ใช้กันในปัจจุบันเกือบทุกที่ในด้านอิเล็กทรอนิกส์และวิศวกรรมไฟฟ้า โดยมีสารหลายชนิดเป็นไดอิเล็กทริก อย่างไรก็ตาม โดยเฉพาะอย่างยิ่งแทนทาลัมและโพลีเมอร์ เมื่อรวมอยู่ในวงจร การปฏิบัติตามขั้วอย่างเข้มงวดเป็นสิ่งสำคัญ หากต่อตัวเก็บประจุดังกล่าวเข้ากับวงจรไม่ถูกต้องจะทำให้ไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ ตัวเก็บประจุเหล่านี้จึงเรียกว่าตัวเก็บประจุแบบโพลาร์

อะไรคือความแตกต่างพื้นฐานระหว่างตัวเก็บประจุแบบมีขั้วและแบบไม่มีขั้ว? เหตุใดตัวเก็บประจุบางตัวจึงไม่สนใจว่าตัวเก็บประจุบางตัวจะรวมอยู่ในวงจรอย่างไร ในขณะที่สำหรับตัวอื่น ๆ มันเป็นสิ่งสำคัญโดยพื้นฐานในการรักษาขั้ว? ลองคิดดูตอนนี้

ประเด็นก็คือกระบวนการผลิตตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้านั้นแตกต่างอย่างมากจาก เช่น หากทั้งสองแผ่นหลังและอิเล็กทริกเป็นเนื้อเดียวกันสัมพันธ์กันนั่นคือไม่มีความแตกต่างในโครงสร้างที่ส่วนต่อประสานแผ่น - อิเล็กทริกบนทั้งสองด้านของอิเล็กทริกจากนั้น ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า (อลูมิเนียมทรงกระบอก, แทนทาลัม , โพลีเมอร์) มีความแตกต่างในโครงสร้างของการเปลี่ยนอิเล็กทริก -การชุบทั้งสองด้านของอิเล็กทริก: แอโนดและแคโทดแตกต่างกันในองค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางกายภาพ

เมื่อสร้างตัวเก็บประจุอะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้า พวกมันไม่เพียงแค่ม้วนแผ่นฟอยล์ที่เหมือนกันสองแผ่นที่เรียงรายไปด้วยกระดาษที่เคลือบด้วยอิเล็กโทรไลต์

ที่ด้านข้างของแผ่นขั้วบวก (ที่ใช้ +) จะมีชั้นอลูมิเนียมออกไซด์เคลือบบนพื้นผิวฟอยล์ในลักษณะพิเศษ แอโนดได้รับการออกแบบเพื่อให้อิเล็กตรอนผ่านวงจรภายนอกไปยังแคโทดระหว่างการชาร์จตัวเก็บประจุ

แผ่นขั้วลบ (แคโทด) เป็นเพียงอลูมิเนียมฟอยล์ ในระหว่างกระบวนการชาร์จ อิเล็กตรอนจะเข้ามาผ่านวงจรภายนอก อิเล็กโทรไลต์ที่นี่ทำหน้าที่เป็นตัวนำไอออน

สถานการณ์จะเหมือนกันกับตัวเก็บประจุแทนทาลัมโดยที่ผงแทนทาลัมทำหน้าที่เป็นขั้วบวกซึ่งมีการสร้างฟิล์มแทนทาลัมเพนท็อกไซด์ (ขั้วบวกเชื่อมต่อกับออกไซด์!) ซึ่งทำหน้าที่เป็นอิเล็กทริกจากนั้นจะมีชั้นของเซมิคอนดักเตอร์ - แมงกานีสไดออกไซด์เป็นอิเล็กโทรไลต์จากนั้นเป็นแคโทดเงินซึ่งอิเล็กตรอนจะปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการคายประจุ

ตัวเก็บประจุไฟฟ้าโพลีเมอร์ใช้โพลีเมอร์นำไฟฟ้าน้ำหนักเบาเป็นแคโทด แต่กระบวนการจะคล้ายกัน สาระสำคัญคือปฏิกิริยาออกซิเดชันและการรีดักชัน เหมือนกับในแบตเตอรี่ แอโนดจะถูกออกซิไดซ์ในระหว่างปฏิกิริยาคายประจุไฟฟ้าเคมี และแคโทดจะลดลง

เมื่อประจุตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า จะมีอิเล็กตรอนมากเกินไปที่แคโทด บนแผ่นขั้วลบ ทำให้เกิดประจุลบที่ขั้วนี้ และที่ขั้วบวก อิเล็กตรอนขาด ทำให้เกิดประจุบวก จึงได้ความต่างศักย์ .

ถ้าตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าเชื่อมต่อกับวงจรภายนอก อิเล็กตรอนส่วนเกินจะวิ่งจากแคโทดที่มีประจุลบไปยังขั้วบวกที่มีประจุบวก และประจุจะถูกทำให้เป็นกลาง ในอิเล็กโทรไลต์ ไอออนบวกจะเคลื่อนที่ในขณะนี้จากแคโทดไปยังแอโนด

หากเชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบโพลาร์เข้ากับวงจรไม่ถูกต้อง ปฏิกิริยาที่อธิบายไว้จะไม่สามารถดำเนินการได้ตามปกติ และตัวเก็บประจุจะไม่ทำงานตามปกติ ตัวเก็บประจุแบบไม่มีขั้วสามารถทำงานได้ในการเชื่อมต่อใดๆ ก็ตาม เนื่องจากไม่มีทั้งขั้วบวก ไม่มีแคโทด หรืออิเล็กโทรไลต์ และแผ่นของพวกมันจะมีปฏิกิริยากับอิเล็กทริกในลักษณะเดียวกับแหล่งกำเนิด

แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณมีเพียงตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรลีติคแบบขั้วอยู่ในมือ แต่คุณต้องเชื่อมต่อตัวเก็บประจุกับวงจรกระแสที่มีการเปลี่ยนแปลงขั้ว? มีเคล็ดลับอย่างหนึ่งสำหรับเรื่องนี้ คุณจำเป็นต้องใช้ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรลีติคขั้วที่เหมือนกันสองตัวและเชื่อมต่อเข้าด้วยกันเป็นอนุกรมด้วยขั้วต่อที่มีชื่อเดียวกัน คุณจะได้รับตัวเก็บประจุที่ไม่มีขั้วหนึ่งตัวจากสองขั้วซึ่งมีความจุน้อยกว่าส่วนประกอบทั้งสองแต่ละตัวถึง 2 เท่า

บนพื้นฐานนี้โดยวิธีการนี้มีการสร้างตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าแบบไม่มีขั้วซึ่งมีชั้นออกไซด์อยู่บนแผ่นทั้งสอง ด้วยเหตุนี้ ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าแบบไม่มีขั้วจึงมีขนาดใหญ่กว่าตัวเก็บประจุแบบขั้วที่มีความจุใกล้เคียงกันอย่างมาก ตามหลักการนี้ยังมีการผลิตตัวเก็บประจุแบบไม่มีขั้วที่สตาร์ทด้วยไฟฟ้าซึ่งออกแบบมาเพื่อทำงานในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีความถี่ 50-60 Hz

ในชีวิตประจำวัน ทุกคนใช้ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า อะแดปเตอร์ และอุปกรณ์จ่ายไฟ แต่มีเพียงไม่กี่คนที่คิดว่าฟังก์ชันหลักในอุปกรณ์ที่ระบุไว้นั้นดำเนินการโดยตัวเก็บประจุ เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า "อิเล็กโทรไลต์" คุณสมบัติหลักคือขนาดที่เล็กและความสามารถในการสะสมประจุตามระดับความจุ

ในสาขาวิศวกรรมวิทยุและวิศวกรรมไฟฟ้า ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าเป็นองค์ประกอบที่มีเปลือกไดอิเล็กทริกที่ทำจากโลหะออกไซด์ เรียกว่าแอโนด และมีความจุภายในสำหรับเก็บประจุเรียกว่าแคโทด เนื่องจากคุณสมบัตินี้จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์วิทยุ ตัวเก็บประจุมีอยู่ในวงจรของวิทยุ โทรทัศน์ เครื่องซักผ้า เครื่องปรับอากาศ อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์อื่นๆ อีกมากมาย

ประวัติความเป็นมาและพัฒนาการ

ในปี พ.ศ. 2418 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส เออแฌน อาเดรียง ดูเครเตต์ ค้นพบกระบวนการเคมีไฟฟ้าในโลหะบางชนิด ตัวอย่างการวิจัย ได้แก่ แทนทาลัม ไนโอเบียม สังกะสี ไทเทเนียม แคดเมียม อลูมิเนียม พลวง และอื่นๆ ตัวอย่างเหล่านี้ถูกใช้ในรูปแบบของขั้วบวก (ขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟ) ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าชั้นออกไซด์ที่มีลักษณะวาล์วปรากฏบนพื้นผิว

ในปี พ.ศ. 2439 นักวิทยาศาสตร์ Karol Pollak ได้ยื่นคำขอต่อสำนักงานสิทธิบัตรเพื่อประดิษฐ์ตัวเก็บประจุ เขาพิสูจน์ด้วยองค์ประกอบของเขาเองว่ากระบวนการเคมีไฟฟ้าต้องมีขั้วที่แน่นอนที่ส่วนต่อประสานระหว่างโลหะกับไดอิเล็กทริกจึงจะเกิดการก่อตัวของออกไซด์ การไม่สังเกตขั้วนี้ทำให้เกิดการสูญเสียอิเล็กทริกและการลัดวงจร

ในรัสเซียเป็นเวลานานการผลิตตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าถือว่าไม่ประหยัด แม้ว่าจะมีข้อโต้แย้งมากมายในสิ่งพิมพ์ทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับเทคโนโลยีที่สามารถนำไปใช้ในการตั้งค่าการผลิตได้ การพัฒนาที่จริงจังครั้งแรกในการผลิตตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าปรากฏขึ้นในรัฐของเราในปี พ.ศ. 2474 ภาชนะของพวกเขาเต็มไปด้วยอิเล็กโทรไลต์เหลว ปัจจุบันการผลิตองค์ประกอบเหล่านี้มีในวงกว้าง บริษัท ที่มีชื่อเสียงระดับโลกหลายแห่งมีส่วนร่วมในการผลิตตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า

ตัวเลือกตัวเก็บประจุตามการใช้งาน

ดังที่คุณทราบจากหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียน ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์ที่มีขั้ว พวกมันเริ่มทำงานเมื่อกระแสไหลไปในทิศทางเดียว ดังนั้นในทางปฏิบัติจึงรวมอยู่ในวงจรที่มีวงจรแรงดันไฟฟ้าคงที่หรือแบบเร้าใจ

การประยุกต์ใช้ในวงจรแรงดันไฟฟ้าคงที่

ใช้คุณสมบัติของตัวเก็บประจุของการออกแบบนี้:

1. สำหรับการสะสมพลังงานไฟฟ้าในเครื่องกำเนิดพัลส์ แหล่งกำเนิดแสงพัลส์ รวมถึงการดึงดูดขององค์ประกอบแม่เหล็กแข็งในกระบวนการทดลองทางกายภาพ
2. เพื่อเพิ่มกระแสให้ถึงระดับหนึ่งในเครื่องเชื่อม เครื่องเอ็กซเรย์ และอุปกรณ์ถ่ายเอกสาร
3. สำหรับการทำงานที่แม่นยำของหน่วยความจำอะนาล็อกหรือวงจรกวาดแบบอะนาล็อก
4. สำหรับการสร้างเครื่องมือไฟฟ้าในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า

ในวงจรแรงดันคงที่ที่มีการใช้งานแบบเป็นจังหวะ

ลักษณะของตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงที่มีการซ้อนทับแบบเร้าใจใช้:

1. เพื่อสร้างส่วนตัวกรองแบนด์พาสพร้อมกับตัวต้านทานและตัวเหนี่ยวนำ
2. สำหรับการแบ่งองค์ประกอบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่มีกระแสต่างกัน
3. สำหรับการเชื่อมต่อส่วนของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับกับองค์ประกอบที่ทำงานบนส่วนประกอบโดยตรง
4. สำหรับสร้างแรงดันไฟฟ้าฟันเลื่อยและคลื่นสี่เหลี่ยมในวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบผ่อนคลาย
5. สำหรับแก้ไขแรงดันไฟฟ้าในวงจรเรียงกระแส

วัตถุประสงค์ในวงจรแรงดันไฟฟ้าแปรผัน

สำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ผู้ผลิตตัวเก็บประจุได้สร้างองค์ประกอบที่มีประจุไฟฟ้าแบบไม่มีขั้ว ในการออกแบบพวกเขามีองค์ประกอบเพิ่มเติมและมิติที่เพิ่มขึ้น พวกมันมาในภาชนะที่แตกต่างกันซึ่งเต็มไปด้วยสารอัลคาไลน์เข้มข้นและกรด

พวกเขาใช้:

1. เพื่อปรับปรุงคุณภาพพลังงานไฟฟ้าและเพิ่มตัวประกอบกำลัง ตัวอย่างเช่น ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคจะลดระดับของส่วนประกอบที่ทำปฏิกิริยา ซึ่งจะเพิ่มตัวประกอบกำลังเป็น 0.999
2. ในวงจรอินเวอร์เตอร์และอุปกรณ์ที่มีวงจรเรียงกระแสไทริสเตอร์เพื่อลดอิทธิพลของสนามแม่เหล็ก
3. เพื่อปรับปรุงความสามารถในการสตาร์ทของมอเตอร์ชนิดอะซิงโครนัส วงจรสตาร์ทเกือบทั้งหมดสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้าเฟสเดียวมีตัวเก็บประจุ

ตามวิธีการเติม ตัวเก็บประจุแบบแปรผันแบ่งออกเป็นประเภท:

• ด้วยอิเล็กทริกของเหลว
• ด้วยการเติมแบบแห้ง
• ด้วยพารามิเตอร์ตัวเก็บประจุเซมิคอนดักเตอร์ออกไซด์
• การออกแบบโลหะออกไซด์

ขั้วบวกของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าทำจากอลูมิเนียม ไนโอเบียม หรือฟอยล์แทนทาลัม ตัวเก็บประจุแบบแปรผันชนิดออกไซด์-เซมิคอนดักเตอร์มีแคโทดอยู่ในรูปของลูกบอลเซมิคอนดักเตอร์ที่สะสมอยู่บนชั้นออกไซด์

การออกแบบตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุประเภทและขนาดต่าง ๆ ทำจากสององค์ประกอบ - แผ่นและความจุ (ระยะห่างระหว่างฝาครอบ) ที่เต็มไปด้วยสารอิเล็กทริก ความจุคำนวณโดยใช้สูตร:

C = ee0S/d โดยที่:

• S คือค่าของพื้นที่ซับใน
• d – ค่าระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลก
• e0 เป็นส่วนประกอบทางไฟฟ้าที่สร้างความแรงของสนามไฟฟ้าของพื้นที่สุญญากาศ
• e – ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก

ลักษณะเฉพาะของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าคือประกอบด้วยชั้นของสารอิเล็กโทรไลต์ระหว่างฝาครอบฟอยล์สองใบ โดยที่หนึ่งในนั้นถูกปกคลุมด้วยฟิล์มของเซมิคอนดักเตอร์ออกไซด์ อิเล็กโทรไลต์ดังกล่าวมีแผ่นอยู่ภายใน พับเข้าด้วยกันโดยมีชั้นกระดาษแยกที่ชุบด้วยอิเล็กโทรไลต์ ความจุของตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับความหนา ลูกบอลด้านบนยังถูกปกคลุมด้วยชั้นกระดาษแยก ทุกอย่างในชุดอุปกรณ์จะถูกม้วนและวางไว้ในกล่องโลหะ

แผ่นโลหะในรูปแบบของหน้าสัมผัสจะถูกบัดกรีตามขอบของฟอยล์ ได้รับการออกแบบมาเพื่อเชื่อมต่อกับองค์ประกอบวงจรอื่นๆ นอกจากนี้ขั้วไฟฟ้าที่มีศักยภาพเชิงบวกยังถูกปกคลุมด้วยลูกบอลออกไซด์ ฟังก์ชั่นของแคโทดนั้นดำเนินการโดยชั้นอิเล็กโทรไลต์ที่เชื่อมต่อกับแผ่นที่สอง

ด้วยความช่วยเหลือของการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าของพื้นผิวของเยื่อบุ (ลอน) ในระหว่างกระบวนการผลิตพื้นที่ของเยื่อบุจะเพิ่มขึ้น ด้วยการใช้เทคโนโลยีนี้ ตัวเก็บประจุความจุสูงจึงถูกสร้างขึ้น

โดยปกติแล้ว องค์ประกอบดังกล่าวจะทำงานได้อย่างไร้ปัญหาที่อุณหภูมิปกติและแรงดันไฟฟ้าไม่บิดเบี้ยว ตัวอย่างเช่น เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเหนือปกติ ชั้นออกไซด์ใหม่จะก่อตัวขึ้น พร้อมด้วยการปล่อยความร้อนและการก่อตัวของก๊าซ เป็นผลให้แรงกดดันในตัวเรือนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและความแข็งแกร่งของมันก็ไม่สามารถรับมือกับความสามารถดังกล่าวได้ สิ่งนี้อาจนำไปสู่การระเบิดและการทำลายองค์ประกอบวงจรอื่น ๆ

บริษัทหลายแห่งผลิตตัวเก็บประจุที่มีเมมเบรนป้องกัน มันแตกสลายภายใต้อิทธิพลของการก่อตัวของก๊าซและป้องกันการระเบิด การทำเครื่องหมายของตัวเก็บประจุดังกล่าวประกอบด้วยการใช้รอยบากในรูปแบบของตัวอักษร "T", "Y" หรือเครื่องหมาย "+"

ถอดรหัสตัวเลขและตัวอักษรบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์

หากต้องการถอดรหัสการกำหนดบนเนื้อหาขององค์ประกอบต่าง ๆ อย่างถูกต้องคุณจำเป็นต้องรู้หน่วยการวัด สำหรับตัวเก็บประจุ โปรดจำไว้ว่าความจุจะวัดเป็นฟารัด (F) มีความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้:

• 1uF (ไมโครฟารัด)F=10yl⁶F;
• 1mF (มิลลิฟารัด)F=10µF;
• n(นาโนฟารัด)F=10′⁹;
• p(พิโคฟารัด)F=10′¹²F.

การทำเครื่องหมายของตัวเก็บประจุของพารามิเตอร์ขนาดใหญ่จะแสดงโดยตรงบนตัวองค์ประกอบ ในบางแบบ จารึกมีสัญลักษณ์ต่างกัน ในกรณีเช่นนี้ ควรอาศัยค่าที่ระบุไว้ข้างต้นจะดีกว่า

ในการปรับเปลี่ยนบางอย่าง เครื่องหมายจะเป็นตัวพิมพ์ใหญ่ ตัวอย่างเช่นแทนที่จะเป็น 1mF จะมี MF คุณยังจะพบว่าเครื่องหมายมีชุดตัวอักษร fd ซึ่งแปลว่าฟารัด นอกจากนี้รหัสยังมีข้อมูลที่อนุญาตให้มีการเบี่ยงเบนจากค่าที่ระบุเป็นเปอร์เซ็นต์ ตัวอย่างเช่นหากการทำเครื่องหมายมี 6000uF + 50% -70% ก็ควรเข้าใจว่าสิ่งนี้แตกต่างจากค่าที่ระบุ 50% -70% นั่นคือคุณสามารถใช้ตัวเก็บประจุ 9000uF หรือ 1800uF หากไม่มีเปอร์เซ็นต์คุณจะต้องค้นหาตัวอักษร โดยปกติจะปรากฏเป็นชื่อแยกต่างหากจากคอนเทนเนอร์ ตัวอักษรแต่ละตัวอนุญาตให้เบี่ยงเบนไปจากค่าที่ระบุ

หลังจากกำหนดพิกัดและข้อผิดพลาดที่อนุญาตแล้ว คุณต้องดำเนินการกำหนดค่าแรงดันไฟฟ้าต่อไป โดยกำหนดด้วยตัวเลขร่วมกับตัวอักษร เช่น V, VDC, WV หรือ VDCW การกำหนด WV ย่อมาจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน ตัวเลขแสดงถึงความคลาดเคลื่อนสูงสุดที่อนุญาต

สิ่งสำคัญที่ต้องรู้!หากไม่มีค่าบนพื้นผิวที่ระบุระดับแรงดันไฟฟ้า ตัวเก็บประจุดังกล่าวสามารถใช้ในวงจรไฟฟ้าแรงต่ำของวงจรได้ คุณต้องจำไว้ว่าตัวเก็บประจุที่ทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับไม่สามารถใช้ในวงจรแรงดันไฟฟ้าคงที่และในทางกลับกัน

เพื่อกำหนดขั้วของขั้วต่อ จะมีการทำเครื่องหมายเครื่องหมาย “+” และ “–” ไว้บนตัวเครื่อง หากไม่มีอยู่ แสดงว่าตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกับวงจรด้านใดด้านหนึ่ง

การถอดเสียงแบบดิจิทัล

ตัวเลขบนเคสมีการตีความของตัวเอง เมื่อระบุเพียงตัวเลขสองตัวและตัวอักษรหนึ่งตัว ตัวเลขรวมกันจะบ่งบอกถึงความจุ การเข้ารหัสอื่นๆ ทั้งหมดจำเป็นต้องเข้าใจโดยใช้แนวทางที่ไม่ได้มาตรฐาน ขึ้นอยู่กับการออกแบบองค์ประกอบเป็นหลัก

หลักที่สามคือตัวคูณของศูนย์ ดังนั้นการถอดรหัสจึงดำเนินการตามหลักสุดท้าย หากอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 6 เลขศูนย์จะถูกบวกเข้ากับตัวเลขตัวแรกตามจำนวนหลักที่สามที่ระบุ เช่น 373 หมายถึง 37000

เมื่อตัวเลขหลักสุดท้ายเกินขีดจำกัด 0-6 เช่น มีค่า 8 จึงต้องคูณตัวเลขหลักแรกด้วย 0.01 ดังนั้น รหัส 378 จึงหมายถึง 0.37 เมื่อมี 9 ต่อท้าย ผลรวมของสองหลักแรกจะคูณด้วย 0.1 การกำหนด 379 ควรอ่านเป็น 3.7

เมื่อทุกอย่างชัดเจนจากการผสมตัวเลขและความจุแล้ว คุณจำเป็นต้องทราบหน่วยการวัด

สิ่งสำคัญที่ต้องจำ!ตัวเก็บประจุขนาดเล็กวัดเป็นพิโคฟารัด ในขณะที่ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่วัดเป็นไมโครฟารัด

การเข้ารหัสตัวอักษร

ควรเข้าใจตัวอักษร R ในอักขระสองตัวแรกว่าเป็นการกำหนดเครื่องหมายจุลภาคที่ใช้ในการกำหนดเศษส่วนทศนิยม ตัวอย่างเช่น ตัวเลข 4R1 อ่านได้ 4.1 pF หากเครื่องหมายมีตัวอักษร p, n หรือ u ก็ควรแทนที่ด้วยเครื่องหมายจุลภาคด้วย ตัวอย่างเช่น n61 หมายถึง 0.61 นาโนฟารัด

เครื่องหมายผสม

รหัสบนตัวตัวเก็บประจุนี้ประกอบด้วยตัวอักษรและตัวเลขสลับกัน โดยปกติจะใช้ตามรูปแบบ "ตัวอักษร - ตัวเลข - ตัวอักษร" ตัวอักษรตัวแรกระบุถึงอุณหภูมิในการทำงานของสภาพที่เชื่อถือได้ของตัวเก็บประจุ ตัวเลขที่สองคือขีดจำกัดอุณหภูมิที่อนุญาต

ตัวอักษรตัวที่สามหมายถึงการเปลี่ยนแปลงความจุจากอุณหภูมิต่ำสุดไปเป็นอุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาต หากมีตัวอักษร "A" แสดงว่าเป็นตัวบ่งชี้ที่แม่นยำ ข้อผิดพลาดของมันคือ 0.1% หากมีตัวอักษร "V" ตัวบ่งชี้ความจุจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 22% ถึง 82% เป็นเรื่องปกติมากที่จะค้นหาตัวเก็บประจุที่มีตัวอักษร "R" ซึ่งหมายถึงค่าความจุเบี่ยงเบนไป 15% จากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

การเปลี่ยนพารามิเตอร์ระหว่างการทำงาน

เพื่อทำความเข้าใจว่าตัวเก็บประจุตัวใดดีและตัวไหนไม่ดี คุณจำเป็นต้องทราบคุณสมบัติทั่วไปและจำไว้ว่าพารามิเตอร์นั้นขึ้นอยู่กับแต่ละตัวอย่างไร ตัวอย่างเช่นความสามารถของหน่วยในการปล่อยก๊าซในระหว่างโหมดการทำงานต้องสร้างสำรองแรงดันไฟฟ้าที่อนุญาตในช่วง 0.5-0.6 ของค่าเมื่อติดตั้งวงจร นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งเมื่อวงจรทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง

เมื่อใช้ตัวเก็บประจุในวงจรกระแสแปรผันต้องคำนึงถึงความถี่ในการทำงานด้วย โดยทั่วไป ความถี่การทำงานของแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันไม่ควรเบี่ยงเบนไปจาก 50 Hz สำหรับความถี่ที่สูงกว่า จะต้องรวมตัวเก็บประจุที่มีแรงดันไฟฟ้าที่อนุญาตต่ำกว่าไว้ด้วย มิฉะนั้นอิเล็กทริกจะร้อนมากซึ่งจะทำให้ตัวเรือนแตก

องค์ประกอบที่มีความจุสูงและกระแสรั่วไหลต่ำสามารถเก็บประจุได้เป็นเวลานาน ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญเพื่อความปลอดภัยในการเชื่อมต่อองค์ประกอบต้านทานแบบขนานที่มีความต้านทานอย่างน้อย 1 MΩ และกำลัง 0.5 W

ตัวเก็บประจุไฟฟ้าทำหน้าที่กักเก็บพลังงานไฟฟ้า หากไม่มีวงจรรับสัญญาณวิทยุหรือโทรทัศน์จะไม่ทำงาน การถือกำเนิดของวงจรไมโครทำให้การทำงานของตัวเก็บประจุเปลี่ยนไป หลายรายการผลิตขึ้นในรูปแบบครบวงจร

วีดีโอ

มีการเขียนมากมายเกี่ยวกับตัวเก็บประจุ มันคุ้มค่าที่จะเพิ่มคำอีกสองสามพันคำให้กับคำนับล้านที่มีอยู่แล้วหรือไม่? ฉันจะเพิ่มมัน! ฉันเชื่อว่าการนำเสนอของฉันจะเป็นประโยชน์ ท้ายที่สุดแล้วจะต้องคำนึงถึงด้วย

ตัวเก็บประจุไฟฟ้าคืออะไร

การพูดในภาษารัสเซียตัวเก็บประจุสามารถเรียกได้ว่าเป็น "อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล" วิธีนี้ชัดเจนยิ่งขึ้น ยิ่งกว่านั้นนี่คือวิธีการแปลชื่อนี้เป็นภาษาของเรา แก้วสามารถเรียกได้ว่าเป็นตัวเก็บประจุ มีเพียงของเหลวสะสมอยู่ในตัวเท่านั้น หรือเป็นกระเป๋า ใช่กระเป๋า ปรากฎว่ามันเป็นอุปกรณ์เก็บข้อมูลด้วย มันสะสมทุกสิ่งที่เราใส่เข้าไป ตัวเก็บประจุไฟฟ้าเกี่ยวอะไรกับมัน? เหมือนกับแก้วหรือถุงแต่จะสะสมเฉพาะประจุไฟฟ้าเท่านั้น

ลองนึกภาพ: กระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจร ตัวต้านทานและตัวนำมาบรรจบกันตามเส้นทางของมัน และแบม ตัวเก็บประจุ (แก้ว) จะปรากฏขึ้น จะเกิดอะไรขึ้น? ดังที่คุณทราบ กระแสคือการไหลของอิเล็กตรอน และอิเล็กตรอนแต่ละตัวมีประจุไฟฟ้า ดังนั้น เมื่อมีคนบอกว่ามีกระแสไหลผ่านวงจร คุณจะจินตนาการว่ามีอิเล็กตรอนหลายล้านตัวไหลผ่านวงจร อิเล็กตรอนชนิดเดียวกันนี้เมื่อตัวเก็บประจุปรากฏขึ้นในเส้นทางจะสะสม ยิ่งเราใส่อิเล็กตรอนเข้าไปในตัวเก็บประจุมากเท่าใด ประจุก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

คำถามเกิดขึ้น: ด้วยวิธีนี้สามารถสะสมอิเล็กตรอนได้กี่ตัว, ตัวเก็บประจุจะใส่ได้กี่ตัวและเมื่อใดจะ "เพียงพอ"? มาหาคำตอบกัน บ่อยครั้งมากสำหรับการอธิบายอย่างง่ายของกระบวนการทางไฟฟ้าอย่างง่ายจะใช้การเปรียบเทียบกับน้ำและท่อ ลองใช้แนวทางนี้ด้วย

ลองนึกภาพท่อที่มีน้ำไหลผ่าน ที่ปลายด้านหนึ่งของท่อจะมีปั๊มที่สูบน้ำเข้าท่อนี้อย่างแรง จากนั้นจึงวางแผ่นยางไว้ทั่วทั้งท่อ จะเกิดอะไรขึ้น? เมมเบรนจะเริ่มยืดและตึงภายใต้อิทธิพลของแรงดันน้ำในท่อ (แรงดันที่สร้างโดยปั๊ม) มันจะยืด ยืด ยืด และในที่สุดแรงยืดหยุ่นของเมมเบรนก็จะสมดุลแรงของปั๊มและการไหลของน้ำจะหยุดหรือเมมเบรนจะแตก (หากไม่ชัดเจน ลองจินตนาการถึงบอลลูนที่จะ ระเบิดหากปั๊มมากเกินไป)! สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นในตัวเก็บประจุไฟฟ้า มีเพียงสนามไฟฟ้าที่ใช้แทนเมมเบรนซึ่งจะเพิ่มขึ้นเมื่อตัวเก็บประจุถูกชาร์จและค่อยๆ ปรับสมดุลแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงาน

ดังนั้นตัวเก็บประจุจึงมีประจุจำกัดที่แน่นอนซึ่งสามารถสะสมได้ และหลังจากประจุเกินนั้นก็จะเกิดขึ้น การสลายอิเล็กทริกในตัวเก็บประจุ มันจะพังและเลิกเป็นตัวเก็บประจุ อาจถึงเวลาที่จะบอกคุณว่าตัวเก็บประจุทำงานอย่างไร

ตัวเก็บประจุไฟฟ้าทำงานอย่างไร?

ที่โรงเรียน พวกเขาบอกคุณว่าตัวเก็บประจุคือสิ่งที่ประกอบด้วยแผ่นสองแผ่นและมีช่องว่างระหว่างแผ่นเหล่านั้น แผ่นเหล่านี้เรียกว่าแผ่นตัวเก็บประจุและมีสายไฟเชื่อมต่ออยู่เพื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับตัวเก็บประจุ ดังนั้นตัวเก็บประจุสมัยใหม่จึงไม่แตกต่างกันมากนัก พวกเขาทั้งหมดมีแผ่นและมีอิเล็กทริกระหว่างแผ่น เนื่องจากการมีอยู่ของอิเล็กทริกทำให้ลักษณะของตัวเก็บประจุได้รับการปรับปรุง ตัวอย่างเช่นความจุของมัน

ตัวเก็บประจุสมัยใหม่ใช้ไดอิเล็กทริกหลายประเภท (ดูข้อมูลเพิ่มเติมด้านล่างนี้) ซึ่งถูกยัดไว้ระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุด้วยวิธีที่ซับซ้อนที่สุดเพื่อให้ได้คุณลักษณะบางอย่าง

หลักการทำงาน

หลักการทำงานทั่วไปค่อนข้างง่าย: ใช้แรงดันไฟฟ้าและประจุสะสม กระบวนการทางกายภาพที่กำลังเกิดขึ้นตอนนี้ไม่ควรสนใจคุณมากนัก แต่ถ้าคุณต้องการ คุณสามารถอ่านเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้ในหนังสือเล่มใดก็ได้เกี่ยวกับฟิสิกส์ในส่วนไฟฟ้าสถิต

ตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง

หากเราวางตัวเก็บประจุไว้ในวงจรไฟฟ้า (รูปด้านล่าง) ให้เชื่อมต่อแอมป์มิเตอร์แบบอนุกรมกับตัวเก็บประจุแล้วจ่ายกระแสตรงให้กับวงจร เข็มของแอมป์มิเตอร์จะกระตุกครู่หนึ่ง จากนั้นค้างและแสดง 0A - ไม่มีกระแสไฟฟ้าในวงจร เกิดอะไรขึ้น?

เราจะสมมติว่าก่อนที่จะจ่ายกระแสให้กับวงจร ตัวเก็บประจุจะว่างเปล่า (คายประจุ) และเมื่อจ่ายกระแสเข้าไป ก็เริ่มชาร์จเร็วมาก และเมื่อถูกประจุ (สนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุทำให้แหล่งพลังงานสมดุล ) จากนั้นกระแสก็หยุด (นี่คือกราฟของประจุตัวเก็บประจุ)

นี่คือสาเหตุที่พวกเขาบอกว่าตัวเก็บประจุไม่อนุญาตให้กระแสตรงไหลผ่าน ในความเป็นจริงมันผ่านไป แต่ในช่วงเวลาสั้น ๆ ซึ่งสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร t = 3*R*C (เวลาในการชาร์จตัวเก็บประจุถึง 95% ของปริมาตรที่ระบุ R คือความต้านทานของวงจร C คือ ความจุของตัวเก็บประจุ) นี่คือลักษณะการทำงานของตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง มันมีพฤติกรรมแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงในวงจรแปรผัน!

ตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

กระแสสลับคืออะไร? นี่คือตอนที่อิเล็กตรอน "วิ่ง" ก่อนจากนั้นจึงย้อนกลับ เหล่านั้น. ทิศทางการเคลื่อนไหวเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา จากนั้น หากกระแสสลับไหลผ่านวงจรพร้อมกับตัวเก็บประจุ ประจุ "+" หรือประจุ "-" ก็จะสะสมอยู่บนแต่ละแผ่น เหล่านั้น. กระแสไฟ AC จะไหลจริง ซึ่งหมายความว่ากระแสสลับจะไหล "โดยไม่มีสิ่งกีดขวาง" ผ่านตัวเก็บประจุ

กระบวนการทั้งหมดนี้สามารถสร้างแบบจำลองได้โดยใช้วิธีการเปรียบเทียบแบบไฮดรอลิก ภาพด้านล่างแสดงวงจรไฟฟ้ากระแสสลับแบบอะนาล็อก ลูกสูบดันของเหลวไปข้างหน้าและข้างหลัง ทำให้ใบพัดหมุนไปมา กลายเป็นกระแสสลับของของเหลว (เราอ่านว่ากระแสสลับ)

ตอนนี้เรามาวางตัวเก็บประจุในรูปแบบของเมมเบรนระหว่างแหล่งกำเนิดแรง (ลูกสูบ) และใบพัดแล้ววิเคราะห์สิ่งที่จะเปลี่ยนแปลง

ดูเหมือนว่าจะไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลง เช่นเดียวกับที่ของเหลวทำการเคลื่อนที่แบบแกว่งไปมา ดังนั้นมันจึงยังคงเคลื่อนที่ต่อไป เช่นเดียวกับใบพัดที่แกว่งด้วยเหตุนี้ มันก็จะแกว่งต่อไปเช่นกัน ซึ่งหมายความว่าเมมเบรนของเราไม่เป็นอุปสรรคต่อการไหลแบบแปรผัน เช่นเดียวกับตัวเก็บประจุอิเล็กทรอนิกส์

ความจริงก็คือแม้ว่าอิเล็กตรอนที่ทำงานในสายโซ่จะไม่ข้ามอิเล็กทริก (เมมเบรน) ระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุ แต่ภายนอกตัวเก็บประจุการเคลื่อนที่ของพวกมันก็จะแกว่งไปมา (ไปมา) เช่น กระแสสลับไหล เอ๊ะ!

ดังนั้นตัวเก็บประจุจึงผ่านกระแสสลับและบล็อกกระแสตรง วิธีนี้สะดวกมากเมื่อคุณต้องการถอดส่วนประกอบ DC ในสัญญาณ เช่น ที่เอาต์พุต/อินพุตของเครื่องขยายเสียง หรือเมื่อคุณต้องการดูเฉพาะส่วนที่แปรผันของสัญญาณ (กระเพื่อมที่เอาต์พุตของ DC แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า)

รีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุ

คาปาซิเตอร์มีแรงต้าน! โดยหลักการแล้วสิ่งนี้สามารถสันนิษฐานได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าไม่มีกระแสตรงไหลผ่านราวกับว่ามันเป็นตัวต้านทานที่มีความต้านทานสูงมาก

กระแสสลับเป็นอีกเรื่องหนึ่ง - มันผ่านไป แต่ได้รับความต้านทานจากตัวเก็บประจุ:

f - ความถี่, C - ความจุของตัวเก็บประจุ หากคุณดูสูตรอย่างละเอียด คุณจะเห็นว่าหากกระแสคงที่ แล้ว f = 0 จากนั้น (นักคณิตศาสตร์หัวรุนแรงอาจยกโทษให้ฉันด้วย!) X c = อนันต์และไม่มีกระแสตรงผ่านตัวเก็บประจุ

แต่ความต้านทานต่อกระแสสลับจะเปลี่ยนไปตามความถี่และความจุของตัวเก็บประจุ ยิ่งความถี่ของกระแสและความจุของตัวเก็บประจุสูงขึ้นเท่าใด ความต้านทานกระแสนี้ก็จะยิ่งน้อยลงและในทางกลับกัน ยิ่งแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงเร็วเท่าไร
แรงดันไฟฟฉายิ่งกระแสไหลผจานตัวเก็บประจุมากขึ้น สิ่งนี้จะอธิบายการลดลงของ Xc เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น

อย่างไรก็ตามคุณสมบัติอีกอย่างของตัวเก็บประจุคือไม่ปล่อยพลังงานและไม่ร้อน! ดังนั้นบางครั้งจึงใช้เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าในบริเวณที่ตัวต้านทานจะเกิดควัน ตัวอย่างเช่น เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าเครือข่ายจาก 220V เป็น 127V และอีกอย่างหนึ่ง:

กระแสไฟฟ้าในตัวเก็บประจุเป็นสัดส่วนกับความเร็วของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับขั้วต่อ

ตัวเก็บประจุใช้ที่ไหน?

ใช่ ไม่ว่าคุณสมบัติใดที่ต้องการ (ไม่อนุญาตให้กระแสตรงไหลผ่าน ความสามารถในการสะสมพลังงานไฟฟ้าและการเปลี่ยนแปลงความต้านทานขึ้นอยู่กับความถี่) ในตัวกรอง ในวงจรออสซิลเลเตอร์ ในตัวคูณแรงดันไฟฟ้า ฯลฯ

คาปาซิเตอร์มีกี่ประเภท?

อุตสาหกรรมนี้ผลิตตัวเก็บประจุหลายประเภท แต่ละคนมีข้อดีและข้อเสียบางประการ บางตัวมีกระแสรั่วไหลต่ำ บางตัวมีความจุขนาดใหญ่ และบางตัวก็มีอย่างอื่น ตัวเก็บประจุจะถูกเลือกทั้งนี้ขึ้นอยู่กับตัวบ่งชี้เหล่านี้

นักวิทยุสมัครเล่นโดยเฉพาะมือใหม่อย่างพวกเรา อย่ากังวลมากเกินไปและเดิมพันกับสิ่งที่พวกเขาจะหาได้ อย่างไรก็ตาม คุณควรรู้ว่าตัวเก็บประจุชนิดใดที่มีอยู่ในธรรมชาติ

รูปภาพแสดงการแยกตัวเก็บประจุแบบธรรมดามาก ฉันรวบรวมมันตามรสนิยมของฉันและฉันชอบมันเพราะมันชัดเจนทันทีว่ามีตัวเก็บประจุแบบแปรผันอยู่หรือไม่ มีตัวเก็บประจุถาวรประเภทใด และไดอิเล็กทริกใดบ้างที่ใช้ในตัวเก็บประจุทั่วไป โดยทั่วไปแล้ว ทุกสิ่งที่นักวิทยุสมัครเล่นต้องการ

มีกระแสรั่วไหลต่ำ ขนาดเล็ก ความเหนี่ยวนำต่ำ และสามารถทำงานที่ความถี่สูงและใน DC วงจรไฟฟ้ากระแสสลับและจังหวะ

ผลิตขึ้นในช่วงแรงดันไฟฟ้าและความจุในการทำงานที่หลากหลาย: ตั้งแต่ 2 ถึง 20,000 pF และทนแรงดันไฟฟ้าได้สูงถึง 30 kV ขึ้นอยู่กับการออกแบบ แต่บ่อยครั้งคุณจะพบตัวเก็บประจุเซรามิกที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 50V

จริงๆ แล้วฉันไม่รู้ว่าตอนนี้พวกเขากำลังได้รับการปล่อยตัวหรือเปล่า แต่ก่อนหน้านี้ไมกาถูกใช้เป็นอิเล็กทริกในตัวเก็บประจุดังกล่าว และตัวเก็บประจุนั้นประกอบด้วยแผ่นไมกาหนึ่งห่อ โดยแต่ละแผ่นถูกติดทั้งสองด้าน จากนั้นแผ่นดังกล่าวจะถูกรวบรวมเป็น "บรรจุภัณฑ์" และบรรจุลงในกล่อง

โดยทั่วไปจะมีความจุได้หลายพันถึงหมื่น picoforad และทำงานในช่วงแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 200 V ถึง 1500 V

ตัวเก็บประจุกระดาษ

ตัวเก็บประจุดังกล่าวมีกระดาษตัวเก็บประจุเป็นอิเล็กทริกและมีแถบอลูมิเนียมเป็นแผ่น อลูมิเนียมฟอยล์แถบยาวที่มีแถบกระดาษประกบอยู่ระหว่างนั้นจะถูกม้วนและบรรจุในปลอก นั่นคือเคล็ดลับ

ตัวเก็บประจุดังกล่าวมีความจุตั้งแต่หลายพันพิโคโฟรัดไปจนถึง 30 ไมโครฟอร์แมต และสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าได้ตั้งแต่ 160 ถึง 1500 โวลต์

มีข่าวลือว่าตอนนี้พวกเขาได้รับการยกย่องจากผู้รักเสียงเพลง ฉันไม่แปลกใจเลย - พวกมันมีสายตัวนำด้านเดียวด้วย...

โดยหลักการแล้วตัวเก็บประจุธรรมดาที่มีโพลีเอสเตอร์เป็นอิเล็กทริก ช่วงของความจุอยู่ระหว่าง 1 nF ถึง 15 mF ที่แรงดันไฟฟ้าขณะใช้งานตั้งแต่ 50 V ถึง 1500 V

ตัวเก็บประจุประเภทนี้มีข้อดีสองประการที่ไม่อาจปฏิเสธได้ ขั้นแรกสามารถทำได้ด้วยความอดทนเพียงเล็กน้อยเพียง 1% ดังนั้น ถ้ามันบอกว่า 100 pF ความจุของมันคือ 100 pF +/- 1% และประการที่สองคือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานสามารถเข้าถึงได้สูงสุด 3 kV (และความจุตั้งแต่ 100 pF ถึง 10 mF)

ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า

ตัวเก็บประจุเหล่านี้แตกต่างจากตัวเก็บประจุอื่นๆ ทั้งหมดตรงที่สามารถเชื่อมต่อกับวงจรกระแสตรงหรือกระแสพัลซิ่งเท่านั้น พวกมันมีขั้ว พวกเขามีบวกและลบ นี่เป็นเพราะการออกแบบของพวกเขา และหากเปิดตัวเก็บประจุแบบย้อนกลับก็มีแนวโน้มที่จะบวม และเมื่อก่อนพวกเขาก็ระเบิดอย่างร่าเริงแต่ไม่ปลอดภัย มีตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าที่ทำจากอลูมิเนียมและแทนทาลัม

ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคได้รับการออกแบบมาเกือบจะเหมือนกับตัวเก็บประจุแบบกระดาษ โดยมีข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือแผ่นของตัวเก็บประจุดังกล่าวเป็นแถบกระดาษและแถบอะลูมิเนียม กระดาษถูกชุบด้วยอิเล็กโทรไลต์ และชั้นบาง ๆ ของออกไซด์ถูกนำไปใช้กับแถบอะลูมิเนียม ซึ่งทำหน้าที่เป็นอิเล็กทริก หากคุณใช้กระแสสลับกับตัวเก็บประจุดังกล่าวหรือหมุนกลับไปที่ขั้วเอาต์พุต อิเล็กโทรไลต์จะเดือดและตัวเก็บประจุจะล้มเหลว

ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้ามีความจุค่อนข้างมาก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมักใช้ในวงจรเรียงกระแส

นั่นอาจเป็นทั้งหมด เบื้องหลังคือตัวเก็บประจุที่มีไดอิเล็กตริกที่ทำจากโพลีคาร์บอเนต โพลีสไตรีน และอาจมีประเภทอื่นๆ อีกมากมาย แต่ฉันคิดว่านี่จะฟุ่มเฟือย

ที่จะดำเนินต่อไป...

ในส่วนที่สอง ฉันวางแผนที่จะแสดงตัวอย่างการใช้งานตัวเก็บประจุโดยทั่วไป

เป็นส่วนประกอบทางไฟฟ้า (อิเล็กทรอนิกส์) ประกอบด้วยตัวนำ (แผ่น) สองตัวคั่นด้วยชั้นอิเล็กทริก ตัวเก็บประจุมีหลายประเภท ส่วนใหญ่จะแบ่งตามวัสดุที่ใช้ทำแผ่นและประเภทของอิเล็กทริกที่ใช้ระหว่างแผ่นเหล่านั้น

ประเภทของตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุกระดาษและโลหะกระดาษ

ในตัวเก็บประจุกระดาษ อิเล็กทริกที่แยกแผ่นฟอยล์คือกระดาษตัวเก็บประจุแบบพิเศษ ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ตัวเก็บประจุแบบกระดาษสามารถใช้ได้ทั้งในวงจรความถี่ต่ำและความถี่สูง

ตัวเก็บประจุกระดาษโลหะปิดผนึก ซึ่งแทนที่จะใช้ฟอยล์ (เช่นในตัวเก็บประจุกระดาษ) ใช้การสะสมของโลหะในสุญญากาศบนอิเล็กทริกของกระดาษ มีฉนวนไฟฟ้าคุณภาพดี และเพิ่มความจุจำเพาะ

ตัวเก็บประจุกระดาษไม่มีความแข็งแรงเชิงกลมากนัก ดังนั้นจึงบรรจุลงในกล่องโลหะซึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นฐานทางกลของการออกแบบ

ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า

ในตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า ไม่เหมือนกับตัวเก็บประจุแบบกระดาษ ไดอิเล็กทริกคือชั้นบางๆ ของโลหะออกไซด์ที่ก่อตัวทางเคมีไฟฟ้าบนฝาครอบขั้วบวกของโลหะชนิดเดียวกัน

ฝาครอบที่สองเป็นอิเล็กโทรไลต์ของเหลวหรือแห้ง วัสดุที่สร้างอิเล็กโทรดโลหะในตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าอาจเป็นอะลูมิเนียมและแทนทาลัมโดยเฉพาะ ตามธรรมเนียมแล้ว ศัพท์เฉพาะทางเทคนิค “อิเล็กโทรไลต์” หมายถึงตัวเก็บประจุอลูมิเนียมที่มีอิเล็กโทรไลต์เหลว

แต่ในความเป็นจริงแล้ว ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้ายังรวมถึงตัวเก็บประจุแทนทาลัมที่มีอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งด้วย (พบได้น้อยกว่ากับอิเล็กโทรไลต์ของเหลว) ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าเกือบทั้งหมดมีโพลาไรซ์ ดังนั้นจึงสามารถทำงานในวงจรแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเท่านั้นโดยที่ยังคงสภาพขั้วไว้

ในกรณีที่มีการกลับขั้ว อาจเกิดปฏิกิริยาเคมีที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ภายในตัวเก็บประจุ ซึ่งนำไปสู่การทำลายตัวเก็บประจุ แม้ว่าจะเกิดการระเบิดเนื่องจากก๊าซที่ปล่อยออกมาภายในตัวเก็บประจุก็ตาม

ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้ายังรวมถึงสิ่งที่เรียกว่าซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ (อิออน) ซึ่งมีความจุไฟฟ้าซึ่งบางครั้งอาจสูงถึงหลายพันฟารัด

ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติค

อลูมิเนียมถูกใช้เป็นอิเล็กโทรดบวก อิเล็กทริกเป็นชั้นบาง ๆ ของอลูมิเนียมไตรออกไซด์ (Al 2 O 3)

คุณสมบัติ:

• ทำงานอย่างถูกต้องที่ความถี่ต่ำเท่านั้น
• มีความจุขนาดใหญ่

โดดเด่นด้วยอัตราส่วนความจุต่อขนาดที่สูง: ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าโดยทั่วไปจะมีขนาดใหญ่ แต่ตัวเก็บประจุประเภทอื่นที่มีความจุและแรงดันพังทลายเท่ากันจะมีขนาดใหญ่กว่ามาก

มีลักษณะเป็นกระแสรั่วไหลสูงและมีความต้านทานและความเหนี่ยวนำต่ำปานกลาง

ตัวเก็บประจุไฟฟ้าแทนทาลัม

นี่คือตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าชนิดหนึ่งซึ่งอิเล็กโทรดโลหะทำจากแทนทาลัม และชั้นอิเล็กทริกประกอบด้วยแทนทาลัมเพนท็อกไซด์ (Ta 2 O 5)

คุณสมบัติ:

• ความต้านทานสูงต่ออิทธิพลภายนอก
• ขนาดกะทัดรัด: สำหรับขนาดเล็ก (จากหลายร้อยไมโครฟารัด) ขนาดเทียบได้กับหรือเล็กกว่าตัวเก็บประจุอลูมิเนียมที่มีแรงดันพังทลายสูงสุดเท่ากัน
• กระแสรั่วไหลต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับตัวเก็บประจุอลูมิเนียม

ตัวเก็บประจุโพลีเมอร์

ตัวเก็บประจุโซลิดสเตตสมัยใหม่ต่างจากตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าทั่วไปตรงที่มีไดอิเล็กตริกโพลีเมอร์แทนฟิล์มออกไซด์ที่ใช้เป็นตัวแยกแผ่น ตัวเก็บประจุประเภทนี้ไม่เกิดการบวมและการรั่วไหลของประจุ

คุณสมบัติทางกายภาพของพอลิเมอร์มีส่วนทำให้ตัวเก็บประจุดังกล่าวมีลักษณะเป็นกระแสพัลส์สูง ความต้านทานเทียบเท่าต่ำ และค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิคงที่แม้ที่อุณหภูมิต่ำ

ตัวเก็บประจุโพลีเมอร์สามารถแทนที่ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าหรือแทนทาลัมได้ในหลายวงจร เช่น ตัวกรองสำหรับการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง หรือในตัวแปลง DC-DC

ตัวเก็บประจุแบบฟิล์ม

ในตัวเก็บประจุประเภทนี้ อิเล็กทริกคือฟิล์มพลาสติก เช่น โพลีเอสเตอร์ (KT, MKT, MFT), โพลีโพรพีลีน (KP, MKP, MFP) หรือโพลีคาร์บอเนต (KC, MKC)

อิเล็กโทรดสามารถฝากไว้บนฟิล์มนี้ (MKT, MKP, MKC) หรือทำในรูปแบบของฟอยล์โลหะที่แยกจากกัน พันเป็นม้วนหรือกดร่วมกับฟิล์มอิเล็กทริก (KT, KP, KC) วัสดุที่ทันสมัยสำหรับฟิล์มตัวเก็บประจุคือโพลีฟีนลีนซัลไฟด์ (PPS)

คุณสมบัติทั่วไปของตัวเก็บประจุแบบฟิล์ม (สำหรับไดอิเล็กทริกทุกประเภท):

• ทำงานอย่างถูกต้องที่กระแสสูง
• มีความต้านทานแรงดึงสูง
• มีความจุค่อนข้างน้อย
• กระแสไฟรั่วขั้นต่ำ
• ใช้ในวงจรเรโซแนนซ์และ RC snubbers

ภาพยนตร์แต่ละประเภทมีความแตกต่างกัน:

• คุณสมบัติด้านอุณหภูมิ (รวมถึงสัญลักษณ์ของค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความจุ ซึ่งเป็นค่าลบสำหรับโพลีโพรพีลีนและโพลีสไตรีน และค่าบวกสำหรับโพลีเอสเตอร์และโพลีคาร์บอเนต)
• อุณหภูมิการทำงานสูงสุด (ตั้งแต่ 125 °C สำหรับโพลีเอสเตอร์และโพลีคาร์บอเนต สูงถึง 100 °C สำหรับโพลีโพรพีลีน และ 70 °C สำหรับโพลีสไตรีน)
• ความต้านทานต่อการพังทลายของไฟฟ้า ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่สามารถนำไปใช้กับความหนาของฟิล์มบางจุดได้โดยไม่พังทลาย

ตัวเก็บประจุแบบเซรามิก

ตัวเก็บประจุประเภทนี้ทำในรูปแบบของแผ่นเดียวหรือแผ่นซ้อนกันที่ทำจากวัสดุเซรามิกพิเศษ อิเล็กโทรดโลหะถูกพ่นลงบนแผ่นและเชื่อมต่อกับขั้วของตัวเก็บประจุ วัสดุเซรามิกที่ใช้สามารถมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันมาก

ความหลากหลายรวมถึงค่าการซึมผ่านทางไฟฟ้าสัมพัทธ์ที่หลากหลาย (มากถึงหมื่น) และค่านี้จะพบได้ในวัสดุเซรามิกเท่านั้น

ค่าการซึมผ่านที่สูงดังกล่าวทำให้สามารถผลิตตัวเก็บประจุเซรามิก (หลายชั้น) ขนาดเล็กได้ซึ่งความจุสามารถแข่งขันกับความจุของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าได้และในขณะเดียวกันก็ทำงานกับโพลาไรซ์ใด ๆ และมีลักษณะของการรั่วไหลน้อยกว่า

วัสดุเซรามิกมีลักษณะเฉพาะด้วยการพึ่งพาพารามิเตอร์อุณหภูมิ ความถี่ และแรงดันไฟฟ้าที่ซับซ้อนและไม่เชิงเส้น เนื่องจากตัวเคสมีขนาดเล็ก ตัวเก็บประจุชนิดนี้จึงมีการออกแบบพิเศษ

ตัวเก็บประจุอิเล็กทริกอากาศ

ที่นี่อิเล็กทริกคืออากาศ ตัวเก็บประจุดังกล่าวทำงานได้ดีที่ความถี่สูงและมักได้รับการออกแบบให้เป็นตัวเก็บประจุแบบแปรผัน (สำหรับการปรับจูน)

หลังจากมีการแบ่งส่วนของร่างกายออกเป็นตัวนำและไม่ตัวนำ และการทดลองกับเครื่องไฟฟ้าสถิตแพร่หลายมากขึ้น เป็นเรื่องปกติธรรมดาที่จะพยายาม "สะสม" ประจุไฟฟ้าในภาชนะแก้วบางชนิดที่สามารถกักเก็บประจุเหล่านั้นได้ ในบรรดานักฟิสิกส์หลายคนที่มีส่วนร่วมในการทดลองดังกล่าว ผู้ที่มีชื่อเสียงที่สุดคือศาสตราจารย์ชาวดัตช์จากไลเดน, Muschenbroek (Muschenbreck) (1692-1761)

เมื่อรู้ว่าแก้วไม่นำไฟฟ้า เขา (ในปี พ.ศ. 2288) จึงหยิบขวดแก้ว (ขวด) ที่บรรจุน้ำ หย่อนลวดทองแดงที่ห้อยอยู่บนตัวนำของเครื่องใช้ไฟฟ้าลงไป แล้วหยิบโถไว้ในมือขวาแล้วถาม ผู้ช่วยของเขาในการหมุนรถลูก ในเวลาเดียวกัน เขาสันนิษฐานอย่างถูกต้องว่าประจุที่มาจากตัวนำจะสะสมอยู่ในขวดแก้ว

หลังจากที่เขารู้สึกว่ามีประจุสะสมอยู่ในขวดเป็นจำนวนมาก เขาจึงตัดสินใจถอดสายทองแดงออกด้วยมือซ้าย ในเวลาเดียวกัน เขาก็รู้สึกถึงแรงกระแทกที่รุนแรง ดูเหมือนว่า "จุดจบมาถึงแล้ว" ในจดหมายถึง Reaumur ในปารีส (ในปี 1746) เขาเขียนว่า "ประสบการณ์ใหม่และแย่นี้ฉันแนะนำให้คุณอย่าทำซ้ำในทางใดทางหนึ่ง" และ "แม้เพื่อประโยชน์ของมงกุฎแห่งฝรั่งเศสเขาจะไม่ตกลงที่จะรับสิ่งนั้น เป็นเรื่องที่น่าตกใจมาก”

นี่คือวิธีการประดิษฐ์โถ Leyden (ตั้งชื่อตามเมือง Leiden) และในไม่ช้า ตัวเก็บประจุแบบธรรมดาตัวแรก ซึ่งเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ไฟฟ้าที่พบมากที่สุด

การทดลองของ Muschenbruck สร้างความฮือฮาอย่างแท้จริง ไม่เพียงแต่ในหมู่นักฟิสิกส์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงมือสมัครเล่นจำนวนมากที่สนใจในการทดลองทางไฟฟ้าด้วย

โดยเป็นอิสระจาก Muschenbruck ในปี 1745 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน E.G. ก็มาสร้างโถ Leyden เช่นกัน ไคลสต์. นักฟิสิกส์จากประเทศต่าง ๆ เริ่มทำการทดลองกับขวดเลย์เดนและในปี ค.ศ. 1746-1747 ทฤษฎีแรกของโถ Leyden ได้รับการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันผู้มีชื่อเสียง B. Franklin และผู้ดูแลตู้ฟิสิกส์ชาวอังกฤษ W. Watson เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่าวัตสันพยายามหาความเร็วของการแพร่กระจายของไฟฟ้าโดยการ "ทำให้" ไฟฟ้า "วิ่ง" 12,000 ฟุต

ผลที่ตามมาที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของการประดิษฐ์โถ Leyden คือการสร้างอิทธิพลของการปล่อยกระแสไฟฟ้าต่อร่างกายมนุษย์ ซึ่งนำไปสู่การกำเนิดของการแพทย์ไฟฟ้า

การทดลอง Muschenbruck เกิดขึ้นซ้ำต่อหน้ากษัตริย์ฝรั่งเศสโดย Abbot Nollet เขาสร้างโซ่ที่มีทหารยาม 180 นายจับมือกัน โดยคนแรกถือกระป๋องอยู่ในมือ และคนสุดท้ายแตะลวดทำให้เกิดประกายไฟ “ ทุกคนรู้สึกถึงการโจมตีในคราวเดียว อยากรู้อยากเห็นท่าทางต่างๆ และได้ยินเสียงกรีดร้องของผู้คนหลายสิบคนในทันที” จากกลุ่มทหารกลุ่มนี้ คำว่า "วงจรไฟฟ้า" เกิดขึ้น

การออกแบบขวดเลย์เดนค่อยๆ ได้รับการปรับปรุง โดยน้ำถูกแทนที่ด้วยช็อต จากนั้นพื้นผิวด้านนอกก็ถูกปกคลุมด้วยแผ่นตะกั่วบางๆ ต่อมาพื้นผิวด้านในและด้านนอกเริ่มถูกเคลือบด้วยกระดาษฟอยล์ดีบุก และสามารถทำให้มีรูปลักษณ์ที่ทันสมัย

เมื่อทำการวิจัยเกี่ยวกับขวดโหล เป็นที่ยอมรับ (ในปี 1746 โดยชาวอังกฤษ บี. วิลสัน) ว่าปริมาณไฟฟ้าที่รวบรวมในขวดเป็นสัดส่วนกับขนาดของวัสดุบุผิวและแปรผกผันกับความหนาของเสาฉนวน ในยุค 70 ศตวรรษที่สิบแปด แผ่นโลหะเริ่มถูกแยกออกจากกันไม่ใช่ด้วยแก้ว แต่ด้วยช่องว่างอากาศ - ดังนั้นตัวเก็บประจุที่ง่ายที่สุดจึงปรากฏขึ้น

ตามวัสดุ