Kapasitor listrik adalah salah satu elemen dalam rangkaian listrik perangkat elektronik apa pun, yang fungsi utamanya adalah menyimpan energi dan kemudian melepaskannya kembali ke sirkuit. Industri menawarkan berbagai macam kapasitor, berbeda dalam jenis, kapasitas, ukuran, dan aplikasi.
Prinsip dan karakteristik kapasitor
Kapasitor terdiri dari dua kulit logam yang dipisahkan oleh lapisan dielektrik tipis. Rasio ukuran dan susunan penutup dan karakteristik bahan dielektrik menentukan nilai kapasitansi.
Desain kapasitor jenis apa pun ditujukan untuk mendapatkan kapasitansi maksimum sehubungan dengan ukuran minimum untuk menghemat ruang pada papan sirkuit tercetak perangkat. Salah satu bentuk yang paling populer dalam hal penampilan adalah dalam bentuk tong, dengan penutup logam yang dipilin bersama dengan dielektrik di antaranya. Kapasitor pertama, ditemukan di Leiden, Belanda, pada tahun 1745, disebut "Leiden Can".
Prinsip komponen adalah kemampuan untuk mengisi dan melepaskan. Pengisian dimungkinkan dengan menjaga jarak elektroda satu sama lain. Muatan yang berjarak dekat yang dipisahkan oleh dielektrik tertarik satu sama lain dan terperangkap di terminal, dan kapasitor itu sendiri menyimpan energi.Ketika catu daya dimatikan, komponen siap melepaskan energi ke sirkuit, untuk melepaskannya.
Parameter dan properti yang menentukan kinerja, kualitas, dan umur panjang operasi:
- kapasitansi listrik;
- kapasitansi tertentu;
- toleransi;
- kekuatan listrik;
- induktansi intrinsik;
- penyerapan dielektrik;
- kerugian;
- stabilitas;
- keandalan.
Kemampuan untuk menyimpan muatan menentukan kapasitansi listrik kapasitor. Dalam menghitung kapasitansi yang perlu Anda ketahui:
- luas gulungan;
- jarak antara sisi;
- permitivitas dielektrik bahan dielektrik.
Untuk meningkatkan kapasitansi, Anda perlu menambah luas penutup, mengurangi jarak di antara mereka, dan menggunakan bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik yang tinggi.
Satuan ukuran yang digunakan untuk kapasitansi adalah Farad (F), dinamai fisikawan Inggris Michael Faraday. Namun, 1 Farad adalah nilai yang terlalu besar. Misalnya, kapasitansi 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 terhadap massa dielektrik (volume). Angka ini dipengaruhi oleh dimensi geometris, dan peningkatan kapasitansi spesifik dicapai dengan mengurangi volume dielektrik, tetapi meningkatkan risiko kerusakan.
Penyimpangan yang diijinkan dari nilai kapasitansi papan nama dari nilai kapasitansi sebenarnya menentukan kelas akurasi. Menurut GOST, ada 5 kelas akurasi yang menentukan penggunaan di masa depan. Komponen kelas akurasi tertinggi digunakan di sirkuit tanggung jawab tinggi.
Kekuatan listrik menentukan kemampuan untuk menahan muatan dan mempertahankan sifat kinerja. Muatan yang tertahan pada kumparan cenderung satu sama lain, mempengaruhi dielektrik.Kekuatan listrik adalah properti penting dari kapasitor yang menentukan berapa lama akan bertahan. Pengoperasian yang tidak benar akan mengakibatkan kerusakan dielektrik dan kegagalan komponen.
Induktansi intrinsik diperhitungkan dalam rangkaian AC dengan kumparan induktansi. Ini tidak diperhitungkan untuk sirkuit DC.
Penyerapan dielektrik - Munculnya tegangan pada kumparan selama pelepasan cepat. Fenomena penyerapan diperhitungkan untuk operasi yang aman dari perangkat listrik tegangan tinggi karena ada bahaya kehidupan jika terjadi korsleting.
Rugi-rugi tersebut disebabkan oleh rendahnya daya dukung arus dielektrik. Ketika komponen elektronik dioperasikan di bawah suhu dan kondisi kelembaban yang berbeda, faktor kualitas kerugian berpengaruh. Hal ini juga dipengaruhi oleh frekuensi operasi. Pada frekuensi rendah, kerugian dielektrik terpengaruh, pada frekuensi tinggi, kerugian logam terpengaruh.
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 kegagalan menunjukkan bahwa kerusakan adalah penyebab kegagalan dalam 80% kasus.
Tergantung pada tujuan, jenis dan aplikasi, kapasitor juga berukuran berbeda. Yang terkecil dan terkecil, mulai dari ukuran beberapa milimeter hingga beberapa sentimeter, digunakan dalam elektronik, dan yang terbesar digunakan dalam industri.
Tujuan
Sifat menyimpan dan melepaskan energi telah menentukan penggunaan kapasitor secara luas dalam elektronik modern. Seiring dengan resistor dan transistor, mereka adalah tulang punggung teknik elektro. Tidak ada satu pun perangkat modern yang tidak 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 berosilasi kapasitor dan induktansi adalah dasar untuk transmisi dan penerimaan sinyal. Mengubah kapasitansi kapasitor memungkinkan untuk mengubah frekuensi rangkaian berosilasi. Misalnya, stasiun radio dapat mentransmisikan pada frekuensinya dan radio dapat terhubung ke frekuensi tersebut.
Fungsi penting adalah menghaluskan pulsasi AC. Setiap perangkat elektronik bertenaga AC membutuhkan filter kapasitor listrik untuk menghasilkan arus DC yang berkualitas baik.
Mekanisme pengisian dan pemakaian secara aktif digunakan dalam peralatan fotografi. Semua kamera modern menggunakan flash untuk mengambil gambar, yang diwujudkan melalui sifat pelepasan cepat. Di area ini, tidak menguntungkan menggunakan baterai yang dapat menyimpan energi dengan baik tetapi membuangnya secara perlahan. Kapasitor, di sisi lain, langsung memberikan semua energi yang tersimpan, yang cukup untuk lampu kilat yang terang.
Kemampuan kapasitor untuk menghasilkan pulsa daya tinggi digunakan dalam radiolokasi dan pembuatan laser.
Kapasitor melakukan peran kontak pendinginan percikan dalam telegrafi dan telepon, serta telemekanik dan otomatisasi, di mana relai beban tinggi perlu diaktifkan.
Pengaturan tegangan saluran transmisi panjang dilakukan melalui penggunaan kapasitor kompensasi.
Kapasitor modern, karena kemampuannya, digunakan tidak hanya di bidang elektronik radio. Mereka digunakan dalam pengolahan logam, pertambangan, industri batubara.
Varietas utama
Karena keragaman aplikasi dan kondisi pengoperasian perangkat elektronik, ada banyak variasi komponen, berbeda dalam jenis dan karakteristiknya. Pembagian utama berdasarkan kelas dan jenis dielektrik yang digunakan.
Jenis-jenis kapasitor dibagi berdasarkan kelasnya:
- Dengan kapasitansi konstan;
- dengan kapasitansi variabel;
- pemangkas.
Komponen kapasitansi konstan digunakan di setiap perangkat radioelektronik.
Kapasitor variabel digunakan untuk mengubah kapasitansi dan parameter rangkaian, seperti frekuensi dalam rangkaian berosilasi. Dalam konstruksi mereka, mereka memiliki beberapa bagian pelat bergerak logam, yang memastikan umur panjang mereka.
Kapasitor tuning digunakan untuk satu penyesuaian peralatan. Mereka tersedia dalam berbagai peringkat kapasitansi (dari beberapa picofarad hingga beberapa ratus picofarad) dan dirancang untuk tegangan hingga 60 volt. Tanpa penggunaannya, penyetelan peralatan yang baik tidak mungkin dilakukan.
Jenis kapasitor dibagi dengan jenis dielektrik:
- Dengan dielektrik keramik;
- dengan dielektrik film;
- elektrolitik;
- ionistor.
Kapasitor 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 kecil multilayer dalam rumah epoksi atau plastik dengan kapasitas dari puluhan picofarad hingga unit mikrofarad paling sering digunakan. Mereka digunakan dalam sirkuit frekuensi tinggi peralatan radioelektronik dan dapat beroperasi di bawah kondisi iklim yang keras.
Untuk sirkuit tegangan tinggi, kapasitor keramik dengan ukuran dan kapasitansi yang lebih besar dari puluhan picofarad hingga ribuan picofarad diproduksi. Mereka digunakan dalam sirkuit pulsa dan peralatan konversi tegangan.
Dielektrik film datang dalam berbagai jenis. Yang paling umum adalah lavsan, yang sangat tahan lama. Yang kurang umum adalah dielektrik polipropilen, yang memiliki rugi-rugi yang lebih rendah dan digunakan di sirkuit tegangan tinggi seperti amplifikasi audio dan sirkuit midrange.
Jenis kapasitor film yang terpisah adalah kapasitor start, yang digunakan saat menghidupkan motor 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. Perumahan terbuat dari aluminium dan di dalamnya ada penutup logam melingkar. Salah satu penutup dilapisi secara kimia dengan oksida logam dan yang lainnya dilapisi dengan elektrolit cair atau padat untuk membentuk dielektrik. Karena konstruksi ini, kapasitor elektrolit memiliki kapasitansi tinggi, tetapi kekhasan penggunaannya dari waktu ke waktu adalah perubahannya.
Berbeda dengan kapasitor keramik dan film, kapasitor elektrolit memiliki polaritas. Mereka, pada gilirannya, dibagi menjadi non-polar, tanpa kerugian ini, radial, miniatur, aksial. Bidang aplikasi mereka adalah komputer tradisional dan teknologi mikrokomputer modern.
Jenis khusus, yang muncul relatif baru-baru ini, adalah ionistor. Strukturnya mirip dengan kapasitor elektrolitik, tetapi memiliki kapasitas tinggi (hingga beberapa Farad). Namun, penggunaannya dibatasi oleh tegangan maksimum kecil beberapa volt. Ionistor digunakan untuk penyimpanan memori: jika baterai di ponsel atau komputer mini habis, informasi yang disimpan tidak akan hilang tanpa dapat dipulihkan.
Selain komponen tipe pin, yang muncul sejak lama dan digunakan secara tradisional, ada komponen modern dalam desain SMD atau, demikian juga disebut, untuk pemasangan di permukaan. Misalnya, kapasitor keramik dapat tersedia dalam berbagai ukuran, dari yang terkecil (1 mm kali 0,5 mm) hingga yang terbesar (5,7 mm kali 5 mm), dan dengan voltase yang sesuai dari puluhan volt hingga ratusan volt.
Kapasitor elektrolit juga dapat diproduksi dalam paket pemasangan permukaan. Ini bisa berupa kapasitor elektrolit aluminium standar, atau kapasitor tantalum, yang terlihat sedikit seperti kapasitor keramik, tetapi berbeda dari mereka dengan kapasitansi yang lebih tinggi dan kerugian yang lebih rendah. Mereka tersedia dalam desain SMD bebas timah dan bebas timah.
Kapasitor tantalum dicirikan oleh umur panjang dan kerugian minimal dengan batas kapasitas yang sedikit lebih rendah, tetapi juga sangat mahal. Mereka digunakan di sirkuit tanggung jawab tinggi di mana kapasitansi tinggi diperlukan.
Artikel terkait:
