ตัวเก็บประจุ (จากภาษาละติน "คอนเดนเซอร์" - "ถึงกะทัดรัด", "ข้น" ในสำนวนทั่วไป "conder") เป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่พบบ่อยที่สุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยุรองจากตัวต้านทาน ประกอบด้วยแผ่นสองแผ่นคั่นด้วยอิเล็กทริกที่มีความหนาเล็กน้อย เมื่อเทียบกับความหนาของแผ่นเหล่านี้ แต่ในทางปฏิบัติ สารเคลือบเหล่านี้จะถูกรีดเป็นเบเกิลหลายชั้น ม้วนเป็นรูปทรงกระบอกหรือขนานกันโดยแยกจากกันด้วยอิเล็กทริกเดียวกัน

หลักการทำงานของตัวเก็บประจุ

ค่าใช้จ่าย.เมื่อเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงาน ประจุจะสะสมบนจาน เมื่อทำการชาร์จ อนุภาคที่มีประจุบวกจะสะสมอยู่บนแผ่นเดียว (ไอออน)และอนุภาคที่มีประจุลบอื่นๆ (อิเล็กตรอน)- อิเล็กทริกทำหน้าที่เป็นอุปสรรคในการป้องกันไม่ให้อนุภาคกระโดดไปยังอีกแผ่นหนึ่ง เมื่อชาร์จพร้อมกับความจุแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อจะเพิ่มขึ้นและถึงค่าสูงสุดเท่ากับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงาน

ปลดประจำการหลังจากชาร์จตัวเก็บประจุแล้ว หากคุณปิดเครื่องและต่อโหลด ตัวเก็บประจุจะทำหน้าที่เป็นแหล่งจ่ายกระแสไฟอยู่แล้ว อิเล็กตรอนจะเริ่มเคลื่อนที่ผ่านโหลดซึ่งเมื่อเชื่อมต่อกันจะก่อตัวขึ้น วงจรปิดถึงไอออน (ตามกฎแรงดึงดูดระหว่างการปล่อยที่แตกต่างกัน)

พารามิเตอร์หลักของตัวเก็บประจุคือ:

1. ที่กำหนด ความจุ -นี่คือลักษณะหลักและแสดงถึงปริมาตรของประจุไฟฟ้า ความจุวัดเป็นฟารัด (อักษรย่อ ฟ)ในทางปฏิบัติมักพบ μFs ( 1uF = 0.000001 F), เอ็นเอฟ ( 1nF = 0.000000001 เอฟ) พีเอฟ (1pF = 0.000000000001 ฟ)เนื่องจากความจุของ 1F มีขนาดใหญ่มาก แต่มีส่วนประกอบที่สามารถมีความจุได้มากกว่า 1 ฟารัดด้วยซ้ำเรียกว่า ไอออนไนซ์ (ฉันจะบอกคุณเกี่ยวกับเขาและคนอื่น ๆ ในภายหลัง) .
2. แรงดันไฟฟ้า -นี่คือแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ตัวเก็บประจุสามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือและเป็นเวลานานซึ่งวัดได้เป็นโวลต์ (ย่อว่า ข)- หากแรงดันไฟฟ้าเกิน ตัวเก็บประจุจะล้มเหลว ในกรณีที่จำเป็นต้องเปลี่ยนตัวเก็บประจุและมีตัวหนึ่งที่มีความจุที่ต้องการ แต่ได้รับการออกแบบมาสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับตัวที่ล้มเหลวคุณสามารถติดตั้งได้อย่างปลอดภัย (เช่น ตัวเก็บประจุ 450 µF 10V “หมด” สามารถแทนที่ด้วย 25V 450 µF- สิ่งสำคัญคือขนาดพอดีกับบอร์ดของคุณ
3. ความอดทนต่อการเบี่ยงเบน- ค่าเบี่ยงเบนที่อนุญาตของมูลค่าของความจุจริงจากที่ระบุไว้บนร่างกาย ระบุเป็นเปอร์เซ็นต์ ความทนทานต่อตัวเก็บประจุสามารถเข้าถึง 20 – 30% ในอุปกรณ์ที่ต้องการความแม่นยำเป็นพิเศษ จะใช้ตัวเก็บประจุที่มีความทนทานต่ำ (1% หรือน้อยกว่า).
4. ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิความจุ -พบบนตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า ความจุของตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคจะแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิลดลง (โดยเฉพาะที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0°C)ความหนืดของอิเล็กโทรไลต์และ ESR จะเพิ่มขึ้น (เฉพาะเจาะจง ความต้านทานไฟฟ้า) ซึ่งทำให้ความจุของตัวเก็บประจุลดลง

ตัวเก็บประจุใช้ทำอะไรและใช้ทำอะไร?

• ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจำเป็นต้องมีตัวเก็บประจุเช่น ความจุ- หากในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงต่อตัวเก็บประจุแบบอนุกรมกับหลอดไฟจะไม่ติดสว่าง แต่ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะสว่างขึ้น และมันจะส่องสว่างยิ่งขึ้น และยิ่งความจุของตัวเก็บประจุสูงเท่าไร แสงก็จะยิ่งสว่างมากขึ้นเท่านั้น เนื่องจากคุณสมบัตินี้ ตัวเก็บประจุจึงมักถูกใช้เพื่อกรองกระแสพัลซิ่ง (งานหลักในหลายโครงการ)สามารถยับยั้งการรบกวน HF และ LF, ไฟกระชากของ AC และแรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมได้เป็นอย่างดี
• เนื่องจากมัน คุณสมบัติหลักสะสมประจุไฟฟ้าแล้วปล่อยประจุออกมาอย่างรวดเร็วทำให้เกิดแรงกระตุ้น ทำให้เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในการผลิตแฟลชภาพถ่าย ตัวเร่งแม่เหล็ก สตาร์ตเตอร์ ฯลฯ
• ตัวเก็บประจุยังใช้ในการสตาร์ทด้วย มอเตอร์สามเฟสบนแหล่งจ่ายไฟแบบเฟสเดียว เมื่อเชื่อมต่อกับเทอร์มินัลที่สาม เฟสจะเลื่อนไป 90 องศา
• เนื่องจากความสามารถในการสะสมและปล่อยประจุ ตัวเก็บประจุจึงถูกใช้ในวงจรซึ่งจำเป็นต้องเก็บข้อมูลไว้ เวลานาน- แต่น่าเสียดายที่ความสามารถในการสะสมพลังงานด้อยกว่าอย่างมาก แบตเตอรี่แหล่งจ่ายไฟเนื่องจากการคายประจุเองและไม่สามารถสะสมกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้น

องค์ประกอบนี้ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เกือบทุกชนิดดังนั้นเพื่อให้เข้าใจวัตถุประสงค์ของตัวเก็บประจุจึงจำเป็นต้องเข้าใจโครงสร้างและหลักการทำงานของตัวเก็บประจุ หนึ่งใน ส่วนประกอบ วงจรไฟฟ้าซึ่งมีแผ่นนำไฟฟ้าสองแผ่น (แผ่นหนึ่งมีประจุบวกและอีกแผ่นมีประจุลบ) เพื่อป้องกันการคายประจุอุปกรณ์ด้วยตนเองจะมีการวางสารพิเศษไว้ระหว่างแผ่น - อิเล็กทริกซึ่งป้องกันการไหลของประจุ

การจำแนกประเภทอุปกรณ์

ก่อนที่จะตอบคำถามว่าตัวเก็บประจุจำเป็นสำหรับอะไร คุณควรเข้าใจว่ามันคืออะไร ตัวเก็บประจุแบ่งตามลักษณะดังต่อไปนี้:

• วัตถุประสงค์และหน้าที่ที่ทำ
• สภาพการทำงาน
• ประเภทของสารแยกแผ่น

ตัวเก็บประจุถูกใช้อย่างแข็งขันในวงจรที่ต้องการความสามารถในการสะสมและจัดเก็บประจุไฟฟ้า (จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ตัวเก็บประจุ) เพื่อจุดประสงค์นี้มีสองจานด้วย สัญญาณที่แตกต่างกันค่าใช้จ่าย. ระหว่างนั้นมีสารที่ป้องกันการสัมผัสและการคายประจุ ในกรณีส่วนใหญ่ แทนทาลัมหรืออะลูมิเนียมจะใช้เป็นอิเล็กทริก แต่ก็สามารถใช้วัสดุเซรามิก ไมกา หรือโพลีสไตรีนได้เช่นกัน

ข้อได้เปรียบหลักของอุปกรณ์อะลูมิเนียมคือต้นทุนที่ต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับอุปกรณ์แทนทาลัม รวมถึงการใช้งานที่หลากหลายมากขึ้น ในเวลาเดียวกันแทนทาลัมอะนาล็อกมีประสิทธิภาพในการใช้งานมากกว่าและสูงกว่า ลักษณะทางเทคนิคดังนั้นเมื่อเลือกคุณควรพิจารณาไม่เพียงแต่ปัจจัยด้านราคาเท่านั้น

ข้อมูลเพิ่มเติมตัวเก็บประจุแทนทาลัมมีความน่าเชื่อถือเพิ่มขึ้น มีช่วงอุณหภูมิการทำงานที่กว้างซึ่งช่วยให้สามารถใช้งานได้ในเกือบทุกสภาวะ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องเนื่องจากมี ความจุขนาดใหญ่และมีขนาดกะทัดรัด ข้อเสียของอุปกรณ์ ประเภทนี้ผู้เชี่ยวชาญจะพิจารณามากขึ้น ราคาสูงและความไวต่อความผันผวนของกระแสและแรงดันไฟฟ้า

องค์ประกอบกำลังมักใช้ในวงจรไฟฟ้าแรงสูง การออกแบบพิเศษทำให้สามารถรองรับความจุขนาดใหญ่ได้ ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้เพื่อรักษาเสถียรภาพการจ่ายไฟฟ้าผ่านสายไฟ (ชดเชยการสูญเสียพลังงาน) นอกจากนี้ยังใช้อย่างแข็งขันเพื่อเพิ่มพลังในการติดตั้งระบบไฟฟ้าทางอุตสาหกรรม อิเล็กทริกในอุปกรณ์ดังกล่าวเป็นฟิล์มโพรพิลีนเคลือบโลหะที่ชุบด้วยน้ำมันฉนวน

ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือเซรามิก ความจุของมันอาจแตกต่างกันอย่างมาก - ตั้งแต่ 1 พิโคฟารัดถึง 0.1 ไมโครฟารัด เพื่อป้องกันการคายประจุเอง จึงมีการใช้เซรามิก และผู้เชี่ยวชาญมองว่าเป็นข้อได้เปรียบ ราคาไม่แพง, กว้าง ฟังก์ชั่น, ระดับสูงความน่าเชื่อถือและการสูญเสียต่ำ

แม้จะมีราคาสูง แต่ในทางปฏิบัติตัวเก็บประจุแบบไมกาเงินก็ถูกนำมาใช้ พวกเขาทำงานได้อย่างเสถียรอย่างยิ่ง รักษาความจุสูง และตัวเครื่องถูกปิดผนึกอย่างสมบูรณ์ แต่การกระจายสินค้าในวงกว้างนั้นถูกขัดขวางด้วยราคาที่สูง

นอกจากนี้ยังใช้องค์ประกอบกระดาษหรือกระดาษโลหะ ซับในทำจากอลูมิเนียมฟอยล์และใช้กระดาษที่ชุบด้วยองค์ประกอบพิเศษเป็นอิเล็กทริก

หลักการทำงาน

สาเหตุหลักว่าทำไมองค์ประกอบนี้จึงรวมอยู่ในวงจรไฟฟ้าคือเพื่อเก็บประจุในช่วงที่มีไฟฟ้าแรงสูงและเพื่อจ่ายพลังงานให้กับวงจรในช่วงที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำ

หลักการทำงานของตัวเก็บประจุมีดังนี้ เมื่อไร เครื่องใช้ไฟฟ้าเมื่อเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟแล้ว ตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จ อิเล็กตรอน (อนุภาคที่มีประจุลบ) จะสะสมอยู่บนแผ่นใดแผ่นหนึ่งและอีกแผ่นหนึ่งมีประจุบวก อิเล็กทริกป้องกันการสัมผัส อุปกรณ์ตัวเก็บประจุนี้ช่วยให้คุณสามารถสะสมประจุได้ ท้ายที่สุดทันทีที่อุปกรณ์เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายกระแสไฟในวงจรจะเป็นศูนย์ จากนั้นเมื่อประจุเต็ม แรงดันไฟฟ้าจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายจากแหล่งกำเนิด

หลังจากถอดอุปกรณ์ออกจากเต้ารับหรือแบตเตอรี่แล้ว ตัวเก็บประจุจะคายประจุ โหลดในวงจรไฟฟ้ายังคงอยู่ ด้วยเหตุนี้ อุปกรณ์จึงต้องการแรงดันและกระแสที่อุปกรณ์ส่งผ่าน ความจำเป็นในการจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์จะบังคับให้อิเล็กตรอนในตัวเก็บประจุเคลื่อนที่เข้าหาไอออน ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่ส่งไปยังองค์ประกอบอื่นๆ

การใช้งานอุปกรณ์ที่เป็นไปได้

ตัวเก็บประจุทำหน้าที่แก้ไขปัญหาต่างๆ มากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีการใช้อย่างแข็งขันในการจัดเก็บข้อมูลแอนะล็อกและดิจิทัล มักติดตั้งในอุปกรณ์เครื่องกลเพื่อควบคุมสัญญาณในอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องซึ่งช่วยปกป้องจากความเสียหายและปัญหาต่างๆ

การใช้ตัวเก็บประจุอย่างแพร่หลายในแหล่งกำเนิด แหล่งจ่ายไฟสำรองซึ่งช่วยให้คุณปรับแรงดันไฟฟ้าให้เรียบเมื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่างๆ (คอมพิวเตอร์ อุปกรณ์สำนักงาน ฯลฯ) เข้ากับอุปกรณ์

ใส่ใจ!หลักการเดียวกันนี้ใช้กับเครื่องจ่ายไฟแบบต่อเนื่อง เมื่อเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้าจะสะสมประจุซึ่งสามารถใช้งานได้ในช่วงเวลาสั้น ๆ ซึ่งทำให้สามารถปิดอุปกรณ์ได้โดยไม่เกิดข้อผิดพลาดใด ๆ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งใน สภาพที่ทันสมัยเมื่อข้อมูลมีความสำคัญอย่างยิ่ง

องค์ประกอบที่อธิบายไว้พบการใช้งานในตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสามารถใช้เพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายซึ่งค่าจะเกินค่าอินพุต

สำคัญ!การใช้ตัวเก็บประจุเป็นแหล่งพลังงานชั่วคราวมีข้อจำกัดบางประการ สิ่งนี้อธิบายได้จากการมีค่าการนำไฟฟ้าเล็กน้อยในอิเล็กทริก ดังนั้นอุปกรณ์จะค่อยๆ คายประจุเมื่อเวลาผ่านไป ดังนั้น หากคุณต้องการแหล่งจ่ายกระแสไฟที่เสถียร ควรใช้แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้จะดีกว่า

ตัวเก็บประจุไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่สามารถเก็บประจุและพลังงานได้ สนามไฟฟ้า- โดยพื้นฐานแล้วประกอบด้วยตัวนำ (แผ่น) คู่หนึ่งคั่นด้วยชั้นอิเล็กทริก ความหนาของอิเล็กทริกจะเล็กกว่าขนาดของแผ่นเสมอ บน ไดอะแกรมไฟฟ้า ah ตัวเก็บประจุทดแทนจะแสดงด้วยส่วนขนานแนวตั้ง 2 ส่วน (II)

ปริมาณพื้นฐานและหน่วยการวัด

มีปริมาณพื้นฐานหลายประการที่กำหนดตัวเก็บประจุ หนึ่งในนั้นคือความจุของมัน ( อักษรละติน C) และอันที่สอง - แรงดันไฟฟ้าปฏิบัติการ(ละตินยู). ความจุไฟฟ้า (หรือความจุไฟฟ้า) ในระบบ SI วัดเป็นฟารัด (F) ยิ่งกว่านั้นในฐานะหน่วยความจุ 1 ฟารัดนั้นมาก - แทบไม่เคยใช้ในทางปฏิบัติเลย ตัวอย่างเช่น ประจุไฟฟ้าของโลกมีค่าเพียง 710 ไมโครฟารัด ดังนั้น ในกรณีส่วนใหญ่ จะวัดในปริมาณที่ได้มาจากฟารัด: ในหน่วยพิโคฟารัด (pF) อย่างมาก ค่าเล็กน้อยความจุ (1 pF = 1/10 6 μF) ในหน่วยไมโครฟารัด (μF) ที่มีค่ามากเพียงพอ (1 μF = 1/10 6 F) ในการคำนวณความจุไฟฟ้าจำเป็นต้องหารจำนวนประจุที่สะสมระหว่างแผ่นเปลือกโลกตามขนาดของความต่างศักย์ระหว่างแผ่นเหล่านั้น (แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวเก็บประจุ) ประจุตัวเก็บประจุเข้า ในกรณีนี้- นี่คือประจุที่สะสมอยู่บนแผ่นใดแผ่นหนึ่งของอุปกรณ์ที่เป็นปัญหา บนตัวนำ 2 ตัวของอุปกรณ์จะมีขนาดเท่ากัน แต่มีเครื่องหมายต่างกัน ดังนั้นผลรวมจึงเป็นศูนย์เสมอ ประจุของตัวเก็บประจุมีหน่วยเป็นคูลอมบ์ (C) และเขียนแทนด้วยตัวอักษร Q

แรงดันไฟฟ้า

หนึ่งในที่สุด พารามิเตอร์ที่สำคัญอุปกรณ์ที่เรากำลังพิจารณาคือแรงดันพังทลาย - ความแตกต่างของค่าศักย์ของตัวนำทั้งสองของตัวเก็บประจุซึ่งนำไปสู่การพังทลายทางไฟฟ้าของชั้นอิเล็กทริก แรงดันไฟฟ้าสูงสุดโดยที่อุปกรณ์ไม่พังจะถูกกำหนดโดยรูปร่างของตัวนำคุณสมบัติของอิเล็กทริกและความหนาของมัน สภาพการทำงานที่แรงดันไฟฟ้าบนแผ่นของอุปกรณ์ไฟฟ้าใกล้กับแรงดันไฟฟ้าพังเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ แรงดันไฟฟ้าในการทำงานปกติของตัวเก็บประจุจะน้อยกว่าแรงดันพังทลายหลายเท่า (สองถึงสามครั้ง) ดังนั้นเมื่อเลือกคุณควรคำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าและความจุที่กำหนด ในกรณีส่วนใหญ่ มูลค่าของปริมาณเหล่านี้จะระบุไว้บนอุปกรณ์หรือในหนังสือเดินทาง การเชื่อมต่อตัวเก็บประจุเข้ากับเครือข่ายที่แรงดันไฟฟ้าเกินพิกัดที่กำหนดอาจคุกคามการพังทลายและการเบี่ยงเบนของค่าความจุจากค่าที่ระบุสามารถนำไปสู่การปล่อยฮาร์โมนิกที่สูงขึ้นในเครือข่ายและทำให้อุปกรณ์ร้อนเกินไป

ลักษณะของตัวเก็บประจุ

การออกแบบตัวเก็บประจุสามารถมีความหลากหลายมาก ขึ้นอยู่กับความจุไฟฟ้าของอุปกรณ์และวัตถุประสงค์ พารามิเตอร์ของอุปกรณ์ดังกล่าวไม่ควรได้รับผลกระทบ ปัจจัยภายนอกดังนั้นแผ่นเปลือกโลกจึงมีรูปร่างเช่นนี้ สนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุไฟฟ้าจะกระจุกตัวอยู่ในช่องว่างเล็กๆ ระหว่างตัวนำของตัวเก็บประจุ ดังนั้นจึงสามารถประกอบด้วยทรงกลมที่มีศูนย์กลางสองอัน แผ่นแบนสองอัน หรือกระบอกสูบโคแอกเซียลสองอัน ดังนั้นตัวเก็บประจุอาจเป็นทรงกระบอก ทรงกลม หรือแบน ขึ้นอยู่กับรูปร่างของตัวนำ

ตัวเก็บประจุแบบถาวร

ขึ้นอยู่กับลักษณะของการเปลี่ยนแปลงความจุไฟฟ้า ตัวเก็บประจุจะถูกแบ่งออกเป็นอุปกรณ์ที่มีค่าคงที่ ความจุแปรผัน หรือตัวปรับแต่ง มาดูรายละเอียดแต่ละประเภทที่กล่าวถึงกันดีกว่า อุปกรณ์ที่ความจุไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการทำงานนั่นคือคงที่ (ค่าของความจุยังคงผันผวนภายในขอบเขตที่ยอมรับได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ) คือ ตัวเก็บประจุถาวร- นอกจากนี้ยังมีเครื่องใช้ไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงความจุไฟฟ้าระหว่างการทำงานซึ่งเรียกว่าตัวแปร

C ขึ้นอยู่กับอะไรในตัวเก็บประจุ?

ความจุไฟฟ้าขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวของตัวนำและระยะห่างระหว่างตัวนำ มีหลายวิธีในการเปลี่ยนการตั้งค่าเหล่านี้ พิจารณาตัวเก็บประจุที่ประกอบด้วยแผ่นสองประเภท: แบบเคลื่อนย้ายได้และแบบคงที่ แผ่นที่เคลื่อนที่จะเคลื่อนที่สัมพันธ์กับแผ่นที่อยู่นิ่งซึ่งเป็นผลมาจากความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุเปลี่ยนไป ตัวแปรแอนะล็อกใช้ในการกำหนดค่าอุปกรณ์แอนะล็อก นอกจากนี้ความจุยังสามารถเปลี่ยนแปลงได้ระหว่างการทำงาน ในกรณีส่วนใหญ่ การปรับตัวเก็บประจุจะใช้ในการกำหนดค่าอุปกรณ์โรงงาน เช่น เพื่อเลือกความจุเชิงประจักษ์เมื่อการคำนวณเป็นไปไม่ได้

ตัวเก็บประจุในวงจร

อุปกรณ์ที่เป็นปัญหาในวงจร DC จะนำกระแสไฟฟ้าเฉพาะเมื่อเสียบเข้ากับเครือข่ายเท่านั้น (ในกรณีนี้ อุปกรณ์จะถูกชาร์จหรือชาร์จใหม่ตามแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิด) เมื่อประจุประจุเต็มตัวเก็บประจุแล้ว จะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เมื่ออุปกรณ์เชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ กระบวนการคายประจุและการชาร์จจะสลับกัน ระยะเวลาของการสลับจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าไซน์ซอยด์ที่ใช้

ลักษณะของตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับสถานะของอิเล็กโทรไลต์และวัสดุที่ประกอบด้วยสามารถแห้งของเหลวเซมิคอนดักเตอร์ออกไซด์โลหะออกไซด์ ตัวเก็บประจุของเหลวระบายความร้อนได้ดีอุปกรณ์เหล่านี้สามารถทำงานได้ภายใต้ภาระที่สำคัญและมีคุณสมบัติที่สำคัญเช่นการรักษาตนเองของอิเล็กทริกเมื่อพัง ในการพิจารณา อุปกรณ์ไฟฟ้าแบบแห้งมีการออกแบบที่ค่อนข้างเรียบง่าย มีการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าและกระแสรั่วไหลน้อยกว่าเล็กน้อย บน ในขณะนี้เป็นเครื่องดนตรีแห้งที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ข้อได้เปรียบหลักของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าคือต้นทุนต่ำ ขนาดกะทัดรัด และความจุไฟฟ้าสูง อะนาลอกออกไซด์มีขั้ว ( การเชื่อมต่อไม่ถูกต้องนำไปสู่การแตกหัก)

วิธีการเชื่อมต่อ

การเชื่อมต่อตัวเก็บประจุกับวงจรด้วยกระแสตรงเกิดขึ้นดังนี้: ขั้วบวก (ขั้วบวก) ของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าเชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดซึ่งถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์ หากไม่เป็นไปตามข้อกำหนดนี้อาจเกิดขึ้นได้ ด้วยเหตุนี้จึงต้องเชื่อมต่อตัวเก็บประจุของเหลวเข้ากับวงจรที่มีแหล่งกำเนิดกระแสสลับ โดยเชื่อมต่อสองส่วนที่เหมือนกันในอนุกรมแบบแบ็คทูแบ็ค หรือใช้ชั้นออกไซด์กับอิเล็กโทรดทั้งสอง ดังนั้นจึงได้รับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ไม่มีขั้วซึ่งทำงานในเครือข่ายที่มีทั้ง DC และ DC ในทั้งสองกรณี ความจุที่เกิดขึ้นเล็กลงสองเท่า ขั้วเดียว ตัวเก็บประจุไฟฟ้ามีขนาดใหญ่ แต่สามารถเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับได้

การใช้งานหลักของตัวเก็บประจุ

คำว่า "ตัวเก็บประจุ" สามารถได้ยินได้จากพนักงานขององค์กรอุตสาหกรรมและสถาบันการออกแบบต่างๆ เมื่อเข้าใจหลักการทำงาน ลักษณะ และกระบวนการทางกายภาพแล้ว เรามาดูกันว่าเหตุใดจึงจำเป็นต้องใช้ตัวเก็บประจุในระบบจ่ายไฟ ในระบบเหล่านี้แบตเตอรี่ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการก่อสร้างและปรับปรุงโรงงานอุตสาหกรรมเพื่อชดเชย พลังงานปฏิกิริยา KRM (การขนถ่ายเครือข่ายจากกระแสที่ไม่ต้องการ) ซึ่งช่วยให้คุณลดต้นทุนด้านพลังงานและประหยัด ผลิตภัณฑ์เคเบิลและจำหน่ายไฟฟ้าให้กับผู้บริโภค คุณภาพดีที่สุด. ทางเลือกที่เหมาะสมที่สุดกำลัง วิธีการ และตำแหน่งของการเชื่อมต่อแหล่งกำเนิด (Q) ในเครือข่ายของระบบไฟฟ้ากำลัง (EPS) มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อตัวชี้วัดทางเศรษฐกิจและทางเทคนิคของประสิทธิภาพของ EPS KRM มีสองประเภท: ตามขวางและตามยาว ด้วยการชดเชยตามขวาง ธนาคารตัวเก็บประจุจะเชื่อมต่อกับบัสบาร์ของสถานีย่อยขนานกับโหลด และเรียกว่าแบตเตอรี่แบ่ง (SHBK) ด้วยการชดเชยตามยาว แบตเตอรี่จะรวมอยู่ในการตัดสายไฟและเรียกว่า LPC (อุปกรณ์ชดเชยตามยาว) แบตเตอรี่ประกอบด้วยอุปกรณ์แต่ละชิ้นที่สามารถเชื่อมต่อได้ ในรูปแบบต่างๆ: ตัวเก็บประจุ การเชื่อมต่อแบบอนุกรมหรือขนานกัน เมื่อจำนวนอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมเพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าก็จะเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ UPC ยังใช้เพื่อทำให้โหลดเท่ากันในแต่ละเฟส เพิ่มผลผลิตและประสิทธิภาพของเตาอาร์คและแร่ความร้อน (เมื่อเชื่อมต่อ UPC ผ่านหม้อแปลงพิเศษ)

ในช่องเก็บของของผู้ที่ชื่นชอบรถทุกคน คุณจะพบเครื่องใช้ไฟฟ้าเหล่านี้ เหตุใดจึงต้องมีตัวเก็บประจุในรถยนต์? พวกมันถูกใช้ในอุปกรณ์ขยายสัญญาณ ระบบเสียงสำหรับ การทำสำเนาคุณภาพสูงเสียง.

ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์ที่สามารถจัดเก็บได้ ค่าไฟฟ้า- ตัวเก็บประจุที่ง่ายที่สุดคือแผ่นโลหะสองแผ่น (อิเล็กโทรด) คั่นด้วยอิเล็กทริกบางชนิด สามารถชาร์จตัวเก็บประจุ 2 ได้โดยเชื่อมต่ออิเล็กโทรดเข้ากับแหล่ง 1 พลังงานไฟฟ้ากระแสตรง (รูปที่ 181, ก)

เมื่อประจุตัวเก็บประจุ อิเล็กตรอนอิสระจะปรากฏบนอิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่งจะพุ่งไปที่ขั้วบวกของแหล่งกำเนิด ส่งผลให้อิเล็กโทรดนี้มีประจุบวก อิเล็กตรอนจากขั้วลบของแหล่งกำเนิดจะไหลไปยังอิเล็กโทรดที่สอง และสร้างอิเล็กตรอนส่วนเกินขึ้นมา จึงมีประจุลบ อันเป็นผลมาจากการไหลของกระแสชาร์จ i3 ทั้งสองขั้วไฟฟ้าของตัวเก็บประจุจะเกิดประจุที่เท่ากันแต่ตรงกันข้ามและมีสนามไฟฟ้าเกิดขึ้นระหว่างขั้วทั้งสอง สร้างความต่างศักย์ระหว่างขั้วไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ เมื่อความต่างศักย์นี้เท่ากับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวงจรตัวเก็บประจุ เช่น กระแส i3 ผ่านมันจะหยุดลง ช่วงเวลานี้สอดคล้องกับจุดสิ้นสุดของกระบวนการชาร์จตัวเก็บประจุ

เมื่อตัดการเชื่อมต่อจากแหล่งกำเนิด (รูปที่ 181,b) ตัวเก็บประจุจะสามารถเก็บประจุไฟฟ้าสะสมได้เป็นเวลานาน ตัวเก็บประจุที่มีประจุคือแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติบางอย่างเช่น d.s. เช่น หากคุณเชื่อมต่ออิเล็กโทรดของตัวเก็บประจุที่มีประจุกับตัวนำบางชนิด (รูปที่ 181, c) ตัวเก็บประจุจะเริ่มคายประจุ ในกรณีนี้กระแสประจุของตัวเก็บประจุiрจะไหลผ่านวงจร ความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรดก็จะเริ่มลดลงเช่นกันเช่น ตัวเก็บประจุจะถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าที่สะสมไปยังวงจรภายนอก ในขณะที่จำนวนอิเล็กตรอนอิสระบนแต่ละอิเล็กโทรดของตัวเก็บประจุเท่ากัน สนามไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดจะหายไปและกระแสจะกลายเป็น เท่ากับศูนย์- ซึ่งหมายความว่าตัวเก็บประจุได้คายประจุจนหมด เช่น ได้ปล่อยพลังงานไฟฟ้าที่สะสมไว้ออกมา

ความจุของตัวเก็บประจุความสามารถของตัวเก็บประจุในการสะสมและกักเก็บประจุไฟฟ้านั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยความจุของมัน ยิ่งความจุของตัวเก็บประจุมากขึ้นเท่าใดประจุก็จะยิ่งสะสมมากขึ้นเท่านั้น เช่นเดียวกับความจุของถังหรือถังแก๊สที่เพิ่มขึ้น ปริมาตรของของเหลวหรือก๊าซในนั้นก็จะเพิ่มขึ้น

ความจุ C ของตัวเก็บประจุถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของประจุ q ที่สะสมในตัวเก็บประจุต่อความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรด (แรงดันไฟฟ้าที่ใช้) U:

C=คิว/ยู (69)

ความจุของตัวเก็บประจุวัดเป็นฟารัด (F) ตัวเก็บประจุมีความจุ 1 F ซึ่งเมื่อชาร์จแล้ว

ใน 1 C ความต่างศักย์จะเพิ่มขึ้น 1 V ในทางปฏิบัติ หน่วยที่เล็กกว่าจะถูกใช้เป็นหลัก: ไมโครฟารัด (1 μF = 10 -6 F), พิโกฟารัด (1 pF = 10 -12 μF)

ความจุของตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับรูปร่างและขนาดของอิเล็กโทรด ตำแหน่งสัมพัทธ์ และคุณสมบัติของอิเล็กทริกที่แยกอิเล็กโทรด มีตัวเก็บประจุแบบแบนซึ่งอิเล็กโทรดเป็นแผ่นขนานแบน (รูปที่ 182, a) และแบบทรงกระบอก (รูปที่ 182, b)

ไม่เพียงแต่อุปกรณ์ที่ผลิตขึ้นเป็นพิเศษในโรงงานเท่านั้นที่มีคุณสมบัติของตัวเก็บประจุ แต่ยังมีตัวนำสองตัวที่แยกจากกันด้วยอิเล็กทริกอีกด้วย กำลังการผลิตมีผลกระทบอย่างมากต่อการทำงานของการติดตั้งระบบไฟฟ้าด้วยไฟฟ้ากระแสสลับ ตัวอย่างเช่น ตัวเก็บประจุที่มีความจุที่แน่นอนคือสองตัว สายไฟ, สายไฟและกราวด์ (รูปที่ 183, a), แกนสายไฟไฟฟ้า, แกนและปลอกโลหะของสายเคเบิล (รูปที่ 183,6)

การออกแบบตัวเก็บประจุและการใช้เทคโนโลยีตัวเก็บประจุอาจเป็นกระดาษ ไมกา หรืออากาศ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอิเล็กทริกที่ใช้ (รูปที่ 184) การใช้ไมก้า กระดาษ เซรามิก และวัสดุอื่นๆ ที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงเป็นอิเล็กทริกแทนอากาศ สามารถเพิ่มความจุได้หลายครั้งด้วยขนาดตัวเก็บประจุที่เท่ากัน เพื่อเพิ่มพื้นที่ของอิเล็กโทรดตัวเก็บประจุมักจะทำหลายชั้น

ในการติดตั้งระบบไฟฟ้ากระแสสลับ มักใช้ตัวเก็บประจุไฟฟ้า ในนั้น อิเล็กโทรดจะเป็นแถบยาวที่ทำจากอะลูมิเนียม ตะกั่ว หรือฟอยล์ทองแดง โดยคั่นด้วยกระดาษพิเศษ (คาปาซิเตอร์) หลายชั้นที่ชุบด้วยน้ำมันปิโตรเลียมหรือของเหลวสังเคราะห์ เทปฟอยล์ 2 และกระดาษ 1 พันเป็นม้วน (รูปที่ 185) แห้ง ชุบพาราฟิน แล้ววางในรูปแบบหนึ่งหรือหลายส่วนในกล่องโลหะหรือกระดาษแข็ง แรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่ต้องการของตัวเก็บประจุนั้นมาจากการเชื่อมต่อแบบอนุกรม, ขนานหรืออนุกรม-ขนานของแต่ละส่วน

ตัวเก็บประจุใด ๆ ไม่เพียงแต่มีลักษณะเฉพาะด้วยค่าความจุเท่านั้น แต่ยังรวมถึงค่าของแรงดันไฟฟ้าที่อิเล็กทริกสามารถทนได้ เมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงเกินไป อิเล็กตรอนของอิเล็กทริกจะถูกแยกออกจากอะตอม อิเล็กทริกจะเริ่มนำกระแสไฟฟ้า และอิเล็กโทรดโลหะของตัวเก็บประจุจะลัดวงจร (ตัวเก็บประจุจะพัง) แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่าแรงดันพังทลาย แรงดันไฟฟ้าที่ตัวเก็บประจุสามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถืออย่างไม่มีกำหนด เป็นเวลานาน, เรียกว่าคนงาน. มันน้อยกว่าการเจาะทะลุหลายเท่า

ตัวเก็บประจุใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบจ่ายไฟของสถานประกอบการอุตสาหกรรมและไฟฟ้า ทางรถไฟเพื่อปรับปรุงการใช้พลังงานไฟฟ้าด้วยไฟฟ้ากระแสสลับ หนึ่ง. ปล. และหัวรถจักรดีเซล ตัวเก็บประจุถูกใช้เพื่อทำให้กระแสพัลซิ่งที่ได้รับจากวงจรเรียงกระแสและตัวสับพัลส์ราบรื่นขึ้น เพื่อต่อสู้กับประกายไฟของการสัมผัสอุปกรณ์ไฟฟ้าและการรบกวนทางวิทยุ ในระบบควบคุมสำหรับตัวแปลงเซมิคอนดักเตอร์ ตลอดจนเพื่อสร้าง

สมมาตร แรงดันไฟฟ้าสามเฟสจำเป็นสำหรับการจ่ายไฟให้กับมอเตอร์ไฟฟ้าของเครื่องจักรเสริม ในงานวิศวกรรมวิทยุ ตัวเก็บประจุถูกใช้เพื่อสร้างความถี่สูง การสั่นสะเทือนทางแม่เหล็กไฟฟ้า,การแยกวงจรไฟฟ้า DC และ AC เป็นต้น

ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงมักมีการติดตั้ง ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า- พวกเขาทำจากเทปอลูมิเนียมบาง ๆ สองเทป 3 และ 5 ม้วนเป็นม้วน (รูปที่ 185,b) ระหว่างนั้นวางกระดาษ 4 ไว้แล้วชุบด้วยอิเล็กโทรไลต์พิเศษ (สารละลายของกรดบอริกกับแอมโมเนียในกลีเซอรีน) เทปอลูมิเนียม 3 เคลือบด้วยฟิล์มบางของอะลูมิเนียมออกไซด์ ภาพยนตร์เรื่องนี้เป็นอิเล็กทริกที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูง อิเล็กโทรดของตัวเก็บประจุคือเทป 3 เคลือบด้วยฟิล์มออกไซด์และอิเล็กโทรไลต์ เทปที่สอง 5 มีไว้สำหรับการสร้างเท่านั้น หน้าสัมผัสทางไฟฟ้าด้วยอิเล็กโทรไลต์ ตัวเก็บประจุถูกวางไว้ในตัวเครื่องอะลูมิเนียมทรงกระบอก

เมื่อเชื่อมต่อตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าเข้ากับวงจร DC จะต้องสังเกตขั้วของขั้วอย่างเคร่งครัด อิเล็กโทรดที่เคลือบด้วยฟิล์มออกไซด์จะต้องต่อเข้ากับขั้วบวกของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า หากเปิดไม่ถูกต้อง อิเล็กทริกจะทะลุผ่าน ด้วยเหตุนี้จึงไม่ควรเชื่อมต่อตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าเข้ากับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ นอกจากนี้ยังไม่สามารถใช้ในอุปกรณ์ที่ทำงานด้วยไฟฟ้าแรงสูงได้ เนื่องจากฟิล์มออกไซด์มีความแข็งแรงทางไฟฟ้าค่อนข้างต่ำ

ตัวเก็บประจุแบบแปรผันยังใช้ในอุปกรณ์วิทยุ (รูปที่ 186) ตัวเก็บประจุดังกล่าวประกอบด้วยแผ่นสองกลุ่ม: แบบคงที่ 2 และแบบเคลื่อนย้ายได้ 3 โดยคั่นด้วยช่องว่างอากาศ แผ่นที่เคลื่อนย้ายได้สามารถเคลื่อนที่สัมพันธ์กับแผ่นที่อยู่กับที่ เมื่อหมุนแกน 1 ของตัวเก็บประจุ พื้นที่ของการทับซ้อนกันของเพลตจะเปลี่ยนไป ดังนั้นความจุของตัวเก็บประจุจึงเปลี่ยนไป

วิธีการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุ- ตัวเก็บประจุสามารถเชื่อมต่อแบบอนุกรมหรือแบบขนานได้ โดยมีลำดับ

การเชื่อมต่อของตัวเก็บประจุหลายตัว (เช่นสามตัว) (รูปที่ 187, a) ความจุที่เท่ากัน

1 /C eq = 1 /C 1 + 1 /C 2 + 1 /C 3

ความจุที่เท่ากัน

X C eq = X C 1 + X C 2 + X C 3

ความจุที่เกิดขึ้น

ค อีคิว = ค 1 + ค 2 + ค 3

ที่ การเชื่อมต่อแบบขนานตัวเก็บประจุ (รูปที่ 187, b) ความจุผลลัพธ์

1 /X C สมการ = 1 /เอ็กซ์ ค 1 + 1 /เอ็กซ์ ซี 2 + 1 /เอ็กซ์ค 3

การเปิดและปิดวงจรไฟฟ้ากระแสตรงด้วยตัวเก็บประจุเมื่อเชื่อมต่อแล้ว วงจรอาร์ซีไปยังแหล่งจ่ายกระแสตรงและเมื่อตัวเก็บประจุถูกคายประจุลงบนตัวต้านทาน กระบวนการชั่วคราวจะเกิดขึ้นเช่นกันโดยการเปลี่ยนแปลงแบบเป็นระยะ ๆ ของกระแส i และแรงดันไฟฟ้า u c เมื่อวงจรเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายกระแสตรง สวิตช์อาร์ซี B1 (รูปที่ 188, a) ประจุตัวเก็บประจุ ในช่วงเวลาเริ่มต้น กำลังชาร์จปัจจุบันฉันเริ่ม =U/R แต่เมื่อประจุสะสมบนอิเล็กโทรดของตัวเก็บประจุ แรงดันไฟฟ้าและ c จะเพิ่มขึ้น และกระแสไฟฟ้าจะลดลง (รูปที่ 188, b) หากความต้านทาน R มีขนาดเล็ก กระแสไฟกระชากขนาดใหญ่จะเกิดขึ้นในช่วงเริ่มต้นของการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุ ซึ่งเกินกระแสที่กำหนดของวงจรนี้อย่างมาก เมื่อตัวเก็บประจุถูกคายประจุไปยังตัวต้านทาน R (สวิตช์ B1 เปิดในรูปที่ 189, a) แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวเก็บประจุ u c และกระแส i ค่อยๆ ลดลงเหลือศูนย์ (รูปที่ 189, b)

อัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแส i และแรงดันไฟฟ้า i ในระหว่างกระบวนการชั่วคราวจะถูกคั่นด้วยค่าคงที่เวลา

ค่า R และ C ยิ่งสูง ประจุของตัวเก็บประจุก็จะยิ่งช้าลง

กระบวนการชาร์จและการคายประจุตัวเก็บประจุใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และระบบอัตโนมัติ ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขาจึงเรียกว่าการสั่นแบบไม่ไซน์ซอยด์เป็นระยะ ผ่อนคลายและโดยเฉพาะอย่างยิ่ง แรงดันไฟฟ้าฟันเลื่อยที่จำเป็นสำหรับการทำงานของระบบควบคุมไทริสเตอร์ ออสซิลโลสโคป และอุปกรณ์อื่นๆ ในการรับแรงดันฟันเลื่อย (รูปที่ 190) ให้เชื่อมต่อตัวเก็บประจุเข้ากับแหล่งพลังงานเป็นระยะ ๆ จากนั้นจึงต่อเข้ากับตัวต้านทานดิสชาร์จ ระยะเวลา T 1 และ T 2 ซึ่งสอดคล้องกับประจุและการคายประจุของตัวเก็บประจุถูกกำหนดโดยค่าคงที่เวลาของวงจรประจุ T 3 และคายประจุ T p เช่น ความต้านทานของตัวต้านทานที่รวมอยู่ในวงจรเหล่านี้

• การแปล

หากคุณสร้างวงจรไฟฟ้าเป็นประจำ คุณอาจเคยใช้ตัวเก็บประจุ นี้ ส่วนประกอบมาตรฐานเช่นเดียวกับความต้านทาน ที่คุณเพิ่งหยิบออกมาจากชั้นวางโดยไม่ต้องคิดอะไรอีก เราใช้ตัวเก็บประจุเพื่อลดแรงดัน/กระแสกระเพื่อมให้เรียบ เพื่อให้ตรงกับโหลด เป็นแหล่งพลังงานสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำ และการใช้งานอื่นๆ

แต่ตัวเก็บประจุไม่ได้เป็นเพียงฟองที่มีสายไฟสองเส้นและพารามิเตอร์สองสามตัว - แรงดันไฟฟ้าและความจุ มีเทคโนโลยีและวัสดุมากมายที่มีคุณสมบัติต่างกันที่ใช้ในการสร้างตัวเก็บประจุ และแม้ว่าในกรณีส่วนใหญ่ตัวเก็บประจุที่มีความจุที่เหมาะสมเกือบทุกตัวจะทำงานได้ทุกประเภท แต่ความเข้าใจที่ดีเกี่ยวกับวิธีการทำงานของอุปกรณ์เหล่านี้สามารถช่วยให้คุณเลือกได้ไม่เพียงแค่ตัวที่เหมาะสมเท่านั้น แต่ยังเลือกตัวที่เหมาะสมอีกด้วย ในวิธีที่ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้- หากคุณเคยมีปัญหาเกี่ยวกับความเสถียรของอุณหภูมิหรืองานค้นหาแหล่งที่มาของสัญญาณรบกวนเพิ่มเติม คุณจะต้องชอบข้อมูลในบทความนี้

มาเริ่มกันง่ายๆ

วิธีที่ดีที่สุดคือเริ่มต้นง่ายๆ และอธิบายหลักการพื้นฐานของการทำงานของตัวเก็บประจุก่อนที่จะนำไปใช้กับอุปกรณ์จริง ตัวเก็บประจุในอุดมคติประกอบด้วยแผ่นตัวนำสองแผ่นที่คั่นด้วยอิเล็กทริก ประจุสะสมบนเพลต แต่ไม่สามารถไหลระหว่างพวกมันได้ - อิเล็กทริกมีคุณสมบัติเป็นฉนวน นี่คือวิธีที่ตัวเก็บประจุสะสมประจุ

ความจุไฟฟ้าวัดเป็นฟารัด: ตัวเก็บประจุของฟารัดหนึ่งตัวจะสร้างแรงดันไฟฟ้าหนึ่งโวลต์หากมีประจุหนึ่งคูลอมบ์ เช่นเดียวกับหน่วย SI อื่นๆ มันเป็นขนาดที่ใช้งานไม่ได้ ดังนั้น เว้นแต่คุณจะนับซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ซึ่งเราจะไม่พูดถึงในที่นี้ คุณก็จะจบลงด้วยไมโคร- นาโน- และพิโคฟารัด ความจุของตัวเก็บประจุใดๆ สามารถหาได้จากขนาดและคุณสมบัติไดอิเล็กทริก หากสนใจ สามารถดูสูตรนี้ได้ใน Wikipedia ไม่จำเป็นต้องท่องจำเว้นแต่ว่าคุณกำลังเรียนเพื่อสอบ แต่มีเนื้อหาอยู่ ข้อเท็จจริงที่เป็นประโยชน์- ความจุไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับค่าคงที่ไดอิเล็กทริก εr ของไดอิเล็กทริกที่ใช้ ซึ่งส่งผลให้ตัวเก็บประจุหลายตัวมีจำหน่ายในท้องตลาดโดยใช้วัสดุอิเล็กทริกที่แตกต่างกันเพื่อให้ได้ความจุที่มากขึ้นหรือปรับปรุงคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้า

อลูมิเนียมอิเล็กโทรไลต์

ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคใช้ชั้นออกซิเดชันขั้วบวกบนแผ่นอะลูมิเนียมเป็นแผ่นไดอิเล็กทริกแผ่นเดียว และใช้อิเล็กโทรไลต์จากเซลล์ไฟฟ้าเคมีเป็นอีกแผ่นหนึ่ง การมีอยู่ของเซลล์ไฟฟ้าเคมีทำให้พวกมันมีขั้ว กล่าวคือ ต้องใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงในทิศทางเดียว และแผ่นอะโนไดซ์ต้องเป็นขั้วบวกหรือขั้วบวก

ในทางปฏิบัติแผ่นของพวกเขาจะทำในรูปแบบของแซนวิชอลูมิเนียมฟอยล์ห่อด้วยทรงกระบอกและตั้งอยู่ใน กระป๋องอลูมิเนียม- แรงดันไฟฟ้าในการทำงานขึ้นอยู่กับความลึกของชั้นอะโนไดซ์

ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้ามีความจุที่ใหญ่ที่สุดในบรรดาตัวเก็บประจุทั่วไปตั้งแต่ 0.1 ถึงหลายพันไมโครฟารัด เนื่องจากการอัดแน่นของเซลล์ไฟฟ้าเคมี พวกมันจึงมีค่าความเหนี่ยวนำอนุกรมที่เทียบเท่ากันมาก (ESI หรือการเหนี่ยวนำที่มีประสิทธิผล) ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงไม่สามารถใช้ได้กับ ความถี่สูง- โดยทั่วไปจะใช้สำหรับการปรับกำลังและแยกการเชื่อมต่อที่ความถี่เสียงให้เรียบตลอดจนการเชื่อมต่อที่ความถี่เสียง

แทนทาลัมด้วยไฟฟ้า

ตัวเก็บประจุแทนทาลัมแบบติดตั้งบนพื้นผิว

ตัวเก็บประจุไฟฟ้าแทนทาลัมผลิตขึ้นเป็นขั้วบวกแทนทาลัมเผาผนึกโดยมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ซึ่งมีชั้นออกไซด์หนาขึ้น จากนั้นอิเล็กโทรไลต์แมงกานีสไดออกไซด์จะถูกวางเป็นแคโทด การรวมกันของพื้นที่ผิวขนาดใหญ่และคุณสมบัติไดอิเล็กทริกของแทนทาลัมออกไซด์ส่งผลให้มีความจุต่อปริมาตรสูง เป็นผลให้ตัวเก็บประจุดังกล่าวมีขนาดเล็กกว่าตัวเก็บประจุอลูมิเนียมที่มีความจุเทียบเคียงมาก เช่นเดียวกับอย่างหลัง ตัวเก็บประจุแทนทาลัมก็มีขั้วเช่นกัน ดี.ซี.จะต้องไปในทิศทางเดียวอย่างแน่นอน

ความจุที่มีอยู่แตกต่างกันไปตั้งแต่ 0.1 ถึงหลายร้อยไมโครฟารัด มีความต้านทานการรั่วไหลต่ำกว่ามากและเทียบเท่ากัน ความต้านทานแบบอนุกรม(ESR) ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงถูกนำมาใช้ในการทดสอบ เครื่องมือวัดและอุปกรณ์เสียงคุณภาพสูง ซึ่งคุณสมบัติเหล่านี้มีประโยชน์

ในกรณีของตัวเก็บประจุแทนทาลัมจำเป็นต้องตรวจสอบสถานะความล้มเหลวเป็นพิเศษโดยบังเอิญว่าเกิดไฟไหม้ แทนทาลัมออกไซด์อสัณฐานเป็นอิเล็กทริกที่ดีและกลายเป็นผลึก คำแนะนำที่ดี. การใช้ในทางที่ผิดตัวเก็บประจุแทนทาลัม - ตัวอย่างเช่นการใช้กระแสไฟกระชากมากเกินไปอาจทำให้อิเล็กทริกเปลี่ยนรูปแบบซึ่งจะเพิ่มกระแสที่ไหลผ่านได้ เป็นเรื่องจริงที่ตัวเก็บประจุแทนทาลัมรุ่นก่อนๆ มีชื่อเสียงในเรื่องปัญหาไฟไหม้ และวิธีการผลิตที่ได้รับการปรับปรุงได้นำไปสู่ผลิตภัณฑ์ที่เชื่อถือได้มากขึ้น

ฟิล์มโพลีเมอร์

ตัวเก็บประจุทั้งตระกูลใช้ฟิล์มโพลีเมอร์เป็นไดอิเล็กทริก และฟิล์มจะถูกประกบระหว่างชั้นฟอยล์โลหะที่บิดเป็นเกลียวหรือซ้อนทับกัน หรือมีชั้นที่เป็นโลหะบนพื้นผิว แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานสามารถเข้าถึงได้สูงถึง 1,000 V แต่ไม่มีความจุสูง - โดยปกติจะอยู่ที่ 100 pF ถึงไม่กี่ไมโครฟารัด ฟิล์มแต่ละประเภทมีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกันไป แต่โดยทั่วไปแล้ว ฟิล์มทั้งตระกูลจะมีความจุและความเหนี่ยวนำต่ำกว่าฟิล์มอิเล็กโทรไลต์ ดังนั้นจึงใช้ในอุปกรณ์ความถี่สูงและสำหรับการแยกส่วนในระบบที่มีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าตลอดจนในระบบที่ใช้งานทั่วไป

ตัวเก็บประจุโพลีโพรพีลีนใช้ในวงจรที่ต้องการความเสถียรทางความร้อนและความถี่ที่ดี นอกจากนี้ยังใช้ในระบบไฟฟ้า สำหรับการปราบปราม EMI ในระบบที่ใช้ กระแสสลับไฟฟ้าแรงสูง

ตัวเก็บประจุโพลีเอสเตอร์ถึงแม้จะมีอุณหภูมิไม่เท่ากันก็ตาม ลักษณะความถี่กลับกลายเป็นว่าราคาถูกและทนได้ อุณหภูมิสูงเมื่อทำการบัดกรีเพื่อการติดตั้งบนพื้นผิว ด้วยเหตุนี้จึงใช้ในวงจรที่มีไว้สำหรับใช้ในการใช้งานที่ไม่สำคัญ

ตัวเก็บประจุโพลีเอทิลีนแนฟทาเลต พวกเขาไม่มีลักษณะอุณหภูมิและความถี่ที่มั่นคง แต่สามารถทนต่ออุณหภูมิและความเค้นที่สูงกว่ามากเมื่อเทียบกับโพลีเอสเตอร์

ตัวเก็บประจุโพลีเอทิลีนซัลไฟด์มีลักษณะอุณหภูมิและความถี่ของโพลีโพรพีลีน และยังสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้อีกด้วย

ในอุปกรณ์เก่าคุณอาจเจอตัวเก็บประจุโพลีคาร์บอเนตและโพลีสไตรีน แต่ตอนนี้ไม่ได้ใช้งานอีกต่อไป

เซรามิกส์

ประวัติความเป็นมาของตัวเก็บประจุแบบเซรามิกนั้นค่อนข้างยาวนาน - มีการใช้ตั้งแต่ทศวรรษแรกของศตวรรษที่ผ่านมาจนถึงปัจจุบัน ตัวเก็บประจุในยุคแรกๆ นั้นเป็นเซรามิกชั้นเดียว เคลือบโลหะทั้งสองด้าน ต่อมาก็มีหลายชั้นเช่นกันโดยที่แผ่นที่มีการเคลือบโลหะและเซรามิกจะสลับกัน ความจุของพวกมันแตกต่างกันไปตั้งแต่ 1 pF ถึงสิบไมโครฟารัด และแรงดันไฟฟ้าสูงถึงกิโลโวลต์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอิเล็กทริก ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดตามความจำเป็น ความจุขนาดเล็กคุณจะพบทั้งดิสก์เซรามิกชั้นเดียวและสแต็กคาปาซิเตอร์แบบยึดบนพื้นผิวหลายชั้น

วิธีที่ง่ายที่สุดในการจำแนกประเภทของตัวเก็บประจุแบบเซรามิกคือการใช้ไดอิเล็กทริก เนื่องจากเป็นสิ่งที่ทำให้ตัวเก็บประจุมีคุณสมบัติครบถ้วน ไดอิเล็กทริกถูกจำแนกตามรหัสสามตัวอักษรซึ่งมีการเข้ารหัส อุณหภูมิในการทำงานและความมั่นคง

C0G มีเสถียรภาพในด้านความจุที่ดีขึ้นโดยคำนึงถึงอุณหภูมิ ความถี่ และแรงดันไฟฟ้า ใช้ใน วงจรความถี่สูงและวงจรความเร็วสูงอื่นๆ

X7R ไม่มีเช่นนั้น ลักษณะที่ดีตามอุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นจึงใช้ในกรณีที่วิกฤตน้อยกว่า ซึ่งมักจะรวมถึงการแยกส่วนและการใช้งานสากลต่างๆ

Y5V มีความจุสูงกว่ามาก แต่คุณลักษณะด้านอุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้ายังต่ำกว่าอีกด้วย ยังใช้สำหรับการแยกส่วนและการใช้งานทั่วไปต่างๆ

เนื่องจากเซรามิกมักมีคุณสมบัติเพียโซอิเล็กทริกด้วย ตัวเก็บประจุแบบเซรามิกบางตัวจึงแสดงเอฟเฟกต์แบบไมโครโฟนิกด้วย หากคุณเคยทำงานกับแรงดันไฟฟ้าและความถี่สูงในช่วงเสียง เช่น กับแอมป์หลอดหรือไฟฟ้าสถิต คุณอาจเคยได้ยินตัวเก็บประจุ "ร้องเพลง" หากคุณใช้ตัวเก็บประจุเพียโซอิเล็กทริกเพื่อรักษาเสถียรภาพความถี่ คุณอาจพบว่าเสียงของมันถูกมอดูเลตตามการสั่นสะเทือนของสภาพแวดล้อม

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว บทความนี้ไม่ได้มุ่งหมายที่จะครอบคลุมเทคโนโลยีตัวเก็บประจุทั้งหมด เมื่อดูแคตตาล็อกอิเล็กทรอนิกส์ คุณจะพบว่าเทคโนโลยีบางอย่างที่มีอยู่ไม่ครอบคลุมอยู่ที่นี่ ข้อเสนอบางรายการจากแคตตาล็อกล้าสมัยไปแล้วหรือมีช่องแคบที่คุณมักจะไม่พบบ่อยที่สุด เราหวังเพียงที่จะขจัดความลึกลับบางอย่างเกี่ยวกับ รุ่นยอดนิยมตัวเก็บประจุและช่วยคุณเลือกส่วนประกอบที่เหมาะสมเมื่อออกแบบ อุปกรณ์ของตัวเอง- หากเรากระตุ้นความอยากอาหารของคุณ คุณอาจต้องการอ่านบทความเกี่ยวกับตัวเหนี่ยวนำ

กรุณาเขียนเกี่ยวกับความไม่ถูกต้องหรือข้อผิดพลาดใดๆ ที่คุณพบ