Kondensaattorin kapasitanssin löytäminen. Tiedeteknologia

Litteä kondensaattori koostuu kahdesta yhdensuuntaisesta levystä, joita erottaa pieni leveysrako, joka on täytetty homogeenisella dielektrisellä aineella.

Tiedämme, että kahden vastakkaisesti varautuneen levyn, joilla on sama pintatiheys, välinen kenttä on yhtä suuri kuin missä S on kunkin levyn pinta-ala. Jännitys levyjen välillä:

Kondensaattorin kapasitanssin määritelmää käyttämällä saadaan:

Huomaa, että saatu kaava on likimääräinen, koska se on johdettu ottamatta huomioon kentän vääristymää levyjen reunoilla. Laskemalla tällä kaavalla saadaan kapasiteetin yliarvioitu arvo ja mitä tarkempi, sitä pienempi rako on levyjen lineaarisiin mittoihin verrattuna.

Pallomaisen kondensaattorin kapasitanssi.

Pallomainen kondensaattori on järjestelmä, jossa on kaksi samankeskistä palloa, joiden säde ja. Gauss-lauseen mukainen pallomaisen kondensaattorin levyjen välinen sähkökenttä määritetään sisäpallovarauksella. Levyjen välinen jännite on:

.

Pallomaisen kondensaattorin kapasitanssille saadaan:

Tämä kaava on tarkka.

Jos, saatu kaava menee lausekkeeseen tasaisen kondensaattorin kapasitanssille.

Sylinterimäisen kondensaattorin kapasiteetti.

Sylinterimäinen kondensaattori muodostuu kahdesta koaksiaalisesta sylinteristä, joiden säde ja pituus ovat.

Perusteluna samalla tavalla kuin päätelmä pallomaisen kondensaattorin kapasitanssista, saadaan:

..

Tuloksena oleva kaava on likimääräinen ja pienellä raolla menee kaavaan tasaisen kondensaattorin kapasitanssille.

Liitäntäkondensaattorit.

Käytännössä vaadittujen kapasitanssiarvojen saamiseksi käytetään kondensaattoriyhdisteitä: a) sarja, b) rinnakkain, c) sekoitettuna (katso kuva).


Sarjakondensaattorien kapasitanssi.

Sarjaan kytkettyjen kondensaattorien varaukset ovat yhtä suuret ja akun jännite. Kapasiteetin määritelmästä se seuraa:

Jos, niin (sarjayhteyden kapasiteetti on pienempi kuin sarjayhteyden pienin kapasiteetti).

Sarjaan kytketyille kondensaattoreille kapasitanssi lasketaan kaavalla:

Kondensaattorien rinnakkaisliitännän kapasitanssi.

Akun lataus on yhtä suuri kuin latausten summa:

mutta jännitys. Kapasiteetin määritelmän mukaan saamme:

Rinnakkaiskondensaattoreille:.

Identtisten kondensaattorien tapauksessa:.

Arvioi akun kapasiteetti (katso kuva).

Käyttämällä äärettömyyden ominaisuutta, voimme edustaa ketjun yhteyden muodossa (katso kuva).

Akun kapasiteetin laskemiseksi saamme:

Missä: siitä lähtien.

Luento 7.

Dielektrikot sähkökentässä.

Dielektrikoita (eristeitä) kutsutaan aineiksi, jotka eivät johda suoraa sähkövirtaa. Tämä tarkoittaa, että dielektrikoissa ei ole "ilmaisia" maksuja, jotka voivat kuljettaa huomattavia matkoja.

Dielektrikot koostuvat joko neutraaleista molekyyleistä tai ioneista, jotka sijaitsevat kidehilan solmuissa. Molekyylit itse voivat olla polaarinenja poolittomat.Polaarisilla molekyyleillä on dipolimomentti; ei-polaarisissa molekyyleissä dipolimomentti on nolla.

Polarisaatio.

Sähkökentässä dielektrikot ovat polarisoituneita. Tähän ilmiöön liittyy ulkonäkö dielektrisen laitteen tilavuudessa ja pinnalla liittyvä"Maksut. Tässä tapauksessa dielektrisen laitteen lopullinen tilavuus saa aikaan dipolimomentin. Polarisaatiomekanismi liittyy dielektrisen ominaisrakenteeseen. Jos dielektrinen koostuu ei-polaarisista molekyyleistä, niin jokaisessa molekyylissä on varausten siirtymä - kentällä positiivinen, kentällä negatiivinen, ts. molekyylit saavat dipolimomentin. Dielektrisissä, joissa on polaarisia molekyylejä ilman ulkoista sähkökenttää, niiden dipolimomentit ovat satunnaisesti orientoituneita.

Sähkökentän vaikutuksesta dipolit orientoituvat pääasiassa kentän suuntaan. Tarkastellaan tätä mekanismia yksityiskohtaisemmin (katso kuva). Voimaparit tuottavat vääntömomentin, joka on yhtä suuri kuin missä on molekyylin dipolimomentti. Tällä hetkellä taipumus suunnata dipoli kentälle. Ionikiteissä, sähkökentän vaikutuksesta, kaikki positiiviset ionit siirtyvät kentän suuntaan ja negatiiviset ionit siirtyvät kenttää vasten. Huomaa, että varauksen siirtymä on hyvin pieni jopa verrattuna molekyylien kokoon. Tämä johtuu tosiasiasta, että ulkoisen sähkökentän lujuus on yleensä paljon pienempi kuin molekyylien sisäisten sähkökenttien voimakkuus.

Huomaa, että dielektrikot ovat polarisoituneita jopa ulkoisen kentän puuttuessa (elektreet, ferrosähkö). Keskitymme vain homogeenisiin dielektrikoihin, joissa ei ole jäännöspolarisaatiota ja tilavuus ja “sitoutunut” varaus on aina nolla.

Litteä kondensaattori on fyysinen yksinkertaistus, joka on johdettu sähkön varhaisista tutkimuksista, mikä on malli, jossa levyt ovat tason muodossa ja jokaisessa pisteessä yhdensuuntaiset.

kaava

Monet etsivät kaavoja, jotka kuvaavat tasaisen kondensaattorin kapasitanssia. Jos on, niin älä lue alla olevia uteliaita ja vähän tunnettuja tosiasioita, koska tietysti kuiva matemaattiset merkit ovat tärkeämpiä.

Ensimmäinen määrittelee tasaisen voltin kondensaattorin kapasitanssin. Hänen käytettävissään ei ollut vielä sellaista suuruutta kuin potentiaaliero, nimeltään jännite, mutta intuitiivisesti hän selitti oikein oikein ilmiön olemuksen. Latausten lukumäärän suhteen hän tulkitsi sen ilmakehän sähköisen nesteen tilavuutena - ei aivan oikein, mutta lopulta se näyttää olevan totta. Tämän maailmankuvan mukaan litteän kondensaattorin kapasiteetti voidaan löytää kertyneen sähkönesteen tilavuuden suhteena ilmakehän potentiaalien eroon, toisin sanoen:

Tämä kaava koskee kaikkia kondensaattoreita rakenteestaan \u200b\u200briippumatta. Eli se on universaalia. Erityisesti litteille kondensaattoreille on kapasiteettikaava, joka ilmaistaan \u200b\u200bdielektrisen materiaalin ominaisuuksilla ja geometrisilla mitoilla:

Tässä kaavassa S tarkoittaa levyjen pinta-alaa laskettuna sivujen tuloksen perusteella, ja d - näyttää levyjen välisen etäisyyden. Muita symboleja ovat dielektrisen materiaalin sähkövakio (8,854 pF / m) ja dielektrisyysvakio, anteeksi Thothille sellaiset selkeät tautologiat. Elektrolyyttikondensaattoreilla on niin suuri kapasiteetti, että johtava liuos on erotettu metallista erittäin ohuella oksidikerroksella. Siksi d tässä tapauksessa on minimaalinen. Ainoa negatiivinen asia on, että elektrolyyttikondensaattorit ovat napaisia, niitä ei voida kytkeä vaihtovirtapiiriin. Tätä varten kukin anodi tai katodi on merkitty plus- tai miinusmerkeillä.

Litteitä kondensaattoreita löytyy nykyään harvoin, ja nämä ovat pääasiassa kalvomikroskooppisia tekniikoita, joissa tämäntyyppiset pinnat ovat hallitsevia. Kaikki passiiviset ja aktiiviset elementit muodostetaan kaavaimen avulla. Ja siksi heillä on elokuvien muoto. Litteät induktorit, vastukset ja kondensaattorit levitetään johtavien tahnojen muodossa.

Kapasitanssi riippuu dielektrisen materiaalista siksi, että jokaisella niistä on oma rakenne. Uskotaan, että amorfinen aine koostuu suuntautumattomista dipoleista, jotka on vahvistettu elastisesti paikoilleen. Kun ulkoinen sähkökenttä kohdistetaan, ne suuntautuvat käännettävästi voimajohtoja heikentäen jännitystä. Seurauksena on, että varaus kertyy edelleen, kunnes tämä prosessi pysähtyy. Kun energia poistuu levyiltä, \u200b\u200bdipolit palaavat paikoilleen, mikä mahdollistaa seuraavan työjakson. Näin toimii litteä sähkökondensaattori.


Historiasta

Historiallisesti suuri Alessandro Volta tutki ensimmäisenä varauksen kertymistä. Kuninkaalliselle tiedeyhdistykselle vuonna 1782 antamassaan raportissa hän ilmaisi ensin sanan kondensaattori. Voltan käsityksen mukaan elektrofori, joka on kaksi rinnakkaista levyä, pumppaisi sähkönestettä eetteristä.

Tuolloin kaikki tiedot pelkistettiin siihen tosiseikkaan, että tutkijat uskoivat, että Maan ilmakehään sisältyy jotain, jota instrumentit eivät pysty määrittämään. Oli vain yksinkertaisimpia sähköoskooppeja, jotka pystyivät määrittämään varausmerkin ja sen läsnäolon, mutta eivät anna käsitystä määrästä. Tutkijat vain hieroivat kehon pintaa turkilla ja toivat sen tutkimaan laitteen vaikutusaluetta. Hilbert osoitti myös, että sähköiset ja magneettiset vuorovaikutukset heikentyvät etäisyyden myötä. Siksi tutkijat tiesivät karkeasti mitä tehdä, mutta tutkimus ei edistänyt yhtä juota.

Benjamin Franklin esitti ilmakehän sähkön hypoteesin. Hän tutki aktiivisesti salamaa ja päätyi siihen johtopäätökseen, että nämä ovat saman yhtenäisen voiman ilmenemismuotoja. Käynnistämällä leijan taivaalle, hän liitti sen silkkilangalla maahan ja havaitsi kaaripurkauksen. Nämä olivat melko vaarallisia kokeiluja, ja Benjamin vaaransi elämänsä useita kertoja tieteen kehittämiseksi. Se tosiasia, että silkkilanka johtaa staattista varausta, tiedettiin Stephen Grayltä, joka ensimmäisenä kootti sähköpiirin vuonna 1732.

Jo 20 vuoden kuluttua (1752) Benjamin Franklin ehdotti ensimmäisen salamanvarren rakentamista, joka suoritti läheisten rakennusten salamasuojauksen. Ajattele vain sitä! - Ennen sitä kukaan odotti talonsa polttavan vahingossa. Benjamin Franklin ehdotti yhtä lataustyypeistä, jota kutsutaan positiiviseksi (lasi) ja toiseksi negatiiviseksi (terva). Joten fyysikot harhaanjohdettiin elektronien todellisesta liikesuunnasta. Mutta kuinka he voisivat ajatella toisin, kun he vuonna 1802 näkivät maanmiehensä Petrovin kokeiden perusteella, että anodille muodostui reikä? Tämän seurauksena positiiviset hiukkaset siirtyivät varauksen katodiin, mutta nämä olivat vain ilmaplasman ioneja.

Voltan sähköisten ilmiöiden tutkimuksen alussa tällä tavoin staattiset varaukset ja kahden merkin olemassaolo olivat jo tiedossa. Lisäksi ihmiset uskoivat itsepintaisesti, että kaikki "neste" otettiin ilmasta. Kokeet villan meripihkan hankaamiseksi, joita ei voitu suorittaa veden alla, saivat heidät ajatukseen. Siksi oli loogista olettaa, että sähkö voi tulla vain maan ilmakehästä, mikä on tietysti täysin väärin. Erityisesti monet Humphrey Davyn tutkimista ratkaisuista voivat johtaa sähkövirtaa.

Syy oli siksi erilainen - hieroessaan meripihkaa veden alla, kitkavoimat vähenivät kymmeniä ja satoja kertoja ja varaus häviää koko nesteen tilavuuteen. Tämän seurauksena tämä prosessi oli vain tehoton. Mutta tänään jokainen tuottaja tietää, että öljy sähköistyy täydellisesti kitkalla putkia vastaan \u200b\u200bja ilman ilman kautta. Siksi "nesteen" ilmapiiri ei ole vaadittava komponentti.

Maailman suurin litteä kondensaattori

Tällaiset systemaattiset, mutta perustavanlaatuisesti virheelliset tulkinnat eivät silti voineet pysäyttää Voltaa hänen tutkimuspolullaan. Hän opiskeli jatkuvasti elektroforeja yhtenä edistyneimmistä generaattoreista, joita tuolloin oli olemassa. Toinen oli Otto von Guericken rikki pallo, keksitty yli sata vuotta aiemmin (1663). Siitä lähtien sen rakenne on muuttunut vähän, mutta Stephen Grayn löytöjen jälkeen varaus alkoi poistaa johtimilla. Erityisesti metallikampamuuntajat toimivat tähän tarkoitukseen.

Pitkään kauan tutkijat kävivät ympäri ja ympäri. Vuoden 1880 elektroforikonetta voidaan pitää ensimmäisenä voimakkaana purkausgeneraattorina, joka mahdollisti valokaarin saamisen, mutta elektronit saavuttivat todellisen lujuutensa Van de Graaff -generaattorissa (1929), jossa potentiaaliero oli muutama megavolti. Vertailun vuoksi, Wikipedian mukaan ukkospilvellä voi olla potentiaalia maapallon kanssa gigavoltin yksikköinä (kolme suuruusluokkaa enemmän kuin ihmisen koneessa).

Yhteenvetona edellä mainituista, voidaan tietyllä varmuudella sanoa, että luonnolliset prosessit käyttävät sähköistämistä kitkan, vaikutuksen ja jonkin muun muodon avulla toimintaperiaatteena, ja voimakas sykloni on suurin meille tunnetuista litteistä kondensaattoreista. Salama osoittaa, mitä tapahtuu, kun dielektrikko (ilmapiiri) ei kestä sovellettua potentiaalieroa ja murtuu läpi. Täsmälleen sama asia tapahtuu jokaisessa ihmisen luomassa litteässä kondensaattorissa, jos jännite osoittautuu kohtuuttomaksi hänelle. Kiinteän dielektrisen hajoaminen on peruuttamatonta, ja kaareva sähkökaari aiheuttaa usein levyjen sulamisen ja tuotteen vioittumisen.

Elektroforus

Joten Volta ryhtyi tutkimaan luonnollisten prosessien mallia. Ensimmäinen sähkökuitu ilmestyi vuonna 1762, suunnittelija Johan Karl Wilke. Laitteesta tulee todella suosittua Voltan kuninkaalliselle tiedeyhteisölle antamien raporttien jälkeen (XVIII vuosisadan 70-luvun puoliväli). Volta antoi laitteelle myös nykyisen nimensä.


Sähkökuori pystyy keräämään sähköstaattisen varauksen, joka muodostuu kitkan kitkaamalla villapalalla. Se koostuu kahdesta litteästä, yhdensuuntaisesta levystä:

  • Pohja on ohut kumi. Sen paksuus valitaan laitteen tehokkuuden vuoksi. Jos valitset kiinteämmän kappaleen, huomattava osa energiasta kertyy dielektrisen osan sisään molekyyliensä suunnassa. Kuten havaitaan uudenaikaisessa tasaisessa kondensaattorissa, jossa dielektrisyys sijoitetaan lisäämään sähkökapasiteettia.
  • Ohuen teräksen ylälevy asetetaan päälle, kun varaus on jo kertynyt kitkalla. Yläpintaan kohdistuvien vaikutusten takia muodostuu ylimääräinen negatiivinen varaus, ja se on poistettava maaelektrodille, jotta kahden levyn irrotettaessa ei ole keskinäistä kompensointia.

Tämän tasaisen kondensaattorin toimintaperiaate tulisi jo ymmärtää. Operaattori hieroa kumia villaa jättäen siihen negatiivisen varauksen. Sitten päälle asetetaan pala metallia. Pintojen huomattavan karheuden vuoksi ne eivät kosketa, vaan ovat jonkin verran toisistaan. Seurauksena metalli sähköistyy vaikutuksen avulla. Elektroneja hylätään kumipintavarauksella ja ne menevät ulkoiselle tasolle, missä operaattori poistaa ne maadoituselektrodin läpi kevyellä lyhytaikaisella kosketuksella.

Metallilevyn pohja pysyy positiivisesti varautuneena. Kun kaksi pintaa irroitetaan, tämä vaikutus säilyy, koska materiaalissa havaitaan elektronien puutos. Ja voit tarkkailla kipinää, jos kosketat metallivuoraa. Tämä koe voidaan tehdä satoja kertoja samassa kumin varauksessa, koska sen staattinen pinnan vastus on erittäin suuri. Tämä estää varauksen leviämisen. Osoittamalla tätä kokemusta Volta herätti koko tiedemaailman huomion, mutta tutkimus ei edennyt eteenpäin, lukuun ottamatta Charles Coulombin löytöjä.

Vuonna 1800 Alessandro itse antoi impulssin tutkimuksen kehittämiselle sähköalalla keksimällä kuuluisan galvaanisen voimanlähteensä.

Litteän kondensaattorin suunnittelu

Electrophorus on olennaisesti ensimmäinen koskaan suunnitelluista litteistä kondensaattoreista. Sen levyt voivat säilyttää vain staattisen varauksen, koska muuten kumia ei voida sähköistää. Pinta varastoi elektroneja erittäin pitkään. Volta jopa ehdotti, että ne poistettaisiin kynttilän liekillä ionisoidun ilman kautta tai auringon ultraviolettisäteilyllä. Nykyään jokainen opiskelija tietää, että sama voidaan tehdä vedellä. Totta, elektroforea on kuivattava tämän jälkeen.

Nykymaailmassa teflonpinnoite tai muovi voivat toimia pohjakuorena. Ne myös saavat hyvän staattisen varauksen. Dielektrinen tässä on ilma. Mennäksesi modernin kondensaattorin suunnitteluun, sinun on valmistettava molemmat levyt metallista. Sitten, jos yhdelle niistä syntyy varaus, sähköistys leviää toiseen, ja jos toinen kosketin on maadoitettu, varastoitua energiaa voidaan varastoida jonkin aikaa.


Elektronien määrä riippuu suoraan eristeiden materiaalista. Joten esimerkiksi nykyaikaisten kondensaattoreiden joukossa on:

  1. Kiille.
  2. Ilmaa.
  3. Elektrolyyttinen (oksidi).
  4. Keramiikkaa.

Nämä nimet ovat juuri dielektrisen materiaalia. Kapasiteetti, jota voidaan lisätä useita kertoja, riippuu suoraan sen koostumuksesta. Dielektrikoiden rooli selitettiin yllä, erityisesti niiden parametrit määräytyvät suoraan aineen rakenteen perusteella. Monia materiaaleja, joilla on korkeat ominaisuudet, ei kuitenkaan voida käyttää niiden sopimattomuuden vuoksi. Esimerkiksi veden dielektrisyysvakio on korkea.

LAUHDUTTIMEN - tarkoittaa ajaa. Radio- ja elektroniikkalaitteissa kondensaattori on sähkövarausten varastointilaite. Yksinkertaisin kondensaattori koostuu kahdesta metallilevystä, jotka on erotettu dielektrisellä kerroksella. Eriste on materiaali, joka ei johda sähkövirtaa ja jolla on tietyt ominaisuudet, joista puhumme vähän myöhemmin.

Koska kondensaattori on käyttölaite, sillä on oltava tietty kapasiteetti (tilavuus varausten kertymiseen). Kondensaattorin kapasitanssiin vaikuttavat levyjen (joita kutsutaan myös ”levyiksi”) pinta-ala, levyjen välinen etäisyys ja dielektrisyyden laatu. Hyviä dielektrisiä aineita ovat tyhjiö, eboniitti, posliini, kiille, polyeteeni, tekstoliitti ja monet muut synteettiset materiaalit.
  Kuvio esittää yksinkertaisimman kondensaattorin, jolla on kaksi samansuuntaista levyä, joiden pinta-ala S (S \u003d m * n), jotka ovat tyhjiössä etäisyyden d päässä toisistaan.


  Jos jännite Uab johdetaan ylemmän ja alemman kondensaattorilevyn väliin, samat positiiviset + q- ja negatiiviset -q-varaukset, joita kutsutaan vapaiksi, kerääntyvät ylemmälle ja alemmille kondensaattorilevyille. Levyjen välissä on sähkökenttä, joka on merkitty kuvassa kirjaimella E.
  Kondensaattorimme kapasiteetti (merkitty kirjaimella C) on: C \u003d Eo * S / d, missä Eo on sähkövakio (tyhjiölle) Eo \u003d 8,854 * 10 -12 F / m (Farad metriä kohti).
  Jos levyjen väliin sijoitetaan dielektrinen,


  silloin kondensaattorin kapasitanssi on: C \u003d Er * Eo * S / d. Kapasitanssin laskentakaavaan lisätään arvo Er - lisätyn dielektrisen suhteellinen dielektrisyysvakio.
  Kaavasta käy ilmi, että kondensaattorin kapasitanssi kasvaa dielektrisen Er-läpäisevyyden arvolla. Joten mitä suurempi kondensaattorilevyjen pinta-ala S, sitä suurempi Er-arvo ja pienempi etäisyys d levyjen välillä, sitä suurempi kondensaattorin kapasitanssi on. SI-yksiköiden pääkapasiteettiyksikkö on farad (F). 1F: n kapasiteetti on erittäin suuri. Sähkötekniikassa yleensä käytetään osittaisia \u200b\u200bkapasiteettiyksiköitä:
  mikrofarad (μF), 1 μF \u003d 1 * 10-6 F,
  nanofaradit (nF), 1nF \u003d 1 * 10-9 F ja
  picofarad (pF), 1pF \u003d 1 * 10-12 F.




  Kun valitaan dielektristä kondensaattoreille, dielektrisen suhteellisen sallitvuuden lisäksi otetaan huomioon kaksi tärkeintä parametria:
  1) Dielektrinen lujuus on dielektrinen lujuus, kun korkeajännitekondensaattori asetetaan tiivisteisiin. Alhaisella dielektrisellä lujuudella voi tapahtua sähköinen rikkoutuminen ja dielektrisestä tulee sähkövirran johtaja;
2) Tilavuusvastus on dielektrisen laitteen sähköinen vastus tasavirralle. Mitä suurempi dielektrinen resistiivisyys, sitä vähemmän kondensaattoriin kertyneiden varausten vuoto.

Kondensaattori tasavirtapiirissä.   Kaaviossa kondensaattorin varauskertymä näyttää kuvan 1 mukaiselta.


Kondensaattorin latausaika riippuu kondensaattorin kapasitanssista (samassa käytetyssä jännitteessä). Mitä suurempi kapasitanssi, sitä pidempi latausaika on. Samanlainen kuva (kuva 2) havaitaan, kun kondensaattori purkautuu vastuksella. Samalla vastuksella purkausaika on pidempi kondensaattorilla, jonka kapasiteetti on suurempi.

Kondensaattori vaihtoketjussa.   Jos kapasitiiviseen elementtiin kohdistettu jännite vaihtelee amplitudissa (vaihtojännite), niin myös kondensaattorin varaus muuttuu, ts. Kapasitiiviseen elementtiin tulee virta.



   Kondensaattorin läpi kulkeva virta Ic riippuu käytetyn vaihtojännitteen taajuudesta f ja kondensaattorin kapasitanssista C. Jos tasavirtaan kondensaattorin resistanssia voidaan pitää yhtä suurena kuin äärettömyyttä, niin vaihtovirralla kondensaattorilla on tietty vastus. Kondensaattorin kapasitanssi vaihtovirtaan Rc lasketaan kuvassa esitetyn kaavan mukaan.
  Kaavassa kapasitiivisen vaihtovirtavastuksen laskemiseksi taajuus ilmaistaan \u200b\u200bhertseinä ja kondensaattorin kapasitanssi fareissa. Kaavasta voidaan nähdä, että kun taajuutta f kasvatetaan kondensaattorin vakiokapasitanssilla, resistanssi Rc pienenee, samoin kondensaattorin kapasitanssin kasvaessa vakiotaajuudella, myös resistenssi Rc pienenee. Kondensaattorit samoin kuin vastukset voidaan kytkeä rinnakkain ja sarjaan tietyn kapasitanssin Co saamiseksi. Kaavat tuloksena olevan kapasiteetin laskemiseksi on esitetty kuvassa.



SUUNNITTELU, PARAMETRIT JA TAPAHTUMATYYPIT.   Oletetaan, että rakennamme kondensaattoria ja yritämme jo tietyn tietämyksen perusteella laskea kondensaattorin kapasitanssin. Kuten tiedetään, kondensaattorin kapasitanssi riippuu levyjen S pinta-alasta, levyjen d etäisyydestä ja käytetyn dielektrisen Er: n dielektrisyysvakioon. Kondensaattorilevyt on valmistettu metalleista, joilla on hyvä sähkönjohtavuus - alumiinista, kuparista, hopeasta, kullasta. Kondensaattorin kapasiteetti ei riipu levyjen paksuudesta, joten mitä ohuempia kondensaattorin levyjä on, sitä parempi - säästää metallia ja vähennä kondensaattorin geometrista tilavuutta.


  Etäisyyden d ei tulisi olla liian pieni dielektrisen sähkön rikkoutumisen välttämiseksi.
Dielektriseksi valitsemme tavallisimman materiaalin - getinax Er: n ollessa yhtä suuri kuin 6 ... 8. Otetaan Er kondensaattorillemme 7.


  Pinta-ala S lasketaan yhdelle kondensaattorilevylle edellyttäen, että levyjen lineaariset mitat ovat samat. Jos jollakin levyistä on lyhyempi pituus tai leveys, niin ala lasketaan pienemmälle levylle.
  Kaikki koot - levyjen pituus ja leveys sekä niiden välinen etäisyys tulisi ilmaista metreinä. Otamme mitat kuvan osoittamalla tavalla. Korvaamme tietomme kondensaattorin kapasitanssin laskemiseen käytettävässä kaavassa: C \u003d Er * Eo * S / d;
  C \u003d 7 * 8,854 * 10 -12 * 0,0025 / 0,001 \u003d 0,000000000155F (faradit).
  Nostamme tuloksen 12 asteeseen kapasitanssin arvon saamiseksi pikofaradeissa:
  C \u003d 0,000000000155 12 \u003d 155pF.
  Meille saaman kondensaattorin 155pf kapasitanssi on hyvin pieni, yleensä sellaisia \u200b\u200bkapasiteetteja käytetään laitteissa, jotka toimivat suurilla vaihtovirtataajuuksilla, jotka ovat luokkaa 1 - 600 MHz (megahertsi).
  Kuvittele, että kehitämme miniatyyriä taskuradiovastaanotinta, jossa tarvitaan noin 30 tällaista kondensaattoria.

  Jos asennamme piiriin 30 kehittämämme kondensaattoria ottamatta huomioon muita tarvittavia radiokomponentteja, radiovastaanottimesi ei toimi miniatyyriisesti. Asia on, että vain kondensaattoreidemme tilavuus muuttuu sellaiseksi, että sitä ei voida mitenkään kutsua hyväksyttäväksi.
  Yhden kondensaattorin tilavuus Vc on yhtä suuri kuin Vc \u003d 5cm * 5cm * 0.1cm
  Vc \u003d 2,5 cm kuutiota kohti. Silloin 30 kondensaattorin tilavuus on yhtä suuri kuin:
  V \u003d 30 * 2,5 \u003d 75 cm / kuutio.
  Mitä tehdä, miten olla, kuinka pienentää pienikokoisissa radiolaitteissa käytettävän kondensaattorin geometrista tilavuutta? Tämän ongelman ratkaisemiseksi levyjen välinen etäisyys minimoidaan, sitten kapasitanssi kasvaa ja kondensaattorin geometrinen tilavuus pienenee. Mutta etäisyys pienenee tiettyihin rajoihin, muuten kondensaattori murtuu jopa matalalla jännitteellä, joka syötetään kondensaattorille. Tässä suhteessa jokaisessa kondensaattorissa ilmoitetaan jännite, jonka se kestää.

Levyjen pinta-alan pienentämiseksi kondensaattori tehdään monikerroksiseksi, joka koostuu useista samanaikaisesti kytketyistä kondensaattoreista (muista kaava kondensaattoreiden rinnankytkentälle).
  Pienikokoisissa kondensaattoreissa käytetään synteettisiä materiaaleja valmistettuja ohutkalvoja, ja suojaina käytetään metallikalvoja, useimmiten alumiinia.



Kondensaattorikotelossa ilmoitetaan yleensä sen tyyppi, kapasiteetti ja käyttöjännite. Kondensaattorin jäljellä olevat parametrit määritetään referensseistä. Kondensaattorin kapasitanssi osoitetaan eri tavalla kuin sähköpiireissä. Esimerkiksi 2,2pF-kapasitanssi on merkitty 2P2, 1500pF-kapasitanssi on 1H5, 0,1 microfarad-kapasitanssi on M1, 2,2 microfarad-kapasitanssi on 2M2 ja 10 microfarad-kapasitanssi on 10M.
  Tavanomaisille kondensaattoreille KM, KD, MBM ja niin edelleen, on vaikeaa saavuttaa suurta kapasiteettia pienillä mitoilla, joten on kehitetty ns. Elektrolyyttikondensaattoreita, joissa dielektrinä käytetään erityistä elektrolyyttistä nestettä, jolla on erittäin suuri Er. Tällaisten kondensaattoreiden kapasiteetti voi olla satoja tuhansia mikrotunnuksia. Tällaisten kondensaattoreiden haittana on pieni käyttöjännite (jopa 500 V) ja napaisuuden pakollinen noudattaminen, kun se sisältyy piiriin.
  Tietyntyyppisten radiolaitteiden, kuten radion tai television, konfigurointiin ja hienosäätöön käytetään erityisiä kondensaattoreita, joilla on muuttuva kapasitanssi.

Tarkoituksesta riippuen sellaisia \u200b\u200bkondensaattoreita kutsutaan “viritys” ja “muuttuvat kondensaattorit”.
  Muuttuvien ja virityskondensaattoreiden kapasitanssi muuttuu mekaanisesti muuttamalla levyjen välistä etäisyyttä tai muuttamalla levyjen pinta-alaa. Tällaisissa kondensaattoreissa dielektrinä käytetään ilmaa tai posliinia.
  Yhteenvetona on huomattava, että radio-elektroniikan nopean kehityksen vuoksi viritys- ja muuttuvia kondensaattoreita ei käytännössä käytetä. Ne korvataan onnistuneesti erikoissuodattimilla ja puolijohdelaitteilla, jotka eivät vaadi parametrien mekaanista muuttamista.