전자 장치의 설계를 위한 요소 기반은 점점 더 복잡해지고 있습니다. 장치는 주어진 기능과 프로그램 제어를 가진 집적 회로로 결합됩니다. 그러나 개발은 커패시터, 저항기, 다이오드 및 트랜지스터와 같은 기본 장치를 기반으로 합니다.
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커패시터 란 무엇입니까?
전하의 형태로 전기 에너지를 저장하는 장치를 커패시터라고 합니다.
물리학에서 전기량 또는 전하량은 쿨롱(C)으로 측정됩니다. 커패시턴스는 패럿(F)으로 측정됩니다.
1 패럿의 전기 용량을 가진 고독한 도체는 반경이 태양의 13 반지름과 같은 금속 공입니다.따라서 커패시터는 유전체로 분리된 2개 이상의 도체를 포함합니다. 장치의 단순한 디자인 - 종이.
DC 회로에서 커패시터의 작동은 전원이 켜지고 꺼질 때 수행되며 과도기 순간에만 플레이트의 전위가 변경됩니다.
AC 회로의 커패시터는 전원 공급 장치 전압의 주파수와 동일한 주파수에서 재충전됩니다. 지속적인 충전과 방전의 결과로 전류가 소자를 통해 흐릅니다. 더 높은 주파수 - 장치가 더 빨리 재충전됩니다.
커패시터가 있는 회로의 저항은 전류의 주파수에 따라 다릅니다. 0 DC 주파수에서 저항 값은 무한대가 되는 경향이 있습니다. AC 주파수가 증가하면 저항이 감소합니다.
커패시터는 어디에 사용됩니까?
전자, 무선 공학 및 전기 장치의 작동은 커패시터 없이는 불가능합니다.
전기 공학에서는 유도 전동기를 시작할 때 위상을 이동하는 데 사용됩니다. 위상 편이가 없으면 가변 단상 네트워크의 3상 비동기 모터가 작동하지 않습니다.
수 패럿 용량의 커패시터(이오니스터)는 전기 자동차에서 엔진 전원으로 사용됩니다.
커패시터가 필요한 이유를 이해하려면 측정 장치의 10-12%가 외부 환경의 매개변수가 변경될 때 전기 커패시턴스를 변경하는 원리로 작동한다는 것을 알아야 합니다. 특수 장치의 반응 커패시턴스는 다음 용도로 사용됩니다.
- 판 사이의 거리 증가 또는 감소를 통한 약한 움직임의 등록;
- 유전체의 저항 변화를 고정하여 습도를 결정합니다.
- 채워질 때 요소의 용량을 변경하는 액체 레벨의 측정.
커패시터 없이 자동화 및 계전기 보호를 설계하는 방법을 상상하기는 어렵습니다. 일부 보호 논리는 장치 재충전의 다양성을 고려합니다.
용량 성 요소는 이동 통신 장치, 라디오 및 텔레비전 장비의 회로에 사용됩니다. 커패시터는 다음에서 사용됩니다.
- 고주파 및 저주파 증폭기;
- 전원 공급 장치;
- 주파수 필터;
- 음향 증폭기;
- 프로세서 및 기타 마이크로 회로.
전자 장치의 전기 회로를 보면 커패시터가 무엇인지에 대한 질문에 대한 답을 쉽게 찾을 수 있습니다.
커패시터의 작동 원리
DC 회로에서 한 판에는 양전하가 수집되고 다른 판에는 음전하가 수집됩니다. 상호 인력으로 인해 입자가 장치에 유지되고 입자 사이의 유전체가 연결되지 않습니다. 유전체가 얇을수록 전하가 더 강해집니다.
커패시터는 용기를 채우는 데 필요한 양의 전기를 소모하고 전류는 멈춥니다.
회로에 일정한 전압이 있으면 소자는 전원이 꺼질 때까지 전하를 유지합니다. 그런 다음 회로의 부하를 통해 방전됩니다.
교류는 다른 방식으로 커패시터를 통해 흐릅니다. 진동 주기의 처음 1/4은 장치가 충전되는 순간입니다. 충전 전류의 진폭은 기하급수적으로 감소하고 분기가 끝날 때까지 0으로 떨어집니다. 이 순간의 EMF는 진폭에 도달합니다.
두 번째 ¼ 기간에 EMF가 떨어지고 셀이 방전되기 시작합니다. EMF의 감소는 초기에 작고 방전 전류도 각각 작습니다. 동일한 지수 의존성에 따라 성장합니다. 기간이 끝날 때까지 EMF는 0이고 전류는 진폭 값과 같습니다.
진동 기간의 세 번째 1/4에서 EMF는 방향을 변경하고 0을 통과하여 증가합니다.플레이트의 전하 표시가 반대로 되어 있습니다. 전류는 크기가 감소하고 방향을 유지합니다. 이 때 전류가 전압보다 위상이 90° 앞서게 됩니다.
인덕터에서는 반대 현상이 발생합니다. 전압이 전류를 이끕니다. 이 속성은 회로에서 사용할 회로(RC 또는 RL)를 선택할 때 가장 먼저 표시됩니다.
사이클이 끝나면 마지막 1/4 진동에서 EMF가 0으로 떨어지고 전류가 피크 값에 도달합니다.
"용량"은 1주기에 2번 방전 및 충전되며 교류를 전도합니다.
이것은 프로세스에 대한 이론적 설명입니다. 회로의 요소가 장치에서 직접 작동하는 방식을 이해하기 위해 회로의 유도성 및 용량성 저항, 다른 참가자의 매개변수가 계산되고 외부 환경의 영향이 고려됩니다.
주요 특성 및 속성
전자 장치를 만들고 수리하는 데 사용되는 커패시터 매개변수는 다음과 같습니다.
- 용량 - C. 장치가 보유하는 충전량을 결정합니다. 공칭 용량 값은 케이스에 표시됩니다. 필요한 값을 생성하기 위해 요소는 병렬 또는 직렬로 회로에 포함됩니다. 연산 값이 계산된 값과 일치하지 않습니다.
- 공진 주파수 - fр. 전류의 주파수가 공진 주파수보다 크면 요소의 유도 특성이 나타납니다. 이것은 작업을 어렵게 만듭니다. 회로에서 계산된 전력을 제공하려면 공진 값보다 낮은 주파수에서 커패시터를 사용하는 것이 합리적입니다.
- 정격 전압 - Un. 소자의 파손을 방지하기 위해 작동 전압은 공칭 전압보다 낮게 설정됩니다. 파라미터는 콘덴서 케이스에 표시되어 있습니다.
- 극성. 연결이 올바르지 않으면 고장 및 고장이 발생합니다.
- 전기 절연 저항 - Rd. 장치 누설 전류를 정의합니다. 장치에서 부품은 서로 가깝게 위치합니다. 높은 누설 전류에서 회로의 기생 연결이 가능합니다. 오작동의 원인이 됩니다. 누설 전류는 소자의 용량 특성을 저하시킵니다.
- 온도 계수 - TKE. 이 값은 환경 온도의 변동에 따라 장치의 커패시턴스가 어떻게 변하는지를 결정합니다. 이 매개변수는 가혹한 기후 조건에서 작동하는 장치를 개발할 때 사용됩니다.
- 기생 압전 효과. 일부 유형의 커패시터는 변형될 때 장치에 노이즈를 생성합니다.
커패시터의 유형 및 유형
용량성 요소는 설계에 사용된 유전체 유형에 따라 분류됩니다.
종이 및 금속 종이 축전기
소자는 일정하거나 약간의 맥동 전압이 있는 회로에 사용됩니다. 설계의 단순성은 성능의 안정성을 10-25% 낮추고 손실을 증가시킵니다.
종이 축전기에서 알루미늄 호일 판은 종이를 분리합니다. 어셈블리는 꼬여서 실린더 또는 직육면체 형태의 케이스에 배치됩니다.
장치는 -60 ... + 125 ° C의 온도에서 작동하며 저전압 장치의 정격 전압은 최대 1600V, 고전압 장치는 1600V 이상, 용량은 최대 수십 마이크로패럿입니다.
금속 종이 장치에서 호일 대신 얇은 금속 층이 유전체 종이에 적용됩니다. 이것은 더 작은 요소를 생성하는 데 도움이 됩니다. 경미한 고장으로 유전체의 자가 치유가 가능합니다. 금속 종이 요소는 절연 저항면에서 종이 요소보다 열등합니다.
전해 커패시터
제품의 디자인은 종이와 비슷합니다. 그러나 전해조 제조에서 종이는 금속 산화물로 함침됩니다.
종이가 없는 전해질이 있는 제품에서는 산화물이 금속 전극에 증착됩니다. 금속 산화물은 단면 전도성을 가지므로 장치를 극성으로 만듭니다.
일부 전해조 모델에서 플레이트는 전극의 표면적을 증가시키는 홈으로 만들어집니다. 플레이트 사이 공간의 간격은 전해질로 범람하여 제거됩니다. 이것은 제품의 용량 특성을 향상시킵니다.
수백 마이크로패럿의 대용량 전해 장치가 전압 리플을 부드럽게 하기 위해 필터에 사용됩니다.
알루미늄 전해
이 유형의 장치에서 양극 라이닝은 알루미늄 호일로 만들어집니다. 표면은 유전체인 금속 산화물로 코팅되어 있습니다. 음극 라이닝은 고체 또는 액체 전해질로, 작동 중에 포일의 산화물 층이 복원되도록 선택됩니다. 자가 치유 유전체는 소자의 수명을 연장합니다.
이 디자인의 커패시터에는 극성이 필요합니다. 다시 켜면 케이스가 깨집니다.
내부에 역순 극성 어셈블리가있는 장치는 2 방향으로 사용됩니다. 알루미늄 전해 전지의 커패시턴스는 수천 마이크로 패럿에 이릅니다.
탄탈륨 전해
이러한 장치의 양극 전극은 탄탈륨 분말을 +2000°C로 가열하여 얻은 다공성 구조로 만들어집니다. 재질은 스펀지처럼 보입니다. 다공성은 표면적을 증가시킵니다.
전기화학적 산화를 사용하여 최대 100나노미터 두께의 오산화탄탈륨 층이 양극에 적용됩니다. 고체 유전체는 이산화망간으로 만들어집니다.완성 된 구조는 특수 수지 인 화합물로 압착됩니다.
탄탈륨 제품은 100kHz 이상의 전류 주파수에서 사용됩니다. 커패시턴스는 최대 75V의 작동 전압에서 수백 마이크로패럿까지 생성됩니다.
고분자
커패시터는 다음과 같은 많은 이점을 제공하는 고체 폴리머로 만들어진 전해질을 사용합니다.
- 서비스 수명은 최대 50,000시간으로 증가합니다.
- 매개 변수는 가열 중에 저장됩니다.
- 허용되는 전류 리플의 범위가 확장됩니다.
- 플레이트와 리드의 저항은 커패시턴스를 션트하지 않습니다.
영화
이 모델의 유전체는 테프론, 폴리에스터, 불소수지 또는 폴리프로필렌 필름입니다.
커버 - 필름에 호일 또는 금속 증착. 이 설계는 표면적이 증가된 다층 어셈블리를 만드는 데 사용됩니다.
소형 크기의 필름 커패시터는 수백 마이크로패럿의 커패시턴스를 갖는다. 레이어의 배치와 접점의 결론에 따라 제품의 축 또는 방사형 모양이 만들어집니다.
일부 모델에서는 정격 전압이 2kV 이상입니다.
극성과 비극성의 차이점은 무엇입니까
무극성은 전류의 방향에 관계없이 회로에 커패시터를 포함할 수 있습니다. 요소는 가변 전원 공급 장치, 고주파 증폭기의 필터에 사용됩니다.
Polar 제품은 표시에 따라 연결됩니다. 반대 방향으로 켜면 장치가 고장나거나 정상적으로 작동하지 않습니다.
크고 작은 용량의 극성 및 비극성 커패시터는 유전체 설계가 다릅니다. 전해 커패시터에서 산화물이 1개의 전극 또는 종이, 필름의 1개의 면에 적용되면 소자는 극성이 됩니다.
유전체의 양면에 대칭적으로 금속 산화물이 증착된 디자인의 비극성 전해 커패시터 모델은 교류 회로에 포함됩니다.
극성의 경우 본체에 양극 또는 음극 표시가 있습니다.
커패시터의 커패시턴스를 결정하는 요소
회로에서 커패시터의 주요 기능과 역할은 전하를 축적하는 것이며, 또 다른 하나는 누설을 방지하는 것입니다.
커패시터의 커패시턴스 값은 매체의 유전 상수와 플레이트의 면적에 정비례하고 전극 사이의 거리에 반비례합니다. 2가지 모순이 있습니다.
- 커패시턴스를 증가시키려면 전극이 가능한 한 두껍고 넓으며 더 길어야 합니다. 이 경우 장치의 치수를 늘릴 수 없습니다.
- 전하를 유지하고 원하는 인력을 제공하기 위해 플레이트 사이의 거리는 최소화됩니다. 이 경우 항복 전류를 줄일 수 없습니다.
충돌을 해결하기 위해 개발자는 다음을 사용합니다.
- 한 쌍의 유전체와 전극의 다층 구조;
- 다공성 양극 구조;
- 종이를 산화물 및 전해질로 대체;
- 요소의 병렬 연결;
- 유전 상수가 증가한 물질로 여유 공간을 채우십시오.
커패시터는 모든 새로운 발명과 함께 점점 더 작아지고 있습니다.
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