Kondansatör

Ayrıca polifenilen sülfür (PPS), polikarbonat (PC) (hassas kapasitörler), poliimid (PI), Teflon ( politetrafloroetilen PTFE) vardır.

Normal değer serisi

Mevcut değerlerin listesi IEC 60063 standardı ile tanımlanmıştır .

Düz bir kapasitörün terminalleri arasında bir voltaj u korunduğunda, plakaları arasında, plakalara dik olan tek tip bir elektrik alanından Å uzakta oluşturulur.

Her dielektrik, dayanabileceği bir elektrik alanı ile karakterize edilir. Yıkıcı alan olarak adlandırılan bu alan, iki armatür arasında bir kıvılcımın fışkırarak kondansatörün deşarjına neden olduğu ve genellikle bozulmasına neden olan sınırı oluşturur: kondansatörün arızalanmasıdır.

İşaretleme

Elektronik kapasitörlerin değeri, yuvalarında dört ana biçimde belirtilmiştir. Yazıyı barındırmaya yetecek büyüklükteki kapasitörlerde açıkça görülüyor (örnek: 10  µF ). Μ karakteri bazen 10 uF'de olduğu gibi u harfine dönüşür. Üretici, plastik muhafazalardaki belirli kapasitörler dışında nispeten seyrek olan IEC 60757 renk kodunu kullanabilir . Çoğu zaman mütevazı boyut ve normal hassasiyetteki kapasitörlerde, değer, XXY biçiminde picofarads (pF) olarak belirtilir; burada XX, değerin ilk iki basamağıdır ve Y, bilimsel gösterimde on üssünün değeridir .

Örneğin aşağıdaki işaretlerin anlamı şöyledir:

• 474, 47 × 10 4  pF (47 × 10 4 x 1 × 10 −12  F = 47 × 10 −8  F ) veya 470  nF anlamına gelir ,
• 101, 100 pF anlamına gelir  ,
• 220, 22 pF anlamına gelir   ;
• 684, 680.000 pF veya 680  nF veya 0.68  uF anlamına gelir  .

Kapasitörler üzerindeki kapasitif değeri işaretlemenin son yolu ilkine benziyor, okuma biriminin mikrofarad [µF] olduğunu bildiğimiz kadarıyla "açık" tır. İşaretliyse:

• 4.7 bu, 4.7 uF anlamına gelir  ,
• 68, 68 µF'ye karşılık gelir 
• 0,022, 22 nF'ye karşılık gelir 

yani, işaretlenen değer ondalık veya 2 basamaklı bir sayı ise, değer mikrofaradlarda okunur.

Bir veya daha fazla kapasitörlü devrelerin hesaplanması

Bir kapasitörün bulunduğu dalda dolaşan yoğunluk, doğrudan bu kapasitörün terminallerindeki gerilime değil, bu gerilimin değişimine bağlıdır. Bu nedenle, genellikle denklemi yazıyoruz (alıcı konvansiyonunda, üzerine gelen donatı yükü olarak ): q{\ displaystyle q}ben{\ displaystyle i}

ben=dqdt{\ displaystyle i = {\ frac {dq} {dt}} \,}

ile:

• q: coulomblardaki takviyenin yükü ,
• t: saniye cinsinden süre .

q=VS⋅sen{\ displaystyle q = C \ cdot u \,}

ben=VS⋅dsendt{\ displaystyle i = C \ cdot {\ frac {du} {dt}} \,}

ile:

• C: kapasitörün faradlardaki kapasitansı .

Böylece , zamanın periyodik bir fonksiyonu olan bir voltaj tarafından sağlanan kapasitörün empedansını çıkarabiliriz :

Z=Uben=1VSω{\ displaystyle Z = {U \ over I} = {1 \ over C \ omega} \,}

U ve ben gerilim ve akımın rms değerleridir.

Karmaşık transformasyon gerilimi uygulanır ve akım mümkün kompleks empedans belirlemek için yapar:

Z_=U_ben_=1jVSω=-jVSω{\ displaystyle {\ underline {Z}} = {\ frac {\ underline {U}} {\ underline {I}}} = {1 \ over jC \ omega} = - {\ frac {j} {C \ omega }} \,}

Bu ilişkiler, bir kapasitörün doğrudan voltaj için açık devre (sonsuz empedans) gibi davrandığını ve yüksek frekanslar için kısa devre (sıfır empedans) gibi davranma eğiliminde olduğunu açıkça göstermektedir. Bu nedenlerden dolayı, bu yapmak için kullanılır filtreleri ile kombinasyon halinde, dirençler , aktif bileşenler (denilen aktif filtre , reaktif bileşenlerin - kapasitörler veya indüktörler - örgüsünün içinde kullanılırlar, geri beslemeye karşı bir amplifikatör , ve / veya endüktör). Bununla birlikte, indüktörlerin kullanımı genellikle yüksek değerlere ihtiyaç duyulmayan HF ( Radyo iletişimi ) uygulamalarıyla veya aktif bir filtre uygulamak için güç kaynağının olmadığı ve / veya yüksek üretim maliyetinin olduğu uygulamalarla sınırlıdır. büyük değerli indüktörün genel maliyet üzerinde önemli bir etkisi yoktur ( örneğin , kaliteli hoparlörlerdeki kanal ayırma filtrelerinde .)

Bir kapasitör, enerjiyi elektriksel biçimde depolar.

Bu enerji E (joule), kapasitesinin C (faradlar) ve yükünün q (coulomb) (veya voltajının u) bir fonksiyonu olarak ifade edilir:

E=12VSsen2=q22VS{\ displaystyle E = {\ frac {1} {2}} Cu ^ {2} = {\ frac {q ^ {2}} {2C}}}

Bu enerjinin her zaman pozitif (veya sıfır) olduğunu ve yükün veya voltajın karesi olarak arttığını fark ederiz.

Bu özellikler, v hızıyla hareket eden bir m kütlesinin kinetik enerjisine benzer .

P=dEdt{\ displaystyle P = {\ frac {dE} {dt}}}

dE=P×dt{\ displaystyle dE = P \ times dt}

dE=senben×dt{\ displaystyle dE = uI \ times dt}

dE=sen×dqdt×dt{\ displaystyle dE = u \ times {\ frac {dq} {dt}} \ times dt}

dE=sen×dq{\ displaystyle dE = u \ times dq}

Biz biliyoruz ki q=VSsen{\ displaystyle q = Cu}

dE=sen×d(VSsen){\ displaystyle dE = u \ times d (Cu)}

dE=sen×VSdsen{\ displaystyle dE = u \ times Cdu}

dEdsen=sen×VSdsendsen⇔dEdsen=sen×VS{\ displaystyle {\ frac {dE} {du}} = {\ frac {u \ times Cdu} {du}} \ Leftrightarrow {\ frac {dE} {du}} = u \ times C}

E=12VSsen2{\ displaystyle E = {\ frac {1} {2}} Cu ^ {2}}

Doğrudan Enerjiyi hesaplayarak görmenin başka bir yolu:

E=∫0∞p(t).dt{\ displaystyle E = \ int _ {0} ^ {\ infty} p (t) .dt}

E=∫0∞sen(t).ben(t).dt{\ displaystyle E = \ int _ {0} ^ {\ infty} u (t) .i (t) .dt}

E=∫0∞sen(t).VS.dsendt.dt{\ displaystyle E = \ int _ {0} ^ {\ infty} u (t) .C. {\ frac {du} {dt}}. dt}

E=VS.∫0∞sen(t).dsen{\ displaystyle E = C. \ int _ {0} ^ {\ infty} u (t) .du}

E=VS[sen22]0∞{\ displaystyle E = C \ sol [{\ frac {u ^ {2}} {2}} \ sağ] _ {0} ^ {\ infty}}

E=VS2.(sen2[∞]-sen2[0]){\ displaystyle E = {\ frac {C} {2}}. \ sol (u ^ {2} [\ infty] -u ^ {2} [0] \ sağ)}

İle:

sen[0]=0{\ displaystyle u [0] = 0}

sen[∞]=U{\ displaystyle u [\ infty] = U}

ayrıca beklenen sonucu elde ederiz:

E=12.VS.U2{\ displaystyle E = {\ frac {1} {2}}. CU ^ {2}}

Yine başka bir gösteri mümkündür: Bir kapasitörün başlangıçta boşaldığını varsayalım (bu nedenle sıfır potansiyelli). Kondansatörü bir potansiyele monte etmek istiyoruz (iki armatür arasındaki potansiyel farka eşit). Donatıya bir sürü yük getiriyoruz . Bu işlemin maliyeti temel çalışma: sen{\ displaystyle u}dq{\ displaystyle dq}

δW=sen.dq{\ displaystyle \ delta W = u.dq}

Toplam işi elde etmek için, 0'dan istenen potansiyele kadar entegre ediyoruz . sen{\ displaystyle u}

W=∫0senδW=∫0sensen.dq{\ displaystyle W = \ int _ {0} ^ {u} \ delta W = \ int _ {0} ^ {u} u.dq}

W=∫0sensen.VS.dsen{\ displaystyle W = \ int _ {0} ^ {u} uCdu}

W=VS[sen22]0sen{\ displaystyle W = C \ sol [{\ frac {u ^ {2}} {2}} \ sağ] _ {0} ^ {u}}

W=12.VS.sen2{\ displaystyle W = {\ frac {1} {2}}. Cu ^ {2}}

Kapasitör tarafından alınan elektrik gücü P:

P=d(VS×sen22)dt =sen⋅VSdsendt =sen×ben,{\ displaystyle P = {\ frac {d \ sol (C \ times {\ frac {u ^ {2}} {2}} \ sağ)} {dt}} \ = u \ cdot C {\ frac {du} {dt}} \ = u \ kere i,}

Daha önce açıklanan enerjinin türevi hangisidir (alıcı konvansiyonunda).

Güç pozitif ise (alınan güç) bu enerji artar, kondansatör şarj edilir. Tersine, kapasitör boşaldığında enerji azalır, güç negatiftir: kapasitör tarafından dış dünyaya aktarılır.

Sonuç olarak, kapasitans değeri yüksek olduğu için, bir kapasitörün terminalleri boyunca voltajı hızla değiştirmek zordur . Bu özellik, genellikle istenmeyen voltaj değişikliklerini (filtreleme) bastırmak için kullanılır.

Tersine, düşük elektrik direnci kullanımında bir kapasitörün çok hızlı deşarjı mümkündür. Çok kısa sürede (bu nedenle çok güçlü bir güçle) önemli bir enerji iletilir. Bu özellik, diğer şeylerin yanı sıra, elektronik flaşlarda ve darbeli lazer güç kaynaklarında kullanılır.

Tüketilen güçten ziyade alınan (veya aktarılan) güçten bahsetmek daha iyidir .

Bu son niteleyici, alınan gücün "kaybolduğunu" veya en azından dağıldığını gösterir. Joule etkisiyle daima pozitif olan, elektrik gücünü "tüketen" bir dirençle durum budur, "tüketilen" Joule gücü yazılır:

PJ=R×ben2,{\ displaystyle P_ {J} = R \ times i ^ {2},}

Dernek kanunları

Paralel ilişki

İki kapasitör paralel yerleştirildiğinde, bu nedenle aynı gerilime maruz kaldığında, bu setten geçen akım, kapasitörlerin her birinden geçen akımların toplamıdır. Bu, bu set tarafından depolanan toplam elektrik yükünün, onu oluşturan kapasitörlerin her biri tarafından depolanan yüklerin toplamı olması sonucunu doğurur:

Q=Q1+Q2=VS1U+VS2U=(VS1+VS2)U=VSeqU{\ displaystyle Q = Q_ {1} + Q_ {2} = C_ {1} U + C_ {2} U = (C_ {1} + C_ {2}) U = C_ {eq} U \,}

bu nedenle:

VSeq=(VS1+VS2){\ displaystyle C_ {eq} = (C_ {1} + C_ {2}) \,}

Bu mantık, paralel olarak n kapasitörlere genelleştirilebilir : paralel olarak n kapasitörlere eşdeğer kapasitör, dikkate alınan n kapasitörlerin kapasitanslarının toplamına kapasitans için sahiptir .

Tertibatın dayanabileceği maksimum voltaj, maksimum voltajı en düşük olan kapasitörün voltajıdır.

Seri ilişkilendirme

İki kapasitör seri bağlandığında ve bu nedenle aynı akıma maruz kaldığında, sonuç, her birinin depoladığı yükün aynı olmasıdır.

Q=Q1=Q2=VS1U1=VS2U2=VSeqU{\ displaystyle Q = Q_ {1} = Q_ {2} = C_ {1} U_ {1} = C_ {2} U_ {2} = C_ {eq} U \,}

veya

U=QVSeq=U1+U2=QVS1+QVS2{\ displaystyle U = {\ frac {Q} {C_ {eq}}} = U_ {1} + U_ {2} = {\ frac {Q} {C_ {1}}} + {\ frac {Q} { C_ {2}}} \,}

nereden

1VSeq=1VS1+1VS2{\ displaystyle {\ frac {1} {C_ {eq}}} = {\ frac {1} {C_ {1}}} + {\ frac {1} {C_ {2}}} \,}

Bu mantık, n adet kapasitör için genellenebilir olduğundan , bundan, serideki n kapasitörlere eşdeğer kapasitörün, kapasitansının tersine, dikkate alınan n kapasitörlerin kapasitanslarının terslerinin toplamına sahip olduğu çıkarılır .

Bu ilişki genellikle , dayanabileceği maksimum gerilimi kullanılan kapasitörlerin n katına eşit olan bir set elde etmek amacıyla n adet özdeş kapasitörün bir birleşimidir , bu kapasitansı n'ye bölme pahasına .

Yüksek frekanslı modelleme

Kapasitörler, yüksek frekans devrelerinde çok sık kullanılır. Bu frekanslarda, parazitik elementler hesaplanan değerleri önemli ölçüde değiştirebilir. Genel olarak, birkaç gigahertz frekansına kadar, iki parazitik eleman hesaba katılmalıdır: kasanın endüktansı ve eşdeğer seri direnci. Bu iki parazitik elemanın tanıtımı, özellikle birkaç yüz MHz ötesindeki devrelerin simülasyonu için gereklidir.

Artık yüksek frekanslarda kullanılan kapasitörlerin büyük çoğunluğunun seramik ve yüzey bileşenleri olduğunu düşünebiliriz. Bu nedenle, burada dikkate alınan her şeyden önce bu tip kapasitördür.

Bir SMD kapasitörünün modeli bu nedenle seri olarak üç elemandan oluşacaktır: nominal kapasite C, eşdeğer seri direnç Rs ve durum L'nin endüktansı.

Rs direnci sadece omik dirençten değil, aynı zamanda dielektrik kayıpları temsil eden hayali seri dirençten de oluşur. NP0 seramik içeren kapasitörler için bu direncin değeri genellikle 0,1 ile 1 ohm arasında olacaktır. Daha zayıf rs dirençleri istiyorsak, özellikle VHF ve UHF'deki filtrelerin kayıplarını azaltmak için, sözde "yüksek Q" kapasitörleri ve 2 veya 3 GHz'in ötesinde  kullanmamız gerekecek, sadece kullanmak gerekli olacaktır. mikrodalga için belirtilen kapasitörler ... veya baskılı devrenin kendisi ile yapılan dağıtılmış kapasitörler.

Seri endüktans duruma göre değişecektir (burada bahsetmediğimiz izlerin endüktansı da artar…). CMS 1206 birimleri için bu endüktans 2 nH düzeyindedir. Bir 0603 paketi için, 0,5 nH'den daha büyük olacaktır. Bu endüktansın önemine ikna olmak için, 1.5 GHz'de 1206 paketindeki 10  pF kapasitörün artık bir kapasitör değil, bir endüktör olduğunu doğrulamak yeterlidir  .

Birkaç yüz MHz'de, devrenin simülasyonu, kapasitörün ve izinin daha da ince bir şekilde modellenmesini gerektirecektir. Tümü bir iletim hattı olarak değerlendirilecektir . Daha sonra, hattın karakteristik empedansını, kondansatörün ve rayın genişliğinin ve üzerine yerleştirildiği alt tabakanın kalınlığının bir fonksiyonunu eklemeliyiz.

Yenilikler ve öngörü

Japon Shin-Kobe Electric Machinery tarafından üretilen yeni bir silindirik kapasitör (40  mm çapında, 110  mm uzunluğunda, 3,8 V ila 2,2  V voltaj için  ) lityum üreticiye göre düşük kendi kendine deşarj (1000'de% 2 60  ° C'de saat ), 10.1 Wh / l enerji yoğunluğu  için (1.37 Wh kapasiteye eşdeğer  ), yüksek akımlarla (300  A'ya kadar ) geçme kapasitesine sahiptir. Çalışma sıcaklığı -20  ° C ile 80  ° C arasındadır .

Notlar ve referanslar

1. (inç) CapSite - Seramik kapasitörler , my.execpc.com sitesi.
2. (in) Yunstar Elektronik - film kapasitörler 'arşivlenmiş kopyası " (on 6 Ağustos 2018 sürümü Internet Archive ) , .yunstar.net sitesi.
3. (inç) Cornell Dubillier, Film kapasitörleri .
4. Eurofarad - HF anahtarlama güç kaynakları için kapasitörler "Arşivlenmiş kopya" ( İnternet Arşivi'nde 6 Ağustos 2018 sürümü ) .
5. (inç) Revox Rifa, Yüksek Sıcaklık Uygulamaları için SMD Plastik Film Kapasitörler .
6. (en) + [PDF] AVX, Çok Katmanlı Cam Dielektrik Kapasitörlerin Performans Özellikleri "Arşivlenmiş kopya" ( İnternet Arşivinde sürüm 6 Ağustos 2018 ) , avx.com'da.
7. (in) Okuma Kapasitans Değerleri "arşivlenmiş kopya" ( İnternet Arşivi'nde 6 Ağustos 2018 sürümü ) , play-hookey.com sitesi.
8. Tech-On! , 22 Ocak 2010 , Japonya'daki Fransız Büyükelçiliği'nin ADIT BE ADIT, Japonya n o  528 (2010/02/01) bülteni ile yeniden basılmıştır .

Kaynakça

• (tr) Elektrik Mühendisliğinin İlkeleri ve Uygulamaları (bkz. formül 1.1)

Ayrıca görün

İlgili Makaleler

• Elektrik kapasitesi
• Nanokapasitör
• Süper kapasitör
• RC , LC ve RLC devresi
• Bir kapasitörün deşarjı
• Coltan
• Leyden Şişe

Dış bağlantılar

• (tr) AVX Dielektrik Karşılaştırma Tablosu
• (tr) İletken Polimer Hibrit Alüminyum Elektrolitik Kondansatörlerin Panasonic Teknik Verileri, Mart 2016 (DMF0000COL42)
• (en) Nonlinstor - Doğrusal olmayan diferansiyel denklemin biçimine dayalı olarak derinleşen şarj kontrollü kapasitör özelliklerine sahip doğrusal olmayan tipte bir elektronik devre elemanı

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">