兒童電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)之電容器

電容器是最重要的電氣元件之一，我們將在兒童基礎(chǔ)電子課程的第二部分了解它的工作原理。它將在儲(chǔ)能功能方面進(jìn)行探索，所進(jìn)行的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)將集中在這一元素上。電解電容器將用于檢查該組件的影響。建議從電子備件車間獲取組件，因?yàn)槔缇哂懈唠娙葜档慕M件可能相當(dāng)昂貴。

電容器

在第 1 部分中，我們了解了各種常見電子元件的功能。電阻器阻止電流流動(dòng)，而LED二極管的功能就像一個(gè)燈泡，當(dāng)電流（即使是非常小的電流）在其端子之間流動(dòng)時(shí)打開。必須以正確的極性安裝并且不能顛倒過(guò)來(lái)。在本文中，我們將了解電容器的功能。盡管其電氣結(jié)構(gòu)始終相同，但它是一種具有廣泛應(yīng)用的獨(dú)特而迷人的組件。它具有多種功能，具體取決于使用它的上下文。在這里，我們將使用電解電容器作為容器和電能容器。電容器是一個(gè)有兩個(gè)端子的圓柱形元件。其連接必須遵守正確的方向，即正確的極性。實(shí)際上，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，連接的反轉(zhuǎn)可能會(huì)導(dǎo)致其破壞。在內(nèi)部，兩個(gè)電容器端子是電氣斷開的。換句話說(shuō)，沒(méi)有電連續(xù)性，因?yàn)樗l(fā)生在電阻器或燈泡處?，F(xiàn)在讓我們做一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，讓我們，事實(shí)上，就是要讓這個(gè)強(qiáng)大的容器充滿能量。測(cè)試需要以下項(xiàng)目：

一塊 4.5 V 扁平電池；

至少 10,000 uF（微法拉）的電解電容器；

一個(gè)測(cè)試員。

現(xiàn)在遵循圖 1所示的各個(gè)階段，始終考慮電流與水非常相似，而冷凝器與容器非常相似：

最初，電解電容器是空的（如塑料容器）。使用設(shè)置在 DC 上的測(cè)試儀測(cè)量其兩端的電壓，返回等于 0 V 的值。它還可以顯示最小電壓值（例如，0.2 V），因?yàn)樵诮M件中仍然可能存在剩余能量，就像仍然留在容器內(nèi)的水滴一樣；

如圖所示，給電容器充電，給它提供 4.5 V 的電壓。就極性而言，電池的正極必須連接到電容器的正極，負(fù)極也必須連接。這個(gè)階段相當(dāng)于通過(guò)水龍頭裝滿水桶。容器越大，填充所需的時(shí)間就越長(zhǎng)。我們保持這種充電狀態(tài)大約 5-10 秒（實(shí)際上，電容器幾乎是立即充電，但為了安全，我們延長(zhǎng)了時(shí)間）。幸運(yùn)的是，有了電容器，就沒(méi)有電子泄漏。當(dāng)它已滿時(shí)，它不再接受電流。您還可以使用不同的電壓，例如 9 V 或 12 V，具體取決于您家中的電池和電池；

在這片刻之后，電容器充電到電池電壓并充滿，就像水容器一樣。為了檢查這一點(diǎn)，我們使用與以前相同的測(cè)試儀并測(cè)量組件兩端的電壓，始終遵守正確的極性。測(cè)試儀現(xiàn)在顯示大約 4.5 V 的電壓。電容器保持充電狀態(tài)，該電壓也可能保持?jǐn)?shù)小時(shí)或數(shù)天，具體取決于組件的質(zhì)量。

圖 1：電容器充電的階段

自然地，電容器將以自主和自然的方式開始非常緩慢且無(wú)情地放電。這個(gè)事實(shí)是由泄漏電流引起的，這在所有電子元件中都是絕對(duì)正常的。

打開沒(méi)有電池的 LED 二極管。

正如我們所見，電解電容器可與電池相媲美，但它們的能量電荷要低得多，而且它們的效用有限。表示電容器中可以存儲(chǔ)的能量數(shù)量的值由其“容量”決定。它越大，它可以容納的能量就越多。讓我們看看如何使用電解電容器代替電池來(lái)打開 LED 二極管。當(dāng)然，必須使用上述步驟對(duì)電解電容器進(jìn)行充電。圖 2 顯示了建議的接線和接線圖。要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，您需要以下材料：

1 節(jié) 4.5 V 電池；

1個(gè)47000微法以上的電容；

1 330 歐姆電阻；

1個(gè)紅色LED二極管。

如前所述，用電池給電解電容充電，然后按照接線圖連接 LED 二極管和電阻。請(qǐng)勿將已充電電容器的兩個(gè)端子進(jìn)行電氣連接；可能會(huì)產(chǎn)生輕微的火花。提供電流直至完全耗盡的電解電容器使 LED 二極管瞬間亮起。不幸的是，由于聚光器沒(méi)有足夠的面積來(lái)儲(chǔ)存更多的能量，光只持續(xù)了幾秒鐘。市場(chǎng)上有更大的電容器，但它們非常昂貴（超級(jí)電容器）。圖表后面的圖表描繪了隨著時(shí)間流過(guò)電路的電流。由于 LED 二極管的亮度會(huì)隨著時(shí)間的推移而降低，因此最好在黑暗中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖 2：LED 二極管由電解電容器供電幾秒鐘。

結(jié)論

在電子學(xué)中，電容器用于許多不同的目的，而不僅僅是為了積累能量。這個(gè)組件也可以用來(lái)傳遞交流電，同時(shí)阻止直流電。當(dāng)然，這個(gè)強(qiáng)大的電子組件最有趣的效果是在這個(gè)實(shí)驗(yàn)。為了延長(zhǎng)電路的發(fā)光周期，可以有代價(jià)地提高電容器的電容值，或者可以增加電阻的值，但會(huì)降低亮度，或者可以用更大的電壓給電容器充電。最好逐漸接近電子設(shè)備，可能在成年人的幫助下。所有實(shí)驗(yàn)都必須使用低壓 (4.5 V) 電池。另請(qǐng)閱讀：兒童電子產(chǎn)品：第 1 部分 - LED！

審核編輯：湯梓紅