Dalam semua teknik radio dan perangkat elektronik Selain transistor dan sirkuit mikro, kapasitor juga digunakan. Beberapa rangkaian memiliki lebih banyak, yang lain memiliki lebih sedikit, tetapi praktis tidak ada rangkaian elektronik tanpa kapasitor.

Pada saat yang sama, kapasitor dapat melakukan berbagai tugas di perangkat. Pertama-tama, ini adalah kapasitansi dalam filter penyearah dan stabilisator. Dengan menggunakan kapasitor, sinyal ditransmisikan antara tahap penguat, filter low-pass dan high-pass dibuat, interval waktu diatur dalam waktu tunda, dan frekuensi osilasi di berbagai generator dipilih.

Kapasitor menelusuri asal-usulnya kembali ke , yang digunakan oleh ilmuwan Belanda Pieter van Musschenbroeck dalam eksperimennya pada pertengahan abad ke-18. Dia tinggal di kota Leiden, jadi tidak sulit menebak kenapa toples ini disebut demikian.

Sebenarnya, itu adalah toples kaca biasa, bagian dalam dan luarnya dilapisi dengan kertas timah - staniol. Bahan ini digunakan untuk tujuan yang sama seperti aluminium modern, namun aluminium belum ditemukan.

Satu-satunya sumber listrik pada masa itu adalah mesin elektrofor, yang mampu menghasilkan tegangan hingga beberapa ratus kilovolt. Di sinilah toples Leyden diisi. Buku teks fisika menggambarkan kasus ketika Muschenbroek mengeluarkan kalengnya melalui rantai sepuluh penjaga yang berpegangan tangan.

Pada saat itu, tidak ada yang tahu bahwa konsekuensinya bisa tragis. Pukulannya cukup sensitif, namun tidak fatal. Tidak sampai seperti ini, karena kapasitas toples Leyden tidak signifikan, denyut nadi sangat singkat, sehingga daya pelepasannya rendah.

Bagaimana cara kerja kapasitor?

Desain kapasitor praktis tidak berbeda dengan toples Leyden: dua pelat yang sama dipisahkan oleh dielektrik. Persis seperti itulah yang terjadi di zaman modern diagram kelistrikan kapasitor ditampilkan. Gambar 1 menunjukkan skema desain kapasitor pelat datar dan rumus perhitungannya.

Gambar 1. Desain kapasitor pelat sejajar

Di sini S adalah luas pelat B meter persegi, d adalah jarak antar pelat dalam meter, C adalah kapasitansi dalam farad, ε adalah konstanta dielektrik medium. Semua besaran yang termasuk dalam rumus ditunjukkan dalam sistem SI. Rumus ini berlaku untuk kapasitor datar paling sederhana: Anda cukup meletakkan dua pelat logam bersebelahan, dari mana kesimpulan diambil. Udara dapat berfungsi sebagai dielektrik.

Dari rumus ini dapat dipahami bahwa semakin besar luas pelat dan semakin kecil jarak antar pelat, maka semakin besar kapasitansi kapasitor. Untuk kapasitor dengan geometri berbeda, rumusnya mungkin berbeda, misalnya untuk kapasitansi konduktor tunggal atau. Tetapi ketergantungan kapasitansi pada luas pelat dan jarak antara keduanya sama dengan ketergantungan kapasitor datar: semakin besar luasnya dan semakin kecil jaraknya, semakin besar kapasitansinya.

Faktanya, pelat tidak selalu dibuat rata. Untuk banyak kapasitor, misalnya kapasitor kertas logam, pelatnya adalah aluminium foil yang digulung bersama dengan dielektrik kertas menjadi bola rapat, berbentuk seperti wadah logam.

Untuk meningkatkan kekuatan listrik, kertas kapasitor tipis diresapi dengan senyawa isolasi, paling sering minyak transformator. Desain ini memungkinkan pembuatan kapasitor dengan kapasitas hingga beberapa ratus mikrofarad. Kapasitor bekerja dengan cara yang hampir sama dengan dielektrik lainnya.

Rumusnya tidak memuat batasan luas pelat S dan jarak antar pelat d. Jika kita berasumsi bahwa jarak pelat-pelat tersebut dapat sangat berjauhan, dan pada saat yang sama luas pelat-pelat tersebut dapat dibuat sangat kecil, maka suatu kapasitas, meskipun kecil, akan tetap ada. Alasan tersebut menunjukkan bahwa bahkan hanya dua konduktor yang terletak bersebelahan memiliki kapasitansi listrik.

Keadaan ini banyak digunakan dalam teknologi frekuensi tinggi: dalam beberapa kasus, kapasitor dibuat hanya dalam bentuk jalur sirkuit tercetak, atau bahkan hanya dua kabel yang dipilin menjadi satu dalam insulasi polietilen. Kawat atau kabel mie biasa juga memiliki kapasitansi, dan kapasitansinya bertambah seiring bertambahnya panjang.

Selain kapasitansi C, setiap kabel juga memiliki resistansi R. Kedua sifat fisik ini didistribusikan sepanjang kabel, dan ketika mentransmisikan sinyal pulsa, keduanya berfungsi sebagai rantai RC yang terintegrasi, ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2.

Pada gambar, semuanya sederhana: ini rangkaiannya, ini sinyal masukannya, dan ini sinyal keluarannya. Impulsnya terdistorsi hingga tidak dapat dikenali lagi, tetapi hal ini dilakukan dengan sengaja, itulah sebabnya sirkuit ini dirakit. Sementara itu, kita berbicara tentang pengaruh kapasitansi kabel pada sinyal pulsa. Alih-alih pulsa, akan muncul “bel” seperti ini di ujung kabel yang lain, dan jika pulsanya pendek, mungkin tidak sampai ke ujung kabel sama sekali, bisa hilang sama sekali.

Fakta sejarah

Di sini cukup tepat untuk mengingat kembali kisah bagaimana kabel transatlantik dipasang. Upaya pertama pada tahun 1857 gagal: titik dan garis telegraf (pulsa persegi panjang) terdistorsi sehingga tidak ada yang dapat dilihat di ujung lain jalur sepanjang 4.000 km.

Upaya kedua dilakukan pada tahun 1865. Pada saat ini, fisikawan Inggris W. Thompson telah mengembangkan teori transmisi data melalui jalur panjang. Berdasarkan teori ini, pemasangan kabel ternyata lebih berhasil;

Untuk prestasi ilmiah ini, Ratu Victoria menganugerahi ilmuwan itu gelar ksatria dan gelar Lord Kelvin. Ini adalah nama sebuah kota kecil di pantai Irlandia tempat pemasangan kabel dimulai. Tapi ini hanya sebuah kata, dan sekarang mari kita kembali ke huruf terakhir dalam rumusnya, yaitu konstanta dielektrik medium ε.

Sedikit tentang dielektrik

ε ini ada dalam penyebut rumus, oleh karena itu peningkatannya akan menyebabkan peningkatan kapasitas. Untuk sebagian besar dielektrik yang digunakan, seperti udara, lavsan, polietilen, fluoroplastik, konstanta ini hampir sama dengan konstanta vakum. Namun pada saat yang sama, ada banyak zat yang konstanta dielektriknya jauh lebih tinggi. Jika kondensor udara diisi dengan aseton atau alkohol, kapasitasnya akan meningkat 15...20 kali lipat.

Tetapi zat tersebut, selain ε yang tinggi, juga memiliki konduktivitas yang cukup tinggi, sehingga kapasitor tersebut tidak akan menahan muatan dengan baik; ia akan cepat keluar melalui dirinya sendiri. Fenomena berbahaya ini disebut arus bocor. Oleh karena itu, bahan khusus sedang dikembangkan untuk dielektrik, yang memungkinkan untuk memberikan arus bocor yang dapat diterima dengan kapasitansi spesifik kapasitor yang tinggi. Hal inilah yang menjelaskan begitu beragamnya jenis dan tipe kapasitor, yang masing-masing dirancang untuk kondisi tertentu.

Mereka mempunyai kapasitas spesifik tertinggi (rasio kapasitas/volume). Kapasitas “elektrolit” mencapai hingga 100.000 uF, tegangan operasi hingga 600V. Kapasitor seperti itu hanya berfungsi dengan baik frekuensi rendah, paling sering di filter catu daya. Kapasitor elektrolitik dihubungkan dengan polaritas yang benar.

Elektroda pada kapasitor tersebut adalah lapisan tipis oksida logam, itulah sebabnya kapasitor ini sering disebut kapasitor oksida. Lapisan tipis udara di antara elektroda-elektroda tersebut bukanlah isolator yang dapat diandalkan, sehingga lapisan elektrolit dimasukkan di antara pelat oksida. Paling sering ini adalah larutan asam atau basa pekat.

Gambar 3 menunjukkan salah satu kapasitor tersebut.

Gambar 3. Kapasitor elektrolitik

Untuk memperkirakan ukuran kapasitor, diambil foto sederhana di sebelahnya. Kotak korek api. Selain kapasitasnya yang cukup besar, pada gambar tersebut juga terlihat toleransi dalam bentuk persentase: tidak kurang dari 70% dari nominal.

Pada masa ketika komputer berukuran besar dan disebut komputer, kapasitor seperti itu ada di disk drive (dalam HDD modern). Kapasitas informasi dari drive tersebut sekarang hanya dapat menimbulkan senyuman: 5 megabyte informasi disimpan pada dua disk dengan diameter 350 mm, dan perangkat itu sendiri berbobot 54 kg.

Tujuan utama superkapasitor yang ditunjukkan pada gambar adalah untuk menghilangkan kepala magnet wilayah kerja disk saat listrik padam secara tiba-tiba. Kapasitor semacam itu dapat menyimpan muatan selama beberapa tahun, yang telah diuji dalam praktiknya.

Di bawah ini, kami akan menyarankan melakukan beberapa eksperimen sederhana dengan kapasitor elektrolitik untuk memahami apa yang dapat dilakukan kapasitor.

Kapasitor elektrolitik non-polar diproduksi untuk pengoperasian pada rangkaian arus bolak-balik, tetapi karena alasan tertentu sangat sulit diperoleh. Untuk mengatasi masalah ini, “elektrolit” polar konvensional diaktifkan secara berurutan: plus-minus-minus-plus.

Jika kapasitor elektrolitik polar dihubungkan ke rangkaian arus bolak-balik, kapasitor tersebut akan memanas terlebih dahulu, kemudian akan terjadi ledakan. Kapasitor lama dalam negeri tersebar ke segala arah, sedangkan kapasitor impor memiliki perangkat khusus yang memungkinkannya menghindari suara keras. Biasanya, ini berupa takik silang di bagian bawah kapasitor, atau lubang dengan sumbat karet yang terletak di sana.

Mereka sangat tidak menyukai kapasitor elektrolitik tegangan tinggi, meskipun polaritasnya benar. Oleh karena itu, Anda tidak boleh meletakkan “elektrolit” di sirkuit yang diharapkan tegangannya mendekati maksimum untuk kapasitor tertentu.

Kadang-kadang di beberapa forum, bahkan yang memiliki reputasi baik, para pemula mengajukan pertanyaan: “Diagram menunjukkan kapasitor 470µF * 16V, tetapi saya memiliki 470µF * 50V, bolehkah saya memasangnya?” Ya, tentu saja bisa, tetapi penggantian terbalik tidak dapat diterima.

Kapasitor dapat menyimpan energi

Ini akan membantu untuk memahami pernyataan ini rangkaian sederhana, ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Rangkaian dengan kapasitor

Karakter utama dari rangkaian ini adalah kapasitor elektrolitik C dengan kapasitas yang cukup besar sehingga proses pengisian dan pengosongan berlangsung lambat, bahkan sangat jelas. Hal ini memungkinkan untuk mengamati pengoperasian rangkaian secara visual menggunakan bola lampu senter biasa. Senter ini telah lama digantikan oleh senter LED modern, tetapi bohlamnya masih dijual. Oleh karena itu, sangat mudah untuk merakit suatu rangkaian dan melakukan eksperimen sederhana.

Mungkin seseorang akan berkata: “Mengapa? Lagi pula, semuanya sudah jelas, tetapi jika Anda juga membaca deskripsinya…” Tampaknya tidak ada yang perlu dibantah di sini, tetapi apapun, bahkan hal yang paling sederhana sekalipun, akan tetap ada di kepala untuk waktu yang lama jika pemahamannya datang melalui tangan.

Jadi, sirkuit sudah dirakit. Bagaimana cara kerjanya?

Pada posisi saklar SA yang ditunjukkan pada diagram, kapasitor C diisi dari sumber listrik GB melalui resistor R pada rangkaian: +GB __ R __ SA __ C __ -GB. Arus pengisian pada diagram ditunjukkan oleh panah dengan indeks iз. Proses pengisian kapasitor ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Proses pengisian kapasitor

Gambar tersebut menunjukkan bahwa tegangan melintasi kapasitor meningkat sepanjang garis lengkung, yang dalam matematika disebut eksponensial. Arus muatan secara langsung mencerminkan tegangan muatan. Ketika tegangan melintasi kapasitor meningkat, arus pengisian menjadi lebih kecil. Dan hanya pada saat awal sesuai dengan rumus yang ditunjukkan pada gambar.

Setelah beberapa waktu, kapasitor akan terisi dari 0V ke tegangan sumber listrik, di sirkuit kita hingga 4,5V. Pertanyaannya adalah bagaimana menentukan waktu ini, berapa lama menunggu, kapan kapasitor akan diisi?

Konstanta waktu "tau" τ = R*C

Rumus ini hanya mengalikan resistansi dan kapasitansi dari resistor dan kapasitor yang dihubungkan seri. Jika, tanpa mengabaikan sistem SI, kita mengganti hambatan dalam Ohm dan kapasitansi dalam Farad, maka hasilnya akan diperoleh dalam hitungan detik. Ini adalah waktu yang diperlukan kapasitor untuk mengisi daya hingga 36,8% dari tegangan sumber listrik. Oleh karena itu, pengisian daya hingga hampir 100% akan memerlukan waktu 5* τ.

Seringkali, dengan mengabaikan sistem SI, mereka mengganti resistansi dalam Ohm dan kapasitansi dalam mikrofarad ke dalam rumus, maka waktunya akan dalam mikrodetik. Dalam kasus kami, akan lebih mudah untuk mendapatkan hasilnya dalam hitungan detik, yang mana Anda hanya perlu mengalikan mikrodetik dengan satu juta, atau, lebih sederhananya, memindahkan koma desimal enam tempat ke kiri.

Untuk rangkaian pada Gambar 4, dengan kapasitas kapasitor 2000 μF dan resistansi resistor 500 Ω, konstanta waktunya adalah τ = R*C = 500 * 2000 = 1.000.000 mikrodetik atau tepat satu detik. Oleh karena itu, Anda harus menunggu kurang lebih 5 detik hingga kapasitor terisi penuh.

Jika setelah waktu yang ditentukan, saklar SA dipindahkan ke posisi yang benar, kapasitor C akan mengalir melalui bola lampu EL. Pada saat ini akan terjadi kilatan singkat, kapasitor akan habis dan lampu akan padam. Arah pelepasan kapasitor ditunjukkan oleh panah dengan indeks ip. Waktu pengosongan juga ditentukan oleh konstanta waktu τ. Grafik debit ditunjukkan pada Gambar 6.

Gambar 6. Grafik pelepasan kapasitor

Kapasitor tidak lewat D.C.

Diagram yang lebih sederhana yang ditunjukkan pada Gambar 7 akan membantu Anda memverifikasi pernyataan ini.

Gambar 7. Rangkaian dengan kapasitor pada rangkaian DC

Jika saklar SA ditutup, bola lampu akan berkedip sebentar, menandakan bahwa kapasitor C telah terisi melalui bola lampu. Grafik muatan juga ditampilkan di sini: pada saat sakelar ditutup, arusnya maksimum, ketika kapasitor diisi, arusnya berkurang, dan setelah beberapa saat berhenti sepenuhnya.

Jika kapasitor kualitas baik, yaitu dengan arus bocor yang rendah (self-discharge), penutupan sakelar berulang kali tidak akan menyebabkan kilatan. Untuk mendapatkan flash lagi, kapasitor harus dikosongkan.

Kapasitor di filter daya

Kapasitor biasanya ditempatkan setelah penyearah. Paling sering, penyearah dibuat gelombang penuh. Rangkaian penyearah yang paling umum ditunjukkan pada Gambar 8.

Gambar 8. Rangkaian penyearah

Penyearah setengah gelombang juga cukup sering digunakan, biasanya dalam kasus di mana daya beban tidak signifikan. Kualitas yang paling berharga dari penyearah tersebut adalah kesederhanaannya: hanya satu dioda dan belitan transformator.

Untuk penyearah gelombang penuh, kapasitansi kapasitor filter dapat dihitung menggunakan rumus

C = 1000000 * Po / 2*U*f*dU, dimana C adalah kapasitansi kapasitor μF, Po adalah daya beban W, U adalah tegangan pada keluaran penyearah B, f adalah frekuensi tegangan AC Hz, amplitudo denyut dU V.

Angka besar pada pembilang 1.000.000 mengubah kapasitansi kapasitor dari sistem Farad menjadi mikrofarad. Angka dua pada penyebut mewakili jumlah setengah siklus penyearah: untuk penyearah setengah gelombang, satu akan muncul sebagai gantinya

C = 1000000 * Po / U*f*dU,

dan untuk penyearah tiga fasa rumusnya akan berbentuk C = 1000000 * Po / 3*U*f*dU.

Superkapasitor - ionistor

Baru-baru ini muncul kelas baru kapasitor elektrolitik, yang disebut. Sifatnya mirip dengan baterai, meskipun dengan beberapa keterbatasan.

Pengisian kapasitor hingga tegangan pengenal terjadi dalam waktu singkat, hanya dalam beberapa menit, sehingga disarankan untuk menggunakannya sebagai sumber listrik cadangan. Faktanya, ionistor adalah perangkat non-polar; satu-satunya hal yang menentukan polaritasnya adalah pengisian daya di pabriknya. Agar polaritas ini tidak tertukar di kemudian hari, polaritas ini ditandai dengan tanda +.

Kondisi pengoperasian ionistor memainkan peran penting. Pada suhu 70˚C pada tegangan 0,8 dari tegangan pengenal, jaminan ketahanan tidak lebih dari 500 jam. Jika perangkat beroperasi pada tegangan 0,6 dari tegangan nominal, dan suhu tidak melebihi 40 derajat, maka pengoperasian yang benar dimungkinkan selama 40.000 jam atau lebih.

Aplikasi ionistor yang paling umum adalah pada catu daya cadangan. Ini terutama chip memori atau Jam digital. Dalam hal ini, parameter utama ionistor adalah arus bocor rendah, self-discharge.

Penggunaan ionistor bersama dengan panel surya. Hal ini juga disebabkan oleh kondisi pengisian yang tidak kritis dan jumlah siklus pengisian-pengosongan yang praktis tidak terbatas. Properti berharga lainnya adalah ionistor tidak memerlukan perawatan.

Sejauh ini saya telah berhasil memberi tahu Anda bagaimana dan di mana kapasitor elektrolitik bekerja, terutama di rangkaian DC. Pengoperasian kapasitor pada rangkaian arus bolak-balik akan dibahas pada artikel lain -.

Hal ini dapat dengan mudah dikonfirmasi melalui eksperimen. Anda dapat menyalakan bola lampu dengan menghubungkannya ke catu daya AC melalui kapasitor. Loudspeaker atau handset akan tetap berfungsi jika dihubungkan ke receiver tidak secara langsung, tetapi melalui kapasitor.

Kapasitor terdiri dari dua atau lebih piring logam, dipisahkan oleh dielektrik. Dielektrik ini paling sering berupa mika, udara atau keramik, yang merupakan isolator terbaik. Wajar jika arus searah tidak dapat melewati isolator seperti itu. Tapi mengapa arus bolak-balik melewatinya? Hal ini nampaknya semakin aneh karena keramik yang sama dalam bentuk, misalnya, rol porselen dengan sempurna mengisolasi kabel arus bolak-balik, dan mika dengan sempurna berfungsi sebagai isolator pada setrika listrik dan perangkat pemanas lainnya yang beroperasi dengan baik pada arus bolak-balik.

Melalui beberapa percobaan kita dapat “membuktikan” fakta yang lebih aneh lagi: jika dalam sebuah kapasitor suatu dielektrik dengan sifat isolasi yang relatif buruk digantikan oleh dielektrik lain yang merupakan isolator yang lebih baik, maka sifat-sifat kapasitor akan berubah sehingga aliran arus bolak-balik melalui kapasitor tidak akan terhambat, malah sebaliknya dipermudah. Misalnya, jika Anda menyambungkan bola lampu ke rangkaian arus bolak-balik melalui kapasitor dengan dielektrik kertas dan kemudian mengganti kertas tersebut dengan isolator yang sangat baik; seperti kaca atau porselen dengan ketebalan yang sama, bola lampu akan mulai menyala lebih terang. Eksperimen seperti itu akan mengarah pada kesimpulan bahwa arus bolak-balik tidak hanya mengalir melalui kapasitor, tetapi arus bolak-balik juga mengalir semakin mudah, semakin baik isolator dielektriknya.

Namun, terlepas dari semua eksperimen tersebut yang tampak meyakinkan, listrik- tidak konstan maupun variabel - tidak melewati kapasitor. Dielektrik yang memisahkan pelat kapasitor berfungsi sebagai penghalang yang andal terhadap jalur arus, apa pun itu - bolak-balik atau searah. Tetapi ini tidak berarti bahwa tidak akan ada arus di seluruh rangkaian yang dihubungkan dengan kapasitor.

Kapasitor memiliki tertentu sifat fisik, yang kami sebut kapasitas. Sifat ini terdiri dari kemampuan mengakumulasi muatan listrik pada pelat. Sumber arus listrik secara kasar dapat diibaratkan seperti pompa yang memompa muatan listrik ke dalam suatu rangkaian. Jika arusnya konstan, maka muatan listrik dipompa sepanjang waktu dalam satu arah.

Bagaimana perilaku kapasitor dalam rangkaian DC?

“Pompa listrik” kami akan memompa muatan ke salah satu pelatnya dan memompanya keluar dari pelat lainnya. Kemampuan suatu kapasitor untuk menahan perbedaan jumlah muatan tertentu pada pelat-pelatnya disebut kapasitas. Semakin besar kapasitansinya, semakin banyak muatan listrik pada satu pelat dibandingkan pelat lainnya.

Pada saat arus dihidupkan, kapasitor tidak terisi - jumlah muatan pada pelatnya sama. Tapi arusnya menyala. “Pompa listrik” mulai bekerja. Dia mengarahkan muatannya ke satu piring dan mulai memompanya keluar dari piring lainnya. Begitu pergerakan muatan dimulai di sirkuit, itu berarti arus mulai mengalir di dalamnya. Arus akan mengalir hingga kapasitor terisi penuh. Ketika batas ini tercapai, arus akan berhenti.

Oleh karena itu, jika terdapat kapasitor pada suatu rangkaian DC, maka setelah ditutup, arus di dalamnya akan mengalir selama yang diperlukan untuk mengisi kapasitor hingga penuh.

Jika resistansi rangkaian yang melaluinya kapasitor diisi relatif kecil, maka waktu pengisiannya sangat singkat: hanya berlangsung sepersekian detik, setelah itu aliran arus berhenti.

Situasinya berbeda pada rangkaian arus bolak-balik. Di sirkuit ini, “pompa” memompa muatan listrik ke satu arah atau yang lain. Setelah hampir tidak menghasilkan kelebihan muatan pada satu pelat kapasitor dibandingkan dengan jumlah muatan pada pelat lainnya, pompa mulai memompanya ke arah yang berlawanan. Muatan akan bersirkulasi terus menerus dalam rangkaian, yang berarti bahwa meskipun terdapat kapasitor non-konduktif, akan ada arus di dalamnya - arus pengisian dan pengosongan kapasitor.

Besarnya arus ini bergantung pada apa?

Yang kami maksud dengan besaran arus adalah jumlah muatan listrik yang mengalir per satuan waktu melalui penampang suatu konduktor. Semakin besar kapasitansi kapasitor, semakin banyak muatan yang dibutuhkan untuk “mengisinya”, yang berarti semakin kuat arus dalam rangkaian. Kapasitansi kapasitor bergantung pada ukuran pelat, jarak antara pelat dan jenis dielektrik yang memisahkannya, serta konstanta dielektriknya. Porselen memiliki konstanta dielektrik yang lebih besar daripada kertas, sehingga ketika kertas diganti dengan porselen dalam kapasitor, arus dalam rangkaian meningkat, meskipun porselen merupakan isolator yang lebih baik daripada kertas.

Besarnya arus juga bergantung pada frekuensinya. Semakin tinggi frekuensinya maka arus yang dihasilkan akan semakin besar. Mengapa hal ini mudah dipahami dengan membayangkan kita mengisi wadah yang berkapasitas, misalnya 1 liter, dengan air melalui sebuah tabung lalu memompanya keluar dari sana. Jika proses ini diulangi sekali setiap detik, maka 2 liter air akan mengalir melalui tabung per detik: 1 liter dalam satu arah dan 1 liter dalam arah yang lain. Tetapi jika kita melipatgandakan frekuensi proses: kita mengisi dan mengosongkan bejana 2 kali per detik, maka 4 liter air akan mengalir melalui tabung per detik - meningkatkan frekuensi proses dengan kapasitas bejana yang sama menyebabkan a peningkatan yang sesuai dalam jumlah air yang mengalir melalui tabung.

Dari uraian di atas, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: arus listrik - baik searah maupun bolak-balik - tidak melewati kapasitor. Namun pada rangkaian yang menghubungkan sumber AC dengan kapasitor, mengalir arus pengisian dan pengosongan kapasitor ini. Semakin besar kapasitansi kapasitor dan semakin tinggi frekuensi arus, semakin kuat arusnya.

Fitur arus bolak-balik ini sangat banyak digunakan dalam teknik radio. Emisi gelombang radio juga didasarkan pada hal itu. Untuk melakukan ini, kami membangkitkan arus bolak-balik frekuensi tinggi di antena pemancar. Tetapi mengapa arus mengalir pada antena, padahal antena bukan merupakan rangkaian tertutup? Mengalir karena ada kapasitansi antara antena dan kabel penyeimbang atau ground. Arus dalam antena mewakili arus pengisian dan pengosongan kapasitor ini, kapasitor ini.

Kapasitor (tutup) adalah "baterai" kecil yang mengisi daya dengan cepat ketika ada tegangan di sekitarnya dan dengan cepat dilepaskan kembali ketika tegangan tidak cukup untuk menahan muatan.

Ciri utama kapasitor adalah kapasitasnya. Hal ini ditunjukkan dengan simbol C, satuan ukurannya adalah Farad. Semakin besar kapasitansi, semakin banyak muatan yang dapat ditampung kapasitor pada tegangan tertentu. Juga dari lagi kapasitas, itu lebih sedikit kecepatan pengisian dan pengosongan.

Nilai umum yang digunakan dalam mikroelektronika: dari puluhan pikofarad (pF, pF = 0,000000000001 F) hingga puluhan mikrofarad (μF, μF = 0,000001). Jenis kapasitor yang paling umum adalah keramik dan elektrolitik. Keramik berukuran lebih kecil dan biasanya memiliki kapasitansi hingga 1 µF; mereka tidak peduli kontak mana yang akan dihubungkan ke plus dan mana yang minus. Kapasitor elektrolit memiliki kapasitansi dari 100 pF dan bersifat polar: kontak tertentu harus dihubungkan ke positif. Kaki yang sesuai dengan plus dibuat lebih panjang.

Kapasitor terdiri dari dua pelat yang dipisahkan oleh lapisan dielektrik. Pelat mengumpulkan muatan: yang satu positif, yang lain negatif; sehingga menciptakan ketegangan di dalam. Dielektrik isolasi mencegah tegangan internal berubah menjadi arus internal, yang akan menyamakan pelat.

Pengisian dan pengosongan

Perhatikan diagram ini:

Saat sakelar berada di posisi 1, tegangan dihasilkan pada kapasitor - ia mengisi daya. Mengenakan biaya Q di piring pada waktu tertentu dihitung dengan rumus:

C- kapasitas, e- eksponen (konstanta ≈ 2,71828), T- waktu dari awal pengisian daya. Muatan pada pelat kedua selalu sama nilainya, tetapi berlawanan tanda. Jika resistor R lepaskan, hanya sedikit resistansi kabel yang tersisa (ini akan menjadi nilainya R) dan pengisian daya akan terjadi dengan sangat cepat.

Dengan memplot fungsi tersebut pada grafik, kita memperoleh gambar berikut:

Seperti yang Anda lihat, muatannya tidak bertambah secara seragam, tetapi berbanding terbalik secara eksponensial. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa ketika muatan terakumulasi, tegangan baliknya semakin banyak abad ke-5, yang “menolak” V masuk.

Semuanya berakhir dengan ini abad ke-5 menjadi setara nilainya V masuk dan arus berhenti mengalir sama sekali. Pada titik ini kapasitor dikatakan telah mencapai titik jenuhnya (kesetimbangan). Tagihannya mencapai maksimum.

Mengingat Hukum Ohm, kita dapat menggambarkan ketergantungan arus pada rangkaian kita saat mengisi kapasitor.

Sekarang sistem berada dalam kesetimbangan, letakkan saklar di posisi 2.

Pelat kapasitor memiliki muatan dengan tanda yang berlawanan, mereka menciptakan tegangan - arus muncul melalui beban (Beban). Arus akan mengalir berlawanan arah dibandingkan dengan arah sumber listrik. Pengosongan juga akan terjadi dengan cara yang sebaliknya: mula-mula muatan akan hilang dengan cepat, kemudian, dengan turunnya tegangan yang ditimbulkannya, semakin lambat. Jika untuk pertanyaan 0 tentukan muatan yang ada pada kapasitor pada mulanya, maka:

Nilai-nilai pada grafik ini terlihat seperti ini:

Sekali lagi, setelah beberapa waktu sistem akan berada dalam kondisi istirahat: semua muatan akan hilang, tegangan akan hilang, dan aliran arus akan berhenti.

Jika Anda menggunakan sakelar lagi, semuanya akan dimulai dalam lingkaran. Jadi kapasitor tidak melakukan apa pun selain memutus rangkaian ketika tegangannya konstan; dan “berfungsi” ketika tegangan berubah secara tiba-tiba. Properti ini menentukan kapan dan bagaimana penggunaannya dalam praktik.

Penerapan dalam praktik

Di antara pola yang paling umum dalam mikroelektronika adalah sebagai berikut:

Kapasitor cadangan (tutup bypass) - untuk mengurangi riak tegangan suplai

Filter kapasitor - untuk memisahkan komponen tegangan konstan dan berubah, untuk mengisolasi sinyal

Cadangan kapasitor

Banyak sirkuit dirancang untuk menghasilkan daya yang konstan dan stabil. Misalnya, 5 V. Catu daya menyuplainya ke mereka. Namun sistem yang ideal tidak ada, dan jika terjadi perubahan mendadak pada konsumsi perangkat saat ini, misalnya, saat komponen dihidupkan, sumber listrik tidak punya waktu untuk "bereaksi" secara instan dan jangka pendek. terjadi penurunan tegangan. Selain itu, jika kabel dari sumber listrik ke sirkuit cukup panjang, kabel tersebut mulai bertindak sebagai antena dan juga menimbulkan kebisingan yang tidak diinginkan ke level tegangan.

Biasanya, penyimpangan dari tegangan ideal tidak melebihi seperseribu volt, dan fenomena ini sama sekali tidak signifikan jika menyangkut daya, misalnya LED atau motor listrik. Namun dalam rangkaian logika, di mana peralihan logika nol dan logika satu terjadi berdasarkan perubahan tegangan kecil, gangguan catu daya dapat disalahartikan sebagai sinyal, yang akan menyebabkan peralihan yang salah, yang, seperti efek domino, akan membuat sistem tidak berfungsi. dalam keadaan yang tidak dapat diprediksi.

Untuk mencegah kegagalan tersebut, kapasitor cadangan ditempatkan tepat di depan rangkaian

Pada saat tegangan penuh, kapasitor terisi hingga jenuh dan menjadi muatan cadangan. Segera setelah level tegangan pada saluran turun, kapasitor cadangan bertindak sebagai baterai cepat, melepaskan muatan yang terakumulasi sebelumnya untuk mengisi celah hingga situasi kembali normal. Bantuan tersebut ke sumber listrik utama terjadi berkali-kali setiap detik.

Jika kita berpikir dari sudut pandang yang berbeda: kapasitor terlepas tegangan searah komponen variabel dan melewatkannya melalui dirinya sendiri, membawanya menjauh dari saluran listrik ke dalam tanah. Inilah sebabnya mengapa kapasitor cadangan juga disebut "kapasitor bypass".

Hasilnya, tegangan yang dihaluskan terlihat seperti ini:

Kapasitor tipikal yang digunakan untuk keperluan ini adalah kapasitor keramik dengan nilai nominal 10 atau 100 nF. Sel elektrolitik yang besar kurang cocok untuk peran ini, karena mereka lebih lambat dan tidak akan dapat melepaskan muatannya dengan cepat dalam kondisi ini, di mana kebisingan berfrekuensi tinggi.

Dalam satu perangkat, kapasitor cadangan dapat terdapat di banyak tempat: di depan setiap rangkaian, yang merupakan unit independen. Misalnya, Arduino sudah memiliki kapasitor cadangan yang menjamin pengoperasian prosesor yang stabil, tetapi sebelum memberi daya pada layar LCD yang terhubung dengannya, Anda harus memasangnya sendiri.

Filter kapasitor

Kapasitor filter digunakan untuk menghilangkan sinyal dari sensor, yang mentransmisikannya dalam bentuk tegangan yang bervariasi. Contoh sensor tersebut adalah mikrofon atau antena Wi-Fi aktif.

Mari kita lihat diagram koneksi mikrofon electret. Mikrofon electret adalah yang paling umum dan ada di mana-mana: ini adalah jenis yang digunakan di telepon seluler, aksesori komputer, dan sistem alamat publik.

Mikrofon memerlukan daya untuk beroperasi. Dalam keadaan senyap, resistansinya tinggi hingga mencapai puluhan kiloohm. Saat terkena suara, gerbang transistor efek medan yang terpasang di dalamnya terbuka dan mikrofon kehilangan resistansi internalnya. Hilangnya dan pemulihan resistensi terjadi berkali-kali setiap detik dan berhubungan dengan fase gelombang suara.

Pada keluarannya, kita hanya tertarik pada tegangan pada saat ada suara. Jika tidak ada kapasitor C, output juga akan selalu dipengaruhi oleh tegangan suplai konstan. C memblokir komponen konstan ini dan hanya mengizinkan penyimpangan, yang sesuai dengan suara, untuk melewatinya.

Suara yang menarik bagi kami adalah suara yang terdengar pada rentang frekuensi rendah: 20 Hz - 20 kHz. Untuk mengisolasi sinyal suara dari tegangan, dan bukan dari gangguan daya frekuensi tinggi, seperti C Kapasitor elektrolitik lambat dengan nilai nominal 10 µF digunakan. Jika kapasitor cepat, katakanlah 10 nF, digunakan, sinyal non-audio akan melewati output.

Perhatikan bahwa sinyal keluaran disuplai sebagai tegangan negatif. Artinya, ketika output dihubungkan ke ground, arus akan mengalir dari ground ke output. Nilai tegangan puncak pada mikrofon adalah puluhan milivolt. Untuk membalikkan tegangan dan meningkatkan nilainya, keluaran V keluar biasanya dihubungkan ke penguat operasional.

Koneksi kapasitor

Jika dibandingkan dengan penyambungan resistor, perhitungan nilai akhir kapasitor terlihat sebaliknya.

Pada koneksi paralel total kapasitas diringkas:

Bila dihubungkan secara seri, kapasitas akhir dihitung dengan rumus:

Jika kapasitor hanya dua, maka dengan sambungan seri:

Dalam kasus khusus dua kapasitor identik, total kapasitansi sambungan seri sama dengan setengah kapasitansi masing-masing kapasitor.

Batasi karakteristik

Dokumentasi untuk setiap kapasitor menunjukkan tegangan maksimum yang diizinkan. Melebihinya dapat menyebabkan kerusakan dielektrik dan ledakan kapasitor. Untuk kapasitor elektrolitik, polaritas harus diperhatikan. Jika tidak, elektrolit akan bocor atau akan terjadi ledakan lagi.

Mengapa kapasitor tidak mengalirkan arus searah, tetapi mengalirkan arus bolak-balik?

1. Kapasitor tidak mengalirkan arus; ia hanya dapat mengisi dan mengosongkan
   Pada arus searah, kapasitor diisi satu kali dan kemudian menjadi tidak berguna dalam rangkaian.
   Pada arus yang berdenyut, ketika tegangan naik, ia mengisi (mengumpulkan energi listrik), dan ketika tegangan dari level maksimum mulai menurun, ia mengembalikan energi ke jaringan, sekaligus menstabilkan tegangan.
   Pada arus bolak-balik, ketika tegangan meningkat dari 0 ke maksimum, kapasitor mengisi daya, ketika turun dari maksimum ke 0, ia melepaskan, mengembalikan energi ke jaringan, ketika polaritas berubah, semuanya terjadi persis sama tetapi dengan polaritas yang berbeda. .
2. Arus hanya mengalir selama kapasitor sedang diisi.
   Dalam rangkaian arus searah, kapasitor mengisi daya dengan relatif cepat, setelah itu arus berkurang dan praktis berhenti.
   Dalam rangkaian arus bolak-balik, kapasitor diisi, kemudian tegangan berubah polaritasnya, mulai dilepaskan, dan kemudian diisi ke arah yang berlawanan, dll. - arus mengalir terus-menerus.
   Bayangkan sebuah toples yang hanya bisa diisi air sampai penuh. Jika tegangan konstan, bank akan terisi dan arus akan berhenti. Dan jika tegangannya bervariasi, air dituangkan ke dalam toples - dituang - diisi, dll.
3. kapasitor bekerja baik dalam arus bolak-balik maupun arus searah, karena diisi pada arus searah dan tidak dapat mentransfer energi tersebut ke mana pun, untuk ini, cabang terbalik dihubungkan ke rangkaian melalui sakelar untuk mengubah polaritas untuk melepaskannya dan memberi ruang untuk porsi yang baru, tidak bergantian per putaran, candrum terisi dan habis karena perubahan polaritas....
4. Terima kasih teman-teman atas informasinya yang luar biasa!!!
5. dalam istilah fisik murni: kapasitor adalah putusnya rangkaian, karena gasketnya tidak saling bersentuhan, terdapat dielektrik di antara keduanya. dan seperti yang kita ketahui, dielektrik tidak menghantarkan listrik. oleh karena itu, arus searah tidak mengalir melaluinya.
   Meskipun.. .
   Kapasitor dalam rangkaian DC dapat menghantarkan arus pada saat dihubungkan ke rangkaian (terjadi pengisian atau pengisian ulang kapasitor); pada akhir proses transien, tidak ada arus yang mengalir melalui kapasitor, karena pelatnya dipisahkan oleh a dielektrik. Dalam rangkaian arus bolak-balik, ia melakukan osilasi arus bolak-balik melalui pengisian ulang siklik kapasitor.

   dan untuk arus bolak-balik, kapasitor merupakan bagian dari rangkaian osilasi. ia berperan sebagai perangkat penyimpanan energi listrik dan, dalam kombinasi dengan kumparan, keduanya hidup berdampingan dengan sempurna, mengubah energi listrik menjadi energi magnetis dan kembali pada kecepatan/frekuensi yang sama dengan omega = 1/sqrt(C*L)

   contoh: fenomena seperti kilat. Saya rasa saya mendengarnya. Meskipun ini contoh yang buruk, pengisian daya terjadi di sana melalui elektrifikasi, akibat gesekan udara atmosfer terhadap permukaan bumi. tetapi kerusakan selalu, seperti pada kapasitor, hanya terjadi ketika apa yang disebut tegangan rusaknya tercapai.

   Saya tidak tahu apakah ini membantu Anda :)

6. Kapasitor sebenarnya tidak membiarkan arus melewati dirinya sendiri. Kapasitor pertama-tama mengakumulasi muatan pada pelatnya - di satu pelat terdapat kelebihan elektron, di pelat lain terdapat kekurangan - dan kemudian melepaskannya, akibatnya, di sirkuit eksternal, elektron bergerak bolak-balik - mereka berlari menjauh dari satu piring, lari ke piring kedua, lalu kembali. Artinya, pergerakan elektron bolak-balik di sirkuit eksternal dipastikan; arus mengalir di dalamnya - tetapi tidak di dalam kapasitor.
   Berapa banyak elektron yang dapat diterima pelat kapasitor pada tegangan satu volt disebut kapasitansi kapasitor, tetapi biasanya diukur bukan dalam triliunan elektron, tetapi dalam satuan kapasitansi konvensional - farad (mikrofarad, pikofarad).
   Ketika mereka mengatakan bahwa arus mengalir melalui kapasitor, ini hanyalah penyederhanaan. Semuanya terjadi seolah-olah ada arus yang mengalir melalui kapasitor, padahal sebenarnya arus hanya mengalir dari luar kapasitor.
   Jika kita mendalami ilmu fisika, maka redistribusi energi pada medan antar pelat kapasitor disebut arus perpindahan, berbeda dengan arus konduksi yang merupakan pergerakan muatan, namun arus perpindahan merupakan konsep dari elektrodinamika yang dikaitkan dengan persamaan Maxwell. , tingkat abstraksi yang sama sekali berbeda.

Kapasitor dalam rangkaian arus bolak-balik atau arus searah, yang sering disebut kapasitor, terdiri dari sepasang pelat yang dilapisi dengan lapisan insulasi. Jika arus dialirkan ke perangkat ini, perangkat ini akan menerima muatan dan menyimpannya selama beberapa waktu. Kapasitasnya sangat bergantung pada celah antar pelat.

Kapasitor dapat dibuat dengan cara yang berbeda, tetapi esensi pekerjaan dan elemen utamanya tetap tidak berubah. Untuk memahami prinsip operasi, perlu dipertimbangkan model yang paling sederhana.

Perangkat paling sederhana memiliki dua pelat: salah satunya bermuatan positif, yang lain, sebaliknya, bermuatan negatif. Meskipun muatan-muatan ini berlawanan, namun mereka setara. Mereka menarik dengan kekuatan tertentu, yang bergantung pada jarak. Semakin dekat jarak lempeng-lempeng tersebut maka semakin besar pula gaya tarik-menarik yang terjadi di antara lempeng-lempeng tersebut. Berkat daya tarik ini, perangkat yang diisi dayanya tidak habis.

Namun, cukup dengan meletakkan konduktor apa pun di antara kedua pelat dan perangkat akan langsung terlepas. Semua elektron dari pelat bermuatan negatif akan segera berpindah ke pelat bermuatan positif, sehingga terjadi pemerataan muatan. Dengan kata lain, untuk menghilangkan muatan dari kapasitor, Anda hanya perlu melakukan hubungan arus pendek pada kedua pelatnya.

Sirkuit listrik terdiri dari dua jenis - permanen atau variabel. Itu semua tergantung bagaimana arus listrik mengalir di dalamnya. Perangkat di sirkuit ini berperilaku berbeda.

Untuk mempertimbangkan bagaimana kapasitor akan berperilaku dalam rangkaian DC, Anda perlu:

1. Ambil catu daya DC dan tentukan nilai tegangannya. Misalnya, "12 Volt".
2. Pasang bola lampu dengan tegangan yang sama.
3. Pasang kapasitor pada jaringan.

Tidak akan ada efeknya: bola lampu tidak akan menyala, tetapi jika Anda melepas kapasitor dari rangkaian, lampu akan muncul. Jika perangkat terhubung ke jaringan arus bolak-balik, perangkat tidak akan menutup, dan oleh karena itu tidak ada arus listrik yang dapat lewat di sini. Permanen - tidak dapat melewati jaringan tempat kapasitor terhubung. Itu semua karena pelat perangkat ini, atau lebih tepatnya, dielektrik yang memisahkan pelat-pelat ini.

Anda dapat memastikan tidak ada tegangan pada jaringan arus searah dengan cara lain. Anda dapat menghubungkan apa saja ke jaringan, yang utama adalah sumber arus listrik konstan disertakan dalam rangkaian. Elemen yang menandakan tidak adanya tegangan dalam jaringan atau, sebaliknya, keberadaannya, juga dapat berupa peralatan listrik apa pun. Cara terbaik adalah menggunakan bola lampu untuk tujuan ini: bola lampu akan menyala jika ada arus listrik, dan tidak akan menyala jika tidak ada tegangan di jaringan.

Kita dapat menyimpulkan bahwa kapasitor tidak mampu menghantarkan arus searah melalui dirinya sendiri, tetapi kesimpulan ini salah. Faktanya, arus listrik muncul segera setelah diberi tegangan, tetapi menghilang seketika. Dalam hal ini, ia lewat hanya dalam beberapa sepersekian detik. Durasi pastinya bergantung pada seberapa besar kapasitas perangkat, tetapi hal ini biasanya tidak diperhitungkan.

Untuk menentukan apakah arus bolak-balik akan mengalir, perangkat harus dihubungkan ke sirkuit yang sesuai. Sumber listrik utama dalam hal ini adalah alat yang menghasilkan arus bolak-balik.

Arus listrik searah tidak mengalir melalui kapasitor, tetapi arus bolak-balik, sebaliknya, dan perangkat terus-menerus menolak arus listrik yang melewatinya. Besarnya resistansi ini berhubungan dengan frekuensi. Ketergantungan di sini berbanding terbalik: semakin rendah frekuensinya, semakin tinggi resistansinya. Jika untuk sumber arus bolak-balik sambungkan kondensor, maka nilai tegangan maksimum disini akan tergantung pada kuat arus.

Rangkaian sederhana yang terdiri dari:

• Sumber saat ini. Itu harus bervariasi.
• Konsumen arus listrik. Yang terbaik adalah menggunakan lampu.

Namun, perlu diingat satu hal: lampu hanya akan menyala jika perangkat memiliki kapasitas yang cukup besar. Arus bolak-balik memiliki efek yang besar pada kapasitor sehingga perangkat mulai mengisi dan mengosongkan. Dan arus yang melewati jaringan selama pengisian ulang meningkatkan suhu filamen lampu. Hasilnya, bersinar.

Arus pengisian ulang sangat bergantung pada kapasitas perangkat yang terhubung ke jaringan AC. Ketergantungannya berbanding lurus: semakin besar kapasitasnya, semakin besar pula nilai yang mencirikan kekuatan arus pengisian. Untuk memverifikasinya, Anda hanya perlu meningkatkan kapasitasnya. Segera setelah ini, lampu akan mulai bersinar lebih terang, karena filamennya akan lebih panas. Seperti yang Anda lihat, kapasitor, yang bertindak sebagai salah satu elemen rangkaian arus bolak-balik, berperilaku berbeda dari resistor konstan.

Ketika kapasitor AC dihubungkan, proses yang lebih kompleks mulai terjadi. Alat seperti vektor akan membantu Anda memahaminya dengan lebih baik. Gagasan utama vektor dalam hal ini adalah Anda dapat merepresentasikan nilai sinyal yang berubah terhadap waktu sebagai produk dari sinyal kompleks, yang merupakan fungsi sumbu yang mewakili waktu dan bilangan kompleks, yang pada sebaliknya, tidak berhubungan dengan waktu.

Karena vektor diwakili oleh besaran tertentu dan sudut tertentu, maka vektor dapat digambarkan dalam bentuk panah yang berputar pada bidang koordinat. Tegangan pada perangkat sedikit tertinggal dari arus, dan kedua vektor yang ditunjuknya berputar berlawanan arah jarum jam pada bidang.

Sebuah kapasitor dalam jaringan arus bolak-balik dapat diisi ulang secara berkala: ia memperoleh sejumlah muatan, atau, sebaliknya, melepaskannya. Artinya penghantar dan sumber arus bolak-balik dalam jaringan selalu bertukar satu sama lain energi listrik. Jenis listrik dalam teknik elektro disebut reaktif.

Kapasitor tidak memungkinkan arus listrik searah melewati jaringan. Dalam hal ini, ia akan memiliki hambatan tak terhingga. Arus bolak-balik mampu melewati perangkat ini. Dalam hal ini, resistansi memiliki nilai yang terbatas.