Πυκνωτής | Λειτουργεί | Τύποι πυκνωτών | Πυκνωτής σε σειρά και παράλληλες

Περιεχόμενα

> Capacitor - Ορισμοί και επισκόπηση

> Θεωρία λειτουργίας

> Ένας πυκνωτής σε κύκλωμα DC

> Ένας πυκνωτής σε κύκλωμα AC

> Πυκνωτής σε σειρά

> Πυκνωτές παράλληλα

> Τύποι πυκνωτών

> Εφαρμογές

> Συχνές Ερωτήσεις (Συχνές ερωτήσεις) για τους πυκνωτές

Πυκνωτής - Ορισμοί & Επισκόπηση

Ο πυκνωτής είναι ένας από τους σημαντικότερους παθητικούς εξοπλισμούς που είναι σε θέση να αποθηκεύουν ηλεκτρικές ενέργειες. Είναι μια συσκευή δύο τερματικών. χωρητικότητα είναι γνωστό ως το αποτέλεσμα του πυκνωτή.

Αρχαίες μορφές πυκνωτή καινοτομήθηκαν το έτος 1704. Ένα ευρωπαϊκό πείραμα τότε ανακάλυψε ότι το ηλεκτρικό φορτίο θα μπορούσε να διατηρηθεί σε ένα ποτήρι γεμάτο νερό. Αργότερα το 1745, ο Ewald Georg από τη Γερμανία διαπίστωσε ότι οι ηλεκτροστατικές γεννήτριες υψηλής τάσης που συνδέονται σε σειρά μπορούν να αποθηκεύσουν το ποσό. Παλαιότερα οι πυκνωτές ήταν γνωστοί ως συμπυκνωτές ή συμπυκνωτές. Ο Alessandro Volta επινόησε τον όρο το 1782. Ο όρος πυκνωτής δημιουργήθηκε το 1926.

Υπάρχουν πολλοί τύποι πυκνωτών. Οι πυκνωτές έχουν τουλάχιστον δύο αγωγούς με τη μορφή μιας μεταλλικής επίπεδης επιφάνειας που διαχωρίζεται από διηλεκτρικά υλικά. Ο αγωγός μπορεί να είναι ένας ηλεκτρολύτης, φύλλο, λεπτή μεμβράνη κ.λπ. ο μη αγωγός είναι η διηλεκτρική ουσία, αυξάνοντας την ικανότητα φόρτισης του πυκνωτή. Υλικά όπως - αέρας, πλαστικό φιλμ, χαρτί, μαρμαρυγία, κεραμικά χρησιμοποιούνται ως διηλεκτρικό για τον πυκνωτή.

Όταν εφαρμόζεται εξωτερική τάση στους ακροδέκτες ενός πυκνωτή, ένα ηλεκτρικό πεδίο παράγεται κατά μήκος του διηλεκτρικού υλικού. Έτσι, ένα θετικό φορτίο συλλέγεται σε μία πλάκα και μια αρνητική ποσότητα συλλέγεται σε άλλη κλίμακα. Οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται σε σχεδόν κάθε ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό κύκλωμα. Η διαφορά μεταξύ μιας αντίστασης και ενός πυκνωτή είναι ότι μια αντίσταση διαλύει ενέργεια, ενώ ένας ιδανικός πυκνωτής δεν το κάνει.

Τύποι πυκνωτών
Τύποι πυκνωτή, Πηγή εικόνας - Έρικ Σράντερ από Σαν Φρανσίσκο, Καλιφόρνια, Ηνωμένες Πολιτείες, Πυκνωτές (7189597135)CC BY-SA 2.0

Θεωρία Λειτουργίας

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ένας πυκνωτής έχει δύο αγωγούς διαχωρισμένους με διηλεκτρικό μέσο. Ένας πυκνωτής λειτουργεί σύμφωνα με την αρχή του νόμου του Coulomb Ο νόμος του Coulomb ορίζει ότι -

Έτσι, μια φόρτιση σε έναν αγωγό θα δημιουργήσει τη δύναμη στον άλλο φορέα αγωγού, η οποία προσελκύει περαιτέρω φορτία αντίθετης πολικότητας και κυματίζει τον ίδιο τύπο φορτίων. Έτσι προκαλείται ένα αντίθετο φορτίο πολικότητας στην επιφάνεια του άλλου αγωγού.

Και οι δύο αγωγοί διατηρούν ίσο ποσό φορτίων και το διηλεκτρικό υλικό αναπτύσσει το ηλεκτρικό πεδίο.

Χωρητικότητα και μονάδες χωρητικότητας:

Η χωρητικότητα ενός τυπικού πυκνωτή ορίζεται ως η αναλογία φόρτισης προς τον αγωγό προς την τάση των αγωγών.

C = Q / V

C είναι η χωρητικότητα, Q είναι το φορτίο στην επιφάνεια κάθε αγωγού και V είναι η τάση μεταξύ δύο αγωγών.

Η μονάδα χωρητικότητας SI δίνεται από - Farad (F).

Η χωρητικότητα ενός Farad ορίζεται ως η ποσότητα της χωρητικότητας που μπορεί να παράγει ένας πυκνωτής εάν εφαρμόζεται ένα κομβικό φορτίο σε κάθε αγωγό που έχει ένα τάση τάσης.

Σε πρακτικές συσκευές, η χωρητικότητα δίνεται από -

C = dQ / dV

* Οι περισσότεροι από τους πυκνωτές που διατίθενται στην αγορά έχουν χωρητικότητα που κυμαίνεται σε micro-farad.

Ένας πυκνωτής μπορεί να συμπεριφέρεται διαφορετικά σε διαφορετικούς χρόνους εάν τοποθετηθεί σε ενεργό ηλεκτρικό κύκλωμα. Η συμπεριφορά του μπορεί να χαρακτηριστεί από ένα μεγάλο χρονικό όριο και ένα μικρό χρονικό όριο.

Η μακροχρόνια ισοδυναμία ενός πυκνωτή ενεργεί σαν μια διαμόρφωση ανοιχτού κυκλώματος (χωρίς διέλευση ρεύματος).

Το μικρό ισοδύναμο των πυκνωτών ενεργεί σαν διαμόρφωση βραχυκυκλώματος.

V (t) = Q (t) / C = (1 / C) * [∫t0t I (τ) dτ] + V (t0)

Λαμβάνοντας τα παράγωγα, παίρνουμε -

I (t) = dQ (t) / dt = C * [dV (t) / dt]

Σύμβολο του πυκνωτή

Υπάρχουν διάφορα είδη πυκνωτών διαθέσιμα. Υπάρχουν επίσης διάφοροι τύποι συμβόλων για να τα αντιπροσωπεύσουν. Μερικά από αυτά παρουσιάζονται παρακάτω χρησιμοποιώντας τα διαγράμματα. Είναι πολύ χρήσιμα για την περιγραφή του κυκλώματος.

Τύποι πυκνωτών: Σύμβολο
Διαφορετικά σύμβολα που αντιπροσωπεύουν τον πυκνωτή

Ένας πυκνωτής σε ένα κύκλωμα DC

Ας συζητήσουμε ένα κύκλωμα DC όπου ένας πυκνωτής και μια αντίσταση διατηρούνται σε σειρά με πηγή σταθερής τάσης - V0.

Ας υποθέσουμε ότι ο πυκνωτής δεν είχε φορτιστεί προηγουμένως και ο ανοιγμένος διακόπτης είναι κλειστός τη στιγμή t0.

Από τον Νόμο περί Τάσης του Kirchhoff, μπορούμε να γράψουμε -

Vo = VR (t) + VC (T)

VR (t) είναι η τάση σε όλη την αντίσταση «R» τη στιγμή instan «t» και VC (t) είναι η μετρούμενη τάση στον πυκνωτή του κυκλώματος τη στιγμή t.

Vo = i (t) * R + (1 / C) * [∫t0 t Ι (τ) dτ]

Λαμβάνοντας παράγωγο και στις δύο πλευρές, παίρνουμε -

RC * [di (t) / dt] + i (t) = 0

Τη στιγμή t, ας πούμε ότι είναι μηδέν. Η τάση της αντίστασης είναι Vo και του πυκνωτή είναι μηδέν.

Εκείνη την εποχή, το ρεύμα θα ήταν - Io = Vo / R. Επίλυση των διαφορικών εξισώσεων -

I (t) = (Vo / R) * ε (-t / τ0)

V (t) = Vo (1 - ε (-t / τ0))

τ0 = RC

Αναφέρεται ως «σταθερά χρόνου» του κυκλώματος.

Ένας πυκνωτής σε ένα κύκλωμα AC

Σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, ο πυκνωτής παράγει σύνθετη αντίσταση, που είναι το διανυσματικό άθροισμα αντίστασης και αντίδρασης. Οι αντίσταση και η αντίδραση του πυκνωτή δίδονται από τις ακόλουθες εκφράσεις.

Αντιδραστικότητα = X = - 1 / ωC = - 1 / 2πfC

Αντίσταση = Z = 1 / jωC = - j / ωC = -j / 2πfC

Εδώ ω είναι η γωνιακή συχνότητα. j είναι η φανταστική ενότητα.

Η σύνθετη αντίσταση εξαρτάται αντίστροφα από την χωρητικότητα. Η αύξηση της χωρητικότητας και της συχνότητας προκαλεί μείωση της σύνθετης αντίστασης και αντίστροφα.

Συντελεστής Q:

Ο παράγοντας Q ή συντελεστής ποιότητας ενός πυκνωτή ορίζεται ως ο λόγος της αντίδρασης προς την αντίστασή του. Ο παράγοντας q είναι ένα μέτρο αποτελεσματικότητας. Ο τύπος μπορεί να γραφτεί ως -

Ε = Χc / R = 1 / ωCR

ω είναι η γωνιακή συχνότητα, το C είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή, το Xc είναι η αντίδραση και το R είναι η ισοδύναμη αντίσταση.

Πυκνωτής σε σειρά

Το διάγραμμα αντιπροσωπεύει τους πυκνωτές στη σύνδεση σειράς. Δείχνει ότι η απόσταση διαχωρισμού προστίθεται αντί της περιοχής της πλάκας. Η σειρά της χωρητικότητας λειτουργεί ως πυκνωτής λιγότερο από οποιοδήποτε από τα συστατικά του.

Σειρά σύνδεση πυκνωτών

Η ισοδύναμη χωρητικότητα της δεδομένης σύνδεσης, είναι -

1 / Ceq = ∑ 1 / Ci = 1 / C1 + 1 / C2 +… + 1 / Cn

Πυκνωτές στο Παράλληλο

Το διάγραμμα αντιπροσωπεύει τους πυκνωτές σε παράλληλη σύνδεση. Ισχύει ίση τάση σε κάθε πυκνωτή. Εδώ προστίθενται οι χωρητικότητες των πυκνωτών. Η σύνδεση της χωρητικότητας λειτουργεί ως αθροιστής.

Παράλληλες συνδέσεις πυκνωτών

Η ισοδύναμη χωρητικότητα είναι -

Ceq = ∑ Γi = C1 + C2 +… + Γn

Τύποι πυκνωτών

Υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός τύπων πυκνωτών, διαθέσιμος στην αγορά με βάση πολλές παραμέτρους ταξινόμησης. Ο τύπος του διηλεκτρικού υλικού, η συσκευασία της συσκευής και η δομή των πλακών είναι μερικοί από τους καθοριστικούς παράγοντες για την ταξινόμηση των τύπων πυκνωτών.

Διηλεκτρικό υλικό

Σχεδόν κάθε τύπος πυκνωτή έχει διηλεκτρική ουσία. Διηλεκτρικές ουσίες τοποθετούνται μεταξύ δύο αγωγών, η ικανότητα φόρτισης μπορεί να αυξηθεί. Είναι καλύτερο να έχετε υλικό υψηλής διαπερατότητας ή υψηλή τάση διακοπής ως διηλεκτρική ουσία.

Υπάρχουν διάφορα διηλεκτρικά υλικά διαθέσιμα όπως - χαρτί, πλαστικό, μαρμαρυγία, κεραμικά, γυαλί, αέρας κ.λπ.

Με βάση διηλεκτρικά υλικά, ορισμένοι τύποι πυκνωτών είναι -

Υπάρχουν επίσης άλλοι τύποι, ορισμένοι τύποι πυκνωτών είναι -

  • Πυκνωτής που εξαρτάται από την τάση
  • Πυκνωτής που εξαρτάται από τη συχνότητα
  • Πυκνωτής παράλληλης πλάκας
  • Πυκνωτής αποσύνδεσης

Εφαρμογές πυκνωτών

Οι πυκνωτές είναι μία από τις βασικές συσκευές που απαιτούνται για σχεδόν κάθε ηλεκτρικό κύκλωμα. Έχει πολλές εφαρμογές σε διάφορους τομείς. Μερικά από τα πιο σημαντικά είναι - 

Αποθήκευση Ενέργειας

Ένας πυκνωτής έχει την ιδιότητα φόρτισης και εκφόρτισης. Μπορεί να αποθηκεύσει ενέργεια όταν αποσυνδεθεί από την πηγή φόρτισης. Χρησιμοποιώντας αυτήν την ιδιότητα, οι πυκνωτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μπαταρία ή επαναφορτιζόμενη μπαταρία.

Οι υπερ-πυκνωτές μπορούν να δέχονται και να αποδίδουν φόρτιση γρηγορότερα από τις τυπικές μπαταρίες και ανέχονται έναν πιο σημαντικό αριθμό κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης από μια τυπική επαναφορτιζόμενη μπαταρία Αλλά είναι πιο εκτεταμένο.

Η ποσότητα φορτίου που αποθηκεύεται στο διηλεκτρικό στρώμα είναι ίση ή μεγαλύτερη από το φορτίο που είναι αποθηκευμένο σε μια πλάκα πυκνωτή.

Παλμική ισχύς

Οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές παλμικής ισχύος. Χρησιμοποιούνται κυρίως ομάδες μεγάλων, κυρίως κατασκευασμένων, πυκνωτών υψηλής τάσης και χαμηλής επαγωγής.

Οι τράπεζες πυκνωτών χρησιμοποιούνται επίσης σε τροφοδοτικά για την παραγωγή ομαλών εξόδων σε ανορθωτή μισού κύματος ή πλήρους κύματος. Οι πυκνωτές δεξαμενών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη φόρτιση κυκλωμάτων αντλίας.

βιομηχανική Χρήση

Αυτό βοηθά στην απομάκρυνση και την απόκρυψη των διακυμάνσεων του ρεύματος από την κύρια πηγή για να εξασφαλιστεί μια καθαρή παροχή ισχύος για τα κυκλώματα ελέγχου. Τα κυκλώματα ήχου χρησιμοποιούν επίσης αρκετούς πυκνωτές.

Σύζευξη και αποσύνδεση σημάτων

Οι πυκνωτές περνούν το σήμα AC αλλά αποκλείουν τα σήματα DC. Γι 'αυτό οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται για το διαχωρισμό κυκλωμάτων AC Η διαδικασία αναγνωρίζεται ως - ζεύξη AC ή "χωρητική ζεύξη".

Ένας πυκνωτής αποσύνδεσης προστατεύει τη μία περιοχή του κυκλώματος από άλλη. Χρησιμοποιούνται σε χώρους τροφοδοσίας. Αυτά είναι επίσης γνωστά ως πυκνωτής παράκαμψης. Οι πυκνωτές αποσύνδεσης έχουν εφαρμογές στην πόλωση των τρανζίστορ.

Μνήμη

Δυναμικές ψηφιακές μνήμες για δυαδικούς υπολογιστές μπορούν να δημιουργηθούν χρησιμοποιώντας πυκνωτές.

50 MCQ με πυκνωτές απάντησης. Κάντε κλικ ΕΔΩ!

Σχετικά με τη Sudipta Roy

Είμαι ενθουσιώδης των ηλεκτρονικών και επί του παρόντος αφιερώνω στον τομέα των ηλεκτρονικών και των επικοινωνιών.
Έχω έντονο ενδιαφέρον για την εξερεύνηση σύγχρονων τεχνολογιών όπως η AI & Machine Learning.
Τα γραπτά μου είναι αφιερωμένα στην παροχή ακριβών και ενημερωμένων δεδομένων σε όλους τους μαθητές.
Βοηθώντας κάποιον να αποκτήσει γνώση μου δίνει μεγάλη χαρά.

Ας συνδεθούμε μέσω του LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/sr-sudipta/

1 σκέφτηκε το "Capacitor | Λειτουργεί | Τύποι πυκνωτών | Πυκνωτής σε σειρά και παράλληλες »

  1. Ουάου! Τι όμορφο άρθρο είναι! Δεν περιέχει μόνο σωστές πληροφορίες, αλλά επίσης είναι όμορφα γραμμένο. Είναι ένα καλό παράδειγμα λογοτεχνικών τεχνών.

    Δεν ξέρω προσωπικά τον συγγραφέα, αλλά ελπίζω να έχει μεγαλύτερη επιτυχία στη ζωή του. Από τώρα και στο εξής θα επισκεφθώ αυτόν τον ιστότοπο για να διαβάσω τις τεχνικές του εγγραφές.

Αφήστε ένα σχόλιο

Η διεύθυνση email σας δεν θα δημοσιευθεί. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται *

Lambda Geeks