ตัวเก็บประจุอากาศคืออะไร : วงจร การทำงานและการใช้งาน

อา ตัวเก็บประจุแบบแปรผัน เป็นตัวเก็บประจุชนิดหนึ่งที่มีค่าความจุแปรผัน นี้ ตัวเก็บประจุ ประกอบด้วยเพลตสองแผ่นโดยที่พื้นที่ระหว่างเพลตเหล่านี้ถูกปรับอย่างง่าย ๆ เพื่อเปลี่ยนความจุของตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุเหล่านี้มีให้เลือกสองแบบคือตัวเก็บประจุแบบอากาศและตัวเก็บประจุแบบทริมเมอร์ โดยทั่วไป ตัวเก็บประจุเหล่านี้ถูกใช้โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน วงจร LC สำหรับการปรับความถี่ภายในวิทยุ ดังนั้น บทความนี้จึงกล่าวถึงภาพรวมของตัวเก็บประจุแบบแปรผันประเภทใดประเภทหนึ่ง เช่น an ตัวเก็บประจุอากาศ – การทำงานและการใช้งาน

ตัวเก็บประจุอากาศคืออะไร?

หนึ่ง คำจำกัดความของตัวเก็บประจุอากาศ เป็นตัวเก็บประจุที่ใช้อากาศเป็นตัวกลางไดอิเล็กตริก ตัวเก็บประจุนี้สามารถออกแบบให้อยู่ในรูปแบบความจุคงที่หรือแบบแปรผันได้ ประเภทความจุคงที่ไม่ได้ใช้บ่อยเพราะมีความแตกต่าง ประเภทของตัวเก็บประจุ มีคุณสมบัติที่เหนือกว่าในขณะที่ประเภทความจุตัวแปรถูกใช้บ่อยขึ้นเนื่องจากโครงสร้างที่เรียบง่าย

ตัวเก็บประจุอากาศโดยทั่วไปทำด้วยแผ่นโลหะครึ่งวงกลมสองชุดซึ่งแยกจากกันผ่านอากาศ วัสดุอิเล็กทริก . ในแผ่นโลหะเหล่านี้ ชุดหนึ่งเป็นแบบถาวร และอีกชุดเชื่อมต่อกับเพลาซึ่งช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานหมุนชุดประกอบเพื่อเปลี่ยนความจุเมื่อจำเป็น เมื่อการทับซ้อนกันระหว่างแผ่นโลหะสองแผ่นมีขนาดใหญ่ขึ้น ความจุก็จะสูงขึ้น ดังนั้นสภาวะความจุสูงสุดจะเกิดขึ้นเมื่อการทับซ้อนกันระหว่างแผ่นโลหะทั้งสองชุดมีค่าสูงสุดในขณะที่สภาวะความจุต่ำสุดจะเกิดขึ้นเมื่อไม่มีการทับซ้อนกัน เพื่อการควบคุมความจุที่ดีขึ้น การปรับจูนที่ละเอียดยิ่งขึ้น และความแม่นยำที่เพิ่มขึ้น กลไกลดเกียร์จึงถูกนำมาใช้

ตัวเก็บประจุอากาศมีค่าความจุขนาดเล็กตั้งแต่ 100 pF - 1 nF ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าใช้งานอยู่ในช่วง 10 ถึง 1000V แรงดันพังทลายของไดอิเล็กตริกมีค่าน้อยกว่า ดังนั้นการสลายทางไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงภายในตัวเก็บประจุ ซึ่งอาจนำไปสู่การทำงานที่บกพร่องของตัวเก็บประจุอากาศ

การก่อสร้างตัวเก็บประจุอากาศและการทำงาน

ตัวเก็บประจุแบบปรับได้ เช่น ตัวเก็บประจุแบบอากาศประกอบด้วยชุดแผ่นอะลูมิเนียมแบบหมุนครึ่งวงกลมที่ด้านบนของเพลากลางที่จัดเรียงอยู่ระหว่างชุดแผ่นอะลูมิเนียมแบบตายตัวที่มีระยะห่างเท่ากัน ตัวเก็บประจุนี้มีรูเจาะตรงกลางเพื่อส่งผ่านแกนควบคุม ในการควบคุมแกนนี้ ดิสก์สำรองจะเชื่อมต่อกันเพื่อส่งผ่านไปยังส่วนอื่นๆ อย่างอิสระ ซึ่งหมายความว่าชุดดิสก์จะถูกแยกออกเป็นสองกลุ่มอย่างมีประสิทธิภาพซึ่งรวมกันเป็นบริเวณแผ่นทั้งสองของตัวเก็บประจุ

เมื่อจานคาปาซิเตอร์อยู่ในรูปครึ่งวงกลม แล้วการหมุนชุดเคลื่อนที่จะทำให้ปริมาณที่ทั้งสองกลุ่มคาบเกี่ยวกันเปลี่ยนไปเป็นพื้นที่แผ่นทั้งหมด เมื่อความจุของตัวเก็บประจุนี้ขึ้นอยู่กับพื้นที่แผ่นทั้งหมด การเปลี่ยนแปลงภายในพื้นที่อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่เท่ากันภายในความจุของส่วนประกอบ ดังนั้นผู้ปฏิบัติงานจึงได้รับอนุญาตให้ปรับเปลี่ยนค่าของส่วนประกอบได้ตามต้องการ

เมื่อแผ่นอะลูมิเนียมเคลื่อนที่ถูกหมุน และปริมาณการทับซ้อนกันระหว่างเพลตแบบคงที่และแบบเคลื่อนที่จะเปลี่ยนไป อากาศระหว่างชุดแผ่นเหล่านี้ทำงานเหมือนไดอิเล็กทริกที่มีประสิทธิภาพซึ่งป้องกันชุดจากกันและกัน เมื่อความจุของตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับขนาดร่วมกันของเพลต การปรับนี้จะช่วยให้สามารถปรับค่าตัวเก็บประจุอากาศได้

วงจรตัวเก็บประจุอากาศ

วงจรตัวเก็บประจุอากาศอย่างง่ายแสดงอยู่ด้านล่าง ตัวเก็บประจุนี้ใช้อากาศเป็นไดอิเล็กตริกและได้รับการออกแบบโดยใช้ฟอยล์หรือแผ่นโลหะสองแผ่นที่เชื่อมต่อขนานกันโดยเว้นระยะห่างกัน ตัวเก็บประจุเก็บพลังงานในรูปแบบประจุไฟฟ้าบนเพลต

เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับตัวเก็บประจุอากาศเพื่อวัดประจุบนเพลตทั้งสอง จากนั้นอัตราส่วนของประจุ 'Q' ต่อแรงดัน 'V' จะให้ค่าความจุของตัวเก็บประจุ ดังนั้น จะได้ค่าเช่น C = ถาม/ตอบ สามารถเขียนสมการนี้เพื่อให้เป็นสูตรสำหรับวัดปริมาณประจุบนเพลตสองแผ่น เช่น Q = C x V

เมื่อกระแสไฟฟ้าถูกจ่ายเข้าไปในตัวเก็บประจุ มันจะชาร์จ ดังนั้นสนามไฟฟ้าสถิตจะแข็งแกร่งขึ้นมากเพราะเก็บพลังงานไว้ระหว่างแผ่นทั้งสองได้มากขึ้น

ในทำนองเดียวกัน เมื่อกระแสไหลออกจากตัวเก็บประจุอากาศ ความต่างศักย์ระหว่างแผ่นทั้งสองนี้จะลดลง และสนามไฟฟ้าสถิตจะลดลงเมื่อพลังงานไฟฟ้าออกจากเพลต ความจุจึงเป็นหนึ่งในคุณสมบัติของตัวเก็บประจุซึ่งใช้เก็บประจุไฟฟ้าไว้บนแผ่นทั้งสองของมันในรูปแบบสนามไฟฟ้าสถิต

การอนุญาตของตัวเก็บประจุอากาศ

การอนุญาตสามารถกำหนดเป็นคุณสมบัติของวัสดุแต่ละชนิด มิฉะนั้น สื่อที่ใช้ในการวัดความต้านทานที่เสนอต่อการก่อตัวของสนามไฟฟ้า มันเขียนด้วยตัวอักษรกรีก 'ϵ' (epsilon) และมีหน่วยเป็น F/m หรือ farad ต่อเมตร

หากเราพิจารณาตัวเก็บประจุที่มีเพลตสองแผ่นซึ่งคั่นด้วยระยะทาง 'd' สื่ออิเล็กทริกเช่นอากาศจะถูกใช้ระหว่างเพลตทั้งสองนี้ ระหว่างแผ่นทั้งสองของตัวเก็บประจุ มีโมเลกุลอยู่ซึ่งก่อให้เกิดโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้า ไดโพลไฟฟ้า หมายถึง ประจุคู่ตรงข้ามและประจุเท่ากัน ตัวอย่างเช่น โมเลกุลเดี่ยวประกอบด้วยประจุบวกที่ปลายด้านหนึ่งและประจุลบที่ปลายอีกด้านหนึ่งซึ่งแยกจากกันด้วยระยะห่างดังแสดงในรูปต่อไปนี้

ในแผนภาพต่อไปนี้ โดยทั่วไปแล้ว โมเลกุลจะถูกจัดเรียงแบบสุ่มภายในเพลตตัวเก็บประจุ เมื่อเราใช้สนามไฟฟ้ากับเพลตเหล่านี้จากภายนอกแล้ว โมเลกุลภายในตัวเก็บประจุจะรวมตัวในลักษณะที่ดีกว่าซึ่งเรียกว่าโพลาไรซ์ได้ ดังนั้น โมเมนต์ไดโพลของพวกมันจึงสร้างสนามไฟฟ้าขึ้นมาเอง สนามไฟฟ้านี้ตรงข้ามกับสนามไฟฟ้าภายนอก มันจึงกลายเป็นเหมือนขั้วที่คล้ายกันของแม่เหล็กสองตัวที่คอยต้านทานซึ่งกันและกัน

เมื่อโมเลกุลเรียงตัวกันหรือมีขั้วมากขึ้น พวกมันจะต่อต้านสนามไฟฟ้าภายนอกซึ่งเราเรียกว่าสภาพยอมจำนน ในที่นี้ค่าการยอมจะวัดความต้านทานที่วัสดุหรือตัวกลางเสนอให้กับสนามไฟฟ้าภายนอก

หากค่าการยอมของตัวกลางสูงกว่า แสดงว่าโมเลกุลของตัวกลางนั้นมีขั้วที่ดีกว่า ดังนั้นจึงมีความต้านทานต่อสนามไฟฟ้าภายนอกมากขึ้น ในทำนองเดียวกัน หากค่าการยอมของตัวกลางต่ำ โมเลกุลก็จะโพลาไรซ์อย่างอ่อน ดังนั้นจึงมีความต้านทานน้อยกว่าต่อสนามไฟฟ้าภายนอก

ค่าการยอมจะคงที่ไม่คงที่ ดังนั้นจึงแตกต่างกันไปตามปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความชื้น ประเภทสื่อ ความถี่ของสนาม ความแรงของสนามไฟฟ้า ฯลฯ

การอนุญาตมีบทบาทสำคัญในการกำหนดความจุของตัวเก็บประจุ ดังนั้น ค่าความจุของตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนานจึงคำนวณโดย

C = ϵ x A/d

ที่ไหน,

'A' คือพื้นที่ของจานเดียว

'd' คือระยะห่างระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุสองแผ่น

'ϵ' คือการอนุญาติของตัวกลางระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุสองแผ่น

หากคุณสังเกตคาปาซิเตอร์ต่อไปนี้ ค่าการยอมจะส่งผลต่อความจุของตัวเก็บประจุได้อย่างชัดเจน
ในตัวเก็บประจุสองตัวต่อไปนี้ ไดอิเล็กตริกที่ใช้ในตัวเก็บประจุด้านซ้ายคืออากาศ ดังนั้นค่าเผื่อสัมพัทธ์ของตัวเก็บประจุอากาศนี้มีค่าน้อย > 1 คือ 1.0006

ในทำนองเดียวกัน ในตัวเก็บประจุที่สอง อิเล็กทริกที่ใช้คือแก้ว ดังนั้นค่าการยอมของตัวเก็บประจุนี้จะอยู่ที่ประมาณ 4.9 ถึง 7.5 ดังนั้น ตัวเก็บประจุที่มีไดอิเล็กทริกแบบแก้วจะมีค่าการยอมสูงเมื่อเทียบกับตัวเก็บประจุอากาศ

ดังนั้น วัสดุที่มีการอนุญาติให้ต่ำจะทำให้ความจุน้อยลง & วัสดุที่มีการอนุญาติให้สูงขึ้นจะให้ความจุสูง ดังนั้นการอนุญาติจึงมีบทบาทสำคัญในการพิจารณาค่าความจุ

ลักษณะเฉพาะ

ลักษณะของตัวเก็บประจุอากาศมีดังต่อไปนี้

• ตัวเก็บประจุอากาศเป็นแบบไม่มีขั้ว ซึ่งหมายความว่าตัวเก็บประจุเหล่านี้สามารถใช้งานได้อย่างปลอดภัยในการใช้งานไฟฟ้ากระแสสลับ จนกว่าจะไม่เกินพิกัดแรงดันไฟฟ้าสูงสุด
• ตัวเก็บประจุเหล่านี้มีความจุขนาดเล็กที่อยู่ในช่วงระหว่าง 100pF และ 1nF
• แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานสูงสุดส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับขนาดทางกายภาพของตัวเก็บประจุ
• แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้สูงจำเป็นต้องมีช่องว่างระหว่างแผ่นสองแผ่นเพียงพอที่จะหลีกเลี่ยงการสลายทางไฟฟ้าของอากาศ
• ความเป็นฉนวนของอากาศมีค่าน้อยกว่าวัสดุอื่นๆ จำนวนมาก ซึ่งทำให้ตัวเก็บประจุเหล่านี้ไม่เหมาะกับแรงดันไฟฟ้าสูง

ข้อดี

ดิ ข้อดีของตัวเก็บประจุอากาศ รวมสิ่งต่อไปนี้

• มีกระแสไฟรั่วน้อยกว่า ซึ่งหมายความว่าการสูญเสียการทำงานภายในตัวเก็บประจุนี้มีน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าความชื้นไม่สูง
• ความต้านทานของฉนวนสูง
• เสถียรภาพที่ดี
• พวกเขามีแรงดันพังทลายน้อยกว่า
• ปัจจัยการกระจายต่ำ

ดิ ข้อเสียของตัวเก็บประจุอากาศ รวมสิ่งต่อไปนี้

• ตัวเก็บประจุอากาศมีขนาดใหญ่
• ตัวเก็บประจุเหล่านี้มีความจุน้อยกว่า
• เหล่านี้มีราคาแพง
• มันใช้พื้นที่มากกว่าเมื่อเทียบกับตัวเก็บประจุอื่นๆ

แอปพลิเคชั่น

ดิ การประยุกต์ใช้ตัวเก็บประจุอากาศ รวมสิ่งต่อไปนี้

• ตัวเก็บประจุนี้มักใช้ในวงจรเรโซแนนซ์ LC ซึ่งจำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงภายในความจุ เหล่านี้
• วงจรประกอบด้วยเครื่องรับวิทยุ เครื่องผสมความถี่ และส่วนประกอบการจับคู่อิมพีแดนซ์สำหรับเครื่องรับสัญญาณเสาอากาศ
• สิ่งเหล่านี้ถูกใช้ตามปกติเมื่อจำเป็นต้องมีความจุที่ปรับได้เช่นวงจรเรโซแนนซ์
• ตัวเก็บประจุนี้ใช้เพื่อปรับวงจรวิทยุและในวงจรทุกที่ที่มีการสูญเสียน้อยลง

นี่คือภาพรวมของอากาศ ตัวเก็บประจุ - ทำงาน ด้วยแอพพลิเคชั่น ตัวเก็บประจุเหล่านี้ทำด้วยอลูมิเนียมและทำงานได้ดีในสนามแม่เหล็กที่แรงมาก นี่คือคำถามสำหรับคุณ ไดอิเล็กตริกในตัวเก็บประจุคืออะไร?