コンデンサとは何ですか？それはどのように機能しますか？

このチュートリアルでは、コンデンサとは何か、どのように機能するかを学び、いくつかの基本的なアプリケーション例を見ていきます。次のビデオを見るか、以下のチュートリアルを読むことができます。

概要

コンデンサがない回路はほとんどありません。抵抗やインダクタとともに、これらは私たちが電子機器で使用する基本的なパッシブコンポーネントです。

コンデンサとは何ですか？

コンデンサは、電荷の形でエネルギーを蓄えることができるデバイスです。同じサイズのバッテリーと比較すると、コンデンサーははるかに少ない量のエネルギーを蓄えることができ、約10000倍小さくなりますが、非常に多くの回路設計に十分に役立ちます。

コンデンサの構築

コンデンサは、誘電体と呼ばれる絶縁材料で分離された2枚の金属板で構成されています。プレートは導電性であり、通常はアルミニウム、タンタル、またはその他の金属で作られていますが、誘電体は紙、ガラス、セラミック、または電流の流れを妨げるものなど、あらゆる種類の絶縁材料で作ることができます。

ファラッドで測定されるコンデンサの静電容量は、2つのプレートの表面積と誘電体の誘電率εに正比例しますが、プレート間の距離が小さいほど静電容量は大きくなります。そうは言っても、コンデンサがどのように機能するかを見てみましょう。

コンデンサのしくみ

まず、金属には通常、正と負に帯電した粒子が同量含まれていることに注意してください。つまり、電気的に中性です。

コンデンサの金属板に電源や電池を接続すると、電流が流れたり、電池のプラスのリード線に接続されたプレートからの電子が、のマイナスのリード線に接続されたプレートに移動し始めます。バッテリー。ただし、プレート間の誘電体のため、電子はコンデンサを通過できないため、プレートに蓄積し始めます。

プレートに一定数の電子機器が蓄積された後、すでに存在する電子機器の反発により、バッテリーは新しい電子機器をプレートに押し込むのに十分なエネルギーを持ちません。

この時点で、コンデンサは実際に完全に充電されています。最初のプレートは正味の負電荷を発生し、2番目のプレートは等しい正味の正電荷を発生させ、コンデンサの電荷を保持する引力のある電界を生成します。

コンデンサ誘電体の動作原理

誘電体がコンデンサの静電容量をどのように増加させるかを見てみましょう。誘電体には極性のある分子が含まれています。つまり、2つのプレートの電荷に基づいて分子の向きを変えることができます。したがって、分子は、より多くの電子を正のプレートからはじきながら、より多くの電子を負のプレートに引き付けることができるように、電場と整列します。

したがって、完全に充電された後、バッテリーを取り外すと、電荷を長期間保持し、エネルギー貯蔵として機能します。

ここで、負荷を介してコンデンサの両端を短くすると、負荷に電流が流れ始めます。最初のプレートから蓄積された電子は、両方のプレートが再び電気的に中性に戻るまで、2番目のプレートに移動し始めます。

これがコンデンサの基本的な動作原理です。次に、いくつかのアプリケーション例を見てみましょう。

コンデンサアプリケーション

デカップリング（バイパス）コンデンサ

デカップリングコンデンサまたはバイパスコンデンサが典型的な例です。これらは集積回路と一緒に使用されることが多く、電源とICのアースの間に配置されます。

彼らの仕事は、電源が非常に短時間で電圧を下げたり、回路の一部が切り替わって電源が変動したりしたときに発生する電圧リップルなど、電源のノイズをフィルタリングすることです。電圧降下が発生した瞬間、コンデンサは一時的に電源として機能し、主電源をバイパスします。

AC-DCコンバーター

もう1つの典型的なアプリケーション例は、DCアダプタで使用されるコンデンサです。 AC電圧をDC電圧に変換するために、通常はダイオード整流器が使用されますが、コンデンサの助けがなければ、それは仕事をすることができません。

整流器の出力は波形です。したがって、整流器の出力が上昇している間、コンデンサは充電され、整流器の出力が低下している間、コンデンサは放電し、そのようにしてDC出力を滑らかにします。

関連：シュミットトリガーとは何ですか、どのように機能するか

信号フィルタリング

信号フィルタリングは、コンデンサのもう1つのアプリケーション例です。特定の応答時間のため、低周波数の信号をブロックしながら、高周波数を通過させることができます。

これは、不要な周波数を調整するためのラジオ受信機や、ウーファーの低周波数とツイーターの高周波数を分離するためのスピーカー内部のクロスオーバー回路で使用されます。

エネルギー貯蔵としてのコンデンサ

コンデンサのもう1つの明らかな用途は、エネルギーの貯蔵と供給です。同じサイズのバッテリーに比べてかなり低いエネルギーを蓄えることができますが、寿命ははるかに長く、エネルギーをはるかに速く供給することができるため、高バースト電力が必要なアプリケーションにより適しています。

このチュートリアルは以上です。下のコメントセクションで質問してください。

555タイマーIC–動作原理、ブロック図、回路概略図ホール効果とは何ですか？ホール効果センサーはどのように機能しますか

コンデンサとは何ですか？それはどのように機能しますか？ –物理学とアプリケーション