Реферат на тему: Конденсаторы

Содержание:

1. Введение
2. Конструкция конденсатора
3. Конденсаторы делятся на различные типы:
4. Применение конденсаторов:
5. Заключение
6. Список литературы

Тип работы:	Реферат
Дата добавления:	21.01.2020

• Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой выпускной квалификационной работой!
• Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

 

Если вы хотите научиться сами правильно выполнять и писать рефераты по любым предметам, то на странице «что такое реферат и как его сделать» я подробно написала.

Посмотрите похожие темы рефератов возможно они вам могут быть полезны:

Введение

Конденсаторы являются незаменимым элементом любой электронной схемы, от самой простой до самой сложной. Трудно представить себе какую-либо электронную схему, в которой не используются конденсаторы. За два с половиной столетия своего существования они значительно изменили свой облик. Некоторые конденсаторы стоят не более рубля, но их производство составляет миллиарды долларов в мировом масштабе.

Конструкция конденсатора

В настоящее время существует множество типов и разновидностей конденсаторов. Но по своей сути все они повторяют самый простой конденсатор, который состоит из двух металлических пластин, изолированных друг от друга.

Пластины обычно называют оболочками, а изоляционный слой — диэлектриком.

Миниатюризация является основным направлением в совершенствовании конструкции конденсаторов, так как от нее зависит дальнейшая миниатюризация интегральных схем. Основная классификация конденсаторов основана на типе диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: Сопротивление изоляции, стабильность емкости, уровень потерь и др.

Конденсаторы делятся на различные типы:

В зависимости от типа диэлектрической проницаемости:

• Вакуумные конденсаторы (крышки без диэлектрика находятся в вакууме).
• Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
• Конденсаторы с жидким диэлектриком.
• Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком: стекло (стеклянная эмаль, стеклокерамика, стеклянная пленка), слюда, керамика, тонкая неорганическая пленка.
• Конденсаторы с твердым органическим диэлектриком: бумажный, бумажно-металлический, пленочный, комбинированный — бумажно-пленочный, тонкопленочный из органических синтетических пленок.
• Электролитические и оксидные полупроводниковые конденсаторы. Эти конденсаторы отличаются от всех других типов, главным образом, своей высокой удельной мощностью. В качестве диэлектрика используется оксидная пленка на металлическом аноде. Вторым покрытием (катодом) является либо электролит (для электролитических конденсаторов), либо полупроводниковый слой (для оксидных полупроводниковых конденсаторов), который осаждается непосредственно на оксидный слой. В зависимости от типа конденсатора анод состоит из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спеченного порошка.
• Твердотельные конденсаторы — Вместо традиционного жидкого электролита используется специальный проводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ ~50000 часов при 85°C. ЭПС ниже, чем у жидкого электролита и слабо зависит от температуры. Они не лопаются.

Кроме того, конденсаторы отличаются своей способностью изменять емкость:

Постоянные конденсаторы — базовый класс конденсаторов, которые не изменяют свою емкость (кроме как в течение срока службы).

• Конденсаторы переменные — конденсаторы, емкость которых может изменяться во время работы оборудования. Емкость может управляться механически, электрическим напряжением (вариконы, варикапы) и температурой (тепловые конденсаторы). Они используются, например, в радиоприемниках для настройки частоты колебательных цепей.
• Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, емкость которых изменяется во время однократной или периодической балансировки и не изменяется во время работы устройства. Они используются для балансировки и выравнивания исходного емкостного сопротивления непрерывных цепей, для периодической балансировки цепей, требующих лишь небольшого изменения емкости.

В зависимости от назначения конденсаторы можно разделить на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически во всех типах и классах оборудования. Традиционно к ним относятся наиболее распространенные низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования.

Все остальные конденсаторы являются специальными конденсаторами. К ним относятся конденсаторы высокого напряжения, импульсные конденсаторы, помехоподавляющие конденсаторы, дозирующие конденсаторы, включающие конденсаторы и другие конденсаторы.

Конденсаторы также классифицируются по форме обмоток: плоские, цилиндрические, сферические и другие.

Название	Ёмкость	Электрическое поле	Схема
Плоский конденсатор
Цилиндрический конденсатор
Сферический конденсатор
Сфера

Применение конденсаторов:

• Конденсаторы используются практически во всех областях электротехники.
• Конденсаторы используются (наряду с индукторами и/или резисторами) для построения различных схем с частотно-зависимыми характеристиками, такими как фильтры, цепи обратной связи, резонансные цепи и т.д.
• При быстром разряде конденсатора может быть генерирован мощный импульс, например, в фотовспышках, электромагнитных ускорителях, импульсных лазерах с оптической накачкой, генераторах Маркса (ГИН; ГИТ), генераторах Коккрофт-Уолтона и т.д.
• Поскольку конденсатор способен хранить заряд в течение длительного времени, его можно использовать в качестве запоминающего элемента или накопителя электрической энергии.
• В промышленной электротехнике конденсаторы используются для коррекции коэффициента мощности и в фильтрах гармоник.
• Конденсаторы способны накапливать высокий заряд и генерировать высокое напряжение на катушках, которое используется для различных целей, например, для ускорения заряженных частиц или для генерирования кратковременных сильных электрических разрядов (см. генератор Ван де Граафф).
• Измерительный преобразователь (ИП) малых перемещений: небольшое изменение расстояния между электродами оказывает значительное влияние на емкость конденсатора.
• Влажность, древесина (изменение диэлектрического состава приводит к изменению емкости).
• В защитных и релейных цепях используются конденсаторы для реализации некоторой логики защиты. В частности, в схеме повторного включения конденсатор обеспечивает необходимую разнообразную защиту.
• Счетчик уровня жидкости. Непроводящая жидкость заполняет пространство между обмотками конденсатора, и емкость конденсатора изменяется в зависимости от уровня заполнения.
• Конденсатор фазового сдвига. Этот конденсатор необходим для пуска, а иногда и для работы однофазных асинхронных двигателей. Он также может использоваться для запуска и работы трехфазных асинхронных двигателей, когда питание осуществляется от однофазного напряжения.
• Аккумуляторы для электрической энергии. В этом случае разрядное напряжение и ток на катушках конденсатора должны быть достаточно постоянными. При этом сам разряд должен быть значительно длиннее. В настоящее время мы видим экспериментальные разработки электромобилей и гибридов, использующих конденсаторы. Существуют также некоторые модели трамваев, которые используют конденсаторы для питания тяговых электродвигателей при движении в обесточенных зонах.

Заключение

Во время работы над эссе я познакомился с такими устройствами, как конденсаторы, их устройства и разновидности, применение.

Список литературы

1. Справочник по электротехническим материалам. Том 3. Л. «Энергия», 1989.
2. Конденсатор, электрический // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1891—1908.
3. Учебник физики для средних специальных учебных заведений. Авторы: Л. С. Жданов, Г. Л. Жданов.

Помощь с учёбой студентам онлайн от Натальи Брильёновой

Обо мне

Здравствуйте, я, Брильёнова Наталья Валерьевна, бывший преподаватель кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института. С 2014 года занимаюсь онлайн образованием. У меня работает большая команда бывших преподавателей с огромным опытом и квалификацией.

Мы за этот месяц выполнили:заказов.

Мы помогаем с предметами любого уровня сложности из разных учебных заведений: средняя школа, колледж или университет. Независимо от темы, объёма, – задание в одну формулу или большая расчётная работа от 80 страниц, я и моя команда всегда выполняем высококачественно. Каждый день, я и моя команда преподавателей помогаем ученикам и студентам учиться лучше.

Мы всегда соблюдаем сроки. Наша цель – чтобы вы учились на хорошие оценки! Нет времени, но хотите хорошую оценку? Попросите меня вам помочь! Согласуем с вами требования и сроки и через 1-4 дня всё будет на «отлично».

Почему лучше заказать у меня? Потому что, кроме меня и моей команды преподавателей, ваше задание никто не увидит, так как WhatsApp и Gmail конфиденциальные системы. При размещении заказа в других сервисах и биржах, ваш заказ выкладывается в открытый доступ сети интернет, и поисковые системы yandex и google их индексируют. В результате история вашего заказа становится доступна всем. А это значит, что любой пользователь сможет найти историю вашего заказа и, следовательно, преподаватели также смогут всё узнать. Поэтому обращаясь ко мне, вы получаете лучшую конфиденциальность и безопасность.

Мои особенности

Любой срок — любой предмет:

• Я и моя профессиональная команда поможет с любым предметом, независимо от темы или сложности.

Whatsapp чат 24/7:

• Общайтесь со мной в любое время [контакты здесь], чтобы обсудить детали заказа, и т. д.

Оригинальность:

• У меня разработан эффективный алгоритм проверки на плагиат. Я проверяю каждую работу через различные инструменты обнаружения плагиата для получения оригинального текста. Оригинальность наших работ от 88%.

Доступные цены:

• Я предлагаю самую лучшую цену. У меня есть скидки от 20% для тех, кто сделает больше пяти заказов.

Как заказать?

Напишите мне в whatsapp [контакты здесь] и прикрепите своё задание и методические материалы (лекции) и укажите сроки выполнения.

Я изучу ваш заказ и рассчитаю стоимость.

Как только вы оплатите свой заказ, я и моя команда преподавателей его выполняем.

В указанную вами дату или, возможно, раньше получаете свой заказ!

Часто задаваемые вопросы

Сколько стоит помощь?

• Цена зависит от объёма, сложности и срочности. Присылайте любые задания по любым предметам — я изучу и оценю.

Какой срок выполнения?

• Нам под силу выполнить как срочный заказ, так и сложный заказ. Стандартный срок выполнения – от 1 до 3 дней. Мы всегда стараемся выполнять любые заказы раньше срока.

Если требуется доработка, это бесплатно?

• Доработка заказ бесплатна. Срок выполнения от 1 до 2 дней.

Могу ли я не платить, если меня не устроит стоимость?

• Оценка стоимости вашего задания бесплатна.

Каким способом можно оплатить?

• Можно оплатить любым способом: картой Visa / MasterCard, с баланса мобильного, google pay, apple pay, qiwi и т.д.

В какое время я вам могу написать и прислать задание на выполнение?

• Присылайте в любое время! [контакты здесь]

Книга отзывов

Пользовательское соглашение

Политика конфиденциальности

Помощь с учёбой студентам онлайн от Натальи Брильёновой

Обо мне

Здравствуйте, я, Брильёнова Наталья Валерьевна, бывший преподаватель кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института. С 2014 года занимаюсь онлайн образованием. У меня работает большая команда бывших преподавателей с огромным опытом и квалификацией.

Мы за этот месяц выполнили:заказов.

Мы помогаем с предметами любого уровня сложности из разных учебных заведений: средняя школа, колледж или университет. Независимо от темы, объёма, – задание в одну формулу или большая расчётная работа от 80 страниц, я и моя команда всегда выполняем высококачественно. Каждый день, я и моя команда преподавателей помогаем ученикам и студентам учиться лучше.

Мы всегда соблюдаем сроки. Наша цель – чтобы вы учились на хорошие оценки! Нет времени, но хотите хорошую оценку? Попросите меня вам помочь! Согласуем с вами требования и сроки и через 1-4 дня всё будет на «отлично».

Почему лучше заказать у меня? Потому что, кроме меня и моей команды преподавателей, ваше задание никто не увидит, так как WhatsApp и Gmail конфиденциальные системы. При размещении заказа в других сервисах и биржах, ваш заказ выкладывается в открытый доступ сети интернет, и поисковые системы yandex и google их индексируют. В результате история вашего заказа становится доступна всем. А это значит, что любой пользователь сможет найти историю вашего заказа и, следовательно, преподаватели также смогут всё узнать. Поэтому обращаясь ко мне, вы получаете лучшую конфиденциальность и безопасность.

Мои особенности

Любой срок — любой предмет:

• Я и моя профессиональная команда поможет с любым предметом, независимо от темы или сложности.

Whatsapp чат 24/7:

• Общайтесь со мной в любое время [контакты здесь], чтобы обсудить детали заказа, и т. д.

Оригинальность:

• У меня разработан эффективный алгоритм проверки на плагиат. Я проверяю каждую работу через различные инструменты обнаружения плагиата для получения оригинального текста. Оригинальность наших работ от 88%.

Доступные цены:

• Я предлагаю самую лучшую цену. У меня есть скидки от 20% для тех, кто сделает больше пяти заказов.

Как заказать?

Напишите мне в whatsapp [контакты здесь] и прикрепите своё задание и методические материалы (лекции) и укажите сроки выполнения.

Я изучу ваш заказ и рассчитаю стоимость.

Как только вы оплатите свой заказ, я и моя команда преподавателей его выполняем.

В указанную вами дату или, возможно, раньше получаете свой заказ!

Часто задаваемые вопросы

Сколько стоит помощь?

• Цена зависит от объёма, сложности и срочности. Присылайте любые задания по любым предметам — я изучу и оценю.

Какой срок выполнения?

• Нам под силу выполнить как срочный заказ, так и сложный заказ. Стандартный срок выполнения – от 1 до 3 дней. Мы всегда стараемся выполнять любые заказы раньше срока.

Если требуется доработка, это бесплатно?

• Доработка заказ бесплатна. Срок выполнения от 1 до 2 дней.

Могу ли я не платить, если меня не устроит стоимость?

• Оценка стоимости вашего задания бесплатна.

Каким способом можно оплатить?

• Можно оплатить любым способом: картой Visa / MasterCard, с баланса мобильного, google pay, apple pay, qiwi и т. д.

В какое время я вам могу написать и прислать задание на выполнение?

• Присылайте в любое время! [контакты здесь]

Книга отзывов

Пользовательское соглашение

Политика конфиденциальности

История создания и применение конденсатора | Реферат, доклад, сообщение, краткое содержание, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест

Тема:

Конденсатор

Рис. 4.68. Из истории открытия лей­денской банки

Первый конденсатор был создан в 1745 г. голландским ученым Питером Мушенбруком, профессором Лейденского универси­тета. Проводя опыты по электризации тел, он опустил проводник от кондуктора элект­рической машины в стеклянный графин с водой. Случайно коснувшись пальцем этого проводника, ученый ощутил сильный элект­рический удар. Позже жидкость заменили металлическими проводниками изнутри и снаружи банки и назвали эту банку лейден­ской (рис. 4.68). В таком виде она про­существовала почти 200 лет.

Более сложные и совершенные конден­саторы нашли широкое применение в со­временных электротехнике и радиоэлектрон­ной технике. Они есть в фильтрах адаптеров, которые подают постоянное напряжение для питания электронных приборов, в радио­приемниках и радиопередатчиках как эле­менты колебательных контуров или состав­ные различных функциональных схем элект­ронной аппаратуры. В фотовспышках кон­денсаторы накапливают большой заряд, не­обходимый для работы импульсной лампы.

Мушенбрук Питер ван (1692 — 1761) — голландский физик. Родился в Лейде­не. Окончил Лейденский университет, был профессором Дуйсбургского, Утрехт­ского и с 1740 г. Лейденского универ­ситетов. Работы посвящены электри­честву, теплоте, оптике. В 1745 г. не­зависимо от Клейста изобрел первый конденсатор — лейденскую банку и провел с ней ряд опытов, в частности обратил внимание на физиологическое действие тока. Был автором первого си­стемного курса физики, а его двухтом­ное издание «Введение в натуральную философию» (1762 г.) было энциклопе­дией физических знаний того времени.

В электротехнике конденсаторы обеспе­чивают необходимый режим работы элект­родвигателей, автоматических и релейных приборов, линий электропередач и т.п. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Рис. 4.69. Конденсатор переменной ем­кости

Рис. 4.70. Разные типы конденсаторов постоянной емкости

Во многих широкодиапазонных радио­приемниках конденсаторы переменной ем­кости (рис. 4.69) позволяют плавно изме­нять собственную частоту колебательного контура при поиске передачи необходимой радиостанции. Широко распространены кон­денсаторы, емкость которых можно изме­нять электрическим способом. Их называют варикапами.

Конструктивно конденсаторы могут быть плоскими, трубчатыми, дисковыми. В ка­честве диэлектрика в них применяют парафи­нированную бумагу, слюду, воздух, пласт­массы, керамику и т. п. (рис.4.70). Благодаря искусственным изоляционным материалам в наше время созданы конденсаторы боль­шой емкости, приходящейся на единицу объема.

На этой странице материал по темам:

• История создания,конденсатора

• История создания первого конденсатора доклад

• Применение конденсаторов доклад по физике

• Конденсаторы краткий доклад

• Доклад по физике на тему конденсаторы

Вопросы по этому материалу:

• Какие диэлектрики применяются в современных конденсаторах?

• Для чего применяют конденсаторы?

Конденсатор (Реферат) — TopRef.

ru

Конденсаторы являются непременным элементом любых электронных схем, от простых до самых сложных. Трудно себе представить какую бы то ни было электронную схему, в которой не используются конденсаторы. За два с половиной века своего существования они весьма значительно изменили свой облик и сегодня отвечают всем требованиям передовой технологии. Некоторые конденсаторы стоят не больше рубля, но их производство в мировом масштабе исчисляется миллиардами долларов.

Принципы изготовления конденсаторов стали известны еще 250 лет назад, когда в 1745 г. в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и нидерландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку» — в ней диэлектриком были стенки стеклянной банки, откуда и возникло название. Эти принципы не изменились до сих пор, однако совершенствование технологий и применение новых материалов позволили значительно улучшить конструкцию конденсаторов. Суммарный заряд, который мог накапливаться в лейденской банке емкостью 1 литр, теперь можно «уместить» в устройстве размером не больше булавочной головки. За последние 30 лет размеры конденсаторов уменьшались столь же быстро, сколь быстро происходила миниатюризация в электронике. Ведь легко можно вспомнить как еще 15 – 20 лет назад компьютеры (ЭВМ) были настолько огромными, что занимали целые залы. Сейчас же, миниатюрный компьютер с легкость умещается у нас на ладони, хотя его производительность в десятки раз выше.

Мало кому известно, что наш великий электротехник Павел Николаевич Яблочков, изобретший дуговую лампу особой конструкции, одновременно занимался разработкой и использованием конденсаторов и достиг выдающихся результатов. Основные работы по конденсаторам отражены в его публикациях (докладах и патентах) 1877 – 1880 гг. Так, во французском патенте № 120684, выданном П.Н. Яблочкову 11 октября 1877 г., речь идет о лейденских банках и «конденсаторах особых типов». Для примера на рис.1 представлена батарея лейденских бутылок с проводящей жидкостью. Из бутылок выступают стержневые выводы, соединенные между собой. От сосуда отходит другой общий вывод.

В этом патенте для нас наибольший интерес представляют «конденсаторы особых типов» в виде стопки (блока) металлических пластин (или полосок фольги) с находящимися между ними изоляционными слоями (пластинами), при этом четные металлические пластины (полоски фольги) соединены между собой общим проводником, а нечетные другим (рис. 2). П.Н.Яблочков указывает, что такие блоки можно соединять друг с другом параллельно или последовательно. Блочная (пакетная) конструкция, предложенная им, впоследствии нашла широкое применение.

В конце 1877 года и в начале 1878г. П.Н.Яблочков демонстрировал конденсаторы, предназначавшиеся для его системы электрического освещения. Они представляли собой свернутые в рулон листы оловянной фольги, разделенные слоями пластыря и гуттаперчи. В реферате доклада П.Н.Яблочкова отмечалось, что такие конденсаторы «позволяют получать в небольшом объеме громадные электрические мощности».

В дополнении от 12 октября 1878 года цитированному выше патенту № 120684 Павел Николаевич Яблочков заявляет свои права на «металлические листки, покрытые изолирующим веществом, специально в целях устройства конденсатора посредством погружения таких изолирующих пластин в жидкость, содержавшуюся в резервуаре».

Можно предположить, что П.Н. Яблочков вслед за А.Вольтой, который изобрел лакопленочный конденсатор, покрывал пластинки или фольгу лаком. Предложенная Яблочковым конденсаторная обкладка в виде проводящей жидкости повышает электрическую прочность и емкость конденсатора, обращая на пользу неровность покрытия. Этой идеей П.Н.Яблочков предвосхитил конструкцию оксидного (электролитического) конденсатора, запатентованного вскоре после его смерти.

Напомним, что в оксидном конденсаторе диэлектриком служит оксидный слой, образующийся при электролизе на поверхности металла, который является одной обкладкой, при этом другой обкладкой служит электролит, необходимый для существования оксидного слоя. Толщина оксидного слоя при небольших напряжениях меньше микрометра, благодаря чему у оксидных конденсаторов рекордные удельные и абсолютные емкости.

Работы П.Н.Яблочкова по конденсаторам относятся к тому периоду времени, когда только начиналось их промышленное применение в телеграфии. Яблочков одним из первых включил конденсатор в цепь переменного (по русской терминологии того времени – перемежающегося) тока. Изучение работы конденсатора на переменном токе имело важнейшее значение для становления и развития электротехники, а в последствии и радиотехники.

Сейчас существует множество видов и разновидностей конденсаторов. Но в основе своей они все повторяют простейший конденсатор, который образуют две металлические пластины, изолированные одна от другой (рис.3).

Чаще всего пластины называют обкладками, а изолирующий слой – диэлектриком.

Миниатюризация — основное направление в совершенствовании конструкции конденсаторов, поскольку от этого зависит дальнейшее уменьшение размеров интегральных схем. Существуют две наиболее распространенные конструкции конденсаторов: одна основана на использовании хрупких керамических слоев толщиной 0,002 см и меньше, а в основе другой лежит технология, позволяющая «сворачивать» плоские структуры площадью с газетный лист в объемные конструкции размером с кусок сахара. Чтобы понять теоретические основы этих технологий, вернемся к самым первым конденсаторам.

Прообразом современных конденсаторов, как уже было сказано, была лейденская банка. В 1746 г. ее усовершенствовал английский ученый, астроном и физик Дж. Бевис. Лейденская банка представляет собой стеклянный сосуд, внутренняя и наружная поверхность которого покрыты двумя листами фольги. Через резиновую пробку в сосуд вставлен металлический стержень так, что он касается внутреннего листа фольги. Внутренний и наружный листы фольги, в обычных условиях имеющие нейтральный заряд, играют роль электродов, если их подсоединить к внешнему источнику электрических зарядов.

Источником зарядов может быть электрическая батарейка, генератор или простая эбонитовая палочка, потертая о шерсть или мех. Если такой палочкой, несущей в себе свободные электроны, коснуться металлического стержня в горлышке сосуда, электроны перетекут с палочки на внутренний электрод. Таким образом отрицательный заряд будет перенесен на внутренний электрод. Поскольку способность накапливать заряды у сосуда ограничена их взаимным отталкиванием, их переход на электрод не может быть бесконечным. Способность накапливать или удерживать заряды называется емкостью.

В лейденской банке емкость увеличивается благодаря наличию второго электрода на внешней стенке сосуда. Если этот электрод заземлить, то заряд, накопленный на внутреннем электроде, будет притягивать из земли такой же по величине заряд противоположного знака. Накопленный на наружном электроде положительный заряд притягивает находящиеся на внутреннем электроде отрицательно заряженные электроны, частично нейтрализуя силы отталкивания, сдерживающие накапливание электронов. Благодаря этому емкость сосуда увеличивается. Однако расти бесконечно она не может.

Имеются два пути увеличения емкости лейденской банки. Один из них заключается в увеличении площади электродов, чтобы дать возможность зарядам рассредоточиться в большем пространстве и тем самым уменьшить силу взаимного отталкивания электронов. Другой путь — уменьшить толщину стеклянной стенки сосуда, разделяющей заряды, скапливающиеся на внутреннем и внешнем электродах. Не надо забывать при этом, что если стекло будет слишком тонким, электроны смогут пройти сквозь него, создавая искровой разряд, что приведет к рассеянию заряда.

Оба пути в лейденской банке трудно реализовать, но они входят в число трех классических способов, к которым прибегают современные ученые и инженеры при разработке новых конструкций конденсаторов. Третье направление увеличения емкости — учет особенностей поведения электронов в изоляторах. Хотя электроны в изоляционном материале неподвижны, они все же могут слегка смещаться под воздействием сил притяжения или отталкивания, действующих со стороны электродов. На одной стороне разделяющего электроды диэлектрика электроны как бы «вспучиваются» под его поверхностью, создавая отрицательный заряд, на другой его стороне они «утопают» в толщу диэлектрика, увеличивая в подповерхностной зоне значение положительного заряда.

Таким образом, созданные в диэлектрике заряды способствуют нейтрализации зарядов на обкладках, а некоторые диэлектрики могут нести заряды, которые по величине не уступают зарядам на самих электродах. Нейтрализация зарядов уменьшает действие сил отталкивания и создает условия для накопления на электродах большего заряда, что ведет к увеличению емкости. Степень проявления этого феномена зависит от свойств диэлектрика и называется диэлектрической проницаемостью материала. Диэлектрическая проницаемость указывает, во сколько раз увеличивается емкость конденсатора, когда вместо вакуума пространство между его электродами (обкладками) заполняется данным материалом. Стекло, используемое в лейденской банке, имеет значение диэлектрической проницаемости около 5, а диэлектрическая проницаемость новых материалов, используемых в современных конденсаторах массового производства, достигает 20 000.

Применением этих материалов как раз и объясняется высокая эффективность работы многослойных керамических конденсаторов, являющихся одним из двух наиболее распространенных видов этого устройства. Другой тип — электролитические конденсаторы; их удельная емкость (на единицу объема) еще выше, даже без использования диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью. Объем производства тех и других составляет 95% общего количества поступающих в продажу конденсаторов.

Многослойный керамический конденсатор — уменьшенный вариант лейденской банки. На практике в качестве диэлектрика в керамических конденсаторах используется титанат бария с добавлением небольшого количества других оксидов. Такие керамики, имеющие диэлектрическую проницаемость в пределах от 2000 до 6000, в исходном состоянии представляют собой тонкодисперсный порошок, частицы которого имеют диаметр несколько микрон. Порошок смешивают с растворителем, содержащим связующее вещество, которое потом соединит равномерно рассредоточенные в растворе частицы керамики. Полученная смесь в виде жидкой глины имеет такую же консистенцию, как и краска. Смесь разливают слоем толщиной несколько сотых долей миллиметра на бумажную или стальную ленту и высушивают. Пленка режется на квадратные пластины размером 15-20 см; на каждую такую пластину методом печатного монтажа наносится несколько тысяч обкладок через специальный трафарет, задающий их конфигурацию. Для нанесения обкладок используется серебряно-палладиевая суспензия.

После того как обкладки нанесены, берут 30-60 пластин и спрессовывают их между несколькими слоями таких же пластин, на которые обкладки не наносились. Полученные заготовки конденсаторов обжигаются в печи с медленным нагревом до 1000-1400°С.

Электролитический конденсатор можно уподобить лейденской банке из очень тонкого стекла, уменьшенной до размеров небольшого куба. Он изготавливается из куска металла с 60%-ной пористостью. Для большинства современных электролитических конденсаторов используют измельченный тантал — твердый металл серого цвета. Порошок тантала спрессовывается и затем в течение нескольких часов полученную заготовку нагревают в вакуумной камере до температуры, близкой к 2000°С. В результате частицы металла спекаются, плотно сцепляясь друг с другом. Образуемые при этом небольшие ниши и щели в толще спрессованного порошка повышают поверхностную площадь заготовки, которая потом будет служить одной из обкладок конденсатора. Затем в электролитической ванне заготовку подвергают анодированию, чтобы на поверхностях пор получить изолирующий слой оксида тантала. Потом заготовку погружают в раствор нитрата марганца. В ее порах после нагрева осаждаются частицы полупроводящего диоксида марганца, слой которых играет роль одной обкладки, а танталовые частицы под слоем оксида тантала — другой обкладки. Конденсатор сначала покрывают графитовой, потом серебряной краской, напыляют слой никеля и заделывают в корпус.

Несмотря на то что электролитические конденсаторы имеют наибольшую удельную емкость по сравнению с другими типами конденсаторов, область их применения ограничена. Во-первых, это объясняется тем, что подводимое к нему напряжение должно иметь определенную полярность, которую нельзя менять. Эта особенность допускает использование электролитических конденсаторов только в цепях постоянного тока. Во-вторых, электролитические конденсаторы более подвержены пробою, поскольку слои диэлектрика в нем очень тонкие.

Список использованной литературы

1. Справочник по электротехническим материалам. Том 3. Л. «Энергия», 1988.

2. Добрынин А.В., Казаков Н.П., Найда Г.А., Подденежный Е.Н. и др. Нитрид алюминия в электронной технике. Ж. «Зарубежная электронная техника», №4 1989.

3. Носов О.Н. Оптоэлектроника. М. «Высшая школа». 1976.

4. Журнал «Радио» №4 1991год.

5. Тихонов С.Н. «Электротехника для начинающих» М. «Военное издательство министерства обороны СССР» 1969г.

6. Справочник «Конденсаторы» М. «Радио и связь» 1987.

7. Терещук Р.М., Терещук К.М., Седов С.А. «Полупроводниковые приемно-усилительные устройства, справочник радиолюбителя». Издание 4-е стереотипное. Киев. «Наукова думка» 1988.

8. В. А. Ацюковский — «Емкостные датчики перемещения»

9. Журнал “Радио”, номер 12, 1978 г.

10. Виноградов Ю.В. “Основы электронной и полупроводниковой техники”. Изд. 2-е, доп. М., “Энергия”, 1972 г. — 536 с.

Конденсаторы реферат по радиоэлектронике — Docsity

Классификация и система условных обозначений конденсаторов. Конденсатор — это элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов (обкладок), разделённых диэлектриком и предназначенный для использования его ёмкости. Ёмкость конденсатора — есть отношение заряда конденсатора к разности потенциалов, которую заряд сообщает конденсатору. В качестве диэлектрика в конденсаторах используются органические и неорганические материалы, в том числе оксидные плёнки некоторых металлов. При приложении к конденсатору постоянного напряжения происходит его заряд; при этом затрачивается определённая работа, выражаемая в джоулях. Классификация конденсаторов. В зависимости от назначения конденсаторы разделяются на две большие группы: общего и специального назначения. Группа общего назначения включает в себя широко применяемые конденсаторы, используемые в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ней относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся: высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и др. В зависимости от способа монтажа конденсаторы могут выполняться для печатного и навесного монтажа, а также в составе микромодулей и микросхем или для сопряжения с ними. Выводы конденсаторов для навесного монтажа могут быть жёсткие или мягкие, аксиальные или радиальные из проволоки круглого сечения или ленты, в виде лепестков, с кабельным вводом, в виде проходных шпилек, опорных винтов и т. п. По характеру защиты от внешних воздействий конденсаторы выполняются: незащищёнными, защищёнными, неизолированными, изолированными, уплотнёнными и герметизированными. Незащищённые конденсаторы допускают эксплуатацию в условиях повышенной влажности только в составе герметизированной аппаратуры. Защищённые конденсаторы допускают эксплуатацию в аппаратуре любого конструктивного исполнения. Неизолированные конденсаторы (с покрытием или без него) не допускают касаний своим корпусом шасси аппаратуры. Изолированные конденсаторы имеют достаточно хорошее изоляционное покрытие и допускают касания корпусом шасси аппаратуры. Уплотнённые конденсаторы имеют уплотнённую органическими материалами конструкцию корпуса. Герметизированные конденсаторы имеют герметичную конструкцию корпуса, который исключает возможность сообщения окружающей среды с его внутренним пространством. Герметизация производится с помощью керамических и металлических корпусов или стеклянных колб. По виду диэлектрика все конденсаторы можно разделить на группы: с органическим, неорганическим, газообразным и оксидным диэлектриком. Конденсаторы с органическим диэлектриком. Эти конденсаторы изготовляют намоткой тонких длинных лент конденсаторной бумаги, плёнок или их комбинации с металлизированными или фольговыми электродами. По назначению конденсаторы можно разделить на : низкочастотные и высокочастотные. К низкочастотным плёночным относятся конденсаторы на основе полярных и слабополярных плёнок (бумажные, металлобумажные, полиэтилентерефталатные, комбинированные, лакоплёночные, поликарбонатные и полипропиленовые). Они способны работать на частотах до 104-105Гц при существенном снижении амплитуды переменной составляющей напряжения с увеличением частоты. 1 БУМАЖ НЫЕ МЕТАЛЛ ОБУМАЖНЫЕ К высокочастотным плёночным относятся конденсаторы на основе неполярных плёнок (полистирольные и фторопластовые). Они допускают работу на частотах до 105-107Гц. Верхний предел по частоте зависит от конструкции обкладок, контактного узла и от ёмкости. К этой группе относят некоторые типы конденсаторов на основе слабополярной полипропиленовой плёнки. Полистирольные Фторопластовые Высоковольтные конденсаторы можно разделить на высоковольтные постоянного напряжения и импульсные. В качестве диэлектрика высоковольтных конденсаторов постоянного напряжения используют: бумагу, полистирол, политетрафторэтилен, полиэтилентерефталат и сочетание бумаги и синтетических плёнок. Транзисторы высоковольтные, импульсные делают на основе бумажного и комбинированного диэлектриков. Основное требование к высоковольтным конденсаторам — это высокая электрическая прочность изоляции. Импульсные конденсаторы наряду с высокой электрической прочностью и сравнительно большими ёмкостями должны допускать быстрые разряды. Импульсные Дозиметрические конденсаторы работают в цепях с низким уровнем токовых нагрузок, поэтому они должны обладать малым саморазрядом, большим сопротивлением изоляции, а следовательно и большой постоянной времени. Фторопластовые Помехоподавляющие конденсаторы предназначены для ослабления электромагнитных помех в широком диапазоне частот. Они имеют малую индуктивность, в результате чего повышается резонансная и полоса подавляемых частот. Эти конденсаторы делают бумажные, комбинированные и плёночные. Конденсаторы с неорганическим диэлектриком. Конденсаторы с неорганическим диэлектриком можно разделить на три группы: низковольтные, высоковольтные и помехоподавляющие. В качестве диэлектрика в них используется керамика, стекло, стекло эмаль, стеклокерамика, слюда. Обкладки выполняются в виде тонкого слоя металла, нанесённого на диэлектрик путём непосредственной его металлизации, или в виде тонкой фольги. Группа низковольтных конденсаторов включает в себя низкочастотные и высокочастотные конденсаторы. 2 КМ — керамические монолитные КЛС — керамические литые секционные КСО — конденсаторы слюдяные опрессованные СГМ — слюдяные герметизированные малогабаритные КБГИ — конденсаторы бумажные герметизированные изолированные МБГЧ — металлобумажные герметизированные частотные КЭГ — конденсаторы электролитические герметизированные ЭТО — электролитические танталовые объёмно-пористые КПК — конденсаторы подстроечные керамические Параметры и характеристики, входящие в полное условное обозначение, указываются в следующей последовательности: 1. Обозначение конструктивного исполнения Номинальное напряжение Номинальная ёмкость Допускаемое отклонение ёмкости Группа и класс по t стабильности ёмкости Номинальная реактивная мощность Другие, необходимые дополнительные характеристики. Основные электрические параметры и характеристики конденсаторов. Номинальная ёмкость и допускаемое отклонение ёмкости. Номинальная ёмкость — ёмкость, значение которой обозначено на конденсаторе или указано в нормативно-технической документации и является исходным для отчёта допускаемого отклонения. Номинальные напряжение и ток. Номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе или указанное в НТД, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах. Амплитуда переменного напряжения не должна превышать значения напряжения, расчитанного исходя из допустимой реактивной мощности. Тангенс угла потерь. Тангенс угла потерь хар-ет потери энергии в конденсаторе и определяется отношением активной мощности к реактивной при синусоидальном напряжении определённой частоты. Сопротивление изоляции, ток утечки. Электрическое сопротивление конденсатора постоянному току опр. Напряжения называется сопротивлением изоляции конденсатора. Сопротивление изоляции хар-ет кач-во изготовления kd и зависит от типа диэлектрика. Для kd, допускающих касание своим корпусом шасси и токоведущих шин, вводится понятие сопротвление изоляции между корпусом и соединёнными вместе выводами. Ток проводимости, проходящий через конденсатор при постоянном напряжении на его обкладках в установившемся режиме, называют током утечки. Температурный коэффициент ёмкости(ТКЕ). Величина, применяемая для хар-ки kd с линейной зависимостью ёмкости от температуры и равная относительному изменению ёмкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (Кельвина), называется температурным коэффициентом ёмкости. Диэлектрическая абсорбция конденсаторов. 5 Явление, обусловленное замедленными процессами поляризации в диэлектрике, приводящее к появлению напряжения на электродах после кратковременной разрядки конденсатора, называется диэлектрической абсорбцией. Полное сопротивление конденсатора. Резонансная частота. Под полным сопротивлением конденсатора понимают сопротивление конденсатора переменному синусоидальному току определённой частоты, обусловленное наличием у реального конденсатора наряду с ёмкостью также активного сопротивления и индуктивности. Значения активного сопротивления и индуктивности зависят от характеристик используемых материалов и конструктивного исполнения конденсатора. Реактивная мощность. Понятие реактивной мощности введено для высокочастотных и особенно высоковольтных конденсаторов и используется для установления допустимых электрических режимов эксплуатации. При этом в области низких частот ограничения определяются допустимой амплитудой напряжения переменного тока, а на высоких частотах — допустимой реактивной мощностью конденсатора. Таким образом, реактивная мощность характеризует нагрузочную способность конденсатора при наличии на нём больших напряжений высокой частоты. Вносимое затухание и сопротивление связи. Вносимое затухание и сопротивление связи — это величины, хар-щие способность помехоподавляющих конденсаторов и фильтров подавлять помехи переменного тока заданной частоты. Вносимое затухание и сопротивление связи зависят от частоты переменного тока, ёмкости, индуктивности, добротности и конструкции конденсаторов и фильтров, а также от выходного сопротивления генератора и сопротивления нагрузки. Специфические электрические параметры и характеристики подстроечных и вакуумных конденсаторов. Подстроечные и переменные конденсаторы наряду с основными параметрами, имеют дополнительные, учитывающие особенности их функционального назначения и конструктивное исполнение. Вместо параметра номинальная ёмкость используются параметры максимальная и минимальная ёмкости. Это максимальное и минимальное значение ёмкости конденсатора, которое может быть получено перемещением его подвижной системы. Момент вращения — минимальный момент, необходимый для непрерывного перемещения подвижной системы конденсатора. Цикл перестройки ёмкости — перестройка ёмкости от минимальной до максимальной и обратно. Износоустойчивость — это способность конденсатора сохранять свои параметры (противостоять изнашиванию) при многократных сращениях подвижной системы. Электрическая прочность — способность конденсаторов выдерживать определённое время(до нескольких минут) приложенное к нему напряжение выше номинального без изменения его эксплуатационных характеристик и пробоя диэлектрика. Применение и эксплуатация конденсаторов. Эксплуатационные факторы и их воздействие на конденсаторы. Эксплуатационная надёжность конденсаторов в аппаратуре во многом определяется воздействием комплекса факторов, которые по своей природе можно разделить на следующие группы: 1. электрические нагрузки. климатические нагрузки. 6 механические нагрузки. радиационное воздействие. Под воздействием указанных факторов происходит изменение параметров конденсаторов. В зависимости от вида и длительности нагрузки, уходы параметров складываются из обратимого (временного) и необратимого изменения. Обратимые изменения это когда после снятия нагрузки параметры конденсаторов принимают значения, близкие к начальным параметрам. Климатические нагрузки. Температура и влажность окружающей среды важнейшими факторами, влияющими на надежность, долговечность и сохраняем ость конденсаторов. Длительное воздействие, повышенной температуры вызывает старение диэлектрика, в результате чего параметры конденсаторов претерпевают необратимые изменения. Тепловое воздействие на конденсатор может быть, как периодически изменяющимся. Наряду с внешней t на конденсаторы в составе аппаратуры может дополнительно воздействовать теплота, выделяемая другими сильно нагревающимися при работе аппаратуры изделиями. С ростом t окружающей среды напряжения на конденсаторы должно снижаться. В условиях повышенной влажности на электрические характеристики конденсаторов влияет как плёнка воды, образующаяся на поверхности, так и внутреннего поглощения влаги диэлектриком. Длительное воздействие повышенной влажности наиболее сильно сказывается на изменении параметров негерметизированных конденсаторов. Проникновение влаги внутрь конденсатора снижает сопротивление конденсатора и электрическая прочность. Влага вызывает коррозию металлических деталей и контактной арматуры конденсаторов, облегчает развитие различных плесневых грибков. Механические нагрузки. При эксплуатации и транспортировании аппаратуры конденсаторы подвергаются воздействию различного вида механических нагрузок: вибрации, одиночным и многократным ударам, линейному ускорению, акустическим нагрузкам. Наиболее опасными являются вибрационные и ударные нагрузки. Воздействием механических нагрузок, превышающих допустимые нормы, может вызвать обрывы выводов и внутренних соединений, увеличения тока утечки, появление трещин в корпусах и изоляторах, снижение электрической прочности, изменение установленной ёмкости у построечных конденсаторов. Радиационные воздействия. Воздействие, ионизирующих излучений может, как непосредственно вызывать изменение электрических и эксплуатационных характеристики конденсаторов, так и способствовать ускоренному старению конструкционных материалов при последующем воздействии др. Факторов. Процессы, протекающие в конденсаторах в условиях воздействия, ионизирующих излучений, коренным образом отличаются от процессов старения в обычных условиях эксплуатации. В результате воздействия в конденсаторах также могут возникать явления, приводящие к обратимым или остаточным изменениям их пар-ров. Радиационные нарушения структуры материалов могут приводить и к ухудшению основных характеристик конденсаторов — срока службы, мех-кой и эл. прочности, влагостойкости. Электрические нагрузки. Необратимые наибольшие изменения пар-ров вызываются длительным воздействием электрической нагрузки при которой происходят процессы старения, ухудшающие электрическую прочность. При постоянном напряжении основной причиной старения являются электрохимические процессы, возникающие в диэлектрике под действием постоянного поля и усиливающиеся с повышением t и влажности окружающей среды. 7

Применение конденсаторов, принцип работы конденсатора, электрическая ёмкость конденсатора

Применение конденсаторов весьма обширно: совместно с резисторами в таймерах, потому, что резисторы позволяет им медленно заряжаться и/или разряжаться; в колебательных контурах приёмопередающих устройств совместно с катушками индуктивности; в блоках питания для сглаживания пульсаций напряжения после выпрямления; в различных фильтрах потому, что конденсаторы легко пропускают переменный ток и не пропускают постоянный; просто в схемах, где необходимо замедлить процесс увеличения или падения напряжения и др.

Принцип работы конденсатора

Принципом работы конденсатора считается способность конденсатора сохранять электрический заряд, т.е. заряжаться и в нужный момент разряжаться. Например в колебательном контуре радиоприёмника или передатчика, когда он соединён (как правило параллельно, но может и последовательно) с катушкой индуктивности. При таком соединении получается, что на пластинах конденсатора периодически происходит смена полярности. Сначала одна пластина заряжается положительным зарядом, а вторая отрицательным. После того, как он зарядится полностью, он начинает разряжаться. После полного разряда он начинает заряжаться в обратном направлении. Та пластина, что была с положительным зарядом, заряжается отрицательным, а другая — положительным. Так до полного заряда и снова разряд. На этом принципе работы конденсатора основана работа всех генераторов аналоговых приёмопередающих устройств.

Электрическая ёмкость конденсатора

Электрическая ёмкость конденсатора характеризует способность конденсатора сохранять электрический заряд. Чем больше ёмкость, тем больший заряд может быть сохранен. Электрическая ёмкость конденсатора измеряется в Фарадах, обозначается F. Однако 1F — очень большая емкость, поэтому для обозначения ёмкости как правило используются префиксы, обозначающие меньшие значения емкости.

Используются три префикса: µ (микро), n (нано) и p (пико):

• µ (микро) означает 10^-6 (одна миллионная часть), т.е. 1000000µF = 1F
• n (нано) означает 10^-9 (одна миллиардная часть), т.е. 1000nF = 1µF
• p (пико) означает 10^-12 (одна триллионная часть), т.е. 1000pF = 1nF

Ёмкость конденсатора не всегда просто определить, т.к. существует множество типов конденсаторов с различными системами маркировки.

 

Все существующие типы конденсаторов разделяются на две основные группы: электролитические конденсаторы (так же называемые полярными) и неполярные. Неполярные в свою очередь подразделяются на конденсаторы постоянной ёмкости и конденсаторы переменной ёмкости, разновидностью которых являются подстроечные конденсаторы. Каждая группа имеет собственное схематическое обозначение.

Конденсатор

— обзор | Темы ScienceDirect

Пассивные компоненты

Основными пассивными компонентами являются резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Их объединяет то, что они препятствуют прохождению переменного тока, хотя и очень разными способами, и поэтому считается, что они создают сопротивление в цепи. Резисторы имеют форму сопротивления, которая называется сопротивлением; и эффект сопротивления состоит в том, чтобы препятствовать прохождению тока одинаково для всех частот сигнала от постоянного тока вверх, хотя есть ограничения, как мы увидим позже.Кроме того, когда через резистор протекает любой ток, переменный или постоянный, часть энергии тока преобразуется в тепло, вызывая повышение температуры резистора. Затем это тепло передается воздуху (или чему-либо еще), окружающему резистор, и является мерой мощности, которая теряется из-за сигнала из-за резистора. Везде, где через резистор в цепи проходит ток, будет потеря мощности, и тепло должно будет рассеиваться (обычно в воздух). Однако количество тепла будет очень небольшим, если резистор работает при низких уровнях напряжения и тока.На более высоких уровнях мощности, если тепло не рассеивается, температура резистора будет увеличиваться до тех пор, пока материал не расплавится или не сгорит. Обычно это разрывает цепь, но для некоторых типов резисторов материал может плавиться, уменьшая сопротивление, иногда до уровня короткого замыкания.

Конденсаторы и катушки индуктивности имеют реактивное сопротивление , которое для теоретически идеального конденсатора или катушки индуктивности не сопровождается сопротивлением. Реактивное сопротивление также препятствует прохождению тока, но величина реактивного сопротивления не является фиксированной величиной для одного конденсатора или катушки индуктивности, как резистор имеет (более или менее) фиксированное значение сопротивления.Значение реактивного сопротивления конденсатора или катушки индуктивности зависит от частоты тока, а также от самого компонента. На постоянном токе конденсаторы имеют очень большое реактивное сопротивление, составляющее полную изоляцию, и размер реактивного сопротивления уменьшается с увеличением частоты сигнала. Катушки индуктивности имеют очень низкое реактивное сопротивление, почти нулевое для очень низких частот, но это значение увеличивается с увеличением частоты сигнала.

•

График реактивного сопротивления в зависимости от частоты для конденсаторов и катушек индуктивности покажет минимумы и максимумы из-за собственного резонанса.Катушка индуктивности будет иметь собственную емкость, а конденсатор будет иметь некоторую самоиндукцию, и в любом случае это вызовет последовательные или параллельные резонансы.

Когда ток проходит через чистое реактивное сопротивление, высокое или низкое, мощность не преобразуется в тепло и, следовательно, нет потерь мощности. На практике нет идеального реактивного компонента, хотя конденсаторы могут быть очень близки к идеалу, и любой реактивный компонент будет иметь некоторое сопротивление. При прохождении тока произойдет потеря мощности в этом сопротивлении, и величина таких потерь выражается как коэффициент мощности (см. Ниже).Сумма потерь для электронных компонентов должна быть очень небольшой. Многие схемы содержат реактивные компоненты, подключенные к резисторам, и в таких случаях обычно предполагается, что потеря мощности будет почти полностью из-за резистора. Потери мощности в конденсаторах становятся значительными для электролитических конденсаторов, подверженных сильным токам пульсации, а для других типов — в основном при подаче сигналов очень высоких частот.

Комбинация сопротивления и реактивного сопротивления известна как импеданс , а значение импеданса для такой комбинации представляет собой общий эффект сопротивления и реактивного сопротивления на переменный ток.Однако мы не можем рассчитать значение импеданса, просто добавив значение сопротивления к значению реактивного сопротивления. Нам нужно найти импеданс так же, как мы можем найти расстояние между двумя точками на карте, когда у нас есть координаты. Сходство проиллюстрировано на рисунке 1.2, на котором мы отображаем сопротивление, реактивное сопротивление (в данном примере емкостное) и импеданс в виде карты, называемой векторной диаграммой. На диаграммах этого типа значения сопротивления всегда отображаются по горизонтальной шкале, а реактивное сопротивление — по вертикальной шкале, вниз для емкостного реактивного сопротивления и вверх для индуктивного реактивного сопротивления.

Рисунок 1.2. Векторная диаграмма с реактивным сопротивлением, нанесенным по вертикали, и сопротивлением по горизонтали. Комбинация реактивного сопротивления и сопротивления имеет импеданс, значение которого можно измерить по диаграмме как расстояние от начала координат (точка нулевого сопротивления и реактивного сопротивления) до точки, которая представляет собой комбинацию сопротивления и реактивного сопротивления. Здесь показаны две точки со значениями импеданса 5 и 13 соответственно.

Почему мы наносим реактивное сопротивление по линии, перпендикулярной линии сопротивления? Если мы последовательно соединим сопротивление и реактивное сопротивление и пропустим через них обоих переменный ток, то с помощью осциллографа мы сможем обнаружить то, что обычные измерители не покажут нам.Если осциллограф может отображать две кривые вместе, мы можем использовать одну кривую, чтобы показать напряжение на резисторе, а другую кривую, чтобы показать напряжение на реактивной составляющей. Эти кривые (рис. 1.3) всегда не синхронизированы друг с другом, и величина этого смещения составляет одну четверть цикла волны, так что одна форма волны достигает пика, когда другая проходит через свой нулевой уровень.

Рисунок 1.3. Синусоидальные волны сдвинуты по фазе на 90 °, как если бы они были видны на осциллографе.

Теперь для любого повторяющегося действия, такого как напряжение в волне, мы можем представить цикл в виде полного круга (рис. 1.4). Угол, под которым радиус окружности охватывает полный круг, составляет 360 °, так что одна четверть круга представлена ​​поворотом на 90 °. По этой причине смещение одной волны относительно другой на одну четверть цикла называется фазовым сдвигом на 90 °, и это является причиной для заголовка векторной диаграммы и изображения значения реактивного сопротивления в виде линии. под прямым углом к ​​линии, представляющей значение сопротивления.

Рисунок 1.4. Связь кругового движения и синусоиды. Амплитуда волны в любой точке соответствует расстоянию от горизонтальной оси круга до его края для каждой точки на краю круга.

То, что в такой цепи сдвинуто по фазе на 90 °, — это ток через реактивную составляющую по сравнению с ее напряжением. Напряжение на резисторе можно использовать как меру тока, протекающего через него, потому что резистор не изменяет фазу тока.Реактивный компонент действительно сдвигает фазу тока по сравнению с напряжением, однако, и всегда на 90 °, так что, нарисовав линию, представляющую реактивное сопротивление под углом 90 ° к линии сопротивления, мы можем завершить « отображение », чтобы получить значение импеданса, которое имеет как правильный размер (представленный длиной линии), так и фазовый угол (угол к горизонтали). Этот фазовый угол будет меньше, чем у самого реактивного компонента, но когда присутствует более одного типа реактивного компонента, фазовый угол результирующего импеданса может значительно измениться при изменении частоты.

Конденсаторы принципиально отличаются от индукторов направлением фазового угла. Для конденсатора волна тока находится на 90 ° перед волной напряжения; для индуктора волна тока находится на 90 ° после волны напряжения. Самый простой способ запомнить это — использовать слово CIVIL (C, I перед V, V перед I в L), в котором используются стандартные буквы символов C для конденсатора, L для индуктора, а также I для тока и V для напряжения. .

В дополнение к этим основным (и традиционным) пассивным компонентам полупроводниковый диод также считается пассивным.Его можно классифицировать как форму резистора с низким реактивным сопротивлением, но значение сопротивления которого току в одном направлении значительно больше, чем значение сопротивления для тока в противоположном направлении. Стрелка в символе диода (рисунок 1.5) используется для обозначения направления тока при низком сопротивлении.

Рисунок 1.5. Диод и его символ. Стрелка символа диода указывает допустимое направление тока через диод.

•

Некоторые типы полупроводниковых диодов, известные варакторные диоды и диоды мгновенного отключения могут работать как активные компоненты.Например, варакторные диоды можно использовать в качестве параметрических усилителей, но такое использование выходит за рамки этой книги.

Основные сведения о типах конденсаторов

В производстве электронных устройств используются различные конденсаторы, и они играют разные роли в схеме. Существует много типов конденсаторов, таких как конденсаторы постоянной емкости, конденсаторы переменной емкости и подстроечные конденсаторы. Конденсаторы постоянной емкости можно разделить на керамические, слюдяные, бумажные, пленочные и электролитические конденсаторы в зависимости от диэлектрика.

Абстракция

В производстве электронных устройств используются самые разные конденсаторы, и они играют разные роли в схеме. Существует много типов конденсаторов, таких как конденсаторы постоянной емкости, конденсаторы переменной емкости и подстроечные конденсаторы. Конденсаторы постоянной емкости можно разделить на керамические, слюдяные, бумажные, пленочные и электролитические конденсаторы в зависимости от диэлектрика. Хотя существует много типов конденсаторов, их основная конструкция и принцип работы одинаковы.Два металлических куска, которые расположены очень близко друг к другу, разделены какими-то изоляционными материалами (твердыми, газообразными или жидкими). Вещество в середине пластин называется диэлектриком.

Видео знакомит вас с основами конденсаторов.

Каталог

Конденсаторы

I Введение

Конденсаторы разных типов имеют разную емкость для хранения заряда.Количество заряда, накопленного при подаче на конденсатор постоянного напряжения 1 вольт, называется емкостью конденсатора. Базовая единица измерения емкости — Фарад (Ф). Но на самом деле Фарад — очень необычная единица измерения, потому что емкость конденсатора часто намного меньше 1 Фарада. Обычно используемые конденсаторные блоки — микрофарады (мкФ), нанофарады (нФ) и пикофарады (пФ). Соотношение следующее: 1 фарад (Ф) = 1000000 микрофарад (мкФ) 1 микрофарад (мкФ) = 1000 нанофарад (нФ) = 1000000 пикофарад (пФ).

В электронных схемах конденсаторы используются для блокировки постоянного тока.Они также используются для накопления и высвобождения электрических зарядов, чтобы действовать как фильтры для сглаживания пульсирующих сигналов. Конденсаторы малой емкости обычно используются в высокочастотных цепях, таких как радиоприемники, передатчики и генераторы. Конденсаторы большой емкости часто используются для фильтрации и накопления зарядов. Как правило, конденсаторы более 1 мкФ являются электролитическими конденсаторами, а конденсаторы менее 1 мкФ в основном керамическими. Электролитический конденсатор имеет алюминиевый корпус, заполненный электролитом, а два электрода вытянуты как положительный (+) и отрицательный (-) электроды.В отличие от других конденсаторов, их полярность в цепи не должна быть неправильной, в то время как другие конденсаторы не имеют полярности.

При подключении двух электродов конденсатора к положительному и отрицательному полюсам источника питания на некоторое время, даже если источник питания отключен, между двумя контактами все равно будет остаточное напряжение. Можно сказать, что конденсатор накапливает заряд. Напряжение нарастает между пластинами конденсатора и накапливает электрическую энергию. Этот процесс называется зарядкой конденсатора.На заряженном конденсаторе есть определенное напряжение. Процесс разрядки накопленного заряда конденсатора в цепь называется разрядом конденсатора.

В качестве примера из реальной жизни мы видим, что блок питания выпрямителя продолжает гореть некоторое время после отключения вилки, а затем постепенно отключается. Это связано с тем, что конденсатор внутри заранее сохраняет энергию, а затем высвобождает ее. Конечно, изначально этот конденсатор использовался для фильтрации. Что касается конденсаторной фильтрации, мне интересно, есть ли у вас опыт использования Walkman с выпрямленным питанием.Из-за экономии производителей, как правило, в некачественных источниках питания используются фильтрующие конденсаторы меньшей емкости, что вызывает шум в наушниках. В это время электролитический конденсатор большой емкости (1000 мкФ) может быть подключен параллельно к обоим концам источника питания, и проблема гудения в целом может быть решена. Чтобы сделать звук Hi-Fi, вам необходимо использовать конденсатор емкостью не менее 10 000 микрофарад для фильтрации. Чем больше фильтрующий конденсатор, тем ближе форма выходного напряжения к постоянному току.И из-за эффекта накопления энергии большого конденсатора, когда приходит внезапный большой сигнал, схема имеет достаточно энергии.

В электронных схемах конденсаторы могут пропускать только переменный ток, но не постоянный ток. В схеме конденсатор часто используется для связи, обхода, фильтрации и т. Д., Все из которых используют принцип «пропускать переменный ток, блокировать постоянный ток». Так почему же переменный ток может проходить через конденсаторы? Давайте сначала посмотрим на характеристики переменного тока. Переменный ток не только меняется по направлению, но и его величина изменяется в соответствии с регулярностью.Конденсатор подключен к источнику переменного тока, и конденсатор непрерывно заряжается и разряжается. И в цепи будет течь зарядный ток, соответствующий изменению переменного тока.

II Типы конденсаторов

1. Конденсатор постоянной емкости

Конденсаторы постоянной емкости называются конденсаторами постоянной емкости. По разному диэлектрику его можно разделить на керамический, слюдяной, бумажный, пленочный, электролитический.

1.1 Керамический конденсатор

Рисунок1 Керамический конденсатор

Керамические конденсаторы изготовлены из керамики с высокой диэлектрической проницаемостью (титанат бария-оксид титана). В качестве диэлектрика керамического конденсатора керамика с высокой диэлектрической проницаемостью экструдируется в круглые трубки, пластины или диски. Затем методом инфильтрации на керамику наносится серебро в качестве электрода. Он делится на высокочастотный фарфор и низкочастотный фарфор.

Высокочастотные керамические конденсаторы подходят для высокочастотных цепей радио и электронного оборудования. Конденсаторы с небольшим температурным коэффициентом положительной емкости используются в высокостабильных колебательных контурах в качестве конденсаторов контуров и пусковых конденсаторов. Низкочастотные керамические диэлектрические конденсаторы могут использоваться только для байпаса или блокировки по постоянному току в цепях с более низкими рабочими частотами или там, где требования к стабильности и потерям невысоки (включая высокую частоту). Такие конденсаторы не подходят для использования в импульсных цепях, поскольку они склонны к пробою под действием импульсных напряжений.Обычные керамические диэлектрические конденсаторы представляют собой керамические диэлектрические конденсаторы со сквозной или столбчатой ​​структурой. Один из его электродов — крепежный винт. Индуктивность выводов чрезвычайно мала, особенно подходит для высокочастотного байпаса.

Монолитные конденсаторы, то есть многослойные керамические конденсаторы, покрываются материалом электродной лопатки на нескольких керамических тонкопленочных заготовках, уложены друг на друга и намотаны в одно целое, а затем залиты смолой снаружи. Это новый тип конденсатора с малым объемом, большой емкостью, высокой надежностью и термостойкостью.Монолитные конденсаторы с низкой диэлектрической проницаемостью и высокой диэлектрической проницаемостью также обладают стабильными характеристиками и имеют небольшой корпус.

1,2 Слюдяной конденсатор

Figure2 Слюдяной конденсатор

Конденсаторы слюдяные

можно разделить на фольговые и серебряные. Электрод серебряного типа формируется путем непосредственного нанесения серебряного слоя на лист слюды методом вакуумного напыления или методом инфильтрации пламенем. Поскольку воздушный зазор устранен, температурный коэффициент значительно снижен, а стабильность емкости также выше, чем у типа фольги.Слюдяные конденсаторы широко используются в высокочастотных устройствах и могут использоваться как стандартные конденсаторы.

Диэлектрик конденсатора стеклянной глазури формируется путем распыления специальной смеси с подходящей концентрацией для распыления в тонкую пленку. Затем диэлектрик спекается с электродом со слоем серебра, чтобы сформировать «монолитную» структуру. Конденсаторы со стеклянной глазурью по своим характеристикам сопоставимы с слюдяными конденсаторами. Он может выдерживать различные климатические условия и, как правило, работать при температуре 200 ° C и выше.Номинальное рабочее напряжение может достигать 500 В, а потери tanδ = 0,0005 ~ 0,008. Ж

1.3 Бумажный конденсатор

Рисунок 3 Бумажный конденсатор

Бумажные конденсаторы широко используются в радио и электронном оборудовании. Обычно в качестве электродов используются две алюминиевые фольги, а конденсаторная бумага толщиной от 0,008 до 0,012 мм наматывается посередине и накладывается внахлест. Процесс изготовления простой, а цена невысокая.Может быть получена большая емкость, обычно ниже 0,25 мкФ, но ошибка емкости велика и ее трудно контролировать. Качество лучше ± 10%, большие потери (tgδ ≤ 0,015), стабильность температурных и частотных характеристик плохая. Бумажные конденсаторы, обычно используемые в прошлом, не герметичны, пропитываются только земным воском, парафином и т. Д. И легко стареют. Его стабильность плохая и легко поддается влиянию влажности. Сопротивление изоляции бумажного конденсатора уменьшается после намокания.Бумажные конденсаторы с сердечниками конденсаторов, помещенными в металлические или керамические трубки и герметизированные, имеют хорошее качество, с минимальным воздействием внешних климатических условий и могут нормально использоваться в местах с относительной влажностью от 95 до 98%.

Электрод металлического бумажного диэлектрического конденсатора прикреплен непосредственно к конденсаторной бумаге посредством вакуумного испарения, и его объем составляет лишь около 1/4 объема обычных бумажных конденсаторов. Его главная особенность в том, что он обладает эффектом «самовосстановления», то есть может «лечить» после поломки, и представляет собой улучшенный тип бумажного конденсатора.Бумажные конденсаторы — это диэлектрические частотные конденсаторы, которые обычно используются в низкочастотных цепях и обычно не могут использоваться на частотах выше 3-4 МГц. Масляные конденсаторы имеют более высокое выдерживаемое напряжение, чем обычные бумажные конденсаторы, а также обладают хорошей стабильностью.

1,4 Пленочный конденсатор

Рисунок 4 Пленочный конденсатор

Структура пленочного конденсатора аналогична бумажному конденсатору, но в качестве диэлектрика используются пластмассовые материалы с низкими потерями, такие как полиэстер и полистирол.Конденсаторы из полистирола обладают отличными характеристиками и могут использоваться в качестве отличных конденсаторов связи в низкочастотных цепях. Он также особенно подходит для RC-цепей с постоянной времени, поскольку его диэлектрическое поглощение очень мало, а его разряд быстрый. К жаропрочным пленочным конденсаторам относятся конденсаторы из полиэфира, конденсаторы из политетрафторэтилена и конденсаторы из поликарбоната. Конденсатор из полиэстера также называется конденсатором из полиэстера. У него лучшие электрические характеристики, чем у металлизированных бумажных диэлектрических конденсаторов.Он в основном используется в качестве байпаса и блокировки постоянного тока в цепях для замены бумажных диэлектрических конденсаторов. Конденсаторы из поликарбоната обладают лучшими электрическими характеристиками, чем конденсаторы из полиэстера, и могут долгое время работать при температуре +120 ~ 130 ℃.

Электрические свойства полипропиленовых конденсаторов (CBB) аналогичны свойствам полистирольных конденсаторов, но емкость на единицу объема велика, выдерживает высокие температуры выше + 100 ° C, а температурная стабильность немного хуже.

1,5 Конденсатор электролитический

Электролитические конденсаторы — это конденсаторы, в которых в качестве диэлектрика используется тонкая оксидная пленка. Поскольку оксидная пленка обладает однонаправленными проводящими свойствами, электролитический конденсатор имеет полярность.

1.6 Конденсатор алюминиевый электролитический

Рисунок 5 Алюминиевый электролитический конденсатор

Он наматывается путем прослоения двух алюминиевых фольг с водопоглощающей бумагой, пропитанной пастообразным электролитом.Обычные алюминиевые электролитические конденсаторы не подходят для высокочастотных и низкотемпературных применений и не должны использоваться на частотах выше 25 кГц. Обычно они используются для низкочастотного байпаса \ связи и фильтрации мощности.

1,7 Твердотанталовый электролитический конденсатор

Figure6 Твердотанталовый электролитический конденсатор

В качестве положительного электрода использовали спеченный танталовый блок, а в качестве электролита — твердый диоксид марганца.У них есть ряд преимуществ, например, температурные характеристики и частотные характеристики превосходят обычные электролитические конденсаторы, особенно с чрезвычайно низким током утечки, хорошим хранением, длительным сроком службы и небольшими размерами. Они могут получить наибольшее произведение емкости-напряжения на единицу объема, подходящее для использования в сверхмалых и высоконадежных деталях.

2. Подстроечный конденсатор

Figure7 Подстроечный конденсатор

Подстроечный конденсатор также называют полупеременным конденсатором.Его емкость можно регулировать в небольшом диапазоне, а после регулировки можно зафиксировать на определенном значении емкости.

Конденсаторы с фарфоровой подрезкой отличаются исключительно высоким качеством и небольшими размерами. Обычно их делят на два типа: круглые трубчатые и вафельные. Подстроечные диэлектрические конденсаторы из слюды и полистирола обычно имеют пружинную конструкцию. Этот подстроечный конденсатор имеет простую конструкцию, но плохую стабильность.

Проволочные конденсаторы с фарфоровой подрезкой изготавливаются путем удаления медных проводов (внешних электродов) для изменения емкости.Следовательно, емкость можно только уменьшить, что не подходит для случаев, когда требуется повторная отладка.

3. Конденсатор переменной емкости

Рисунок 8 Переменный конденсатор

Переменный конденсатор означает, что значение емкости может изменяться в относительно большом диапазоне и может быть определено как определенное значение. Переменные конденсаторы делятся на два вида: пленочные диэлектрические и воздушные диэлектрические.Обычно используется в цепях связи и настройки, обычных двойных конденсаторах, керамических конденсаторах и т. Д.

III Заключение

Конденсаторы разных типов играют разные, но важные роли в схемах, таких как настройка, шунтирование, связь и фильтрация. Он используется в цепи настройки транзисторного радиоприемника, а также в цепи связи и цепи обхода цветного телевизора.

С быстрым развитием электронных информационных технологий обновление цифровых электронных продуктов становится все быстрее и быстрее.Производство и продажа товаров бытовой электроники, в том числе плоских телевизоров (LCD и PDP), ноутбуков и цифровых фотоаппаратов, продолжают расти, что стимулирует рост индустрии конденсаторов.

Артикул Рекомендуемый:

Что такое переменный конденсатор?

Введение в танталовые конденсаторы

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Электрохимические конденсаторы: механизм, материалы, системы, характеристики и применение

Конденсаторы электрохимические ( i.е. суперконденсаторы) включают электрохимические двухслойные конденсаторы, которые зависят от накопления заряда при адсорбции ионов, и псевдоконденсаторы, основанные на накоплении заряда с участием быстрых поверхностных окислительно-восстановительных реакций. Емкость накопления энергии суперконденсаторов на несколько порядков выше, чем у обычных диэлектрических конденсаторов, но намного ниже, чем у вторичных батарей. Как правило, они обладают высокой удельной мощностью, длительной циклической стабильностью и высокой безопасностью, и поэтому могут рассматриваться как альтернатива или дополнение к перезаряжаемым батареям в приложениях, требующих высокой мощности или быстрого сбора энергии.В этой статье рассматриваются последние достижения в области суперконденсаторов в механизмах накопления заряда, материалах электродов, материалах электролитов, системах, методах определения характеристик и приложениях. В частности, для сравнения также поясняется недавно разработанный механизм накопления заряда для интеркаляционного псевдоемкостного поведения, который устраняет разрыв между поведением батареи и обычным псевдоконцентрированным поведением. Наконец, обсуждаются перспективы и проблемы, связанные с суперконденсаторами в практических приложениях.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй еще раз?

научных статей, журналов, авторов, подписчиков, издателей

		Как крупный международный издатель академических и исследовательских журналов Science Alert издает и разрабатывает названия в партнерстве с самыми престижные научные общества и издатели.Наша цель заключается в том, чтобы максимально широко использовать качественные исследования. аудитория.
		Мы прилагаем все усилия, чтобы поддержать исследователей которые публикуют в наших журналах. Есть масса информации здесь, чтобы помочь вам публиковаться вместе с нами, а также ценные услуги для авторов, которые уже публиковались у нас.
		2021 цены уже доступны. Ты может получить личную / институциональную подписку перечисленных журналы прямо из Science Alert. В качестве альтернативы вы возможно, пожелает связаться с выбранным вами агентством по подписке. Направляйте заказы, платежи и запросы в службу поддержки. в службу поддержки клиентов журнала Science Alert.
		Science Alert гордится своей тесные и прозрачные отношения с обществом. В виде некоммерческий издатель, мы стремимся к самым широким возможное распространение публикуемых нами материалов и на предоставление услуг высочайшего качества нашим издательские партнеры.
		Здесь вы найдете ответы на наиболее часто задаваемые вопросы (FAQ), которые мы получили по электронной почте или через контактную форму в Интернете.В зависимости от характера вопросов мы разделили часто задаваемые вопросы на разные категории.
		Азиатский индекс научного цитирования (ASCI) стремится предоставить авторитетный, надежный и значимая информация по освещению наиболее важных и влиятельные журналы для удовлетворения потребностей мировых научное сообщество.База данных ASCI также предоставляет ссылку к полнотекстовым статьям до более чем 25000 записей с ссылка на цитированные ссылки.

Альтернативные интерпретации понижения напряжения при увеличении заряда в сегнетоэлектрических конденсаторах

Важная концепция этих альтернатив заключается в том, что любой фактический конденсатор FE почти всегда сопровождается последовательным компонентом сопротивления (R _i ), который может быть мертвым на границе раздела. -слой или любой другой слой, не относящийся к FE.В исх. 6, Хан и др. . Учли это, введя внутренний резистор (ρ), который идентичен R _i в их схемной модели. ρ в исх. 6 считалось постоянным во время переключения FE, но R _i — это работа, зависящая от напряжения и электрического напряжения. В интерпретации V _F ↓ Q _F ↑ поведение схемы в исх. 6, предполагается, что напряжение на фактическом слое FE (V _int ) уменьшается во время переключения FE в соответствии с формализмом L-K, что приводит к увеличению напряжения и тока на R.Однако авторы придерживаются альтернативного взгляда на роли каждого компонента в схеме следующим образом.

На рисунке 2а схематически изображена эквивалентная схема системы измерения для переключения FE. Здесь расчетное напряжение (V _F ) применяется к R _i (или ρ согласно ссылке 6, V _Ri ) и V _int , что означает, что V _F = V _Ri + V _{внутренний} . Следовательно, если любое напряжение, т.е. е. V _Ri или V _int , уменьшается со временем во время переключения FE, пониженное напряжение должно быть добавлено к внешнему R, и i _R должно соответственно увеличиваться.Могут быть два возможных способа рассмотреть, как V _F уменьшается со временем; один — это увеличение «положительной» емкости (PC) слоя FE, а другой — уменьшение R _i со временем. Для первого случая обычное определение C (t) = dQ (t) / dV (t) не применяется, поскольку заряд переключения FE не восстанавливается при уменьшении напряжения. Тем не менее, для процесса зарядки периода переключения FE компенсирующие заряды текут в слой FE, поэтому C / A определяется как 2P _с / V _c , где A и P _с (= ~ 75 мкКл / см ² , рис.2 он-лайн дополнительной информации (SI) исх. 6) — площадь электрода и поляризация насыщения соответственно. Затем C (t) может быть определена из изменения площади перевернутого домена по всему электроду в соответствии с моделью Комоголова-Аврами-Ишибаши. При быстром увеличении C (t) V _F может уменьшаться при условии ограниченного i _R . Чтобы доказать такое утверждение, поведение пленки FE во время переключения FE было количественно смоделировано с использованием пакета моделирования PSPICE, а напряжение узла (V _F ) и одновременное i _R были смоделированы как функция времени.Красная линия на рис. 2b показывает предполагаемое изменение C (t), а красные пунктирные линии на рис. 2c, d показывают результаты моделирования для V _F и i _R , соответственно. В этом случае зарядный ток конденсатора i _C (t) должен быть определен как уравнение (1), которое затем использовалось для расчета изменения Q во времени.

Подробные процедуры моделирования для вычисления V _F (t), i _R (t) и Q (t) описаны в интерактивной SI. Было обнаружено, что изменение напряжения на слое FE (V _int ) отвечает за изменение V _F , как подробно описано в онлайн-SI.V _int уменьшился с определенного значения, превышающего V _c , до ~ V _c и снова быстро увеличился по мере приближения к завершению переключения, в то время как V _Ri оставался постоянным. Эта модель ПК хорошо объясняет экспериментальные результаты. Для сравнения, экспериментальные данные из исх. 6 также показан (черные открытые точки).

Результаты моделирования PSPICE с использованием различных моделей R _i (t) (синяя линия на рис. 2b) также добавлены к рис. 2c, d синими пунктирными линиями.Здесь предполагается, что R _i (t) изменяется как R _i (0) exp (- (t — t ₀ ) / τ _d ) ^β в соответствии с моделью пробоя мягкого диэлектрика через R _i ⁷ и V _int был зафиксирован на V _c (= 3,1 В из рис. 2 интерактивной SI ссылки 6). R _i (0), t ₀ , τ _d и β были приняты равными 20000 Ом, 5,6 мкс, 5 мкс и 1 соответственно. Когда переключение FE было завершено, предполагалось, что R _i (t) восстановит начальное высокое значение с идентичной постоянной времени.Это связано с тем, что, когда переключение FE завершено, напряжение на слое FE в конечном итоге увеличивается до приложенного напряжения, и дальнейший перенос заряда через интерфейсный слой (R _i ) не производится, что приводит к восстановлению исходного сопротивления. . Даже для гетероэпитаксиальной тонкопленочной системы FE может существовать внешний или внутренний межфазный (мертвый) слой на границе раздела ⁸ электрода FE. Хотя о точном электрическом отклике на приложенное напряжение этих межфазных слоев сообщалось редко, разумно предположить, что эти слои будут демонстрировать сильно нелинейные вольт-амперные характеристики, как предполагается в этой работе, учитывая их изолирующую природу.Результаты моделирования воспроизводят экспериментальные результаты с удивительно высокой точностью (рис. 2d), что подтверждает точность этой модели. Более подробные физические интерпретации для R _i (t) описаны в on-line SI.

Было бы оптимальным напрямую сравнить результаты моделирования с использованием существующего метода изменения C (t) и R _i (t) с результатами моделирования, основанными на формализме L-K, предоставленном Khan и др. . (Рис. 4b в ссылке 6), чтобы определить, какая модель может более точно воспроизводить экспериментальные результаты.Однако это, к сожалению, оказалось невозможным, поскольку расчетное значение V _c с использованием формализма L-K было слишком высоким (~ 10 В.) в исх. 6, и, таким образом, моделирование V _F и i _R в исх. 6 должен был принять 14 В в качестве приложенного напряжения, что сильно отличается от реальной экспериментальной ситуации. Следовательно, можно понять, что наблюдаемое поведение V _F ↓ Q _F ↑ однослойного СЭ конденсатора во время переключения поляризации, о котором сообщается в ссылке.6, можно объяснить этими альтернативными моделями без каких-либо концептуальных трудностей NC, которые указывают на то, что слой FE должен пройти через состояние с максимальной энергией во время переключения поляризации. Что еще более важно, эти альтернативные модели в основном основаны на классической модели зарождения и роста обратных доменов, которая является общепринятой моделью в сегнетоэлектрическом сообществе. Моделирование также лучше соответствует экспериментальным результатам, чем модель, основанная на теории LK.

Для дальнейшего подтверждения достоверности этих альтернативных моделей были проведены дополнительные эксперименты с использованием эпитаксиальной пленки BaTiO ₃ (BTO) толщиной 150 нм (подробности в системе SI), выращенной методом импульсного послойного осаждения. на подложке SrRuO ₃ / DyScO ₃ .Верхние электроды были изготовлены из платины с электронно-лучевым напылением. P-V петли образца показаны на рис. 3а (на вставке показана схематическая структура образца). Из-за эпитаксиальной деформации пленка BTO имела значение 2P _r до ~ 60 мкКл / см ² , + V _c 3,7 В и -V _c -0,6 В из-за несовпадение работы выхода между верхним и нижним электродами и преимущественная ориентация поляризации исходной пленки BTO. Чтобы проверить заряд в зависимости от времени и напряжения в зависимости отВ соответствии с временными характеристиками, установка импульсного переключения была выполнена, как показано на вставке рис. 3c, где последовательный резистор 2 кОм был подключен к тонкопленочному образцу FE, а паразитная емкость системы составляла 600 пФ. При этом меньшем значении R (в противном случае шум схемы становился слишком высоким) время переключения было сокращено, и длительность импульса 30 мкс была достаточной для наблюдения полного переключения FE. Черные закрашенные точки на рис. 3b, c показывают экспериментальные изменения V _F и i _R в зависимости от времени в соответствии с форматом, показанным на рис.2c, d для удобства сравнения, а красные линии показывают результаты подгонки, основанные на модели R _i (t), упомянутой выше, где V _c , R _i (0), t ₀ , τ _d и β были приняты равными 3,7 В, 1100 Ом, 0,8 мкс, 0,75 мкс и 1 соответственно. Здесь эксперимент проводился на нетронутом образце. Модель также очень хорошо объясняет этот экспериментальный результат с очень высокой точностью во всем временном интервале. На вставке на рис. 3b показан подробный вид области уменьшения V _F .Черные закрашенные символы на рис. 3d показывают положительные участки кривой P-V исходного образца, полученные интегрированием i _R во времени, что аналогично экспериментальным кривым P-V Хан и др. . (Рис. 3 ссылки 6.) Область, обозначенная желтым прямоугольником, четко указывает на поведение V _F ↓ Q _F ↑, которое можно объяснить упомянутой выше моделью R _i (t). Очень интересные результаты были получены, когда идентичные эксперименты по переключению импульсов были выполнены после того, как конденсатор BTO был электрически включен в цикл 100 раз с размахом напряжения от -5 В до + 5 В.В этих случаях часть поведения V _F ↓ Q _F ↑ исчезла (черные символы открытого круга на вставке рис. 3b, d). Незначительное уменьшение остаточной поляризации на рис. 3d вызвано эффектом усталости. Эти данные убедительно свидетельствуют о том, что R _i исчезает во время электрического цикла, возможно, из-за постоянного ухудшения сопротивления межфазного слоя. Это критическое открытие указывает на то, что наблюдаемое поведение V _F ↓ Q _F ↑ пленки BTO авторов было связано с участием R _i .Такое исчезновение поведения V _F ↓ Q _F ↑ трудно интерпретировать с помощью модели, основанной на эффекте NC, т.е. е. у слегка утомленной пленки не может быть никаких причин, по которым NC-эффект не задействован. Это в точности совпадает с недавней интерпретацией поведения переключения FE в экспериментальных результатах на монокристаллической пленке LiNbO ₃ с использованием изменяющейся модели R _i (t) ⁷ . Это может указывать на то, что изменение модели R _i (t), а не увеличение модели C (t), лучше объясняет экспериментальные результаты.Однако Stengel et al . сообщил о невмешательстве мертвого слоя в интерфейс Pt-BTO ⁸ , где модель ПК может быть подходящей.

Рис. 3. Сегнетоэлектрические характеристики переключения эпитаксиальной тонкой пленки BTO в режимах постоянного и переменного тока и результаты моделирования цепи с R _i (t).

( a ) Петли гистерезиса поляризационного напряжения эпитаксиальной пленки BTO, измеренные промышленным сегнетоэлектрическим тестером. ( b , c ) Моделирование PSPICE (красная линия) и результаты импульсного переключения (закрашенный кружок) для изменения напряжения узла (V _F , подробный вид области уменьшения V _F , показанный на вставке ( b )) и ток, протекающий через R (i _R ) во время переключения.На вставке в ( c ) показана принципиальная электрическая схема измерительной системы. ( d ) Импульсные кривые P-V _F пленки BTO в исходном состоянии (замкнутый круг) и после 100 циклов переключения (светлый кружок), полученные интегрированием i _R во времени.

Таким образом, недавние экспериментальные результаты V _F ↓ Q _F ↑ поведения цепи, содержащей большой резистор, включенный последовательно с конденсатором FE, которые, как утверждается, являются прямым доказательством NC поведения слоя FE, были интерпретированы альтернативными методами с использованием традиционной компьютерной модели слоя КЭ.Критическая концептуальная точка зрения модели ПК заключается в том, что слой FE почти всегда включает в себя последовательный резистор на границе раздела, который играл роль делителя напряжения во время эксперимента по быстрому переключению FE, особенно в условиях ограниченного источника коммутируемого заряда. Когда этот межфазный последовательный резистор не принимается во внимание повторным циклом в собственных экспериментах авторов, экспериментальные данные, которые могли поддержать эффект NC, исчезли. Это может указывать на то, что экспериментальные результаты в исх.6 также может быть вызвано участием ρ, а не NC-эффектом внутри слоя FE. Сильная сторона альтернативных моделей, предложенных в этой работе, заключается в том, что зарождение и рост обратных доменов во время переключения FE предполагаются фундаментально, что является стандартным пониманием переключения FE, хорошо известным сообществу. Также весьма примечательно, что Братковский и Леванюк уже указали, что переключение FE, опосредованное движением доменной стенки, может включать в себя NC-эффект из-за временного несоответствия между зарядом переключения FE (заряд, связанный с кристаллом FE) и компенсирующим зарядом, индуцированным на поверхности электрода ^{9, 10} .Следовательно, было бы необходимо проявить большую осторожность, чтобы действительно заявить о NC-эффекте от слоя FE, учитывая, что формирование домена является предпочтительным путем для переключения FE от фундаментального аргумента энергии материала FE.

Конденсатор

Инженеры разрабатывают способ повышения эффективности и термостойкости устройств

21 апреля 2020 г. — Когда дело доходит до повышения эффективности накопления электроэнергии и прочности электрического пробоя — способности электрической системы работать при более высоких напряжениях и температурах с большой эффективностью -…

---

Производство круассанов вдохновляет на создание возобновляемых источников энергии

18 октября 2019 г. — Искусство изготовления круассанов вдохновило исследователей на поиск решения проблемы устойчивой энергетики …

---

Технология быстрой зарядки суперконденсаторов

14 мая 2020 г. — Эксперты считают, что их мечта о хранении чистой энергии стала на шаг ближе после того, как они представили свою революционную технологию суперконденсаторов, способную хранить и доставлять электроэнергию с высокой мощностью…

---

Новый статический отрицательный конденсатор может улучшить вычисления

8 апреля 2019 г. — Исследователи создали постоянный статический «отрицательный конденсатор», устройство, которое, как считается, нарушало законы физики примерно десять лет …

---

Ключевые разработки в области энергоэффективной электроники

23 марта 2020 г. — Ученые совершили прорыв в разработке электроники нового поколения, которая потребляет меньше энергии и выделяет меньше тепла.Он предполагает использование сложных квантовых свойств …

---

На пути к недорогой индустриализации литий-ионных конденсаторов

6 июня 2019 г. — Исследователи предложили объединить две добавки вместо одной, чтобы облегчить включение лития в конденсаторы, чтобы способствовать недорогой, простой и эффективной разработке …

---

Цинк-ионные гибридные конденсаторы с идеальными анионами в электролите демонстрируют сверхдлительные характеристики

Ноябрь13 февраля 2020 г. — Металло-ионные гибридные конденсаторы сочетают в себе свойства конденсаторов и батарей. Один электрод использует емкостной механизм, другой — окислительно-восстановительные процессы батарейного типа. Ученые сейчас …

---

Новый метод обнаружения квантовых состояний электронов

17 сентября 2019 г. — Исследователи разработали новый метод — обнаружение заряда на изображении — для обнаружения переходов электронов в квантовые состояния. Электроны могут служить квантовыми битами, наименьшей единицей кванта…

---

Биоэлектронный имплант с магнитным управлением может облегчить боль

20 февраля 2020 г. — Инженер-электрик и компьютерщик представил первый нейронный имплант, который можно программировать и заряжать дистанционно с помощью магнитного …

---

Новое устройство памяти с возможностью записи и считывания оптически или электрически

25 ноября 2019 г. — Ученые разработали новую технологию хранения данных, основанную на сочетании органического светодиода (OLED) и светодиода.