α) εισαγωγή β) ορισμός του πυκνωτή

Παρουσίαση με θέμα: "α) εισαγωγή β) ορισμός του πυκνωτή"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 α) εισαγωγή β) ορισμός του πυκνωτή
α) εισαγωγή Σε περίπτωση που εφαρμοσθεί με οποιοδήποτε τρόπο ηλεκτρικό φορτίο Q σε αγωγό (ελεύθερο στο χώρο) αυτός αποκτά ηλεκτρικό δυναμικό V. Ο διπλασιασμός του φορτίου Q ισοδυναμεί με αντίστοιχο διπλασιασμό του δυναμικού V. Η χωρητικότητα του αγωγού εκφράζεται με τη βοήθεια του παρακάτω τύπου: C(farad) = Q(coulomb) / V(volt) β) ορισμός του πυκνωτή Αν στον πρώτο αγωγό πλησιάσει ένας άλλος τότε η χωρητικότητα του πρώτου αυξάνει . Όσο πιο κοντά βρίσκεται ο δεύτερος αγωγός στον πρώτο τόσο πιο πολύ αυξάνεται η χωρητικότητα. Το σύστημα αυτών των δύο αγωγών ονομάζεται π υ κ ν ω τ ή ς και το μονωτικό που βρίσκεται μεταξύ των αγωγών διηλεκτρικό του πυκνωτή . Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή είναι ανεξάρτητη από το Q και το V και εξαρτάται από : το μέγεθος των αγωγών (μεταλλικές επιφάνειες) την απόσταση μεταξύ τους και το είδος του διηλεκτρικού Οι δύο μεταλλικές επιφάνειες ονομάζονται οπλισμοί του πυκνωτή. Χαρακτηριστικό γνώρισμα των πυκνωτών είναι η φόρτιση τους, δηλαδή η συσσώρευση ετερώνυμων ηλεκτρικών φορτίων στους οπλισμούς τους.

2 ΣΤΑΘΕΡΟΙ ΠΥΚΝΩΤΕΣ (Fixed Capacitors)
γ) είδη πυκνωτών Οι πυκνωτές ανάλογα με τη σταθερότητα της χωρητικότητας τους διακρίνονται σε : Σταθερούς πυκνωτές και Μεταβλητούς ή ρυθμιζόμενους πυκνωτές ΣΤΑΘΕΡΟΙ ΠΥΚΝΩΤΕΣ (Fixed Capacitors) Πυκνωτές χάρτου (Paper Capacitors) Αυτού του είδους οι πυκνωτές αποτελούνται από δύο λεπτότατα φύλλα αλουμινίου που ανάμεσά τους παρεμβάλλεται μία ταινία από χαρτί ως διηλεκτρικό . Τα φύλλα του αλουμινίου ,τα οποία αποτελούν τους οπλισμούς του πυκνωτή, μπορεί να είναι από λευκοσίδηρο ή χαλκό. Η ταινία από χαρτί είναι εμποτισμένη με μονωτικό έλαιο ή κερί για την αύξηση της διηλεκτρικής ικανότητας του πυκνωτή. Για να επιτευχθεί μεγάλη χωρητικότητα σε μικρό όγκο ακολουθείται η παρακάτω διαδικασία : ταινίες από χαρτί και αλουμίνιο τοποθετούνται η μία πάνω στην άλλη και τυλίγονται σε σχήμα κυλίνδρου . Ο συμπαγής κύλινδρος που σχηματίζεται τοποθετείται μέσα σε μια κυλινδρική θήκη από μέταλλο ή πλαστική ύλη . Ο πυκνωτής έχει δύο ακροδέκτες, που ο ένας είναι συνδεδεμένος με την εξωτερική ταινία του αλουμινίου . Ο ακροδέκτης αυτός σημειώνεται πάνω στο περίβλημα με ένα στενό δακτύλιο ή με τη λέξη Graund . Συνίσταται η σύνδεση αυτού του ακροδέκτη με το σασί της συσκευής, εφόσον το ένα άκρο του πυκνωτή πρόκειται να συνδεθεί σε αυτό . Ένας άλλος τύπος πυκνωτή χαρτιού δε χρησιμοποιεί ιδιαίτερα μεταλλικά φύλλα, αλλά τα ίδια τα φύλλα του χαρτιού έχουν μεταλλική επίστρωση. Με αυτόν τον τρόπο μειώνεται ο όγκος του πυκνωτή . Οι πυκνωτές αυτοί έχουν μεγαλύτερη σταθερότητα χωρητικότητας.

3 Σχήμα 1ο : (Α) εσωτερικό πυκνωτή χάρτου (Β) πυκνωτής χάρτου conductor = αγωγός insulator = μονωτής
Πυκνωτές μίκας (Mica Capacitors) Οι πυκνωτές μίκας αποτελούνται από λεπτά φύλλα αλουμινίου, που ανάμεσά τους παρεμβάλλονται φύλλα μίκας. Η μίκα είναι το διηλεκτρικό και τα φύλλα αλουμινίου οι οπλισμοί του πυκνωτή. Οι στρώσεις διηλεκτρικού και οπλισμών διαδέχονται η μία την άλλη. Άλλος τύπος πυκνωτών μίκας είναι οι επαργυρωμένοι. Οι οπλισμοί αυτών των πυκνωτών είναι λεπτά στρώματα αργύρου, που με μια χημική μέθοδο τοποθετούνται πάνω στις πλευρές των φύλλων της μίκας. Οι πυκνωτές μίκας έχουν μικρό σχετικά μέγεθος, σταθερή χωρητικότητα και μικρές απώλειες. Εξαιτίας αυτών των ιδιοτήτων τους είναι κατάλληλοι για κυκλώματα υψηλής συχνότητας. Η τιμή τους κυμαίνεται μεταξύ 10μμF και 0.02μF και αναγράφεται πάνω στο περίβλημά τους με αριθμούς ή με κωδικοποιημένα χρώματα.

4 Σχήμα 2ο : πυκνωτές μίκας
Κεραμικοί πυκνωτές (Ceramic Capacitors) Οι πυκνωτές αυτοί χρησιμοποιούν κεραμικό υλικό ως διηλεκτρικό και κατασκευάζονται σε πολλούς τύπους, σε μικρά και μεγάλα μεγέθη για διάφορες χρήσεις . Ο κυλινδρικός τύπος αποτελείται από έναν κύλινδρο κεραμικού υλικού, που η εσωτερική του επιφάνεια είναι πλήρως επιμεταλλωμένη, ενώ η εξωτερική του είναι μερικώς επιμεταλλωμένη . Δυο ακροδέκτες από σύρμα είναι κολλημένοι στα ηλεκτρόδια (οπλισμούς) του πυκνωτή . Μια εξωτερική επίστρωση από βερνίκι προφυλάσσει τον πυκνωτή από τις ατμοσφαιρικές επιδράσεις . Άλλος τύπος κατασκευάζεται σε σχήμα μικρού δίσκου . Το διηλεκτρικό του αποτελείται από μια μικρή επίπεδη επιφάνεια από κεραμικό υλικό, που στις δύο πλευρές της έχει επίστρωση από άργυρο . Τους ακροδέκτες του πυκνωτή αποτελούν δύο σύρματα κολλημένα πάνω στην επίστρωση . Για μικροκατασκευές χρησιμοποιούνται κεραμικοί πυκνωτές μικρού μεγέθους, που αποτελούνται από μια μικρή ορθογώνια κεραμική πλάκα επιμεταλλωμένη στις δύο πλευρές της.

5 Σχήμα 3ο : κεραμικοί πυκνωτές διαφόρων χωρητικοτήτων χαμηλών τάσεων λειτουργίας .
Σχήμα 4ο : κεραμικοί πυκνωτές διαφόρων τιμών με υψηλές τάσεις λειτουργίας, 1KV-25 KV

6 Πυκνωτές πολυστερίνης (Polysterene Capacitors)
Κατασκευάζονται σε κυλινδρικό και πλακέ σχήμα και έχουν ως διηλεκτρικό λεπτότατα φύλλα από πολυστερίνη .Έχουν χαμηλές απώλειες στην υψηλή συχνότητα και μικρό συντελεστή αυτεπαγωγής, γι ΄ αυτό χρησιμοποιούνται σε συντονισμένα κυκλώματα, σε ηλεκτρονικά φίλτρα κ.λ.π. και γενικότερα σε κυκλώματα που απαιτούν μεγάλη ακρίβεια και σταθερότητα. Σχήμα 5ο : πυκνωτές πολυστερίνης

7 Πυκνωτές Πολυκαρβονικοί (Polycarbonate Capacitors)
Οι πυκνωτές αυτού του τύπου κατασκευάστηκαν για γενική χρήση και τους βρίσκουμε σε διάφορες εφαρμογές . Τα μικρά μεγέθη κατασκευάστηκαν ειδικά για να χρησιμοποιηθούν ως πυκνωτές σύζευξης και ως αποζευκτικοί σε τυπωμένα κυκλώματα. Αποτελούνται από επιμεταλλωμένη πολυκαρβονική ταινία . Οι κυλινδρικοί τύποι είναι ερμητικά κλεισμένοι σε μεταλλική θήκη με τον έναν από τους ακροδέκτες τους συνδεδεμένο σ ε αυτή . Σε άλλους τύπους η μεταλλική θήκη είναι απομονωμένη από τους ακροδέκτες . Άλλος σύγχρονος τύπος πυκνωτών είναι οι πυκνωτές που χρησιμοποιούν πολυεστέρα ως διηλεκτρικό . Οι πυκνωτές αυτοί συνδυάζουν μικρό όγκο, σταθερή χωρητικότητα και μικρές απώλειες και για αυτό χρησιμοποιούνται ευρύτατα . Η τιμή της χωρητικότητας και της ανοχής τους στα % σε ορισμένους τύπους αναγράφεται πάνω τους, ενώ σε άλλους δίνεται με κώδικα χρωμάτων. Σχήμα 6ο : πολυκαρβονικοί πυκνωτές

8 Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές (Electrolytic Capacitors)
Φύλλα από αλουμίνιο εμβαπτίζονται σε βόρακα και βορικό οξύ . Με την εφαρμογή τάσης στα φύλλα του αλουμινίου γίνεται ηλεκτρόλυση, με αποτέλεσμα να σχηματιστεί λεπτότατο στρώμα από άλας αλουμινίου πάνω στο ένα ηλεκτρόδιο . Το στρώμα αυτό αποτελεί το διηλεκτρικό του πυκνωτή . Εξαιτίας του μικρού πάχους του, η χωρητικότητα των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών είναι μεγάλη . Αυτό είναι και το κύριο χαρακτηριστικό τους . Ο παραπάνω τύπος αποτελεί παλαιότερη κατασκευή και ονομάζεται υγρός ηλεκτρολυτικός πυκνωτής . Ένας δεύτερος τύπος είναι ο ξηρός ηλεκτρολυτικός πυκνωτής .Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές έχουν ως περίβλημα ένα κυλινδρικό μεταλλικό κουτί από αλουμίνιο , στο οποίο είναι συνδεδεμένος εσωτερικά ο αρνητικός πόλος του πυκνωτή . Ο θετικός πόλος βρίσκεται στο κέντρο της βάσης τους πάνω σε ένα μονωμένο ακροδέκτη . Η αρχή λειτουργίας τους επιβάλλει ο θετικός πόλος να συνδέεται με το θετικό πόλο της πηγής . Αν συνδεθεί αντίστροφα, θα υπάρξει βλάβη από το μεγάλο ρεύμα που θα περάσει μέσα από αυτόν . Ο θετικός πόλος τους σημειώνεται με σταυρούς ή με κόκκινο ακροδέκτη ή και με τη λέξη POSITIVE.Να σημειωθεί ότι υπάρχουν και ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές, που λειτουργούν με οποιαδήποτε πολικότητα . Το πλεονέκτημα των υγρών πυκνωτών απέναντι στους ξηρούς είναι η υψηλότερη τάση εργασίας . Οι παραπάνω τύποι λειτουργούν σε συνεχή τάση .Για εναλλασσόμενο ρεύμα κατασκευάζεται ειδικός τύπος και χρησιμοποιείται σε κινητήρες μονοφασικού ρεύματος . Νέες εξελίξεις στην τεχνική των φύλλων αλουμινίου, στην παρασκευή των απαιτούμενων υγρών καθώς και στις μεθόδους συσκευασίας τους έχουν ως αποτέλεσμα την αύξηση της χωρητικότητας και της τάσης λειτουργίας των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών και αντίστοιχα την ελάττωση των απωλειών και τη σημαντική μείωση του όγκου τους . Ένας σύγχρονος τύπος υγρών ηλεκτρολυτικών πυκνωτών είναι οι πυκνωτές από ταντάλιο . Βασικά χαρακτηριστικά τους είναι : η σταθερή χωρητικότητά τους και ο εξαιρετικά μικρός όγκος τους. Χρησιμοποιούνται σε τυπωμένα κυκλώματα τηλεοράσεων, μαγνητοφώνων, ραδιοφώνων κ.λ.π.

9 Σχήμα 7ο : ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές
ΜΕΤΑΒΛΗΤΟΙ ΠΥΚΝΩΤΕΣ (Variable Capacitors) Οι μεταβλητοί πυκνωτές διακρίνονται σε δύο κατηγορίες : α) στους πυκνωτές με διηλεκτρικό τον αέρα και β) στους ρυθμιζόμενους πυκνωτές με στερεό διηλεκτρικό

10 Πυκνωτές αέρα (Air Capacitors)
Οι πυκνωτές αυτού του τύπου αποτελούνται από δύο ομάδες φύλλων αλουμίνιου . Τα φύλλα κάθε ομάδας απέχουν ίση απόσταση μεταξύ τους . Η μία ομάδα φύλλων είναι σταθερή και η άλλη κινητή .Τα φύλλα της κινητής ομάδας καταλήγουν σε άξονα περιστροφής και μπορούν να εισχωρούν στα κενά διαστήματα ανάμεσα στα φύλλα . Ο πυκνωτής έχει τη μεγαλύτερη δυνατή χωρητικότητα του, όταν τα κινητά φύλλα βρίσκονται τελείως μέσα στα σταθερά, ενώ η χωρητικότητα μειώνεται, όσο τα κινητά φύλλα απομακρύνονται από τα σταθερά . Οι πυκνωτές αυτού του τύπου χρησιμοποιούνται στα κυκλώματα συντονισμού των πομπών και των ραδιοφώνων . Είναι συνήθως διπλοί ομοαξονικοί πυκνωτές , δηλαδή αποτελούνται από δύο μεταβλητούς πυκνωτές, που λειτουργούν με έναν κοινό άξονα . Η χωρητικότητά τους είναι συνήθως 15pF έως 500pF.Υπάρχουν επίσης τριπλοί και τετραπλοί .Άλλος τύπος μεταβλητών πυκνωτών αέρα μικρότερης χωρητικότητας είναι τα λεγόμενα Trimmers(τρίμερς).Αποτελούνται από μικρά φύλλα αλουμίνιου και η μεταβολή της χωρητικότητάς τους γίνεται με έναν άξονα . Χρησιμεύουν ως διορθωτικοί πυκνωτές σε συντονισμένα κυκλώματα . Οι σύγχρονοι τύποι των μεταβλητών πυκνωτών κατασκευάζονται από κεραμικό υλικό και φύλλα επαργυρωμένα . Τα σταθερά φύλλα είναι συμπαγή ή και με σχισμές . Οι πυκνωτές αυτοί βρίσκονται σε κυκλώματα υψηλής πιστότητας (HF).Ένας άλλος τύπος τρίμμερ είναι ο ομοκεντρικός . Αυτός αποτελείται από δύο κυλίνδρους από αλουμίνιο, που ο ένας εισχωρεί, περισσότερο ή λιγότερο, μέσα στον πρώτο, με αποτέλεσμα τη μεταβολή της χωρητικότητάς του . Στον κινητό κύλινδρο υπάρχει περικόχλιο για την περιστροφή και τη ρύθμισή του.

11 Σχήμα 8ο : πυκνωτής αέρα Πυκνωτές με στερεό διηλεκτρικό (Solid dielectric trimmers) Αυτοί χρησιμοποιούν ως διηλεκτρικό κεραμικό υλικό, πολυαιθυλένιο ή μίκα .Οι παλαιότεροι τύποι χρησιμοποιούν ως τη μίκα και οι οπλισμοί τους αποτελούνται από δυο λεπτά μεταλλικά ελάσματα, που στηρίζονται πάνω σε μια βάση από πορσελάνη ή από κεραμικό υλικό . Η απόσταση μεταξύ των δύο οπλισμών ρυθμίζεται με την περιστροφή μιας βίδας . Ονομάζονται τρίμμερ ή πάντερ . Τα τρίμμερ του τύπου αυτού έχουν χωρητικότητα από λίγα μμF έως 80μμF.Και οι δύο τύποι χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα υψηλής συχνότητας . Οι σύγχρονοι τύποι τρίμερς χρησιμοποιούν κεραμικό υλικό ως διηλεκτρικό και κατασκευάζονται σε κυλινδρική μορφή . Για το συντονισμό μικρών ραδιοφώνων με τρανζίστορς και γενικά για φορητές συσκευές χρησιμοποιούνται μεταβλητοί πυκνωτές , που ανάμεσα στους οπλισμούς τους περιέχουν λεπτούς δίσκους από πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας . Αυτοί οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται ως επιλογείς λήψης . Επιπλέον, πάνω στη βάση τους είναι τοποθετημένα και μικρά τρίμερς, που χρησιμεύουν ως διορθωτικοί πυκνωτές των κυκλωμάτων συντονισμού.

12 Σχήμα 9ο : πυκνωτικά τρίμμερς
Συνδεσμολογίες πυκνωτών α) Σύνδεση πυκνωτών σε σειρά. Η σύνδεση πυκνωτών σε σειρά επιτυγχάνεται ενώνοντας τον έναν ακροδέκτη του πυκνωτή με τον έναν ακροδέκτη του άλλου και η συνολική χωρητικότητα λαμβάνεται από τα ελεύθερα άκρα των πυκνωτών όπως φαίνεται και στο παρακάτω σχήμα. Στην περίπτωση αυτή, όπως βλέπουμε και στο σχήμα με τρεις πυκνωτές σε σειρά, η συνολική χωρητικότητα θα είναι ίση με:1/C=1/C1 + 1/C2 + 1/C3.Από την παραπάνω σχέση προκύπτει ότι η συνολική χωρητικότητα μειώνεται, ενώ αντίθετα αυξάνεται η τάση λειτουργίας . Έτσι λοιπόν, αν έχουμε n πυκνωτές σε σειρά η συνολική χωρητικότητά τους θα βρίσκεται από την σχέση:1/C=1/C1 + 1/C2 + 1/C /Cn.

13 Σχήμα 10ο : πυκνωτές σε σειρά
Άσκηση Έστω ότι έχουμε τρεις πυκνωτές συνδεδεμένους σε σειρά C1 = 20 μF, C2 = 40 μF και C3 =120 μF. Ποια θα είναι η ισοδύναμη χωρητικότητα ; Λύση 1/C=1/C1 + 1/C2 + 1/C3 = 1/20 + 1/40 +1/120 Άρα, 1/C = 10/120 ↔ C = 12 μF Η τάση λειτουργίας της συνδεσμολογίας δίνεται από : Vολ =VC1 +VC2 +… + V Cν

14 β) Σύνδεση πυκνωτών παράλληλα
Η σύνδεση πυκνωτών σε παράλληλη διάταξη επιτυγχάνεται ενώνοντας τους ακροδέκτες των πυκνωτών μεταξύ τους, όπως φαίνεται και στο σχήμα. Η συνολική χωρητικότητα στην περίπτωση αυτή θα ισούται με το άθροισμα των χωρητικοτήτων όλων των πυκνωτών. Οπότε στην περίπτωση του σχήματος θα έχουμε: C=C1 + C2 + C3. Για μια συνδεσμολογία n πυκνωτών θα έχουμε: C=C1 + C2 + C Cn. Στην συνδεσμολογία πυκνωτών σε παράλληλη διάταξη η μέγιστη τάση λειτουργίας στην συνολική χωρητικότητα καθορίζεται από την τάση λειτουργίας του κάθε πυκνωτή. Σχήμα 11ο : πυκνωτές σε παράλληλη σύνδεση

15 Άσκηση Έστω ότι έχουμε τρεις πυκνωτές σε παράλληλη σύνδεση C1 = 15 μF, C2 = 60 μF και C3 =80 μF. Ποια θα είναι η ισοδύναμη χωρητικότητα ; Λύση C ολ = C1 + C2 + C3 = = 155 Μf Η μέγιστη τάση που μπορεί να εφαρμοσθεί στα άκρα της συνδεσμολογίας είναι η τάση λειτουργίας του πυκνωτή με τη μικρότερη τάση λειτουργίας. Παράδειγμα Αν έχουμε τέσσερις πυκνωτές με αντίστοιχες τάσεις λειτουργίας : VC1= 25 V, VC2 = 15 V VC3 = 10 V και VC4 = 30 V η μέγιστη τάση λειτουργίας της συνδεσμολογίας θα είναι : VC = 10 V