Kondansatör Nedir ? Nasıl Çalışır ? Nerelerde Kullanılır ? Tüm bu bilgileri makalemizde bulabilirsiniz.
Kondansatör Nedir?
Kondansatörler, voltaj kaynağına bağlandığında elektrik yükünü plakalarında depolayabilen basit pasif devre elemanıdır.
Kapasitör, küçük bir şarj edilebilir pil gibi, plakaları üzerinde potansiyel bir fark (Statik Voltaj) üreten bir elektrik yükü şeklinde enerji depolama yeteneğine veya “kapasitesine” sahip bir bileşendir.
Rezonans devrelerinde kullanılan çok küçük kapasitör boncuklarından büyük güç faktörü düzeltme kapasitörlerine kadar birçok farklı kapasitör tipi vardır, ancak hepsi aynı şeyi yapar, şarjı depolar.
Temel formunda, bir kapasitör birbirine bağlanmamış veya birbirine temas etmeyen, ancak hava ile veya mumlu kağıt, mika gibi iyi bir yalıtkan malzemenin bir formuyla elektriksel olarak ayrılmış iki veya daha fazla paralel iletken (metal) plakadan oluşur. seramik, plastik veya elektrolitik kondansatörler de kullanıldığı gibi bir sıvı jel formundadır. Bir kapasitör plakaları arasındaki yalıtım katmanına Di elektrik denir. Bu yalıtım tabakası nedeniyle, DC akımı, bunun yerine, bir elektrik yükü şeklinde plakalar boyunca bir voltaj bulunmasına izin vermesini engellediği için kapasitörden akmaz.
Bir kondansatörün iletken metal plakaları kare, dairesel veya dikdörtgen olabilir veya uygulanmasına ve voltaj derecesine bağlı olarak bir paralel plaka kondansatörünün genel şekli, büyüklüğü ve yapısı ile silindirik veya küresel şeklinde olabilir.
Bir doğru akım veya DC devresinde kullanıldığında, bir kondansatör besleme voltajına kadar şarj olur, ancak bir kondansatörün dielektriği iletken değildir ve temel olarak bir yalıtkan olduğundan, bunun içinden akım akışını engeller. Bununla birlikte, bir kapasitör alternatif bir akıma veya AC devresine bağlandığında, akımın akışı, az dirençli veya dirençsiz bir şekilde doğrudan kondansatörden geçiyor gibi görünmektedir.
İki tip elektrik yükü vardır, Proton şeklinde pozitif yük ve Elektron şeklinde negatif yük. Bir DC voltajı bir kapasitöre yerleştirildiğinde, pozitif (+) yükü bir plaka üzerinde hızlı bir şekilde birikirken karşılık gelen ve zıt bir negatif (-ve) yük diğer plaka üzerinde birikir. Bir plakaya gelen her bir + ve şarj partikülü için aynı işaretin bir yükü -ve plakadan ayrılacaktır.
Daha sonra plakalar yükü nötr tutar ve bu yük nedeniyle iki plaka arasında potansiyel bir fark oluşur. Kondansatör kararlı durumuna ulaştığında, bir elektrik akımı, levhaları ayırmak için kullanılan dielektriklerin yalıtım özellikleri nedeniyle, kondansatörün kendisinden ve devrenin etrafından akamaz.
Elektronların plakalara akışı, her iki plakadaki (ve dolayısıyla kapasitörün) voltajı uygulanan voltaj Vc’ye eşit olana kadar akmaya devam eden kapasitörlerin Şarj Akımı olarak bilinir. Bu noktada kapasitörün elektronlarla “tamamen dolu” olduğu söylenir.
Bu şarj akımının kuvveti veya oranı, plakalar tamamen boşaltıldığında (başlangıç koşulu) maksimum değerdedir ve plakalar, kaynak voltajına eşit kapasitörler plakaları arasındaki potansiyel bir farklılığa kadar şarj olurken, değeri yavaşça sıfıra düşürür.
Kapasitör boyunca mevcut potansiyel farkın miktarı, kaynak voltajı tarafından yapılan işle plakalara ne kadar yük bırakıldığına ve ayrıca kapasitörün ne kadar kapasitansına bağlı olduğunu ve aşağıda gösterilmiştir.
Paralel plaka kondansatör en basit kondansatör şeklidir. İki metal veya metalize folyo levha kullanılarak birbirine paralel bir mesafede oluşturulabilir, Farads’daki kapasitans değeri, iletken plakaların yüzey alanı ve aralarındaki ayrılma mesafesi ile sabitlenir. Bu değerlerden herhangi ikisinin değiştirilmesi, kapasitansının değerini değiştirir ve bu değişken kapasitörlerin çalışmasının temelini oluşturur.
Ayrıca, kapasitörler elektronların enerjisini plakalar üzerindeki bir elektrik yükü şeklinde depoladıkları için plakalar ne kadar büyük ve / veya ayrılmaları ne kadar küçük olursa, kapasitörün plakaları boyunca verilen herhangi bir voltaj için tuttuğu yük o kadar büyük olacaktır. Başka bir deyişle, daha büyük plakalar, daha küçük mesafe, daha fazla kapasitans.
Bir kapasitöre bir voltaj uygulayarak ve plakalar üzerindeki yükü ölçerek, Q yükünün voltaja V oranı kondansatörün kapasitans değerini verir ve bu nedenle şöyle verilir: C = Q / V plakalar üzerindeki şarj miktarı için bilinen formülü verecek şekilde düzenlenmiştir: Q = C x V
Yükün bir kapasitör plakalarında depolandığını söylememize rağmen, yük içindeki enerjinin iki plaka arasında “elektrostatik bir alanda” depolandığını söylemek daha kesindir. Bir elektrik akımı kapasitöre aktığında, şarj olur, böylece elektrostatik alan plakalar arasında daha fazla enerji depoladığından çok daha güçlü hale gelir.
Benzer şekilde, kapasitörden akan akım boşalırken, iki plaka arasındaki potansiyel fark azalır ve enerji plakalardan hareket ettikçe elektrostatik alan azalır.
Elektrostatik bir alan biçiminde plakaları üzerinde yükü saklama özelliğine, kapasitörün Kapasitansı denir. Sadece bu değil, kapasitans da, bunun karşısındaki voltaj değişmesine direnç gösteren bir kapasitörün özelliğidir.
Kondansatörün Kapasitansı
Kapasitans, bir kondansatörün elektriksel özelliğidir ve bir kapasitansın, elektriksel yükü iki plak üzerine depolayabilme kabiliyetinin bir ölçüsüdür ve kapasitans ünitesi, İngiliz fizikçi Michael Faraday’dan sonra adlandırılan Farad (F olarak kısaltılır) olur.
Kapasitans, bir One Coulomb yükünün plakalar üzerinde bir Volt voltajla depolanması durumunda kapasitörün One Farad’ın kapasitansına sahip olduğu şeklinde tanımlanmaktadır. Kapasitans, C değerinin daima pozitif olduğunu ve negatif birimleri olmadığını unutmayın. Bununla birlikte, Farad kendi başına kullanılacak çok büyük bir ölçüm birimidir, bu nedenle, Farad’ın alt katları, örneğin mikro-faradlar, nano-faradlar ve piko-faradlar gibi genellikle kullanılır.
Kapasite Standart Birimleri
Mikrofarad (μF) 1μF = 1 / 1,000,000 = 0.000001 = 10-6 F
Nanofarad (nF) 1nF = 1 / 1,000,000,000 = 0,000000001 = 10-9 F
Picofarad (pF) 1pF = 1 / 1,000,000,000,000 = 0,000000000001 = 10-12 F
Daha sonra yukarıdaki bilgileri kullanarak pico-Farad (pF), nano Farad (nF), mikro Farad (μF) ve Farads (F) arasında gösterildiği gibi dönüştürmemize yardımcı olacak basit bir tablo oluşturabiliriz.
Paralel Plakalı Kondansatörün Kapasitansı
Paralel bir plaka kapasitörünün kapasitansı, iki plakanın en küçüğünün metresindeki (2) A alanıyla orantılıdır ve mesafe ve ayırma ile ters orantılıdır, d (bu dielektrik kalınlık) bu iki iletken plaka arasında metre cinsinden verilir.
Paralel bir plaka kapasitörünün kapasitansı için genelleştirilmiş denklem şöyle verilmiştir: burada kullanılan dielektrik malzemenin mutlak geçirgenliğini temsil eden C = ε (A / d). “Boş alanın geçirgenliği” olarak da bilinen vakumun geçirgenliği, metre başına 8,84 x 10-12 Farı sabiti değerine sahiptir.
Matematiği biraz daha kolaylaştırmak için, bu boş alandaki dielektrik sabiti, /o, şöyle yazılabilir: 1 / (4π x 9 × 109), sabit değer olarak metrede picofarads (pF) birimlerine de sahip olabilir: Boş alan değeri için 8.84. Ancak sonuçta ortaya çıkan kapasitans değerinin picofarads cinsinden olacağına dikkat edin.
Genel olarak, bir kapasitörün iletken plakaları, mükemmel bir vakum yerine bir tür yalıtkan malzeme veya jel ile ayrılır. Bir kondansatörün kapasitansını hesaplarken, havanın ve özellikle de kuru havanın geçirgenliğini çok yakın oldukları bir vakumla aynı değer olarak görebiliriz.
Kapasite Örneği
Birbirlerinden 6 mm aralıklı 30 cm x 50 cm boyutlarında iki iletken metal plakadan yapılmış ve tek dielektrik malzemesi olarak kuru hava kullanan bir kapasitör inşa edilmiştir. Kondansatörün kapasitansını hesaplayın.
Kapasitör kapasitansı
Daha sonra hava ile ayrılan iki levhadan oluşan kapasitörün değeri 221pF veya 0.221nF olarak hesaplanır.
Bir Kondansatörün Dielektriği
İletken plakaların toplam ebadı ve bunların birbirinden uzaklığı veya aralarındaki mesafelerinin yanı sıra, cihazın toplam kapasitansını etkileyen bir başka faktör kullanılan dielektrik malzemenin tipidir. Diğer bir deyişle dielektrik maddenin “Permitivitesi” (ε).
Bir kapasitörün iletken plakaları genellikle metallerin veya elektronların akışını sağlayan bir metal folyodan veya bir metal filmden yapılır, ancak kullanılan dielektrik malzeme her zaman bir yalıtkandır. Bir kapasitörde dielektrik olarak kullanılan çeşitli yalıtım malzemeleri, bir elektrik yükünü bloke etme veya geçme yetenekleri bakımından farklıdır.
Bu dielektrik malzeme, en sık kullanılan tiplerle birçok yalıtım malzemesinden veya bu malzemelerin kombinasyonlarından yapılabilir: hava, kağıt, polyester, polipropilen, Mylar, seramik, cam, yağ veya çeşitli başka malzemeler.
Dielektrik malzemenin veya yalıtkanın, kapasitörün havaya kıyasla kapasitansını arttırdığı faktör, Dielektrik Sabit olarak bilinir, k ve yüksek bir dielektrik sabiti olan bir dielektrik malzeme, daha düşük bir dielektrik sabiti olan bir dielektrik malzemeden daha iyi bir yalıtkandır. . Dielektrik sabiti, boş alana göre olduğundan boyutsuz bir miktardır.
Dielektrik malzemenin plakalar arasındaki fiili geçirgenliği veya “karmaşık geçirgenliği”, daha sonra serbest alanın geçirgenliğinin (εo) ve dielektrik olarak kullanılan malzemenin nispi geçirgenliğinin ()r) ürünüdür ve şöyledir:
- Karmaşık geçirgenlik
- kapasitör geçirgenliği
Başka bir deyişle, eğer boş alanın geçirgenliğini temel düzeyimiz olarak alırsak ve onu boşluğa başka bir yalıtım malzemesi türüyle değiştirdiğinde, boşluğun boşluğunun başka bir yalıtım malzemesi türüyle değiştirildiği zaman, buna eşit olmasını sağlarsak, “Göreceli geçirgenlik” olarak bilinen çarpma faktörü veren serbest boşluğun baz dielektrik maddesi, .r. Bu yüzden karmaşık geçirgenliğin değeri, always her zaman bir göreceli geçirgenlik zamanına eşit olacaktır.
Genel malzemeler için tipik dielektrik geçirgenlik, ε veya dielektrik sabit birimleri şunlardır: Saf Vakum = 1.0000, Hava = 1.0006, Kağıt = 2.5 ila 3.5, Cam = 3 ila 10, Mika = 5 ila 7, Ahşap = 3 ila 8 ve Metal Oksit Tozlar = 6 ila 20 vs.. Bu, bize aşağıdaki gibi bir kapasitörün kapasitansı için son bir denklem verir:
Kapasitör kapasitansı
Büyüklüğünü küçük tutarken bir kapasitörün genel kapasitansını artırmak için kullanılan bir yöntem, tek bir kapasitör gövdesi içinde birlikte daha fazla plakayı “araya sokmak” tır. Sadece bir paralel plaka kümesi yerine, bir kondansatör birbirine bağlı birçok bireysel plakaya sahip olabilir, böylece plakaların yüzey alanını (A) arttırır.
Yukarıda gösterildiği gibi standart bir paralel plaka kondansatörü için, kondansatörün A ve B etiketli iki plakası vardır. Bu nedenle, kondansatör plakalarının sayısı iki olduğundan, “n” nin plaka sayısını temsil ettiği n = 2 olduğunu söyleyebiliriz.
O zaman tek bir paralel plaka kondansatör için yukarıdaki denklemimiz gerçekten olmalı:
Kapasitörün gerçek kapasitansı
Bununla birlikte, kapasitör iki paralel plakaya sahip olabilir, ancak her plakanın sadece bir tarafı ortadaki dielektrik ile temas halindedir, çünkü her plakanın diğer tarafı kapasitörün dışını oluşturur. Plakların iki yarısını alır ve birleştirirsek, dielektrik ile temas halinde yalnızca “bir” tam plakayı etkin bir şekilde kullanırız.
Tek bir paralel plaka kondansatörüne gelince, n = 1 = 2 – 1, 1 = C = (εo * εr x 1 x A) / d ile aynıdır: C = (*o * *r * A) / d Bu yukarıdaki standart denklemdir.
Şimdi 9 araya eklenmiş plakadan oluşan bir kapasitöre sahip olduğumuzu varsayalım.
Çok plakalı Kondansatör
Kapasitör yapısı
Şimdi bir lead’e (A) bağlı beş plaka ve diğer lead’e (B) dört plaka var. Daha sonra, B ucuna bağlı dört plakanın HIZ tarafları dielektrikle temas halindeyken, A’ya bağlı dış plakaların her birinin yalnızca bir tarafı dielektrik ile temas halindedir. Daha sonra, yukarıdaki gibi, her bir levha setinin faydalı yüzey alanı sadece sekizdir ve bu nedenle kapasitansı şu şekilde verilir:
Sekiz plakalı kondansatör
Modern kondansatörler, yalıtkan dielektriklerinin özelliklerine ve özelliklerine göre sınıflandırılabilir:
Düşük Kayıp, Mika, Düşük K Seramik, Polistiren gibi Yüksek Kararlılık.
Orta Kayıp, Kağıt, Plastik Film, Yüksek K Seramik gibi Orta Kararlılık.
Elektrolitik ve Tantal gibi Polarize Kondansatörler.
Bir Kondansatörün Gerilim Oranı
Tüm kondansatörler maksimum voltaj değerine sahiptir ve bir kondansatör seçerken kondansatör boyunca uygulanacak voltaj miktarına dikkat edilmelidir. Dielektrik malzemesine zarar vermeden kapasitöre uygulanabilecek maksimum voltaj miktarı genellikle veri sayfalarında şöyledir: WV, (çalışma voltajı) veya WV DC, (DC çalışma voltajı).
Kondansatöre uygulanan voltaj çok fazla olursa, dielektrik parçalanır (elektriksel arıza olarak bilinir) ve kısa devre ile sonuçlanan kapasitör plakaları arasında ark oluşacaktır. Kapasitörün çalışma gerilimi, kullanılan dielektrik malzemenin tipine ve kalınlığına bağlıdır.
Bir kapasitörün DC çalışma voltajı, DC voltaj değeri 100 volt DC olan bir kondansatör olarak maksimum DC voltaj ve maksimum AC voltaj DEĞİLDİR, alternatif olarak 100 volt alternatif bir voltaja maruz bırakılamaz. RMS değeri 100 volt olan alternatif bir voltajın 141 volt’tan yüksek bir tepe değerine sahip olacağından! (√2 x 100).
Daha sonra 100 volt AC’de çalışması gereken bir kondansatör en az 200 volt çalışma voltajına sahip olmalıdır. Pratikte, bir kapasitör, DC veya AC çalışma voltajının uygulanacak en yüksek etkili voltajdan en az yüzde 50 daha yüksek olacağı şekilde seçilmelidir.Bir kondansatörün çalışmasını etkileyen bir diğer faktör Dielektrik Sızıntıdır. Dielektrik sızıntı, bir kapasitörde dielektrik malzemeden akan istenmeyen bir sızıntı akımının bir sonucu olarak ortaya çıkar.
Genel olarak, dielektrik direncinin son derece yüksek olduğu ve kondansatörden (mükemmel bir kondansatörde olduğu gibi) bir plakadan diğerine DC akımının akışını bloke eden iyi bir yalıtkan olduğu varsayılmaktadır.Bununla birlikte, eğer aşırı gerilim veya aşırı sıcaklık nedeniyle dielektrik madde zarar görürse, dielektrik boyunca kaçak akım, plakalar üzerinde hızlı bir yük kaybı ve sonuçta kapasitörün erken bozulmasına neden olacak şekilde aşırı ısınmaya neden olur. O zaman, hiçbir zaman kapasitörün derecelendiğinden daha yüksek gerilimli devrelerde bir kapasitör kullanmayın, aksi takdirde ısınabilir ve patlayabilir.
Kondansatörler Özetine Giriş
Bu derste bir kondansatörün işinin elektrik yükünü plakalarına depolamak olduğunu gördük. Bir kapasitörün plakalarında depolayabileceği elektrik yükü, Kapasitans değeri olarak bilinir ve üç ana faktöre bağlıdır.
Yüzey Alanı – yüzey alanı, kapasitörü oluşturan iki iletken plakadan A, alan ne kadar büyükse, kapasitans o kadar büyük olur.
Mesafe – iki levha arasındaki mesafe, d, mesafe ne kadar küçükse, kapasitans o kadar büyük olur.
Dielektrik Malzeme – “dielektrik” adı verilen iki levhayı ayıran malzeme türü, dielektrik geçirgenliği ne kadar yüksekse, kapasite o kadar büyük olur.
Bir kondansatörün birbirine değmeyen ancak dielektrik adı verilen bir malzeme ile ayrılan metal plakalardan oluştuğunu da gördük. Bir kapasitörün dielektriği hava olabilir, hatta bir vakum da olabilir, ancak genellikle mumlu kağıt, cam, mika farklı plastik türleri vb gibi iletken olmayan bir yalıtım malzemesidir. Dielektrik aşağıdaki avantajları sağlar:
Dielektrik sabiti, dielektrik malzemenin özelliğidir ve kapasitansı bir k faktörü ile artıran bir materyalden diğerine değişir.
Dielektrik, iki plaka arasında mekanik destek sağlar ve plakalara dokunmadan birbirine yakınlaşmasını sağlar.
Dielektriklerin geçirgenliği kapasitansı arttırır.
Dielektrik havaya kıyasla maksimum çalışma gerilimini arttırır.
Kondansatörler, ses sinyallerini, darbeleri veya alternatif akımı veya diğer zamanla değişen dalga formlarını geçerken DC akımını bloke etme gibi birçok farklı uygulamada ve devrede kullanılabilir. Bu, DC akımlarını engelleme kabiliyeti, güç kaynaklarının çıkış gerilimlerini yumuşatmak, istenmeyen darbeleri, aksi halde yarı iletkenlerin veya dijital bileşenlerin zarar görmesine veya yanlış tetiklenmesine neden olacak sinyallerden çıkarmak için kullanılmasını sağlar.
Kondansatörler ayrıca bir ses devresinin frekans tepkisini ayarlamak veya DC akımın aktarımından korunması gereken ayrı amplifikatör aşamalarını birleştirmek için de kullanılabilir.
DC’de bir kondansatör sonsuz empedansa (açık devre) sahiptir, çok yüksek frekanslarda bir kondansatör sıfır empedansa sahiptir (kısa devre). Tüm kapasitörler maksimum çalışma gerilimi değerine sahip, WV DC, bu nedenle besleme geriliminden en az% 50 daha yüksek bir kapasitör seçin.
Her biri kendine özgü bir avantaj, dezavantaj ve özelliklere sahip çok çeşitli kapasitör stilleri ve tipleri vardır. Tüm türlerin eklenmesi bu eğitim bölümünü çok büyük hale getirecektir.
