ตัวเก็บประจุคืออะไรและมีไว้เพื่ออะไร?

คำนิยาม

คำว่าคอนเดนเซอร์มาจากภาษาละติน "condensatio" ซึ่งแปลว่า "การสะสม" ในฟิสิกส์คำนี้ใช้เพื่ออธิบายถึงช่องว่างทั้งหมดของผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าที่มีวัตถุประสงค์เพื่อทำงานเป็นอุปกรณ์เก็บพลังงาน ปริมาณของพลังงานที่เก็บไว้จะขึ้นอยู่กับความจุและกำลังสองของแรงดันไฟฟ้าบนแผ่นของมันหารด้วย 2 ยิ่งไปกว่านั้นกระแสไฟฟ้าไหลผ่านมันเพียงแค่ในระหว่างการชาร์จ แต่สิ่งแรกก่อน

E = (CU²)/2

ในแง่ง่ายๆตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์ที่สามารถเก็บพลังงานไว้ สนามไฟฟ้า. ในรุ่นที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยสองตัวนำ (แผ่น) คั่นด้วยอิเล็กทริก ในภาพด้านล่างคุณจะเห็นไดอะแกรมที่เรียบง่ายของอุปกรณ์ภายนอกของตัวเก็บประจุแบบแบน สัญลักษณ์บนไดอะแกรมแสดงถึงคุณลักษณะ 2 อย่างสูง 8 มม. ที่ระยะห่าง 1.5 มม. จากกันและกัน

หลักการทำงาน

ตอนนี้เรารู้แล้วว่าองค์ประกอบนี้มีการระบุไว้อย่างไรในแผนภาพเราต้องพิจารณาหลักการทำงานของตัวเก็บประจุ เมื่อตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟประจุไฟฟ้าจากขั้วบวกและขั้วลบของ IP จะพุ่งไปที่แผ่นสะสม

กระแสไฟฟ้าถูกขัดจังหวะหลังจากชาร์จตัวเก็บประจุไปยังความจุที่กำหนดเนื่องจากมีชั้นอิเล็กทริกระหว่างแผ่นเปลือกโลกจึงไม่สามารถไหลอย่างต่อเนื่อง เมื่อปิดแหล่งจ่ายไฟประจุจะยังคงอยู่บนตัวเก็บประจุซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วจะยังคงอยู่

ค่าใช้จ่ายที่สะสมในแต่ละแผ่นอยู่ตรงข้าม ดังนั้นหน้าปกที่เชื่อมต่อกับขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟจะมีประจุบวกและขั้วที่เชื่อมต่อกับขั้วลบนั้นเป็นค่าลบ หลักการทำงานของผลิตภัณฑ์นี้ขึ้นอยู่กับแรงดึงดูดของประจุที่ต่างกันในวงจรไฟฟ้า

พูดง่ายๆว่าตัวเก็บประจุจะช่วยประหยัดพลังงานที่ถูกถ่ายโอนจากแหล่งพลังงาน - นี่คือจุดประสงค์ของมัน อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติมีความสูญเสียและการรั่วไหลที่หลากหลาย

! ที่น่าสนใจ ไลเดนแบงค์เป็นต้นแบบของตัวเก็บประจุที่ทันสมัยซึ่งเกิดในปี 1745 อุปกรณ์นี้สามารถสะสมพลังงานและแยกประกายไฟเมื่อปิดแผ่น ลักษณะและการออกแบบที่คุณเห็นด้านล่าง

และในรูปด้านล่างคุณจะเห็นโครงสร้างของตัวเก็บประจุแบบเรียบที่ง่ายที่สุด - แผ่นสองแผ่นคั่นด้วยไดอิเล็กตริก:

เนื่องจากความจุเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่ของเพลตและแปรผกผันกับระยะห่างระหว่างพวกเขาเพื่อเพิ่มความสามารถวิศวกรจึงพัฒนาตัวเก็บประจุรูปแบบอื่น ๆ ขึ้นมาจำนวนหนึ่งตัวอย่างเช่นแผ่นที่ห่อเป็นเกลียว - ดังนั้นพื้นที่ของพวกเขาจึงมีขนาดใหญ่ขึ้นหลายเท่าในขนาดโดยรวมที่เท่ากันรวมถึงโซลูชั่นทรงกระบอกและทรงกลม

หนึ่งในกฎของการสลับเปลี่ยนกล่าวว่าแรงดันไฟฟ้าข้ามเพลตตัวเก็บประจุไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ในทันที

เข้าชม

ตัวเก็บประจุสามารถจำแนกได้ตามเกณฑ์ต่างๆ

โดยความมั่นคงของความจุ:

• ถาวร.
• ตัวแปร ความสามารถของพวกเขาสามารถเปลี่ยนแปลงได้ด้วยตนเองโดยผู้ปฏิบัติงาน (ผู้ใช้) ของอุปกรณ์หรือภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้า (เช่นใน varicaps และ varicondas)

โดยขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้:

• ไม่มีขั้ว - สามารถทำงานในวงจรกระแสสลับ
• ขั้ว - เมื่อแรงดันไฟฟ้าของขั้วที่ไม่ถูกต้องเชื่อมต่อพวกเขาล้มเหลว

ตัวเลือกที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่ใช้ส่วนประกอบเหล่านี้:

• กระดาษและกระดาษเป็นเรื่องธรรมดาที่พบได้ทั่วไปในตัวเก็บประจุโซเวียตในรูปแบบของอิฐสี่เหลี่ยมที่มีเครื่องหมายเช่น "MBHCH" การปรากฏตัวของตัวเก็บประจุชนิดนี้คุณเห็นด้านล่าง พวกมันไม่ใช่ขั้ว
• เซรามิก - พวกเขามักจะกรองสัญญาณรบกวนความถี่สูงและการอนุญาตแบบสัมพัทธ์ช่วยให้คุณสร้างส่วนประกอบหลายชั้นที่มีความจุเทียบเท่ากับอิเล็กโทรไลต์ (แพง) ไม่ไวต่อขั้วไฟฟ้า
• ภาพยนตร์ - จำหน่ายในรูปแบบของแผ่นสีน้ำตาลราคาไม่แพงมีการใช้งานทุกที่ โดดเด่นด้วยกระแสไฟรั่วต่ำ, ความจุขนาดเล็ก, แรงดันไฟฟ้าทำงานสูงและไม่รู้สึกถึงขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้
• ด้วยอากาศอิเล็กทริก ตัวอย่างที่ดีที่สุดขององค์ประกอบดังกล่าวคือตัวเก็บประจุปรับของวงจรเรโซแนนจากเครื่องรับวิทยุความจุขององค์ประกอบดังกล่าวมีขนาดเล็ก แต่สะดวกในการรับรู้การเปลี่ยนแปลง
• ด้วยไฟฟ้าเป็นองค์ประกอบในรูปแบบของถังพวกเขามักจะติดตั้งเป็นตัวกรองของเครือข่ายการเต้นของชีพจรในแหล่งจ่ายไฟ การออกแบบและหลักการทำงานทำให้สามารถรับกำลังการผลิตขนาดใหญ่ที่มีขนาดเล็ก แต่เมื่อเวลาผ่านไปพวกเขาสามารถแห้งสูญเสียความจุหรือบวม ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ดูดีอย่างไรในสภาพที่คุณเห็นด้านล่าง ในฐานะที่เป็นไดอิเล็กตริกจะใช้ชั้นโลหะออกไซด์บาง ๆ หากแหล่งจ่ายไฟใช้ตัวเก็บประจุที่มีไดอิเล็กทริกจาก AL₂O₃ - ที่เรียกว่า "อลูมิเนียมอิเล็กโทรไลต์" จากนั้นสำหรับการทำงานในวงจรความถี่สูง - ใช้แทนทาลัม (ทาทาลัม)₂0₅ - พวกมันยังใช้กับตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ด้วยเนื่องจากพวกมันมีกระแสรั่วไหลน้อยกว่าความต้านทานต่ออิทธิพลภายนอกที่มากขึ้นซึ่งแตกต่างจากอะลูมิเนียมที่ผ่านมา
• พอลิเมอร์ - สามารถทนกระแสพัลซิ่งขนาดใหญ่ทำงานที่อุณหภูมิต่ำ

ข้อมูลจำเพาะที่สำคัญ

หากคุณกำลังซ่อมแซมหรือพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คุณจะต้องเลือกตัวเก็บประจุที่เหมาะสมเพื่อทดแทนตัวที่ล้มเหลว และสำหรับสิ่งนี้คุณต้องทำความคุ้นเคยกับลักษณะทางเทคนิคหลักของตัวเก็บประจุซึ่งการทำงานของมันในวงจรไฟฟ้าขึ้นอยู่กับ

กำลังการผลิตจัดอันดับ มันอธิบายถึงวัตถุประสงค์หลักของส่วนประกอบ - ชนิดของประจุที่สามารถจัดเก็บได้ คุณสมบัติหลักวัดได้ในหน่วย farads [f] อย่างไรก็ตามหน่วยการวัดดังกล่าวมีขนาดใหญ่เกินไปดังนั้นจึงใช้การแบ่งปัน:

• Milifarads, mF - 0, 001 F (10^-3);
• ไมโคร, ไมโครฟอร์ด - 0, 000 001 F (10^-6);
• Nanofarads, nF - 0, 000 000 001 F (10^-9);
• Picofarads, pF - 0, 000, 000, 001 F (10^-12).

แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดคือแรงดันไฟฟ้าที่ตัวเก็บประจุสามารถรับประกันได้ว่าจะทำงานในโหมดปกติ หากค่านี้เกินค่าการสลายตัวของอิเล็กทริกจะมีโอกาสสูงมาก อาจมาจากหน่วยของโวลต์ (สำหรับอิเล็กโทรไลต์) และมากถึงหลายพันโวลต์ (ฟิล์มและเซรามิก) เมื่อทำการซ่อมแซมค่านี้ไม่ควรต่ำกว่าค่าที่ล้มเหลวสูงกว่า - เป็นไปได้!

ความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ - ความจุจริงอาจแตกต่างจากความสามารถที่ระบุได้ สามารถเข้าถึง 20-30% แต่ยังมีรุ่นที่มีความแม่นยำสูงซึ่งมีความทนทานสูงถึง 1% - สำหรับใช้ในวงจรที่ต้องการความแม่นยำเป็นพิเศษ

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความจุ - พารามิเตอร์นี้มีความสำคัญสำหรับอิเล็กโทรไลต์ ในตัวเก็บประจุอลูมิเนียมเมื่ออุณหภูมิลดลงความจุจะลดลงและความต้านทานไฟฟ้าเพิ่มขึ้น (เป็น ESR ภาษาอังกฤษ)

ความต้านทานแบบอนุกรมเทียบเท่า ESR ก็มีความสำคัญสำหรับอิเล็กโทรไลต์ กล่าวง่ายๆคือยิ่งยิ่งใหญ่ยิ่งแย่ ใน condors บวม ESR เพิ่มขึ้น

ในตารางด้านล่างคุณจะเห็นค่า ESR ที่อนุญาตสำหรับความจุและแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับที่แตกต่างกัน

ที่ไหนและสำหรับสิ่งที่ถูกนำไปใช้

ถึงกระนั้นเราจะตอบคำถามว่า "ตัวเก็บประจุออกแบบมาเพื่ออะไร" จากมุมมองของภาคปฏิบัติ เมื่อต้องการทำเช่นนี้พิจารณาหลายโครงร่าง

ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้ามักใช้อย่างกว้างขวางเนื่องจากตัวกรองระลอกของเครือข่ายในแหล่งจ่ายไฟ แผนภาพด้านล่างแสดงตำแหน่งที่ติดตั้งอิเล็กโทรไลต์ ยิ่งโหลดมากเท่าไหร่ความจุของอิเล็กโทรไลต์ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

สถานที่ถัดไปที่ใช้ตัวเก็บประจุคือตัวกรองผ่านสูงและต่ำ แผนภาพด้านล่างแสดงการรวมแบบทั่วไป ดังนั้นในลำโพง, เบส, ความถี่กลางและความถี่สูงจะถูกนำมาประกอบเข้ากับลำโพงโดยไม่ต้องใช้ส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่

อุปกรณ์จ่ายไฟแบบบัลลาสต์มักใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่ขนาดเล็กและอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำเช่นหลอด LED ราคาถูก, วิทยุและอื่น ๆ ตัวเก็บประจุแบบฟิล์มมีการติดตั้งแบบต่อเนื่องกับอุปกรณ์จ่ายกระแสไฟฟ้า จำกัด เนื่องจากปฏิกิริยาของมัน - นี่คือหลักการของการทำงานของวงจรอย่างง่าย

Snabbers เป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อปกป้องสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์และหน้าสัมผัสรีเลย์จากโหลดสวิตช์ ใน PSUs ความถี่สูงที่ทันสมัยพัลส์, snubbers จากตัวต้านทานและตัวเก็บประจุถูกนำมาใช้, ดังนั้นการปรับปรุงพารามิเตอร์หลักในวงจรและลดโหลดบนปุ่ม, เช่นเดียวกับการสูญเสียพลังงานในความร้อนของมัน หลักการทำงานของเครื่องดักจับฝุ่นคือการชะลอการเติบโตและลดลงของแรงดันไฟฟ้าที่สำคัญเนื่องจากการใช้เวลาในการประจุคงที่ของประจุ

ข้อสรุป

เราตรวจสอบว่าตัวเก็บประจุคืออะไรมันถูกออกแบบมาอย่างไรและมันทำงานอย่างไร สำหรับการศึกษาที่ลึกกว่านั้นคุณจำเป็นต้องทำความคุ้นเคยกับตัวเก็บประจุชนิดใดและคุณสมบัติที่ใช้งานได้จริงในวงจรและแอพพลิเคชั่นต่าง ๆ ตัวอย่างเช่นในกรณีที่ต้องการความแม่นยำเป็นพิเศษในการใช้งานและความน่าเชื่อถืออิเล็กโทรไลต์ ESR ต่ำหรืออิเล็กโทรไลต์แทนทาลัมถูกนำมาใช้ในขณะที่ไม่มีความแตกต่างเป็นพิเศษในตัวกรองบน ​​rectifier สิ่งที่จะใส่

ในท้ายที่สุดเราขอแนะนำให้ดูวิดีโอที่มีประโยชน์ในหัวข้อของบทความ:

อ่านเพิ่มเติม:

• ตัวนำไฟฟ้าเซมิคอนดักเตอร์และไดอิเล็กทริกคืออะไร
• ความจุไฟฟ้าคืออะไร
• วิธีการในการกำหนดความจุของตัวเก็บประจุ