Πυκνωτής και επαγωγέας

Ο πυκνωτής είναι ένα σημαντικό στοιχείο τόσο στα ψηφιακά όσο και στα αναλογικά ηλεκτρικά κυκλώματα. Επιτρέπει το φιλτράρισμα του σήματος και χρησιμεύει ως βασικό στοιχείο μνήμης.

Ο πυκνωτής είναι ένα ηλεκτρικά φορτισμένο στοιχείο που διατηρεί ενέργεια. Ένα πηνίο που αποθηκεύει ενέργεια σε ένα μαγνητικό πεδίο είναι γνωστό ως επαγωγέας.

Πυκνωτής 

Ο πυκνωτής είναι μια συσκευή που αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Είναι ένα παθητικό ηλεκτρικό εξάρτημα δύο ακροδεκτών.

Η λειτουργία ενός πυκνωτή αναφέρεται ως "χωρητικότητα". Ενώ υπάρχει κάποια χωρητικότητα μεταξύ οποιωνδήποτε δύο ηλεκτρικών αγωγών σε κοντινή απόσταση σε ένα κύκλωμα Ένας πυκνωτής είναι ένα εξάρτημα που χρησιμοποιείται για την αύξηση της χωρητικότητας ενός κυκλώματος. Ο πυκνωτής ήταν αρχικά γνωστός ως συμπυκνωτής. Τα πυκνωτικά μικρόφωνα, γνωστά και ως πυκνωτικά μικρόφωνα, αποτελούν μια αξιοσημείωτη εξαίρεση. Αυτό το όνομα και τα συγγενή του εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλές γλώσσες, αλλά μόνο σπάνια στα Αγγλικά.

Επαγωγέας

Όταν το ηλεκτρικό ρεύμα περνά μέσα από αυτό, ένα πηνίο, γνωστό και ως πηνίο, τσοκ ή αντιδραστήρας, αποθηκεύει ενέργεια σε ένα μαγνητικό πεδίο. Ένα πηνίο είναι κατασκευασμένο από ένα πηνίο μονωμένου σύρματος.

Το χρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο παρέχει μια ηλεκτροκινητική δύναμη όταν το ρεύμα που ρέει μέσω του πηνίου ποικίλλει (e.m.f.) (τάση) στον αγωγό, σύμφωνα με τον νόμο επαγωγής του Faraday. Σύμφωνα με το νόμο του Lenz, η επαγόμενη τάση έχει μια πολικότητα (κατεύθυνση) που είναι αντίθετη από τη μετατόπιση του ρεύματος που τη δημιούργησε. Τα πηνία, ως αποτέλεσμα, αντιστέκονται σε όλες τις διακυμάνσεις του ρεύματος που ρέουν μέσα από αυτά.

Σύμβολο πηνίου και πυκνωτή

Εικ:σύμβολο πυκνωτή και επαγωγέα

Αντίσταση και αντίδραση

Μόνο η αντίσταση ενός στοιχείου σε ένα κύκλωμα συνεχούς ρεύματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την περιγραφή του. Σε ένα κύκλωμα συνεχούς ρεύματος, η αντίσταση ενός πυκνωτή αντιμετωπίζεται ως ανοικτή σύνδεση (άπειρη αντίσταση), αλλά η αντίσταση ενός επαγωγέα θεωρείται ως βραχεία σύνδεση (μηδενική αντίσταση). Με άλλα λόγια, σε ένα ιδανικό κύκλωμα DC, η χρήση πυκνωτών ή πηνίων θα ήταν σπατάλη εξαρτημάτων. Παρόλα αυτά, χρησιμοποιούνται ωστόσο σε πρακτικά κυκλώματα, καθώς δεν λειτουργούν ποτέ με ιδανικές σταθερές τάσεις και ρεύματα.

Σε αντίθεση με τα κυκλώματα σταθερής τάσης, η σύνθετη αντίσταση ενός στοιχείου σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ένα μέτρο του πόσο αντιστέκεται στη ροή ρεύματος όταν τοποθετείται μια τάση AC σε αυτό. Είναι ουσιαστικά ένας λόγος τάσης προς ρεύμα στον τομέα της συχνότητας. Η σύνθετη αντίσταση είναι ένας μιγαδικός αριθμός δύο μερών:το πραγματικό και το φανταστικό μέρος:

Z=R+jX

Η μιγαδική αντίσταση συμβολίζεται με το γράμμα Z. Η αντίσταση αντιπροσωπεύεται από το πραγματικό μέρος R, ενώ η αντίδραση αντιπροσωπεύεται από το φανταστικό μέρος X. Η αντίδραση μπορεί να είναι είτε θετική είτε αρνητική, ενώ η αντίσταση είναι πάντα θετική . Σε ένα κύκλωμα, η αντίσταση χάνει ισχύ ως θερμότητα, ενώ η αντίδραση αποθηκεύει ενέργεια ως ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο.

Εμπέδηση ενός πυκνωτή

Οι πυκνωτές είναι ηλεκτρονικά εξαρτήματα που προσθέτουν χωρητικότητα σε ένα κύκλωμα. Χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας με τη μορφή ηλεκτρικού πεδίου για σύντομο χρονικό διάστημα. Αν και είναι θεωρητικά έγκυρος, αυτός ο ορισμός σημαίνει λίγα για έναν χομπίστα ή ακόμα και για τους περισσότερους μηχανικούς. Στον τομέα του χρόνου, είναι πιθανώς πιο ακριβές να πούμε ότι οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται για να καθυστερούν την τάση κατά 90 μοίρες σε σύγκριση με το ρεύμα.

Για την σύνθετη αντίσταση του πυκνωτή, η ακόλουθη εξίσωση χρησιμοποιείται για να αναπαραστήσει αυτό το γεγονός χρησιμοποιώντας μιγαδικούς αριθμούς:

Zc=-jωC

όπου Zc είναι η σύνθετη αντίσταση του πυκνωτή, είναι η γωνιακή συχνότητα (δίνεται από =2f, όπου f είναι η συχνότητα του σήματος) και C είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή. Μόνο αυτός ο τύπος αποκαλύπτει μια σειρά από γεγονότα:

Ένας ιδανικός πυκνωτής έχει μηδενική αντίσταση.

Για όλες τις τιμές συχνότητας και χωρητικότητας, η αντίδραση ενός ιδανικού πυκνωτή, και ως εκ τούτου η σύνθετη αντίστασή του, είναι αρνητική.

Η αποτελεσματική αντίσταση (απόλυτη τιμή) ενός πυκνωτή είναι ανάλογη της συχνότητάς του και πάντα μειώνεται με τη συχνότητα για τέλειους πυκνωτές.

Εμπέδηση ενός επαγωγέα

Οι επαγωγείς, από την άλλη πλευρά, είναι στοιχεία που προσθέτουν επαγωγή σε ένα κύκλωμα. Χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας με τη μορφή μαγνητικού πεδίου για σύντομο χρονικό διάστημα. Οι επαγωγείς χρησιμοποιούνται για να καθυστερούν το ρεύμα κατά 90 μοίρες στον τομέα του χρόνου σε σύγκριση με την τάση.

Η σύνθετη αντίσταση ενός επαγωγέα υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση:

ZL=jωL

όπου ZL είναι η σύνθετη αντίσταση του επαγωγέα, είναι η γωνιακή συχνότητα και L είναι η επαγωγή του επαγωγέα. Από αυτόν τον τύπο, μπορούν να εξαχθούν πολλά συμπεράσματα:

Ένα τέλειο πηνίο έχει μηδενική αντίσταση.

Για όλες τις τιμές συχνότητας και επαγωγής, η αντίδραση ενός ιδανικού επαγωγέα, και ως εκ τούτου η σύνθετη αντίστασή του, είναι θετική.

Η αποτελεσματική σύνθετη αντίσταση ενός επαγωγέα (απόλυτη τιμή) είναι ανάλογη της συχνότητάς του και για ιδανικούς επαγωγείς, αυξάνεται πάντα με τη συχνότητα.

Εφαρμογές πυκνωτή

Σε οποιαδήποτε ηλεκτρική συσκευή, οι πυκνωτές είναι ένα κοινό στοιχείο. Δεν υπάρχουν πολλές πλακέτες κυκλωμάτων που δεν περιλαμβάνουν πυκνωτή. Για την κατασκευή τους χρησιμοποιούνται κεραμικά, ηλεκτρολυτικά, ταντάλιο, πολυεστέρας και άλλα διηλεκτρικά υλικά.

Οι κεραμικοί πυκνωτές χρησιμοποιούνται συνήθως για την αποσύνδεση ή την παράκαμψη στον ακροδέκτη τροφοδοσίας (IC) ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος. Επίσης, εμποδίζουν τα αδέσποτα κύματα RF να παρεμβαίνουν στην τροφοδοσία τάσης.

Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα και ηλεκτρονικά ισχύος όπου απαιτείται υψηλή κατανάλωση ενέργειας.

Πυκνωτές τανταλίου:Λόγω της χρήσης τανταλίου, αυτοί οι πυκνωτές μπορούν να έχουν υψηλότερη τιμή χωρητικότητας ενώ είναι συσκευασμένοι σε μικρότερο κουτί. Έχουν επίσης πιο σταθερή συμπεριφορά και μειωμένα ρεύματα διαρροής.

Εφαρμογές επαγωγέων

Οι επαγωγείς χρησιμοποιούνται σε ποικίλες εφαρμογές ως ένα από τα πιο θεμελιώδη παθητικά στοιχεία.

Φίλτρα:Οι επαγωγείς χρησιμοποιούνται συχνά σε συνδυασμό με πυκνωτές και αντιστάσεις για την κατασκευή φίλτρων για αναλογικά κυκλώματα και επεξεργασία σήματος. Όταν χρησιμοποιούνται μόνα τους, τα πηνία λειτουργούν ως φίλτρο χαμηλής διέλευσης. Όταν πυκνωτές, επαγωγείς και αντιστάσεις χρησιμοποιούνται μαζί, δημιουργούνται περίπλοκα φίλτρα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διάφορες εφαρμογές.

Κινητές:Τα πηνία είναι στερεωμένα in situ και δεν μπορούν να μετακινηθούν ή να ευθυγραμμιστούν σε μαγνητικά πεδία κοντά. Η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε μηχανική με επαγωγικούς κινητήρες. Το μαγνητικό πεδίο του εναλλασσόμενου ρεύματος βοηθά στην περιστροφή του άξονα στους κινητήρες.

Το

Το Transformers είναι μια πολύ γνωστή εφαρμογή. Ένας μετασχηματιστής αποτελείται από επαγωγείς που μοιράζονται την ίδια μαγνητική διαδρομή.

Οι επαγωγείς μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ένα είδος αποθήκευσης ενέργειας. Δεν διατηρούν ενέργεια για μεγάλο χρονικό διάστημα, σε αντίθεση με τους πυκνωτές. Η ενέργεια αποθηκεύεται με τη μορφή του μαγνητικού πεδίου στους επαγωγείς, ωστόσο αυτό αποτυγχάνει όταν δεν υπάρχει πηγή ενέργειας.

Συμπέρασμα 

Ο πυκνωτής είναι ένα στοιχείο ηλεκτρικού κυκλώματος που χρησιμοποιείται για την προσωρινή αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας (φόρτιση) μεταξύ δύο παράλληλων πλακών αγωγών που χωρίζονται από μια μη αγώγιμη ζώνη που χωρίζεται από ηλεκτρικό πεδίο. Οι επαγωγείς είναι ένα από τα τρία στοιχεία παθητικού γραμμικού κυκλώματος που συνθέτουν ηλεκτρονικά κυκλώματα, μαζί με πυκνωτές και αντιστάσεις. Τα πηνία είναι κοινά στον ηλεκτρονικό εξοπλισμό εναλλασσόμενου ρεύματος (AC), ειδικά στον ραδιοεξοπλισμό.