Kapasitor listrik adalah salah satu elemen sirkuit listrik dari perangkat elektronik apa pun, yang fungsi utamanya adalah menyimpan energi dan kemudian mengembalikannya ke sirkuit. Industri menawarkan berbagai macam kapasitor, berbeda dalam jenis, kapasitas, ukuran, aplikasi.
Prinsip operasi dan karakteristik kapasitor
Perangkat kapasitor terdiri dari dua pelat-pelat logam yang dipisahkan oleh lapisan tipis dielektrik. Rasio ukuran dan susunan pelat dan karakteristik bahan dielektrik menentukan indeks kapasitansi.
Pengembangan desain semua jenis kapasitor ditujukan untuk mendapatkan kapasitansi maksimum berdasarkan dimensi minimum untuk menghemat ruang pada papan sirkuit tercetak perangkat. Salah satu bentuk paling populer dalam penampilan adalah dalam bentuk tong, di dalamnya pelat logam dipelintir dengan dielektrik di antara mereka.Kapasitor pertama, ditemukan di kota Leiden (Belanda) pada tahun 1745, disebut "guci Leiden".
Prinsip operasi komponen adalah kemampuan untuk mengisi dan melepaskan. Pengisian dimungkinkan karena keberadaan pelat pada jarak kecil satu sama lain. Muatan terdekat, dipisahkan oleh dielektrik, tertarik satu sama lain dan berlama-lama di pelat, dan kapasitor itu sendiri menyimpan energi. Setelah melepaskan sumber listrik, komponen siap untuk mengembalikan energi di sirkuit, pelepasan.
Parameter dan properti yang menentukan kinerja, kualitas, dan daya tahan pekerjaan:
- kapasitas listrik;
- kapasitas tertentu;
- penyimpangan yang diizinkan;
- kekuatan listrik;
- induktansi sendiri;
- penyerapan dielektrik;
- kerugian;
- stabilitas;
- keandalan.
Kemampuan untuk menyimpan muatan menentukan kapasitansi kapasitor. Saat menghitung kapasitas, Anda perlu tahu:
- daerah penutup;
- jarak antar pelat;
- konstanta dielektrik bahan dielektrik.
Untuk meningkatkan kapasitansi, perlu untuk menambah luas pelat, mengurangi jarak di antara mereka, dan menggunakan bahan dielektrik yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi.
Farad (F) digunakan untuk menunjukkan kapasitansi - unit pengukuran yang mendapatkan namanya untuk menghormati fisikawan Inggris Michael Faraday. Namun, 1 Farad terlalu besar. Misalnya, kapasitas planet kita kurang dari 1 farad. Dalam elektronik radio, nilai yang lebih kecil digunakan: mikrofarad (µF, sepersejuta farad) dan picofarad (pF, sepersejuta mikrofarad).
Kapasitansi spesifik dihitung dari rasio kapasitansi dengan massa (volume) dielektrik.Indikator ini dipengaruhi oleh dimensi geometris, dan peningkatan kapasitansi spesifik dicapai dengan mengurangi volume dielektrik, tetapi ini meningkatkan risiko kerusakan.
Penyimpangan yang diizinkan dari nilai paspor kapasitas dari yang sebenarnya menentukan kelas akurasi. Menurut GOST, ada 5 kelas akurasi yang menentukan penggunaan di masa mendatang. Komponen kelas akurasi tertinggi digunakan di sirkuit dengan tanggung jawab tinggi.
Kekuatan dielektrik menentukan kemampuan untuk menahan muatan dan mempertahankan sifat kerja. Muatan yang tersisa di pelat cenderung satu sama lain, bekerja pada dielektrik. Kekuatan listrik adalah properti penting dari kapasitor, yang menentukan durasi penggunaannya. Jika terjadi operasi yang tidak tepat, kerusakan dielektrik akan terjadi dan komponen akan gagal.
Induktansi diri diperhitungkan dalam sirkuit AC dengan induktor. Untuk rangkaian DC, tidak diperhitungkan.
Penyerapan dielektrik - munculnya tegangan pada pelat selama pelepasan cepat. Fenomena penyerapan diperhitungkan untuk operasi yang aman dari perangkat listrik tegangan tinggi, karena: jika terjadi korsleting, ada bahaya bagi kehidupan.
Kerugian disebabkan oleh transmisi arus yang rendah dari dielektrik. Saat mengoperasikan komponen perangkat elektronik dalam kondisi suhu yang berbeda dan kelembaban yang berbeda, faktor kualitas kerugian memiliki pengaruh. Hal ini juga dipengaruhi oleh frekuensi operasi. Pada frekuensi rendah, kerugian dalam pengaruh dielektrik, pada frekuensi tinggi - pada logam.
Stabilitas merupakan parameter kapasitor yang juga dipengaruhi oleh suhu lingkungan.Efeknya dibagi menjadi reversibel, ditandai dengan koefisien suhu, dan ireversibel, ditandai dengan koefisien ketidakstabilan suhu.
Keandalan kapasitor terutama tergantung pada kondisi operasi. Analisis kerusakan menunjukkan bahwa dalam 80% kasus kerusakan adalah penyebab kegagalan.
Tergantung pada tujuan, jenis dan bidang aplikasi, ukuran kapasitor juga berbeda. Yang terkecil dan terkecil, mulai dari ukuran beberapa milimeter hingga beberapa sentimeter, digunakan dalam elektronik, sedangkan yang terbesar digunakan dalam industri.
Tujuan
Sifat menyimpan dan melepaskan energi telah menentukan meluasnya penggunaan kapasitor dalam elektronik modern. Seiring dengan resistor dan transistor, mereka adalah dasar dari teknik elektro. Tidak ada perangkat modern tunggal di mana mereka tidak akan digunakan dalam kapasitas tertentu.
Kemampuan mereka untuk mengisi dan melepaskan, bersama dengan induktansi yang memiliki sifat yang sama, secara aktif digunakan dalam teknologi radio dan televisi. Rangkaian osilasi kapasitor dan induktansi adalah dasar untuk mengirim dan menerima sinyal. Mengubah kapasitansi kapasitor memungkinkan Anda untuk mengubah frekuensi rangkaian osilasi. Misalnya, stasiun radio dapat mentransmisikan pada frekuensinya sendiri, dan radio dapat terhubung ke frekuensi tersebut.
Fungsi penting adalah menghaluskan riak AC. Perangkat elektronik apa pun yang ditenagai oleh daya AC membutuhkan penyaringan kapasitor listrik untuk menghasilkan DC berkualitas baik.
Mekanisme pengisian dan pemakaian secara aktif digunakan dalam peralatan fotografi.Semua kamera modern menggunakan lampu kilat untuk memotret, yang diwujudkan karena sifat pelepasan yang cepat. Di area ini, tidak menguntungkan menggunakan baterai yang dapat menyimpan energi dengan baik, tetapi melepaskannya secara perlahan. Dan kapasitor, sebaliknya, langsung melepaskan semua energi yang tersimpan, yang cukup untuk lampu kilat yang terang.
Kemampuan untuk menghasilkan pulsa daya tinggi oleh kapasitor digunakan dalam radar dan pembuatan laser.
Kapasitor melakukan peran kontak pemadam bunga api dalam telegrafi dan telepon, serta telemekanik dan otomatisasi, di mana diperlukan pengalihan relai berbeban tinggi.
Pengaturan tegangan saluran listrik yang panjang dilakukan melalui penggunaan tangki kompensasi.
Kapasitor modern, karena kemampuannya, digunakan tidak hanya di bidang elektronik radio. Mereka digunakan dalam pengerjaan logam, pertambangan, industri batubara.
Varietas utama
Karena berbagai aplikasi dan kondisi pengoperasian perangkat elektronik, terdapat berbagai macam komponen yang berbeda dalam jenis dan karakteristiknya. Pembagian utama adalah berdasarkan kelas dan jenis dielektrik yang digunakan.
Jenis-jenis kapasitor, dibagi berdasarkan kelasnya:
- dengan kapasitas konstan;
- dengan kapasitas variabel;
- penyetelan.
Komponen kapasitansi konstan digunakan di setiap perangkat elektronik.
Untuk mengubah kapasitansi dan parameter rangkaian, misalnya, frekuensi dalam rangkaian osilasi, kapasitor dengan kapasitansi variabel digunakan.Di perangkat mereka, mereka memiliki beberapa bagian pelat logam yang dapat dipindahkan, yang memastikan daya tahan pekerjaan mereka.
Kapasitor pemangkas digunakan untuk penyesuaian peralatan satu kali. Mereka tersedia dalam berbagai peringkat kapasitansi (dari beberapa picofarad hingga beberapa ratus picofarad) dan diberi peringkat untuk voltase hingga 60 volt. Tanpa penggunaannya, tidak mungkin untuk menyempurnakan peralatan.
Jenis kapasitor, dibagi dengan jenis dielektrik:
- dengan dielektrik keramik;
- dengan dielektrik film;
- elektrolitik;
- ionistor.
Yang keramik dibuat dalam bentuk piring kecil dari bahan keramik, di mana timah logam disemprotkan. Kapasitor semacam itu memiliki sifat yang berbeda dan digunakan untuk sirkuit tegangan tinggi dan tegangan rendah.
Untuk sirkuit tegangan rendah, komponen berukuran kecil multilayer dalam resin epoksi atau kotak plastik dengan kapasitas dari puluhan picofarad hingga unit mikrofarad paling sering digunakan. Mereka digunakan dalam sirkuit frekuensi tinggi peralatan radio-elektronik dan dapat beroperasi dalam kondisi iklim yang parah.
Untuk rangkaian tegangan tinggi, kapasitor keramik yang lebih besar dibuat dengan kapasitas dari puluhan picofarad hingga ribuan picofarad. Mereka digunakan dalam sirkuit impuls dan peralatan konversi tegangan.
Dielektrik film memiliki berbagai jenis. Yang paling umum dari mereka adalah lavsan, yang memiliki kekuatan tinggi. Yang kurang umum adalah dielektrik polipropilen, yang memiliki kerugian lebih rendah dan digunakan dalam rangkaian tegangan tinggi, seperti rangkaian amplifikasi suara dan rangkaian frekuensi menengah.
Jenis kapasitor film yang terpisah dimulai, yang digunakan pada saat menghidupkan mesin dan, karena kapasitansinya yang tinggi dan bahan dielektrik khusus, mengurangi beban pada motor listrik. Mereka dicirikan oleh tegangan operasi tinggi dan daya reaktif listrik.
Kapasitor elektrolit dibuat dalam desain klasik. Tubuh terbuat dari aluminium, di dalamnya ada pelat logam yang digulung. Oksida logam secara kimiawi diendapkan pada satu pelat, dan elektrolit cair atau padat diendapkan pada pelat kedua, membentuk dielektrik. Berkat perangkat semacam itu, kapasitor elektrolitik memiliki kapasitas besar, tetapi kekhasan penggunaannya dari waktu ke waktu adalah perubahannya.
Tidak seperti kapasitor keramik dan film, kapasitor elektrolit memiliki polaritas. Mereka, pada gilirannya, dibagi menjadi non-polar, tanpa kelemahan ini, radial, miniatur, aksial. Ruang lingkup aplikasi mereka adalah komputer tradisional dan teknologi mikrokomputer modern.
Jenis khusus yang muncul relatif baru-baru ini adalah ionistor. Dalam desainnya, mereka mirip dengan kapasitor elektrolitik, tetapi dibedakan oleh kapasitas besar (hingga unit Farad). Namun, penggunaannya terbatas pada tegangan maksimum kecil beberapa volt. Superkapasitor digunakan untuk menyimpan memori: jika baterai di ponsel atau komputer mini habis, informasi yang disimpan tidak akan hilang tanpa dapat dipulihkan.
Selain komponen dalam versi keluaran, yang telah lama muncul dan digunakan secara tradisional, komponen modern diproduksi dalam versi SMD, atau, disebut juga, untuk pemasangan di permukaan. Misalnya, keramik dapat diproduksi dalam berbagai ukuran kotak, dari yang terkecil (1 mm kali 0,5 mm) hingga terbesar (5,7 mm kali 5 mm), dan dengan voltase yang sesuai dari puluhan volt hingga ratusan.
Kapasitor elektrolit juga dapat diproduksi dalam paket pemasangan permukaan. Ini bisa berupa kapasitor elektrolit aluminium standar, atau kapasitor tantalum, yang terlihat sedikit seperti keramik, tetapi berbeda dari mereka dalam kapasitansi yang lebih tinggi dan kerugian yang rendah. Mereka dapat berupa SMD yang disematkan dan yang tidak disematkan.
Fitur kapasitor tantalum adalah umur panjang dan kerugian minimal dengan batas kapasitansi yang sedikit lebih rendah, tetapi pada saat yang sama mereka dibedakan dengan harga tinggi. Mereka digunakan di sirkuit tanggung jawab tinggi di mana kapasitansi tinggi diperlukan.
Artikel serupa:
