קבל חשמלי הוא אחד המרכיבים במעגל החשמלי של כל מכשיר אלקטרוני, שתפקידו העיקרי הוא לאגור אנרגיה ולאחר מכן להחזיר אותה למעגל. התעשייה מציעה מגוון רחב של קבלים, שונים בסוגים, קיבולות, גדלים, יישומים.
עקרון הפעולה ומאפיינים של קבלים
המכשיר של הקבל מורכב משני לוחות מתכת-לוחות המופרדים על ידי שכבה דקה של דיאלקטרי. היחס בין הגדלים והסידור של הלוחות לבין המאפיין של החומר הדיאלקטרי קובע את מדד הקיבול.
הפיתוח העיצובי של כל סוג של קבל מכוון להשגת הקיבול המקסימלי המבוסס על הממדים המינימליים כדי לחסוך מקום על המעגל המודפס של המכשיר. אחת הצורות הפופולריות ביותר במראה היא בצורת חבית, שבתוכה מפותלים לוחות מתכת עם דיאלקטרי ביניהן.הקבל הראשון, שהומצא בעיר ליידן (הולנד) בשנת 1745, נקרא "צנצנת ליידן".
עקרון הפעולה של הרכיב הוא יכולת הטעינה והפריקה. טעינה אפשרית עקב נוכחות הלוחות במרחק קטן אחד מהשני. מטענים קרובים, המופרדים על ידי דיאלקטרי, נמשכים זה לזה ומתעכבים על הלוחות, והקבל עצמו אוגר אנרגיה. לאחר ניתוק מקור החשמל, הרכיב מוכן להחזרת האנרגיה במעגל, הפריקה.
פרמטרים ומאפיינים הקובעים ביצועים, איכות ועמידות העבודה:
- קיבולת חשמלית;
- קיבולת ספציפית;
- סטייה מותרת;
- חוזק חשמלי;
- השראות משלו;
- קליטה דיאלקטרית;
- אֲבֵדוֹת;
- יַצִיבוּת;
- מהימנות.
היכולת לאחסן מטען קובעת את הקיבול של קבל. בעת חישוב קיבולת, אתה צריך לדעת:
- שטח כיסוי;
- מרחק בין צלחות;
- קבוע דיאלקטרי של החומר הדיאלקטרי.
כדי להגדיל את הקיבול, יש צורך להגדיל את שטח הלוחות, להקטין את המרחק ביניהם ולהשתמש בדיאלקטרי שלחומר שלו יש קבוע דיאלקטרי גבוה.
פאראד (F) משמש לציון קיבול - יחידת מדידה שקיבלה את שמה לכבודו של הפיזיקאי האנגלי מייקל פאראדיי. עם זאת, פאראד 1 גדול מדי. לדוגמה, הקיבולת של הפלנטה שלנו היא פחות מ-1 פארד. באלקטרוניקה רדיו משתמשים בערכים קטנים יותר: מיקרופארד (µF, מיליונית הפאראד) ופיקופראד (pF, מיליונית המיקרופארד).
הקיבול הספציפי מחושב מהיחס בין הקיבול למסה (נפח) של הדיאלקטרי.מחוון זה מושפע מממדים גיאומטריים, ועלייה בקיבול הספציפי מושגת על ידי הפחתת נפח הדיאלקטרי, אך הדבר מגביר את הסיכון להתמוטטות.
הסטייה המותרת של ערך הדרכון של הקיבולת מהמציאות קובעת את דרגת הדיוק. על פי GOST, ישנם 5 שיעורי דיוק שקובעים שימוש עתידי. רכיבים בדרגת הדיוק הגבוהה ביותר משמשים במעגלים בעלי אחריות גבוהה.
חוזק דיאלקטרי קובע את היכולת להחזיק מטען ולשמור על תכונות עבודה. המטענים שנותרו על הלוחות נוטים זה לזה, פועלים על הדיאלקטרי. חוזק חשמלי הוא מאפיין חשוב של קבל, שקובע את משך השימוש בו. במקרה של פעולה לא תקינה, יתרחש התמוטטות של הדיאלקטרי והרכיב ייכשל.
השראות עצמית נלקחת בחשבון במעגלי AC עם משרנים. עבור מעגלי DC, זה לא נלקח בחשבון.
ספיגה דיאלקטרית - הופעת מתח על הלוחות בזמן פריקה מהירה. תופעת הקליטה נלקחת בחשבון לצורך פעולה בטוחה של מכשירים חשמליים במתח גבוה, שכן במקרה של קצר חשמלי קיימת סכנת חיים.
הפסדים נובעים מהעברת זרם נמוכה של הדיאלקטרי. בעת הפעלת רכיבים של מכשירים אלקטרוניים בתנאי טמפרטורה שונים ולחות שונה, לגורם האיכות של הפסדים יש השפעה. הוא מושפע גם מתדירות הפעולה. בתדרים נמוכים, הפסדים בדיאלקטרי משפיעים, בתדרים גבוהים - במתכת.
יציבות היא פרמטר קבל שמושפע גם מטמפרטורת הסביבה.השפעותיו מחולקות להפיך, המאופיין במקדם טמפרטורה, ובלתי הפיך, המאופיין במקדם של חוסר יציבות בטמפרטורה.
האמינות של הקבל תלויה בעיקר בתנאי ההפעלה. מניתוח תקלות עולה כי ב-80% מהמקרים תקלה היא הסיבה לכשל.
בהתאם למטרה, סוג ותחום היישום, גם הגדלים של הקבלים שונים. הקטנים והקטנים ביותר, שגודלם נע בין כמה מילימטרים למספר סנטימטרים, משמשים באלקטרוניקה, בעוד הגדולים שבהם משמשים בתעשייה.
מַטָרָה
המאפיין של אחסון ושחרור אנרגיה קבע את השימוש הנרחב בקבלים באלקטרוניקה מודרנית. יחד עם נגדים וטרנזיסטורים, הם הבסיס להנדסת חשמל. אין מכשיר מודרני אחד שבו הם לא ישמשו במידת מה.
היכולת שלהם לטעון ולפרוק, יחד עם השראות בעלת אותן תכונות, משמשת באופן פעיל בטכנולוגיית רדיו וטלוויזיה. מעגל תנודה של קבל והשראות הוא הבסיס לשידור וקליטה של אותות. שינוי הקיבול של הקבל מאפשר לך לשנות את התדר של המעגל המתנודד. לדוגמה, תחנות רדיו יכולות לשדר בתדרים משלהן, ומכשירי רדיו יכולים להתחבר לתדרים אלו.
פונקציה חשובה היא החלקה של אדוות AC. כל מכשיר אלקטרוני המופעל באמצעות מתח AC צריך סינון קבלים חשמליים כדי לייצר DC באיכות טובה.
מנגנון הטעינה והפריקה משמש באופן פעיל בציוד צילום.כל המצלמות המודרניות משתמשות בפלאש לצילום, שמתממש בשל תכונת הפריקה המהירה. בתחום זה לא משתלם להשתמש בסוללות שיכולות לאגור אנרגיה בצורה טובה, אך לאט לאט משחררות אותה. וקבלים, להיפך, משחררים באופן מיידי את כל האנרגיה המאוחסנת, וזה מספיק עבור הבזק בהיר.
היכולת לייצר פולסים בהספק גבוה על ידי קבלים משמשת במכ"ם וביצירת לייזרים.
קבלים מבצעים את התפקיד של מגעים לכיבוי ניצוץ בטלגרפיה וטלפוניה, כמו גם טלמכניקה ואוטומציה, שבהם יש צורך במעבר של ממסרים טעונים מאוד.
ויסות מתח של קווי חשמל ארוכים מתבצע באמצעות מיכלי פיצוי.
קבלים מודרניים, בשל יכולותיהם, משמשים לא רק בתחום האלקטרוניקה הרדיופונית. הם משמשים בעיבוד מתכת, כרייה, תעשיית פחם.
זנים עיקריים
בשל מגוון היישומים ותנאי ההפעלה של מכשירים אלקטרוניים, קיים מגוון רחב של רכיבים הנבדלים בסוגים ובמאפיינים. החלוקה העיקרית היא לפי מחלקה ולפי סוג הדיאלקטרי המשמש.
סוגי קבלים, מחולקים לפי מחלקה:
- עם קיבולת קבועה;
- עם קיבולת משתנה;
- כִּונוּן.
רכיבי קיבול קבוע משמשים בכל מכשיר אלקטרוני.
כדי לשנות את הקיבול והפרמטרים של המעגל, למשל, התדר במעגלים מתנודדים, משתמשים בקבלים בעלי קיבול משתנה.במכשיר שלהם, יש להם כמה חלקים של לוחות מתכת נעים, אשר מבטיח את עמידות העבודה שלהם.
קבלים גוזמים משמשים להתאמה חד פעמית של ציוד. הם זמינים בדירוגי קיבול שונים (מכמה פיקופאראדים ועד כמה מאות פיקופארדים) והם מדורגים למתחים של עד 60 וולט. ללא השימוש בהם, אי אפשר לכוונן את הציוד.
סוגי קבלים, מחולקים לפי סוג הדיאלקטרי:
- עם דיאלקטרי קרמי;
- עם דיאלקטרי סרט;
- אלקטרוליטי;
- יוניסטורים.
אלה קרמיים עשויים בצורה של צלחת קטנה של חומר קרמי, שעליה מרוססים מובילי מתכת. קבלים כאלה הם בעלי תכונות שונות ומשמשים הן למעגלי מתח גבוה והן למעגלי מתח נמוך.
עבור מעגלים במתח נמוך, לרוב נעשה שימוש ברכיבים בגודל קטן רב-שכבתי בשרף אפוקסי או במארזי פלסטיק בעלי קיבולת של מעשרות פיקופארד ועד יחידות של מיקרופארד. הם משמשים במעגלים בתדר גבוה של ציוד רדיו-אלקטרוני ויכולים לפעול בתנאי אקלים קשים.
עבור מעגלי מתח גבוה, מיוצרים קבלים קרמיים גדולים יותר עם קיבולות מעשרות פיקופארד ועד לאלפי פיקופארד. הם משמשים במעגלי דחף וציוד המרת מתח.
דיאלקטרי סרט הוא מסוגים שונים. הנפוץ שבהם הוא lavsan, בעל חוזק גבוה. פחות נפוץ הוא דיאלקטרי פוליפרופילן, בעל הפסדים נמוכים יותר והוא משמש במעגלי מתח גבוה, כגון מעגלי הגברה קול ומעגלים בתדר בינוני.
סוג נפרד של קבלי סרט מתחיל, המשמשים בזמן התנעת המנועים, ובשל הקיבול הגבוה והחומר הדיאלקטרי המיוחד שלהם, מפחיתים את העומס על המנוע החשמלי. הם מאופיינים במתח הפעלה גבוה ובכוח תגובתי חשמלי.
קבלים אלקטרוליטים עשויים בעיצוב קלאסי. הגוף עשוי אלומיניום, בתוכו לוחות מתכת מגולגלים. תחמוצת מתכת מופקדת כימית על צלחת אחת, ואלקטרוליט נוזלי או מוצק מופקד על השני, ויוצר דיאלקטרי. הודות למכשיר כזה, לקבלים אלקטרוליטיים יש קיבולת גדולה, אך המוזרות של השימוש בהם לאורך זמן היא השינוי שלו.
שלא כמו קבלי קרמיקה וסרטים, קבלים אלקטרוליטיים הם בעלי קוטביות. הם, בתורם, מחולקים לא-קוטביים, נטולי החיסרון הזה, רדיאלי, מיניאטורי, צירי. היקף היישום שלהם הוא מחשב מסורתי וטכנולוגיית מיקרו-מחשב מודרנית.
סוג מיוחד שהופיע יחסית לאחרונה הם יוניסטורים. בתכנון שלהם, הם דומים קבלים אלקטרוליטיים, אבל הם נבדלים על ידי קיבולת גדולה (עד יחידות של פארד). עם זאת, השימוש בהם מוגבל למתח מקסימלי קטן של כמה וולטים. קבלי-על משמשים לאחסון זיכרון: אם הסוללה בטלפון נייד או מחשב מיניאטורי נגמרת, המידע המאוחסן לא יאבד באופן בלתי הפיך.
בנוסף לרכיבים בגרסת הפלט, שהופיעו לפני זמן רב ואשר היו בשימוש מסורתי, מיוצרים רכיבים מודרניים בגרסת SMD, או כפי שהיא מכונה גם להרכבה על פני השטח. כך למשל ניתן לייצר קרמיקה בגדלים שונים של מארזים, מהקטן ביותר (1 מ"מ על 0.5 מ"מ) ועד הגדול ביותר (5.7 מ"מ על 5 מ"מ), ועם מתחים מקבילים מעשרות וולט ועד מאות.
ניתן לייצר קבלים אלקטרוליטיים גם באריזות הרכבה על פני השטח. אלה יכולים להיות קבלים אלקטרוליטיים סטנדרטיים מאלומיניום, או שהם יכולים להיות קבלים טנטליים, שנראים מעט כמו קבלים קרמיים, אך שונים מהם בקיבול גבוה יותר ובהפסדים נמוכים. הם יכולים להיות SMD מוצמדים וגם שאינם מוצמדים.
תכונה של קבלי טנטלום היא חיים ארוכים והפסדים מינימליים עם גבול קיבול מעט נמוך יותר, אך יחד עם זאת הם נבדלים במחיר גבוה. הם משמשים במעגלים באחריות גבוהה שבהם נדרש קיבול גבוה.
מאמרים דומים:
