電気コンデンサは、あらゆる電子機器の電気回路の要素の 1 つであり、その主な機能はエネルギーを蓄え、それを回路に放出することです。業界では、タイプ、容量、サイズ、用途が異なる多種多様なコンデンサを提供しています。
コンデンサの原理と特徴
コンデンサは、薄い誘電体層で分離された 2 つの金属シェルで構成されています。カバーのサイズと配置、および誘電体の特性の比率によって静電容量値が決まります。
あらゆるタイプのコンデンサの設計は、デバイスのプリント回路基板のスペースを節約するために、最小サイズに関連して最大静電容量を得ることを目的としています。外観の点で最も人気のある形状の 1 つは樽の形をしており、金属製のカバーがねじれてその間に誘電体が入っています。 1745 年にオランダのライデンで発明された最初のコンデンサは、「ライデン缶」と呼ばれていました。
コンポーネントの原理は、充電と放電の機能です。電極間を近づけることで充電が可能になります。誘電体によって分離された狭い間隔の電荷は、互いに引き付けられて端子にトラップされるため、コンデンサ自体がエネルギーを蓄えます。電源がオフになると、コンポーネントはエネルギーを回路に放出して放電する準備が整います。
操作のパフォーマンス、品質、寿命を決定するパラメーターとプロパティ:
- 電気容量;
- 比容量;
- 許容範囲;
- 耐電圧;
- 固有インダクタンス;
- 誘電吸収;
- 損失;
- 安定;
- 信頼性。
電荷を蓄える能力によって、コンデンサの静電容量が決まります。静電容量を計算するには、次のことを知っておく必要があります。
- 巻線の面積;
- ファセット間の距離;
- 誘電体材料の誘電率。
静電容量を増やすには、カバーの面積を増やし、カバー間の距離を短くし、誘電率の高い誘電体を使用する必要があります。
静電容量の測定単位はファラッド (F) で、イギリスの物理学者マイケル ファラデーにちなんで名付けられました。ただし、1 ファラッドは大きすぎる値です。たとえば、地球の静電容量は 1 ファラッド未満です。無線エレクトロニクスでは、より小さい値が使用されます: マイクロファラッド (μF、ファラッドの 100 万分の 1) とピコファラッド (pF、マイクロファラドの 100 万分の 1)。
比静電容量は、静電容量と誘電体の質量 (体積) の比から計算されます。この数値は幾何学的寸法の影響を受け、比容量の増加は誘電体の体積を減らすことで達成されますが、故障のリスクが増加します。
実際の静電容量値からの銘板静電容量値の許容偏差によって、精度クラスが決まります。 GOST によると、将来の使用を決定する 5 つの精度クラスがあります。最高精度クラスのコンポーネントは、高応答回路で使用されます。
電気的強度は、電荷を保持し、性能特性を保持する能力を決定します。コイルに保持された電荷は互いに向かい合い、誘電体に影響を与えます。電気的強度は、コンデンサの寿命を決定する重要な特性です。不適切な操作は、絶縁破壊やコンポーネントの故障につながります。
インダクタンス コイルを使用する AC 回路では、固有のインダクタンスが考慮されます。 DC 回路では考慮されません。
誘電吸収 - 急速放電中のコイルへの電圧の出現。吸収現象は、短絡が発生した場合に生命に危険があるため、高電圧電気機器の安全な動作のために考慮されています。
損失は、誘電体の電流容量が低いために発生します。電子部品がさまざまな温度と湿度の条件下で動作する場合、損失の品質係数が影響します。また、動作周波数にも影響されます。低周波数では誘電損失が影響を受け、高周波数では金属損失が影響を受けます。
安定性は、周囲温度の影響も受けるコンデンサ パラメータです。その効果は、温度係数によって特徴付けられる可逆性と、温度不安定性係数によって特徴付けられる不可逆性に分けられます。
コンデンサの信頼性は、主に動作条件に依存します。故障分析では、80% のケースで故障が故障の原因であることが示されています。
目的、タイプ、用途に応じて、コンデンサのサイズも異なります。サイズが数ミリメートルから数センチメートルまでの最小および最小のものは電子機器で使用され、最大のものは産業で使用されます。
目的
エネルギーを蓄積および放出する特性により、最新の電子機器でコンデンサが広く使用されるようになりました。抵抗器やトランジスタと並んで、電気工学のバックボーンです。ある程度の容量で使用されていない最新のデバイスは 1 つもありません。
同じ特性を持つインダクタンスと一緒に充電および放電する能力は、ラジオやテレビの技術で積極的に使用されています。コンデンサとインダクタンスの発振回路は、信号の送受信の基本です。コンデンサの容量を変えることで、発振回路の周波数を変えることができます。たとえば、ラジオ局はその周波数で送信でき、ラジオはそれらの周波数に接続できます。
重要な機能は、AC 脈動の平滑化です。 AC 電源の電子機器は、高品質の DC 電流を生成するために電気コンデンサをフィルタリングする必要があります。
帯電・放電機構は写真機材に積極的に使われています。最新のカメラはすべてフラッシュを使用して写真を撮りますが、これは急速放電の特性によって実現されます。この領域では、エネルギーを十分に蓄えることができるが、ゆっくりと放出するバッテリーを使用することは有益ではありません.一方、コンデンサは、蓄積されたすべてのエネルギーを即座に放棄します。これは、明るいフラッシュには十分です。
高出力のパルスを生成するコンデンサーの能力は、ラジオロケーションとレーザーの作成に使用されます。
コンデンサは、高負荷のリレーを切り替える必要がある電信やテレフォニー、テレメカニクス、オートメーションなどで火花を消す接点の役割を果たします。
長い送電線の電圧調整は、補償コンデンサを使用して実行されます。
最新のコンデンサは、その機能により、無線電子機器の分野だけでなく使用されています。それらは、金属加工、鉱業、石炭産業で使用されます。
主な品種
電子機器の用途や使用条件は多岐にわたるため、種類や特性の異なる多種多様な部品が存在します。主な区分は、クラスと使用される誘電体の種類によって異なります。
クラスごとに分類されたコンデンサの種類：
- 一定の静電容量で;
- 可変容量;
- トリマー。
定容量コンポーネントは、すべての無線電子デバイスで使用されています。
可変コンデンサは、発振回路の周波数などの静電容量や回路パラメータを変更するために使用されます。それらの構造には、金属製の可動プレートのいくつかのセクションがあり、寿命が保証されます。
同調コンデンサは、機器の単一調整に使用されます。これらは、さまざまな静電容量定格 (数ピコファラッドから数百ピコファラッドまで) で利用でき、最大 60 ボルトの電圧用に設計されています。それらを使用しないと、機器の微調整は不可能です。
誘電体の種類で分けられたコンデンサの種類：
- セラミック誘電体付き。
- フィルム誘電体を使用。
- 電解;
- イオニスタ。
セラミックコンデンサは、セラミック材料の小さなプレートの形で作られ、その上に金属リードがスプレーされています。このようなコンデンサにはさまざまな特性があり、高電圧回路と低電圧回路の両方に使用されます。
低電圧回路の場合、数十ピコファラッドからマイクロファラッド単位の容量のエポキシまたはプラスチック ハウジングの多層小型コンポーネントが最も一般的に使用されます。それらは、無線電子機器の高周波回路で使用され、過酷な気候条件下で動作できます。
高電圧回路用に、数十ピコファラッドから数千ピコファラッドまでのより大きなサイズと静電容量のセラミックコンデンサが製造されています。パルス回路や電圧変換機器に使用されます。
フィルム誘電体にはさまざまな種類があります。最も一般的なのは、耐久性の高い lavsan です。ポリプロピレン誘電体はあまり一般的ではなく、損失が少なく、オーディオ増幅回路やミッドレンジ回路などの高電圧回路で使用されます。
別のタイプのフィルムコンデンサは、モーターの始動時に使用される始動コンデンサーであり、その高静電容量と特殊な誘電体材料により、電気モーターの負荷を軽減します。それらは、高い動作電圧と無効電力が特徴です。
電解コンデンサは古典的なデザインで作られています。ハウジングはアルミニウム製で、内側にはコイル状の金属カバーがあります。カバーの 1 つは金属酸化物で化学的にコーティングされ、もう 1 つは液体または固体電解質でコーティングされて誘電体を形成します。この構造のため、電解コンデンサは高い静電容量を持っていますが、経年使用の特徴はその変化です。
セラミックコンデンサやフィルムコンデンサとは異なり、電解コンデンサには極性があります。それらは、今度は、この欠点のない非極性、ラジアル、ミニチュア、アキシャルに分割されます。それらの適用分野は、従来のコンピューターと最新のマイクロコンピューター技術です。
比較的最近登場した特別なタイプは、イオニスタです。構造は電解コンデンサに似ていますが、大容量 (最大数ファラッド) です。ただし、それらの使用は、数ボルトの小さな最大電圧によって制限されます。イオニスタはメモリの保存に使用されます。携帯電話や小型コンピュータのバッテリが切れても、保存された情報が取り返しのつかないほど失われることはありません。
ずっと前に登場し、伝統的に使用されていたピンタイプのコンポーネントに加えて、SMD 設計または表面実装とも呼ばれる最新のコンポーネントがあります。たとえば、セラミック コンデンサは、最小 (1 mm x 0.5 mm) から最大 (5.7 mm x 5 mm) までさまざまなサイズで入手でき、対応する電圧は数十ボルトから数百ボルトです。
電解コンデンサは、表面実装パッケージでも製造できます。これらは、標準のアルミ電解コンデンサでも、タンタル コンデンサでもかまいません。セラミック コンデンサに少し似ていますが、静電容量が大きく損失が小さいという点で異なります。鉛フリーと鉛フリーの SMD 設計の両方で利用できます。
タンタルコンデンサは、寿命が長く、容量制限がわずかに低く、損失が最小限であるという特徴がありますが、非常に高価でもあります。これらは、高静電容量が必要な高応答回路で使用されます。
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