इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे डिझाइन करण्यासाठी घटक आधार अधिक जटिल होत आहे. उपकरणे एकात्मिक सर्किट्समध्ये निर्दिष्ट कार्यक्षमता आणि सॉफ्टवेअर नियंत्रणासह एकत्र केली जातात. परंतु विकासाच्या केंद्रस्थानी मूलभूत उपकरणे आहेत: कॅपेसिटर, प्रतिरोधक, डायोड आणि ट्रान्झिस्टर.
सामग्री
कॅपेसिटर म्हणजे काय
विद्युत शुल्काच्या रूपात वीज साठविणारे उपकरण कॅपेसिटर असे म्हणतात.
भौतिकशास्त्रातील विजेचे किंवा विद्युत शुल्काचे प्रमाण कौलॉम्ब्स (Cl) मध्ये मोजले जाते. इलेक्ट्रिकल कॅपेसिटन्स फॅराड्स (एफ) मध्ये मोजली जाते.
1 फॅराडची विद्युत क्षमता असलेला एकल कंडक्टर म्हणजे 13 सौर त्रिज्या असलेला एक धातूचा गोळा. म्हणून, कॅपेसिटरमध्ये कमीतकमी 2 कंडक्टर समाविष्ट असतात जे डायलेक्ट्रिकद्वारे वेगळे केले जातात. साध्या डिझाईन्समध्ये, डिव्हाइस कागद आहे.
डीसी सर्किटमधील कॅपेसिटर वीज पुरवठा चालू आणि बंद असताना चालतो. केवळ ट्रान्झिएंट्स दरम्यान कॉइलवरील संभाव्यता बदलते.
एसी सर्किटमधील कॅपेसिटर वीज पुरवठा व्होल्टेजच्या वारंवारतेच्या बरोबरीने रिचार्ज केला जातो. सतत चार्जेस आणि डिस्चार्जच्या परिणामी, घटकांमधून विद्युत प्रवाह वाहतो. उच्च वारंवारता म्हणजे डिव्हाइसचे जलद रिचार्ज.
कॅपेसिटरसह सर्किटचा प्रतिकार विद्युत् प्रवाहाच्या वारंवारतेवर अवलंबून असतो. शून्य डीसी वारंवारतेवर, प्रतिकार मूल्य अनंताकडे झुकते. AC वारंवारता वाढते म्हणून, प्रतिकार कमी होतो.
जेथे कॅपेसिटर वापरले जातात
इलेक्ट्रॉनिक, रेडिओ आणि इलेक्ट्रिकल उपकरणांचे ऑपरेशन कॅपेसिटरशिवाय अशक्य आहे.
इलेक्ट्रिकल अभियांत्रिकीमध्ये, एसिंक्रोनस मोटर्स सुरू करताना ते टप्पे बदलण्यासाठी वापरले जातात. फेज शिफ्टिंगशिवाय, पर्यायी सिंगल-फेज नेटवर्कमधील थ्री-फेज इंडक्शन मोटर कार्य करणार नाही.
अनेक फॅराड्सचे कॅपेसिटन्स असलेले कॅपेसिटर हे इलेक्ट्रिक कारमध्ये मोटर उर्जा स्त्रोत म्हणून वापरले जाणारे आयनिक कॅपेसिटर आहेत.
कॅपेसिटरची आवश्यकता का आहे हे समजून घेण्यासाठी, आपल्याला हे माहित असणे आवश्यक आहे की 10-12% मोजमाप उपकरणे बाह्य वातावरणातील पॅरामीटर्स बदलतात तेव्हा इलेक्ट्रिकल कॅपॅसिटन्स बदलण्याच्या तत्त्वावर कार्य करतात. विशेष उपकरणांचा कॅपेसिटन्स प्रतिसाद यासाठी वापरला जातो:
- शेल्समधील अंतर वाढवून किंवा कमी करून कमकुवत हालचालींचे रेकॉर्डिंग;
- डायलेक्ट्रिक प्रतिकारातील बदल नोंदवून आर्द्रतेचे निर्धारण;
- द्रव पातळी मोजणे, जे भरल्यावर घटकाची क्षमता बदलते.
कॅपेसिटरशिवाय ऑटोमॅटिक्स आणि रिले संरक्षणाची रचना करण्याची कल्पना करणे कठीण आहे. काही संरक्षण तर्क यंत्राच्या रिचार्जची बहुविधता विचारात घेतात.
मोबाइल संप्रेषण उपकरणे, रेडिओ आणि टेलिव्हिजन उपकरणांच्या सर्किट्समध्ये कॅपेसिटिव्ह घटक वापरले जातात. कॅपेसिटर वापरले जातात:
- उच्च आणि कमी वारंवारता अॅम्प्लीफायर्स;
- वीज पुरवठा;
- वारंवारता फिल्टर;
- ध्वनी अॅम्प्लीफायर्स;
- प्रोसेसर आणि इतर मायक्रो सर्किट्स.
इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या वायरिंग आकृत्या पाहून कॅपेसिटर कशासाठी आहे या प्रश्नाचे उत्तर शोधणे सोपे आहे.
कॅपेसिटर कसे कार्य करते
डीसी सर्किटमध्ये, एका प्लेटवर सकारात्मक शुल्क आणि दुसर्‍या प्लेटवर नकारात्मक शुल्क गोळा केले जाते. परस्पर आकर्षणाद्वारे, यंत्रामध्ये कण एकत्र ठेवले जातात आणि त्यांच्यामधील डायलेक्ट्रिक त्यांना जोडण्यापासून प्रतिबंधित करते. डायलेक्ट्रिक जितके पातळ असेल तितके मजबूत चार्ज कनेक्ट केले जातात.
कॅपेसिटन्स भरण्यासाठी आवश्यक असलेली वीज कॅपेसिटर घेते आणि विद्युत प्रवाह थांबतो.
सर्किटमध्ये स्थिर व्होल्टेजसह, पॉवर बंद होईपर्यंत घटक चार्ज ठेवतो. ते नंतर सर्किटमधील भारांमधून डिस्चार्ज होते.
कॅपेसिटरद्वारे पर्यायी प्रवाह वेगळ्या पद्धतीने फिरतो. दोलनाचा पहिला ¼ कालावधी हा डिव्हाइस चार्ज होण्याचा क्षण असतो. चार्जिंग करंटचे मोठेपणा झपाट्याने कमी होते आणि तिमाहीच्या शेवटी ते शून्यावर कमी होते. या टप्प्यावर EMF मोठेपणा पोहोचते.
कालावधीच्या दुसऱ्या ¼ मध्ये EMF कमी होतो आणि सेल डिस्चार्ज होऊ लागतो. सुरुवातीला EMF ची घट कमी आहे आणि त्यामुळे डिस्चार्ज करंट देखील आहे. ते समान घातांकीय अवलंबनानुसार वाढते. कालावधीच्या अखेरीस EMF शून्याच्या बरोबरीचे आहे, वर्तमान मोठेपणा मूल्याच्या बरोबरीचे आहे.
दोलन कालावधीच्या तिसऱ्या ¼ मध्ये EMF दिशा बदलते, शून्यातून जाते आणि वाढते. टर्मिनल्सवरील चार्जचे चिन्ह उलट आहे. विद्युतप्रवाह तीव्रतेने कमी होतो आणि त्याची दिशा कायम ठेवतो. या टप्प्यावर, विद्युत प्रवाह टप्प्यातील व्होल्टेजच्या 90° पुढे आहे.
इंडक्टन्स कॉइलमध्ये उलट घडते: व्होल्टेज विद्युत् प्रवाहाच्या पुढे आहे. आरसी किंवा आरएल सर्किट्स वापरायचे की नाही या निवडीमध्ये ही मालमत्ता आघाडीवर आहे.
चक्राच्या शेवटी दोलनाच्या शेवटच्या ¼ वर EMF शून्यावर येतो आणि विद्युत् प्रवाह मोठेपणाच्या मूल्यापर्यंत पोहोचतो.
"कॅपॅसिटन्स" प्रत्येक कालावधीत 2 वेळा डिस्चार्ज आणि चार्ज होते आणि वैकल्पिक प्रवाह चालवते.
हे प्रक्रियेचे सैद्धांतिक वर्णन आहे. सर्किटमधील घटक थेट डिव्हाइसमध्ये कसे कार्य करतो हे समजून घेण्यासाठी, सर्किटच्या प्रेरक आणि कॅपेसिटिव्ह प्रतिरोधकतेची गणना करा, इतर सहभागींचे पॅरामीटर्स आणि बाह्य वातावरणाचा प्रभाव विचारात घ्या.
मूलभूत वैशिष्ट्ये आणि गुणधर्म
इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे तयार करण्यासाठी आणि दुरुस्त करण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या कॅपेसिटर पॅरामीटर्समध्ये हे समाविष्ट आहे:
- कॅपॅसिटन्स - C. हे डिव्हाइस किती चार्ज घेते हे ठरवते. रेट केलेल्या क्षमतेचे मूल्य केसवर सूचित केले आहे. आवश्यक मूल्ये तयार करण्यासाठी सेल समांतर किंवा मालिकेत सर्किटमध्ये जोडलेले आहेत. परिचालन मूल्ये गणना केलेल्या मूल्यांसारखी नसतात.
- रेझोनंट वारंवारता fp आहे. जर वर्तमान वारंवारता रेझोनंट फ्रिक्वेंसीपेक्षा जास्त असेल तर घटकाचे प्रेरक गुणधर्म स्पष्ट होतात. त्यामुळे ऑपरेशन अवघड होते. सर्किटमध्ये रेटेड पॉवर प्रदान करण्यासाठी, रेझोनंट व्हॅल्यूंपेक्षा कमी फ्रिक्वेन्सीवर कॅपेसिटर वापरणे शहाणपणाचे आहे.
- रेट केलेले व्होल्टेज अन आहे. घटकांचे ब्रेकडाउन टाळण्यासाठी, ऑपरेटिंग व्होल्टेज रेट केलेल्या व्होल्टेजपेक्षा कमी सेट केले आहे. हे कॅपेसिटरच्या बाबतीत सूचित केले आहे.
- ध्रुवीयता. चुकीच्या पद्धतीने कनेक्ट केल्यास, ब्रेकडाउन आणि अपयश येईल.
- विद्युत अलगाव प्रतिरोध - Rd. यंत्राच्या गळतीचे वर्तमान निर्धारित करते. उपकरणांमध्ये भाग एकमेकांच्या जवळ असतात. जर गळती करंट जास्त असेल तर सर्किट्समध्ये परजीवी जोडणे शक्य आहे. यामुळे बिघाड होतो. गळती करंट घटकाचे कॅपेसिटिव्ह गुणधर्म खराब करते.
- तापमान गुणांक - TKE. जेव्हा मध्यम तापमानात चढ-उतार होते तेव्हा डिव्हाइसची क्षमता कशी बदलते हे मूल्य निर्धारित करते. कठोर वातावरणात वापरण्यासाठी उपकरणे डिझाइन करताना पॅरामीटर वापरला जातो.
- परजीवी पायझो प्रभाव. काही प्रकारचे कॅपेसिटर जेव्हा ते विकृत होतात तेव्हा उपकरणांमध्ये आवाज निर्माण करतात.
कॅपेसिटरचे प्रकार आणि प्रकार
डिझाइनमध्ये वापरलेल्या डायलेक्ट्रिकच्या प्रकारानुसार कॅपेसिटिव्ह घटकांचे वर्गीकरण केले जाते.
पेपर आणि मेटल कॅपेसिटर
डीसी किंवा कमकुवतपणे स्पंदित व्होल्टेज असलेल्या सर्किटमध्ये घटक वापरले जातात. डिझाइनच्या साधेपणामुळे 10-25% कमी कामगिरी स्थिरता आणि वाढीव नुकसान होते.
पेपर कॅपेसिटरमध्ये, अॅल्युमिनियम फॉइल कव्हर पेपरद्वारे वेगळे केले जातात. असेंब्ली वळवून दंडगोलाकार किंवा आयताकृती पॅरेलेलीपीडिक केसमध्ये ठेवल्या जातात.
उपकरणे -60 ... +125°C तापमानावर, कमी-व्होल्टेज उपकरणांच्या 1600V पर्यंत रेट केलेल्या व्होल्टेजसह, उच्च-व्होल्टेजच्या - 1600V वरील आणि दहापट μF पर्यंतच्या क्षमतेसह कार्य करतात.
मेटल-पेपर उपकरणांमध्ये, फॉइलऐवजी, डायलेक्ट्रिक पेपरवर धातूचा पातळ थर लावला जातो. हे लहान घटक तयार करण्यास मदत करते. क्षुल्लक ब्रेकडाउन झाल्यास, डायलेक्ट्रिक स्वत: ची दुरुस्ती करू शकते. इन्सुलेशन प्रतिरोधकतेच्या बाबतीत मेटल-पेपर पेशी कागदाच्या पेशींपेक्षा निकृष्ट असतात.
इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटर
उत्पादनांची रचना पेपर कॅपेसिटर सारखी असते. परंतु इलेक्ट्रोलाइटिक पेशींच्या निर्मितीमध्ये, कागद धातूच्या ऑक्साईडसह गर्भित केला जातो.
पेपरलेस इलेक्ट्रोलाइट उत्पादनांमध्ये, ऑक्साईड धातूच्या इलेक्ट्रोडवर लागू केला जातो. मेटल ऑक्साईड्समध्ये एक-मार्ग चालकता असते, ज्यामुळे उपकरण ध्रुवीय बनते.
इलेक्ट्रोलाइटिक सेलच्या काही मॉडेल्समध्ये, कव्हर ग्रूव्हसह बनवले जातात जे इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ वाढवतात. प्लेट्समधील अंतर इलेक्ट्रोलाइट टाकून काढून टाकले जाते. हे उत्पादनाचे कॅपेसिटिव्ह गुणधर्म सुधारते.
इलेक्ट्रोलाइटिक उपकरणांची मोठी क्षमता - शेकडो μF, व्होल्टेज रिपल्स गुळगुळीत करण्यासाठी फिल्टरमध्ये वापरली जाते.
अॅल्युमिनियम इलेक्ट्रोलाइटिक.
या प्रकारच्या उपकरणात अॅनोडिक अस्तर हे अॅल्युमिनियम फॉइलचे बनलेले असते. पृष्ठभाग मेटल ऑक्साईड डायलेक्ट्रिकसह लेपित आहे. कॅथोड पॅड एक घन किंवा द्रव इलेक्ट्रोलाइट आहे, जे निवडले जाते जेणेकरून ऑपरेशन दरम्यान फॉइलवरील ऑक्साईड थर पुन्हा निर्माण होईल.डायलेक्ट्रिकची स्वयं-दुरुस्ती घटकाचा ऑपरेटिंग वेळ वाढवते.
या डिझाइनच्या कॅपेसिटरला ध्रुवीयता पाळणे आवश्यक आहे. ध्रुवीयता उलट केल्याने केस फाडेल.
आत प्रति-अनुक्रमिक ध्रुवीय असेंब्ली असलेली उपकरणे 2 दिशांमध्ये वापरली जातात. अॅल्युमिनियम इलेक्ट्रोलाइटिक पेशींची क्षमता अनेक हजार μF पर्यंत पोहोचते.
टॅंटलम इलेक्ट्रोलाइटिक
अशा उपकरणांचे एनोड इलेक्ट्रोड सच्छिद्र संरचनेचे बनलेले असते, जे 2000°C पर्यंत टॅंटलम पावडर गरम करून मिळते. सामग्रीमध्ये स्पंजचे स्वरूप आहे. सच्छिद्रतेमुळे पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ वाढते.
इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सिडेशनद्वारे, 100 नॅनोमीटर जाडीपर्यंत टॅंटलम पेंटॉक्साइडचा थर एनोडवर जमा केला जातो. घन डायलेक्ट्रिक मॅंगनीज डायऑक्साइड बनलेले आहे. तयार बांधकाम एका कंपाऊंडमध्ये दाबले जाते, एक विशेष राळ.
टॅंटलम उत्पादने 100 kHz वरील वर्तमान फ्रिक्वेन्सीवर वापरली जातात. 75 V पर्यंत ऑपरेटिंग व्होल्टेजसह, शेकडो μF पर्यंत क्षमता तयार केली जाते.
पॉलिमर
कॅपेसिटर घन पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट वापरतात, जे अनेक फायदे देतात:
- सेवा आयुष्य 50 हजार तासांपर्यंत वाढले आहे;
- गरम झाल्यावर पॅरामीटर्स राखले जातात;
- वर्तमान लहरची विस्तृत श्रेणी;
- पिन आणि टर्मिनल्सचा प्रतिकार क्षमता कमी करत नाही.
चित्रपट
या मॉडेल्समधील डायलेक्ट्रिक म्हणजे टेफ्लॉन, पॉलिस्टर, फ्लोरोप्लास्टिक किंवा पॉलीप्रॉपिलीन फिल्म.
कव्हर्स फिल्मवर फॉइल किंवा मेटल स्पटरिंग आहेत. वाढीव पृष्ठभागाच्या क्षेत्रासह मल्टीलेअर असेंब्ली तयार करण्यासाठी डिझाइनचा वापर केला जातो.
फिल्म कॅपेसिटरमध्ये सूक्ष्म आकारात शेकडो μF क्षमता असते. स्तर आणि संपर्क लीड्सच्या प्लेसमेंटवर अवलंबून, उत्पादनांचे अक्षीय किंवा रेडियल आकार तयार केले जातात.
काही मॉडेल्समध्ये 2 kV किंवा त्याहून अधिक रेट केलेले व्होल्टेज असते.
ध्रुवीय आणि नॉन-ध्रुवीय मध्ये काय फरक आहे
नॉन-ध्रुवीय प्रवाहाच्या दिशेचा विचार न करता सर्किटमध्ये कॅपेसिटर समाविष्ट करण्यास अनुमती देतात.अल्टरनेटिंग पॉवर सप्लाय, हाय फ्रिक्वेन्सीच्या अॅम्प्लीफायर्सच्या फिल्टरमध्ये घटक वापरले जातात.
ध्रुवीय उत्पादने मार्किंगनुसार जोडलेली आहेत. विरुद्ध दिशेने कनेक्ट केलेले असल्यास, डिव्हाइस अयशस्वी होईल किंवा योग्यरित्या कार्य करणार नाही.
उच्च आणि कमी क्षमतेचे ध्रुवीय आणि नॉन-ध्रुवीय कॅपेसिटर डायलेक्ट्रिक डिझाइनमध्ये भिन्न आहेत. इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपॅसिटरमध्ये, जर ऑक्साईड 1 इलेक्ट्रोडवर किंवा कागदाच्या 1 बाजूला, फिल्मवर लावला असेल, तर घटक ध्रुवीय असेल.
नॉन-ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपॅसिटरचे मॉडेल ज्यामध्ये डायलेक्ट्रिकच्या दोन्ही पृष्ठभागांवर मेटल ऑक्साईड सममितीयपणे लागू केले जाते ते पर्यायी प्रवाह असलेल्या सर्किटमध्ये समाविष्ट केले जातात.
ध्रुवीय कॅपेसिटर केसवर सकारात्मक किंवा नकारात्मक इलेक्ट्रोड म्हणून चिन्हांकित केले जातात.
कॅपेसिटरची क्षमता कशावर अवलंबून असते
सर्किटमधील कॅपेसिटरचे मुख्य कार्य आणि भूमिका म्हणजे शुल्क जमा करणे आणि गळती रोखणे ही अतिरिक्त भूमिका आहे.
कॅपेसिटरची कॅपेसिटन्स थेट माध्यमाच्या डायलेक्ट्रिक स्थिरांकाच्या आणि प्लेट्सच्या क्षेत्रफळाच्या आणि इलेक्ट्रोडमधील अंतराच्या व्यस्त प्रमाणात असते. दोन विरोधाभास उद्भवतात:
- कॅपेसिटन्स वाढवण्यासाठी, इलेक्ट्रोड्स शक्य तितक्या जाड, रुंद आणि लांब असणे आवश्यक आहे. त्याच वेळी, डिव्हाइसचा आकार वाढविला जाऊ शकत नाही.
- शुल्क धारण करण्यासाठी आणि आवश्यक आकर्षण शक्ती प्रदान करण्यासाठी, प्लेट्समधील अंतर कमीतकमी आहे. त्याच वेळी, ब्रेकडाउन करंट कमी करता येत नाही.
विरोधाभास सोडवण्यासाठी, विकसक वापरतात:
- डायलेक्ट्रिक-इलेक्ट्रोड जोडीची बहु-स्तर संरचना;
- सच्छिद्र एनोड संरचना;
- ऑक्साईड आणि इलेक्ट्रोलाइट्सद्वारे कागदाची बदली;
- घटकांचा समांतर समावेश;
- वाढीव डायलेक्ट्रिक परवानगीसह पदार्थांनी मोकळी जागा भरणे.
कॅपेसिटरचा आकार कमी होत आहे आणि प्रत्येक नवीन शोधामुळे वैशिष्ट्ये अधिक चांगली होत आहेत.
संबंधित लेख:
