回路の基盤は、3 つの基本的な電子部品に依存します。それらは、抵抗、インダクタ、およびコンデンサです。コンデンサは、通常の電池と同じように、エネルギーを蓄えることができるデバイスです。コンデンサのサイズは、その目的によって異なります。この教材では、コンデンサの意味、コンデンサの働きと容量、およびその用途について学びます。
コンデンサの紹介
コンデンサは、電荷を蓄えるための部品です。これは、絶縁材料で分離された 2 つの金属板 (導体とも呼ばれます) で構成されています。ここで使用される断熱材は、プラスチック、ガラス、またはセラミックのいずれかです。金属板の間に存在する絶縁層は、誘電体として知られています。
コンデンサの金属板を外部バッテリーの 2 つの端子に接続すると、それぞれ正電荷と負電荷が蓄積され始めます。コンデンサは、回路内で直列または並列に接続できます。
コンデンサはどのように機能しますか?
コンデンサを直流回路に接続すると、金属板に蓄積された電荷によって電圧が上昇しますが、電流は制限されます。これは、使用される誘電体が絶縁材料であるためです。一方、コンデンサを交流回路に接続すると、電流の流れは影響を受けず、コンデンサを通過しやすくなります。
コンデンサの静電容量
前述のように、コンデンサには絶縁体によって分離された 2 つの導体があります。
2 つの導体の電荷を Q1 と Q2 とし、それらの電位をそれぞれ V1 と V2 とします。
実際には、2 つの導体の電荷は Q と -Q になります。
2 つの導体間の電位差は V=V1- V2 です。金属プレートのそれぞれを充電バッテリーの 2 つの端子に接続することで、2 つの導体を充電できます。帯電した金属板は、2 つの導体間の領域に電界を生成します。生成される電場は、電荷 Q に正比例します。V で表される電位差は、単位正電荷あたりの仕事です。電荷 Q は電位差 V に正比例します。したがって、比率 QV は次の式で与えられます。
C =QV
ここで、C は定数で、コンデンサの静電容量です。
静電容量の SI 単位は、著名な科学者マイケル ファラデーにちなんで名付けられたファラッドです。
1 ファラッドは 1 クーロン volt-1 に相当します。つまり、1F =1C V-1 です。
コンデンサは、漏れを防ぐために限られた量の電荷しか蓄えられません。ファラッドは大きな単位であるため、ファラッドの約数であるマイクロファラッド、ナノファラッド、ピコファラッドが静電容量の標準単位として使用されます。
- 1 マイクロファラッド (1F) =10-6F
- 1 ナノファラッド (1nF) =10-9F
- 1 ピコファラド (1pF) =10-12F
コンデンサの静電容量は、導体のサイズ、形状、および距離に依存します。場合によっては、コンデンサに使用されている絶縁材料も静電容量に影響を与えることがあります.
電位差が大きいほど、導体間の電界が強くなります。破壊することなく最大の電界に耐える誘電体媒体の容量は、その絶縁耐力と呼ばれます。空気の絶縁耐力は約 3 × 106 Vm-1 です。
コンデンサが漏れることなく最大の電荷を蓄えるには、電位差 (V) と電界が破壊されないように、その静電容量が十分に大きくなければなりません。
コンデンサの用途
コンデンサはあらゆる電子機器の重要な部分であり、いくつかの用途があります。コンデンサにはさまざまな種類があり、適切なコンデンサの選択によって性能が決まります。以下に、コンデンサのいくつかのアプリケーションを示します。
- 静電容量値の高いコンデンサは、スーパーキャパシタとして知られています。バス、自動車、クレーンに使用されています。スーパー キャパシタは、メモリ バックアップと回生ブレーキにも使用されます。
- 電解コンデンサは、より大きな静電容量値を提供する分極コンデンサです。これらは、オーディオのカップリングおよびデカップリング アプリケーション、および低周波数制限のある電源で使用されます。
- セラミック コンデンサは一般に安価であり、その用途はオーディオから RF などの高周波回路に見られます。セラミック コンデンサはディスク コンデンサとも呼ばれます。
結論
コンデンサは、エネルギーを蓄えるために電子回路で使用されるコンポーネントです。コンデンサでは、絶縁体 (誘電体と呼ばれる) によって分離された 2 つの導体がエネルギーを蓄えます。コンデンサには、保持する電荷の量に応じてさまざまなサイズがあります。ここでは、コンデンサの仕組み、実効静電容量を求める手順、コンデンサのさまざまな用途について学びました。
