電子機器の設計の要素ベースは、より複雑になっています。デバイスは、特定の機能とプログラム制御を備えた集積回路に結合されます。しかし、開発は基本的なデバイスに基づいています：コンデンサ、抵抗器、ダイオード、トランジスタ。
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コンデンサとは
電荷の形で電気エネルギーを蓄える装置はコンデンサーと呼ばれます。
物理学における電気または電荷の量は、クーロン（C）で測定されます。静電容量はファラッド（F）で測定されます。
電気容量が1ファラッドの孤立した導体は、太陽の半径13に等しい半径の金属球です。したがって、コンデンサには、誘電体によって分離された少なくとも2つの導体が含まれています。デバイスのシンプルなデザイン-紙。
DC回路のコンデンサの動作は、電源のオン/オフ時に実行され、過渡的な瞬間にのみプレートの電位が変化します。
AC回路のコンデンサは、電源電圧の周波数に等しい周波数で再充電されます。連続的な充電と放電の結果として、電流がエレメントを流れます。より高い周波数-デバイスはより速く再充電します。
コンデンサを備えた回路の抵抗は、電流の周波数に依存します。 DC周波数がゼロの場合、抵抗値は無限大になる傾向があります。 AC周波数が高くなると、抵抗は減少します。
コンデンサはどこで使われていますか？
電子、無線工学、電気機器の操作は、コンデンサなしでは不可能です。
電気工学では、誘導電動機を始動するときに位相をシフトするために使用されます。位相シフトがないと、可変単相ネットワークの三相非同期モーターは機能しません。
数ファラッドの容量を持つコンデンサー（イオニスター）は、電気自動車のエンジン電源として使用されます。
コンデンサが必要な理由を理解するには、外部環境のパラメータが変化すると、測定デバイスの10〜12％が電気容量の変化の原理で動作することを知っておく必要があります。特殊なデバイスの反応容量は、次の目的で使用されます。
- プレート間の距離の増加または減少による弱い動きの登録;
- 誘電体の抵抗の変化を固定することによる湿度の決定。
- 液面の測定。これにより、充填時にエレメントの容量が変化します。
自動化とリレー保護がコンデンサなしでどのように設計されているかを想像するのは難しいです。一部の保護ロジックでは、デバイスの再充電の多様性が考慮されています。
容量性要素は、モバイル通信デバイス、ラジオ、テレビ機器の回路で使用されます。コンデンサは次の場所で使用されます。
- 高周波数と低周波数の増幅器。
- 電源装置;
- 周波数フィルター;
- サウンドアンプ;
- プロセッサおよびその他のマイクロ回路。
電子機器の電気回路を見れば、コンデンサが何のためにあるのかという問いに対する答えを簡単に見つけることができます。
コンデンサの動作原理
DC回路では、正の電荷は一方のプレートに収集され、負の電荷はもう一方のプレートに収集されます。相互引力により、粒子はデバイス内に保持され、粒子間の誘電体は接続できません。誘電体が薄いほど、電荷は強く結合します。
コンデンサは容器を満たすのに必要な量の電気を取り、電流は止まります。
回路内の電圧が一定の場合、エレメントは電源がオフになるまで電荷を保持します。次に、回路内の負荷を介して放電されます。
交流電流は別の方法でコンデンサを流れます。発振周期の最初の1/4は、デバイスが充電された瞬間です。充電電流の振幅は指数関数的に減少し、四半期の終わりまでにゼロに低下します。この時点でEMFは振幅に達します。
2番目の¼期間で、EMFが低下し、セルが放電を開始します。 EMFの減少は最初は小さく、放電電流もそれぞれ小さくなっています。同じ指数依存性に従って成長します。期間の終わりまでに、EMFはゼロになり、電流は振幅値に等しくなります。
振動周期の3番目の1/4で、EMFは方向を変え、ゼロを通過して増加します。プレートの電荷記号が逆になっています。電流の大きさは減少し、方向を保持します。この時点で、電流は電圧を90°同相でリードします。
インダクタでは、逆のことが起こります。電圧が電流をリードします。このプロパティは、回路で使用する回路（RCまたはRL）を選択するときに最初に使用されます。
サイクルの終わりに、最後の1/4の発振で、EMFはゼロに低下し、電流はそのピーク値に達します。
「容量」は、1周期に2回放電および充電され、交流電流を流します。
これは、プロセスの理論的な説明です。回路内の要素がデバイス内で直接どのように機能するかを理解するために、回路の誘導抵抗と容量抵抗、他の参加者のパラメータが計算され、外部環境の影響が考慮されます。
主な特徴と特性
電子機器の作成と修理に使用されるコンデンサのパラメータは次のとおりです。
- 容量-C.デバイスが保持する充電量を決定します。公称容量の値はケースに示されています。必要な値を作成するために、要素は並列または直列に回路に含まれています。運用値が計算値と一致しません。
- 共振周波数-fр。電流の周波数が共振周波数よりも大きい場合、要素の誘導特性が現れます。これは仕事を難しくします。回路で計算された電力を提供するには、共振値よりも低い周波数でコンデンサを使用するのが妥当です。
- 定格電圧-Un。エレメントの故障を防ぐために、動作電圧は公称電圧より低く設定されています。パラメータはコンデンサケースに記載されています。
- 極性。接続が正しくないと故障や故障が発生します。
- 電気絶縁抵抗-Rd。デバイスのリーク電流を定義します。デバイスでは、パーツは互いに近くに配置されます。漏れ電流が大きい場合、回路に寄生接続が発生する可能性があります。これは誤動作につながります。漏れ電流は、エレメントの容量特性を低下させます。
- 温度係数-TKE。この値は、環境の温度の変動に応じてデバイスの静電容量がどのように変化するかを決定します。このパラメータは、厳しい気候条件で動作するデバイスを開発するときに使用されます。
- 寄生圧電効果。一部のタイプのコンデンサは、変形するとデバイスにノイズを発生させます。
コンデンサの種類と種類
容量性要素は、設計で使用される誘電体のタイプに従って分類されます。
紙および金属紙コンデンサ
これらの要素は、一定またはわずかに脈動する電圧の回路で使用されます。設計が単純なため、パフォーマンスの安定性が10〜25％低下し、損失が増加します。
紙コンデンサでは、アルミホイルプレートが紙を分離します。アセンブリはねじられ、円筒形または直方体の形でケースに入れられます。
デバイスは-60...+ 125°Cの温度で動作し、1600 Vまでの低電圧デバイスの定格電圧、1600 Vを超える高電圧デバイス、および最大数十マイクロファラッドの容量を備えています。
金属紙デバイスでは、箔の代わりに、金属の薄層が誘電体紙に適用されます。これは、より小さな要素を生成するのに役立ちます。軽微な故障で、誘電体の自己修復が可能です。金属紙要素は、絶縁抵抗の点で紙要素より劣っています。
電解コンデンサ
製品のデザインは紙のものに似ています。しかし、電解槽の製造では、紙に金属酸化物を含浸させます。
紙のない電解質を含む製品では、酸化物は金属電極上に堆積します。金属酸化物は片側の導電性を持っているため、デバイスは極性になります。
電解槽の一部のモデルでは、プレートは電極の表面積を増やす溝で作られています。プレート間のスペースのギャップは、電解液をあふれさせることによって解消されます。これにより、製品の容量特性が向上します。
電圧リップルを滑らかにするために、大容量の電解デバイス（数百マイクロファラッド）がフィルターに使用されています。
アルミ電解
このタイプのデバイスでは、アノードライニングはアルミホイルでできています。表面は金属酸化物（誘電体）でコーティングされています。カソードライニングは固体または液体の電解質であり、動作中にフォイル上の酸化物層が復元されるように選択されます。自己修復誘電体は、エレメントの寿命を延ばします。
この設計のコンデンサには極性が必要です。再度オンにすると、ケースが壊れます。
内部に逆シーケンシャル極性アセンブリが配置されているデバイスは、2つの方向で使用されます。アルミニウム電解セルの静電容量は数千マイクロファラッドに達します。
タンタル電解
このようなデバイスのアノード電極は、タンタル粉末を+2000°Cに加熱することによって得られる多孔質構造から作られています。素材はスポンジのようです。気孔率は表面積を増やします。
電気化学的酸化を使用して、最大100ナノメートルの厚さの五酸化タンタルの層がアノードに適用されます。固体誘電体は二酸化マンガンから作られています。完成した構造は、特殊な樹脂であるコンパウンドにプレスされます。
タンタル製品は、100kHzを超える現在の周波数で使用されます。静電容量は、最大75 Vの動作電圧で、最大数百マイクロファラッドまで生成されます。
ポリマー
コンデンサは、固体ポリマーで作られた電解質を使用します。これには、次のような多くの利点があります。
- 耐用年数は最大5万時間延長されます。
- パラメータは加熱中に保存されます。
- 許容電流リップルの範囲が拡大されます。
- プレートとリードの抵抗は静電容量をシャントしません。
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これらのモデルの誘電体は、テフロン、ポリエステル、フルオロプラスチック、またはポリプロピレンのフィルムです。
カバー-フィルムへの箔または金属の堆積。この設計は、表面積が増加した多層アセンブリを作成するために使用されます。
ミニチュアサイズのフィルムコンデンサは、数百マイクロファラッドの静電容量を持っています。層の配置と接触の結論に応じて、製品の軸方向または半径方向の形状が作成されます。
一部のモデルでは、定格電圧は2kV以上です。
極性と非極性の違いは何ですか
非極性により、電流の方向に関係なく回路にコンデンサを含めることができます。これらの要素は、可変電源のフィルター、高周波増幅器で使用されます。
Polar製品はマーキングに従って接続されています。反対方向にオンにすると、デバイスが故障するか、正常に動作しなくなります。
大容量と小容量の極性コンデンサと非極性コンデンサは、誘電体の設計が異なります。電解コンデンサでは、酸化物が1つの電極または紙、フィルムの片面に適用される場合、要素は極性になります。
金属酸化物が誘電体の両面に対称的に堆積された設計の無極性電解コンデンサのモデルは、交流回路に含まれています。
極性のものについては、本体に正極または負極のマーキングがあります。
コンデンサの静電容量を決定するもの
回路内のコンデンサの主な機能と役割は電荷を蓄積することであり、追加の機能は漏れを防ぐことです。
コンデンサの静電容量の値は、媒体の誘電率とプレートの面積に正比例し、電極間の距離に反比例します。 2つの矛盾があります：
- 静電容量を増やすには、電極をできるだけ厚く、幅を広く、長くする必要があります。この場合、デバイスの寸法を大きくすることはできません。
- 電荷を維持し、必要な引力を提供するために、プレート間の距離は最小限に抑えられています。この場合、ブレークダウン電流を減らすことはできません。
競合を解決するために、開発者は以下を使用します。
- 誘電体と電極のペアの多層構造。
- 多孔質アノード構造;
- 紙を酸化物と電解質に置き換える。
- 要素の並列接続。
- 誘電率が増加した物質で自由空間を埋めます。
コンデンサは、すべての新しい発明でより小さく、より良くなっています。
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