Một tụ điện là gì và nó để làm gì?

Định nghĩa

Từ ngưng tụ xuất phát từ "ngưng tụ" tiếng Latin, dịch là "tích lũy". Trong vật lý, thuật ngữ này được sử dụng để mô tả toàn bộ các sản phẩm điện có mục đích là làm việc như một thiết bị lưu trữ năng lượng. Lượng năng lượng được lưu trữ phụ thuộc vào công suất và bình phương điện áp trên các bản của nó, chia cho 2. Ngoài ra, dòng điện chạy qua nó chỉ trong quá trình sạc. Nhưng điều đầu tiên trước tiên.

E = (CU²)/2

Nói một cách đơn giản, tụ điện là một thiết bị có thể lưu trữ năng lượng trong điện trường. Trong phiên bản đơn giản nhất, nó bao gồm hai dây dẫn (tấm), được ngăn cách bởi một lớp điện môi. Trong hình bên dưới, bạn thấy một sơ đồ đơn giản hóa của thiết bị bên ngoài của một tụ điện phẳng. Biểu tượng trên sơ đồ đại diện cho 2 tính năng cao 8 mm, ở khoảng cách 1,5 mm với nhau.

Nguyên lý hoạt động

Bây giờ chúng ta đã biết làm thế nào phần tử này được chỉ định trên các sơ đồ, chúng ta cần xem xét nguyên tắc hoạt động của tụ điện. Khi các bản tụ được kết nối với nguồn điện, các điện tích từ các cực dương và cực âm của IP sẽ chạy tới các bản cực, tích tụ trên chúng.

Dòng điện bị gián đoạn sau khi sạc tụ điện đến công suất danh định, vì có một lớp điện môi giữa các bản, nó không thể chảy liên tục. Khi nguồn điện bị tắt, các điện tích sẽ vẫn ở trên tụ điện, điều đó có nghĩa là điện áp ở các cực của nó sẽ vẫn còn.

Các khoản phí tích lũy trên mỗi tấm là đối diện. Theo đó, vỏ được kết nối với cực dương của nguồn điện được tích điện dương và nắp được nối với cực âm là âm. Nguyên lý hoạt động của sản phẩm này dựa trên sự hấp dẫn của các điện tích trái dấu trong mạch điện.

Nói một cách đơn giản, tụ điện sẽ tiết kiệm năng lượng được truyền từ nguồn điện - đây là mục đích của nó. Tuy nhiên, trong thực tế có nhiều tổn thất và rò rỉ.

Hấp dẫn! Leiden Bank là một nguyên mẫu của các tụ điện hiện đại ra đời vào năm 1745. Thiết bị này có thể tích lũy năng lượng và trích xuất tia lửa khi các tấm của nó được đóng lại. Ngoại hình và thiết kế bạn nhìn thấy dưới đây.

Và trong hình dưới đây, bạn thấy cấu trúc của tụ điện phẳng đơn giản nhất - hai bản được phân tách bằng một lớp điện môi:

Do điện dung tỷ lệ thuận với diện tích của các bản và tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa chúng, để tăng công suất, các kỹ sư đã phát triển một số dạng tụ điện khác.Ví dụ, các tấm được bọc trong một hình xoắn ốc - vì vậy diện tích của chúng trở nên lớn hơn gấp nhiều lần ở cùng kích thước tổng thể, cũng như các giải pháp hình trụ và hình cầu.

Một trong những định luật chuyển đổi trạng thái rằng điện áp trên các bản tụ có thể thay đổi đột ngột, như minh họa thu nhỏ sau đây.

Lượt xem

Tụ điện có thể được phân loại theo các tiêu chí khác nhau.

Theo hằng số năng lực:

• Dài hạn.
• Biến Công suất của chúng có thể được thay đổi bằng tay bởi người vận hành (người dùng) của thiết bị hoặc dưới ảnh hưởng của điện áp (như trong varicaps và varicondas).

Theo cực tính của điện áp ứng dụng:

• Không phân cực - có thể làm việc trong các mạch điện xoay chiều.
• Cực - khi điện áp của cực sai được kết nối, chúng bị hỏng.

Tùy thuộc vào nơi các thành phần này được sử dụng, các tùy chọn khác nhau được phân biệt bằng vật liệu:

• Giấy và giấy là phổ biến đối với nhiều loại phổ biến trong thời Xô viết ở dạng gạch hình chữ nhật có dấu như "MBGCH". Sự xuất hiện của loại tụ điện mà bạn nhìn thấy dưới đây. Chúng không phân cực.
• Gạch - họ thường lọc nhiễu tần số cao, và độ thấm tương đối cho phép bạn tạo ra các thành phần đa lớp có công suất tương đương với chất điện phân (đắt tiền), không nhạy cảm với cực.
• Phim - được phân phối dưới dạng các miếng đệm màu nâu, rẻ tiền, được sử dụng ở mọi nơi. Đặc trưng bởi dòng rò thấp, công suất nhỏ, điện áp hoạt động cao và không nhạy cảm với cực tính của điện áp ứng dụng.
• Với một chất điện môi không khí. Ví dụ tốt nhất của một phần tử như vậy là tụ điều chỉnh của mạch cộng hưởng từ máy thu radio, công suất của các phần tử này nhỏ, nhưng thuận tiện để nhận ra sự thay đổi của nó.
• Điện phân - đây là những yếu tố ở dạng thùng, chúng được cài đặt thường xuyên nhất như một bộ lọc của các xung mạng trong nguồn cung cấp. Thiết kế và nguyên tắc hoạt động giúp có thể có được công suất lớn với kích thước nhỏ, nhưng theo thời gian chúng có thể bị khô, mất công suất hoặc phồng lên. Làm thế nào những sản phẩm này nhìn trong tình trạng tốt bạn nhìn thấy dưới đây. Là một chất điện môi, một lớp oxit kim loại mỏng được sử dụng. Nếu nguồn điện sử dụng tụ điện có điện môi từ AL₂Ôi₃ - cái gọi là "Chất điện phân nhôm", sau đó để làm việc trong các mạch tần số cao - sử dụng tantalum (Ta₂0₅ - chúng cũng áp dụng cho các tụ điện), bởi vì chúng có dòng rò ít hơn, khả năng chống lại các tác động bên ngoài lớn hơn, không giống như các nhôm trước đây.
• Polyme - có thể chịu được dòng xung lớn, hoạt động ở nhiệt độ thấp

Thông số kỹ thuật chính

Nếu bạn đang sửa chữa hoặc phát triển một thiết bị điện tử, bạn sẽ cần phải chọn một tụ điện phù hợp để thay thế cho một thiết bị hỏng. Và để làm được điều này, bạn cần làm quen với các đặc tính kỹ thuật chính của tụ điện, phụ thuộc vào hoạt động của nó trong mạch điện.

Công suất định mức. Nó đặc trưng cho mục đích chính của thành phần - loại phí nào nó có thể lưu trữ. Các đặc tính chính được đo bằng farads [f]. Tuy nhiên, một đơn vị đo lường như vậy là quá lớn, do đó, cổ phiếu được sử dụng:

• Milifarad, mF - 0, 001 F (10^-3);
• Microfarad, microfarad - 0, 000 001 F (10^-6);
• Nanofarads, nF - 0, 000 000 001 F (10^-9);
• Picofarad, pF - 0, 000, 000, 001 F (10^-12).

Điện áp định mức là điện áp mà tụ có thể được đảm bảo để hoạt động ở chế độ bình thường. Nếu vượt quá giá trị này, rất có thể xảy ra sự cố điện môi. Nó có thể từ các đơn vị volt (đối với chất điện phân) và lên đến hàng ngàn volt (phim và gốm). Khi sửa chữa, giá trị này không được thấp hơn giá trị của một lỗi, cao hơn - có thể!

Dung sai sai lệch - công suất thực tế có thể khác bao nhiêu so với công suất danh nghĩa được khai báo. Nó có thể đạt tới 20-30%, nhưng cũng có những mẫu có độ chính xác cao với dung sai lên tới 1% - để sử dụng trong các mạch khi cần độ chính xác đặc biệt.

Hệ số nhiệt độ của điện dung - thông số này rất quan trọng đối với chất điện phân. Trong các tụ nhôm, khi nhiệt độ giảm, điện dung giảm và điện trở suất tăng (tính theo ESR)

ESR - kháng loạt tương đương, cũng rất quan trọng đối với chất điện giải. Nói một cách đơn giản - nó càng lớn thì càng tệ. Trong các ống dẫn bị sưng, ESR tăng.

Trong bảng dưới đây, bạn thấy các giá trị ESR cho phép đối với các công suất và điện áp định mức khác nhau.

Ở đâu và cho những gì được áp dụng

Tuy nhiên, chúng tôi sẽ trả lời câu hỏi về bộ tụ điện được thiết kế để làm gì? từ quan điểm thực tế. Để làm điều này, hãy xem xét một số kế hoạch.

Tụ điện phân được sử dụng rộng rãi nhất như bộ lọc gợn mạng đã được đề cập trong các bộ nguồn. Sơ đồ dưới đây cho thấy nơi điện phân được cài đặt. Tải trọng càng lớn, khả năng điện phân càng lớn để làm phẳng gợn sóng.

Nơi tiếp theo sử dụng tụ điện là bộ lọc thông cao và thấp. Biểu đồ dưới đây cho thấy bao gồm điển hình. Do đó, trong loa, âm trầm, tần số trung và cao được tạo ra dọc theo loa mà không sử dụng các thành phần hoạt động.

Nguồn cung cấp năng lượng dằn thường được sử dụng để sạc pin nhỏ và cung cấp năng lượng cho các thiết bị năng lượng thấp, chẳng hạn như bóng đèn LED giá rẻ, radio và các thiết bị khác. Một tụ điện phim được lắp đặt nối tiếp với thiết bị cung cấp, hạn chế dòng điện do phản ứng của nó - đây là nguyên tắc hoạt động của một mạch đơn giản như vậy.

Snabbers là thiết bị được thiết kế để bảo vệ các công tắc bán dẫn và tiếp điểm rơle khỏi tải chuyển đổi. Trong các PSU tần số cao xung hiện đại, các snubbers từ điện trở và tụ điện được sử dụng, do đó cải thiện các thông số chính trong mạch và giảm tải cho các phím, cũng như mất điện khi sưởi ấm. Nguyên lý hoạt động của snubber là làm chậm các mặt trước của sự tăng trưởng và suy giảm điện áp trên phím do sử dụng thời gian sạc không đổi của công suất.

Phần kết luận

Chúng tôi đã kiểm tra một tụ điện là gì, nó được thiết kế như thế nào và nó thực hiện chức năng gì. Để nghiên cứu sâu hơn, bạn cần làm quen với các loại tụ điện và tính năng thực tế của chúng trong các mạch và ứng dụng khác nhau. Vì vậy, ví dụ, trong trường hợp cần độ chính xác đặc biệt trong vận hành và độ tin cậy, chất điện phân ESR thấp hoặc chất điện giải tantalum được sử dụng, trong khi không có sự khác biệt đặc biệt nào trong bộ lọc trên bộ chỉnh lưu.

Cuối cùng, chúng tôi khuyên bạn nên xem các video hữu ích về chủ đề của bài viết:

Cũng đọc:

• Dây dẫn, chất bán dẫn và chất điện môi là gì
• Công suất điện là gì
• Phương pháp xác định điện dung của tụ điện