เข้าใจความจุด้วยวิธีนี้ ง่ายมาก!

ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์ที่ใช้กันมากที่สุดในการออกแบบวงจร เป็นหนึ่งในส่วนประกอบแบบพาสซีฟ อุปกรณ์แอคทีฟเป็นเพียงความต้องการพลังงาน (ไฟฟ้า) ของอุปกรณ์ที่เรียกว่าอุปกรณ์แอคทีฟ โดยไม่มีแหล่งพลังงาน (ไฟฟ้า) ของอุปกรณ์คืออุปกรณ์แบบพาสซีฟ .

บทบาทและการใช้ตัวเก็บประจุโดยทั่วไปมีหลายประเภท เช่น บทบาทของบายพาส การแยกส่วน การกรอง การจัดเก็บพลังงาน เมื่อการสั่น การซิงโครไนซ์ และบทบาทของค่าคงที่เวลาเสร็จสมบูรณ์

การแยก Dc: ฟังก์ชั่นคือการป้องกันไม่ให้ DC ผ่านและปล่อยให้ AC ผ่าน.

บายพาส (ดีคัปปลิ้ง) : ให้เส้นทางอิมพีแดนซ์ต่ำสำหรับส่วนประกอบขนานบางตัวในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

ตัวเก็บประจุบายพาส: ตัวเก็บประจุบายพาสหรือที่เรียกว่าตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนเป็นอุปกรณ์กักเก็บพลังงานที่ให้พลังงานแก่อุปกรณ์ ใช้ลักษณะความถี่ความต้านทานของตัวเก็บประจุ ลักษณะความถี่ของตัวเก็บประจุในอุดมคติเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น ความต้านทานลดลง เช่นเดียวกับบ่อ สามารถทำให้แรงดันเอาต์พุตเอาท์พุตสม่ำเสมอ ลดความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าโหลด ตัวเก็บประจุบายพาสควรอยู่ใกล้กับพินแหล่งจ่ายไฟและพินกราวด์ของอุปกรณ์โหลดมากที่สุด ซึ่งเป็นข้อกำหนดด้านอิมพีแดนซ์

เมื่อวาด PCB ให้ใส่ใจเป็นพิเศษว่าเฉพาะเมื่อใกล้กับส่วนประกอบเท่านั้นจึงจะสามารถระงับระดับความสูงของพื้นดินและสัญญาณรบกวนที่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าที่มากเกินไปหรือการส่งสัญญาณอื่น ๆ ได้ พูดตรงๆ ก็คือ ส่วนประกอบ AC ของแหล่งจ่ายไฟ DC จะเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟผ่านตัวเก็บประจุ ซึ่งมีบทบาทในการทำให้แหล่งจ่ายไฟ DC บริสุทธิ์ C1 คือตัวเก็บประจุบายพาสในรูปต่อไปนี้ และภาพวาดควรอยู่ใกล้กับ IC1 มากที่สุด

ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วน: ตัวเก็บประจุแบบแยกตัวคือการรบกวนของสัญญาณเอาท์พุตเป็นวัตถุตัวกรอง ตัวเก็บประจุแบบแยกตัวจะเทียบเท่ากับแบตเตอรี่ การใช้ประจุและการคายประจุ เพื่อให้สัญญาณขยายจะไม่ถูกรบกวนโดยการกลายพันธุ์ของกระแสไฟฟ้า . ความจุของมันขึ้นอยู่กับความถี่ของสัญญาณและระดับการปราบปรามของระลอกคลื่น และตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนจะมีบทบาท "แบตเตอรี่" เพื่อให้สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าในวงจรขับเคลื่อน และหลีกเลี่ยงการรบกวนการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างกัน

จริงๆ แล้ว ตัวเก็บประจุบายพาสเป็นแบบแยกส่วน แต่ตัวเก็บประจุบายพาสโดยทั่วไปหมายถึงบายพาสความถี่สูง กล่าวคือ เพื่อปรับปรุงสัญญาณรบกวนการสลับความถี่สูงของเส้นทางปล่อยอิมพีแดนซ์ต่ำ ความจุบายพาสความถี่สูงโดยทั่วไปมีขนาดเล็ก และความถี่เรโซแนนซ์โดยทั่วไปคือ 0.1F, 0.01F ฯลฯ ความจุของตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนโดยทั่วไปมีขนาดใหญ่ซึ่งอาจเป็น 10F หรือใหญ่กว่า ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์การกระจายในวงจรและ การเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันของไดรฟ์

ความแตกต่างระหว่างพวกเขา: บายพาสคือการกรองสัญญาณรบกวนในสัญญาณอินพุตเป็นวัตถุ และการแยกสัญญาณคือการกรองสัญญาณรบกวนในสัญญาณเอาท์พุตเป็นวัตถุ เพื่อป้องกันไม่ให้สัญญาณรบกวนกลับสู่แหล่งจ่ายไฟ

Coupling: ทำหน้าที่เชื่อมต่อระหว่างสองวงจร โดยยอมให้สัญญาณ AC ผ่านและส่งไปยังวงจรระดับถัดไป

ตัวเก็บประจุถูกใช้เป็นส่วนประกอบข้อต่อเพื่อส่งสัญญาณเดิมไปยังระยะหลัง และเพื่อป้องกันอิทธิพลของกระแสตรงในอดีตในระยะหลัง เพื่อให้การดีบักวงจรทำได้ง่ายและประสิทธิภาพมีเสถียรภาพ หากการขยายสัญญาณ AC ไม่เปลี่ยนแปลงโดยไม่มีตัวเก็บประจุ แต่จุดทำงานในทุกระดับจำเป็นต้องได้รับการออกแบบใหม่ เนื่องจากอิทธิพลของระยะด้านหน้าและด้านหลัง การดีบักจุดทำงานจึงเป็นเรื่องยากมากและแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะบรรลุผลที่ หลายระดับ

ตัวกรอง: สิ่งนี้สำคัญมากสำหรับวงจร โดยพื้นฐานแล้วตัวเก็บประจุที่อยู่ด้านหลัง CPU มีบทบาทนี้

นั่นคือ ยิ่งความถี่ f ยิ่งมาก อิมพีแดนซ์ Z ของตัวเก็บประจุก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น เมื่อความถี่ต่ำ ความจุ C เนื่องจากความต้านทาน Z มีขนาดค่อนข้างใหญ่ สัญญาณที่เป็นประโยชน์สามารถส่งผ่านได้อย่างราบรื่น ที่ความถี่สูง ตัวเก็บประจุ C มีขนาดเล็กมากอยู่แล้วเนื่องจากอิมพีแดนซ์ Z ซึ่งเทียบเท่ากับการลัดวงจรสัญญาณรบกวนความถี่สูงไปยัง GND

การทำงานของตัวกรอง: ความจุในอุดมคติ ยิ่งความจุมากขึ้น อิมพีแดนซ์ก็จะยิ่งน้อยลง ความถี่ในการส่งก็จะยิ่งสูงขึ้น โดยทั่วไปตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าจะมากกว่า 1uF ซึ่งมีส่วนประกอบตัวเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ ดังนั้นความต้านทานจะมีขนาดใหญ่หลังจากความถี่สูง เรามักจะเห็นว่าบางครั้งมีตัวเก็บประจุไฟฟ้าความจุขนาดใหญ่ขนานกับตัวเก็บประจุขนาดเล็ก ในความเป็นจริงตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ผ่านความถี่ต่ำ ความจุขนาดเล็กผ่านความถี่สูง เพื่อกรองความถี่สูงและต่ำออกได้อย่างเต็มที่ ยิ่งความถี่ของตัวเก็บประจุสูงเท่าใด การลดทอนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ตัวเก็บประจุก็เหมือนบ่อ น้ำเพียงไม่กี่หยดก็ไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ กล่าวคือ ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าไม่ใช่ช่วงเวลาที่ดีเมื่อ สามารถบัฟเฟอร์แรงดันไฟฟ้าได้

รูปที่ C2 การชดเชยอุณหภูมิ: เพื่อปรับปรุงเสถียรภาพของวงจรโดยการชดเชยผลกระทบของการปรับอุณหภูมิที่ไม่เพียงพอของส่วนประกอบอื่นๆ

การวิเคราะห์: เนื่องจากความจุของตัวเก็บประจุไทม์มิ่งเป็นตัวกำหนดความถี่การสั่นของไลน์ออสซิลเลเตอร์ ความจุของตัวเก็บประจุไทม์มิ่งจึงจำเป็นต้องมีความเสถียรมากและไม่เปลี่ยนแปลงตามการเปลี่ยนแปลงของความชื้นในสิ่งแวดล้อม เพื่อให้ความถี่การสั่นของ ออสซิลเลเตอร์เส้นเสถียร ดังนั้นตัวเก็บประจุที่มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวกและลบจึงถูกนำมาใช้แบบขนานเพื่อดำเนินการเสริมอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิในการทำงานเพิ่มขึ้น ความจุของ C1 จะเพิ่มขึ้น ในขณะที่ความจุของ C2 จะลดลง ความจุรวมของตัวเก็บประจุสองตัวขนานกันคือผลรวมของความจุของตัวเก็บประจุสองตัว เนื่องจากความจุหนึ่งเพิ่มขึ้นในขณะที่อีกความจุหนึ่งลดลง ความจุทั้งหมดโดยทั่วไปจึงไม่เปลี่ยนแปลง ในทำนองเดียวกัน เมื่ออุณหภูมิลดลง ความจุของตัวเก็บประจุตัวหนึ่งจะลดลง และอีกตัวหนึ่งจะเพิ่มขึ้น และความจุรวมโดยทั่วไปจะไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งจะทำให้ความถี่การสั่นคงที่และบรรลุวัตถุประสงค์ของการชดเชยอุณหภูมิ

เวลา: ตัวเก็บประจุจะใช้ร่วมกับตัวต้านทานเพื่อกำหนดค่าคงที่เวลาของวงจร

เมื่อสัญญาณอินพุตกระโดดจากต่ำไปสูง วงจร RC จะถูกอินพุตหลังจากการบัฟเฟอร์ 1 ลักษณะการชาร์จตัวเก็บประจุทำให้สัญญาณที่จุด B ไม่กระโดดทันทีพร้อมกับสัญญาณอินพุต แต่มีกระบวนการเพิ่มขึ้นทีละน้อย เมื่อมีขนาดใหญ่เพียงพอ บัฟเฟอร์ 2 จะพลิก ส่งผลให้เกิดความล่าช้าในการกระโดดจากต่ำไปสูงที่เอาต์พุต

เวลาคงที่: ยกตัวอย่างวงจรรวมซีรีย์ RC ทั่วไป เมื่อแรงดันสัญญาณอินพุตถูกจ่ายไปที่ปลายอินพุต แรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น กระแสการชาร์จจะลดลงตามการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้า ตัวต้านทาน R และตัวเก็บประจุ C เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับสัญญาณอินพุต VI และสัญญาณเอาต์พุต V0 จากตัวเก็บประจุ C เมื่อค่า RC (τ) และคลื่นสี่เหลี่ยมอินพุต ความกว้าง tW พบ: τ "tW" วงจรนี้เรียกว่าวงจรรวม

การปรับ: การปรับวงจรที่ขึ้นกับความถี่อย่างเป็นระบบ เช่น โทรศัพท์มือถือ วิทยุ และโทรทัศน์

เนื่องจากความถี่เรโซแนนซ์ของวงจรการสั่นที่ปรับด้วย IC เป็นฟังก์ชันของ IC เราจึงพบว่าอัตราส่วนของความถี่เรโซแนนซ์สูงสุดต่อความถี่ต่ำสุดของวงจรการสั่นจะแปรผันตามรากที่สองของอัตราส่วนความจุ อัตราส่วนความจุในที่นี้หมายถึงอัตราส่วนของความจุเมื่อแรงดันไบแอสย้อนกลับมีค่าต่ำสุดถึงความจุเมื่อแรงดันไบแอสย้อนกลับสูงที่สุด ดังนั้น เส้นโค้งลักษณะการปรับแต่งของวงจร (ความถี่ไบแอส-เรโซแนนซ์) จึงเป็นพาราโบลา

วงจรเรียงกระแส: การเปิดหรือปิดองค์ประกอบสวิตช์ตัวนำกึ่งปิดในเวลาที่กำหนดไว้

การจัดเก็บพลังงาน: เก็บพลังงานไฟฟ้าเพื่อปล่อยเมื่อจำเป็น เช่น แฟลชกล้อง อุปกรณ์ทำความร้อน เป็นต้น

โดยทั่วไปตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าจะมีบทบาทในการกักเก็บพลังงาน สำหรับตัวเก็บประจุเก็บพลังงานแบบพิเศษ กลไกของการเก็บพลังงานแบบ capacitive คือตัวเก็บประจุแบบชั้นไฟฟ้าสองชั้นและตัวเก็บประจุแบบฟาราเดย์ รูปแบบหลักคือการเก็บพลังงานแบบซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ ซึ่งซุปเปอร์คาปาซิเตอร์เป็นตัวเก็บประจุโดยใช้หลักการของชั้นไฟฟ้าสองชั้น

เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ถูกนำไปใช้กับเพลตทั้งสองของซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ อิเล็กโทรดบวกของเพลตจะเก็บประจุบวก และเพลตลบจะเก็บประจุลบ เช่นเดียวกับในตัวเก็บประจุทั่วไป ภายใต้สนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุบนสองแผ่นของซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ ประจุตรงข้ามจะเกิดขึ้นบนส่วนต่อประสานระหว่างอิเล็กโทรไลต์และอิเล็กโทรด เพื่อสร้างสมดุลของสนามไฟฟ้าภายในของอิเล็กโทรไลต์

ประจุบวกและประจุลบนี้จัดเรียงอยู่ในตำแหน่งตรงกันข้ามบนพื้นผิวสัมผัสระหว่างสองเฟสที่แตกต่างกันโดยมีช่องว่างที่สั้นมากระหว่างประจุบวกและประจุลบ และชั้นการกระจายประจุนี้เรียกว่าชั้นไฟฟ้าสองชั้น ดังนั้นความจุไฟฟ้าจึงมีขนาดใหญ่มาก