Apa itu kapasitor, jenis kapasitor dan aplikasinya

Basis elemen untuk desain perangkat elektronik menjadi lebih rumit. Perangkat digabungkan ke dalam sirkuit terpadu dengan fungsi tertentu dan kontrol program. Tetapi pengembangannya didasarkan pada perangkat dasar: kapasitor, resistor, dioda, dan transistor.

Apa itu kapasitor?

Alat yang menyimpan energi listrik dalam bentuk muatan listrik disebut kapasitor.

Besarnya muatan listrik atau listrik dalam fisika diukur dalam coulomb (C). Kapasitansi diukur dalam farad (F).

Sebuah konduktor soliter dengan kapasitas listrik 1 farad adalah bola logam dengan jari-jari sama dengan 13 jari-jari Matahari.Oleh karena itu, kapasitor mencakup setidaknya 2 konduktor, yang dipisahkan oleh dielektrik. Dalam desain perangkat yang sederhana - kertas.

Pengoperasian kapasitor dalam rangkaian DC dilakukan pada saat daya dihidupkan dan dimatikan.Hanya pada saat transisi potensial pada pelat berubah.

Kapasitor dalam rangkaian AC diisi ulang pada frekuensi yang sama dengan frekuensi tegangan catu daya. Sebagai hasil dari muatan dan pelepasan yang terus menerus, arus mengalir melalui elemen. Frekuensi lebih tinggi - perangkat mengisi ulang lebih cepat.

Resistansi rangkaian dengan kapasitor tergantung pada frekuensi arus. Pada frekuensi DC nol, nilai resistansi cenderung tak terhingga. Ketika frekuensi AC meningkat, resistansi berkurang.

Di mana kapasitor digunakan?

Pengoperasian perangkat elektronik, teknik radio, dan listrik tidak mungkin dilakukan tanpa kapasitor.

Dalam teknik listrik, mereka digunakan untuk menggeser fase saat memulai motor induksi. Tanpa pergeseran fase, motor asinkron tiga fase dalam jaringan fase tunggal variabel tidak berfungsi.

Kapasitor dengan kapasitas beberapa farad - ionistor, digunakan pada kendaraan listrik sebagai sumber tenaga mesin.

Untuk memahami mengapa kapasitor diperlukan, Anda perlu tahu bahwa 10-12% alat pengukur beroperasi berdasarkan prinsip perubahan kapasitansi listrik ketika parameter lingkungan eksternal berubah. Kapasitansi reaksi perangkat khusus digunakan untuk:

• pendaftaran gerakan lemah melalui peningkatan atau penurunan jarak antara pelat;
• penentuan kelembaban dengan memperbaiki perubahan resistansi dielektrik;
• pengukuran level cairan, yang mengubah kapasitas elemen saat diisi.

Sulit membayangkan bagaimana otomatisasi dan perlindungan relai dirancang tanpa kapasitor. Beberapa logika perlindungan memperhitungkan banyaknya pengisian ulang perangkat.

Elemen kapasitif digunakan di sirkuit perangkat komunikasi seluler, peralatan radio dan televisi. Kapasitor digunakan dalam:

• amplifier frekuensi tinggi dan rendah;
• pasokan listrik;
• filter frekuensi;
• penguat suara;
• prosesor dan sirkuit mikro lainnya.

Sangat mudah untuk menemukan jawaban atas pertanyaan untuk apa kapasitor, jika Anda melihat sirkuit listrik perangkat elektronik.

Prinsip operasi kapasitor

Dalam rangkaian DC, muatan positif dikumpulkan di satu pelat, dan muatan negatif dikumpulkan di pelat lainnya. Karena daya tarik timbal balik, partikel ditahan di perangkat, dan dielektrik di antara mereka tidak memungkinkan untuk terhubung. Semakin tipis dielektrik, semakin kuat muatan terikat.

Kapasitor mengambil jumlah listrik yang dibutuhkan untuk mengisi wadah, dan arus berhenti.

Dengan tegangan konstan di sirkuit, elemen mempertahankan muatan sampai daya dimatikan. Kemudian dibuang melalui beban di sirkuit.

Arus bolak-balik mengalir melalui kapasitor dengan cara yang berbeda. pertama dari periode osilasi adalah saat perangkat diisi. Amplitudo arus pengisian berkurang secara eksponensial, dan pada akhir kuartal turun menjadi nol. EMF pada saat ini mencapai amplitudo.

Pada periode kedua, EMF turun dan sel mulai mengeluarkan cairan. Penurunan EMF awalnya kecil dan arus pelepasan masing-masing juga. Itu tumbuh sesuai dengan ketergantungan eksponensial yang sama. Pada akhir periode, EMF adalah nol, arus sama dengan nilai amplitudo.

Pada ketiga periode osilasi, EMF berubah arah, melewati nol dan meningkat.Tanda muatan pada pelat dibalik. Arus berkurang besarnya dan mempertahankan arah. Pada titik ini, arus listrik memimpin tegangan sebesar 90° dalam fase.

Dalam induktor, yang terjadi sebaliknya: tegangan memimpin arus. Properti ini didahulukan ketika memilih sirkuit mana yang akan digunakan di sirkuit: RC atau RL.

Pada akhir siklus, pada osilasi terakhir, EMF turun menjadi nol, dan arus mencapai nilai puncaknya.

"Kapasitas" dilepaskan dan diisi 2 kali per periode dan mengalirkan arus bolak-balik.

Ini adalah deskripsi teoritis dari proses. Untuk memahami bagaimana elemen dalam rangkaian bekerja secara langsung di perangkat, resistansi induktif dan kapasitif dari rangkaian, parameter peserta lain dihitung, dan pengaruh lingkungan eksternal diperhitungkan.

Karakteristik utama dan properti

Parameter kapasitor yang digunakan untuk membuat dan memperbaiki perangkat elektronik antara lain:

1. Kapasitas - C. Menentukan jumlah muatan yang dimiliki perangkat. Nilai kapasitas nominal ditunjukkan pada kasing. Untuk membuat nilai yang diperlukan, elemen dimasukkan dalam rangkaian secara paralel atau seri. Nilai operasional tidak sesuai dengan yang dihitung.
2. Frekuensi resonansi - fр. Jika frekuensi arus lebih besar dari frekuensi resonansi, maka sifat induktif elemen muncul. Hal ini membuat pekerjaan menjadi sulit. Untuk memberikan daya yang dihitung dalam rangkaian, masuk akal untuk menggunakan kapasitor pada frekuensi kurang dari nilai resonansi.
3. Tegangan terukur - Un. Untuk mencegah kerusakan elemen, tegangan operasi diatur kurang dari tegangan nominal. Parameter ditunjukkan pada kotak kapasitor.
4. Polaritas. Jika koneksi salah, kerusakan dan kegagalan akan terjadi.
5. Resistansi isolasi listrik - Rd. Mendefinisikan arus kebocoran perangkat. Di perangkat, bagian-bagiannya terletak berdekatan satu sama lain. Pada arus bocor tinggi, koneksi parasit di sirkuit dimungkinkan. Hal ini menyebabkan malfungsi. Arus bocor menurunkan sifat kapasitif elemen.
6. Koefisien suhu - TKE. Nilai menentukan bagaimana kapasitansi perangkat berubah dengan fluktuasi suhu lingkungan. Parameter ini digunakan saat mengembangkan perangkat untuk operasi dalam kondisi iklim yang parah.
7. efek piezoelektrik parasit. Beberapa jenis kapasitor, ketika berubah bentuk, menimbulkan kebisingan di perangkat.

Jenis dan jenis kapasitor

Elemen kapasitif diklasifikasikan menurut jenis dielektrik yang digunakan dalam desain.

Kapasitor kertas dan kertas logam

Elemen digunakan dalam sirkuit dengan tegangan konstan atau sedikit berdenyut. Kesederhanaan desain menghasilkan stabilitas kinerja 10-25% lebih rendah dan peningkatan kerugian.

Dalam kapasitor kertas, pelat aluminium foil memisahkan kertas. Rakitan dipelintir dan ditempatkan dalam kasing dalam bentuk silinder atau parallelepiped persegi panjang.

Perangkat beroperasi pada suhu -60 ... + 125 ° C, dengan tegangan pengenal perangkat tegangan rendah hingga 1600 V, perangkat tegangan tinggi - di atas 1600 V dan kapasitas hingga puluhan mikrofarad.

Dalam perangkat kertas logam, alih-alih foil, lapisan tipis logam diterapkan pada kertas dielektrik. Ini membantu menghasilkan elemen yang lebih kecil. Dengan kerusakan kecil, penyembuhan sendiri dielektrik dimungkinkan. Elemen logam-kertas lebih rendah daripada elemen kertas dalam hal ketahanan isolasi.

Kapasitor Elektrolit

Desain produknya menyerupai kertas. Tetapi dalam pembuatan sel elektrolitik, kertas diresapi dengan oksida logam.

Dalam produk dengan elektrolit tanpa kertas, oksida diendapkan pada elektroda logam. Oksida logam memiliki konduktivitas satu sisi, yang membuat perangkat polar.

Dalam beberapa model sel elektrolit, pelat dibuat dengan alur yang meningkatkan luas permukaan elektroda. Kesenjangan di ruang antara pelat dihilangkan dengan membanjiri dengan elektrolit. Ini meningkatkan sifat kapasitif produk.

Kapasitas besar perangkat elektrolitik - ratusan mikrofarad - digunakan dalam filter untuk menghaluskan riak tegangan.

elektrolit aluminium

Pada perangkat jenis ini, lapisan anoda terbuat dari aluminium foil. Permukaannya dilapisi dengan oksida logam - dielektrik. Lapisan katoda adalah elektrolit padat atau cair, yang dipilih sehingga lapisan oksida pada foil dipulihkan selama operasi. Dielektrik penyembuhan diri memperpanjang umur elemen.

Kapasitor desain ini membutuhkan polaritas. Ketika dihidupkan lagi, itu akan merusak kasing.

Perangkat, di dalamnya terletak rakitan kutub anti-sekuensial, digunakan dalam 2 arah. Kapasitansi sel elektrolit aluminium mencapai beberapa ribu mikrofarad.

Elektrolit tantalum

Elektroda anoda dari perangkat tersebut dibuat dari struktur berpori yang diperoleh dengan memanaskan bubuk tantalum hingga +2000 °C. Bahannya seperti spons. Porositas meningkatkan luas permukaan.

Menggunakan oksidasi elektrokimia, lapisan tantalum pentoksida hingga 100 nanometer tebal diterapkan pada anoda. Dielektrik padat terbuat dari mangan dioksida.Struktur yang sudah jadi ditekan menjadi senyawa - resin khusus.

Produk Tantalum digunakan pada frekuensi arus di atas 100 kHz. Kapasitansi dibuat hingga ratusan mikrofarad, pada tegangan operasi hingga 75 V.

Polimer

Kapasitor menggunakan elektrolit yang terbuat dari polimer padat, yang memberikan sejumlah keuntungan:

• masa pakai meningkat hingga 50 ribu jam;
• parameter disimpan selama pemanasan;
• rentang riak arus yang diizinkan diperluas;
• resistansi pelat dan kabel tidak melangsir kapasitansi.

Film

Dielektrik dalam model ini adalah film Teflon, poliester, fluoroplastik atau polipropilen.

Penutup - foil atau deposisi logam pada film. Desain ini digunakan untuk membuat rakitan multilayer dengan luas permukaan yang meningkat.

Kapasitor film dengan ukuran mini memiliki kapasitansi ratusan mikrofarad. Tergantung pada penempatan lapisan dan kesimpulan dari kontak, bentuk aksial atau radial dari produk dibuat.

Dalam beberapa model, tegangan pengenal adalah 2 kV dan lebih tinggi.

Apa perbedaan antara polar dan non-polar?

Non-polar memungkinkan masuknya kapasitor dalam rangkaian tanpa memperhatikan arah arus. Elemen digunakan dalam filter catu daya variabel, amplifier frekuensi tinggi.

Produk polar dihubungkan sesuai dengan penandaan. Jika Anda menyalakannya dengan arah yang berlawanan, perangkat akan gagal atau tidak akan berfungsi secara normal.

Kapasitor polar dan non-polar dengan kapasitas besar dan kecil berbeda dalam desain dielektrik. Dalam kapasitor elektrolit, jika oksida diterapkan pada 1 elektroda atau 1 sisi kertas, film, maka elemen tersebut akan bersifat polar.

Model kapasitor elektrolitik non-polar, dalam desain di mana oksida logam diendapkan secara simetris pada kedua permukaan dielektrik, termasuk dalam rangkaian arus bolak-balik.

Untuk yang kutub, ada tanda elektroda positif atau negatif pada tubuh.

Apa yang menentukan kapasitansi kapasitor

Fungsi dan peran utama kapasitor dalam suatu rangkaian adalah untuk mengakumulasi muatan, dan tambahan untuk mencegah kebocoran.

Nilai kapasitansi kapasitor berbanding lurus dengan konstanta dielektrik medium dan luas pelat, dan berbanding terbalik dengan jarak antar elektroda. Ada 2 kontradiksi:

1. Untuk meningkatkan kapasitansi, diperlukan elektroda setebal, lebar, dan panjang mungkin. Dalam hal ini, dimensi perangkat tidak dapat ditingkatkan.
2. Untuk menjaga muatan dan memberikan gaya tarik yang diinginkan, jarak antara pelat dibuat minimal. Dalam hal ini, arus rusak tidak dapat dikurangi.

Untuk menyelesaikan konflik, pengembang menggunakan:

• konstruksi multilayer dari sepasang dielektrik dan elektroda;
• struktur anoda berpori;
• mengganti kertas dengan oksida dan elektrolit;
• koneksi paralel elemen;
• mengisi ruang kosong dengan zat dengan konstanta dielektrik yang meningkat.

Kapasitor semakin kecil dan lebih baik dengan setiap penemuan baru.

Artikel serupa: