Kapasitor: perangkat, prinsip operasi, aplikasi

Definisi

Kata kondensor berasal dari bahasa Latin condensatio, yang berarti akumulasi. Dalam fisika, istilah ini digunakan untuk menggambarkan seluruh ceruk produk listrik, yang tujuannya adalah untuk bekerja sebagai perangkat penyimpanan energi. Jumlah energi yang terakumulasi tergantung pada kapasitas dan kuadrat tegangan pada pelatnya, dibagi 2. Dalam hal ini, arus mengalir melaluinya hanya selama proses pengisian. Tapi hal pertama yang pertama.

E = (CU²)/2

Sederhananya, kapasitor adalah perangkat yang mampu menyimpan energi dalam Medan listrik

Prinsip operasi

Sekarang kita tahu bagaimana elemen ini ditunjukkan dalam diagram, kita perlu mempertimbangkan prinsip operasi kapasitor. Ketika pelat kapasitor dihubungkan ke sumber daya, muatan listrik dari terminal positif dan negatif MT mengalir ke pelat, terakumulasi di atasnya.

Arus listrik terputus setelah kapasitor diisi ke kapasitas pengenal, karena ada lapisan dielektrik di antara pelat, ia tidak dapat mengalir terus-menerus. Ketika catu daya dimatikan, muatan akan tetap berada di kapasitor, yang berarti tegangan akan tetap berada di terminalnya.

Muatan yang terakumulasi pada masing-masing pelat berlawanan. Dengan demikian, pelat yang terhubung ke terminal positif dari sumber listrik bermuatan positif, dan pelat yang bermuatan negatif. Prinsip pengoperasian produk ini didasarkan pada daya tarik muatan yang berbeda dalam rangkaian listrik.

Dengan kata sederhana, kapasitor akan menyimpan energi yang ditransfer dari sumber daya - inilah tujuannya. Namun dalam prakteknya terdapat berbagai kerugian dan kebocoran.

Menarik! Leiden Bank adalah prototipe kapasitor modern, lahir pada tahun 1745. Perangkat ini mampu menyimpan energi dan mengeluarkan percikan api ketika pelatnya ditutup. Anda bisa melihat tampilan dan konstruksinya di bawah ini.

Dan pada gambar di bawah ini Anda dapat melihat desain kapasitor datar paling sederhana - dua pelat yang dipisahkan oleh dielektrik:

Karena kapasitansi berbanding lurus dengan luas pelat dan berbanding terbalik dengan jarak di antara mereka, untuk meningkatkan kapasitansi, para insinyur telah mengembangkan sejumlah bentuk kapasitor lainnya. Misalnya, pelat digulung menjadi spiral - sehingga areanya menjadi berkali-kali lebih besar dengan dimensi keseluruhan yang sama, serta solusi silinder dan bola.

Salah satu hukum pergantian menyatakan bahwa tegangan melintasi pelat kapasitor tidak dapat berubah secara tiba-tiba, yang diilustrasikan dalam miniatur berikut.

Tampilan

Kapasitor dapat diklasifikasikan menurut berbagai kriteria.

Dengan kapasitas konstan:

• Permanen.
• Variabel. Kapasitasnya dapat diubah baik secara manual oleh operator (pengguna) perangkat, atau di bawah pengaruh tegangan (seperti pada varicaps dan variconds).

Dengan polaritas tegangan yang diterapkan:

• Non-polar - dapat bekerja di sirkuit AC.
• Polar - jika tegangan dihubungkan dengan polaritas yang salah, itu akan gagal.

Tergantung di mana komponen ini digunakan, opsi material yang berbeda dibedakan:

• Kapasitor kertas dan logam-kertas sudah tidak asing lagi bagi banyak orang, umum di zaman Soviet dalam bentuk batu bata persegi panjang dengan tanda seperti "MBGCH". Anda dapat melihat tampilan kapasitor jenis ini di bawah ini. Mereka non-polar.
• Keramik - mereka sering menyaring interferensi frekuensi tinggi, dan permitivitas relatif memungkinkan Anda membuat komponen multilayer dengan kapasitas yang sebanding dengan elektrolit (mahal), tidak sensitif terhadap polaritas.
• Film - umum dalam bentuk bantalan cokelat, murah, digunakan di mana-mana. Mereka dicirikan oleh arus bocor rendah, kapasitas kecil, tegangan operasi tinggi dan ketidakpekaan terhadap polaritas tegangan yang diberikan.
• Dengan dielektrik udara. Contoh terbaik dari elemen tersebut adalah kapasitor tuning dari rangkaian resonansi dari penerima radio, kapasitas elemen tersebut kecil, tetapi nyaman untuk mengubahnya.
• Elektrolit - ini adalah elemen dalam bentuk tong, mereka paling sering dipasang sebagai filter riak jaringan di unit catu daya. Desain dan prinsip operasi memungkinkan Anda mendapatkan kapasitas besar dengan ukuran kecil, tetapi seiring waktu mereka dapat mengering, kehilangan kapasitas atau membengkak. Anda dapat melihat bagaimana produk-produk ini terlihat dalam kondisi baik di bawah ini. Lapisan tipis oksida logam digunakan sebagai dielektrik. Jika PSU menggunakan kapasitor dengan dielektrik dari AL₂HAI₃ - disebut "Elektrolit aluminium", lalu tantalum (Ta₂0₅ - mereka juga milik kapasitor elektrolit), karena mereka memiliki arus bocor yang lebih rendah, ketahanan yang lebih besar terhadap pengaruh eksternal, berbeda dengan yang sebelumnya, aluminium.
• Polimer - mampu menahan arus impuls tinggi, bekerja pada suhu rendah

Karakteristik teknis utama

Jika Anda memperbaiki atau mengembangkan perangkat elektronik, Anda harus memilih kapasitor yang sesuai untuk menggantikan yang gagal. Dan untuk ini, Anda perlu membiasakan diri dengan karakteristik teknis dasar kapasitor, yang bergantung pada operasinya di sirkuit listrik.

Kapasitas yang ternilai. Ini mencirikan tujuan utama suatu komponen - muatan apa yang dapat disimpannya. Karakteristik utama diukur dalam farad [F]. Namun, unit pengukuran seperti itu terlalu besar, oleh karena itu, pecahan digunakan:

• Milifarad, mF - 0, 001 F (10^-3);
• Mikrofarad, F - 0, 000 001 F (10^-6);
• Nanofarad, nF - 0, 000 000 001 F (10^-9);
• Picofarads, pF - 0, 000 000 000 001 F (10^-12).

Tegangan pengenal adalah tegangan hingga kapasitor dapat dijamin beroperasi secara normal. Ketika nilai ini terlampaui, kerusakan dielektrik mungkin terjadi. Itu bisa dari satuan volt (untuk elektrolit) dan hingga ribuan volt (film dan keramik). Selama perbaikan, nilai ini tidak boleh lebih rendah dari nilai yang gagal, lebih tinggi - Anda bisa!

Toleransi penyimpangan - seberapa besar kapasitas sebenarnya dapat berbeda dari nominal yang dinyatakan. Ini dapat mencapai 20-30%, tetapi ada juga model presisi tinggi dengan toleransi hingga 1% - untuk digunakan dalam rantai di mana akurasi khusus diperlukan.

Koefisien suhu kapasitas - parameter ini penting untuk elektrolit. Dengan kapasitor aluminium, dengan penurunan suhu, kapasitas berkurang dan resistivitas listrik meningkat. LED)

ESR, Equivalent Series Resistance, juga penting untuk elektrolit. Secara sederhana, semakin besar, semakin buruk. Untuk saluran yang bengkak, ESR naik.

Pada tabel di bawah ini Anda dapat melihat nilai ESR yang diizinkan untuk berbagai kapasitas dan tegangan nominal.

Di mana dan mengapa mereka digunakan?

Namun, mari kita jawab pertanyaan "untuk apa kapasitor itu?" dari sudut pandang praktis. Untuk melakukan ini, pertimbangkan beberapa skema.

Kapasitor elektrolit paling banyak digunakan sebagai filter riak listrik yang telah disebutkan di catu daya. Diagram di bawah ini menunjukkan dengan tepat di mana elektrolit dipasang. Semakin besar beban, semakin besar kapasitas elektrolit yang dibutuhkan untuk memperlancar denyut.

Tempat selanjutnya di mana kapasitor digunakan adalah filter lolos tinggi dan rendah. Diagram di bawah ini menunjukkan inklusi tipikal. Dengan demikian, dalam sistem akustik, bass, mid, dan frekuensi tinggi didistribusikan melalui speaker tanpa menggunakan komponen aktif.

Catu daya ballast sering digunakan untuk mengisi daya baterai kecil dan daya perangkat berdaya rendah seperti lampu LED murah, radio, dan lain-lain. Kapasitor film dipasang secara seri dengan perangkat suplai, membatasi arus karena reaktansinya - ini adalah prinsip pengoperasian rangkaian sederhana.

Snubber adalah perangkat yang dirancang untuk melindungi sakelar semikonduktor dan kontak relai dari beban yang timbul dari sakelar. Dalam catu daya frekuensi tinggi berdenyut modern, snubber dari resistor dan kapasitor digunakan, seperti cara, parameter utama di sirkuit ditingkatkan dan beban pada tombol berkurang, serta kehilangan daya pada nya panas. Prinsip pengoperasian snubber adalah memperlambat naik turunnya tegangan pada kunci dengan menggunakan konstanta waktu muatan kapasitor.

Kesimpulan

Kami memeriksa apa itu kapasitor, cara kerjanya, dan fungsinya. Untuk studi yang lebih dalam, Anda perlu membiasakan diri dengan jenis kapasitor dan fitur praktisnya bekerja di berbagai sirkuit dan aplikasi. Jadi, misalnya, dalam kasus di mana akurasi dan keandalan khusus diperlukan, elektrolit ESR atau tantalum rendah digunakan, sementara tidak ada banyak perbedaan dalam filter pada penyearah apa yang harus dimasukkan.

Akhirnya, kami sarankan menonton video yang bermanfaat tentang topik artikel:

Baca juga:

• Apa yang dimaksud dengan konduktor, semikonduktor, dan dielektrik?
• Apa itu kapasitas listrik?
• Metode untuk menentukan kapasitansi kapasitor