इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या डिझाइनसाठी घटक आधार अधिक क्लिष्ट होत आहे. दिलेल्या कार्यक्षमतेसह आणि प्रोग्राम नियंत्रणासह एकात्मिक सर्किटमध्ये उपकरणे एकत्र केली जातात. परंतु विकास मूलभूत उपकरणांवर आधारित आहे: कॅपेसिटर, प्रतिरोधक, डायोड आणि ट्रान्झिस्टर.
सामग्री
कॅपेसिटर म्हणजे काय
इलेक्ट्रिकल चार्जेसच्या स्वरूपात विद्युत उर्जा साठवून ठेवणाऱ्या उपकरणाला कॅपेसिटर म्हणतात.
भौतिकशास्त्रातील विजेचे किंवा विद्युत शुल्काचे प्रमाण कौलॉम्ब (C) मध्ये मोजले जाते. कॅपेसिटन्स फॅराड्स (एफ) मध्ये मोजली जाते.
1 फॅराडची विद्युत क्षमता असलेला एकल कंडक्टर म्हणजे सूर्याच्या 13 त्रिज्येइतका त्रिज्या असलेला धातूचा गोळा.म्हणून, कॅपेसिटरमध्ये कमीतकमी 2 कंडक्टर समाविष्ट असतात, जे डायलेक्ट्रिकद्वारे वेगळे केले जातात. डिव्हाइसच्या साध्या डिझाइनमध्ये - कागद.
जेव्हा पॉवर चालू आणि बंद असते तेव्हा डीसी सर्किटमध्ये कॅपेसिटरचे ऑपरेशन केले जाते. केवळ संक्रमणकालीन क्षणांवर प्लेट्सवरील संभाव्यता बदलते.
एसी सर्किटमधील कॅपेसिटर वीज पुरवठा व्होल्टेजच्या वारंवारतेच्या बरोबरीने रिचार्ज केला जातो. सतत चार्जेस आणि डिस्चार्जच्या परिणामी, घटकांमधून विद्युत प्रवाह वाहतो. उच्च वारंवारता - डिव्हाइस जलद रिचार्ज होते.
कॅपेसिटरसह सर्किटचा प्रतिकार विद्युत् प्रवाहाच्या वारंवारतेवर अवलंबून असतो. शून्य डीसी वारंवारतेवर, प्रतिकार मूल्य अनंताकडे झुकते. जसजशी AC वारंवारता वाढते तसतसे प्रतिकार कमी होतो.
कॅपेसिटर कुठे वापरले जातात?
इलेक्ट्रॉनिक, रेडिओ अभियांत्रिकी आणि इलेक्ट्रिकल उपकरणांचे ऑपरेशन कॅपेसिटरशिवाय अशक्य आहे.
इलेक्ट्रिकल इंजिनिअरिंगमध्ये, इंडक्शन मोटर्स सुरू करताना ते टप्पे बदलण्यासाठी वापरले जातात. फेज शिफ्टशिवाय, व्हेरिएबल सिंगल-फेज नेटवर्कमधील तीन-फेज असिंक्रोनस मोटर कार्य करत नाही.
अनेक फॅराड्सची क्षमता असलेले कॅपेसिटर - आयनिस्टर्स, इलेक्ट्रिक वाहनांमध्ये इंजिन उर्जा स्त्रोत म्हणून वापरले जातात.
कॅपेसिटरची आवश्यकता का आहे हे समजून घेण्यासाठी, आपल्याला हे माहित असणे आवश्यक आहे की 10-12% मोजमाप उपकरणे बाह्य वातावरणाचे पॅरामीटर्स बदलतात तेव्हा इलेक्ट्रिकल कॅपॅसिटन्स बदलण्याच्या तत्त्वावर कार्य करतात. विशेष उपकरणांची प्रतिक्रिया क्षमता यासाठी वापरली जाते:
- प्लेट्समधील अंतर वाढवून किंवा कमी करून कमकुवत हालचालींची नोंदणी;
- डायलेक्ट्रिकच्या प्रतिकारातील बदल निश्चित करून आर्द्रतेचे निर्धारण;
- द्रव पातळीचे मापन, जे भरल्यावर घटकाची क्षमता बदलते.
कॅपेसिटरशिवाय ऑटोमेशन आणि रिले संरक्षण कसे डिझाइन केले आहे याची कल्पना करणे कठीण आहे. काही संरक्षण तर्कशास्त्र डिव्हाइस रिचार्जची बहुविधता विचारात घेतात.
कॅपेसिटिव्ह घटक मोबाइल संप्रेषण उपकरणे, रेडिओ आणि टेलिव्हिजन उपकरणांच्या सर्किटमध्ये वापरले जातात. कॅपेसिटर वापरले जातात:
- उच्च आणि कमी फ्रिक्वेन्सीचे अॅम्प्लीफायर्स;
- वीज पुरवठा;
- वारंवारता फिल्टर;
- ध्वनी अॅम्प्लीफायर्स;
- प्रोसेसर आणि इतर मायक्रो सर्किट्स.
जर आपण इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या इलेक्ट्रिकल सर्किट्सकडे पाहिले तर कॅपेसिटर कशासाठी आहे या प्रश्नाचे उत्तर शोधणे सोपे आहे.
कॅपेसिटरच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत
डीसी सर्किटमध्ये, एका प्लेटवर सकारात्मक शुल्क गोळा केले जाते आणि दुसऱ्यावर नकारात्मक शुल्क गोळा केले जाते. परस्पर आकर्षणामुळे, कण डिव्हाइसमध्ये धरले जातात आणि त्यांच्यामधील डायलेक्ट्रिक कनेक्ट होऊ देत नाही. डायलेक्ट्रिक जितके पातळ असेल तितके अधिक मजबूत चार्जेस बांधले जातात.
कॅपेसिटर कंटेनर भरण्यासाठी आवश्यक असलेली वीज घेतो आणि विद्युत प्रवाह थांबतो.
सर्किटमध्ये स्थिर व्होल्टेजसह, पॉवर बंद होईपर्यंत घटक चार्ज ठेवतो. मग ते सर्किटमधील भारांमधून सोडले जाते.
कॅपेसिटरमधून पर्यायी प्रवाह वेगळ्या प्रकारे वाहतो. ऑसिलेशन कालावधीचा पहिला ¼ हा डिव्हाइस चार्ज होण्याचा क्षण असतो. चार्जिंग करंटचे मोठेपणा झपाट्याने कमी होते आणि तिमाहीच्या शेवटी ते शून्यावर घसरते. या क्षणी EMF मोठेपणा पोहोचते.
दुसऱ्या ¼ कालावधीत, EMF कमी होते आणि सेल डिस्चार्ज होऊ लागतो. EMF मधील घट सुरुवातीला लहान आहे आणि डिस्चार्ज करंट देखील अनुक्रमे. ते समान घातांकीय अवलंबनानुसार वाढते. कालावधीच्या शेवटी, ईएमएफ शून्य आहे, वर्तमान मोठेपणा मूल्याच्या समान आहे.
दोलन कालावधीच्या तिसऱ्या ¼ मध्ये, EMF दिशा बदलतो, शून्यातून जातो आणि वाढतो.प्लेट्सवरील चार्ज चिन्ह उलट आहे. विद्युतप्रवाह तीव्रतेने कमी होतो आणि दिशा टिकवून ठेवतो. या टप्प्यावर, विद्युत प्रवाह टप्प्यात 90° ने व्होल्टेज नेतो.
इंडक्टर्समध्ये, उलट घडते: व्होल्टेज लीड करंट. सर्किटमध्ये कोणते सर्किट वापरायचे ते निवडताना हा गुणधर्म प्रथम येतो: RC किंवा RL.
सायकलच्या शेवटी, शेवटच्या ¼ दोलनावर, EMF शून्यावर घसरतो आणि विद्युत प्रवाह त्याच्या सर्वोच्च मूल्यापर्यंत पोहोचतो.
"क्षमता" डिस्चार्ज केली जाते आणि प्रति कालावधी 2 वेळा चार्ज केली जाते आणि वैकल्पिक प्रवाह चालवते.
हे प्रक्रियेचे सैद्धांतिक वर्णन आहे. सर्किटमधील घटक थेट डिव्हाइसमध्ये कसे कार्य करतो हे समजून घेण्यासाठी, सर्किटचा प्रेरक आणि कॅपेसिटिव्ह प्रतिरोध, इतर सहभागींचे पॅरामीटर्स मोजले जातात आणि बाह्य वातावरणाचा प्रभाव विचारात घेतला जातो.
मुख्य वैशिष्ट्ये आणि गुणधर्म
इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे तयार करण्यासाठी आणि दुरुस्त करण्यासाठी वापरल्या जाणार्या कॅपेसिटर पॅरामीटर्समध्ये हे समाविष्ट आहे:
- क्षमता - C. डिव्हाइस धारण केलेल्या शुल्काचे प्रमाण निर्धारित करते. नाममात्र क्षमतेचे मूल्य केसवर सूचित केले आहे. आवश्यक मूल्ये तयार करण्यासाठी, घटक समांतर किंवा मालिकेत सर्किटमध्ये समाविष्ट केले जातात. परिचालन मूल्ये गणना केलेल्या मूल्यांशी जुळत नाहीत.
- अनुनाद वारंवारता - fр. जर विद्युत् प्रवाहाची वारंवारता रेझोनंटपेक्षा जास्त असेल तर घटकाचे प्रेरक गुणधर्म दिसून येतात. त्यामुळे काम अवघड होते. सर्किटमध्ये गणना केलेली शक्ती प्रदान करण्यासाठी, रेझोनंट मूल्यांपेक्षा कमी फ्रिक्वेन्सीवर कॅपेसिटर वापरणे वाजवी आहे.
- रेटेड व्होल्टेज - अन. घटकाचे ब्रेकडाउन टाळण्यासाठी, ऑपरेटिंग व्होल्टेज नाममात्र व्होल्टेजपेक्षा कमी सेट केले आहे. पॅरामीटर कॅपेसिटर केसवर दर्शविला जातो.
- ध्रुवीयता. कनेक्शन चुकीचे असल्यास, ब्रेकडाउन आणि अयशस्वी होईल.
- इलेक्ट्रिकल इन्सुलेशन प्रतिरोध - Rd. डिव्हाइस लीकेज वर्तमान परिभाषित करते. उपकरणांमध्ये, भाग एकमेकांच्या जवळ स्थित असतात. उच्च गळती चालू असताना, सर्किट्समधील परजीवी कनेक्शन शक्य आहेत. यामुळे बिघाड होतो. गळती करंट घटकाचे कॅपेसिटिव्ह गुणधर्म खराब करते.
- तापमान गुणांक - TKE. वातावरणाच्या तापमानातील चढ-उतारांसह डिव्हाइसची क्षमता कशी बदलते हे मूल्य निर्धारित करते. गंभीर हवामान परिस्थितीत ऑपरेशनसाठी उपकरणे विकसित करताना पॅरामीटर वापरला जातो.
- परजीवी पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव. काही प्रकारचे कॅपेसिटर, विकृत झाल्यावर, उपकरणांमध्ये आवाज निर्माण करतात.
कॅपेसिटरचे प्रकार आणि प्रकार
डिझाइनमध्ये वापरलेल्या डायलेक्ट्रिकच्या प्रकारानुसार कॅपेसिटिव्ह घटकांचे वर्गीकरण केले जाते.
पेपर आणि मेटल-पेपर कॅपेसिटर
घटक स्थिर किंवा किंचित स्पंदन व्होल्टेजसह सर्किटमध्ये वापरले जातात. डिझाइनच्या साधेपणामुळे कामगिरीची स्थिरता 10-25% कमी होते आणि तोटा वाढतो.
पेपर कॅपेसिटरमध्ये, अॅल्युमिनियम फॉइल प्लेट्स पेपर वेगळे करतात. असेंब्ली वळवल्या जातात आणि सिलेंडर किंवा आयताकृती समांतर पाईपच्या स्वरूपात केसमध्ये ठेवल्या जातात.
उपकरणे -60 ... + 125 डिग्री सेल्सिअस तापमानात, 1600 व्ही पर्यंत कमी-व्होल्टेज डिव्हाइसेसच्या रेट केलेल्या व्होल्टेजसह, उच्च-व्होल्टेज डिव्हाइसेस - 1600 व्ही वरील आणि दहापट मायक्रोफॅरॅड्सची क्षमता असते.
मेटल-पेपर उपकरणांमध्ये, फॉइलऐवजी, डायलेक्ट्रिक पेपरवर धातूचा पातळ थर लावला जातो. हे लहान घटक तयार करण्यास मदत करते. किरकोळ ब्रेकडाउनसह, डायलेक्ट्रिकचे स्वयं-उपचार शक्य आहे. इन्सुलेशन प्रतिरोधकतेच्या बाबतीत मेटल-पेपर घटक कागदाच्या घटकांपेक्षा निकृष्ट आहेत.
इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटर
उत्पादनांची रचना कागदासारखी असते. परंतु इलेक्ट्रोलाइटिक पेशींच्या निर्मितीमध्ये, कागद धातूच्या ऑक्साईडसह गर्भित केला जातो.
कागदाशिवाय इलेक्ट्रोलाइट असलेल्या उत्पादनांमध्ये, ऑक्साईड मेटल इलेक्ट्रोडवर जमा केला जातो. मेटल ऑक्साईड्समध्ये एकतर्फी चालकता असते, ज्यामुळे उपकरण ध्रुवीय बनते.
इलेक्ट्रोलाइटिक पेशींच्या काही मॉडेल्समध्ये, प्लेट्स खोबणीने बनविल्या जातात ज्यामुळे इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ वाढते. प्लेट्समधील अंतर इलेक्ट्रोलाइटने भरून काढून टाकले जाते. हे उत्पादनाचे कॅपेसिटिव्ह गुणधर्म सुधारते.
इलेक्ट्रोलाइटिक उपकरणांची मोठी क्षमता - शेकडो मायक्रोफारॅड्स - व्होल्टेज रिपल्स गुळगुळीत करण्यासाठी फिल्टरमध्ये वापरली जातात.
अॅल्युमिनियम इलेक्ट्रोलाइटिक
या प्रकारच्या उपकरणांमध्ये, एनोड अस्तर अॅल्युमिनियम फॉइलचे बनलेले असते. पृष्ठभाग मेटल ऑक्साईडसह लेपित आहे - एक डायलेक्ट्रिक. कॅथोड अस्तर एक घन किंवा द्रव इलेक्ट्रोलाइट आहे, जे निवडले जाते जेणेकरून ऑपरेशन दरम्यान फॉइलवरील ऑक्साईड स्तर पुनर्संचयित होईल. स्वयं-उपचार डायलेक्ट्रिक घटकाचे आयुष्य वाढवते.
या डिझाइनच्या कॅपेसिटरला ध्रुवीयपणा आवश्यक आहे. पुन्हा चालू केल्यावर, ते केस खंडित करेल.
उपकरणे, ज्याच्या आत अँटी-सिक्वेंशियल ध्रुवीय असेंब्ली आहेत, 2 दिशांमध्ये वापरली जातात. अॅल्युमिनियम इलेक्ट्रोलाइटिक पेशींची क्षमता अनेक हजार मायक्रोफारॅड्सपर्यंत पोहोचते.
टॅंटलम इलेक्ट्रोलाइटिक
अशा उपकरणांचे एनोड इलेक्ट्रोड टॅंटलम पावडर +2000°C पर्यंत गरम करून प्राप्त केलेल्या छिद्रयुक्त संरचनेपासून बनवले जाते. साहित्य स्पंजसारखे दिसते. सच्छिद्रतेमुळे पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ वाढते.
इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सिडेशनचा वापर करून, 100 नॅनोमीटर जाडीपर्यंत टॅंटलम पेंटॉक्साइडचा थर एनोडवर लावला जातो. मॅंगनीज डायऑक्साइडपासून घन डायलेक्ट्रिक बनवले जाते.तयार रचना एका कंपाऊंडमध्ये दाबली जाते - एक विशेष राळ.
टॅंटलम उत्पादने 100 kHz वरील वर्तमान फ्रिक्वेन्सीवर वापरली जातात. 75 V पर्यंतच्या ऑपरेटिंग व्होल्टेजवर, शेकडो मायक्रोफॅरॅड्सपर्यंत कॅपेसिटन्स तयार केली जाते.
पॉलिमर
कॅपेसिटर घन पॉलिमरपासून बनविलेले इलेक्ट्रोलाइट वापरतात, जे अनेक फायदे प्रदान करतात:
- सेवा आयुष्य 50 हजार तासांपर्यंत वाढले आहे;
- हीटिंग दरम्यान पॅरामीटर्स जतन केले जातात;
- अनुज्ञेय वर्तमान तरंगांची श्रेणी विस्तृत केली आहे;
- प्लेट्स आणि लीड्सचा प्रतिकार कॅपेसिटन्स कमी करत नाही.
चित्रपट
या मॉडेल्समधील डायलेक्ट्रिक टेफ्लॉन, पॉलिस्टर, फ्लोरोप्लास्टिक किंवा पॉलीप्रॉपिलीनची फिल्म आहे.
कव्हर्स - फिल्मवर फॉइल किंवा मेटल डिपॉझिशन. वाढीव पृष्ठभागाच्या क्षेत्रासह बहुस्तरीय असेंब्ली तयार करण्यासाठी डिझाइनचा वापर केला जातो.
लघु आकाराच्या फिल्म कॅपेसिटरमध्ये शेकडो मायक्रोफॅरॅड्सची क्षमता असते. स्तरांच्या प्लेसमेंटवर आणि संपर्कांच्या निष्कर्षांवर अवलंबून, उत्पादनांचे अक्षीय किंवा रेडियल आकार तयार केले जातात.
काही मॉडेल्समध्ये, रेट केलेले व्होल्टेज 2 kV आणि उच्च आहे.
ध्रुवीय आणि नॉन-ध्रुवीय मध्ये काय फरक आहे
नॉन-ध्रुवीय विद्युत् प्रवाहाच्या दिशेचा विचार न करता सर्किटमध्ये कॅपेसिटर समाविष्ट करण्यास परवानगी देतात. घटक व्हेरिएबल पॉवर सप्लाय, उच्च-फ्रिक्वेंसी अॅम्प्लिफायर्सच्या फिल्टरमध्ये वापरले जातात.
ध्रुवीय उत्पादने मार्किंगनुसार जोडलेली आहेत. तुम्ही ते उलट दिशेने चालू केल्यास, डिव्हाइस अयशस्वी होईल किंवा सामान्यपणे कार्य करणार नाही.
मोठ्या आणि लहान क्षमतेचे ध्रुवीय आणि नॉन-ध्रुवीय कॅपेसिटर डायलेक्ट्रिकच्या डिझाइनमध्ये भिन्न आहेत. इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटरमध्ये, जर ऑक्साईड 1 इलेक्ट्रोडवर किंवा कागदाच्या, फिल्मच्या 1 बाजूवर लागू केला असेल, तर घटक ध्रुवीय असेल.
नॉन-ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटरचे मॉडेल, ज्या डिझाइनमध्ये मेटल ऑक्साईड डायलेक्ट्रिकच्या दोन्ही पृष्ठभागांवर सममितीयरित्या जमा केले गेले होते, ते चालू सर्किट्समध्ये समाविष्ट आहेत.
ध्रुवीय लोकांसाठी, शरीरावर सकारात्मक किंवा नकारात्मक इलेक्ट्रोडचे चिन्हांकन आहे.
कॅपेसिटरची क्षमता काय ठरवते
सर्किटमधील कॅपेसिटरचे मुख्य कार्य आणि भूमिका म्हणजे शुल्क जमा करणे आणि अतिरिक्त एक म्हणजे गळती रोखणे.
कॅपेसिटरच्या कॅपेसिटन्सचे मूल्य थेट माध्यमाच्या डायलेक्ट्रिक स्थिरांक आणि प्लेट्सच्या क्षेत्रफळाच्या प्रमाणात आणि इलेक्ट्रोडमधील अंतराच्या व्यस्त प्रमाणात असते. 2 विरोधाभास आहेत:
- कॅपेसिटन्स वाढवण्यासाठी, इलेक्ट्रोड्स शक्य तितक्या जाड, रुंद आणि लांब आवश्यक आहेत. या प्रकरणात, डिव्हाइसचे परिमाण वाढविले जाऊ शकत नाहीत.
- शुल्क ठेवण्यासाठी आणि आकर्षणाची इच्छित शक्ती प्रदान करण्यासाठी, प्लेट्समधील अंतर कमीतकमी केले जाते. या प्रकरणात, ब्रेकडाउन वर्तमान कमी केले जाऊ शकत नाही.
विवादांचे निराकरण करण्यासाठी, विकासक वापरतात:
- डायलेक्ट्रिक आणि इलेक्ट्रोडच्या जोडीचे बहुस्तरीय बांधकाम;
- सच्छिद्र एनोड संरचना;
- ऑक्साईड आणि इलेक्ट्रोलाइट्ससह कागद बदलणे;
- घटकांचे समांतर कनेक्शन;
- वाढलेल्या डायलेक्ट्रिक स्थिरांकासह पदार्थांसह मोकळी जागा भरणे.
प्रत्येक नवीन शोधासह कॅपेसिटर लहान आणि चांगले होत आहेत.
तत्सम लेख:
