Η χωρητικότητα είναι ένα μέτρο της ικανότητας ενός πυκνωτή να αποθηκεύει φορτία. Η χωρητικότητα μετριέται σε φαράντ, που πήρε το όνομά της από τον Άγγλο φυσικό Michael Faraday, επίτιμο μέλος του Πανεπιστημίου της Αγίας Πετρούπολης.
Περιεχόμενο
Τι είναι η χωρητικότητα;
Αν απομακρύνουμε έναν απλό ηλεκτρικό αγωγό απείρως μακριά και εξαλείψουμε την επιρροή των φορτισμένων σωμάτων μεταξύ τους, το δυναμικό του απομακρυσμένου αγωγού γίνεται ανάλογο του φορτίου. Όμως οι διαφορετικού μεγέθους αγωγοί δεν έχουν το ίδιο δυναμικό.
Η μονάδα SI της χωρητικότητας ενός πυκνωτή είναι το farad. Ο συντελεστής αναλογικότητας συμβολίζεται με το γράμμα C, το οποίο είναι η χωρητικότητα που επηρεάζεται από το μέγεθος και την εξωτερική δομή του αγωγού. Το υλικό, η κατάσταση φάσης της ουσίας του ηλεκτροδίου δεν παίζει ρόλο - τα φορτία κατανέμονται στην επιφάνεια. Ως εκ τούτου, στους διεθνείς κανόνες GHS, η χωρητικότητα δεν μετράται σε φαράντ, αλλά σε εκατοστά.
Μια μοναχική σφαίρα με ακτίνα 9 εκατομμυρίων χιλιομέτρων (1400 γήινες ακτίνες) περιέχει 1 farad. Ένα μόνο αγώγιμο στοιχείο συγκρατεί φορτία σε ανεπαρκείς ποσότητες για τεχνικές εφαρμογές. Σύμφωνα με την τεχνολογία του 21ου αιώνα. δημιουργούνται πυκνωτές με μονάδες μεγαλύτερες από 1 farad.
Μια δομή που αποτελείται από τουλάχιστον 2 ηλεκτρόδια και ένα διαχωριστικό διηλεκτρικό μπορεί να αποθηκεύσει την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που απαιτείται για τη λειτουργία ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Σε αυτή την κατασκευή τα θετικά και τα αρνητικά σωματίδια έλκονται αμοιβαία και συγκρατούν το ένα το άλλο. Το διηλεκτρικό μεταξύ του ζεύγους ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου εμποδίζει την εξαΰλωση. Μια τέτοια κατάσταση φορτίου ονομάζεται δεσμευμένη.
Παλαιότερα, για τη μέτρηση ηλεκτρικών μεγεθών χρησιμοποιούνταν δύσχρηστος εξοπλισμός που δεν ήταν γνωστός για την ακρίβειά του. Τώρα, ακόμη και ένας αρχάριος ραδιοερασιτέχνης γνωρίζει πώς να μετράει τη χωρητικότητα με ένα τεστάρ.
Η σήμανση στους πυκνωτές
Η γνώση των χαρακτηριστικών των ηλεκτρονικών συσκευών είναι απαραίτητη για την ακριβή και ασφαλή λειτουργία.
Ο προσδιορισμός της χωρητικότητας ενός πυκνωτή περιλαμβάνει τη μέτρηση της τιμής με ένα όργανο και την ανάγνωση των ενδείξεων στο περίβλημα. Οι σημειωμένες τιμές διαφέρουν από τις μετρούμενες τιμές. Αυτό οφείλεται στις ατελείς τεχνικές παραγωγής και στις λειτουργικές διακυμάνσεις (φθορά, επίδραση της θερμοκρασίας).
Η ονομαστική χωρητικότητα και οι παράμετροι ανοχής αναγράφονται στο περίβλημα. Οι οικιακές συσκευές χρησιμοποιούν συσκευές με απόκλιση έως και 20%. Σε διαστημικές, στρατιωτικές και επικίνδυνες εφαρμογές, επιτρέπεται ανοχή 5-10%. Τα λειτουργικά κυκλώματα δεν περιέχουν τιμές ανοχής.
Η ονομαστική χωρητικότητα κωδικοποιείται σύμφωνα με τα πρότυπα IEC, της Διεθνούς Ηλεκτροτεχνικής Επιτροπής, η οποία ενώνει εθνικούς οργανισμούς τυποποίησης σε 60 χώρες.
Το πρότυπο IEC χρησιμοποιεί ονομασίες:
- 3ψήφια κωδικοποίηση. 2 ψηφία στην αρχή - αριθμός pF, τρίτο ψηφίο - αριθμός μηδενικών, 9 στο τέλος - βαθμολογία μικρότερη από 10 pF, 0 στο μπροστινό μέρος - όχι περισσότερο από 1 pF. Κωδικός 689 - 6,8 pF, 152 - 1500 pF, 333 - 33000 pF ή 33 nF ή 0,033 µF. Το δεκαδικό σημείο στον κωδικό αντικαθίσταται από το γράμμα "R" για να είναι πιο ευανάγνωστο. R8=0,8 pF, 2R5 είναι 2,5 pF.
- 4 ψηφία στη σήμανση. Το τελευταίο είναι ο αριθμός των μηδενικών. Τα πρώτα 3 είναι η τιμή σε pF. 3353 - 335000 pF, 335 nF ή 0,335 µF.
- Χρήση των γραμμάτων στον κώδικα. Το γράμμα µ είναι µF, n είναι nanofarads, p είναι pF. 34p5 είναι 34,5 pF, 1µ5 είναι 1,5 µF.
- Τα κεραμικά προϊόντα πλάνης κωδικοποιούνται με τα γράμματα A-Z σε 2 μητρώα και τον αριθμό που δηλώνει το βαθμό του αριθμού 10. Το K3 είναι 2400 pF.
- Τα ηλεκτρολυτικά προϊόντα SMD επισημαίνονται με 2 τρόπους: ψηφία - ονομαστική χωρητικότητα σε pF και κοντά ή στη 2η γραμμή αν υπάρχει χώρος - ονομαστική τιμή τάσης- γράμμα κωδικοποίησης τάσης και κοντά 3 ψηφία, 2 καθορίζουν τη χωρητικότητα και το τελευταίο - αριθμός μηδενικών. A205 σημαίνει 10V και 2µF.
- Τα προϊόντα επιφανειακής τοποθέτησης επισημαίνονται με έναν κωδικό από γράμματα και αριθμούς: CA7 - 10 µF και 16 V.
- Οι κωδικοί κωδικοποιούνται με βάση το χρώμα του περιβλήματος.
Η σήμανση IEC, οι εθνικές ονομασίες και η κωδικοποίηση των εμπορικών σημάτων καθιστούν την απομνημόνευση των κωδικών χωρίς νόημα. Οι σχεδιαστές υλικού και οι τεχνικοί επισκευών χρειάζονται πηγές αναφοράς.
Υπολογισμός με τύπους
Ο υπολογισμός της ονομαστικής χωρητικότητας μιας κυψέλης απαιτείται σε 2 περιπτώσεις:
- Οι σχεδιαστές ηλεκτρονικού εξοπλισμού υπολογίζουν την παράμετρο κατά τη δημιουργία κυκλωμάτων.
- Masters ελλείψει πυκνωτών κατάλληλης ισχύος και χωρητικότητας χρησιμοποιήστε τον υπολογισμό του στοιχείου για να επιλέξετε από τα διαθέσιμα εξαρτήματα.
Τα κυκλώματα RC υπολογίζονται χρησιμοποιώντας την τιμή της σύνθετης αντίστασης - σύνθετη αντίσταση (Z). Ra - είναι η απώλεια ρεύματος λόγω θέρμανσης των συμμετεχόντων στο κύκλωμα. Ri και Re - λαμβάνουν υπόψη την επίδραση της επαγωγής και της χωρητικότητας των στοιχείων. Στους ακροδέκτες του αντιστάτη στα κυκλώματα RC η τάση Up είναι αντιστρόφως ανάλογη του Z.
Η θερμική αντίσταση αυξάνει το δυναμικό στο φορτίο και η αντιδραστική αντίσταση το μειώνει. Η λειτουργία του πυκνωτή σε συχνότητες πάνω από τον συντονισμό, όταν η άεργος συνιστώσα της σύνθετης αντίστασης αυξάνεται, οδηγεί σε απώλειες τάσης.
Η συχνότητα συντονισμού είναι αντιστρόφως ανάλογη της ικανότητας αποθήκευσης φορτίου. Από τον τύπο για τον προσδιορισμό της Fp, υπολογίστε ποιες τιμές του Cc (χωρητικότητα πυκνωτή) απαιτούνται για τη λειτουργία του κυκλώματος.
Για τον υπολογισμό των κυκλωμάτων παλμού χρησιμοποιείται η σταθερά χρόνου του κυκλώματος, η οποία καθορίζει την επίδραση του RC στη δομή του παλμού. Εάν είναι γνωστή η αντίσταση του κυκλώματος και ο χρόνος φόρτισης του πυκνωτή, η χωρητικότητα υπολογίζεται από τον τύπο της σταθεράς χρόνου. Η αλήθεια του αποτελέσματος επηρεάζεται από τον ανθρώπινο παράγοντα.
Οι πλοίαρχοι χρησιμοποιούν παράλληλες και σειριακές συνδέσεις πυκνωτών. Οι τύποι υπολογισμού είναι αντίστροφοι από εκείνους των αντιστάσεων.
Μια σύνδεση σε σειρά καθιστά τη χωρητικότητα μικρότερη στη σύνδεση των στοιχείων, ενώ ένα παράλληλο κύκλωμα προσθέτει τις τιμές.
Πώς μπορώ να μετρήσω τη χωρητικότητα ενός πυκνωτή με ένα πολύμετρο;
Κατά τη μέτρηση ενός πυκνωτή, ο πυκνωτής εκφορτίζεται πρώτα βραχυκυκλώνοντας τους ακροδέκτες μεταξύ τους με ένα μονωμένο κατσαβίδι στη λαβή. Εάν αυτό δεν γίνει, το πολύμετρο χαμηλής ισχύος θα αποτύχει.
Η απάντηση στο ερώτημα πώς να ελέγξετε την χωρητικότητα ενός πυκνωτή με ένα πολύμετρο με λειτουργία "Cx" είναι η εξής:
- Ενεργοποιήστε τη λειτουργία "Cx" και επιλέξτε το όριο μέτρησης - 2000 pF έως 20 μF στον τυπικό μετρητή,
- Τοποθετήστε τον πυκνωτή στις υποδοχές του οργάνου ή τοποθετήστε τον αισθητήρα στους ακροδέκτες του πυκνωτή και διαβάστε την τιμή στην κλίμακα του οργάνου.
Χρησιμοποιώντας ένα μετρητή έντασης ή ένα πολύμετρο, προσδιορίστε αν υπάρχει βραχυκύκλωμα ή ανοικτό κύκλωμα στο εσωτερικό του περιβλήματος.
Ο πυκνωτής πολικότητας συνδέεται στο κύκλωμα της συσκευής λαμβάνοντας υπόψη την κατεύθυνση του ρεύματος. Τα ηλεκτρόδια του προϊόντος φέρουν σήμανση από τον κατασκευαστή. Ένας πυκνωτής που έχει σχεδιαστεί για τάσεις 1 έως 3 V θα αποτύχει εάν το αντίστροφο ρεύμα είναι υψηλότερο από το κανονικό.
Ο πολικός ηλεκτρολυτικός πυκνωτής αποσυνδέεται από την πλακέτα πριν από τη μέτρηση των χαρακτηριστικών. Ενεργοποιήστε το πολύμετρο στη λειτουργία μέτρησης αντίστασης ή δοκιμής ημιαγωγών. Τοποθετήστε τους ανιχνευτές στα ηλεκτρόδια του πολικού πυκνωτή - συν προς συν, μείον προς μείον. Ένας ελαττωματικός πυκνωτής θα παρουσιάσει ομαλή αύξηση της αντίστασης. Καθώς η φόρτιση εξελίσσεται, το ρεύμα μειώνεται, η ΗΕΔ αυξάνεται και φτάνει την τάση τροφοδοσίας.
Ένα ανοικτό κύκλωμα σε έναν πυκνωτή θα εμφανιστεί στο πολύμετρο ως άπειρη αντίσταση. Η συσκευή δεν θα αντιδράσει ή το βέλος στο αναλογικό θα κινείται ελάχιστα.
Εάν το στοιχείο αστοχήσει, η μετρούμενη τιμή δεν θα ταιριάζει με την ονομαστική τιμή κατά ένα μικρότερο ποσό, ανάλογο με το μέγεθος της αστοχίας.
Αν κάποιος αναρωτιέται πώς να μετρήσει τη σύνθετη ή ισοδύναμη αντίσταση σειράς (ESR) ενός πυκνωτή με ένα πολύμετρο, είναι προβληματικό να το κάνει χωρίς ένα συνημμένο. Ένας πυκνωτής παρουσιάζει αντιδραστικές ιδιότητες σε ρεύματα υψηλής συχνότητας.
Άλλες μέθοδοι μέτρησης
Ο μετρητής χωρητικότητας πυκνωτή με τα χέρια σας συναρμολογείται σύμφωνα με τα σχήματα συσκευής παλμού. Οι αλληλουχίες κυκλωμάτων RC με μεταβλητές αντιστάσεις δημιουργούν μια σειρά από βηματικά σήματα συχνότητας στην έξοδο του προϊόντος. Ένα πολύμετρο χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της μονάδας με την οποία πρόκειται να χρησιμοποιηθεί το εξάρτημα.
Ένα σύνολο δοκιμασμένων πυκνωτών συνδέεται με τη σειρά στο σχέδιο και ρυθμίζεται η ακρίβεια κάθε υποπεριοχής.
Ένας μετρητής χωρητικότητας πολικών ηλεκτρολυτικών κυψελών με τα χέρια σας υλοποιείται σχηματικά και συντονίζεται ως μέρος ενός αποκωδικοποιητή χωρίς κύκλωμα ταλάντωσης. Η έξοδος είναι μια σταθερή τάση αντί για παλμική τάση.
Στους μετρητές ψηφιακής χωρητικότητας η παροχή ρεύματος είναι ιδιαίτερα σταθερή. Οι "κυμαινόμενες" παράμετροι των στοιχείων, από τα οποία συναρμολογείται το κύκλωμα, θα δώσουν ένα απαράδεκτο σφάλμα για την ακρίβεια των μετρήσεων.
Τα λογικά στοιχεία χρησιμοποιούνται για την κατασκευή πηγών παλμικού εναλλασσόμενου ρεύματος για μετρήσεις ESR.
Οικονομικοί μετρητές χωρητικότητας πυκνωτών, συσκευές τύπου γέφυρας RLC με προαιρετική λειτουργία δοκιμής αντίστασης SMD, φόρτιση από το δίκτυο και οθόνη LCD, οι ίδιοι στο μέγεθος ενός δακτύλου. Λειτουργούν ως επαγγελματικό σύστημα μετρολογίας. Δυνατότητα λειτουργίας ως μετρητής χωρητικότητας για ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές, τόσο πολικούς όσο και μεταβλητούς.
Σχετικά άρθρα:
