bàsics: condensadors, resistències, díodes i transistors.
Contingut
Què és un condensador
Un dispositiu que emmagatzema energia elèctrica en forma de càrregues elèctriques s'anomena condensador.
La quantitat d'electricitat o càrrega elèctrica en física es mesura en coulombs (C). La capacitat es mesura en farads (F).
Un conductor solitari amb una capacitat elèctrica d'1 farad és una bola metàl·lica amb un radi igual a 13 radis del Sol.Per tant, el condensador inclou almenys 2 conductors, que estan separats per un dielèctric. En dissenys senzills del dispositiu: paper.
El funcionament d'un condensador en un circuit de corrent continu es duu a terme quan s'engega i s'apaga l'alimentació, només en moments de transició canvia el potencial de les plaques.
El condensador del circuit de CA es recarrega a una freqüència igual a la freqüència de la tensió d'alimentació. Com a resultat de les càrregues i descàrregues contínues, el corrent flueix a través de l'element. Més freqüència: el dispositiu es recarrega més ràpidament.
La resistència d'un circuit amb un condensador depèn de la freqüència del corrent. A una freqüència de CC zero, el valor de la resistència tendeix a l'infinit. A mesura que augmenta la freqüència de CA, la resistència disminueix.
On s'utilitzen els condensadors?
El funcionament dels dispositius electrònics, d'enginyeria de ràdio i elèctrics és impossible sense condensadors.
En enginyeria elèctrica, s'utilitzen per desplaçar fases en arrencar motors d'inducció. Sense canvi de fase, un motor asíncron trifàsic en una xarxa monofàsica variable no funciona.
Els condensadors amb una capacitat de diversos farads - ionistors s'utilitzen en vehicles elèctrics com a fonts d'energia del motor.
Per entendre per què es necessita un condensador, cal saber que el 10-12% dels dispositius de mesura funcionen segons el principi de canviar la capacitat elèctrica quan canvien els paràmetres de l'entorn extern. La capacitat de reacció dels dispositius especials s'utilitza per a:
- registre de moviments febles mitjançant un augment o disminució de la distància entre les plaques;
- determinació de la humitat fixant els canvis en la resistència del dielèctric;
- mesura del nivell de líquid, que modifica la capacitat de l'element quan s'omple.
És difícil imaginar com es dissenyen l'automatització i la protecció de relés sense condensadors. Algunes lògiques de protecció tenen en compte la multiplicitat de recàrregues del dispositiu.
Els elements capacitius s'utilitzen en circuits de dispositius de comunicació mòbil, equips de ràdio i televisió. Els condensadors s'utilitzen en:
- amplificadors de freqüències altes i baixes;
- fonts d'alimentació;
- filtres de freqüència;
- amplificadors de so;
- processadors i altres microcircuits.
És fàcil trobar la resposta a la pregunta de per a què serveix un condensador, si ens fixem en els circuits elèctrics dels dispositius electrònics.
Principi de funcionament del condensador
En un circuit de corrent continu, les càrregues positives es recullen en una placa i les càrregues negatives a l'altra. A causa de l'atracció mútua, les partícules es mantenen al dispositiu i el dielèctric entre elles no permet connectar-se. Com més prim és el dielèctric, més fortes estan lligades les càrregues.
El condensador pren la quantitat d'electricitat necessària per omplir el contenidor i el corrent s'atura.
Amb una tensió constant al circuit, l'element reté una càrrega fins que s'apaga l'alimentació. Després es descarrega a través de les càrregues del circuit.
El corrent altern flueix per un condensador d'una manera diferent. La primera ¼ del període d'oscil·lació és el moment en què es carrega el dispositiu. L'amplitud del corrent de càrrega disminueix exponencialment i al final del trimestre baixa a zero. EMF en aquest moment arriba a l'amplitud.
En el segon període ¼, l'EMF cau i la cèl·lula comença a descarregar-se. La disminució de l'EMF és inicialment petita i el corrent de descàrrega, respectivament, també. Creix segons la mateixa dependència exponencial. Al final del període, l'EMF és zero, el corrent és igual al valor d'amplitud.
En la tercera ¼ del període d'oscil·lació, la FEM canvia de direcció, passa per zero i augmenta.El signe de càrrega de les plaques està invertit. El corrent disminueix de magnitud i conserva la direcció. En aquest punt, el corrent elèctric condueix la tensió 90° en fase.
En els inductors, passa el contrari: la tensió condueix el corrent. Aquesta propietat és el primer a l'hora de triar quins circuits utilitzar al circuit: RC o RL.
Al final del cicle, a l'última ¼ d'oscil·lació, l'EMF cau a zero i el corrent arriba al seu valor màxim.
La "capacitat" es descarrega i es carrega 2 vegades per període i condueix corrent altern.
Aquesta és una descripció teòrica dels processos. Per entendre com funciona l'element del circuit directament al dispositiu, es calculen la resistència inductiva i capacitiva del circuit, es calculen els paràmetres dels altres participants i es té en compte la influència de l'entorn extern.
Característiques i propietats principals
Els paràmetres del condensador que s'utilitzen per crear i reparar dispositius electrònics inclouen:
- Capacitat - C. Determina la quantitat de càrrega que aguanta el dispositiu. El valor de la capacitat nominal s'indica al cas. Per crear els valors requerits, els elements s'inclouen al circuit en paral·lel o en sèrie. Els valors operatius no coincideixen amb els calculats.
- Freqüència de ressonància - fр. Si la freqüència del corrent és més gran que la de ressonància, apareixen les propietats inductives de l'element. Això dificulta la feina. Per proporcionar la potència calculada al circuit, és raonable utilitzar un condensador a freqüències inferiors als valors de ressonància.
- Tensió nominal - Un. Per evitar l'avaria de l'element, la tensió de funcionament s'estableix a menys que la tensió nominal. El paràmetre s'indica a la caixa del condensador.
- Polaritat. Si la connexió és incorrecta, es produirà una fallada i una fallada.
- Resistència d'aïllament elèctric - Rd. Defineix el corrent de fuga del dispositiu. En els dispositius, les peces es troben a prop les unes de les altres. Amb un corrent de fuga elevada, són possibles connexions paràsites als circuits. Això condueix a mal funcionament. El corrent de fuga degrada les propietats capacitives de l'element.
- Coeficient de temperatura - TKE. El valor determina com canvia la capacitat del dispositiu amb les fluctuacions de la temperatura de l'entorn. El paràmetre s'utilitza quan es desenvolupen dispositius per funcionar en condicions climàtiques severes.
- efecte piezoelèctric paràsit. Alguns tipus de condensadors, quan es deformen, creen soroll als dispositius.
Tipus i tipus de condensadors
Els elements capacitius es classifiquen segons el tipus de dielèctric utilitzat en el disseny.
Condensadors paper i metall-paper
Els elements s'utilitzen en circuits amb tensió constant o lleugerament pulsada. La simplicitat del disseny es tradueix en una estabilitat del rendiment un 10-25% més baixa i pèrdues augmentades.
En els condensadors de paper, les plaques de paper d'alumini separen el paper. Els conjunts es retorcen i es col·loquen en una caixa en forma de cilindre o de paral·lelepípede rectangular.
Els dispositius funcionen a temperatures de -60 ... + 125 ° C, amb una tensió nominal de dispositius de baixa tensió de fins a 1600 V, dispositius d'alta tensió - per sobre de 1600 V i una capacitat de fins a desenes de microfarads.
En els dispositius de paper metàl·lic, en comptes de paper d'alumini, s'aplica una fina capa de metall al paper dielèctric. Això ajuda a produir elements més petits. Amb avaries menors, és possible l'autocuració del dielèctric. Els elements de paper metàl·lic són inferiors als elements de paper pel que fa a la resistència d'aïllament.
Condensadors electrolítics
El disseny dels productes s'assembla als de paper. Però en la fabricació de cèl·lules electrolítiques, el paper està impregnat d'òxids metàl·lics.
En productes amb un electròlit sense paper, l'òxid es diposita sobre un elèctrode metàl·lic. Els òxids metàl·lics tenen conductivitat unilateral, cosa que fa que el dispositiu sigui polar.
En alguns models de cèl·lules electrolítiques, les plaques estan fetes amb solcs que augmenten la superfície de l'elèctrode. Els buits a l'espai entre les plaques s'eliminen inundant amb electròlit. Això millora les propietats capacitives del producte.
Una gran capacitat de dispositius electrolítics, centenars de microfarads, s'utilitza en els filtres per suavitzar les ondulacions de tensió.
Electrolític d'alumini
En dispositius d'aquest tipus, el revestiment de l'ànode està fet de paper d'alumini. La superfície està recoberta d'òxid metàl·lic, un dielèctric. El revestiment del càtode és un electròlit sòlid o líquid, que es selecciona de manera que la capa d'òxid de la làmina es restabli durant el funcionament. El dielèctric d'autocuració allarga la vida de l'element.
Els condensadors d'aquest disseny requereixen polaritat. Quan es torni a encendre, trencarà la caixa.
Els dispositius, a l'interior dels quals es troben els conjunts polars antiseqüencials, s'utilitzen en 2 direccions. La capacitat de les cèl·lules electrolítiques d'alumini arriba a diversos milers de microfarads.
Tàntal electrolític
L'elèctrode d'ànode d'aquests dispositius està fet d'una estructura porosa obtinguda escalfant pols de tàntal a +2000 °C. El material sembla una esponja. La porositat augmenta la superfície.
Mitjançant l'oxidació electroquímica, s'aplica a l'ànode una capa de pentòxid de tàntal de fins a 100 nanòmetres de gruix. Un dielèctric sòlid està fet de diòxid de manganès.L'estructura acabada es pressiona en un compost: una resina especial.
Els productes de tantal s'utilitzen a freqüències actuals superiors a 100 kHz. La capacitat es crea fins a centenars de microfarads, a una tensió de funcionament de fins a 75 V.
Polímer
Els condensadors utilitzen un electròlit fet de polímers sòlids, que ofereix una sèrie d'avantatges:
- la vida útil augmenta fins a 50 mil hores;
- els paràmetres es guarden durant la calefacció;
- s'amplia el rang de ondulacions de corrent admissibles;
- la resistència de les plaques i els cables no desvia la capacitat.
Pel·lícula
El dielèctric en aquests models és una pel·lícula de tefló, polièster, fluoroplàstic o polipropilè.
Cobertes: deposició de làmina o metall a la pel·lícula. El disseny s'utilitza per crear conjunts multicapa amb una superfície augmentada.
Els condensadors de pel·lícula amb mides en miniatura tenen una capacitat de centenars de microfarads. En funció de la col·locació de les capes i de les conclusions dels contactes, es realitzen formes axials o radials dels productes.
En alguns models, la tensió nominal és de 2 kV i més.
Quina diferència hi ha entre polar i no polar
Els no polars permeten la inclusió de condensadors al circuit sense tenir en compte la direcció del corrent. Els elements s'utilitzen en filtres de fonts d'alimentació variables, amplificadors d'alta freqüència.
Els productes Polar estan connectats d'acord amb el marcatge. Si l'enceneu en sentit contrari, el dispositiu fallarà o no funcionarà amb normalitat.
Els condensadors polars i no polars de gran i petita capacitat difereixen en el disseny del dielèctric. En els condensadors electrolítics, si l'òxid s'aplica a 1 elèctrode o 1 cara de paper, pel·lícula, llavors l'element serà polar.
Els models de condensadors electrolítics no polars, en els dissenys dels quals l'òxid metàl·lic es va dipositar simètricament a les dues superfícies del dielèctric, s'inclouen en circuits de corrent altern.
Per als polars, hi ha una marca d'un elèctrode positiu o negatiu al cos.
Què determina la capacitat d'un condensador
La funció i funció principal d'un condensador en un circuit és acumular càrregues, i una altra és evitar fuites.
El valor de la capacitat del condensador és directament proporcional a la constant dielèctrica del medi i l'àrea de les plaques, i inversament proporcional a la distància entre els elèctrodes. Hi ha 2 contradiccions:
- Per augmentar la capacitat, calen els elèctrodes tan gruixuts, més amples i més llargs com sigui possible. En aquest cas, les dimensions del dispositiu no es poden augmentar.
- Per mantenir les càrregues i proporcionar la força d'atracció desitjada, la distància entre les plaques es minimitza. En aquest cas, el corrent de ruptura no es pot reduir.
Per resoldre conflictes, els desenvolupadors utilitzen:
- construccions multicapa d'un parell de dielèctric i elèctrode;
- estructures d'ànodes poroses;
- substituir el paper per òxids i electròlits;
- connexió paral·lela d'elements;
- omplint l'espai lliure amb substàncies amb constant dielèctrica augmentada.
Els condensadors són cada cop més petits i millors amb cada nou invent.
Articles semblants:
