ตัวเก็บประจุทำงานด้วยไฟฟ้ากระแสสลับหรือไฟฟ้ากระแสตรง ทำไมตัวเก็บประจุไม่ผ่านกระแสตรง แต่ยอมให้กระแสสลับผ่านได้? ตัวเก็บประจุนำไฟฟ้ากระแสสลับ

ในทุกสาขาวิศวกรรมวิทยุและ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์นอกจากทรานซิสเตอร์และไมโครวงจรแล้ว ตัวเก็บประจุยังใช้อีกด้วย บางวงจรมีมากกว่านั้นบางวงจรมีน้อยกว่า แต่ในทางปฏิบัติแล้วไม่มีวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่มีตัวเก็บประจุ

ในขณะเดียวกัน ตัวเก็บประจุสามารถทำงานได้หลากหลายในอุปกรณ์ ประการแรกคือความจุในตัวกรองของวงจรเรียงกระแสและความคงตัว การใช้ตัวเก็บประจุ สัญญาณจะถูกส่งระหว่างสเตจของแอมพลิฟายเออร์ มีการสร้างฟิลเตอร์โลว์พาสและไฮพาส ช่วงเวลาจะถูกตั้งค่าตามการหน่วงเวลา และเลือกความถี่การสั่นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่างๆ

ตัวเก็บประจุติดตามต้นกำเนิดย้อนกลับไปที่ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ Pieter van Musschenbroeck ใช้ในการทดลองของเขาในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 เขาอาศัยอยู่ในเมืองไลเดน จึงไม่ยากที่จะเดาว่าทำไมขวดนี้ถึงถูกเรียกอย่างนั้น

จริงๆแล้วมันเป็นขวดแก้วธรรมดาที่บุด้วยกระดาษฟอยล์ดีบุก - สตานิออลทั้งภายในและภายนอก ใช้เพื่อจุดประสงค์เดียวกับอะลูมิเนียมสมัยใหม่ แต่ยังไม่มีการค้นพบอะลูมิเนียม

แหล่งไฟฟ้าแห่งเดียวในสมัยนั้นคือเครื่องอิเล็กโตรฟอร์ซึ่งสามารถพัฒนาแรงดันไฟฟ้าได้สูงถึงหลายร้อยกิโลโวลต์ นี่คือที่ที่ขวด Leyden ถูกชาร์จ หนังสือเรียนวิชาฟิสิกส์บรรยายถึงกรณีที่ Muschenbroek ปล่อยกระป๋องของเขาผ่านโซ่ที่มีทหารองครักษ์สิบคนจับมือกัน

ในเวลานั้นไม่มีใครรู้ว่าผลที่ตามมาอาจเป็นเรื่องน่าเศร้า การตีค่อนข้างอ่อนไหว แต่ก็ไม่ทำให้เสียชีวิต มันไม่ได้เกิดขึ้นเพราะความจุของขวดเลย์เดนไม่มีนัยสำคัญ ชีพจรมีอายุสั้นมาก ดังนั้นพลังการคายประจุจึงต่ำ

ตัวเก็บประจุทำงานอย่างไร?

การออกแบบตัวเก็บประจุแทบไม่ต่างจากขวด Leyden: แผ่นสองแผ่นเดียวกันคั่นด้วยอิเล็กทริก นั่นแหละคือสิ่งที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน ไดอะแกรมไฟฟ้าตัวเก็บประจุจะแสดง รูปที่ 1 แสดงการออกแบบแผนผังของตัวเก็บประจุแบบแผ่นเรียบและสูตรการคำนวณ

รูปที่ 1 การออกแบบตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนาน

โดยที่ S คือพื้นที่ของแผ่นเปลือกโลกในหน่วยตารางเมตร d คือระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลกเป็นเมตร C คือความจุในหน่วยฟารัด ε คือค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของตัวกลาง ปริมาณทั้งหมดที่รวมอยู่ในสูตรจะแสดงอยู่ในระบบ SI สูตรนี้ใช้ได้กับตัวเก็บประจุแบบแบนที่ง่ายที่สุด: คุณสามารถวางแผ่นโลหะสองแผ่นติดกันซึ่งเป็นข้อสรุป อากาศสามารถทำหน้าที่เป็นอิเล็กทริกได้

จากสูตรนี้สามารถเข้าใจได้ว่ายิ่งพื้นที่ของแผ่นเปลือกโลกมีขนาดใหญ่ขึ้นและระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลกก็จะน้อยลงเท่าใด ความจุของตัวเก็บประจุก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น สำหรับตัวเก็บประจุที่มีรูปทรงต่างกัน สูตรอาจแตกต่างกัน เช่น ค่าความจุของตัวนำตัวเดียวหรือ แต่การขึ้นอยู่กับความจุบนพื้นที่ของแผ่นเปลือกโลกและระยะห่างระหว่างพวกมันจะเหมือนกับตัวเก็บประจุแบบแบน: ยิ่งพื้นที่มีขนาดใหญ่และยิ่งระยะห่างน้อยลงเท่าใดความจุก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ที่จริงแล้วจานไม่ได้ถูกทำให้แบนเสมอไป สำหรับตัวเก็บประจุหลายตัว เช่น ตัวเก็บประจุแบบโลหะ-กระดาษ แผ่นต่างๆ จะเป็นอลูมิเนียมฟอยล์ที่ม้วนเข้าด้วยกันโดยมีกระดาษไดอิเล็กทริกเป็นลูกบอลแน่น มีรูปร่างคล้ายกล่องโลหะ

เพื่อเพิ่มความแข็งแรงทางไฟฟ้า กระดาษตัวเก็บประจุแบบบางจะถูกชุบด้วยสารประกอบฉนวน ซึ่งส่วนใหญ่มักเป็นน้ำมันหม้อแปลง การออกแบบนี้ทำให้สามารถสร้างตัวเก็บประจุที่มีความจุสูงถึงหลายร้อยไมโครฟารัดได้ ตัวเก็บประจุทำงานในลักษณะเดียวกันกับไดอิเล็กทริกอื่นๆ

สูตรไม่มีข้อจำกัดใดๆ เกี่ยวกับพื้นที่ของแผ่น S และระยะห่างระหว่างแผ่น d หากเราสมมติว่าแผ่นเปลือกโลกสามารถเว้นระยะห่างได้มากและในขณะเดียวกันพื้นที่ของแผ่นเปลือกโลกก็สามารถทำให้มีขนาดเล็กมากได้ ความจุบางส่วนจะยังคงอยู่แม้ว่าจะเล็กก็ตาม เหตุผลดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าแม้แต่ตัวนำไฟฟ้าสองตัวที่อยู่ติดกันก็มีความจุไฟฟ้า

เหตุการณ์นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีความถี่สูง: ในบางกรณีตัวเก็บประจุถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของรางวงจรพิมพ์หรือแม้แต่เพียงสองสายที่บิดเข้าด้วยกันในฉนวนโพลีเอทิลีน เส้นลวดหรือสายเคเบิลธรรมดาก็มีความจุเช่นกัน และจะเพิ่มขึ้นตามความยาวที่เพิ่มขึ้น

นอกจากความจุ C แล้ว สายเคเบิลใดๆ ยังมีความต้านทาน R อีกด้วย คุณสมบัติทางกายภาพทั้งสองนี้กระจายไปตามความยาวของสายเคเบิล และเมื่อส่งสัญญาณพัลส์ สายเคเบิลเหล่านั้นจะทำงานเป็นสายโซ่ RC ที่บูรณาการ ดังแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2.

ในรูปทุกอย่างเรียบง่าย: นี่คือวงจร นี่คือสัญญาณอินพุต และนี่คือสัญญาณเอาท์พุต แรงกระตุ้นนั้นบิดเบี้ยวเกินกว่าจะรับรู้ได้ แต่การกระทำนี้เกิดขึ้นโดยตั้งใจ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ว่าทำไมวงจรจึงถูกประกอบขึ้น ในระหว่างนี้ เรากำลังพูดถึงผลกระทบของความจุของสายเคเบิลต่อสัญญาณพัลส์ แทนที่จะเป็นพัลส์ จะมี “กระดิ่ง” แบบนี้ปรากฏที่ปลายอีกด้านของสายเคเบิล และหากพัลส์สั้นก็อาจไม่ไปถึงปลายอีกด้านของสายเคเบิลเลยก็อาจหายไปโดยสิ้นเชิง

ข้อเท็จจริงทางประวัติศาสตร์

ที่นี่ค่อนข้างเหมาะสมที่จะระลึกถึงเรื่องราวของการวางสายเคเบิลข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก ความพยายามครั้งแรกในปี พ.ศ. 2400 ล้มเหลว: จุดโทรเลขและขีดกลาง (พัลส์สี่เหลี่ยม) บิดเบี้ยวจนไม่สามารถสร้างสิ่งใดออกมาได้ที่ปลายอีกด้านของเส้นยาว 4,000 กม.

มีความพยายามครั้งที่สองในปี พ.ศ. 2408 มาถึงตอนนี้ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ดับเบิลยู. ทอมป์สัน ได้พัฒนาทฤษฎีการส่งข้อมูลผ่านเส้นยาว ตามทฤษฎีนี้ การวางสายเคเบิลกลับกลายเป็นว่าได้รับผลสำเร็จมากขึ้น

สำหรับความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์นี้ สมเด็จพระราชินีวิกตอเรียทรงมอบตำแหน่งอัศวินแก่นักวิทยาศาสตร์และตำแหน่งลอร์ดเคลวิน นี่เป็นชื่อเมืองเล็กๆ แห่งหนึ่งบนชายฝั่งไอร์แลนด์ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของการวางสายเคเบิล แต่นี่เป็นเพียงคำพูด และตอนนี้ลองกลับไปที่ตัวอักษรตัวสุดท้ายในสูตร กล่าวคือ ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของตัวกลาง ε

เล็กน้อยเกี่ยวกับไดอิเล็กทริก

ε นี้อยู่ในตัวส่วนของสูตร ดังนั้นการเพิ่มขึ้นจะส่งผลให้ความจุเพิ่มขึ้น สำหรับไดอิเล็กทริกส่วนใหญ่ที่ใช้ เช่น อากาศ ลาฟซาน โพลีเอทิลีน ฟลูออโรเรซิ่น ค่าคงที่นี้เกือบจะเท่ากับค่าสุญญากาศ แต่ในขณะเดียวกันก็มีสารหลายชนิดที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงกว่ามาก หากคอนเดนเซอร์อากาศเติมอะซิโตนหรือแอลกอฮอล์ ความจุจะเพิ่มขึ้น 15...20 เท่า

แต่สารดังกล่าวนอกเหนือจาก ε สูงแล้ว ยังมีค่าการนำไฟฟ้าค่อนข้างสูง ดังนั้นตัวเก็บประจุดังกล่าวจะเก็บประจุได้ไม่ดีนัก และจะคายประจุผ่านตัวมันเองอย่างรวดเร็ว ปรากฏการณ์ที่เป็นอันตรายนี้เรียกว่ากระแสไฟรั่ว ดังนั้นจึงมีการพัฒนาวัสดุพิเศษสำหรับไดอิเล็กทริกซึ่งทำให้สามารถให้กระแสรั่วไหลที่ยอมรับได้พร้อมความจุตัวเก็บประจุจำเพาะสูง นี่คือสิ่งที่อธิบายอย่างชัดเจนถึงประเภทและประเภทของตัวเก็บประจุซึ่งแต่ละประเภทได้รับการออกแบบสำหรับเงื่อนไขเฉพาะ

มีกำลังการผลิตเฉพาะสูงสุด (อัตราส่วนความจุ/ปริมาตร) ความจุของ "อิเล็กโทรไลต์" สูงถึง 100,000 uF แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานสูงถึง 600V ตัวเก็บประจุดังกล่าวทำงานได้ดีที่ความถี่ต่ำเท่านั้น โดยส่วนใหญ่มักอยู่ในตัวกรองแหล่งจ่ายไฟ ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าเชื่อมต่อกับขั้วที่ถูกต้อง

อิเล็กโทรดในตัวเก็บประจุดังกล่าวเป็นฟิล์มบางของโลหะออกไซด์ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมตัวเก็บประจุเหล่านี้จึงมักเรียกว่าตัวเก็บประจุออกไซด์ ชั้นอากาศบางๆ ระหว่างอิเล็กโทรดดังกล่าวไม่ใช่ฉนวนที่เชื่อถือได้ ดังนั้นจึงมีชั้นอิเล็กโทรไลต์แทรกอยู่ระหว่างแผ่นออกไซด์ ส่วนใหญ่มักเป็นสารละลายเข้มข้นของกรดหรือด่าง

รูปที่ 3 แสดงตัวเก็บประจุดังกล่าวหนึ่งตัว

รูปที่ 3. ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า

เพื่อประเมินขนาดของตัวเก็บประจุ จึงมีการถ่ายภาพกล่องไม้ขีดธรรมดาอยู่ข้างๆ นอกจากความจุที่ค่อนข้างใหญ่แล้ว ในรูปคุณยังสามารถดูค่าเผื่อเป็นเปอร์เซ็นต์ได้: ไม่น้อยกว่า 70% ของค่าที่ระบุ

ในสมัยที่คอมพิวเตอร์มีขนาดใหญ่และถูกเรียกว่าคอมพิวเตอร์ ตัวเก็บประจุดังกล่าวอยู่ในดิสก์ไดรฟ์ (ใน HDD สมัยใหม่) ความจุข้อมูลของไดรฟ์ดังกล่าวสามารถทำให้เกิดรอยยิ้มได้เท่านั้น: ข้อมูล 5 เมกะไบต์ถูกเก็บไว้ในดิสก์สองตัวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 350 มม. และอุปกรณ์นั้นมีน้ำหนัก 54 กก.

วัตถุประสงค์หลักของซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ที่แสดงในภาพคือการถอดหัวแม่เหล็กออกจากพื้นที่ทำงานของดิสก์ในระหว่างที่ไฟฟ้าดับกะทันหัน ตัวเก็บประจุดังกล่าวสามารถเก็บประจุไว้ได้หลายปีซึ่งได้รับการทดสอบในทางปฏิบัติแล้ว

ด้านล่างนี้ เราจะแนะนำให้ทำการทดลองง่ายๆ สองสามขั้นตอนกับตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าเพื่อทำความเข้าใจว่าตัวเก็บประจุสามารถทำอะไรได้บ้าง

ตัวเก็บประจุไฟฟ้าแบบไม่มีขั้วผลิตขึ้นเพื่อใช้ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ แต่ด้วยเหตุผลบางประการจึงหาได้ยากมาก เพื่อแก้ไขปัญหานี้ "อิเล็กโทรไลต์" แบบมีขั้วแบบธรรมดาจะถูกเปิดแบบทวนลำดับ: บวก-ลบ-ลบ-บวก

หากเชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบโพลาร์อิเล็กโทรลีติคกับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ตัวเก็บประจุจะร้อนขึ้นก่อนแล้วจึงเกิดการระเบิด ตัวเก็บประจุในประเทศเก่ากระจัดกระจายไปทุกทิศทางในขณะที่ตัวเก็บประจุที่นำเข้ามีอุปกรณ์พิเศษที่ช่วยให้หลีกเลี่ยงเสียงดังได้ ตามกฎแล้วนี่คือรอยบากที่ด้านล่างของตัวเก็บประจุหรือรูที่มีปลั๊กยางอยู่ที่นั่น

พวกเขาไม่ชอบตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูงแม้ว่าขั้วจะถูกต้องก็ตาม ดังนั้นคุณไม่ควรใส่ "อิเล็กโทรไลต์" ในวงจรที่คาดว่าจะมีแรงดันไฟฟ้าใกล้เคียงกับค่าสูงสุดสำหรับตัวเก็บประจุที่กำหนด

บางครั้งในฟอรัมที่มีชื่อเสียงบางแห่ง ผู้เริ่มต้นถามคำถาม: "แผนภาพแสดงตัวเก็บประจุ 470µF * 16V แต่ฉันมี 470µF * 50V ฉันสามารถติดตั้งได้หรือไม่" ได้ แน่นอนคุณสามารถทำได้ แต่การเปลี่ยนแบบย้อนกลับเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้

ตัวเก็บประจุสามารถกักเก็บพลังงานได้

มันจะช่วยให้เข้าใจข้อความนี้ วงจรง่ายๆดังแสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 4. วงจรพร้อมตัวเก็บประจุ

ตัวละครหลักของวงจรนี้คือตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า C ที่มีความจุขนาดใหญ่เพียงพอเพื่อให้กระบวนการประจุและคายประจุดำเนินไปอย่างช้าๆ และชัดเจนมาก ทำให้สามารถสังเกตการทำงานของวงจรด้วยสายตาโดยใช้หลอดไฟไฟฉายธรรมดา ไฟฉายเหล่านี้แพร่หลายไปนานแล้วจากหลอด LED สมัยใหม่ แต่หลอดไฟสำหรับไฟฉายเหล่านี้ยังคงจำหน่ายอยู่ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายมากที่จะประกอบวงจรและทำการทดลองง่ายๆ

อาจจะมีคนพูดว่า:“ ทำไม? ท้ายที่สุดแล้ว ทุกอย่างก็ชัดเจน แต่ถ้าคุณอ่านคำอธิบายด้วย…” ดูเหมือนจะไม่มีอะไรจะคัดค้านที่นี่ แต่ก็มีมากที่สุด สิ่งง่ายๆจะคงอยู่ในหัวไปอีกนานถ้าความเข้าใจเกิดขึ้นด้วยมือ

จึงมีการประกอบวงจร มันทำงานอย่างไร?

ในตำแหน่งสวิตช์ SA ที่แสดงในแผนภาพ ตัวเก็บประจุ C จะถูกชาร์จจากแหล่งพลังงาน GB ผ่านตัวต้านทาน R ในวงจร: +GB __ R __ SA __ C __ -GB กระแสไฟชาร์จในแผนภาพจะแสดงด้วยลูกศรที่มีดัชนีคือ з กระบวนการชาร์จตัวเก็บประจุแสดงในรูปที่ 5

รูปที่ 5 กระบวนการชาร์จตัวเก็บประจุ

รูปนี้แสดงให้เห็นว่าแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุเพิ่มขึ้นตามเส้นโค้ง ซึ่งเรียกว่าเลขชี้กำลังในทางคณิตศาสตร์ กระแสประจุจะสะท้อนแรงดันประจุโดยตรง เมื่อแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวเก็บประจุเพิ่มขึ้น กระแสไฟชาร์จจะน้อยลง และเฉพาะในช่วงแรกเท่านั้นที่สอดคล้องกับสูตรที่แสดงในรูป

หลังจากนั้นครู่หนึ่งตัวเก็บประจุจะชาร์จจาก 0V ถึงแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงานในวงจรของเราสูงถึง 4.5V คำถามทั้งหมดคือจะทราบเวลานี้ได้อย่างไร ต้องรอนานแค่ไหน ตัวเก็บประจุจะชาร์จเมื่อใด

ค่าคงที่เวลา "tau" τ = R*C

สูตรนี้เพียงคูณความต้านทานและความจุของตัวต้านทานและตัวเก็บประจุที่ต่อแบบอนุกรม หากเราเปลี่ยนความต้านทานเป็นโอห์มและความจุเป็นฟารัดโดยไม่ละเลยระบบ SI ผลลัพธ์จะได้รับในไม่กี่วินาที นี่คือเวลาที่ตัวเก็บประจุใช้ในการชาร์จถึง 36.8% ของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงาน ดังนั้นการชาร์จจนเกือบ 100% จะต้องใช้เวลา 5* τ

บ่อยครั้งที่ละเลยระบบ SI พวกเขาจะแทนที่ความต้านทานเป็นโอห์มและความจุเป็นไมโครฟารัดลงในสูตร จากนั้นเวลาจะเป็นไมโครวินาที ในกรณีของเรา จะสะดวกกว่าที่จะได้ผลลัพธ์เป็นวินาที ซึ่งคุณเพียงแค่ต้องคูณไมโครวินาทีด้วยล้าน หรือพูดง่ายๆ ก็คือย้ายจุดทศนิยมไปทางซ้ายหกตำแหน่ง

สำหรับวงจรที่แสดงในรูปที่ 4 ด้วยความจุของตัวเก็บประจุ 2,000 μF และความต้านทานของตัวต้านทาน 500 Ω ค่าคงที่เวลาจะเป็น τ = R*C = 500 * 2000 = 1,000,000 ไมโครวินาทีหรือหนึ่งวินาที ดังนั้นคุณจะต้องรอประมาณ 5 วินาทีจนกว่าตัวเก็บประจุจะชาร์จเต็ม

หลังจากเวลาที่กำหนด หากสวิตช์ SA ถูกย้ายไปยังตำแหน่งที่ถูกต้อง ตัวเก็บประจุ C จะคายประจุผ่านหลอดไฟ EL ขณะนี้จะมีไฟกะพริบสั้นๆ ตัวเก็บประจุจะคายประจุและไฟจะดับลง ทิศทางของการคายประจุตัวเก็บประจุจะแสดงด้วยลูกศรพร้อมดัชนี ip เวลาในการคายประจุจะถูกกำหนดโดยค่าคงที่เวลา τ ด้วย กราฟการปล่อยจะแสดงในรูปที่ 6

รูปที่ 6 กราฟการปล่อยประจุของตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุไม่ผ่านกระแสตรง

แผนภาพที่เรียบง่ายยิ่งขึ้นที่แสดงในรูปที่ 7 จะช่วยคุณตรวจสอบข้อความนี้

รูปที่ 7. วงจรที่มีตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง

หากคุณปิดสวิตช์ SA หลอดไฟจะกะพริบชั่วครู่ แสดงว่าตัวเก็บประจุ C ชาร์จผ่านหลอดไฟแล้ว กราฟการชาร์จจะแสดงที่นี่ด้วย: ในขณะที่สวิตช์ปิดอยู่ กระแสจะสูงสุด เมื่อตัวเก็บประจุถูกชาร์จ จะลดลง และหลังจากนั้นครู่หนึ่งก็หยุดโดยสมบูรณ์

ถ้าเป็นตัวเก็บประจุ อย่างดี, เช่น. ด้วยกระแสไฟรั่วต่ำ (การคายประจุเอง) การปิดสวิตช์ซ้ำ ๆ จะไม่ทำให้เกิดไฟแฟลช หากต้องการแฟลชอีก จะต้องคายประจุตัวเก็บประจุออก

ตัวเก็บประจุในตัวกรองพลังงาน

โดยปกติตัวเก็บประจุจะวางไว้หลังวงจรเรียงกระแส ส่วนใหญ่แล้ววงจรเรียงกระแสจะทำแบบเต็มคลื่น วงจรเรียงกระแสที่พบมากที่สุดจะแสดงในรูปที่ 8

รูปที่ 8 วงจรเรียงกระแส

ตามกฎแล้ววงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นยังใช้ค่อนข้างบ่อยในกรณีที่กำลังโหลดไม่มีนัยสำคัญ คุณภาพที่มีค่าที่สุดของวงจรเรียงกระแสดังกล่าวคือความเรียบง่าย: เพียงหนึ่งไดโอดและขดลวดหม้อแปลง

สำหรับวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น สามารถคำนวณความจุของตัวเก็บประจุตัวกรองได้โดยใช้สูตร

C = 1000000 * Po / 2*U*f*dU โดยที่ C คือความจุของตัวเก็บประจุ μF, Po คือกำลังโหลด W, U คือแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของวงจรเรียงกระแส V, f คือความถี่ของการสลับ แรงดันไฟฟ้า Hz, dU คือแอมพลิจูดของระลอก V

จำนวนมากในตัวเศษ 1,000,000 จะแปลงความจุของตัวเก็บประจุจากระบบฟารัดไปเป็นไมโครฟารัด สองตัวในตัวส่วนแสดงถึงจำนวนครึ่งรอบของวงจรเรียงกระแส: สำหรับวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น จะมีตัวหนึ่งปรากฏขึ้นแทนที่

C = 1000000 * ปอ / U*f*dU,

และสำหรับวงจรเรียงกระแสสามเฟส สูตรจะอยู่ในรูปแบบ C = 1000000 * Po / 3*U*f*dU

ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ - ไอออนิสเตอร์

เมื่อเร็ว ๆ นี้ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าประเภทใหม่ได้ปรากฏตัวขึ้นซึ่งเรียกว่า ในด้านคุณสมบัติจะคล้ายกับแบตเตอรี่ แม้ว่าจะมีข้อจำกัดหลายประการก็ตาม

ไอโอนิสเตอร์จะถูกชาร์จตามแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดภายในระยะเวลาอันสั้นอย่างแท้จริงภายในไม่กี่นาที ดังนั้นจึงแนะนำให้ใช้เป็นแหล่งพลังงานสำรอง อันที่จริง ไอออนิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ไม่มีขั้ว สิ่งเดียวที่กำหนดขั้วของมันคือการชาร์จจากผู้ผลิต เพื่อป้องกันไม่ให้ขั้วนี้สับสนในอนาคต จึงจะมีเครื่องหมาย + กำกับไว้

สภาพการทำงานของเครื่องสร้างประจุไอออนมีบทบาทสำคัญ ที่อุณหภูมิ 70°C ที่แรงดันไฟฟ้า 0.8 ของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด รับประกันความทนทานไม่เกิน 500 ชั่วโมง หากอุปกรณ์ทำงานที่แรงดันไฟฟ้า 0.6 ของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด และอุณหภูมิไม่เกิน 40 องศา แสดงว่าสามารถทำงานได้อย่างเหมาะสมเป็นเวลา 40,000 ชั่วโมงขึ้นไป

การใช้งานทั่วไปที่สุดของไอออนิสเตอร์อยู่ในแหล่งจ่ายไฟสำรอง เหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นชิปหน่วยความจำหรือ นาฬิกาดิจิตอล- ในกรณีนี้ พารามิเตอร์หลักของไอออนิสเตอร์คือกระแสไฟรั่วต่ำ และมีการคายประจุเอง

การใช้ไอออนไนเซอร์ร่วมกับ แผงเซลล์แสงอาทิตย์- นอกจากนี้ยังเนื่องมาจากเงื่อนไขการชาร์จที่ไม่สำคัญและจำนวนรอบการปล่อยประจุที่ไม่จำกัดในทางปฏิบัติ คุณสมบัติอันมีค่าอีกประการหนึ่งคือเครื่องสร้างประจุไอออนไม่ต้องการการบำรุงรักษา

จนถึงตอนนี้ ฉันสามารถบอกคุณได้แล้วว่าตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าทำงานอย่างไรและที่ไหน โดยส่วนใหญ่อยู่ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง การทำงานของตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะกล่าวถึงในบทความอื่น -

สำหรับคำถาม เหตุใดตัวเก็บประจุจึงไม่ผ่านกระแสตรง แต่ผ่านกระแสสลับหรือไม่ มอบให้โดยผู้เขียน สด15สดคำตอบที่ดีที่สุดคือ กระแสไฟฟ้าจะไหลตราบใดที่ตัวเก็บประจุยังชาร์จอยู่เท่านั้น
ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงตัวเก็บประจุจะชาร์จค่อนข้างเร็วหลังจากนั้นกระแสไฟฟ้าจะลดลงและหยุดลงในทางปฏิบัติ
ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จ จากนั้นแรงดันไฟฟ้าจะเปลี่ยนขั้ว ประจุเริ่มคายประจุ และประจุใน ด้านหลังฯลฯ - กระแสไหลอย่างต่อเนื่อง
ลองนึกภาพขวดโหลที่คุณสามารถเทน้ำได้จนเต็มเท่านั้น หากแรงดันไฟฟ้าคงที่ ธนาคารจะเติมและกระแสจะหยุด และหากแรงดันไฟฟ้าแปรผันน้ำจะถูกเทลงในโถ - เทออก - เติม ฯลฯ

คำตอบจาก โผล่หัวของคุณเข้าไป[มือใหม่]
ขอบคุณพวกคุณสำหรับข้อมูลที่ดี!!!

คำตอบจาก อโวทารา[คุรุ]
ตัวเก็บประจุไม่ผ่านกระแสไฟฟ้า สามารถชาร์จและคายประจุได้เท่านั้น
ที่กระแสตรง ตัวเก็บประจุจะชาร์จหนึ่งครั้งและจากนั้นจะไร้ประโยชน์ในวงจร
สำหรับกระแสไฟฟ้าที่เร้าใจเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นจะมีประจุ (สะสมอยู่ในตัวมันเอง พลังงานไฟฟ้า) และเมื่อแรงดันไฟฟ้าเริ่มลดลงจากระดับสูงสุด มันจะส่งพลังงานกลับคืนสู่เครือข่ายพร้อมทั้งรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่
สำหรับไฟฟ้ากระแสสลับ เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นจาก 0 เป็นสูงสุด ตัวเก็บประจุจะชาร์จ เมื่อลดลงจากสูงสุดเป็น 0 จะคายประจุ และปล่อยพลังงานกลับคืนสู่เครือข่าย เมื่อขั้วเปลี่ยน ทุกอย่างจะเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันทุกประการ แต่มี ขั้วที่แตกต่างกัน

คำตอบจาก ฟลัช[คุรุ]
ตัวเก็บประจุไม่อนุญาตให้กระแสไหลผ่านตัวมันเองจริงๆ ตัวเก็บประจุจะสะสมประจุบนแผ่นของมันก่อน - บนแผ่นหนึ่งมีอิเล็กตรอนส่วนเกินส่วนอีกแผ่นขาด - จากนั้นปล่อยพวกมันออกไปเป็นผลให้อิเล็กตรอนวิ่งไปมาในวงจรภายนอก - พวกมันวิ่ง ห่างจากจานหนึ่ง วิ่งไปจานที่สองแล้วถอยกลับ นั่นคือการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไปมาในวงจรภายนอกนั้นมั่นใจได้ - แต่ไม่ได้อยู่ภายในตัวเก็บประจุ
จานตัวเก็บประจุสามารถรับอิเล็กตรอนได้กี่ตัวที่แรงดันไฟฟ้าหนึ่งโวลต์เรียกว่าความจุของตัวเก็บประจุ แต่โดยปกติแล้วจะวัดไม่ได้ในล้านล้านอิเล็กตรอน แต่ในหน่วยความจุทั่วไป - ฟารัด (ไมโครฟารัด, พิโคฟารัด)
เมื่อพวกเขาบอกว่ากระแสไหลผ่านตัวเก็บประจุ นี่เป็นเพียงการทำให้ง่ายขึ้น ทุกอย่างเกิดขึ้นราวกับว่ากระแสไหลผ่านตัวเก็บประจุ แม้ว่าในความเป็นจริงแล้วกระแสจะไหลจากภายนอกตัวเก็บประจุเท่านั้น
หากเราเจาะลึกเข้าไปในฟิสิกส์ การกระจายพลังงานในสนามระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุเรียกว่ากระแสดิสเพลสเมนต์ ตรงกันข้ามกับกระแสการนำซึ่งเป็นการเคลื่อนที่ของประจุ แต่กระแสดิสเพลสเมนต์เป็นแนวคิดจากพลศาสตร์ไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับสมการของแมกซ์เวลล์ ซึ่งเป็นระดับนามธรรมที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

คำตอบจาก ตุ่ม[คุรุ]
ในแง่กายภาพล้วนๆ: ตัวเก็บประจุเกิดการแตกหักในวงจรเนื่องจากปะเก็นของมันไม่ได้สัมผัสกันจึงมีอิเล็กทริกอยู่ระหว่างพวกมัน และอย่างที่เราทราบกันดีว่าไดอิเล็กทริกไม่นำไฟฟ้า ดังนั้นกระแสตรงจึงไม่ไหลผ่าน
แม้ว่า...
ตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงสามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ในขณะที่เชื่อมต่อกับวงจร (การชาร์จหรือการประจุใหม่ของตัวเก็บประจุเกิดขึ้น) เมื่อสิ้นสุดกระบวนการชั่วคราว จะไม่มีกระแสไหลผ่านตัวเก็บประจุ เนื่องจากแผ่นของมันถูกคั่นด้วย a อิเล็กทริก ในวงจรกระแสสลับ จะมีการสั่นของกระแสสลับผ่านการรีชาร์จตัวเก็บประจุแบบวน
และสำหรับกระแสสลับ ตัวเก็บประจุจะเป็นส่วนหนึ่งของวงจรการสั่น ทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์กักเก็บพลังงานไฟฟ้า และเมื่อใช้ร่วมกับขดลวดก็จะอยู่ร่วมกันอย่างสมบูรณ์ โดยแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานแม่เหล็ก และกลับมาด้วยความเร็ว/ความถี่เท่ากับโอเมก้า = 1/sqrt(C*L)
ตัวอย่าง: ปรากฏการณ์เช่นฟ้าผ่า ฉันคิดว่าฉันได้ยินมัน แม้ว่านี่จะเป็นตัวอย่างที่ไม่ดี แต่การชาร์จเกิดขึ้นที่นั่นผ่านการใช้พลังงานไฟฟ้า เนื่องจากการเสียดสีของอากาศในชั้นบรรยากาศบนพื้นผิวโลก แต่การพังทลายเสมอเช่นเดียวกับในตัวเก็บประจุจะเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อถึงแรงดันพังทลายที่เรียกว่าเท่านั้น
ฉันไม่รู้ว่าสิ่งนี้ช่วยคุณได้ไหม :)

คำตอบจาก ตำนาน@[มือใหม่]
ตัวเก็บประจุทำงานได้ทั้งในกระแสสลับและกระแสตรงเนื่องจากมีประจุที่กระแสตรงและไม่สามารถถ่ายโอนพลังงานนั้นได้ทุกที่ ด้วยเหตุนี้สาขาย้อนกลับจึงเชื่อมต่อกับวงจรผ่านสวิตช์เพื่อเปลี่ยนขั้วเพื่อคายประจุและ สร้างที่ว่างสำหรับส่วนใหม่ ไม่มีการสลับกันต่อการปฏิวัติ แคนเดอร์ถูกชาร์จและคายประจุเนื่องจากการกลับขั้ว...

แรงดันไฟฟ้าคงที่และตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าให้จระเข้เป็น 12 โวลต์ เรายังนำหลอดไฟ 12 โวลต์มาด้วย ตอนนี้เราใส่ตัวเก็บประจุระหว่างหนึ่งโพรบของแหล่งจ่ายไฟและหลอดไฟ:

ไม่ มันไม่ไหม้

แต่ถ้าคุณทำโดยตรง ไฟจะสว่างขึ้น:

นี่เป็นข้อสรุป: กระแส DC ไม่ไหลผ่านตัวเก็บประจุ!

พูดตามตรง ในช่วงเริ่มต้นของการใช้แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจะยังคงไหลอยู่เสี้ยววินาที ทุกอย่างขึ้นอยู่กับความจุของตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

ดังนั้นเพื่อดูว่ามันรั่วหรือไม่ กระแสสลับเราจำเป็นต้องมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับผ่านตัวเก็บประจุ ฉันคิดว่าเครื่องกำเนิดความถี่นี้จะทำงานได้ดี:

เนื่องจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจีนของฉันอ่อนแอมาก แทนที่จะใช้หลอดไฟเราจะใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าธรรมดา 100 โอห์ม ลองใช้ตัวเก็บประจุที่มีความจุ 1 ไมโครฟารัดด้วย:

เราประสานสิ่งนี้และส่งสัญญาณจากเครื่องกำเนิดความถี่:

จากนั้นเขาก็ลงไปทำธุรกิจ ออสซิลโลสโคปคืออะไรและใช้กับอะไร อ่านได้ที่นี่ เราจะใช้สองช่องทางพร้อมกัน สองสัญญาณจะแสดงบนหน้าจอเดียวพร้อมกัน บนหน้าจอคุณสามารถเห็นสัญญาณรบกวนจากเครือข่าย 220 โวลต์ได้แล้ว อย่าไปสนใจ.

เราจะให้บริการ แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับและดูสัญญาณดังที่วิศวกรอิเล็กทรอนิกส์มืออาชีพกล่าวไว้ที่อินพุตและเอาต์พุต พร้อมกัน.

ทุกอย่างจะมีลักษณะดังนี้:

ดังนั้นหากความถี่ของเราเป็นศูนย์ก็หมายความว่ากระแสคงที่ ดังที่เราได้เห็นแล้วว่าตัวเก็บประจุไม่อนุญาตให้กระแสตรงไหลผ่าน ดูเหมือนว่าสิ่งนี้จะถูกแยกออก แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณใช้ไซนัสอยด์ที่มีความถี่ 100 เฮิรตซ์?

บนจอแสดงผลออสซิลโลสโคป ฉันแสดงพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ความถี่ของสัญญาณและแอมพลิจูด: เอฟ คือความถี่ แม่ – แอมพลิจูด (พารามิเตอร์เหล่านี้ถูกทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีขาว) ช่องแรกทำเครื่องหมายด้วยสีแดง และช่องที่สองเป็นสีเหลือง เพื่อความสะดวกในการรับรู้

คลื่นไซน์สีแดงแสดงสัญญาณที่เครื่องกำเนิดความถี่จีนให้เรา คลื่นไซน์สีเหลืองคือสิ่งที่เราได้รับจากโหลด ในกรณีของเรา โหลดคือตัวต้านทาน นั่นคือทั้งหมดที่

ดังที่คุณเห็นในออสซิลโลแกรมด้านบน ฉันจ่ายสัญญาณไซน์จากเครื่องกำเนิดที่มีความถี่ 100 เฮิรตซ์ และแอมพลิจูด 2 โวลต์ บนตัวต้านทานเราเห็นสัญญาณที่มีความถี่เท่ากัน (สัญญาณสีเหลือง) แล้ว แต่แอมพลิจูดของมันคือ 136 มิลลิโวลต์ นอกจากนี้สัญญาณยังค่อนข้าง "มีขนดก" นี่เป็นเพราะสิ่งที่เรียกว่า "" สัญญาณรบกวนเป็นสัญญาณที่มีแอมพลิจูดน้อยและการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบสุ่ม อาจเกิดจากองค์ประกอบวิทยุเอง หรืออาจเป็นสัญญาณรบกวนที่ได้รับจากพื้นที่โดยรอบก็ได้ ตัวอย่างเช่น ตัวต้านทาน "ส่งเสียงรบกวน" ได้เป็นอย่างดี ซึ่งหมายความว่า "ความยุ่งเหยิง" ของสัญญาณคือผลรวมของไซนูซอยด์และสัญญาณรบกวน

แอมพลิจูดของสัญญาณสีเหลืองมีขนาดเล็กลง และแม้แต่กราฟของสัญญาณสีเหลืองก็เลื่อนไปทางซ้าย กล่าวคือ อยู่ข้างหน้าสัญญาณสีแดง หรือในภาษาวิทยาศาสตร์ก็ปรากฏขึ้น การเปลี่ยนเฟส. เป็นระยะที่อยู่ข้างหน้า ไม่ใช่สัญญาณเองหากสัญญาณอยู่ข้างหน้า เราก็จะมีสัญญาณบนตัวต้านทานปรากฏทันเวลาก่อนที่สัญญาณที่จ่ายผ่านตัวเก็บประจุ ผลลัพธ์ที่ได้คือการเดินทางข้ามเวลา :-) ซึ่งแน่นอนว่าเป็นไปไม่ได้

การเปลี่ยนเฟส- นี้ ความแตกต่างระหว่างเฟสเริ่มต้นของปริมาณที่วัดได้สองค่า- ในกรณีนี้คือความตึงเครียด ในการวัด Phase Shift จะต้องมีเงื่อนไขที่สัญญาณเหล่านี้ ความถี่เดียวกัน- แอมพลิจูดสามารถเป็นค่าใดก็ได้ รูปด้านล่างแสดงการเปลี่ยนเฟสนี้หรือที่เรียกกันว่า ความแตกต่างของเฟส:

มาเพิ่มความถี่ของเครื่องกำเนิดเป็น 500 เฮิรตซ์กันดีกว่า

ตัวต้านทานได้รับ 560 มิลลิโวลต์แล้ว การเปลี่ยนเฟสลดลง

เราเพิ่มความถี่เป็น 1 กิโลเฮิรตซ์

ที่เอาต์พุตเรามี 1 โวลต์อยู่แล้ว

ตั้งความถี่เป็น 5 กิโลเฮิรตซ์

แอมพลิจูดคือ 1.84 โวลต์ และการเปลี่ยนเฟสมีขนาดเล็กลงอย่างเห็นได้ชัด

เพิ่มเป็น 10 กิโลเฮิรตซ์

แอมพลิจูดเกือบจะเหมือนกับที่อินพุต การเปลี่ยนเฟสจะสังเกตเห็นได้น้อยลง

เราตั้งค่า 100 กิโลเฮิรตซ์:

แทบไม่มีการเปลี่ยนเฟสเลย แอมพลิจูดเกือบจะเหมือนกับที่อินพุตนั่นคือ 2 โวลต์

จากที่นี่เราได้ข้อสรุปที่ลึกซึ้ง:

ยิ่งความถี่สูง ความต้านทานของตัวเก็บประจุต่อกระแสสลับก็จะน้อยลง การเปลี่ยนเฟสจะลดลงเมื่อความถี่เพิ่มขึ้นจนเกือบเป็นศูนย์ ที่ความถี่ต่ำอย่างไม่สิ้นสุด ขนาดของมันอยู่ที่ 90 องศาหรือพาย/2 .

หากคุณพลอตส่วนของกราฟ คุณจะได้สิ่งนี้:

ฉันพล็อตแรงดันไฟฟ้าในแนวตั้งและความถี่ในแนวนอน

ดังนั้นเราจึงได้เรียนรู้ว่าความต้านทานของตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับความถี่ แต่มันขึ้นอยู่กับความถี่เท่านั้นเหรอ? ลองใช้ตัวเก็บประจุที่มีความจุ 0.1 ไมโครฟารัดนั่นคือค่าเล็กน้อยน้อยกว่าตัวก่อนหน้า 10 เท่าแล้วรันอีกครั้งที่ความถี่เดียวกัน

ลองดูและวิเคราะห์ค่า:

เปรียบเทียบค่าแอมพลิจูดของสัญญาณสีเหลืองที่ความถี่เดียวกันอย่างระมัดระวัง แต่ด้วยค่าตัวเก็บประจุที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น ที่ความถี่ 100 เฮิรตซ์ และค่าตัวเก็บประจุ 1 μF แอมพลิจูดของสัญญาณสีเหลืองคือ 136 มิลลิโวลต์ และที่ความถี่เดียวกัน แอมพลิจูดของสัญญาณสีเหลือง แต่มีตัวเก็บประจุ 0.1 μF อยู่แล้ว 101 มิลลิโวลต์ (ในความเป็นจริง แม้น้อยกว่าเนื่องจากการรบกวน) ที่ความถี่ 500 เฮิรตซ์ - 560 มิลลิโวลต์ และ 106 มิลลิโวลต์ ตามลำดับ ที่ความถี่ 1 กิโลเฮิรตซ์ - 1 โวลต์ และ 136 มิลลิโวลต์ เป็นต้น

จากที่นี่ข้อสรุปแนะนำตัวเอง: เมื่อค่าของตัวเก็บประจุลดลง ความต้านทานจะเพิ่มขึ้น

นักฟิสิกส์และนักคณิตศาสตร์ใช้การแปลงทางกายภาพและทางคณิตศาสตร์ได้สูตรในการคำนวณความต้านทานของตัวเก็บประจุ กรุณารักและเคารพ:

ที่ไหน, เอ็กซ์ ซีคือความต้านทานของตัวเก็บประจุ โอห์ม

พี -คงที่และเท่ากับประมาณ 3.14

เอฟ– ความถี่ วัดเป็นเฮิรตซ์

กับ– ความจุไฟฟ้า วัดเป็นฟารัด

ดังนั้น ให้ใส่ความถี่ในสูตรนี้ไว้ที่ศูนย์เฮิรตซ์ ความถี่เป็นศูนย์เฮิรตซ์เป็นกระแสตรง อะไรจะเกิดขึ้น? 1/0=อินฟินิตี้หรือแนวต้านสูงมาก สรุปว่าวงจรขาด..

บทสรุป

เมื่อมองไปข้างหน้า ฉันสามารถพูดได้ว่าในการทดลองนี้เราได้รับ (HPF) การใช้คาปาซิเตอร์และตัวต้านทานแบบธรรมดา และการใช้ฟิลเตอร์ดังกล่าวกับลำโพงในบริเวณใดจุดหนึ่งของเครื่องเสียง เราจะได้ยินเพียงเสียงสูงที่แหลมเอี๊ยดในลำโพงเท่านั้น แต่ความถี่เสียงเบสจะถูกลดทอนลงด้วยฟิลเตอร์ดังกล่าว การพึ่งพาความต้านทานของตัวเก็บประจุต่อความถี่นั้นใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยุโดยเฉพาะอย่างยิ่งในตัวกรองต่าง ๆ ซึ่งจำเป็นต้องระงับความถี่หนึ่งและส่งผ่านอีกความถี่หนึ่ง

มีการเขียนมากมายเกี่ยวกับตัวเก็บประจุ มันคุ้มค่าที่จะเพิ่มคำอีกสองสามพันคำให้กับคำนับล้านที่มีอยู่แล้วหรือไม่? ฉันจะเพิ่มมัน! ฉันเชื่อว่าการนำเสนอของฉันจะเป็นประโยชน์ ท้ายที่สุดแล้วจะต้องคำนึงถึงด้วย

ตัวเก็บประจุไฟฟ้าคืออะไร

การพูดในภาษารัสเซียตัวเก็บประจุสามารถเรียกได้ว่าเป็น "อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล" วิธีนี้ชัดเจนยิ่งขึ้น ยิ่งกว่านั้นนี่คือวิธีการแปลชื่อนี้เป็นภาษาของเรา แก้วสามารถเรียกได้ว่าเป็นตัวเก็บประจุ มีเพียงของเหลวสะสมอยู่ในตัวเท่านั้น หรือเป็นกระเป๋า ใช่กระเป๋า ปรากฎว่ามันเป็นอุปกรณ์เก็บข้อมูลด้วย มันสะสมทุกสิ่งที่เราใส่เข้าไป ตัวเก็บประจุไฟฟ้าเกี่ยวอะไรกับมัน? เหมือนกับแก้วหรือถุงแต่จะสะสมเฉพาะประจุไฟฟ้าเท่านั้น

ลองนึกภาพ: โซ่ผ่านไป ไฟฟ้าระหว่างทางมีตัวต้านทานตัวนำและแบมตัวเก็บประจุ (แก้ว) ปรากฏขึ้น อะไรจะเกิดขึ้น? ดังที่คุณทราบ กระแสคือการไหลของอิเล็กตรอน และอิเล็กตรอนแต่ละตัวมีประจุไฟฟ้า ดังนั้น เมื่อมีคนบอกว่ากระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจร คุณจะจินตนาการว่ามีอิเล็กตรอนหลายล้านตัวไหลผ่านวงจร อิเล็กตรอนชนิดเดียวกันนี้เมื่อตัวเก็บประจุปรากฏขึ้นในเส้นทางจะสะสม ยิ่งเราใส่อิเล็กตรอนเข้าไปในตัวเก็บประจุมากเท่าใด ประจุก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

คำถามเกิดขึ้น: ด้วยวิธีนี้สามารถสะสมอิเล็กตรอนได้กี่ตัว, ตัวเก็บประจุจะใส่ได้กี่ตัวและเมื่อใดจะ "เพียงพอ"? มาหาคำตอบกัน บ่อยครั้งมากสำหรับการอธิบายอย่างง่ายของกระบวนการทางไฟฟ้าอย่างง่ายจะใช้การเปรียบเทียบกับน้ำและท่อ ลองใช้แนวทางนี้ด้วย

ลองนึกภาพท่อที่มีน้ำไหลผ่าน ที่ปลายด้านหนึ่งของท่อจะมีปั๊มที่สูบน้ำเข้าท่อนี้อย่างแรง จากนั้นจึงวางแผ่นยางไว้บนท่อ อะไรจะเกิดขึ้น? เมมเบรนจะเริ่มยืดและตึงภายใต้อิทธิพลของแรงดันน้ำในท่อ (แรงดันที่สร้างโดยปั๊ม) มันจะยืด ยืด ยืด และในที่สุดแรงยืดหยุ่นของเมมเบรนก็จะสมดุลแรงของปั๊มและการไหลของน้ำจะหยุดหรือเมมเบรนจะแตก (หากไม่ชัดเจน ลองจินตนาการถึงบอลลูนที่จะ ระเบิดหากปั๊มมากเกินไป)! สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นใน ตัวเก็บประจุไฟฟ้า- มีเพียงสนามไฟฟ้าที่ใช้แทนเมมเบรนซึ่งจะเพิ่มขึ้นเมื่อตัวเก็บประจุถูกชาร์จและค่อยๆ ปรับสมดุลแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงาน

ดังนั้นตัวเก็บประจุจึงมีประจุจำกัดที่แน่นอนซึ่งสามารถสะสมได้ และหลังจากประจุเกินนั้นก็จะเกิดขึ้น การสลายอิเล็กทริกในตัวเก็บประจุ มันจะพังและเลิกเป็นตัวเก็บประจุ อาจถึงเวลาที่จะบอกคุณว่าตัวเก็บประจุทำงานอย่างไร

ตัวเก็บประจุไฟฟ้าทำงานอย่างไร?

ที่โรงเรียน มีคนบอกว่าตัวเก็บประจุคือสิ่งที่ประกอบด้วยแผ่นสองแผ่นและมีช่องว่างระหว่างแผ่นเหล่านั้น แผ่นเหล่านี้เรียกว่าแผ่นตัวเก็บประจุและมีสายไฟเชื่อมต่ออยู่เพื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับตัวเก็บประจุ ดังนั้นตัวเก็บประจุสมัยใหม่จึงไม่แตกต่างกันมากนัก พวกเขาทั้งหมดมีแผ่นและมีอิเล็กทริกระหว่างแผ่น ด้วยการมีอิเล็กทริกทำให้ลักษณะของตัวเก็บประจุได้รับการปรับปรุง ตัวอย่างเช่นความจุของมัน

ตัวเก็บประจุสมัยใหม่ใช้ไดอิเล็กทริกหลายประเภท (ดูข้อมูลเพิ่มเติมด้านล่าง) ซึ่งถูกยัดไว้ระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุด้วยวิธีที่ซับซ้อนที่สุดเพื่อให้ได้คุณลักษณะบางอย่าง

หลักการทำงาน

หลักการทำงานทั่วไปค่อนข้างง่าย: ใช้แรงดันไฟฟ้าและประจุสะสม กระบวนการทางกายภาพที่กำลังเกิดขึ้นตอนนี้ไม่ควรสนใจคุณมากนัก แต่ถ้าคุณต้องการ คุณสามารถอ่านเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้ในหนังสือเล่มใดก็ได้เกี่ยวกับฟิสิกส์ในส่วนไฟฟ้าสถิต

ตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง

ถ้าเราใส่ตัวเก็บประจุเข้าไป วงจรไฟฟ้า(รูปด้านล่าง) เชื่อมต่อแอมป์มิเตอร์แบบอนุกรมเข้ากับวงจรแล้วจ่ายกระแสตรงไปที่วงจร จากนั้นเข็มของแอมป์มิเตอร์จะกระตุกครู่หนึ่ง จากนั้นค้างและแสดง 0A - ไม่มีกระแสไฟฟ้าในวงจร เกิดอะไรขึ้น?

เราจะสมมุติว่าก่อนที่จะจ่ายกระแสให้กับวงจร ตัวเก็บประจุจะว่างเปล่า (คายประจุ) และเมื่อมีการจ่ายกระแสเข้าไป ประจุจะเริ่มชาร์จเร็วมาก และเมื่อถูกประจุ (สนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุทำให้สมดุล แหล่งพลังงาน) จากนั้นกระแสก็หยุด (นี่คือกราฟของประจุตัวเก็บประจุ)

นี่คือสาเหตุที่พวกเขาบอกว่าตัวเก็บประจุไม่อนุญาตให้กระแสตรงไหลผ่าน จริงๆมันก็คิดถึงนะแต่ก็มาก เวลาอันสั้นซึ่งสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร t = 3*R*C (เวลาในการชาร์จของตัวเก็บประจุถึง 95% ของปริมาตรที่กำหนด R คือความต้านทานของวงจร C คือความจุของตัวเก็บประจุ) นี่คือลักษณะการทำงานของตัวเก็บประจุ วงจรไฟฟ้ากระแสตรง มันมีพฤติกรรมแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงในวงจรแปรผัน!

ตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

กระแสสลับคืออะไร? นี่คือตอนที่อิเล็กตรอน "วิ่ง" ก่อนจากนั้นจึงย้อนกลับ เหล่านั้น. ทิศทางการเคลื่อนไหวเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา จากนั้น หากกระแสสลับไหลผ่านวงจรพร้อมกับตัวเก็บประจุ ประจุ "+" หรือประจุ "-" ก็จะสะสมอยู่บนแต่ละแผ่น เหล่านั้น. กระแสไฟ AC จะไหลจริง ซึ่งหมายความว่ากระแสสลับจะไหล "โดยไม่มีสิ่งกีดขวาง" ผ่านตัวเก็บประจุ

กระบวนการทั้งหมดนี้สามารถสร้างแบบจำลองได้โดยใช้วิธีการเปรียบเทียบแบบไฮดรอลิก ภาพด้านล่างแสดงวงจรไฟฟ้ากระแสสลับแบบอะนาล็อก ลูกสูบดันของเหลวไปข้างหน้าและข้างหลัง ทำให้ใบพัดหมุนไปมา กลายเป็นกระแสสลับของของเหลว (เราอ่านว่ากระแสสลับ)

ตอนนี้เรามาวางตัวเก็บประจุในรูปแบบของเมมเบรนระหว่างแหล่งกำเนิดแรง (ลูกสูบ) และใบพัดแล้ววิเคราะห์สิ่งที่จะเปลี่ยนแปลง

ดูเหมือนว่าจะไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลง เช่นเดียวกับที่ของเหลวทำการเคลื่อนไหวแบบแกว่งไปมา ดังนั้นมันจึงยังคงดำเนินต่อไป เช่นเดียวกับใบพัดที่แกว่งด้วยเหตุนี้ มันก็จะแกว่งต่อไป ซึ่งหมายความว่าเมมเบรนของเราไม่เป็นอุปสรรคต่อการไหลแบบแปรผัน เช่นเดียวกับตัวเก็บประจุอิเล็กทรอนิกส์

ความจริงก็คือแม้ว่าอิเล็กตรอนที่ทำงานในสายโซ่จะไม่ข้ามอิเล็กทริก (เมมเบรน) ระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุ แต่ภายนอกตัวเก็บประจุการเคลื่อนที่ของพวกมันก็จะแกว่งไปมา (ไปมา) เช่น กระแสสลับไหล เอ๊ะ!

ดังนั้นตัวเก็บประจุจึงผ่านกระแสสลับและบล็อกกระแสตรง วิธีนี้จะสะดวกมากเมื่อคุณต้องการถอดส่วนประกอบ DC ในสัญญาณ เช่น ที่เอาต์พุต/อินพุตของเครื่องขยายเสียง หรือเมื่อคุณต้องการดูเฉพาะส่วนที่แปรผันของสัญญาณ (กระเพื่อมที่เอาต์พุตของ DC แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า)

รีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุ

คาปาซิเตอร์มีแรงต้าน! โดยหลักการแล้วสิ่งนี้สามารถสันนิษฐานได้จากข้อเท็จจริงที่ว่ากระแสตรงไม่ผ่านราวกับว่ามันเป็นตัวต้านทานที่มีความต้านทานสูงมาก

กระแสสลับเป็นอีกเรื่องหนึ่ง - มันผ่านไป แต่ได้รับความต้านทานจากตัวเก็บประจุ:

f - ความถี่, C - ความจุของตัวเก็บประจุ หากคุณดูสูตรอย่างละเอียด คุณจะเห็นว่าหากกระแสคงที่ แล้ว f = 0 จากนั้น (นักคณิตศาสตร์หัวรุนแรงอาจยกโทษให้ฉันด้วย!) X c = อนันต์และไม่มีกระแสตรงผ่านตัวเก็บประจุ

แต่ความต้านทานต่อกระแสสลับจะเปลี่ยนไปตามความถี่และความจุของตัวเก็บประจุ ยิ่งความถี่ของกระแสและความจุของตัวเก็บประจุสูงเท่าไร กระแสไฟฟ้าก็จะต้านทานกระแสนี้น้อยลงและในทางกลับกัน ยิ่งแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงเร็วเท่าไร
แรงดันไฟฟฉายิ่งกระแสไหลผจานตัวเก็บประจุมากขึ้น สิ่งนี้จะอธิบายการลดลงของ Xc เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น

อย่างไรก็ตามคุณสมบัติอีกอย่างของตัวเก็บประจุคือไม่ปล่อยพลังงานและไม่ร้อน! ดังนั้นบางครั้งจึงใช้เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าในบริเวณที่ตัวต้านทานจะเกิดควัน ตัวอย่างเช่น เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าเครือข่ายจาก 220V เป็น 127V และต่อไป:

กระแสไฟฟ้าในตัวเก็บประจุเป็นสัดส่วนกับความเร็วของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับขั้วต่อ

ตัวเก็บประจุใช้ที่ไหน?

ใช่ ไม่ว่าคุณสมบัติใดที่ต้องการ (ไม่อนุญาตให้กระแสตรงไหลผ่าน ความสามารถในการสะสมพลังงานไฟฟ้าและการเปลี่ยนแปลงความต้านทานขึ้นอยู่กับความถี่) ในตัวกรอง ในวงจรออสซิลเลเตอร์ ในตัวคูณแรงดันไฟฟ้า ฯลฯ

คาปาซิเตอร์มีกี่ประเภท?

อุตสาหกรรมการผลิตจำนวนมาก ประเภทต่างๆตัวเก็บประจุ แต่ละคนมีข้อดีและข้อเสียบางประการ บางตัวมีกระแสรั่วไหลต่ำ บางตัวมีความจุขนาดใหญ่ และบางตัวก็มีอย่างอื่น ตัวเก็บประจุจะถูกเลือกทั้งนี้ขึ้นอยู่กับตัวบ่งชี้เหล่านี้

นักวิทยุสมัครเล่นโดยเฉพาะมือใหม่อย่างพวกเรา อย่ากังวลมากเกินไปและเดิมพันกับสิ่งที่พวกเขาจะหาได้ อย่างไรก็ตาม คุณควรรู้ว่าตัวเก็บประจุชนิดใดที่มีอยู่ในธรรมชาติ

รูปภาพแสดงการแยกตัวเก็บประจุแบบธรรมดามาก ฉันรวบรวมมันตามรสนิยมของฉันและฉันชอบมันเพราะมันชัดเจนทันทีว่ามีตัวเก็บประจุแบบแปรผันอยู่หรือไม่ มีตัวเก็บประจุถาวรประเภทใด และไดอิเล็กทริกใดบ้างที่ใช้ในตัวเก็บประจุทั่วไป โดยทั่วไปแล้ว ทุกสิ่งที่นักวิทยุสมัครเล่นต้องการ

มีกระแสรั่วไหลต่ำ ขนาดเล็ก ความเหนี่ยวนำต่ำ และสามารถทำงานที่ความถี่สูงและใน DC วงจรไฟฟ้ากระแสสลับและจังหวะ

ผลิตขึ้นในช่วงแรงดันไฟฟ้าและความจุในการทำงานที่หลากหลาย: ตั้งแต่ 2 ถึง 20,000 pF และทนแรงดันไฟฟ้าได้สูงถึง 30 kV ขึ้นอยู่กับการออกแบบ แต่ส่วนใหญ่มักจะพบตัวเก็บประจุแบบเซรามิกที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 50V

จริงๆ แล้วฉันไม่รู้ว่าตอนนี้พวกเขากำลังได้รับการปล่อยตัวหรือเปล่า แต่ก่อนหน้านี้ไมกาถูกใช้เป็นอิเล็กทริกในตัวเก็บประจุดังกล่าว และตัวเก็บประจุนั้นประกอบด้วยแผ่นไมกาหนึ่งห่อ โดยแต่ละแผ่นถูกติดทั้งสองด้าน จากนั้นแผ่นดังกล่าวจะถูกรวบรวมเป็น "บรรจุภัณฑ์" และบรรจุลงในกล่อง

โดยทั่วไปจะมีความจุได้หลายพันถึงหมื่น picoforad และทำงานในช่วงแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 200 V ถึง 1500 V

ตัวเก็บประจุกระดาษ

ตัวเก็บประจุดังกล่าวมีกระดาษตัวเก็บประจุเป็นอิเล็กทริกและมีแถบอลูมิเนียมเป็นแผ่น อลูมิเนียมฟอยล์แถบยาวที่มีแถบกระดาษประกบอยู่ระหว่างนั้นถูกม้วนขึ้นและบรรจุในตัวเครื่อง นั่นคือเคล็ดลับ

ตัวเก็บประจุดังกล่าวมีความจุตั้งแต่หลายพันพิโคโฟรัดไปจนถึง 30 ไมโครฟอร์จ และสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าได้ตั้งแต่ 160 ถึง 1500 โวลต์

มีข่าวลือว่าตอนนี้พวกเขาได้รับการยกย่องจากผู้รักเสียงเพลง ฉันไม่แปลกใจเลย - พวกมันมีสายตัวนำด้านเดียวด้วย...

โดยหลักการแล้วตัวเก็บประจุธรรมดาที่มีโพลีเอสเตอร์เป็นอิเล็กทริก ช่วงของความจุอยู่ระหว่าง 1 nF ถึง 15 mF ที่แรงดันไฟฟ้าขณะใช้งานตั้งแต่ 50 V ถึง 1500 V

ตัวเก็บประจุประเภทนี้มีข้อดีสองประการที่ไม่อาจปฏิเสธได้ ขั้นแรกสามารถทำได้ด้วยความอดทนเพียงเล็กน้อยเพียง 1% ดังนั้น ถ้ามันบอกว่า 100 pF ความจุของมันคือ 100 pF +/- 1% และประการที่สองคือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานสามารถเข้าถึงได้สูงสุด 3 kV (และความจุตั้งแต่ 100 pF ถึง 10 mF)

ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า

ตัวเก็บประจุเหล่านี้แตกต่างจากตัวเก็บประจุอื่นๆ ทั้งหมดตรงที่สามารถเชื่อมต่อกับวงจรกระแสตรงหรือกระแสพัลซิ่งเท่านั้น พวกมันมีขั้วโลก พวกเขามีบวกและลบ นี่เป็นเพราะการออกแบบของพวกเขา และหากเปิดตัวเก็บประจุแบบย้อนกลับก็มีแนวโน้มที่จะบวม และก่อนที่พวกเขาจะระเบิดออกมาอย่างร่าเริงแต่ไม่ปลอดภัย มีตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าที่ทำจากอลูมิเนียมและแทนทาลัม

ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคได้รับการออกแบบมาเกือบจะเหมือนกับตัวเก็บประจุแบบกระดาษ โดยมีข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือแผ่นของตัวเก็บประจุดังกล่าวเป็นแถบกระดาษและแถบอะลูมิเนียม กระดาษถูกชุบด้วยอิเล็กโทรไลต์ และชั้นบาง ๆ ของออกไซด์ถูกนำไปใช้กับแถบอะลูมิเนียม ซึ่งทำหน้าที่เป็นอิเล็กทริก หากคุณใช้กระแสสลับกับตัวเก็บประจุดังกล่าวหรือหมุนกลับไปที่ขั้วเอาต์พุต อิเล็กโทรไลต์จะเดือดและตัวเก็บประจุจะล้มเหลว

ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้ามีความจุค่อนข้างมาก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมักใช้ในวงจรเรียงกระแส

นั่นอาจเป็นทั้งหมด เบื้องหลังคือตัวเก็บประจุที่มีไดอิเล็กตริกที่ทำจากโพลีคาร์บอเนต โพลีสไตรีน และอาจมีประเภทอื่นๆ อีกมากมาย แต่ฉันคิดว่านี่จะฟุ่มเฟือย

ยังมีต่อ...

ในส่วนที่สอง ฉันวางแผนที่จะแสดงตัวอย่างการใช้งานตัวเก็บประจุโดยทั่วไป

สิ่งนี้สามารถยืนยันได้อย่างง่ายดายด้วยการทดลอง คุณสามารถจุดไฟหลอดไฟได้โดยเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ AC ผ่านตัวเก็บประจุ ลำโพงหรือโทรศัพท์มือถือจะยังคงทำงานต่อไปหากไม่ได้เชื่อมต่อกับเครื่องรับโดยตรง แต่เชื่อมต่อผ่านตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุประกอบด้วยแผ่นโลหะตั้งแต่สองแผ่นขึ้นไปคั่นด้วยอิเล็กทริก อิเล็กทริกนี้ส่วนใหญ่มักเป็นไมกา อากาศ หรือเซรามิก ซึ่งเป็นฉนวนที่ดีที่สุด เป็นเรื่องปกติที่กระแสตรงไม่สามารถผ่านฉนวนดังกล่าวได้ แต่ทำไมกระแสสลับถึงผ่านมันไปได้? ดูเหมือนว่าจะแปลกไปกว่านี้เนื่องจากเซรามิกชนิดเดียวกันในรูปแบบของลูกกลิ้งพอร์ซเลนจะป้องกันสายไฟกระแสสลับได้อย่างสมบูรณ์แบบ และไมก้าทำหน้าที่เป็นฉนวนในเตารีดไฟฟ้าและอุปกรณ์ทำความร้อนอื่น ๆ ที่ทำงานอย่างถูกต้องกับกระแสสลับได้อย่างสมบูรณ์แบบ

จากการทดลองบางอย่างเราสามารถ "พิสูจน์" ข้อเท็จจริงที่แปลกใหม่ได้: หากในตัวเก็บประจุไดอิเล็กทริกที่มีคุณสมบัติเป็นฉนวนค่อนข้างต่ำจะถูกแทนที่ด้วยอิเล็กทริกอื่นที่เป็นฉนวนที่ดีกว่าคุณสมบัติของตัวเก็บประจุจะเปลี่ยนไปเพื่อให้กระแสไฟฟ้ากระแสสลับผ่าน ผ่านตัวเก็บประจุจะไม่ถูกขัดขวาง แต่ในทางกลับกันจะอำนวยความสะดวก ตัวอย่างเช่นหากคุณเชื่อมต่อหลอดไฟเข้ากับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับผ่านตัวเก็บประจุที่มีอิเล็กทริกกระดาษแล้วเปลี่ยนกระดาษด้วยฉนวนที่ดีเยี่ยม เช่นแก้วหรือพอร์ซเลนที่มีความหนาเท่ากัน หลอดไฟจะเริ่มสว่างขึ้น การทดลองดังกล่าวจะนำไปสู่ข้อสรุปว่ากระแสสลับไม่เพียงแต่ผ่านตัวเก็บประจุเท่านั้น แต่ยังผ่านได้ง่ายกว่ายิ่งฉนวนอิเล็กทริกดีขึ้นเท่านั้น

อย่างไรก็ตามแม้จะมีความโน้มน้าวใจที่ชัดเจนของการทดลองดังกล่าว แต่กระแสไฟฟ้า - ทั้งแบบตรงหรือแบบสลับ - ไม่ผ่านตัวเก็บประจุ อิเล็กทริกที่แยกแผ่นของตัวเก็บประจุทำหน้าที่เป็นตัวกั้นที่เชื่อถือได้สำหรับเส้นทางของกระแสไม่ว่าจะเป็นแบบสลับหรือแบบตรงก็ตาม แต่ไม่ได้หมายความว่าจะไม่มีกระแสในวงจรทั้งหมดที่เชื่อมต่อตัวเก็บประจุอยู่

ตัวเก็บประจุมีความแน่นอน คุณสมบัติทางกายภาพซึ่งเราเรียกว่าความจุ คุณสมบัตินี้ประกอบด้วยความสามารถในการสะสมประจุไฟฟ้าบนจาน แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าสามารถเปรียบได้คร่าวๆ กับปั๊มที่สูบประจุไฟฟ้าเข้าสู่วงจร ถ้ากระแสคงที่ ประจุไฟฟ้าจะถูกสูบตลอดเวลาในทิศทางเดียว

ตัวเก็บประจุจะทำงานอย่างไรในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง?

“ปั๊มไฟฟ้า” ของเราจะสูบประจุไปยังจานใดจานหนึ่งและสูบออกจากจานอีกจาน ความสามารถของตัวเก็บประจุในการเก็บประจุความแตกต่างจำนวนหนึ่งบนเพลตของมันเรียกว่าความจุของมัน ยิ่งความจุของตัวเก็บประจุมีขนาดใหญ่เท่าใด ประจุไฟฟ้าบนแผ่นเดียวก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้นเมื่อเทียบกับอีกแผ่นหนึ่ง

ในขณะที่กระแสไฟเปิดอยู่ตัวเก็บประจุจะไม่ถูกชาร์จ - จำนวนประจุบนเพลตจะเท่ากัน แต่กระแสเปิดอยู่ “ปั๊มไฟฟ้า” เริ่มทำงานแล้ว เขาผลักประจุไปบนจานหนึ่งและเริ่มสูบพวกมันออกจากอีกจาน เมื่อประจุเริ่มเคลื่อนที่ในวงจร หมายความว่ากระแสเริ่มไหลในวงจร กระแสไฟฟ้าจะไหลจนกว่าตัวเก็บประจุจะชาร์จเต็ม เมื่อถึงขีดจำกัดนี้ กระแสจะหยุดลง

ดังนั้นหากมีตัวเก็บประจุอยู่ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง หลังจากปิดแล้ว กระแสจะไหลเข้าไปนานเท่าที่ใช้ในการชาร์จตัวเก็บประจุจนเต็ม

หากความต้านทานของวงจรที่ประจุตัวเก็บประจุมีขนาดค่อนข้างเล็กเวลาในการชาร์จจะสั้นมาก: มันคงอยู่เพียงเสี้ยววินาทีที่ไม่มีนัยสำคัญหลังจากนั้นกระแสจะหยุดลง

สถานการณ์ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับแตกต่างกัน ในวงจรนี้ “ปั๊ม” จะสูบประจุไฟฟ้าไปในทิศทางเดียวหรืออีกทิศทางหนึ่ง เมื่อแทบจะไม่สร้างประจุส่วนเกินบนแผ่นหนึ่งของตัวเก็บประจุเมื่อเปรียบเทียบกับหมายเลขบนแผ่นอีกแผ่นหนึ่ง ปั๊มจึงเริ่มปั๊มพวกมันไปในทิศทางตรงกันข้าม ประจุจะไหลเวียนอย่างต่อเนื่องในวงจรซึ่งหมายความว่าแม้จะมีตัวเก็บประจุที่ไม่นำไฟฟ้า แต่จะมีกระแสอยู่ในนั้น - ประจุและกระแสคายประจุของตัวเก็บประจุ

ขนาดของกระแสนี้จะขึ้นอยู่กับอะไร?

ตามขนาดกระแส เราหมายถึงจำนวนประจุไฟฟ้าที่ไหลต่อหน่วยเวลาผ่านหน้าตัดของตัวนำ ยิ่งความจุของตัวเก็บประจุมากขึ้นเท่าใด ประจุก็จะยิ่งต้อง "เติม" ตัวเก็บประจุมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งหมายความว่ากระแสไฟฟ้าในวงจรก็จะยิ่งแรงขึ้นเท่านั้น ความจุของตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับขนาดของเพลต ระยะห่างระหว่างเพลตกับประเภทของไดอิเล็กทริกที่แยกพวกมัน ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก พอร์ซเลนมีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกมากกว่ากระดาษ ดังนั้นเมื่อเปลี่ยนกระดาษด้วยพอร์ซเลนในตัวเก็บประจุ กระแสไฟฟ้าในวงจรจะเพิ่มขึ้น แม้ว่าพอร์ซเลนจะเป็นฉนวนที่ดีกว่ากระดาษก็ตาม

ขนาดของกระแสไฟฟ้ายังขึ้นอยู่กับความถี่ของมันด้วย ยิ่งความถี่สูง กระแสก็จะยิ่งมากขึ้น เป็นเรื่องง่ายที่จะเข้าใจว่าทำไมสิ่งนี้จึงเกิดขึ้นโดยจินตนาการว่าเราเติมน้ำลงในภาชนะ เช่น น้ำ 1 ลิตรผ่านท่อแล้วสูบออกจากที่นั่น หากทำซ้ำขั้นตอนนี้ต่อวินาที น้ำ 2 ลิตรจะไหลผ่านท่อต่อวินาที: 1 ลิตรในทิศทางเดียวและ 1 ลิตรในทิศทางอื่น แต่ถ้าเราเพิ่มความถี่ของกระบวนการเป็นสองเท่า: เราเติมและเทภาชนะ 2 ครั้งต่อวินาที จากนั้นน้ำ 4 ลิตรจะไหลผ่านท่อต่อวินาที - การเพิ่มความถี่ของกระบวนการด้วยความจุเท่ากันของภาชนะนำไปสู่ ปริมาณน้ำที่ไหลผ่านท่อเพิ่มขึ้นตามลำดับ

จากทั้งหมดที่กล่าวมาสามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้: กระแสไฟฟ้า - ไม่ใช่ทางตรงหรือสลับกัน - ไม่ผ่านตัวเก็บประจุ แต่ในวงจรที่เชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟ AC เข้ากับตัวเก็บประจุ ประจุและกระแสคายประจุของตัวเก็บประจุนี้จะไหล ยิ่งความจุของตัวเก็บประจุมีขนาดใหญ่ขึ้นและความถี่ของกระแสก็จะยิ่งสูงขึ้น กระแสไฟฟ้าก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น

คุณลักษณะของกระแสสลับนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในวิศวกรรมวิทยุ การปล่อยคลื่นวิทยุก็ขึ้นอยู่กับมันด้วย ในการทำเช่นนี้ เรากระตุ้นกระแสสลับความถี่สูงในเสาอากาศส่งสัญญาณ แต่เหตุใดกระแสจึงไหลในเสาอากาศเนื่องจากไม่ใช่วงจรปิด มันไหลเนื่องจากมีความจุระหว่างเสาอากาศกับสายไฟหรือกราวด์ถ่วง กระแสในเสาอากาศแสดงถึงประจุและกระแสคายประจุของตัวเก็บประจุนี้ ตัวเก็บประจุนี้