בסיס האלמנטים לעיצוב של מכשירים אלקטרוניים הופך מסובך יותר. התקנים משולבים למעגלים משולבים עם פונקציונליות נתונה ובקרת תוכנית. אבל הפיתוח מבוסס על מכשירים בסיסיים: קבלים, נגדים, דיודות וטרנזיסטורים.
תוֹכֶן
מהו קבל
מכשיר שאוגר אנרגיה חשמלית בצורה של מטענים חשמליים נקרא קבל.
כמות החשמל או המטען החשמלי בפיזיקה נמדדת בקולומים (C). הקיבול נמדד בפאראדים (F).
מוליך בודד בקיבולת חשמלית של 1 פארד הוא כדור מתכת ברדיוס השווה ל-13 רדיוסים של השמש.לכן, הקבל כולל לפחות 2 מוליכים, המופרדים על ידי דיאלקטרי. בעיצובים פשוטים של המכשיר - נייר.
פעולת קבל במעגל DC מתבצעת כאשר הכוח מופעל וכיבוי.רק ברגעי מעבר משתנה הפוטנציאל על הלוחות.
הקבל במעגל AC נטען בתדר השווה לתדירות מתח אספקת החשמל. כתוצאה ממטענים ופריקות מתמשכים, זורם זרם דרך האלמנט. תדר גבוה יותר - המכשיר נטען מהר יותר.
ההתנגדות של מעגל עם קבל תלויה בתדירות הזרם. בתדר DC אפס, ערך ההתנגדות נוטה לאינסוף. ככל שתדר ה-AC עולה, ההתנגדות יורדת.
היכן משתמשים בקבלים?
הפעולה של מכשירים אלקטרוניים, הנדסת רדיו וחשמליים בלתי אפשרית ללא קבלים.
בהנדסת חשמל, הם משמשים להסטת שלבים בעת הפעלת מנועי אינדוקציה. ללא שינוי פאזה, מנוע אסינכרוני תלת פאזי ברשת חד פאזי משתנה אינו פועל.
קבלים בעלי קיבולת של מספר פארד - יוניסטורים, משמשים בכלי רכב חשמליים כמקורות כוח למנוע.
כדי להבין מדוע יש צורך בקבל, עליך לדעת כי 10-12% ממכשירי המדידה פועלים על פי העיקרון של שינוי הקיבול החשמלי כאשר הפרמטרים של הסביבה החיצונית משתנים. קיבול התגובה של מכשירים מיוחדים משמש עבור:
- רישום של תנועות חלשות באמצעות עלייה או ירידה במרחק בין הצלחות;
- קביעת לחות על ידי תיקון שינויים בהתנגדות הדיאלקטרי;
- מדידה של מפלס הנוזל, אשר משנה את קיבולת האלמנט בעת מילויו.
קשה לדמיין כיצד אוטומציה והגנת ממסר מתוכננות ללא קבלים. חלק מהלוגיקות ההגנה לוקחות בחשבון את ריבוי הטעינה של המכשיר.
אלמנטים קיבוליים משמשים במעגלים של התקני תקשורת ניידים, ציוד רדיו וטלוויזיה. קבלים משמשים ב:
- מגברים של תדרים גבוהים ונמוכים;
- ספקי כוח;
- מסנני תדר;
- מגברי קול;
- מעבדים ומיקרו-מעגלים אחרים.
קל למצוא את התשובה לשאלה למה מיועד קבל, אם מסתכלים על המעגלים החשמליים של מכשירים אלקטרוניים.
עקרון הפעולה של הקבל
במעגל DC, מטענים חיוביים נאספים על צלחת אחת, ומטענים שליליים נאספים על השני. עקב משיכה הדדית, החלקיקים מוחזקים במכשיר, והדיאלקטרי ביניהם אינו מאפשר להתחבר. ככל שהדיאלקטרי דק יותר, כך המטענים קשורים חזק יותר.
הקבל לוקח את כמות החשמל הדרושה למילוי המיכל, והזרם מפסיק.
עם מתח קבוע במעגל, האלמנט שומר על מטען עד כיבוי החשמל. ואז הוא משוחרר דרך העומסים במעגל.
זרם חילופין זורם דרך קבל בצורה שונה. הרבע הראשון של תקופת התנודה הוא הרגע שבו המכשיר נטען. משרעת זרם הטעינה יורדת באופן אקספוננציאלי, ועד סוף הרבעון היא יורדת לאפס. EMF ברגע זה מגיע לאמפליטודה.
בתקופה השנייה של ¼, EMF יורד והתא מתחיל לפרוק. הירידה ב-EMF קטנה בהתחלה וגם זרם הפריקה, בהתאמה. הוא גדל בהתאם לאותה תלות מעריכית. עד סוף התקופה, ה-EMF הוא אפס, הזרם שווה לערך המשרעת.
ב-¼ השלישי של תקופת התנודה, ה-EMF משנה כיוון, עובר דרך אפס ועולה.סימן הטעינה על הלוחות הפוך. הזרם יורד בגודלו ושומר על כיוון. בשלב זה, הזרם החשמלי מוביל את המתח ב-90 מעלות בשלב.
במשרנים קורה ההפך: מתח מוביל זרם. תכונה זו מגיעה תחילה כאשר בוחרים באילו מעגלים להשתמש במעגל: RC או RL.
בסוף המחזור, בתנודה האחרונה של ¼, ה-EMF יורד לאפס, והזרם מגיע לערך השיא שלו.
"קיבולת" נפרקת ונטענת 2 פעמים בכל תקופה ומוליך זרם חילופין.
זהו תיאור תיאורטי של תהליכים. כדי להבין כיצד האלמנט במעגל פועל ישירות במכשיר, מחושבים ההתנגדות האינדוקטיבית והקיבולית של המעגל, הפרמטרים של המשתתפים האחרים ונלקחת בחשבון השפעת הסביבה החיצונית.
מאפיינים ומאפיינים עיקריים
פרמטרי קבלים המשמשים ליצירה ותיקון של מכשירים אלקטרוניים כוללים:
- קיבולת - C. קובעת את כמות הטעינה שהמכשיר מחזיק. ערך הקיבולת הנומינלית מצוין על המארז. כדי ליצור את הערכים הנדרשים, האלמנטים כלולים במעגל במקביל או בסדרה. הערכים התפעוליים אינם תואמים לאלה המחושבים.
- תדר תהודה - fр. אם תדירות הזרם גדולה מהתהודה, אזי מופיעות התכונות האינדוקטיביות של האלמנט. זה מקשה על העבודה. כדי לספק את ההספק המחושב במעגל, סביר להשתמש בקבל בתדרים הנמוכים מערכי תהודה.
- מתח מדורג - Un. כדי למנוע התמוטטות של האלמנט, מתח ההפעלה מוגדר פחות מהמתח הנומינלי. הפרמטר מצוין על מארז הקבלים.
- קוטביות. אם החיבור שגוי, יתרחשו התמוטטות וכשל.
- התנגדות בידוד חשמלי - Rd. מגדיר את זרם הדליפה של המכשיר. במכשירים, חלקים ממוקמים קרוב זה לזה. בזרם דליפה גבוה יתכנו חיבורים טפיליים במעגלים. זה מוביל לתקלות. זרם הזליגה פוגע בתכונות הקיבוליות של האלמנט.
- מקדם טמפרטורה - TKE. הערך קובע כיצד הקיבול של המכשיר משתנה עם תנודות בטמפרטורה של הסביבה. הפרמטר משמש בעת פיתוח מכשירים לפעולה בתנאי אקלים קשים.
- אפקט פיזואלקטרי טפילי. סוגים מסוימים של קבלים, כאשר הם מעוותים, יוצרים רעש במכשירים.
סוגי וסוגי קבלים
אלמנטים קיבוליים מסווגים לפי סוג הדיאלקטרי המשמש בתכנון.
קבלים של נייר ומתכת-נייר
האלמנטים משמשים במעגלים עם מתח קבוע או פועם מעט. פשטות העיצוב גורמת ליציבות ביצועים נמוכה ב-10-25% ולהגדלת הפסדים.
בקבלי נייר, לוחות נייר האלומיניום מפרידים בין הנייר. המכלולים מסובבים ומניחים במארז בצורת גליל או מקבילי מלבני.
התקנים פועלים בטמפרטורות של -60 ... + 125 מעלות צלזיוס, עם מתח מדורג של התקני מתח נמוך עד 1600 וולט, התקני מתח גבוה - מעל 1600 וולט וקיבולת של עד עשרות מיקרופארד.
במכשירי מתכת-נייר, במקום נייר כסף, מורחים שכבה דקה של מתכת על נייר דיאלקטרי. זה עוזר לייצר אלמנטים קטנים יותר. עם תקלות קלות, ריפוי עצמי של הדיאלקטרי אפשרי. אלמנטים מתכת-נייר נחותים מאלמנטים מנייר מבחינת עמידות בידוד.
קבלים אלקטרוליטיים
עיצוב המוצרים דומה לעיצוב של נייר. אבל בייצור של תאים אלקטרוליטים, נייר ספוג בתחמוצות מתכת.
במוצרים עם אלקטרוליט ללא נייר, התחמוצת מופקדת על אלקטרודת מתכת. לתחמוצות מתכת יש מוליכות חד-צדדית, מה שהופך את המכשיר לקוטבי.
בדגמים מסוימים של תאים אלקטרוליטים, הלוחות עשויים עם חריצים המגדילים את שטח הפנים של האלקטרודה. הפערים במרווח בין הלוחות מתבטלים על ידי הצפה באלקטרוליט. זה משפר את התכונות הקיבוליות של המוצר.
קיבולת גדולה של מכשירים אלקטרוליטיים - מאות מיקרופארד - משמשת במסננים כדי להחליק אדוות מתח.
אלומיניום אלקטרוליטי
במכשירים מסוג זה, בטנת האנודה עשויה מרדיד אלומיניום. המשטח מצופה בתחמוצת מתכת - דיאלקטרי. רירית הקתודה היא אלקטרוליט מוצק או נוזלי, הנבחר כך ששכבת התחמוצת על נייר הכסף תשוחזר במהלך הפעולה. דיאלקטרי ריפוי עצמי מאריך את חיי האלמנט.
קבלים בעיצוב זה דורשים קוטביות. כאשר הוא מופעל שוב, זה ישבור את המארז.
התקנים, שבתוכם ממוקמים מכלולים קוטביים אנטי-רצפים, משמשים בשני כיוונים. הקיבול של תאים אלקטרוליטיים מאלומיניום מגיע לכמה אלפי מיקרופארד.
טנטלום אלקטרוליטי
אלקטרודת האנודה של מכשירים כאלה עשויה ממבנה נקבובי המתקבל על ידי חימום אבקת טנטלום ל-+2000 מעלות צלזיוס. החומר נראה כמו ספוג. נקבוביות מגדילה את שטח הפנים.
באמצעות חמצון אלקטרוכימי מונחת על האנודה שכבה של טנטלום פנטאוקסיד בעובי של עד 100 ננומטר. דיאלקטרי מוצק עשוי מנגן דו חמצני.המבנה המוגמר נלחץ לתרכובת - שרף מיוחד.
מוצרי טנטלום משמשים בתדרים נוכחיים מעל 100 קילו-הרץ. קיבול נוצר עד מאות מיקרופארד, במתח פעולה של עד 75 V.
פּוֹלִימֵר
קבלים משתמשים באלקטרוליט העשוי מפולימרים מוצקים, המספק מספר יתרונות:
- חיי השירות גדלים עד 50 אלף שעות;
- פרמטרים נשמרים במהלך החימום;
- טווח אדוות הזרם המותרים מורחב;
- ההתנגדות של הלוחות והמובילים אינה מרחפת את הקיבול.
סרט צילום
הדיאלקטרי בדגמים אלו הוא סרט של טפלון, פוליאסטר, פלואורפלסטי או פוליפרופילן.
כיסויים - נייר כסף או שקיעת מתכת על הסרט. העיצוב משמש ליצירת מכלולים רב שכבתיים עם שטח פנים מוגדל.
קבלי סרט בגדלים מיניאטוריים הם בעלי קיבול של מאות מיקרו-פאראד. בהתאם למיקום השכבות והמסקנות של המגעים, נוצרות צורות ציריות או רדיאליות של המוצרים.
בדגמים מסוימים, המתח הנקוב הוא 2 קילו וולט ומעלה.
מה ההבדל בין קוטבי ללא קוטבי
לא קוטבי מאפשרים הכללת קבלים במעגל ללא קשר לכיוון הזרם. האלמנטים משמשים במסננים של ספקי כוח משתנים, מגברים בתדר גבוה.
מוצרי Polar מחוברים בהתאם לסימון. אם תפעיל אותו בכיוון ההפוך, המכשיר ייכשל או לא יפעל כרגיל.
קבלים קוטביים ולא קוטביים בעלי קיבולות גדולות וקטנות נבדלים בעיצוב הדיאלקטרי. בקבלים אלקטרוליטיים, אם התחמוצת מוחל על אלקטרודה אחת או צד אחד של נייר, סרט, אז האלמנט יהיה קוטבי.
מודלים של קבלים אלקטרוליטיים לא קוטביים, שבתכניהם התחמוצת המתכת הופקדה באופן סימטרי על שני המשטחים של הדיאלקטרי, כלולים במעגלי זרם חילופין.
עבור אלה קוטביים, יש סימון של אלקטרודה חיובית או שלילית על הגוף.
מה קובע את הקיבול של קבל
תפקידו ותפקידו העיקריים של קבל במעגל הוא לצבור מטענים, ותפקיד נוסף הוא למנוע דליפה.
ערך הקיבול של הקבל עומד ביחס ישר לקבוע הדיאלקטרי של המדיום ושטח הלוחות, וביחס הפוך למרחק בין האלקטרודות. יש 2 סתירות:
- כדי להגדיל את הקיבול, יש צורך באלקטרודות כמה שיותר עבות, רחבות וארוכות יותר. במקרה זה, לא ניתן להגדיל את ממדי המכשיר.
- כדי לשמור על המטענים ולספק את כוח המשיכה הרצוי, המרחק בין הלוחות נעשה מינימלי. במקרה זה, לא ניתן להפחית את זרם ההתמוטטות.
כדי לפתור התנגשויות, מפתחים משתמשים ב:
- מבנים רב שכבתיים של זוג דיאלקטרי ואלקטרודה;
- מבני אנודה נקבוביים;
- החלפת נייר בתחמוצות ואלקטרוליטים;
- חיבור מקביל של אלמנטים;
- מילוי חלל פנוי בחומרים בעלי קבוע דיאלקטרי מוגבר.
קבלים הולכים וקטנים עם כל המצאה חדשה.
מאמרים דומים:
