Τι είναι ο πυκνωτής αέρα: κύκλωμα, λειτουργία και εφαρμογές του

ΕΝΑ μεταβλητός πυκνωτής είναι ένας τύπος πυκνωτή που έχει μεταβλητή τιμή χωρητικότητας. Αυτό πυκνωτής περιλαμβάνει δύο πλάκες όπου η περιοχή μεταξύ αυτών των πλακών ρυθμίζεται απλά για την αλλαγή της χωρητικότητας του πυκνωτή. Αυτοί οι πυκνωτές διατίθενται σε δύο τύπους πυκνωτών αέρα & πυκνωτών trimmer. Γενικά, αυτοί οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται ειδικά σε Κυκλώματα LC για συντονισμό συχνότητας σε ραδιόφωνα. Έτσι, αυτό το άρθρο εξετάζει μια επισκόπηση ενός από τους τύπους μεταβλητών πυκνωτών όπως ένα πυκνωτής αέρα – εργασία και οι εφαρμογές της.

Τι είναι ο πυκνωτής αέρα;

Ενα Ορισμός πυκνωτή αέρα είναι ένας πυκνωτής που χρησιμοποιεί τον αέρα ως διηλεκτρικό μέσο. Αυτός ο πυκνωτής μπορεί να σχεδιαστεί σε μορφή σταθερής ή μεταβλητής χωρητικότητας. Ο τύπος σταθερής χωρητικότητας δεν χρησιμοποιείται συχνά επειδή υπάρχουν διαφορετικοί τύπους πυκνωτών διατίθενται με ανώτερα χαρακτηριστικά, ενώ ο τύπος μεταβλητής χωρητικότητας χρησιμοποιείται συχνότερα λόγω της απλής κατασκευής τους.

Οι πυκνωτές αέρα κατασκευάζονται γενικά με δύο σετ ημικυκλικών μεταλλικών πλακών που διαχωρίζονται μέσω ενός αέρα διηλεκτρικό υλικό . Σε αυτές τις μεταλλικές πλάκες, το ένα σετ είναι μόνιμο και το άλλο σετ συνδέεται με έναν άξονα που επιτρέπει στον χειριστή να περιστρέφει το συγκρότημα για να αλλάξει την χωρητικότητα όταν απαιτείται. Όταν η επικάλυψη μεταξύ δύο μεταλλικών πλακών είναι μεγαλύτερη, η χωρητικότητα είναι μεγαλύτερη. Έτσι, η συνθήκη υψηλότερης χωρητικότητας επιτυγχάνεται όταν η επικάλυψη μεταξύ των δύο σετ μεταλλικών πλακών είναι μέγιστη, ενώ η συνθήκη χαμηλότερης χωρητικότητας επιτυγχάνεται όταν δεν υπάρχει επικάλυψη. Για καλύτερο έλεγχο χωρητικότητας, λεπτότερο συντονισμό και αυξημένη ακρίβεια, χρησιμοποιούνται μηχανισμοί μειωτήρα.

Οι πυκνωτές αέρα έχουν μια μικρή τιμή χωρητικότητας που κυμαίνεται από 100 pF – 1 nF ενώ η τάση λειτουργίας κυμαίνεται από 10 έως 1000 V. Η τάση διάσπασης του διηλεκτρικού είναι μικρότερη, επομένως η ηλεκτρική βλάβη θα αλλάξει μέσα στον πυκνωτή, οπότε αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ελαττωματική λειτουργία του πυκνωτή αέρα.

Κατασκευή Αέρα Πυκνωτών & Λειτουργία του

Ένας ρυθμιζόμενος πυκνωτής όπως ένας πυκνωτής αέρα περιλαμβάνει μια σειρά από ημικυκλικές, περιστρεφόμενες πλάκες αλουμινίου στην κορυφή ενός κεντρικού άξονα τοποθετημένου ανάμεσα σε ένα σετ σταθερών πλακών αλουμινίου σε ίση απόσταση. Αυτός ο πυκνωτής έχει μια τρύπα στο κέντρο του για να περάσει μια ράβδο ελέγχου. Για τον έλεγχο αυτής της ράβδου, συνδέονται εναλλακτικοί δίσκοι για να τον περάσουν ελεύθερα στους άλλους, πράγμα που σημαίνει ότι το σετ δίσκων χωρίζεται αποτελεσματικά σε δύο ομάδες που σχηματίζουν από κοινού τις δύο περιοχές πλάκας του πυκνωτή.

Μόλις οι δίσκοι πυκνωτών έχουν ημικυκλικό σχήμα, τότε η περιστροφή του κινούμενου σετ προκαλεί την αλλαγή της ποσότητας στην οποία οι δύο ομάδες επικαλύπτονται σε ολόκληρη την περιοχή της πλάκας. Όταν η χωρητικότητα αυτού του πυκνωτή εξαρτάται από ολόκληρη την επιφάνεια της πλάκας του, τότε η αλλαγή εντός της περιοχής μπορεί να προκαλέσει ισοδύναμη αλλαγή εντός της χωρητικότητας του εξαρτήματος, οπότε επιτρέπεται στον χειριστή να τροποποιήσει την τιμή του εξαρτήματος κατά βούληση.

Όταν οι κινούμενες πλάκες αλουμινίου περιστρέφονται και η ποσότητα της επικάλυψης μεταξύ των στατικών και των κινούμενων πλακών θα αλλάξει. Ο αέρας ανάμεσα σε αυτά τα σετ πλακών λειτουργεί σαν ένα αποτελεσματικό διηλεκτρικό που μονώνει τα σετ το ένα από το άλλο. Όταν η χωρητικότητα του πυκνωτή εξαρτάται από το αμοιβαίο μέγεθος της πλάκας, τότε αυτή η ρύθμιση επιτρέπει απλώς τη ρύθμιση της τιμής του πυκνωτή αέρα.

Κύκλωμα πυκνωτή αέρα

Το απλό κύκλωμα πυκνωτή αέρα φαίνεται παρακάτω. Αυτός ο πυκνωτής χρησιμοποιεί τον αέρα ως διηλεκτρικό και έχει σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας δύο μεταλλικά φύλλα ή μεταλλικές πλάκες που συνδέονται παράλληλα με κάποια απόσταση μεταξύ τους. Οι πυκνωτές αποθηκεύουν την ενέργεια σε μορφή ηλεκτρικού φορτίου στις πλάκες.

Μόλις εφαρμοστεί μια τάση σε έναν πυκνωτή αέρα για τη μέτρηση της φόρτισης στις δύο πλάκες, τότε ο λόγος της φόρτισης «Q» προς την τάση «V» θα δώσει την τιμή της χωρητικότητας για τον πυκνωτή, επομένως, δίνεται όπως C = Q/V. Αυτή η εξίσωση μπορεί επίσης να γραφτεί για να παρέχει τον τύπο για τη μέτρηση της ποσότητας φορτίου στις δύο πλάκες όπως Q = C x V.

Μόλις τροφοδοτηθεί ηλεκτρικό ρεύμα στον πυκνωτή, τότε φορτίζεται, έτσι το ηλεκτροστατικό πεδίο θα γίνει πολύ ισχυρότερο επειδή αποθηκεύει περισσότερη ενέργεια μεταξύ των δύο πλακών.

Ομοίως, όταν το ρεύμα ρέει έξω από τον πυκνωτή αέρα, τότε η διαφορά δυναμικού μεταξύ αυτών των δύο πλακών θα μειωθεί και το ηλεκτροστατικό πεδίο μειώνεται όταν η ηλεκτρική ενέργεια απομακρύνεται από τις πλάκες. Έτσι, η χωρητικότητα είναι μία από τις ιδιότητες ενός πυκνωτή που χρησιμοποιείται για την αποθήκευση ηλεκτρικού φορτίου στις δύο πλάκες του σε μορφή ηλεκτροστατικού πεδίου.

Διαπερατότητα πυκνωτή αέρα

Η διαπερατότητα μπορεί να οριστεί ως η ιδιότητα κάθε υλικού, διαφορετικά το μέσο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της αντίστασης που προσφέρεται έναντι ενός σχηματισμού ηλεκτρικού πεδίου. Συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα «ϵ» (έψιλον) και η μονάδα του είναι F/m ή φαράντ ανά μέτρο.

Εάν λάβουμε υπόψη έναν πυκνωτή που περιλαμβάνει δύο πλάκες που χωρίζονται με απόσταση «d», το διηλεκτρικό μέσο όπως ο αέρας χρησιμοποιείται μεταξύ αυτών των δύο πλακών. Ανάμεσα στις δύο πλάκες ενός πυκνωτή, υπάρχουν μόρια που σχηματίζουν ηλεκτρικές διπολικές ροπές. Το ηλεκτρικό δίπολο σημαίνει, ένα ζεύγος αντίθετων και ίσων φορτίων. Για παράδειγμα, ένα μεμονωμένο μόριο περιλαμβάνει ένα θετικό φορτίο στο ένα άκρο και ένα αρνητικό φορτίο στο άλλο άκρο το οποίο χωρίζεται με κάποια απόσταση όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Στο παρακάτω διάγραμμα, τα μόρια είναι γενικά ευθυγραμμισμένα τυχαία εντός των πλακών πυκνωτών. Μόλις εφαρμόσουμε ένα ηλεκτρικό πεδίο σε αυτές τις πλάκες εξωτερικά, τότε τα μόρια μέσα στον πυκνωτή ευθυγραμμίζονται με έναν καλύτερο τρόπο που είναι γνωστός ως πόλωση. Έτσι, η διπολική ροπή τους δημιουργεί το δικό της ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό το ηλεκτρικό πεδίο αντιτίθεται στο εξωτερικά εφαρμοζόμενο ηλεκτρικό πεδίο, έτσι γίνεται σαν τον παρόμοιο πόλο δύο μαγνητών που συνεχίζουν να αντιστέκονται ο ένας στον άλλο.

Όταν τα μόρια ευθυγραμμίζονται ή πολώνονται περισσότερο, αντιτίθενται στο εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο που είναι αυτό που ονομάσαμε διαπερατότητα. Εδώ, η διαπερατότητα μετρά την αντίσταση που προσφέρει το υλικό ή το μέσο σε ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο.

Εάν η διαπερατότητα του μέσου είναι υψηλότερη, τότε τα μόρια αυτού του μέσου πολώνονται καλύτερα και έτσι προσφέρουν μεγαλύτερη αντίσταση στο εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο. Ομοίως, εάν η διαπερατότητα του μέσου είναι χαμηλή, τότε τα μόρια πολώνονται ασθενώς, επομένως προσφέρουν λιγότερη αντίσταση στο εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο.

Η διαπερατότητα δεν είναι σταθερή, επομένως ποικίλλει ανάλογα με διαφορετικούς παράγοντες όπως η θερμοκρασία, η υγρασία, ο μέσος τύπος, η συχνότητα πεδίου, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου κ.λπ.

Η διαπερατότητα παίζει σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό της χωρητικότητας του πυκνωτή. Έτσι, η χωρητικότητα ενός πυκνωτή παράλληλης πλάκας υπολογίζεται από

C = ϵ x A/d

Οπου,

Το «Α» είναι το εμβαδόν μιας πλάκας.

Το «d» είναι η απόσταση μεταξύ δύο πλακών πυκνωτών.

'ϵ' είναι η διαπερατότητα του μέσου μεταξύ των δύο πλακών πυκνωτών.

Εάν παρατηρήσετε τους παρακάτω πυκνωτές, η διαπερατότητα μπορεί να επηρεάσει σαφώς την χωρητικότητα του πυκνωτή.
Στους δύο παρακάτω πυκνωτές, το διηλεκτρικό που χρησιμοποιείται στον πυκνωτή της αριστερής πλευράς είναι ο αέρας. Άρα η σχετική διαπερατότητα αυτού του πυκνωτή αέρα είναι μικρή > 1, δηλαδή 1.0006.

Ομοίως, στον δεύτερο πυκνωτή, το διηλεκτρικό που χρησιμοποιείται είναι γυαλί. Άρα η διαπερατότητα αυτού του πυκνωτή είναι περίπου 4,9 έως 7,5. Έτσι, σε σύγκριση με έναν πυκνωτή αέρα, ένας πυκνωτής με γυάλινο διηλεκτρικό έχει υψηλή διαπερατότητα.

Έτσι, το υλικό με λιγότερη διαπερατότητα θα παρέχει λιγότερη χωρητικότητα και το υλικό με υψηλότερη διαπερατότητα θα παρέχει υψηλή χωρητικότητα. Έτσι, η διαπερατότητα παίζει σημαντικό ρόλο στον καθορισμό της τιμής χωρητικότητας.

Χαρακτηριστικά

Τα χαρακτηριστικά ενός πυκνωτή αέρα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Οι πυκνωτές αέρα είναι μη πολικοί, πράγμα που σημαίνει ότι αυτοί οι πυκνωτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ασφάλεια σε εφαρμογές AC μέχρι να μην ξεπεραστεί η υψηλότερη ονομαστική τάση.
• Αυτοί οι πυκνωτές έχουν μικρή χωρητικότητα που κυμαίνεται μεταξύ 100pF και 1nF.
• Η μέγιστη τάση λειτουργίας εξαρτάται κυρίως από τις φυσικές διαστάσεις του πυκνωτή.
• Μια υψηλή τάση λειτουργίας χρειάζεται ότι ο χώρος μεταξύ δύο πλακών είναι αρκετός για να αποφευχθεί η ηλεκτρική διάσπαση του αέρα.
• Η διηλεκτρική αντοχή του αέρα είναι μικρότερη από πολλά άλλα υλικά, γεγονός που καθιστά αυτούς τους πυκνωτές ακατάλληλους για υψηλές τάσεις.

Πλεονεκτήματα

ο πλεονεκτήματα των πυκνωτών αέρα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Έχει μικρότερο ρεύμα διαρροής που σημαίνει ότι οι απώλειες λειτουργίας μέσα σε αυτόν τον πυκνωτή είναι ελάχιστες, ιδιαίτερα εάν η υγρασία δεν είναι υψηλή.
• Η αντίσταση μόνωσης είναι υψηλή.
• Καλή σταθερότητα.
• Έχουν μικρότερη τάση διάσπασης.
• Ο συντελεστής διάχυσης είναι χαμηλός.

ο μειονεκτήματα των πυκνωτών αέρα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Οι πυκνωτές αέρα διατίθενται σε μεγάλα μεγέθη.
• Αυτοί οι πυκνωτές έχουν μικρότερη χωρητικότητα.
• Αυτά είναι ακριβά.
• Καταλαμβάνει περισσότερο χώρο σε σύγκριση με άλλους πυκνωτές.

Εφαρμογές

ο εφαρμογές πυκνωτών αέρα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Αυτός ο πυκνωτής χρησιμοποιείται συνήθως σε κυκλώματα συντονισμού LC, τα οποία χρειάζονται αλλαγές εντός της χωρητικότητας. Αυτά τα
• Τα κυκλώματα περιλαμβάνουν ραδιοφωνικούς δέκτες, μίκτες συχνότητας και εξαρτήματα αντιστοίχισης σύνθετης αντίστασης για δέκτες κεραίας.
• Αυτά χρησιμοποιούνται συνήθως όπου η ρυθμιζόμενη χωρητικότητα είναι απαραίτητη όπως τα κυκλώματα συντονισμού.
• Αυτός ο πυκνωτής χρησιμοποιείται για τον συντονισμό ραδιοκυκλωμάτων και επίσης σε κυκλώματα όπου απαιτούνται λιγότερες απώλειες.

Έτσι, αυτή είναι μια επισκόπηση ενός αέρα πυκνωτής – λειτουργεί με εφαρμογές. Αυτοί οι πυκνωτές είναι κατασκευασμένοι από αλουμίνιο και λειτουργούν καλά σε πολύ ισχυρά μαγνητικά πεδία. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι το διηλεκτρικό σε έναν πυκνωτή;