What is a Capacitor？

O que é um capacitor

Um capacitor é um elemento que armazena eletricidade e energia elétrica (energia potencial). Um condutor cercado por outro condutor, ou um condutor no qual as linhas de campo elétrico que emanam de um condutor terminam todas no outro, é chamado de capacitor. Um capacitor armazena carga quando uma tensão é aplicada entre as duas placas extremas do capacitor. A capacitância de um capacitor é numericamente igual à razão entre a carga em uma placa condutora e a tensão entre as duas placas. A unidade básica de capacitância de um capacitor é o farad (F). A letra C é normalmente usada em diagramas de circuitos para indicar elementos capacitivos.

Símbolo do capacitor

Internationally standardized, the amount of charge that can be stored in a capacitor when a 1-volt DC voltage is applied to it is the capacitance (i.e., the amount of electricity per unit voltage) of the capacitor, denoted by the letter C. The basic unit of capacitance is the farad (F), which is the voltage ratio between the two electrodes. The basic unit of capacitance is the farad (F). In 1-volt DC voltage, if the capacitor stored charge for 1 coulomb, the capacitance is set at 1 farad, farad with the symbol F, 1F = 1C/V. In practice, the capacitance of the capacitor is often much smaller than 1 farad, commonly used smaller units such as millifarads (mF), microfarads (μF), nano-farads (nF), pico-farads (pF), and so on, the relationship between: 1 microfarad equal to a millionth of a farad; 1 pifa is equal to one-millionth of a microfarad, i.e.: 1 farad (F) = 1,000 millifarads (mF); 1 millifarad (mF) = 1,000 microfarads (μF); 1 microfarad (μF) = 1,000 nanofarads (nF); 1 nanofarad (nF) = 1,000 pifaads (pF); i.e.: 1F = 1,000,000 μF; 1 μF = 1,000,000 pF.

Capacitores Quais são os usos de

Os capacitores desempenham um papel importante nos circuitos, como sintonização, desvio, acoplamento e filtragem.Em um circuito CC, um capacitor é o equivalente a um disjuntor.Um capacitor é um componente capaz de armazenar carga e é um dos componentes eletrônicos mais usados.
●Acoplamento: Os capacitores usados em circuitos de acoplamento são chamados de capacitores de acoplamento e são usados em um grande número de amplificadores com acoplamento resistivo e outros circuitos com acoplamento capacitivo para isolar a corrente contínua da corrente alternada.
●Filtragem: Os capacitores usados em circuitos de filtragem são chamados de capacitores de filtragem e são usados na filtragem da fonte de alimentação e em vários circuitos de filtragem. Os capacitores de filtragem removem sinais em uma determinada faixa de frequência do sinal total.
●Desacoplamento: Os capacitores usados em circuitos de desacoplamento são chamados de capacitores de desacoplamento, que são usados em circuitos de alimentação de tensão CC de amplificadores de vários estágios para eliminar ligações cruzadas de baixa frequência prejudiciais entre cada estágio do amplificador.
Cancelamento de alta frequência: Um capacitor usado em um circuito de cancelamento de alta frequência é chamado de capacitor de cancelamento de alta frequência. Em um amplificador de feedback negativo de áudio, esse circuito de capacitor é usado para cancelar uma possível autoexcitação de alta frequência a fim de eliminar um possível assobio de alta frequência no amplificador.
Ressonância: O capacitor usado no circuito ressonante LC é chamado de capacitor ressonante, que é necessário tanto em circuitos ressonantes LC paralelos quanto em série.
Bypass: Os capacitores usados em circuitos de desvio são chamados de capacitores de desvio. Se uma determinada faixa de sinais precisar ser removida de um sinal em um circuito, um circuito de capacitor de desvio pode ser usado e, dependendo da frequência do sinal a ser removido, há circuitos de capacitor de desvio de domínio de frequência total (todos os sinais CA) e circuitos de capacitor de desvio de alta frequência.
●Neutralização: Um capacitor usado em um circuito de neutralização é chamado de capacitor de neutralização. Esses circuitos de capacitores de neutralização são usados em amplificadores de rádio de alta frequência e de frequência intermediária e em amplificadores de alta frequência de televisão para eliminar a autoexcitação.
●Tempo: Os capacitores usados em circuitos de temporização são chamados de capacitores de temporização. Os circuitos de capacitores de temporização são usados em circuitos que exigem controle de tempo por meio de capacitores de carga e descarga, que controlam o tamanho da constante de tempo.
●Integração: Um capacitor usado em um circuito de integração é chamado de capacitor de integração. Esse circuito de capacitor integral é usado em circuitos de separação síncrona para varredura de campo potencial para remover o sinal de sincronização de campo do sinal de sincronização composto de campo.
●Diferencial: Um capacitor usado em um circuito diferencial é chamado de capacitor diferencial. Esse circuito de capacitor diferencial é usado em um circuito de disparo para obter um sinal de disparo de pico de vários tipos de sinais (principalmente de pulso retangular).
●Remuneração: Um capacitor usado em um circuito de compensação é chamado de capacitor de compensação, e esse circuito de capacitor de compensação de baixa frequência é usado no circuito de compensação de graves de um toca-fitas para aumentar o sinal de baixa frequência no sinal de reprodução, e há também um circuito de capacitor de compensação de alta frequência.
Bootstrap: O capacitor usado no circuito de bootstrap é chamado de capacitor de bootstrap, e esse circuito de capacitor de bootstrap é usado no circuito do estágio de saída dos amplificadores de potência OTL comumente usados para aumentar a amplitude do meio ciclo positivo do sinal em uma pequena quantidade por meio de realimentação positiva.
● Crossover: O capacitor em um circuito de crossover é chamado de capacitor de crossover. No circuito de crossover de alto-falante de um alto-falante, um circuito de capacitor de crossover é usado para permitir que o alto-falante de alta frequência opere na banda de alta frequência, o alto-falante de média frequência opere na banda de média frequência e o alto-falante de baixa frequência opere na banda de baixa frequência.
● Capacitância de carga: Essa é a capacitância externa efetiva que determina a frequência de ressonância da carga junto com o ressonador de cristal de quartzo. Os valores padrão da capacitância de carga são 16pF, 20pF, 20pF, 20pF, 20pF, 20pF, 20pF, 20pF e 20pF.

Como os capacitores funcionam

Um capacitor é um componente eletrônico capaz de armazenar uma carga elétrica, e seu princípio de operação baseia-se no acúmulo e na liberação de carga.

1. Construção básica
   A capacitor consists of two conductive electrodes (usually metal plates) with an insulating medium (e.g. air, plastic, ceramic, etc.) in between. This structure is similar to a “sandwich”, the charge can be accumulated in the electrodes, but can not flow directly through the insulating medium. 2. charging process
2. Processo de carregamento
   Quando um capacitor é conectado a uma fonte de alimentação, o processo de carregamento é iniciado:
   O polo positivo da fonte de alimentação fornece uma carga positiva a um eletrodo, e o polo negativo fornece uma carga negativa ao outro eletrodo.
   Devido à barreira do meio isolante, a carga não pode passar diretamente, mas só pode se acumular nos respectivos eletrodos.
   Com o acúmulo de carga, a diferença de potencial entre os eletrodos aumenta gradualmente até se igualar à tensão de alimentação, e o processo de carregamento termina.
3. Processo de descarga
   Quando um capacitor é desconectado da fonte de alimentação e conectado a uma carga, o processo de descarga é iniciado:
   A carga nos eletrodos forma uma corrente através da carga sob a ação da força do campo elétrico.
   À medida que a carga é liberada, a diferença de potencial entre os eletrodos diminui até chegar a zero e o processo de descarga termina.
4. Capacitância e campos elétricos
   A capacitância (C) de um capacitor indica sua capacidade de armazenar carga e é calculada pela fórmula:
   C=Q/, Equação do capacitor
   Capacitance Determinant:C=εS/(4Tkd)
   Cálculo da capacitância: C=Q/U
   where ϵ is the dielectric constant of the insulating medium, S is the electrode area, and d is the distance between the electrodes. The electric field plays a central role in the charging and discharging process, driving the movement of charges.

A energia armazenada em um capacitor é energia do campo elétricoque é essencialmente a energia potencial armazenada no campo elétrico entre as placas condutoras. Quando um capacitor é carregado, as cargas se acumulam sob a influência do campo elétrico, convertendo a energia elétrica em energia do campo elétrico; durante a descarga, a energia do campo elétrico é liberada como outras formas de energia.

Fórmulas para calcular a energia do capacitor

A energia de um capacitor pode ser calculada usando as três fórmulas equivalentes a seguir, dependendo dos parâmetros conhecidos (capacitância C, tensão U, ou cobrar Q):

1. Baseado em tensão e capacitância:

Essa fórmula mostra que a energia é proporcional à capacitância e ao quadrado da tensão, o que a torna adequada para cenários em que a tensão de carga é conhecida.

2. Com base na carga e na tensão:

Isso calcula a energia por meio da diferença de potencial durante a transferência de carga, geralmente usada para analisar o processo de carregamento.

3. Baseado em carga e capacitância:

Isso é aplicável quando a carga e a capacitância são conhecidas, como no cálculo de energia de um condutor isolado.

Principais fatores de influência

• Capacitância: Determinado pela área da placa (S), espaçamento (d) e a permissividade (ε) (where C=εS/dC=εS/d). Aumentar a área da placa ou reduzir o espaçamento aumenta a capacidade de armazenamento de energia.
• Tensão operacional: A energia é proporcional ao quadrado da tensão, mas exceder a tensão nominal pode causar avarias.
• Características de frequência: Em altas frequências, a capacitância diminui, o que pode afetar a eficiência do armazenamento de energia.

Como aumentar a energia do capacitor

Para aumentar efetivamente o armazenamento de energia do campo elétrico dos capacitores, a primeira tarefa é selecionar os capacitores.Precisamos prestar atenção à capacitância e à tensão do capacitor e preferir capacitores de grande capacidade e alta tensão com boa resistência à tensão e características de baixa perda para garantir sua estabilidade e confiabilidade. Em segundo lugar, o armazenamento de energia pode ser aumentado diretamente com o aumento da tensão operacional ou com o aumento da capacitância do capacitor. Por exemplo, ao conectar dois capacitores com a mesma capacitância em série, a capacitância total pode ser duplicada, aumentando significativamente a energia do campo elétrico. Além disso, a conexão em série de capacitores não só aumenta a energia do campo elétrico, mas também realiza várias funções, como correção do fator de potência e filtragem, que são amplamente utilizadas. Em resumo, por meio da seleção cuidadosa dos capacitores, do aprimoramento razoável de seu armazenamento de energia e do uso inteligente da tecnologia de conexão em série, é possível aumentar significativamente a capacidade de armazenamento de energia do campo elétrico do capacitor, para que a otimização do desempenho e da estabilidade do circuito estabeleça uma base sólida.

Qual é a expectativa de vida de um capacitor?

1. A faixa geral de vida útil do capacitor
   De modo geral, os capacitores de potência são projetados para uma vida útil de 8 a 12 anos. No entanto, isso não significa que todos os capacitores precisem ser substituídos dentro desse prazo, pois a vida útil real pode ser afetada por vários fatores. Por exemplo, a temperatura ambiente, a tensão de operação, as condições de carga e a qualidade do próprio capacitor terão impacto sobre sua vida útil.
2. Principais fatores que afetam a vida útil dos capacitores
   Temperatura ambiente: A alta temperatura acelera a evaporação e a decomposição do eletrólito no interior do capacitor, reduzindo assim sua capacidade e o valor da tensão. Além disso, as altas temperaturas também levam ao envelhecimento do material isolante no interior do capacitor, reduzindo ainda mais sua vida útil.
   Condições de carga:Se um capacitor for operado sob sobrecarga por um longo período de tempo, poderá ocorrer superaquecimento ou mau funcionamento, reduzindo assim sua vida útil.
   Qualidade do capacitor: os capacitores de alta qualidade geralmente têm materiais isolantes melhores, processos de fabricação mais rigorosos e embalagens mais confiáveis, o que resulta em maior resistência ao envelhecimento e durabilidade.
3. Como prolongar a vida útil dos capacitores
   Para prolongar a vida útil dos capacitores, as seguintes medidas podem ser tomadas:
   Mantenha um ambiente de trabalho e uma faixa de temperatura adequados e evite ambientes com alta temperatura, umidade e corrosão.
   Seleção e projeto razoáveis de capacitores para garantir que a tensão e a carga que eles suportam estejam dentro da faixa adequada.
   Manutenção e inspeção regulares, detecção e tratamento oportunos de condições anormais dos capacitores, como degradação da capacidade, danos físicos, etc.
   Em resumo, embora a vida útil dos capacitores seja geralmente de 8 a 12 anos, o tempo exato de substituição precisa ser avaliado de forma abrangente, de acordo com as condições reais de operação e os fatores ambientais. Ao tomar medidas razoáveis, podemos estender efetivamente a vida útil dos capacitores e garantir a operação estável de equipamentos e circuitos eletrônicos.