Bagaimana kapasitor diisi dalam rangkaian arus bolak-balik. Prinsip operasi kapasitor

Banyak waktu telah berlalu sejak von Kleist - bukan seorang pemimpin militer, tetapi seorang pendeta - memutuskan untuk mengambil dengan tangannya sebuah toples (botol) berisi air dengan elektroda diturunkan di sana. Ada berbagai macam desain kapasitor saat ini. Kami tidak berdaya untuk berjanji untuk mempertimbangkan 100%, kami akan memberikan gambaran tentang prinsip pengoperasian kapasitor, karakteristik teknis. Kami berharap peninjauan ini berhasil.

Hati-hati, kapasitor berfungsi: sejarah toples Leyden

Lebih mudah untuk memulai dengan muatan statis. Para ilmuwan telah mencatat bahwa konduktor mampu mengakumulasi listrik di permukaannya. Kepadatan distribusinya sama di seluruh wilayah. Perbedaan utama antara logam dan dielektrik yang mengakumulasi muatan. Saat menghuni sebongkah besi, pembawa arus cenderung menempati posisi ekstrim, saling tolak menolak. Akibatnya, mereka terakumulasi secara merata di permukaan.

Prinsipnya telah diciptakan generator yang mampu mengakumulasi muatan dengan potensi satu juta volt. Ketika menyentuh bagian yang membawa arus, seseorang akan terbakar. Kapasitor bekerja dengan cara yang sama. Mereka dibentuk oleh konduktor, yang luasnya sangat meningkat. Tercapai berbagai metode. Dalam kapasitor elektrolitik, aluminium foil digulung. Sebuah silinder kecil dapat berisi strip logam bermeter-meter.

Mari kita jelaskan pekerjaannya. Ketika muatan muncul pada logam (permukaan konduktif), distribusi permukaan dimulai. Pada tahun 1745, pendeta-pengacara Ewald Jürgen von Kleist menemukan bahwa dengan memegang kendi berisi air di tangannya, dia dapat menyimpan listrik di dalamnya. Telapak tangan berfungsi sebagai pelat penghantar volume cairan (menurut permukaan luar) - lain. Kaca bertindak sebagai penghalang dielektrik. Ketika elektroda diturunkan ke dalam air, pembawa cenderung menempati posisi ekstrim, membuat permukaan berkerut. Melalui kaca, medan bekerja pada telapak tangan, dan proses serupa dimulai sebagai respons (muatan menarik pembawa tanda yang berlawanan).

Kemudian, mereka memutuskan untuk membungkus wadah tersebut dengan kertas timah, dan hasilnya adalah toples Leyden - kapasitor fungsional pertama di Bumi yang ditemukan oleh manusia. Terjadi ketika Pieter van Musschenbrouck terkesan dengan kekuatan sengatan listrik yang diterimanya selama percobaan. Menjadi jelas: eksperimen itu tidak aman, lengannya harus diganti. Para ilmuwan menulis: dia menghindari godaan nasib untuk kedua kalinya demi kerajaan Prancis. Daniel Gralat dari Denmark adalah orang pertama yang berpikir untuk menghubungkan stoples Leyden secara paralel, sehingga memberikan kapasitas yang lebih tinggi pada sistem. Mengingatkan pada baterai timbal-asam modern dalam desain.

Lucunya, perangkat seperti itu digunakan hingga tahun 1900, komunikasi radio mulai digunakan memaksa kita mencari cara baru untuk memecahkan masalah, frekuensi sinyal listrik yang relatif tinggi digunakan. Hasilnya, kapasitor kertas pertama muncul; lembaran berminyak memisahkan dua pelat kertas timah yang digulung menjadi silinder satu sama lain. Lambat laun, seiring berkembangnya produksi, bahan lain mulai digunakan sebagai isolator:

Keramik.
Mika.
Kertas.

Namun terobosan nyata dalam desain kapasitor terjadi ketika orang menemukan cara untuk mengganti dielektrik dengan lapisan oksida pada permukaan logam yang teroksidasi. Ini menyangkut kapasitor elektrolitik. Satu silinder foil dilapisi dengan oksida. Lebih sering saat ini, etsa digunakan (oksidasi material yang disengaja oleh aksi lingkungan agresif), tetapi jika persyaratan teknisnya tinggi, anodisasi digunakan. Membiarkan Anda mendapatkan permukaan halus, berdekatan dengan elektroda yang bertanda berlawanan.

Sampulnya adalah foil teroksidasi dan kertas yang diresapi dengan elektrolit. Mereka dipisahkan oleh lapisan tipis oksida, sehingga memungkinkan untuk memperoleh kapasitansi yang luar biasa, satuan hingga puluhan mikrofarad dengan volume yang relatif kecil. Karakteristik teknis kapasitor sungguh menakjubkan. Gulungan kedua alumunium foil akan berfungsi sebagai penghantar listrik sederhana, merupakan salah satu kontak. Oksida punya satu properti yang luar biasa- menghantarkan arus dalam satu arah. Ketika kapasitor elektrolitik dihubungkan dengan sisi yang salah, terjadi ledakan (penghancuran dielektrik, pendidihan elektrolit, pembentukan uap, pecahnya wadah).

Menolak berfungsi sebagai dielektrik, lapisan pemisah menjadi konduktor. Karena peningkatan tajam suhu di area tersebut, reaksi seperti longsoran dimulai antara logam dan elektrolit, dan kapasitor membengkak. Dilihat oleh banyak amatir radio, kami menghindari memberi tahu Anda bahwa prosesnya akan memberikan sedikit kesenangan bagi pemirsa yang penuh perhatian.

Mengapa kapasitor memerlukan dielektrik?

Telah diketahui bahwa jika Anda menempatkan bahan isolasi di antara pelat kapasitor, kapasitansinya meningkat. Para pakar bingung sejak lama, konsep itu terungkap konstanta dielektrik. Ternyata, menurut teorema Gauss, kuat medan pelat dapat dikaitkan dengan kapasitansi kapasitor. Ternyata isolator memastikan akumulasi muatan oleh logam, mengumpulkan pembawa yang bertanda berlawanan di permukaan. Kami yakin pembaca telah menebak: mereka menciptakan medan yang mengarah ke medan aslinya, menyebabkan pelemahan yang meningkatkan kapasitas struktur.

Dielektrik kapasitor

Tabel menunjukkan: kertas, keramik tidak keluar bahan terbaik. Nilai asam sulfat mencapai 150 satuan, hampir dua kali lipat lebih tinggi. Selain itu, dalam bentuknya yang murni, zat tersebut merupakan isolator. Oleh karena itu, mungkin akan tiba saatnya prinsip pengoperasian kapasitor akan diwujudkan bukan dengan larutan, tetapi dengan asam sulfat murni. Terkenal baterai asam timbal mereka menyimpan energi secara berbeda (reaksi). Opsi-opsi yang dipertimbangkan bukanlah satu-satunya opsi; opsi-opsi tersebut lebih luas.

Secara global, kami membagi kapasitor menjadi dua kelompok:

Elektrolit (polar).
Non-polar.

Mereka bercerita tentang pengaturan yang pertama. Perbedaannya hanya terbatas pada bahan pelapisnya saja. Titanium oksida memiliki konstanta dielektrik mendekati seratus. Jelas bahwa bahan tersebut lebih disukai untuk membuat produk berkualitas tinggi. Biayanya mahal. Barium titanat menunjukkan konstanta dielektrik yang lebih tinggi. Hampir semua kapasitor dibentuk oleh pelat. Dielektrik menambah kapasitansi pada produk. Lebih sering model terbaik kapasitor mengandung logam berharga, paladium, platinum.

Penandaan, karakteristik teknis kapasitor

Penandaan kapasitor berisi parameter tegangan operasi maksimum yang diizinkan. Penunjukan diberikan sesuai dengan GOST 25486, kemudian klarifikasi mencapai standar industri. Misalnya, peringkatnya ditunjukkan sesuai dengan GOST 28364. Hampir tidak mungkin menemukan standar terpisah untuk kapasitor elektrolitik. Namun, penulis melakukannya, kami mengundang pembaca untuk mempelajari GOST 27550. Pada kasus ini, semua jenis kapasitor mengandung tanda berikut:

Penandaan perumahan

Logo pabrikan.
Jenis kapasitor.

Sulit untuk mengatakan dengan pasti; kebanyakan kapasitor elektrolitik ditandai dengan huruf K, beberapa angka, sering dipisahkan dengan tanda hubung. Mengikuti logika, kita akan menemukan standar yang sesuai atau materi lain di Internet.

Menurut aturan gost 28364, denominasi terdiri dari 3-5 karakter, salah satunya adalah huruf.

P artinya awalan pico, n - nano, mk - mikro. Jika pecahannya dilengkapi dengan bagian pecahan, maka ditempatkan terakhir setelah huruf. Seri nilai kapasitansi (tidak lengkap) diberikan oleh GOST 28364 menggunakan contoh. Apakah norma-norma standar ini terpenuhi secara praktis? Bukan untuk kapasitor elektrolitik. Tampaknya disebabkan oleh denominasi besar. Anda dapat dengan mudah melihat tulisan seperti 2000 uF pada K50-6. Menurut GOST 28364, seharusnya terlihat seperti 2m0. Untuk kapasitor elektrolitik, digunakan GOST 11076. Seiring dengan penunjukan kode (GOST 28364), notasi tradisional (2000 μF) diperbolehkan. Anda tahu, tujuan kapasitor sering kali menentukan cara pelabelannya. Elektrolit sering muncul bagian yang tidak terpisahkan filter catu daya. Di sini Anda memerlukan peringkat yang lebih tinggi, fungsinya sangat berbeda dari prinsip pengoperasian kapasitor cabang pemisah rangkaian arus bolak-balik.

Jika, menurut standar sebelumnya, tegangan operasi kapasitor ditempatkan di urutan pertama, in model modern dan sebaliknya. Penunjukannya dinyatakan dalam volt.

Penunjukan kapasitor elektrolitik

Ini adalah tegangan operasi, bukan tegangan rusaknya. Unit kapasitor mudah terbakar ketika dibakar dengan nilai yang tinggi. Lapisan lebih tipis dielektrik, kerusakan lebih mudah terjadi. Ada kontradiksi antara jarak yang memisahkan pelat (lebih kecil - nilai lebih tinggi) dan keinginan untuk meningkatkan tegangan operasi.

Penyimpangan kapasitansi yang diijinkan sering kali ditutup-tutupi.

Proses penuaan membawa denominasi melampaui batas operasionalnya. Dapat dikatakan bahwa kebutuhan kapasitor tidak dapat diproduksi dengan menggunakan produk kadaluwarsa. Namun, amatir radio melakukannya dengan caranya sendiri. Mereka membunyikan kapasitor, menentukan nilai baru, meminta bantuan penguji, dan menggunakannya.

Huruf B untuk kapasitor dengan desain segala iklim.
Sebelum mengisi kapasitor, coba pahami apakah kapasitor bersifat polar (elektrolitik).

Produk mungkin meledak. Tentu saja, kapasitor polar tidak dapat dihubungkan ke rangkaian arus bolak-balik. Tidak ada satu jenis penandaan yang disediakan, makalah ini menetapkan: persyaratan dapat ditentukan oleh industri spesifikasi teknis. Misalnya tanda plus/minus. Pada produk impor, kutub negatif ditandai dengan garis terang pada bodi berwarna gelap.

Penunjukannya diakhiri dengan tanggal rilis (bulan, tahun), harga.

Jelas, yang terakhir berbeda dengan yang modern kondisi perekonomian tidak berhubungan. Anda dapat, misalnya, menunjukkan - sebelum aneksasi Krimea, setelah - nilai ini dan itu. Tentu saja, cu dapat diterapkan, seperti yang biasa dilakukan produsen setelah perestroika dengan cara yang sederhana– mengabaikan hal-hal kecil (biaya).

Harap dicatat bahwa kapasitor mungkin untuk waktu yang lama biaya toko. Ada risiko sengatan listrik. Setiap tukang reparasi yang bekerja dengan peralatan radio mengetahui: permulaan perbaikan catu daya switching didahului dengan proses pengosongan kapasitor. Lebih sering hal ini dilakukan dengan menggunakan bola lampu, dilarang oleh standar, dan disekrup ke soket. Dua kabel telanjang dihubungkan ke bagian sirkuit yang membawa arus, pulsa menyalakan spiral untuk waktu yang singkat. Omong-omong, struktur sering kali dimasukkan sebagai pengganti sekering untuk memahami apakah arus di sirkuit masih tinggi (ini berarti ada kerusakan dan memerlukan diagnosis lebih lanjut).

Mengidentifikasi kerusakan kapasitor memerlukan keterampilan, tetapi dapat dilakukan dengan pengetahuan khusus. Anda perlu memiliki multimeter sederhana. Kami telah memberi tahu Anda cara memeriksa kapasitor menggunakan tester, kami mengarahkan pembaca ke ulasan terkait, dan dengan izin dari masyarakat terhormat, kami segera mengambil cuti.

Mereka digunakan dalam pengatur waktu karena resistor memungkinkan pengisian dan pengosongan yang lambat. Induktor, bersama dengan kapasitor, terdapat dalam rangkaian rangkaian osilasi perangkat penerima dan transmisi. DI DALAM berbagai desain catu daya, mereka secara efektif menghaluskan riak tegangan setelah proses perbaikan.

Ia melewati kapasitor dengan mudah, tetapi tertunda. Hal ini memungkinkan untuk menghasilkan filter untuk berbagai keperluan. Dalam rangkaian listrik dan elektronik, kapasitor membantu memperlambat proses seperti kenaikan atau penurunan tegangan.

Kapasitor: prinsip operasi

Prinsip dasar pengoperasian kapasitor adalah kemampuannya menyimpan muatan listrik. Artinya, dapat diisi atau dikosongkan pada waktu yang tepat. Properti ini paling jelas dimanifestasikan ketika paralel atau koneksi serial kapasitor dengan induktor pada rangkaian pemancar atau penerima radio.

Koneksi ini memungkinkan Anda memperoleh perubahan polaritas pelat secara berkala. Pertama, pelat pertama bermuatan positif, kemudian pelat kedua bermuatan negatif. Setelah pengosongan total, pengisian terjadi dalam arah yang berlawanan. Alih-alih bermuatan positif, pelat menerima muatan negatif dan sebaliknya pelat negatif menjadi bermuatan positif. Perubahan polaritas ini terjadi setelah setiap pengisian dan pengosongan. Prinsip operasi ini menjadi dasar generator yang dipasang pada perangkat transceiver analog.

Ciri utamanya adalah kapasitansi listrik

Ketika mempertimbangkan prinsip pengoperasian kapasitor, kita tidak boleh melupakan karakteristik seperti kapasitansi listrik. Pertama-tama, terletak pada kemampuan kapasitor untuk menahan muatan listrik. Artinya, semakin tinggi kapasitasnya, maka semakin besar pula kapasitasnya nilai yang lebih tinggi biaya dapat dihemat.

Pengukuran kapasitansi listrik Kapasitor diproduksi dalam satuan farad dan dilambangkan dengan huruf F. Namun satu farad merupakan kapasitansi yang sangat besar, oleh karena itu dalam praktiknya digunakan satuan yang lebih kecil, seperti mikro, nano, dan pikofarad.

Menghadirkan kesulitan tertentu karena berbagai pilihan tanda.

VI. Ketergantungan kapasitansi kapasitor pada waktu dan suhu

V. Polarisasi dielektrik

IV. Kapasitas nominal dan penyimpangan yang diperbolehkan

AKU AKU AKU. Kapasitas

Sistem simbol dan penandaan kapasitor

II. Klasifikasi kapasitor

Tergantung dari tujuan membedakan antara kapasitor biasa dan tujuan khusus. Kelompok tujuan umum termasuk kapasitor yang banyak digunakan yang digunakan di sebagian besar jenis dan kelas peralatan (kapasitor tegangan rendah). Semua kapasitor lainnya istimewa. Ini termasuk tegangan tinggi, pulsa, peredam bising, start, dosimetri, dll.

Berdasarkan sifat perubahan kapasitas Ada kapasitor dengan kapasitansi tetap, kapasitansi variabel, dan kapasitor tuning. Untuk kapasitor kapasitansi konstan, kapasitansinya tetap dan tidak berubah selama pengoperasian. Kapasitor variabel - memungkinkan kapasitansi berubah selama pengoperasian peralatan. Wadah dapat dikontrol secara mekanis, tegangan listrik(varikond) dan suhu (kapasitor termal). Kapasitas penyetelan kapasitor berubah selama penyesuaian satu kali atau berkala dan tidak berubah selama pengoperasian peralatan.

Berdasarkan sifat perlindungan dari faktor eksternal kapasitor dibuat tidak terlindung, terlindung, tidak berinsulasi, berinsulasi, tersegel dan tersegel. Kapasitor yang tidak terlindungi memungkinkan pengoperasian dalam kondisi tertentu kelembaban tinggi hanya sebagai bagian dari peralatan yang disegel. Kapasitor yang dilindungi memungkinkan pengoperasian pada peralatan dengan desain apa pun. Kapasitor yang tidak berinsulasi tidak membiarkan wadahnya menyentuh sasis peralatan. Kapasitor berinsulasi memiliki lapisan insulasi yang baik (senyawa, plastik, dll.) dan memungkinkan bodinya menyentuh sasis atau bagian aktif dari peralatan. Kapasitor tertutup – memiliki struktur rumah yang disegel dengan bahan organik. Kapasitor tertutup - memiliki desain rumah tertutup yang menghilangkan kemungkinan komunikasi lingkungan dengan ruang interiornya. Penyegelan dilakukan dengan menggunakan keramik dan kotak logam atau botol kaca.

Sistem simbol dan penandaan kapasitor dapat disingkat atau lengkap.

Menurut sistem saat ini disingkat simbol terdiri dari huruf dan angka.

Elemen pertama adalah huruf atau kombinasi huruf yang menunjukkan subkelas kapasitor: K - kapasitansi konstan; CT – penyetelan; KP – kapasitas variabel; KS – rakitan kapasitor.

Elemen kedua, angka, menunjukkan kelompok kapasitor tergantung pada bahan dielektriknya.

Elemen ketiga adalah angka, ditulis dengan tanda hubung dan menunjukkan nomor registrasi kapasitor jenis tertentu. Unsur ketiga juga dapat mencakup penunjukan huruf.

Simbol lengkap kapasitor terdiri dari singkatan, penunjukan dan nilai parameter dan karakteristik utama yang diperlukan untuk pemesanan dan pencatatan dokumentasi desain, penunjukan desain iklim dan dokumen pengiriman.

Misalnya:

Kapasitor keramik kapasitor tetap Tegangan terukur hingga 1600 V dtk nomor pendaftaran 17 mempunyai lambang singkatan K10-17;

Penghias kapasitor keramik dengan nomor registrasi 25 disingkat KT4-25;

Kapasitor keramik K10-7V, desain segala iklim dengan koefisien suhu kapasitas sama dengan kapasitas yang ternilai 27pF, dengan toleransi ±10%, dipasok sesuai dengan GOST 5.621-70 memiliki simbol lengkap:

K10-7V-M47-27pF±10% Gost 5.621-70

Penunjukan berkode dimaksudkan untuk menandai kapasitor berukuran kecil dan untuk menulis pada multi-elemen format kecil diagram kelistrikan. Sebutan lengkapnya terdiri dari makna kapasitas yang ternilai(digit) dan sebutan satuan (pF, µF, F). Misalnya: 1,5 pF (1P5 atau 1p5), 0,1 µF, 10 F.

Sifat utama kapasitor adalah kapasitasnya, yaitu kemampuannya untuk terakumulasi pada pelat muatan listrik. Dinyatakan dengan rasio:

Di mana Q– muatan listrik pada pelat kapasitor dalam coulomb [C];

kamu– tegangan diterapkan ke pelat [V].

Farad adalah satuan yang besar, jadi satuan yang lebih kecil digunakan untuk memperkirakan kapasitansi, yang antara satuan tersebut terdapat hubungan sebagai berikut:

Kapasitansi kapasitor bergantung pada dimensi geometrisnya (pada luas pelat dan jarak antara keduanya) dan jenis dielektrik (pada konstanta dielektrik)

Kapasitas kapasitor datar dinyatakan dengan rumus:

[F] ,

Di mana S– area lapisan;

H– ketebalan dielektrik [m].

Untuk kapasitor multipelat datar yang dirakit dari N pelat dihubungkan melalui satu secara paralel:

[F] ,

Di mana H– jarak antar pelat.

Untuk kapasitor silinder, yaitu dua silinder penghantar koaksial yang dipisahkan oleh dielektrik: