회로 명칭이 "C"인 일반적인 커패시터는 AC 및 DC 회로 모두에서 작동하는 가장 일반적인 무선 부품 범주에 속합니다. 첫 번째 경우에는 차단 및 용량성 부하의 요소로, 두 번째 경우에는 맥동 전류가 있는 정류기 회로의 필터링 요소로 사용됩니다. AC 회로의 커패시터는 아래 그림과 같습니다.

저항이라고 하는 다른 일반적인 무선 구성 요소와 달리 AC 회로의 커패시터는 반응성 구성 요소를 도입하여 적용된 EMF와 이로 인해 발생하는 전류 사이에 위상 편이를 형성합니다. 반응성 성분과 커패시턴스가 무엇인지 더 자세히 알아 봅시다.

정현파 EMF 회로에 포함

내포물의 종류

아시다시피 DC 회로의 커패시터(가변 부품 없음)는 작동할 수 없습니다.

메모!이 설명은 리플 전류가 흐르는 평활 필터 및 특수 차단 회로에는 적용되지 않습니다.

이 요소를 교류 회로에 포함시키는 것을 고려하면 완전히 다른 그림이 관찰됩니다. 이 요소는 더 적극적으로 작동하기 시작하고 한 번에 여러 기능을 수행할 수 있습니다. 이 경우 커패시터는 다음과 같은 용도로 사용할 수 있습니다.

• 일정한 구성 요소를 차단하려면 모든 전자 회로에 항상 존재합니다.
• 처리된 신호의 고주파(HF) 구성 요소의 전파 경로에 저항을 생성하기 위해;
• 회로의 주파수 특성을 설정하는 용량성 부하 요소로;
• 진동 회로 및 특수 필터의 요소(LF 및 HF).

위의 모든 사실로부터 압도적 인 대다수의 경우 교류 회로의 커패시터가 흐르는 신호에 특정 영향을 미칠 수있는 주파수 종속 요소로 사용된다는 것이 즉시 분명합니다.

가장 간단한 유형의 포함

이 포함 중에 발생하는 프로세스는 아래 그림에 나와 있습니다.

그것들은 다음과 같이 표현되는 고조파(사인파) emf의 개념을 도입하여 설명할 수 있습니다.유 = 우오 코사인 ω 티, 그리고 다음과 같이 보입니다.

• 가변 EMF가 증가함에 따라 커패시터는 그것을 통해 흐르는 전류 I에 의해 충전되며, 이는 초기 시간에 최대입니다. 커패시턴스가 충전됨에 따라 충전 전류의 크기는 점차 감소하고 EMF가 최대에 도달하는 순간에 완전히 0으로 재설정됩니다.

중요한!이러한 전류 및 전압의 다방향 변화는 이 요소의 특성인 90도 위상 편이를 형성합니다.

• 주기적인 진동의 첫 번째 분기가 끝나는 곳입니다.
• 또한, 정현파 EMF가 점차 감소하여 커패시터가 방전되기 시작하고 이때 진폭이 증가하는 전류가 회로에 흐릅니다. 동시에 기간의 1/4 분기에 동일한 위상 지연이 관찰됩니다.
• 이 단계가 끝나면 커패시터가 완전히 방전되고(EMF가 0임) 회로의 전류가 최대에 도달합니다.
• 역 (방전) 전류가 증가함에 따라 커패시턴스가 재충전되어 전류가 점차적으로 0으로 감소하고 EMF가 피크 값에 도달합니다 (즉, 전체 프로세스가 시작점으로 돌아갑니다).

또한, 설명된 모든 프로세스는 외부 EMF의 주파수로 지정된 주파수로 반복됩니다. 전류와 EMF 사이의 위상 변이는 커패시터 양단의 전압 변화에 대한 일종의 저항으로 간주될 수 있습니다(전류 변동보다 뒤처짐).

정전 용량

용량의 개념

커패시터가 연결된 회로에서 발생하는 프로세스를 연구할 때 이 요소의 다양한 샘플에 대한 충전 및 방전 시간이 서로 크게 다릅니다. 이 사실을 바탕으로 주어진 전압의 영향으로 전하를 축적하는 커패시터의 능력으로 정의되는 커패시턴스의 개념이 도입되었습니다.

그 후, 시간에 따른 판의 전하 변화는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

하지만 그때부터큐= CU, 간단한 계산으로 우리는 다음을 얻습니다.

I = CxdU/dt = ω C Uo cos ω t = Io sin(ω t+90),

즉, 전류는 전압을 90도 앞당기기 시작하는 방식으로 커패시터를 통해 흐릅니다. 이 전기 프로세스에 다른 수학적 접근 방식을 사용할 때도 동일한 결과를 얻을 수 있습니다.

벡터 표현

더 명확하게 하기 위해 전기 공학은 고려된 프로세스의 벡터 표현을 사용하고 반응의 감속을 정량화하기 위해 정전용량 개념이 도입되었습니다(아래 사진 참조).

벡터 다이어그램은 또한 커패시터 회로의 전류가 위상에서 90도만큼 전압을 앞서는 것을 보여줍니다.

추가 정보.정현파 전류 회로에서 코일의 "거동"을 연구할 때 반대로 위상이 전압보다 뒤처지는 것으로 나타났습니다.

두 경우 모두 프로세스의 위상 특성에 차이가 있으며 이는 가변 EMF 회로에서 부하의 반응 특성을 나타냅니다.

설명하기 어려운 미분 계산을 무시하고 용량성 부하의 저항을 나타내면 다음을 얻습니다.

커패시터에 의해 생성 된 저항은 교류 신호의 주파수와 회로에 설치된 요소의 커패시턴스에 반비례합니다. 이 의존성을 통해 다음과 같은 주파수 종속 회로와 같은 커패시터를 기반으로 구축할 수 있습니다.

• 통합 및 미분 회로(패시브 저항과 함께);
• LF 및 HF 필터 요소;
• 전력 설비의 부하 특성을 개선하기 위해 사용되는 무효 회로;
• 직렬 및 병렬 유형의 공진 회로.

첫 번째 경우 커패시턴스를 사용하여 직사각형 펄스의 모양을 임의로 변경하여 지속 시간을 늘리거나(적분) 단축(미분)할 수 있습니다.

필터 회로 및 공진 회로는 다양한 클래스의 선형 회로(증폭기, 변환기, 발전기 및 이와 유사한 장치)에 널리 사용됩니다.

커패시턴스 그래프

커패시터를 통한 전류는 조화롭게 변화하는 전압의 영향하에 만 흐른다는 것이 입증되었습니다. 이 경우 체인의 전류 강도는 이 소자의 커패시턴스에 의해 결정되므로 커패시터의 커패시턴스가 클수록 더 중요합니다.

그러나 주파수 매개 변수가 감소함에 따라 커패시터의 저항이 증가하는 역 관계를 추적 할 수도 있습니다. 예를 들어 아래 그림에 표시된 그래프를 고려하십시오.

위의 의존성으로부터 다음과 같은 중요한 결론을 도출할 수 있습니다.

• 정전류(주파수 = 0)의 경우 Xc는 무한대와 같으며, 이는 전류가 흐를 수 없음을 의미합니다.
• 매우 높은 주파수에서 이 요소의 저항은 0이 되는 경향이 있습니다.
• 다른 조건이 같으면 회로에 설치된 커패시터의 커패시턴스에 의해 결정됩니다.

특히 흥미로운 것은 커패시터가 포함된 교류 회로의 전기 에너지 분포입니다.

용량성 부하의 일(전력)

인덕턴스의 경우와 유사하게 가변 EMF 회로에서 커패시터의 "거동"을 연구할 때 위상 편이 U 및 I로 인한 전력 소비가 관찰되지 않는 것으로 나타났습니다. 후자는 프로세스의 초기 단계(충전 중)에서 전기 에너지가 축전기 판 사이에 저장되고 두 번째 단계에서 소스로 다시 반환된다는 사실로 설명됩니다(아래 그림 참조).

결과적으로 커패시턴스는 무효 부하 또는 와트리스 부하로 분류됩니다. 그러나 실제 회로에는 반응성이 아니라 능동 또는 와트 저항이있는 일반 수동 요소가 항상 있기 때문에 이러한 결론은 순전히 이론적 인 것으로 간주 될 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• 리드선 저항;
• 커패시터에서 유전체 영역의 전도도;
• 연락처에 산란;
• 코일 턴 등의 능동 저항.

이와 관련하여 모든 실제 전기 회로에는 항상 각 경우에 개별적으로 결정되는 유효 전력 손실(손실)이 있습니다.

유전체를 통한 누출 및 플레이트(플레이트) 사이의 절연 불량과 관련된 내부 손실에 특히 주의해야 합니다. 실제 상황을 고려하여 다음 정의를 살펴보겠습니다. 따라서 유전체의 질적 특성과 관련된 손실을 유전체라고합니다. 판 사이의 절연 불량으로 인한 에너지 비용은 일반적으로 커패시터 소자의 누출로 인한 손실로 분류됩니다.

이 검토가 끝나면 탄성 기계적 스프링이 있는 커패시터 회로에서 발생하는 프로세스를 나타내는 하나의 유추를 따르는 것이 흥미로웠습니다. 그리고 실제로 이 요소와 같은 스프링은 주기적인 진동의 한 부분에서 자체적으로 위치 에너지를 축적하고 두 번째 단계에서는 운동 형태로 되돌려줍니다. 이러한 유추를 기반으로 가변 EMF가 있는 회로에서 커패시터의 동작에 대한 전체 그림을 제시할 수 있습니다.

동영상

커패시터에 대해 많이 작성되었습니다. 이미 존재하는 수백만 단어에 몇 천 단어를 더 추가할 가치가 있습니까? 추가하겠습니다! 나는 나의 발표가 유용할 것이라고 믿는다. 결국, 그것은 고려하여 수행됩니다.

전기 커패시터 란 무엇입니까?

우리가 러시아어로 말하면 커패시터를 "축전지"라고 부를 수 있습니다. 그래서 더욱 이해가 됩니다. 또한 이것이 이 이름이 우리 언어로 번역되는 방식입니다. 유리는 커패시터라고도 할 수 있습니다. 그는 자신에게 액체를 축적합니다. 또는 가방. 네, 가방. 보관함도 보인다. 그것은 우리가 거기에 넣은 모든 것을 그 자체로 축적합니다. 전기 커패시터는 어떻습니까? 유리나 가방과 같지만 전하만 축적됩니다.

그림을 상상해보십시오. 전류가 회로를 통과하고 저항기, 도체가 도중에 만나고 bam, 커패시터 (유리)가 나타납니다. 무슨 일이 일어날 것? 아시다시피 전류는 전자의 흐름이며 각 전자에는 전하가 있습니다. 따라서 누군가가 회로를 통해 흐르는 전류가 있다고 말할 때 수백만 개의 전자가 회로를 통해 흐르는 것을 상상합니다. 커패시터가 도중에 나타날 때 축적되는 것은 바로 이러한 전자 장치입니다. 커패시터에 전자를 더 많이 넣을수록 전하가 커집니다.

이러한 방식으로 얼마나 많은 전자가 축적될 수 있는지, 얼마나 많은 전자가 커패시터에 들어갈 것이며, 언제 "가득차게" 될 것인지에 대한 질문이 제기됩니다. 알아 보자. 매우 자주 물과 파이프와의 비교는 간단한 전기 프로세스의 설명을 단순화하는 데 사용됩니다. 이 방법도 사용합시다.

물이 흐르는 파이프를 상상해보십시오. 파이프의 한쪽 끝에는 이 파이프로 물을 강제로 펌핑하는 펌프가 있습니다. 그런 다음 정신적으로 파이프를 가로질러 고무 막을 놓습니다. 무슨 일이 일어날 것? 멤브레인은 파이프에 있는 수압의 작용으로 늘어나거나 변형되기 시작합니다(압력은 펌프에 의해 생성됨). 그것은 늘어나고, 늘어나고, 늘어날 것이고 결과적으로 멤브레인의 탄성력은 펌프의 힘의 균형을 잡아 물의 흐름이 멈추거나 멤브레인이 부서질 것입니다(이것이 명확하지 않으면 풍선을 상상해보십시오. 너무 세게 펌핑하면 파열됩니다)! 전기 커패시터에서도 동일한 일이 발생합니다. 그곳에서만 멤브레인 대신 전기장이 사용되며, 이는 커패시터가 충전됨에 따라 증가하고 점차적으로 전원의 전압 균형을 유지합니다.

따라서 커패시터는 축적될 수 있는 특정 제한 전하를 가지며, 그 전하를 초과하면, 커패시터의 절연 파괴 분해되어 커패시터가 되지 않습니다. 이제 커패시터가 어떻게 작동하는지 말할 때가 된 것 같습니다.

전기 커패시터는 어떻게 작동합니까?

학교에서 그들은 커패시터가 두 개의 판과 그 사이의 빈 공간으로 구성된 그러한 장치라고 말했습니다. 이 판을 축전기판이라고 하며 축전기에 전압을 인가하기 위해 전선을 연결했습니다. 따라서 현대 커패시터도 크게 다르지 않습니다. 그들 모두는 또한 판을 가지고 있으며 판 사이에 유전체가 있습니다. 유전체의 존재로 인해 커패시터의 특성이 향상됩니다. 예를 들어, 용량.

최신 커패시터는 특정 특성을 달성하기 위해 가장 정교한 방식으로 커패시터 플레이트 사이에 채워진 다양한 유형의 유전체(아래에서 자세히 설명)를 사용합니다.

작동 원리

일반적인 작동 원리는 매우 간단합니다. 전압이 가해지면 전하가 축적됩니다. 지금 일어나고 있는 물리적 과정은 별로 관심이 없어야 하지만, 원한다면 정전기 섹션의 물리학 관련 책에서 이에 대해 읽을 수 있습니다.

DC 회로의 커패시터

커패시터를 전기 회로에 배치하고(아래 그림), 전류계를 직렬로 연결하고 회로에 직류를 적용하면 전류계 바늘이 잠시 경련한 다음 정지하고 0A를 표시합니다. 회로에 전류가 없습니다 . 무슨 일이에요?

우리는 전류가 회로에 공급되기 전에 커패시터가 비어 있었고(방전) 전류가 인가되었을 때 매우 빠르게 충전되기 시작했고 충전되었을 때(콘덴서 플레이트 사이의 전계가 균형을 이루었다고 가정합니다. 전원), 전류가 멈췄습니다 (여기에는 커패시터 충전 그래프가 있습니다).

그래서 커패시터가 직류를 통과하지 못한다고 말합니다. 사실, 그것은 건너 뜁니다. 공식 t \u003d 3 * R * C (캐패시터를 공칭 용량의 95 %까지 충전하는 시간. R은 저항 회로, C는 커패시터의 커패시턴스) 이것은 커패시터가 일정한 회로 전류에서 동작하는 방식입니다. 그것은 교류 회로에서 아주 다르게 행동합니다!

AC 회로의 커패시터

교류 란 무엇입니까? 이것은 전자가 먼저 거기에서 "실행"한 다음 다시 돌아올 때입니다. 저것들. 그들의 이동 방향은 항상 바뀝니다. 그런 다음 교류가 커패시터가있는 회로를 통해 흐르면 각 플레이트에 "+"충전이 발생하고 "-"가 축적됩니다. 저것들. 교류가 실제로 흐를 것입니다. 그리고 이것은 교류가 "자유롭게"커패시터를 통과한다는 것을 의미합니다.

이 전체 프로세스는 수력학적 유추 방법을 사용하여 모델링할 수 있습니다. 아래 그림은 AC 회로의 아날로그입니다. 피스톤은 액체를 앞뒤로 밀어냅니다. 이로 인해 임펠러가 앞뒤로 회전합니다. 그것은 가변적인 액체 흐름으로 밝혀졌습니다 (교류를 읽습니다).

이제 전원(피스톤)과 임펠러 사이에 멤브레인 형태의 콘덴서 모델을 놓고 어떤 변화가 있을지 분석해 보겠습니다.

아무것도 바뀌지 않을 것 같습니다. 액체가 요동을 하듯이 요동하게 하는 것이므로 임펠러가 요동한 것과 같이 계속 요동하게 된다. 이것은 우리의 멤브레인이 가변 흐름에 대한 장애물이 아님을 의미합니다. 또한 전자 커패시터용일 것입니다.

사실은 사슬을 달리고 커패시터 판 사이의 유전체(막)를 가로지르는 전자가 아니지만 커패시터 외부에서 전자의 움직임이 진동(앞뒤), 즉 교류가 흐릅니다. 뭐라고!

따라서 커패시터는 교류를 통과시키고 직류를 지연시킵니다. 이것은 오디오 증폭기의 출력/입력과 같이 신호에서 DC 성분을 제거하려는 경우 또는 신호의 가변 부분(DC 출력의 리플)만 보고 싶을 때 매우 편리합니다. 전압 소스).

커패시터 리액턴스

커패시터에는 저항이 있습니다! 원칙적으로 이것은 마치 매우 높은 저항을 가진 저항인 것처럼 직류가 통과하지 않는다는 사실에서 이미 가정할 수 있습니다.

또 다른 것은 교류입니다. 통과하지만 커패시터에서 저항을 경험합니다.

f는 주파수, C는 커패시터의 커패시턴스입니다. 공식을 자세히 살펴보면 전류가 일정하면 f = 0이고 (전투적인 수학자들이 나를 용서할 수 있기를!) X c = 무한대.그리고 커패시터를 통한 직류는 없습니다.

그러나 교류에 대한 저항은 주파수와 커패시터의 커패시턴스에 따라 달라집니다. 전류의 주파수와 커패시터의 커패시턴스가 클수록 이 전류에 대한 저항이 줄어들고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 전압 변화가 빠를수록
전압이 높을수록 커패시터를 통과하는 전류가 클수록 주파수가 증가함에 따라 Xc가 감소하는 것을 설명합니다.

그건 그렇고, 커패시터의 또 다른 특징은 전원이 방출되지 않고 가열되지 않는다는 것입니다! 따라서 저항이 연기가 나는 곳에서 전압을 감쇠시키는 데 때때로 사용됩니다. 예를 들어 주전원 전압을 220V에서 127V로 낮춥니다. 그리고 더:

커패시터의 전류는 단자에 인가되는 전압의 비율에 비례합니다.

커패시터는 어디에 사용됩니까?

네, 필터, 진동 회로, 전압 증배기 등에서 특성이 요구되는 곳이면 어디든(직류를 통과하지 않고 전기 에너지를 축적하고 주파수에 따라 저항을 변경하는 기능)

커패시터 란 무엇입니까?

업계에서는 다양한 유형의 커패시터를 생산합니다. 그들 각각에는 특정 장점과 단점이 있습니다. 일부는 누설 전류가 낮고, 다른 일부는 커패시턴스가 크며, 다른 것은 다른 것입니다. 이 표시기에 따라 커패시터가 선택됩니다.

특히 우리와 같은 라디오 아마추어(초보자)는 자신이 찾은 것을 특별히 귀찮게 하거나 내기를 하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 자연에 존재하는 주요 유형의 커패시터가 무엇인지 알아야합니다.

그림은 커패시터의 매우 조건부 분리를 보여줍니다. 제 입맛에 맞게 편곡해 보았는데 가변 캐패시터가 있는지, 어떤 상수 캐패시터가 있는지, 공통 캐패시터에 어떤 유전체를 사용하는지 바로 알 수 있어서 마음에 듭니다. 일반적으로 라디오 아마추어에게 필요한 모든 것.

누설 전류가 낮고 크기가 작으며 인덕턴스가 낮고 고주파수와 DC, 맥동 및 AC 회로에서 작동할 수 있습니다.

이 제품은 2~20,000pF의 광범위한 작동 전압 및 용량으로 생산되며, 버전에 따라 최대 30kV까지 견딜 수 있습니다. 그러나 가장 자주 작동 전압이 최대 50V인 세라믹 커패시터를 찾을 수 있습니다.

솔직히 지금 만드는지는 잘 모르겠습니다. 그러나 초기에는 이러한 커패시터에서 운모가 유전체로 사용되었습니다. 그리고 커패시터 자체는 운모 팩으로 구성되어 있으며 각각의 판이 양면에 적용된 다음 이러한 판을 "패키지"로 조립하여 케이스에 포장했습니다.

일반적으로 수천에서 수만 피코포라드의 용량을 갖고 200V에서 1500V의 전압 범위에서 작동했습니다.

종이 커패시터

이러한 커패시터에는 유전체로 커패시터 종이가 있고 플레이트로 알루미늄 스트립이 있습니다. 긴 알루미늄 호일 스트립과 그 사이에 종이 스트립이 감겨서 케이스에 포장됩니다. 그게 요점입니다.

이러한 커패시터는 수천 피코포래드에서 30마이크로패럿 범위의 용량으로 제공되며 160볼트에서 1500볼트의 전압을 처리할 수 있습니다.

지금은 오디오 애호가들이 이 제품을 높이 평가한다는 소문이 있습니다. 나는 놀랍지 않습니다. 그들은 또한 일방적 인 도선을 가지고 있습니다 ...

원칙적으로 폴리에스터를 유전체로 사용하는 일반 커패시터. 50V ~ 1500V의 작동 전압에서 1nF ~ 15mF의 커패시턴스 스프레드.

이 유형의 커패시터에는 두 가지 부인할 수 없는 장점이 있습니다. 첫째, 1%의 아주 작은 허용 오차로 만들 수 있습니다. 따라서 100pF라고 표시되면 커패시턴스는 100pF +/- 1%입니다. 그리고 두 번째는 작동 전압이 최대 3kV에 도달할 수 있다는 것입니다(커패시턴스는 100pF ~ 10mF).

전해 커패시터

이 커패시터는 직접 또는 맥동 전류 회로에만 연결할 수 있다는 점에서 다른 모든 커패시터와 다릅니다. 그들은 극성입니다. 그들은 플러스와 마이너스가 있습니다. 이것은 그들의 디자인 때문입니다. 그리고 그러한 커패시터가 반대로 켜지면 부풀어 오를 가능성이 큽니다. 그리고 더 일찍 그들은 또한 유쾌하지만 안전하지 않게 폭발했습니다. 알루미늄 및 탄탈 전해 콘덴서가 있습니다.

알루미늄 전해 축전기는 거의 종이와 같이 배열되지만 그러한 축전기의 판은 종이와 알루미늄 스트립이라는 유일한 차이점이 있습니다. 종이에 전해질을 함침시키고 유전체 역할을 하는 알루미늄 스트립에 얇은 산화물 층이 도포됩니다. 이러한 커패시터에 교류를 적용하거나 출력 극성으로 되돌리면 전해질이 끓고 커패시터가 고장납니다.

전해 커패시터는 충분히 큰 커패시턴스를 가지므로 예를 들어 정류기 회로에서 자주 사용됩니다.

그게 다야. 폴리카보네이트, 폴리스티렌 및 아마도 다른 많은 유형으로 만들어진 유전체가 있는 커패시터가 무대 뒤에서 남아 있었습니다. 그러나 나는 그것이 중복 될 것이라고 생각합니다.

계속하려면...

2부에서는 콘덴서의 대표적인 사용예를 보여드릴 예정입니다..

이것은 실험적으로 확인하기 쉽습니다. 커패시터를 통해 전구를 교류 네트워크에 연결하여 전구를 켤 수 있습니다. 라우드스피커나 핸드셋은 리시버에 직접 연결되지 않고 커패시터를 통해 연결된 경우 계속 작동합니다.

커패시터는 유전체로 분리된 두 개 이상의 금속판입니다. 이 유전체는 가장 좋은 절연체인 운모, 공기 또는 세라믹입니다. 이러한 절연체에는 직류가 통하지 않는 것은 지극히 당연합니다. 그러나 왜 교류가 그것을 통과합니까? 예를 들어 도자기 롤러 형태의 동일한 세라믹이 AC 전선을 완벽하게 절연하고 운모가 AC에서 제대로 작동하는 전기 다리미 및 기타 가열 장치의 절연체 기능을 완벽하게 수행하기 때문에 이것은 더욱 이상해 보입니다.

몇 가지 실험을 통해 우리는 훨씬 더 이상한 사실을 "증명"할 수 있습니다. 커패시터에서 상대적으로 열악한 절연 특성을 가진 유전체를 더 나은 절연체인 다른 유전체로 교체하면 커패시터의 특성이 다음과 같이 변경됩니다. 커패시터를 통한 교류의 통과는 방해받지 않지만 반대로 더 쉽습니다. 예를 들어, 종이 유전체가있는 커패시터를 통해 교류 회로의 전구를 연결하고 종이를 우수한 절연체로 교체하면; 같은 두께의 유리나 도자기처럼 전구는 더 밝게 타오를 것입니다. 이러한 실험은 교류 전류가 커패시터를 통과할 뿐만 아니라 더 쉽게 통과할수록 유전체가 절연체라는 결론으로 ​​이어질 것입니다.

그러나 그러한 실험의 모든 설득력에도 불구하고 직접 또는 교류가 아닌 전류는 커패시터를 통과하지 않습니다. 커패시터의 플레이트를 분리하는 유전체는 AC 또는 DC에 관계없이 전류 경로에 대한 안정적인 장벽 역할을 합니다. 그러나 이것이 커패시터가 포함된 전체 회로에 전류가 없다는 것을 의미하지는 않습니다.

커패시터는 우리가 커패시턴스라고 부르는 특정 물리적 특성을 가지고 있습니다. 이 속성은 플레이트에 전하를 축적하는 능력으로 구성됩니다. 전류의 소스는 전하를 회로에 펌핑하는 펌프에 대략 비유할 수 있습니다. 전류가 일정하면 전하가 항상 한 방향으로 펌핑됩니다.

커패시터는 DC 회로에서 어떻게 작동합니까?

우리의 "전기 펌프"는 전하를 플레이트 중 하나로 펌핑하고 다른 플레이트에서 밀어냅니다. 전하 수의 특정 차이를 플레이트(판)에 유지하는 커패시터의 능력을 커패시턴스라고 합니다. 커패시터의 커패시턴스가 클수록 한 플레이트에 다른 플레이트에 비해 더 많은 전하가 있을 수 있습니다.

전류가 켜지는 순간 커패시터는 충전되지 않습니다. 플레이트의 전하 수는 동일합니다. 그러나 현재는 켜져 있습니다. "전기 펌프"를 획득했습니다. 그는 전하를 한 판으로 몰고 다른 판에서 펌핑하기 시작했습니다. 전하가 회로에서 움직이기 시작하면 전류가 흐르기 시작했음을 의미합니다. 커패시터가 완전히 충전될 때까지 전류가 흐를 것입니다. 이 한계에 도달하면 전류가 멈춥니다.

따라서 DC 회로에 커패시터가 있으면 닫힌 후 커패시터를 완전히 충전하는 데 걸리는 한 전류가 흐릅니다.

커패시터가 충전되는 회로의 저항이 상대적으로 작으면 충전 시간이 매우 짧습니다. 매우 짧은 시간 동안 지속되고 그 후에 전류가 흐르지 않습니다.

AC 회로의 또 다른 것. 이 회로에서 "펌프"는 전하를 한 방향 또는 다른 방향으로 펌핑합니다. 다른 판의 수에 비해 커패시터의 한 판에 과잉 전하를 간신히 생성한 후 펌프는 반대 방향으로 전하를 펌핑하기 시작합니다. 전하는 회로에서 지속적으로 순환합니다. 즉, 비전도성 커패시터가 있음에도 불구하고 커패시터의 충전 및 방전 전류인 전류가 흐르게 됩니다.

이 전류의 크기를 결정하는 것은 무엇입니까?

전류의 크기는 도체의 단면을 통해 단위 시간당 흐르는 전하의 수를 의미합니다. 커패시터의 커패시턴스가 클수록 커패시터를 "채우기" 위해 더 많은 전하가 필요하므로 회로의 전류가 더 강해집니다. 커패시터의 커패시턴스는 플레이트의 크기, 플레이트 사이의 거리, 플레이트를 분리하는 유전체 유형, 유전 상수에 따라 다릅니다. 도자기는 종이보다 유전율이 크므로 콘덴서에서 도자기를 교체하면 종이보다 절연체가 더 우수하지만 회로의 전류가 증가합니다.

전류의 크기는 또한 주파수에 따라 다릅니다. 주파수가 높을수록 전류가 커집니다. 예를 들어 1리터 용량의 용기에 튜브를 통해 물을 채운 다음 펌핑한다고 상상하면 왜 이런 일이 발생하는지 이해하기 쉽습니다. 이 과정을 1초에 1번 반복하면 1초에 2리터의 물이 튜브를 통과하게 됩니다. 한 방향으로 1리터, 다른 방향으로 1리터입니다. 그러나 프로세스 빈도를 두 배로 늘리면 초당 2 번 용기를 채우고 비우면 초당 4 리터의 물이 튜브를 통과합니다. 용기의 일정한 용량으로 프로세스 빈도가 증가합니다. 관을 통해 흐르는 물의 양에 상응하는 증가.

지금까지 말한 모든 것으로부터 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다. 전류(직접 또는 교류 아님)는 커패시터를 통과하지 않습니다. 그러나 AC 소스를 커패시터에 연결하는 회로에서는 이 커패시터의 충방전 전류가 흐릅니다. 커패시터의 커패시턴스가 클수록 전류의 주파수가 높을수록 이 전류는 더 강해집니다.

교류의 이 기능은 무선 공학에서 매우 널리 사용됩니다. 이것은 전파의 방사를 기반으로 합니다. 이를 위해 송신 안테나에서 고주파 교류를 여기시킵니다. 그러나 폐쇄 회로가 아니기 때문에 안테나에 전류가 흐르는 이유는 무엇입니까? 안테나의 전선과 평형추 또는 접지 사이에 정전 용량이 있기 때문에 흐릅니다. 안테나의 전류는 이 커패시턴스, 이 커패시터의 충방전 전류입니다.

여러분, 오늘 기사에서 나는 다음과 같은 흥미로운 질문을 고려하고 싶습니다. 교류 콘덴서. 실제로 커패시터는 교류가 있는 회로에서 어디에나 존재하기 때문에 이 주제는 전기에서 매우 중요합니다. 이와 관련하여 이 경우 신호가 변경되는 법칙에 대한 명확한 아이디어를 갖는 것이 매우 유용합니다. 우리는 오늘 이러한 법칙을 고려할 것이며 마지막에는 커패시터를 통해 전류를 결정하는 실용적인 문제 하나를 해결할 것입니다.

여러분, 이제 우리에게 가장 흥미로운 점은 커패시터가 AC 신호 회로에 있는 경우 커패시터의 전압과 커패시터를 통과하는 전류가 서로 어떻게 관련되는지입니다.

왜 즉시 가변적입니까? 예, 단순히 커패시터가 회로에 있기 때문에 직류놀라운 것은 없습니다. 커패시터가 방전되는 동안 전류는 첫 번째 순간에만 흐릅니다. 그런 다음 커패시터가 충전되고 그게 다입니다. 전류가 없습니다 (예, 예, 그들은 이미 커패시터의 충전이 이론적으로 무한히 오래 지속된다고 외치기 시작했으며 누설 저항도있을 수 있지만 이제 우리는 이것을 무시합니다). 충전된 커패시터 영구적 인현재의 - 방법 것입니다 체인 브레이크. 언제 우리에게 기회가 있습니까? 변하기 쉬운현재의 - 모든 것이 여기에서 훨씬 더 흥미 롭습니다. 이 경우 전류는 커패시터를 통해 흐를 수 있으며 이 경우 커패시터는 다음과 같습니다. 저항기일부 잘 정의된 저항이 있습니다(지금 여기에서 모든 종류의 위상 이동을 잊어버리면 아래에서 자세히 설명). 커패시터 양단의 전류와 전압 사이의 관계를 어떻게든 얻어야 합니다.

지금은 교류 회로에 커패시터만 있다는 사실부터 진행하겠습니다. 저항이나 인덕터와 같은 다른 구성 요소 없이. 회로에 저항 만있는 경우 이러한 문제는 매우 간단하게 해결됩니다. 전류와 전압은 옴의 법칙을 통해 상호 연결됩니다. 우리는 이것에 대해 한 번 이상 이야기했습니다. 모든 것이 매우 간단합니다. 전압을 저항으로 나누고 전류를 얻습니다. 그러나 커패시터는 어떻습니까? 결국 커패시터는 저항이 아닙니다. 프로세스에는 완전히 다른 물리학이 있으므로 급습에서 전류와 전압을 단순히 연결하는 것은 불가능합니다. 그럼에도 불구하고 해야 하므로 추론해 봅시다.

먼저 돌아가자. 뒤로 멀리. 아주 멀리까지. 이 사이트에 대한 나의 아주 첫 번째 기사. 오래된 사람들은 이것이 현재의 힘에 대한 기사라는 것을 기억해야합니다. 바로 이 기사에서 전류의 강도와 도체의 단면을 통해 흐르는 전하와 관련된 흥미로운 표현이 하나 있습니다. 같은 표현입니다

누군가는 현재의 강점에 대한 그 기사에서 항목이 통과했다고 반대할 수 있습니다. ∆q그리고 Δt- 아주 적은 양의 전하와 이 전하가 도체 부분을 통과하는 시간. 그러나 여기서는 다음을 통해 표기법을 사용합니다. dq그리고 dt차등을 통해. 다음에서 이 표현이 필요합니다. 마탄의 정글 깊숙이 들어가지 않으면 사실 dq그리고 dt여기와 다르지 않다 ∆q그리고 Δt. 물론 고등 수학에 깊이 정통한 사람들은 이 말에 대해 이의를 제기할 수 있지만, 예, 지금은 이러한 것들에 초점을 맞추고 싶지 않습니다.

그래서 우리는 현재 힘에 대한 표현을 기억했습니다. 이제 커패시터의 커패시턴스가 상호 연결되는 방식을 기억합시다. 에서, 요금 큐, 그 자신 안에 축적된 긴장과 유이렇게 형성된 콘덴서에. 글쎄, 우리는 커패시터가 자체적으로 어떤 종류의 전하를 축적하면 필연적으로 전압이 플레이트에 발생한다는 것을 기억합니다. 우리 모두는 이 기사에서 이전에도 이것에 대해 이야기했습니다. 전하를 전압과 관련시키는 이 공식이 필요합니다.

이 공식에서 커패시터의 전하를 표현합시다.

그리고 이제 전류 강도에 대한 이전 공식에서 커패시터의 전하를 이 식으로 대체하려는 매우 큰 유혹이 있습니다. 자세히 살펴보십시오-결국 전류 강도, 커패시터의 커패시턴스 및 커패시터의 전압이 상호 연결됩니다! 지체 없이 이 대입을 해보자:

우리가 가진 커패시터의 커패시턴스는 값입니다 끊임없는. 정의된다 콘덴서에 의해 독점적으로, 내부 구조, 유전체 유형 및 모든 것. 우리는 이전 기사 중 하나에서 이 모든 것에 대해 자세히 이야기했습니다. 따라서 용량 에서커패시터는 상수이기 때문에 차동 기호에서 안전하게 제거할 수 있습니다(예: 이러한 동일한 차동으로 작업하기 위한 규칙). 하지만 긴장으로 유당신은 그것을 할 수 없습니다! 커패시터 양단의 전압은 시간에 따라 변합니다.. 왜 이런 일이 발생합니까? 대답은 기본입니다. 전류가 커패시터 판에 흐르면 분명히 전하가 변경됩니다. 전하의 변화는 확실히 커패시터 양단의 전압 변화로 이어질 것입니다. 따라서 전압은 시간의 특정 함수로 간주될 수 있으며 차동 아래에서 빼낼 수 없습니다. 따라서 위의 변환을 수행한 후 다음 항목을 얻습니다.

여러분, 축하합니다. 커패시터에 인가된 전압과 커패시터를 통해 흐르는 전류와 관련된 가장 유용한 표현을 방금 받았습니다. 따라서 전압 변화의 법칙을 알면 간단히 도함수를 구하면 커패시터를 통한 전류 변화의 법칙을 쉽게 찾을 수 있습니다.

그러나 반대의 경우는 어떻습니까? 커패시터를 통한 전류 변화 법칙을 알고 있고 커패시터 양단의 전압 변화 법칙을 찾고 싶다고 가정합니다. 수학에 정통한 독자라면 이미 이 문제를 풀기 위해 위에 적힌 식을 통합하면 충분하다는 것을 이미 짐작했을 것입니다. 즉, 결과는 다음과 같습니다.

사실, 이 두 표현은 거의 같은 것입니다. 첫 번째 것은 우리가 커패시터의 전압 변화 법칙을 알고 그것을 통한 전류 변화의 법칙을 찾고 싶을 때 사용되며 두 번째 - 커패시터를 통한 전류가 어떻게 변하는지 알고 우리가 원할 때 사용됩니다. 전압 변화의 법칙을 찾으십시오. 여러분, 이 모든 것을 더 잘 기억할 수 있도록 설명 사진을 준비했습니다. 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 - 설명 그림

실제로 압축 된 형태로 기억하기 좋은 결론이 묘사됩니다.

여러분, 주목하세요- 결과 표현식은 전류 및 전압 변화의 모든 법칙에 유효합니다.사인, 코사인, 구형파 또는 다른 것일 필요는 없습니다. 어떤 문헌에도 기술되지 않은 완전히 임의적이거나 완전히 야생적일지라도 전압 변화의 법칙이 있는 경우 유(t)커패시터에 적용하면 이를 미분하여 커패시터를 통과하는 전류의 변화 법칙을 결정할 수 있습니다. 마찬가지로 커패시터를 통한 전류 변화의 법칙을 안다면 그것)그런 다음 적분을 찾으면 전압이 어떻게 변하는지 알 수 있습니다.

그래서 우리는 전류와 전압을 변경하는 가장 미친 옵션조차도 절대적으로 서로 관련시키는 방법을 알아 냈습니다. 그러나 일부 특별한 경우는 그다지 흥미롭지 않습니다. 예를 들어 이미 우리 모두와 사랑에 빠진 사람의 경우 사인파현재의. 이제 처리합시다.

커패시터 양단의 전압을 보자 씨다음과 같이 사인 법칙에 따라 변경됩니다.

이 표현에서 각 문자 뒤에 물리량이 무엇인지, 우리는 조금 앞서 자세히 분석했습니다. 이 경우 현재는 어떻게 변할까요? 이미 얻은 지식을 사용하여이 표현식을 일반 공식으로 바보 같이 대입하고 파생 상품을 구해 봅시다.

또는 다음과 같이 작성할 수 있습니다.

여러분, 사인은 코사인과 위상이 90도만큼 이동한다는 점에서 코사인과 다릅니다. 글쎄, 또는 수학의 언어로 표현된다면, . 이 표현이 어디에서 왔는지 명확하지 않습니까? 구글링 감소 공식. 그 일은 유용합니다. 아는 것이 나쁠 것은 없습니다. 더 나은, 당신이 익숙하다면 삼각원, 이 모든 것을 매우 명확하게 볼 수 있습니다.

여러분, 저는 한 가지만 지적하겠습니다. 내 기사에서 도함수를 찾고 적분을 취하는 규칙에 대해서는 이야기하지 않겠습니다. 이러한 점에 대해 최소한 일반적인 이해가 있기를 바랍니다. 그런데 이렇게 하는 방법을 모르시더라도 이러한 중간계산 없이도 사물의 본질이 명확하도록 자료를 제시하도록 노력하겠습니다. 따라서 이제 우리는 중요한 결론을 얻었습니다. 커패시터 양단의 전압이 사인 법칙에 따라 변경되면 커패시터를 통과하는 전류는 코사인 법칙에 따라 변경됩니다. 즉, 커패시터의 전류와 전압은 서로에 대해 위상이 90도 이동합니다. 또한 전류의 진폭 값을 비교적 쉽게 찾을 수 있습니다(이것은 사인 앞에 오는 요소임). 음, 즉, 그 피크, 전류가 도달하는 최대값입니다. 보시다시피 용량에 따라 다릅니다. 씨커패시터, 인가되는 전압의 진폭 유 m 및 주파수 ω . 즉, 인가 전압이 클수록 커패시터의 커패시턴스가 커지고 전압 변화의 주파수가 클수록 커패시터를 통과하는 전류의 진폭이 커집니다. 동일한 필드에서 커패시터를 통과하는 전류와 커패시터를 가로지르는 전압을 묘사하여 그래프를 작성해 보겠습니다. 지금까지는 구체적인 수치 없이 단순히 질적인 성격을 보여주고자 한다. 이 그래프는 그림 2에 나와 있습니다(그림을 클릭할 수 있음).

그림 2 - 커패시터를 통한 전류 및 커패시터 양단의 전압

그림 2에서 파란색 그래프는 커패시터를 통과하는 정현파 전류이고 빨간색 그래프는 커패시터 양단의 정현파 전압입니다. 이 그림은 전류가 전압을 앞서는 것을 매우 명확하게 보여줍니다(전류 사인 곡선의 피크는 왼쪽으로전압 정현파의 해당 피크, 즉, ~ 전에).

이제 반대로 해보자. 현재 변화의 법칙을 알려주세요 나(티)커패시터를 통해 씨. 그리고 이 법칙도 사인 곡선이 되게 하십시오.

이 경우 커패시터 양단의 전압이 어떻게 변할지 결정합시다. 적분과 함께 일반 공식을 사용합시다.

이미 작성된 계산과 절대적으로 유추하여 전압은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

여기서 우리는 삼각법의 흥미로운 정보를 다시 사용합니다. . 그리고 다시 감소 공식왜 그런 일이 발생했는지 명확하지 않은 경우 도움이 될 것입니다.

이러한 계산을 통해 어떤 결론을 내릴 수 있습니까? 그리고 결론은 여전히 ​​​​이미 만들어진 것과 동일합니다. 커패시터를 통과하는 전류와 커패시터 양단의 전압은 서로에 대해 90도 위상 편이됩니다. 게다가, 그들은 단지 이동하지 않습니다. 현재의 앞서전압. 왜 그래야만하지? 이 과정의 물리학은 무엇입니까? 알아봅시다.

상상해보자 충전되지 않은커패시터를 전압 소스에 연결했습니다. 처음에는 커패시터에 전하가 전혀 없으며 방전됩니다. 전하가 없으면 전압도 없습니다. 그러나 전류가 있으며 커패시터가 소스에 연결되면 즉시 발생합니다. 여러분, 눈치채셨나요? 아직 전압이 없지만(증가할 시간이 없음) 전류가 이미 있습니다.. 게다가 이 연결 순간에 회로의 전류는 최대입니다(방전된 커패시터는 실제로 회로의 단락과 같습니다). 다음은 전압과 전류의 차이입니다. 전류가 흐르면 축전기판에 전하가 축적되기 시작하는데, 즉 전압이 증가하기 시작하고 전류가 점차 감소한다. 그리고 잠시 후 너무 많은 전하가 플레이트에 축적되어 커패시터의 전압이 소스의 전압과 같아지고 회로의 전류가 완전히 멈춥니다.

이제 이것을 가져 가자 청구커패시터가 소스에서 분리되고 단락됩니다. 우리는 무엇을 얻을 것인가? 그리고 거의 동일합니다. 맨 처음 순간에 전류가 최대가 되고 커패시터 양단의 전압은 변경 없이 그대로 유지됩니다. 즉, 다시 전류가 앞서고 전압이 그 이후에 변경됩니다. 전류가 흐르면 전압이 점차 감소하기 시작하고 전류가 완전히 멈추면 0이 됩니다.

진행 중인 프로세스의 물리학을 더 잘 이해하기 위해 다시 한 번 다음을 사용할 수 있습니다. 배관 비유. 충전된 커패시터가 일종의 물로 가득 찬 탱크라고 상상해 보십시오. 이 탱크의 바닥에는 물을 배수할 수 있는 수도꼭지가 있습니다. 이 수도꼭지를 열어봅시다. 열면 바로 물이 샙니다. 그리고 물이 빠져나감에 따라 탱크의 압력이 점차 떨어집니다. 즉, 대략적으로 말하면 커패시터의 전류가 전압 변화보다 앞서 있는 것처럼 수도꼭지에서 흐르는 물의 흐름은 압력 변화보다 앞서 있습니다.

전류와 전압이 사인 법칙에 따라 변할 때 그리고 실제로 어떤 것에 대해서도 사인파 신호에 대해 유사한 추론을 수행할 수 있습니다. 요점은 분명하기를 바랍니다.

조금만 하자 실제 계산커패시터 및 플롯 그래프를 통한 교류.

사인파 전압 소스가 있다고 가정하고 유효 값은 다음과 같습니다. 220V, 그리고 주파수 50Hz. 즉, 모든 것이 소켓에서와 정확히 동일합니다. 이 전압에 커패시터가 연결됩니다. 1 미크로포맷. 예를 들어, 필름 커패시터 K73-17, 최대 전압 400V용으로 설계된(그리고 더 낮은 전압용 커패시터는 220V 네트워크에 연결해서는 안 됨) 1μF의 용량으로 사용할 수 있습니다. 우리가 무엇을 다루고 있는지에 대한 아이디어를 제공하기 위해 그림 3에서 이 동물의 사진을 게시했습니다(사진을 제공한 Diamond에게 감사합니다)

그림 3 - 이 커패시터를 통한 전류를 찾고 있습니다.

이 커패시터를 통해 흐르는 전류의 진폭을 결정하고 전류 및 전압 그래프를 플롯해야 합니다.

먼저 콘센트의 전압 변화 법칙을 기록해야 합니다. 당신이 기억한다면, 진폭이 경우의 전압 값은 약 311V입니다. 왜 그런 것인지, 어디에서 왔는지, 콘센트의 전압 변화 법칙을 기록하는 방법은 이 기사에서 읽을 수 있습니다. 그 결과를 즉시 발표하겠습니다. 따라서 콘센트의 전압은 법률에 따라 변경됩니다.

이제 우리는 콘센트의 전압을 커패시터를 통과하는 전류와 관련시키는 이전에 얻은 공식을 사용할 수 있습니다. 결과는 다음과 같을 것입니다

우리는 단순히 조건에 지정된 커패시터의 커패시턴스, 전압의 진폭 값 및 주전원 전압의 원형 주파수를 일반 공식에 대입했습니다. 결과적으로 모든 요인을 곱한 후 현재 변화의 법칙이 있습니다.

그게 다야, 여러분. 커패시터를 통과하는 전류의 진폭 값은 100mA보다 약간 작습니다. 많거나 적습니까? 질문이 정확하지 않습니다. 수백 암페어의 전류가 나타나는 산업 기술의 표준으로는 매우 작습니다. 예, 수십 암페어가 드문 일이 아닌 가전 제품의 경우에도 마찬가지입니다. 그러나 사람에게는 그러한 흐름조차도 큰 위험입니다! 이것은 220V 네트워크에 연결된 그러한 커패시터를 잡아서는 안된다는 결론을 의미합니다. 그러나 이 원리에 따라 소광 커패시터가 있는 소위 전원 공급 장치를 제조할 수 있습니다. 예, 이것은 별도의 기사에 대한 주제이며 여기서 다루지 않겠습니다.

이 모든 것이 좋지만 구축해야 하는 그래프를 거의 잊어버렸습니다. 우리는 그것을 시급히 고쳐야 합니다! 그래서 그것들을 그림 4와 그림 5에 나타내었다. 그림 4에서는 콘센트의 전압 그래프를 관찰할 수 있고, 그림 5에서는 그러한 콘센트에 포함된 커패시터를 통한 전류 변화의 법칙을 관찰할 수 있다.

그림 4 - 콘센트의 전압 그래프

그림 5 - 커패시터를 통한 전류 그래프

이 그림에서 알 수 있듯이 전류와 전압은 원래대로 90도 이동합니다. 그리고 아마도 독자는 전류가 커패시터를 통해 흐르고 커패시터를 가로질러 약간의 전압이 떨어지면 약간의 전력도 방출되어야 한다는 아이디어를 가졌을 것입니다. 그러나 나는 서둘러 경고합니다. 커패시터의 경우 상황은 완전히 이 방법이 아니라. 이상적인 커패시터를 고려하면 전류가 흐르고 전압이 강하하더라도 커패시터의 전원이 전혀 해제되지 않습니다. 왜요? 어때요? 그것에 대해 - 미래의 기사에서. 오늘은 여기까지입니다. 읽어주셔서 감사합니다. 행운을 빕니다. 곧 만나요!

우리의 가입

트랜지스터와 마이크로 회로를 제외한 모든 무선 공학 및 전자 장치에는 커패시터가 사용됩니다. 일부 회로에는 더 많고 다른 회로에는 적지만 커패시터가 없는 전자 회로는 거의 없습니다.

동시에 커패시터는 장치에서 다양한 작업을 수행할 수 있습니다. 우선, 이들은 정류기 및 안정기 필터의 커패시턴스입니다. 커패시터의 도움으로 증폭 단계 사이에 신호가 전송되고 저역 및 고역 통과 필터가 구축되고 시간 간격이 시간 지연으로 설정되고 다양한 발생기의 발진 주파수가 선택됩니다.

커패시터는 18세기 중반에 네덜란드 과학자 Peter van Mushenbroek이 실험에서 사용한 혈통을 이끕니다. 그는 라이덴이라는 도시에 살았는데 왜 이 은행을 그렇게 불렀는지 짐작하기 어렵지 않다.

사실, 그것은 주석 호일 - staniole로 안팎이 줄 지어있는 평범한 유리 병이었습니다. 현대의 알루미늄과 같은 용도로 쓰였으나 당시 알루미늄은 아직 발견되지 않았다.

그 당시 유일한 전기 공급원은 수백 킬로볼트까지의 전압을 발생시킬 수 있는 전기영동 기계였습니다. 그녀에게서 Leyden 병이 청구되었습니다. 물리학 교과서에는 Mushenbrook이 손을 잡고 있는 10명의 경비병을 통해 깡통을 배출한 경우가 설명되어 있습니다.

그 당시에는 그 결과가 비극적일 수 있다는 것을 아무도 몰랐습니다. 타격은 매우 민감한 것으로 판명되었지만 치명적이지는 않았습니다. 이것은 라이덴 병의 용량이 미미했기 때문에 충동이 매우 짧았 기 때문에 방전 전력이 낮았습니다.

커패시터의 작동 원리

커패시터의 장치는 실제로 Leyden jar와 다르지 않습니다. 유전체로 분리된 동일한 두 개의 플레이트입니다. 이것이 커패시터가 현대 전기 회로에 묘사되는 방식입니다. 그림 1은 평면 커패시터의 개략적인 장치와 계산 공식을 보여줍니다.

그림 1. 플랫 커패시터의 장치

여기서 S는 플레이트의 면적(제곱미터), d는 플레이트 사이의 거리(미터), C는 커패시턴스(패럿), ε은 매체의 유전율입니다. 공식에 포함된 모든 수량은 SI 시스템에 표시됩니다. 이 공식은 가장 단순한 플랫 커패시터에 유효합니다. 두 개의 금속판을 나란히 놓고 결론을 도출할 수 있습니다. 공기는 유전체 역할을 할 수 있습니다.

이 공식에서 커패시터의 커패시턴스가 클수록 플레이트의 면적이 커지고 플레이트 사이의 거리가 작아짐을 이해할 수 있습니다. 형상이 다른 커패시터의 경우 공식은 예를 들어 단일 도체의 커패시턴스에 대해 다를 수 있습니다. 그러나 플레이트의 면적과 플레이트 사이의 거리는 커패시턴스의 의존도는 플랫 커패시터의 경우와 동일합니다. 면적이 클수록 거리가 작을수록 커패시턴스가 커집니다.

사실, 접시가 항상 평평하게 만들어지는 것은 아닙니다. 금속 종이와 같은 많은 커패시터의 라이닝은 종이 유전체와 함께 금속 케이스 형태의 단단한 공으로 감긴 알루미늄 호일입니다.

전기 강도를 높이기 위해 얇은 커패시터 종이에 절연 화합물, 가장 흔히 변압기 오일을 함침시킵니다. 이 디자인을 사용하면 최대 수백 마이크로 패럿의 용량을 가진 커패시터를 만들 수 있습니다. 다른 유전체가 있는 커패시터는 거의 같은 방식으로 배열됩니다.

공식에는 판 S의 면적과 판 사이의 거리 d에 대한 제한이 포함되어 있지 않습니다. 판을 매우 멀리 분리할 수 있고 동시에 판의 면적을 아주 미미하게 만들 수 있다고 가정하면 비록 작지만 일부 용량은 여전히 ​​남아 있을 것입니다. 이러한 추론은 서로 인접한 두 개의 도체에도 전기 용량이 있음을 시사합니다.

이 상황은 고주파 기술에서 널리 사용됩니다. 어떤 경우에는 커패시터가 단순히 인쇄 배선 트랙의 형태로 만들어지거나 폴리에틸렌 절연체로 함께 꼬인 두 개의 전선만 만들어집니다. 일반 철사면이나 케이블에도 정전용량이 있는데 길이가 늘어날수록 커집니다.

커패시턴스 C 외에도 모든 케이블에는 저항 R이 있습니다. 이러한 물리적 특성은 모두 케이블의 길이를 따라 분포되며 펄스 신호를 전송할 때 그림 2와 같이 통합 RC 회로처럼 작동합니다.

그림 2.

그림에서 모든 것이 간단합니다. 여기에 회로가 ​​있고 여기에 입력 신호가 있으며 여기에는 출력이 있습니다. 충격은 인식을 넘어 왜곡되지만 이것은 의도적으로 수행되었으며 회로가 조립되었습니다. 그 동안 우리는 펄스 신호에 대한 케이블 커패시턴스의 영향에 대해 이야기하고 있습니다. 펄스 대신 케이블의 다른 쪽 끝에 이러한 "벨"이 나타나며 펄스가 짧으면 케이블의 다른 쪽 끝에 전혀 도달하지 않거나 사라질 수도 있습니다.

사실

여기에서 대서양 횡단 케이블이 배치 된 방법에 대한 이야기를 회상하는 것이 적절합니다. 1857년의 첫 번째 시도는 실패했습니다. 전신 점 - 대시(직사각형 펄스)가 왜곡되어 4000km 길이의 선의 다른 쪽 끝에서 아무 것도 분해할 수 없었습니다.

두 번째 시도는 1865년에 이루어졌습니다. 이때까지 영국의 물리학자 W. Thompson은 긴 선을 통한 데이터 전송 이론을 개발했습니다. 이 이론에 비추어 케이블 배치가 더 성공적인 것으로 판명되었으며 신호가 수신되었습니다.

이 과학적 위업을 위해 빅토리아 여왕은 과학자에게 기사 작위와 켈빈 경의 칭호를 수여했습니다. 케이블 설치가 시작된 아일랜드 해안의 작은 마을 이름입니다. 그러나 이것은 단지 단어이며 이제 공식의 마지막 문자, 즉 매질 ε의 유전율로 돌아가 보겠습니다.

유전체에 대해 조금

이 ε은 공식의 분모에 있으므로 증가하면 용량이 증가합니다. 공기, lavsan, 폴리에틸렌, fluoroplast와 같이 사용되는 대부분의 유전체의 경우 이 상수는 실질적으로 진공의 상수와 동일합니다. 그러나 동시에 유전 상수가 훨씬 높은 물질이 많이 있습니다. 공기 응축기가 아세톤이나 알코올로 채워지면 용량이 15 ... 20 배 증가합니다.

그러나 이러한 물질은 높은 ε 외에도 충분히 높은 전도도를 가지므로 그러한 커패시터가 전하를 유지하는 것이 나쁠 것이며 자체를 통해 빠르게 방전됩니다. 이 유해한 현상을 누설 전류라고 합니다. 따라서 커패시터의 높은 비정전용량으로 허용 가능한 누설 전류를 제공할 수 있는 유전체용 특수 재료가 개발되고 있습니다. 이것은 각각 특정 조건에 맞게 설계된 다양한 유형과 유형의 커패시터를 설명하는 것입니다.

그들은 가장 높은 비 용량 (용량 / 부피 비율)을 가지고 있습니다. "전해질"의 용량은 최대 100,000마이크로패럿에 도달하고 작동 전압은 최대 600V입니다. 이러한 커패시터는 낮은 주파수에서만 잘 작동하며 대부분 전원 공급 장치 필터에서 사용됩니다. 전해 콘덴서는 극성에 따라 연결됩니다.

이러한 커패시터의 전극은 금속 산화물의 박막이므로 이러한 커패시터를 종종 산화물 커패시터라고 합니다. 이러한 전극 사이의 얇은 공기층은 신뢰성이 높은 절연체가 아니므로 산화판 사이에 전해질 층이 도입됩니다. 대부분 이들은 산 또는 알칼리의 농축 용액입니다.

그림 3은 이러한 커패시터 중 하나를 보여줍니다.

그림 3. 전해 커패시터

커패시터의 크기를 추정하기 위해 그 옆에 간단한 성냥갑을 촬영했습니다. 그림에서 충분히 큰 용량 외에 백분율 허용 오차도 볼 수 있습니다. 공칭 값의 70% 이상도 이하도 아닙니다.

컴퓨터가 커서 컴퓨터라고 불렸던 당시에는 이러한 커패시터가 디스크 드라이브(현대 HDD의 경우)에 있었습니다. 이러한 드라이브의 정보 용량은 이제 미소만 지을 수 있습니다. 직경이 350mm인 두 개의 디스크에 5MB의 정보가 저장되고 장치 자체의 무게는 54kg입니다.

그림에 표시된 슈퍼 커패시터의 주요 목적은 갑작스러운 정전 시 디스크의 작업 영역에서 자기 헤드를 제거하는 것입니다. 이러한 커패시터는 실제로 테스트된 몇 년 동안 전하를 저장할 수 있습니다.

아래에서 전해 커패시터를 사용하여 커패시터가 무엇을 할 수 있는지 이해하기 위해 몇 가지 간단한 실험을 제안할 것입니다.

AC 회로에서 작동하기 위해 무극성 전해 콘덴서가 생산되지만 어떤 이유로 그것을 얻기가 매우 어렵습니다. 어떻게든 이 문제를 해결하기 위해 일반적인 극성 "전해질"이 반대 시리즈(+-----+)로 켜집니다.

극성 전해 커패시터가 교류 회로에 연결되면 처음에는 가열되고 폭발음이 들립니다. 국산 구형 축전기는 사방으로 흩어져 있지만 수입 축전기는 큰 소리를 피하기 위한 특수 장치가 있습니다. 이것은 일반적으로 커패시터 바닥의 십자형 노치이거나 고무 플러그가있는 구멍입니다.

극성이 관찰 되더라도 전압이 증가한 전해 커패시터를 실제로 좋아하지 않습니다. 따라서 주어진 커패시터의 최대 전압에 가까운 전압이 예상되는 회로에 "전해질"을 넣을 필요가 없습니다.

때로는 평판이 좋은 일부 포럼에서 초보자가 "커패시터는 470µF * 16V이지만 470µF * 50V를 사용할 수 있습니까?"라는 질문을 합니다. 예, 물론 할 수 있지만 역대체는 허용되지 않습니다.

축전기는 에너지를 저장할 수 있습니다

그림 4에 표시된 간단한 다이어그램은 이 설명을 이해하는 데 도움이 됩니다.

그림 4. 커패시터가 있는 회로

이 회로의 주요 특징은 충방전 과정이 천천히, 심지어 매우 명확하게 진행되도록 충분히 큰 용량의 전해 콘덴서 C입니다. 이것은 손전등의 기존 전구를 사용하여 회로의 작동을 시각적으로 관찰하는 것을 가능하게 합니다. 이 랜턴은 현대 LED 랜턴에 자리를 잡은 지 오래지만 전구는 여전히 판매되고 있습니다. 따라서 회로를 조립하고 간단한 실험을 수행하는 것이 매우 쉽습니다.

아마도 누군가는 "왜? 결국 모든 것이 분명하며 설명도 읽으면 ... ". 여기에는 논쟁의 여지가 없어 보이지만 가장 단순한 것조차도 이해가 손을 통해 이루어지면 오랫동안 머리 속에 남아 있습니다.

따라서 계획이 구성됩니다. 어떻게 작동합니까?

다이어그램에 표시된 스위치 위치 SA에서 커패시터 C는 회로의 저항 R을 통해 전원 공급 장치 GB에서 충전됩니다. + GB __ R __ SA __ C __ -GB. 다이어그램에서 충전 전류는 인덱스 iz가 있는 화살표로 표시됩니다. 커패시터를 충전하는 과정은 그림 5에 나와 있습니다.

그림 5. 커패시터 충전 프로세스

그림은 커패시터 양단의 전압이 곡선을 따라 증가한다는 것을 보여줍니다. 수학에서는 지수라고 합니다. 충전 전류는 충전 전압을 직접 반영합니다. 커패시터 양단의 전압이 상승함에 따라 충전 전류는 작아집니다. 그리고 초기 순간에만 그림에 표시된 공식에 해당합니다.

얼마 후 커패시터는 0V에서 전원 공급 전압으로 충전되며 회로에서는 최대 4.5V까지 충전됩니다. 전체 질문은 이 시간을 결정하는 방법, 대기 시간, 커패시터가 언제 충전됩니까?

시간 상수 "tau" τ = R*C

이 공식은 직렬 연결된 저항과 커패시터의 저항과 커패시턴스를 단순히 곱합니다. SI 시스템을 무시하지 않고 저항을 옴 단위로, 커패시턴스를 패럿 단위로 대체하면 결과는 몇 초 안에 나타납니다. 이는 커패시터가 전원 전압의 36.8%까지 충전하는데 필요한 시간이다. 따라서 거의 100%까지 충전하려면 5 * τ의 시간이 걸립니다.

종종 SI 시스템을 무시하고 공식에 옴 단위의 저항을, 마이크로패럿 단위의 커패시턴스를 대체하면 시간은 마이크로초 단위가 됩니다. 우리의 경우 결과를 초 단위로 얻는 것이 더 편리합니다. 마이크로초에 백만을 곱하거나 쉼표를 왼쪽으로 6자리 이동하면 됩니다.

그림 4에 표시된 회로의 경우 커패시터 커패시턴스가 2000uF이고 저항이 500Ω인 경우 시간 상수는 τ = R*C = 500 * 2000 = 1,000,000마이크로초 또는 정확히 1초가 됩니다. 따라서 커패시터가 완전히 충전될 때까지 약 5초를 기다려야 합니다.

지정된 시간 후에 스위치 SA가 올바른 위치로 이동하면 커패시터 C가 전구 EL을 통해 방전됩니다. 이 시점에서 짧은 플래시가 발생하고 커패시터가 방전되고 표시등이 꺼집니다. 커패시터의 방전 방향은 인덱스 ip가 있는 화살표로 표시됩니다. 방전 시간도 시정수 τ에 의해 결정됩니다. 방전 그래프는 그림 6에 나와 있습니다.

그림 6. 커패시터 방전 그래프

커패시터는 직류를 통과하지 않습니다.

그림 7에 표시된 훨씬 더 간단한 구성표가 이 설명을 확인하는 데 도움이 됩니다.

그림 7. DC 회로의 커패시터가 있는 다이어그램

스위치 SA가 닫히면 전구가 짧게 깜박이며 커패시터 C가 전구를 통해 충전되었음을 나타냅니다. 충전 그래프도 여기에 표시됩니다. 스위치가 닫히는 순간 전류는 최대이고 커패시터가 충전됨에 따라 감소하고 잠시 후 완전히 멈춥니다.

커패시터의 품질이 좋은 경우. 낮은 누설 전류(자가 방전)로 스위치를 다시 닫아도 플래시가 발생하지 않습니다. 다른 플래시를 얻으려면 커패시터를 방전해야 합니다.

전원 필터의 커패시터

커패시터는 일반적으로 정류기 뒤에 배치됩니다. 대부분의 경우 정류기는 전파로 만들어집니다. 가장 일반적인 정류기 회로는 그림 8에 나와 있습니다.

그림 8. 정류기 회로

반파 정류기는 일반적으로 부하 전력이 무시할 수 있는 경우에 자주 사용됩니다. 이러한 정류기의 가장 가치 있는 품질은 단순성입니다. 단 하나의 다이오드와 변압기 권선뿐입니다.

전파 정류기의 경우 필터 커패시터의 커패시턴스는 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.

C \u003d 1000000 * Po / 2 * U * f * dU, 여기서 C는 커패시터 μF의 커패시턴스, Po는 부하 전력 W, U는 정류기 출력 V의 전압, f는 교류 전압의 주파수 Hz, dU는 리플 V의 진폭입니다.

1000000이라는 분자의 큰 숫자는 커패시턴스를 시스템 패럿에서 마이크로패럿으로 변환합니다. 분모의 두 개는 정류기의 반주기 수입니다. 반파의 경우 하나가 그 자리에 나타납니다.

C \u003d 1000000 * Po / U * f * dU,

3상 정류기의 경우 공식은 C \u003d 1000000 * Po / 3 * U * f * dU 형식을 취합니다.

슈퍼커패시터 - 이오니스터

최근에는 소위 말하는 새로운 종류의 전해 콘덴서가 등장했습니다. 속성상 배터리와 유사하지만 몇 가지 제한 사항이 있습니다.

Ionistor는 말 그대로 몇 분 안에 짧은 시간에 정격 전압까지 충전되므로 백업 전원으로 사용하는 것이 좋습니다. 사실, ionistor는 비극성 장치이며 극성을 결정하는 유일한 것은 공장에서 충전하는 것입니다. 앞으로 이 극성을 혼동하지 않도록 + 기호로 표시합니다.

이오니스터의 작동 조건이 중요한 역할을 합니다. 70˚C의 온도에서 정격 전압 0.8의 전압에서 보증된 내구성은 500시간을 넘지 않습니다. 장치가 공칭 전압의 0.6 전압에서 작동하고 온도가 40도를 초과하지 않으면 40,000시간 이상 동안 올바른 작동이 가능합니다.

Ionistor의 가장 일반적인 용도는 백업 전원 공급 장치입니다. 기본적으로 이들은 메모리 칩 또는 전자 시계입니다. 이 경우 ionistor의 주요 매개 변수는 작은 누설 전류, 자체 방전입니다.

매우 유망한 것은 태양 전지판과 함께 이온화 장치를 사용하는 것입니다. 또한 충전 조건에 대한 비임계성과 실질적으로 무제한의 충전-방전 사이클 수에도 영향을 미칩니다. 또 다른 귀중한 속성은 이오니스터가 유지 보수가 필요하지 않다는 것입니다.

지금까지는 주로 DC 회로에서 전해 커패시터가 어떻게 그리고 어디서 작동하는지 알 수 있었습니다. AC 회로에서 커패시터의 작동은 다른 기사에서 논의됩니다. -.