Dunia elektronik telah menjadi batu loncatan teknologi yang perlu didorong. Dan batu loncatan ini terdiri daripada bahagian kecil seperti kondensor. Dalam posting yang ingin tahu ini, anda akan belajar secara terperinci Apa itu kapasitor elektrik ?, Fungsi berbeza yang digunakan dengannya dan sangat penting di kawasan yang berbeza.
Pemeluwap
Untuk memulakan kajian kapasitor, kami akan menerangkan terlebih dahulu apa itu kapasitor. Ini adalah komponen elektrik pasif, iaitu, ia tidak menjana elektrik sendiri, mampu menyimpan cas elektrik, dan melepaskannya kemudian. Anda boleh menjumpainya sebagai kapasitor atau kapasitor. Caj yang dikekalkan di dalamnya adalah pembezaan potensi atau voltan.
Kisah mengenai jumlah penderma muncul pada tahun 1745 ketika Ewald Georg von Kleist dari Jerman menyedari bahawa penyimpanan cas elektrik adalah mungkin. Ini timbul akibat kecelakaan ketika dia menghubungkan penjana elektrostatik ke isipadu air yang berada di dalam kendi kaca atau botol menggunakan kabel. Semasa dia menanggalkan kabel dan meletakkan tangannya di atasnya.
Tidak setahun berlalu ketika ahli fizik Belanda Pieter van Musschenbroek mencipta kapasitor dengan ciri yang sama. Sebagai memperingati universiti tempat dia bekerja, dia memanggil kondensor ini "botol Leyden."
Bagaimana kapasitor berfungsi?
Sekarang mari kita lihat bagaimana kapasitor berfungsi y untuk apa kapasitor untuk. Cara di mana ia berjaya menyimpan cas elektrik adalah dengan menggunakan dua kepingan yang terbuat dari bahan konduktif, seperti tantalum, yang dipisahkan oleh beberapa bahan dielektrik, misalnya udara.
Sebelum meneruskan, penting untuk tidak mengelirukan dielektrik dengan bahan penebat sepenuhnya. Maksudnya, semua dielektrik adalah penebat, tetapi ini tidak semestinya menjadikan semua penebat dielektrik. Bahan dielektrik mempunyai keupayaan untuk menjadi konduktif apabila dikenakan cas elektrik yang besar dan mematahkan kekuatan dielektrik. Sebilangan bahan ini boleh merangkumi: seramik, kertas, lilin, kaca, minyak, antara lain. Bahan penebat sepenuhnya adalah bahan yang, tanpa mengira berapa banyak cas elektrik yang dikenakan, ini tidak akan menjadi konduktor, contohnya ialah getah.
Sekarang, plat di dalam kapasitor, diberi makan dengan sumber kuasa, akan dicas elektrik di bahagian yang sama tetapi dengan tanda yang berbeza. Ini bermaksud satu cas akan positif (+ q), dan cas yang lain akan mempunyai magnitud yang sama tetapi dengan cas negatif (-q), pada caj yang sama ini tetapi tanda yang berbeza adalah apa yang disebut perbezaan potensi atau voltan.
Secara umum, dalam kapasitor udara, kertas, tantalum, aluminium dan seramik digunakan sebagai bahan dielektrik, juga, dalam beberapa kapasitor plastik tertentu digunakan.
Kapasiti penyimpanan yang dimiliki oleh kapasitor atau kapasitor dikira dalam unit Farads. Julat di mana kebanyakan kapasitor elektrik dijumpai adalah dari pico (pF) hingga mikro (uF) Farads. Persamaan untuk mengira kapasiti kapasitor adalah:
C=q/V
Donde:
q = ialah caj yang disimpan oleh setiap plat. Unitnya adalah Coulomb (C)
V = ialah perbezaan voltan, voltan atau potensi antara dua kepingan atau konduktor kapasitor. Unitnya ialah Volt (V)
Menerapkan formula ini, jika kita menganggap nilai untuk beban 1 dan voltan 1, ini akan memberi kita 1 Farad. Namun, ini hanyalah contoh, kerana kapasitor kapasiti ini tidak ada kerana akan sangat besar. Untuk mendapatkan idea, ia akan merangkumi ruang 1000 m2.
Sekarang, jika kita ingin mengetahui voltan yang dapat disimpan oleh kapasitor dengan mengetahui cas dan Farad kapasitor, maka kita dapat menyelesaikan Voltan dari persamaan sebelumnya:
V=q/C
Mengecas dan Melepaskan Kapasitor
Salah satu ciri kapasitor ialah pelepasannya bersifat progresif dan tidak segera. Kapasitor mempunyai jangka masa pelepasan. Sifat ini membolehkan kapasitor mempunyai aplikasi lain seperti pemasa dan penapis dalam litar elektrik.
Apabila kapasitor terisi penuh, ia adalah ketika ia membenarkan voltan lulus. Apabila bekalan kuasa terputus, kapasitor mula melepaskan voltan secara beransur-ansur ke arah beban atau elemen yang memakan voltan.
Secara amnya, kapasitor selalu didahului oleh perintang untuk alasan perlindungan kapasitor. Walaupun kapasitor mempunyai rintangan dalaman yang kecil, ia tidak dapat dielakkan, dan jika tidak diambil untuk melindungi kapasitor, ia dapat rusak dan bahkan meletup.
Caj Kapasitor
Untuk menjelaskan tingkah laku kapasitor semasa mengecas, kami akan menggunakan contoh yang paling banyak digunakan untuk menggambarkannya:
Mari kita pertimbangkan litar di mana terdapat sumber kuasa seperti bateri, perintang bernama R1 yang bertanggungjawab untuk mengawal laluan arus yang akan sampai ke kapasitor untuk melindunginya. Juga, suis yang membolehkan kapasitor mengecas atau melepaskan, dan akhirnya, perintang yang dipanggil R2 yang akan mewakili peranti yang menggunakan arus.
Pertama-tama, kita melihat bagaimana suis disusun sedemikian rupa sehingga kapasitor bersambung dengan bekalan kuasa dan rintangan, dengan cara itu, kita mesti menekankan bahawa rintangan ini disebut rintangan beban.
Pada masa ini kapasitor diisi dengan cara terkawal berkat perintang pengecasan. Gabungan perintang dan kapasitor ini membolehkan anda mengatur pemasa yang telah kami nyatakan sebelumnya. Ini disebabkan oleh fakta bahawa rintangan menghalang arus masuk secara bebas, jadi arus memerlukan lebih lama untuk bergerak melalui litar, sehingga kemudian melewati kapasitor, memerlukan sedikit masa untuk mengisi.
Masa yang diperlukan untuk mengisi kapasitor dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
t1 = 5 x R1 x C
Dónde:
t1: adalah masa pengecasan. Unitnya adalah milisaat (saya)
R1: adalah rintangan beban. Unitnya adalah ohm (Ω).
C: ialah kapasitor kapasitor. Unitnya adalah Farads (F)
Persamaan ini membolehkan kita menegaskan bahawa semakin tinggi rintangan beban dan / atau semakin besar kapasitansi kapasitor, semakin lama masa pengisian. Yang boleh disahkan dalam grafik berikut.
Anda mungkin tertanya-tanya apa yang akan berlaku sekiranya kita tidak mengatur perintang beban. Secara teori kapasitor akan dicas dengan segera. Tetapi, seperti yang telah kami sebutkan sebelumnya, ini tidak digalakkan kerana kapasitor hanya dapat menerima arus yang kecil. Sekiranya kita ingat Hukum Ohm kita dapat melihat bahawa:
I=V/R
Donde:
Saya: adalah semasa. Unitnya ialah Amperes (A)
V: ialah voltan. Unitnya ialah Volt (V)
J: ia adalah rintangan. Unitnya ialah Ohm (Ω)
Sekiranya rintangan cenderung atau sama dengan 0, ini menunjukkan bahawa arus akan praktis tidak terbatas, atau setidaknya sangat besar. Kapasitor hanya dapat menyokong pemberian makanan dari arus yang lebih rendah. Singkatnya, jika tidak ada jenis perintang beban, kapasitor mungkin tidak dapat menahan arus itu dan akan habis.
Sekarang anggap kapasitor sudah dicas, jadi apa yang berlaku? Mari kembali ke Hukum Ohm, ketika voltan meningkat, dan kerana nilai rintangan dikekalkan, nilai arus cenderung ke sifar.
Seperti yang telah kita ketahui, fungsi kapasitor adalah menyimpan voltan atau voltan. Ini bermaksud bahawa sebagai kapasitor mengecas, terdapat voltan yang lebih tinggi pada ketika itu. Oleh kerana rintangan tidak mengubah nilainya, arus cenderung ke sifar. Singkatnya, setelah kapasitor dicas, ia berkelakuan seperti litar terbuka atau suis yang menghalang laluan semasa, walaupun akan ada voltan atau voltan pada ketika itu.
Pelepasan Pemeluwap
Sekarang mari kita bentangkan kes terbalik. Pada saat suis berubah kedudukan, dan kapasitor ditempatkan secara bersiri dengan perintang R2, kapasitor akan mula terlepas. Mengapa? Nah, kerana rintangan R2 mewakili penggunaan litar, dan rintangan ini akan diminta untuk dibekalkan ketika litar di mana ia ditutup. Bekalan ini akan disediakan oleh kapasitor, melepaskan kemungkinan perbezaan yang telah disimpannya.
Seperti pengisian, muat turunnya tidak segera, tetapi secara berperingkat. Dan seperti pengisian, persamaan untuk menganggarkan masa pelepasan adalah sama. Ini bermaksud bahawa masa yang diperlukan untuk melepaskan kapasitor bergantung pada rintangan R2 dan kapasitor kapasitor. Begitu juga, di sini kita menyegarkan semula persamaannya:
t1 = 5 x R1 x C
Dónde:
t2: adalah masa pengecasan. Unitnya adalah milisaat (ms)
R2: adalah rintangan beban. Unitnya adalah ohm (Ω).
C: ialah kapasitansi kondensor. Unitnya adalah Farads (F)
Litar jenis ini dapat mengawal, misalnya, masa peranti dihidupkan.
Pemeluwap sebagai Penapis
Aplikasi lain yang sering digunakan kapasitor adalah sebagai penapis. Ini mungkin berlaku kerana ciri pengisian dan pengosongan secara beransur-ansur, dan fenomena ini digunakan untuk membersihkan kekotoran dari isyarat atau gelombang elektrik.
Sekiranya kita mengambil litar awal sebagai contoh, tetapi dalam kes ini dengan bekalan kuasa arus bolak-balik. Kapasitor akan mula mengecas sehingga mencapai kapasiti penyimpanan maksimumnya, kemudian aliran arus akan berhenti dan beban akan mula dibekalkan oleh voltan yang ada di dalam kapasitor. Sebaik sahaja kapasitor mula terputus, bekalan kuasa akan mula mengisi semula kapasitor tanpa menunggu ia habis sepenuhnya.
Ini lebih mudah difahami secara visual:
Seperti yang anda lihat, gelombang bekalan kuasa bergantian adalah sinusoidal dan berkat sifat kapasitor, kemungkinan untuk membetulkan gelombang dalam bekalan langsung. Ini sangat berguna untuk bekalan kuasa yang digunakan, misalnya, komputer. Banyak peranti tidak dapat berfungsi dengan arus bolak-balik tetapi dengan arus terus dan ketika itulah bekalan kuasa masuk sebagai perantara. Sudah tentu, bekalan kuasa ini mempunyai lebih banyak komponen untuk mencapai tujuan ini.
Jenis Kapasitor
Kapasitor atau kapasitor boleh mempunyai klasifikasi yang berbeza. Seterusnya, kita akan memulakan dengan mengklasifikasikan kapasitor mengikut jenis dielektriknya:
Kerana dielektriknya
Kapasitor dikelaskan mengikut dielektrik yang mereka ada. Terdapat apa yang disebut kapasitor elektrolitik, mereka adalah yang mempunyai polaritas, iaitu, mereka mempunyai terminal positif atau "kaki" dan terminal negatif. Sekiranya mereka dihubungkan dengan polaritas terbalik, kapasitor akan rosak.
Kapasitor elektrolitik ini, tidak seperti kapasitor lain ialah mereka menggunakan cecair ionik konduktif. Cecair ini adalah larutan kimia, yang biasanya terdiri daripada asid borat atau natrium borat dengan gula etilena glikol. Cecair ini masuk sebagai pengganti salah satu plat konduktor atau kepingan konduktif.
Tidak seperti kapasitor elektrolitik, kapasitor yang dielektriknya adalah udara, seramik, kertas, atau lain-lain, tidak mempunyai polaritas yang ditetapkan. Di samping itu, mereka mempunyai dua pinggan di dalamnya dan tidak ada cecair dalaman.
Kedua-dua jenis kapasitor mempunyai aplikasinya, jadi tidak mungkin untuk menggantikan kapasitor satu sama lain walaupun mereka mempunyai dielektrik yang berbeza.
Ringkasnya, terdapat pemeluwap:
- Elektrolitik
- Seramik
- Daripada kertas
- Dari udara
- Kapasitor boleh ubah
Tetap atau berubah
Seperti perintang, ada kapasitor dengan kapasiti tetap dan juga kapasitor yang kapasitinya dapat berubah-ubah. Ini dicapai dengan menyesuaikan jurang antara plat mereka menggunakan tombol, seperti potensiometer atau perintang yang berubah-ubah.
Mengikut bentuknya
Kondensor boleh mengubah reka bentuknya, kondensor cakera, mutiara dan tiub yang ada, seperti yang ditunjukkan di bawah masing-masing.
Kod Kapasitor
Terdapat beberapa kapasitor yang menunjukkan nilai kapasitinya dengan menggunakan meja warna, sangat serupa dengan yang digunakan oleh perintang.
Kod warna
Warna pertama menunjukkan nilai yang pertama, yang kedua dari angka kedua, yang ketiga adalah eksponen yang meningkat menjadi 10, iaitu 10 akan dinaikkan ke angka yang diwakili oleh warna ketiga. Warna keempat menunjukkan peratusan variasi, yaitu, dapat, misalnya, 10% lebih banyak atau 10% terhadap nilai yang menunjukkan kapasitas. Terakhir, warna kelima menunjukkan voltan pengisian atau voltan. Semua kapasitor ini mempunyai picofarads per unit.
Nilai warna terdapat dalam jadual komersial seperti berikut:
Kod Jepun
Terdapat jenis kod lain untuk mengenal pasti kapasitansi kapasitor adalah jenis kod yang disebut kod Jepun atau kod 101. Kod ini terdiri daripada tiga nombor yang dapat dilihat pada kapasitor.
Dua digit pertama membentuk nombor yang mesti dikalikan dengan 10 dinaikkan ke nombor ketiga, menjadikan picofarad sebagai satu unit. Contohnya:
Kapasitor ini mempunyai kod nombor 104. Jadi cara untuk mengira kapasiti kapasitor ini adalah:
10 X 104 = 100000 pF = 0,1 uF
Kod alfanumerik
Terdapat kod lain untuk mengenal pasti bahan dan kapasiti kapasitor, yang menggunakan gabungan huruf dan angka. Terdapat banyak cara untuk menunjukkan kod ini yang menggabungkan angka dan huruf, dan sangat bervariasi sehingga tidak semestinya mempelajarinya, jadi disarankan untuk berjumpa dengan Lembar Data pengeluar.
Kapasitor secara bersiri dan selari
Seperti perintang, kedudukan kapasitor secara bersiri atau selari menghasilkan tingkah laku dalam jumlah kapasitans. Mari kita mulai melihat fenomena yang berlaku semasa kapasitor secara bersiri.
Kapasitor dalam Siri
Apabila kapasitor bersiri, kapasiti setiap kapasitor bertindak seperti berikut:
Persamaan timbul:
Vt = V1 + V2
Donde:
Vt: voltan total
V1: voltan kapasitor pertama
V2: voltan kapasitor kedua
Mari kembali ke persamaan untuk mengira kapasiti kapasitor:
C=q/V
Donde:
q = ialah caj yang disimpan oleh setiap plat. Unitnya adalah Coulomb (C)
V = ialah perbezaan voltan, voltan atau potensi antara dua kepingan atau konduktor kapasitor. Unitnya ialah Volt (V)
Dan mungkin untuk membersihkan V dengan cara berikut:
V=q/C
Sekarang, jika kita mengganti setiap V setiap kapasitor dalam litar dengan ungkapan sebelumnya, kita memperolehnya;
1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3… 1 / Cn
Kapasitor Selari
Dalam kes ini, kerana kapasitor selari, voltan yang diterima setiap kapasitor adalah sama dengan voltan, jadi kita harus:
Vt = V1 = V2 = V3… Vn
di mana
Vt: ialah voltan total atau sumber
V1: Voltan kapasitor pertama
V2. Voltan kapasitor kedua
V3: Voltan kapasitor ketiga
Sekali lagi, jika kita kembali ke ungkapan yang membolehkan kita mengira nilai voltan mengikut beban dan nilai kapasiti:
V=q/C
Dan kami terus mengganti setiap V setiap kapasitor litar dengan ungkapan sebelumnya, kami memperolehnya:
C = C1 + C2 + C3… + Cn
Penggunaan kondensor
Kapasitor adalah salah satu komponen elektronik yang paling asas. Hampir mustahil untuk menyebut peranti hari ini yang tidak memerlukan kapasitor dalam reka bentuknya. Seterusnya kita akan menyebut beberapa aplikasi yang paling biasa di mana kapasitor dijumpai.
- Bateri dan kenangan: Berkat kapasiti simpanannya, adalah mungkin untuk meletakkan beberapa kapasitor secara selari untuk meningkatkan kapasiti pengisian.
- Penapis: Mereka digunakan secara meluas dalam rangkaian elektrik kerana dapat menghilangkan riak dan kebisingan dari rangkaian, atau dalam keadaan terbalik, sehingga harmonik yang dihasilkan oleh rangkaian elektrik dalaman disaring sebelum kembali ke rangkaian. Dalam telekomunikasi, kapasiti penyaringannya banyak digunakan untuk mewujudkan jalur frekuensi dan juga untuk mengurangkan atau menghilangkan gangguan.
- Sumber kuasa: Tingkah laku pengecasan dan pengosongannya secara beransur-ansur memungkinkan pembetulan gelombang, yang penting dalam bekalan kuasa untuk mengubah arus bergantian menjadi arus langsung, kerana kebanyakan alat elektronik berfungsi secara dalaman dengan arus terus, tetapi perkhidmatan elektrik beroperasi dengan arus bolak. Itulah sebabnya sumber tenaga diperlukan untuk operasi peralatan, dan antara komponen yang menyusunnya, kapasitor memainkan peranan yang tidak dapat diganti.
- Penyesuai Impedans: Kapasitor dapat melepaskan dan mengecas tenaga dalam jangka masa yang boleh diabaikan, dan ini membolehkan daya tahan bergema bersama dengan komponen lain, sehingga dua litar yang mempunyai impedansi yang berlainan dapat digabungkan atau bekerja bersama.
Walau bagaimanapun, ini hanya beberapa kegunaannya yang dapat kita sebutkan. Kapasitor mempunyai aplikasi dalam elektronik, rangkaian elektrik besar, telekomunikasi dan lain-lain. Dari komputer, telefon bimbit, peti sejuk, jam digital, televisyen, dan banyak ciptaan lain, mereka mempunyai kapasitor di dalamnya sebagai bahagian penting dari set yang membentuk dan menghidupkan peranti atau peralatan.
Kesimpulan
Aplikasi yang dimiliki oleh elektronik hari ini sangat penting dalam kehidupan seharian kita sehingga mustahil untuk bertahan di dunia yang tidak lagi wujud. Dan dunia teknologi canggih yang luas ini bermula pada asasnya yang paling rendah seperti setiap komponen yang merupakan bahagian elektronik.
Ini adalah kapasitor, komponen yang terbuat dari bahan yang sangat sederhana, yang menjadikannya salah satu komponen asas elektronik, tetapi berkat tingkah lakunya, mustahil ia tidak dijumpai di semua alat elektronik yang ada .
Tidak diragukan lagi, kemajuan elektronik telah menjadi pemacu asas yang telah membuka jalan bagi kemajuan teknologi dalam pelbagai bidang. Walaupun kondensor dengan sendirinya tidak begitu berguna apabila digabungkan dengan komponen lain, peralatan canggih seperti Kad memori RAM, komputer, robot, drone, telefon bimbit, pelayan dan banyak lagi.