Вход

Конденсатор

Реферат по физике
Дата добавления: 13 апреля 2003
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 512 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
Конденсаторы являю тся непременным элементом любых электронных с хем , от простых до самых сложных . Тру дно себе представить какую бы то ни б ыло электронную схему , в которой не исполь зуются конденсаторы . За два с половиной ве ка своего существования они весьма значительн о изменили свой облик и сегодня отвечают всем требованиям передовой технологи и . Некоторые конденсаторы стоят не больше рубля , но их производство в мировом масшта бе исчисляется миллиардами долларов. Принципы изготовления конденсаторов стали известны еще 250 лет назад , когда в 1745 г . в Лейдене немецкий физик Эваль д Юр ген фон Клейст и нидерландский физик Пите р ван Мушенбрук создали первый конденсатор - "лейденскую банку " - в ней диэлектриком были стенки стеклянной банки , откуда и возникл о название . Эти принципы не изменились до сих пор , однако совершенствование тех н ологий и применение новых материалов позволили значительно улучшить конструкцию кон денсаторов . Суммарный заряд , который мог накап ливаться в лейденской банке емкостью 1 литр , теперь можно "уместить " в устройстве размер ом не больше булавочной головки . За по с ледние 30 лет размеры конденсаторов уменьшались столь же быстро , сколь быстро происходила миниатюризация в электронике . Ведь легко можно вспомнить как еще 15 – 20 ле т назад компьютеры (ЭВМ ) были настолько ог ромными , что занимали целые залы . Сейчас ж е , мин и атюрный компьютер с легкост ь умещается у нас на ладони , хотя его производительность в десятки раз выше. Мало кому известно , что на ш великий электротехник Павел Николаевич Ябло чков , изобретший дуговую лампу особой констру кции , одновременно занимался разрабо ткой и использованием конденсаторов и достиг выдаю щихся результатов . Основные работы по конденс аторам отражены в его публикациях (докладах и патентах ) 1877 – 1880 гг . Так , во французском патенте № 120684, выданном П.Н . Яблочкову 11 октяб ря 1877 г ., речь и д ет о лейденских банках и «конденсаторах особых типов» . Дл я примера на рис .1 представлена батарея ле йденских бутылок с проводящей жидкостью . Из бутылок выступают стержневые выводы , соединенны е между собой . От сосуда отходит другой общий вывод. В этом патенте для нас на ибольший интерес представляют «конденсаторы особ ых типов» в виде стопки (блока ) металличес ких пластин (или полос ок фольги ) с находящимися между ними изоляционными слоями (пластинами ), при этом четные металлические пла стины (полоски фольги ) соединены между собой общим проводником , а нечетные другим (рис . 2). П.Н.Яблочков указывает , что такие блоки мож но соединять др у г с другом па раллельно или последовательно . Блочная (пакетная ) конструкция , предложенная им , впоследствии нашл а широкое применение. В конце 1877 года и в начале 1878г . П .Н.Яблочков демонстрировал конденсаторы , предназначавш иеся для его системы электрического освещения . Они представляли собой свернутые в рулон листы оловянной фольги , разделенные слоями пластыря и гуттаперчи . В реферате док лада П.Н.Яблочкова отмечалось , что такие конден саторы «позволяют получать в небольшом объеме громадные электрические мощности». В дополнении от 12 октября 1878 года цитиро ванному выше патенту № 120684 Павел Николаевич Яблочков заявляет свои пра ва на «м еталлические листки , покрытые изолирующим веществ ом , специально в целях устройства конденсатор а посредством погружения таких изолирующих пл астин в жидкость , содержавшуюся в резервуаре». Можно предположить , что П.Н . Яблочков в след за А.Вольтой , кото рый изобрел лак опленочный конденсатор , покрывал пластинки или фольгу лаком . Предложенная Яблочковым конденсат орная обкладка в виде проводящей жидкости повышает электрическую прочность и емкость конденсатора , обращая на пользу неровность покрытия . Этой иде е й П.Н.Яблочков п редвосхитил конструкцию оксидного (электролитического ) конденсатора , запатентованного вскоре после его смерти. Напомним , что в оксидном конденсаторе диэлектриком служит оксидный слой , образующийся при электролизе на поверхности металла , кот орый является одной обкладкой , при это м другой обкладкой служит электролит , необход имый для существования оксидного слоя . Толщин а оксидного слоя при небольших напряжениях меньше микрометра , благодаря чему у оксидны х конденсаторов рекордные удельные и абсо л ютные емкости. Работы П.Н.Яблочкова по конденсаторам отно сятся к тому периоду времени , когда только начиналось их промышленное применение в телеграфии . Яблочков одним из первых включил конденсатор в цепь переменного (по русско й терминологии того времени – перемежа ющегося ) тока . Изучение работы конденсатора на переменном токе имело важнейшее значение для становления и развития электротехники , а в последствии и радиотехники. Сейчас существует множество видов и р азновидностей конденсаторов . Но в основе свое й о ни все повторяют простейший конден сатор , который образуют две металлические пла стины , изолированные одна от другой (рис .3). Чаще всего пластины называют обкладками , а изолирующий слой – диэлектриком. Миниатюризация - основное направление в со вершенствовании конструкции конденсаторов , поскольку от этого зависит дальнейшее уменьшение р азмеров интегральных схем . Существуют две наи более распространенные конструкции конденсат оров : одна основана на использовании хрупких керамических слоев толщиной 0,002 см и меньш е , а в основе другой лежит технология , позволяющая "сворачивать " плоские структуры площад ью с газетный лист в объемные кон с трукции размером с кусок сахара . Чтоб ы понять теоретические основы этих технологий , вернемся к самым первым конденсаторам. Прообразом современных конденсаторов , как уже было сказано , была лейденская банка . В 1746 г . ее усовершенствовал английский ученый , а строном и физик Дж . Бевис . Лейденск ая банка представляет собой стеклянный сосуд , внутренняя и наружная поверхность которого покрыты двумя листами фольги . Через резин овую пробку в сосуд вставлен металлический стержень так , что он касается внутреннего листа фольги . Внутренний и наружный листы фольги , в обычных условиях имеющие нейтральный заряд , играют роль электродов , если их подсоединить к внешнему источнику электрических зарядов. Источником зарядов может быть электрическ ая батарейка , генератор или простая эбон итовая палочка , потертая о шерсть или мех . Если такой палочкой , несущей в себе с вободные электроны , коснуться металлического стер жня в горлышке сосуда , электроны перетекут с палочки на внутренний электрод . Таким образом отрицательный заряд будет перен е сен на внутренний электрод . Поско льку способность накапливать заряды у сосуда ограничена их взаимным отталкиванием , их переход на электрод не может быть бесконе чным . Способность накапливать или удерживать заряды называется емкостью. В лейденской банке емко сть увелич ивается благодаря наличию второго электрода н а внешней стенке сосуда . Если этот электро д заземлить , то заряд , накопленный на внут реннем электроде , будет притягивать из земли такой же по величине заряд противоположн ого знака . Накопленный на наруж н ом электроде положительный заряд притягивает на ходящиеся на внутреннем электроде отрицательно заряженные электроны , частично нейтрализуя силы отталкивания , сдерживающие накапливание электрон ов . Благодаря этому емкость сосуда увеличивае тся . Однако расти бе с конечно она не может. Имеются два пути увеличения емкости л ейденской банки . Один из них заключается в увеличении площади электродов , чтобы дать возможность зарядам рассредоточиться в большем пространстве и тем самым уменьшить силу взаимного отталкивания эл ектронов . Друго й путь - уменьшить толщину стеклянной стенки сосуда , разделяющей заряды , скапливающиеся на внутреннем и внешнем электродах . Не надо забывать при этом , что если стекло буде т слишком тонким , электроны смогут пройти сквозь него , создавая искро в ой раз ряд , что приведет к рассеянию заряда. Оба пути в лейденской банке трудно реализовать , но они входят в число трех классических способов , к которым прибегают современные ученые и инженеры при разработ ке новых конструкций конденсаторов . Третье на правлен ие увеличения емкости - учет особен ностей поведения электронов в изоляторах . Хот я электроны в изоляционном материале неподвиж ны , они все же могут слегка смещаться под воздействием сил притяжения или отталкива ния , действующих со стороны электродов . На одно й стороне разделяющего электроды диэлектрика электроны как бы "вспучиваются " под его поверхностью , создавая отрицательный заряд , на другой его стороне они "утопают " в толщу диэлектрика , увеличивая в подпов ерхностной зоне значение положительного заряда. Таки м образом , созданные в диэлект рике заряды способствуют нейтрализации зарядов на обкладках , а некоторые диэлектрики могут нести заряды , которые по величине не уступают зарядам на самих электродах . Нейтрал изация зарядов уменьшает действие сил отталки вания и создает условия для накопл ения на электродах большего заряда , что ве дет к увеличению емкости . Степень проявления этого феномена зависит от свойств диэлек трика и называется диэлектрической проницаемость ю материала . Диэлектрическая проницаемость указыв ает , в о сколько раз увеличивается емкость конденсатора , когда вместо вакуума пространство между его электродами (обкладками ) заполняется данным материалом . Стекло , использу емое в лейденской банке , имеет значение ди электрической проницаемости около 5, а диэлектр и ческая проницаемость новых материало в , используемых в современных конденсаторах м ассового производства , достигает 20 000. Применением этих материалов как раз и объясняется высокая эффективность работы мно гослойных керамических конденсаторов , являющихся одн им из двух наиболее распространенных видов этого устройства . Другой тип - элект ролитические конденсаторы ; их удельная емкость (на единицу объема ) еще выше , даже без использования диэлектриков с высокой диэлектри ческой проницаемостью . Объем производства те х и других составляет 95% общего к оличества поступающих в продажу конденсаторов. Многослойный керамический конденсатор - уменьш енный вариант лейденской банки . На практике в качестве диэлектрика в керамических конд енсаторах используется титанат бария с добав лением небольшого количества других оксид ов . Такие керамики , имеющие диэлектрическую пр оницаемость в пределах от 2000 до 6000, в исходно м состоянии представляют собой тонкодисперсный порошок , частицы которого имеют диаметр нес колько микрон . Порошок смешив а ют с растворителем , содержащим связующее вещество , которое потом соединит равномерно рассредоточенн ые в растворе частицы керамики . Полученная смесь в виде жидкой глины имеет такую же консистенцию , как и краска . Смесь р азливают слоем толщиной несколько сот ы х долей миллиметра на бумажную или стальную ленту и высушивают . Пленка режется на квадратные пластины размером 15-20 см ; на каждую такую пластину методом печатного монтажа наносится несколько тысяч обкладок че рез специальный трафарет , задающий их конфигу р а цию . Для нанесения обкладок испо льзуется серебряно-палладиевая суспензия. После того как обкладки нанесены , беру т 30-60 пластин и спрессовывают их между неск олькими слоями таких же пластин , на которы е обкладки не наносились . Полученные заготовк и конденсато ров обжигаются в печи с медленным нагревом до 1000-1400°С. Электролитический конденсатор можно уподобит ь лейденской банке из очень тонкого стекл а , уменьшенной до размеров небольшого куба . Он изготавливается из куска металла с 60%-ной пористостью . Для больш инства совреме нных электролитических конденсаторов используют измельченный тантал - твердый металл серого цв ета . Порошок тантала спрессовывается и затем в течение нескольких часов полученную за готовку нагревают в вакуумной камере до т емпературы , близкой к 2000°С . В резу льтате частицы металла спекаются , плотно сцеп ляясь друг с другом . Образуемые при этом небольшие ниши и щели в толще спресс ованного порошка повышают поверхностную площадь заготовки , которая потом будет служить од ной из обкладок конденсатора . З атем в электролитической ванне заготовку подверга ют анодированию , чтобы на поверхностях пор получить изолирующий слой оксида тантала . П отом заготовку погружают в раствор нитрата марганца . В ее порах после нагрева осаж даются частицы полупроводящего диоксид а марганца , слой которых играет роль одной обкладки , а танталовые частицы под с лоем оксида тантала - другой обкладки . Конденса тор сначала покрывают графитовой , потом сереб ряной краской , напыляют слой никеля и заде лывают в корпус. Несмотря на то что электрол итичес кие конденсаторы имеют наибольшую удельную ем кость по сравнению с другими типами конде нсаторов , область их применения ограничена . Во- первых , это объясняется тем , что подводимое к нему напряжение должно иметь определенну ю полярность , которую нельзя м е нят ь . Эта особенность допускает использование эл ектролитических конденсаторов только в цепях постоянного тока . Во-вторых , электролитические конд енсаторы более подвержены пробою , поскольку с лои диэлектрика в нем очень тонкие. Список использованн ой литературы 1. Справочник по электротехническим материал ам . Том 3. Л . «Энергия» , 1988. 2. Добрынин А.В ., Казаков Н.П ., Найда Г.А ., Подденежный Е.Н . и др . Нитрид алюминия в электронной технике . Ж . «Зарубежная электр онная техника» , № 4 1989. 3. Носов О.Н. Оптоэлектроника . М . «Выс шая школа» . 1976. 4. Журнал «Радио» № 4 1991год. 5. Тихонов С.Н . «Электротехника для начина ющих» М . «Военное издательство министерства о бороны СССР» 1969г. 6. Справочник «Конденсаторы» М . «Радио и связь» 1987. 7. Терещук Р.М ., Тере щук К.М ., Седов С.А . «Полупроводниковые приемно-усилительные устро йства , справочник радиолюбителя» . Издание 4-е ст ереотипное . Киев . «Наукова думка» 1988. 8. В . А . Ацюковский - «Емкостные датчики перемещения» 9. Журнал “Радио” , номер 12, 1978 г. 10. Виногра дов Ю.В . “Основы электронной и полупроводниковой техники” . Из д . 2-е , доп . М ., “Энергия” , 1972 г . - 536 с.
© Рефератбанк, 2002 - 2017