ตัวเก็บประจุ

13.9 ตัวเก็บประจุและความจุ 01 (กุมภาพันธ์ 2019).

Anonim

ตัวเก็บประจุ

วงจรไฟฟ้ากระแสตรง


คำถามที่ 1

ระบุประเภทของตัวเก็บประจุบางชนิดและลักษณะของตัวมันเอง

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ไมกากระดาษอิเลคโทรไลต์กระดาษทรายกระดาษอากาศและเซรามิกเป็นรูปแบบที่นิยมมากขึ้น

หมายเหตุ:

มีมากที่จะวิจัยเกี่ยวกับประเภทตัวเก็บประจุที่แตกต่างกันและลักษณะ! กระตุ้นให้นักเรียนค้นคว้าทั้งตำราและผู้ผลิตตัวเก็บประจุสำหรับข้อมูลเพิ่มเติม

คำถามที่ 2

ตัวเก็บประจุแบบ อิเลคโตรไลต์ ถูกสร้างขึ้นอย่างไรและสิ่งที่น่าสนใจอย่างยิ่งเกี่ยวกับการใช้งานของพวกเขา "# 2"> เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ตัวเก็บประจุ "Electrolytic" ใช้ชั้นโลหะออกไซด์บาง ๆ เป็นอิเล็กทริก กระบวนการผลิตเกี่ยวข้องกับการใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงไปยังตัวเก็บประจุใหม่เพื่อสร้างชั้นออกไซด์ นี้ "ขั้ว" มันตลอดชีวิตป้องกันไม่ให้ใช้กับขั้วกลับ

คำถามติดตามผล: ระบุสัญลักษณ์ของวงจรสำหรับตัวเก็บประจุโพลาไรซ์ชนิดใดก็ได้

หมายเหตุ:

มีคุณสมบัติหลายอย่างของตัวเก็บประจุไฟฟ้าที่ไม่เหมือนใครกับชนิดนั้นซึ่งอย่างน้อยที่สุดก็คือวิธีการผลิต เนื่องจากตัวเก็บประจุเหล่านี้ใช้บ่อยๆสำหรับแอพพลิเคชันอิเล็กทรอนิกส์แรงดันต่ำจึงเป็นเรื่องที่ควรจะคุ้มค่ากับเวลาที่นักเรียนได้เรียนรู้อย่างถ่องแท้และรู้ถึงความเฉลียวฉลาดของพวกเขา

คำถามที่ 3

ตัวเก็บประจุมีป้ายกำกับว่า "100 WVDC" ฉลากนี้หมายถึงอะไร? อะไรคือผลของการเกินคะแนนนี้?

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ในการทำงาน ของคาปาซิ เตอร์ คือ 100 โวลต์ ดี.ซี. ความล้มเหลวของวัสดุที่เป็นฉนวนจะเป็นผลมาจากการให้คะแนนแรงดันไฟฟ้าเกิน ในตัวเก็บประจุไฟฟ้าโดยเฉพาะอย่างยิ่งความล้มเหลวอาจรุนแรง!

หมายเหตุ:

เช่นเดียวกับตัวต้านทานและการจัดอันดับความต้านทานมีมากขึ้นในการจัดอันดับของตัวเก็บประจุมากกว่าความจุเพียงคือ! พูดคุยกับนักเรียนเกี่ยวกับความสำคัญของความปลอดภัยในการทำงานกับตัวเก็บประจุไม่เพียง แต่จากอันตรายจากการกระแทกเท่านั้น แต่ยังเกิดจากการระเบิด (เกิดจากแรงดันไฟฟ้ามากเกินไป)

คำถามที่ 4

ตัวเก็บประจุอาจเป็นอันตรายต่อไฟฟ้าช็อตได้แม้ในวงจรที่ไม่มีกำลังไฟ อธิบายว่าทำไม.

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ตัวเก็บประจุมีความสามารถในการจัดเก็บแรงดันและระดับประจุไฟฟ้าที่เป็นอันตรายแม้ว่าแหล่งพลังงานภายนอกจะถูกตัดการเชื่อมต่อก็ตาม

หมายเหตุ:

คำถามติดตามผลที่น่าสนใจเพื่อก่อให้เกิดจะเป็นอย่างไร: เราจะปล่อยประจุตัวเก็บประจุออกมาได้อย่างปลอดภัยด้วยระดับแรงดันไฟฟ้าที่เป็นอันตรายหรือไม่?

คำถามที่ 5

ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ มาก (มักเกิน 1 Farad!) มักใช้ในสายไฟ DC ของเครื่องขยายสัญญาณเสียงกำลังสูงที่ติดตั้งในรถยนต์ ตัวเก็บประจุมีการเชื่อมต่อแบบขนานกับขั้วไฟ DC ของเครื่องขยายเสียงให้ใกล้เคียงกับเครื่องขยายเสียงมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เช่นนี้:

วัตถุประสงค์ของการมีตัวเก็บประจุเชื่อมต่อแบบขนานกับขั้วไฟฟ้าของเครื่องขยายเสียง "# 5"> เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ตัวเก็บประจุจะลดแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นชั่วคราวที่ขั้วไฟฟ้าของเครื่องขยายสัญญาณเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าลดลงตามสายไฟ (จากแบตเตอรี่) ในขณะที่กำลังกระแสชั่วคราวเช่นที่พบเมื่อขยายเสียงเบสหนัก "เต้น" ที่ระดับเสียงสูง

อนึ่งเทคนิคเดียวกันนี้ใช้ในวงจรคอมพิวเตอร์เพื่อทำให้แรงดันไฟฟ้าจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับวงจรตรรกะดิจิตอลซึ่งจะดึงกระแสจากแหล่งจ่ายไฟใน "กระชาก" อย่างรวดเร็วเมื่อสลับระหว่างสถานะ "เปิด" และ "ปิด" ในโปรแกรมนี้ตัวเก็บประจุจะเรียกว่า ตัว เก็บประจุแบบ แยก ตัว ( decoupling capacitors)

หมายเหตุ:

วิศวกรรมระบบเสียงมักสร้างความสนใจให้กับนักเรียนที่รักดนตรีโดยเฉพาะเด็กนักเรียนที่กระหายพลังงานเสียงสูงสุดในระบบเสียงรถยนต์ของพวกเขา! คำถามนี้ออกแบบมาเพื่อกระตุ้นความสนใจให้มากที่สุดเท่าที่มีวัตถุประสงค์เพื่อสำรวจฟังก์ชั่นตัวเก็บประจุ

เกี่ยวกับตัวเก็บประจุ "decoupling" นักเรียนของคุณอาจจะต้องใช้ตัวเก็บประจุในลักษณะนี้เมื่อพวกเขาพัฒนาไปสู่การสร้างวงจรเซมิคอนดักเตอร์ หากคุณมีแผงวงจรพิมพ์จากคอมพิวเตอร์ ("เมนบอร์ด") ที่พร้อมให้แสดงนักเรียนของคุณจะเป็นตัวอย่างที่ดีในการใช้ตัวเก็บประจุที่แยกออกจากกัน

คำถามที่ 6

ตัวเก็บประจุ 10 μFจะถูกประจุด้วยแรงดันไฟฟ้า 20 โวลต์ จำนวนประจุไฟฟ้าที่เก็บประจุไฟฟ้าในตัวเก็บประจุนี้หรือไม่?

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

200 μCของค่าใช้จ่าย

หมายเหตุ:

อย่าให้นักเรียนมีสมการที่จะทำการคำนวณนี้! ให้พวกเขาค้นพบด้วยตัวเอง

คำถามที่ 7

ตัวเก็บประจุ 470 μFอยู่ภายใต้แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงในอัตรา 200 โวลต์ต่อวินาที เท่าไหร่ในปัจจุบันจะมี "ผ่าน" ตัวเก็บประจุนี้หรือไม่?

อธิบายว่าเหตุใดฉันจึงวางเครื่องหมายอัญประกาศรอบคำว่า "ผ่าน" ไว้ในประโยคก่อนหน้านี้ ทำไมคำนี้ไม่สามารถใช้อย่างเต็มที่ในการอธิบายกระแสไฟฟ้าในวงจรตัวเก็บประจุ?

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ตัวเก็บประจุนี้จะมีกระแสคงที่ 94 milliamps (mA) ไป "ผ่าน" คำว่า "ผ่าน" จะอยู่ในเครื่องหมายคำพูดเนื่องจากตัวเก็บประจุไม่มีความต่อเนื่อง

หมายเหตุ:

อย่าให้นักเรียนมีสมการที่จะทำการคำนวณนี้! ให้พวกเขาค้นพบด้วยตัวเอง โน้ต dv / dt อาจเป็นภาษาต่างประเทศสำหรับนักเรียนที่ไม่มีพื้นฐานทางคณิตศาสตร์ที่เข้มแข็ง แต่อย่าปล่อยให้เรื่องนี้เป็นอุปสรรคต่อการเรียนรู้! แต่ใช้วิธีนี้เป็นวิธีที่จะแนะนำนักเรียนเหล่านั้นกับแนวคิดเรื่อง อัตราการเปลี่ยนแปลง และแนวความคิดเกี่ยวกับแคลคูลัสของ อนุพันธ์

คำถามที่ 8

ตัวเก็บประจุ 470 μFสองชุดที่เชื่อมต่ออยู่ในชุดจะต้องใช้แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดที่เปลี่ยนแปลงในอัตรา 200 โวลต์ต่อวินาที เท่าไหร่ในปัจจุบันจะมี "ผ่าน" capacitors เหล่านี้หรือไม่ คำแนะนำ: แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดจะถูกแบ่งเท่ากันระหว่างสองตัวเก็บประจุ

สมมติว่าสองตัวเก็บประจุ 470 μFที่เชื่อมต่อแบบขนานจะมีแรงดันไฟฟ้าที่เท่ากันทั้งหมด (เปลี่ยนในอัตรา 200 โวลต์ต่อวินาที) เท่าไหร่ทั้งหมดในปัจจุบันจะมี "ผ่าน" ตัวเก็บประจุเหล่านี้หรือไม่?

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

การเชื่อมต่อชุด: ทั้งหมด 47 mA (mA) การเชื่อมต่อแบบขนาน: 188 มิลลิแอมป์ (mA)

คำถามติดตามผล: ตัวเลขเหล่านี้บ่งบอกถึงลักษณะของตัวเก็บประจุแบบเชื่อมต่อแบบขนานและแบบขนาน? กล่าวอีกนัยหนึ่งค่าตัวเก็บประจุเดี่ยวที่เทียบเท่ากับตัวเก็บประจุ 470 μFจำนวน 4 ชุดและค่าตัวเก็บประจุเดี่ยวเท่าไรกับตัวเก็บประจุ 470 μFแบบขนาน 4 ตัว?

หมายเหตุ:

หากนักเรียนของคุณประสบปัญหาในการตอบคำถามต่อไปในคำตอบให้สอบถามให้เปรียบเทียบตัวเลขปัจจุบันนี้ (47 mA และ 188 mA) กับกระแสที่จะผ่านตัวเก็บประจุ 470 μFตัวเดียวภายใต้สภาวะเดียวกัน (a. การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ในอัตรา 200 โวลต์ต่อวินาที)

เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่นักเรียนจะรู้ว่าตัวเก็บประจุแบบเชื่อมต่อแบบขนานและขนานกันทำงานได้ดีเพียงใด อย่างไรก็ตามนี่เป็นขั้นตอนของการท่องจำทักทายนักเรียนมากกว่าความเข้าใจที่แท้จริง ด้วยคำถามนี้เป้าหมายคือการทำให้นักเรียนได้รับรู้ถึงการเชื่อมต่อของตัวเก็บประจุตามความเข้าใจเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าแบบอนุกรมและกระแสไฟฟ้าแบบคู่ขนาน

คำถามที่ 9

สมมติว่าตัวเก็บประจุขนาด 33 μFเชื่อมต่อกันเป็นชุด ๆ กัน ความสามารถในการรวมกันของพวกเขาจะเป็นอย่างไรใน Farads? อธิบายคำตอบของคุณ.

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

16.5 μF

หมายเหตุ:

ตัวเก็บประจุมักสับสนนักเรียนใหม่ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เนื่องจากค่าของพวกเขาไม่เพิ่มขึ้นเช่นเดียวกับตัวต้านทาน เป็นสิ่งสำคัญในการตอบคำถามนี้ว่านักเรียนของคุณเข้าใจ ว่าทำไม capacitances ชุดรวมกันตามที่พวกเขาทำ มีอยู่มากกว่าหนึ่งวิธีในการอธิบายปรากฏการณ์นี้ - อธิบายในแง่ของขนาดตัวเก็บประจุหรือในแง่ของการลดแรงดันและการเก็บประจุ

คำถาม 10

คำนวณสมรรถนะทั้งหมดในคอลเลกชันของตัวเก็บประจุนี้โดยวัดระหว่างสองสาย:

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

132.998 pF

คำถามต่อเนื่อง: สมมุติว่าสกรูยึดที่ขั้วต่อหนึ่งขั้วถูกหลุดออกจากตัวนำไฟฟ้าตรงกลางตัวใดตัวหนึ่งทำให้การเชื่อมต่อไม่ดี (เปิด) สิ่งที่มีผลนี้จะมีความจุรวมหมายเหตุ "บันทึกซ่อน" หมายเหตุ:

จะเป็นประโยชน์มากที่สุดในการวาดแผนภาพแผนผังสำหรับเครือข่ายตัวเก็บประจุนี้ก่อนที่จะพยายามทำการคำนวณสมรรถภาพใด ๆ เพื่อให้เข้าใจถึงชุดการเชื่อมต่อ / ขนานได้อย่างชัดเจน

คำถาม 11

ระบุค่าและรูปแบบตัวเก็บประจุต่อไปนี้:

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

หมายเหตุ:

ถามนักเรียนของคุณว่าพวกเขาสามารถบอกได้ว่าค่าของตัวเก็บประจุจะได้รับใน micro farads หรือ pico farads มีวิธีแม้ว่าคำนำหน้าตัวชี้วัดจะไม่ถูกพิมพ์บนตัวเก็บประจุ!

คำถาม 12

ควรตรวจสอบว่าโอห์มมิเตอร์ใช้ตัวเก็บประจุอย่างไรเพื่อตอบคำถาม "# 12"> เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ตัวเก็บประจุ "สุขภาพ" ควรลงทะเบียนเป็นวงจรเปิดระหว่างเทอร์มินัลหลังจากระยะเวลาชาร์จครั้งแรก

คำถามต่อเนื่อง: คุณคิดว่าอะไรคือความล้มเหลว "โหมด" ของตัวเก็บประจุเปิดหรือลัดวงจร? อธิบายคำตอบของคุณ.

หมายเหตุ:

ให้นักเรียนทดสอบตัวเก็บประจุสองสามตัวกับโอห์มเมอร์ในห้องเรียน สำหรับค่าตัวเก็บประจุขนาดใหญ่เวลาในการชาร์จอาจเป็นรูปธรรม! นักเรียนต้องตระหนักถึงเรื่องนี้และผลกระทบที่มีต่อตัวบ่งชี้ของโอห์มมิเตอร์

แม้ว่าการตรวจสอบโอห์มมิเตอร์ของตัวเก็บประจุไม่ได้เป็นการวิเคราะห์ที่ครอบคลุม แต่ก็เป็นสิ่งที่ดีกว่าไม่มีเลยและจะตรวจจับความผิดปกติที่พบได้บ่อยกว่า

คำถามที่ 13

ค้นหาตัวเก็บประจุจริงหนึ่งหรือสองตัวและนำมารวมกันในชั้นเรียนเพื่ออภิปราย ระบุข้อมูลเท่าที่คุณสามารถเกี่ยวกับตัวเก็บประจุของคุณก่อนการสนทนา:

ความจุ (เหมาะ)
ความจุ (ความเป็นจริง)
ระดับแรงดันไฟฟ้า
ประเภท (ไมกา, เมลาร์, อิเลคโทรไลต์ ฯลฯ )
เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ถ้าเป็นไปได้ให้หาแผ่นข้อมูลข้อมูลของผู้ผลิตสำหรับส่วนประกอบของคุณ (หรืออย่างน้อยแผ่นข้อมูลสำหรับส่วนประกอบที่คล้ายกัน) เพื่อหารือกับเพื่อนร่วมชั้นของคุณ

เตรียมพร้อมที่จะ พิสูจน์ ความจุที่แท้จริงของตัวเก็บประจุของคุณในชั้นเรียนโดยการใช้มัลติมิเตอร์ (สมมุติว่ามัลติมิเตอร์ของคุณมีความสามารถในการวัดความจุ)!

หมายเหตุ:

วัตถุประสงค์ของคำถามนี้คือเพื่อให้นักเรียนมีปฏิสัมพันธ์กับประเด็นทางจิตวิทยา ดูเหมือนว่าจะทำให้นักเรียนมีส่วนร่วมในการแสดงและบอกเล่า แต่ฉันพบว่ากิจกรรมเช่นนี้ช่วยให้นักเรียนได้มาก สำหรับผู้เรียนที่คลุกคลีอยู่ในธรรมชาติจะช่วยให้สามารถ สัมผัส ส่วนประกอบที่แท้จริงได้ขณะที่เรียนรู้เกี่ยวกับหน้าที่ของตน แน่นอนคำถามนี้ยังเป็นโอกาสที่ดีสำหรับพวกเขาในการฝึกตีความเครื่องหมายส่วนประกอบใช้ multimeter, datasheets เข้าถึงเป็นต้น

คำถาม 14

พารามิเตอร์ที่สำคัญในสมรรถนะของตัวเก็บประจุคือ ESR กำหนด ESR และอธิบายถึงสาเหตุที่ทำให้

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

"ESR" ย่อมาจาก Equivalent Series Resistance ซึ่งโดยปกติจะเป็นผลมาจากสารอิเล็กทริกของตัวเก็บประจุ

หมายเหตุ:

พูดคุยกับนักเรียนของคุณว่าเหตุใด ESR จึงมีความสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการแยกแอพพลิเคชั่นที่ตัวเก็บประจุคาดว่าจะรับช่วงความถี่ขนาดใหญ่ (dv / dt)

คำถาม 15

ตัวเก็บประจุมักมีรหัสตัวอักษรตามรหัสตัวเลขสามตัว ตัวอย่างเช่นต่อไปนี้คือรหัสตัวเก็บประจุทั่วไปพร้อมด้วยตัวอักษร:

473K
102J
224m
331F

กำหนดความหมายของตัวอักษรที่ใช้กับตัวเก็บประจุตัวเก็บประจุค่าตัวเลขที่เกี่ยวข้องสำหรับตัวอักษรทั้งหมดที่มีอยู่และจากนั้นรหัสตัวเลข / ตัวอักษรเฉพาะสี่ตัวนี้หมายถึง (แสดงไว้ด้านบน)

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

รหัสตัวอักษรใช้เพื่อกำหนด ความอดทน เช่นเดียวกับแถบสีสุดท้ายสำหรับตัวต้านทานส่วนใหญ่ ฉันจะช่วยให้คุณค้นคว้าข้อมูลเกี่ยวกับตัวอักษรด้วยตัวคุณเอง! เหมือนกันสำหรับค่าเฉพาะของป้ายคาปาซิเตอร์สี่ตัวที่แสดงไว้

หมายเหตุ:

รหัสความอดทนของตัวเก็บประจุนั้นง่ายพอสำหรับนักเรียนที่จะค้นคว้าด้วยตัวเอง สำหรับการอ้างอิงของคุณเองแม้ว่า:

D = ± 0.5%
F = ± 1%
G = ± 2%
H = ± 3%
J = ± 5%
K = ± 10%
M = ± 20%
P = + 100%, -0%
Z = + 80%, -20%

เหมือนกันสำหรับสี่ตัวเก็บประจุชื่อในคำถาม:

473K = 47 nF ± 10%
102J = 1 nF ± 5%
224M = 0.22 μF± 20%
331F = 330 pF ± 1%

  • ←แผ่นงานก่อนหน้า

  • ดัชนี Worksheets

  • แผ่นงานถัดไป→