ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงของตัวเก็บประจุแบบฟิล์มหมายถึงอะไร? ยิ่งค่าน้อยยิ่งดีใช่หรือไม่?

ก่อนที่จะกล่าวถึงสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงของตัวเก็บประจุแบบฟิล์ม เรามาดูกันก่อนว่าไดอิเล็กทริกคืออะไร การโพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริก และปรากฏการณ์การดูดกลืนแสงของตัวเก็บประจุเป็นอย่างไร

ไดอิเล็กทริก

ไดอิเล็กทริกเป็นสารที่ไม่นำไฟฟ้า กล่าวคือ เป็นฉนวน ไม่มีประจุภายในที่สามารถเคลื่อนที่ได้ หากวางไดอิเล็กทริกไว้ในสนามไฟฟ้าสถิต อิเล็กตรอนและนิวเคลียสของอะตอมไดอิเล็กทริกจะเกิด “การเคลื่อนที่สัมพัทธ์ในระดับจุลภาค” ภายในขอบเขตอะตอมภายใต้การกระทำของแรงสนามไฟฟ้า แต่จะไม่เกิด “การเคลื่อนที่ในระดับมหภาค” ออกไปจากอะตอมที่พวกมันสังกัดอยู่ เหมือนกับอิเล็กตรอนอิสระในตัวนำ เมื่อถึงสมดุลไฟฟ้าสถิต ความแรงของสนามภายในไดอิเล็กทริกจะไม่เป็นศูนย์ นี่คือความแตกต่างหลักระหว่างคุณสมบัติทางไฟฟ้าของไดอิเล็กทริกและตัวนำ

การโพลาไรซ์ไดอิเล็กทริก

ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าที่ประยุกต์ใช้ โมเมนต์ไดโพลระดับมหภาคจะปรากฏขึ้นภายในไดอิเล็กทริกตามทิศทางของสนามไฟฟ้า และประจุผูกพันจะปรากฏขึ้นบนพื้นผิวของไดอิเล็กทริก ซึ่งก็คือการโพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริกนั่นเอง

ปรากฏการณ์การดูดซับ

ปรากฏการณ์หน่วงเวลาในกระบวนการชาร์จและคายประจุของตัวเก็บประจุเกิดจากการโพลาไรเซชันอย่างช้าๆ ของไดอิเล็กทริกภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าที่ป้อนเข้าไป โดยทั่วไปแล้วเข้าใจกันว่าตัวเก็บประจุควรจะชาร์จเต็มทันที แต่ก็ไม่เต็มทันที และตัวเก็บประจุควรจะคายประจุออกจนหมด แต่ก็ไม่หมด จึงเกิดปรากฏการณ์หน่วงเวลาขึ้น

สัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงของตัวเก็บประจุแบบฟิล์ม

ค่าที่ใช้ในการอธิบายปรากฏการณ์การดูดซับไดอิเล็กทริกของตัวเก็บประจุแบบฟิล์มเรียกว่าสัมประสิทธิ์การดูดซับ และใช้สัญลักษณ์ Ka แทน ผลกระทบจากการดูดซับไดอิเล็กทริกของตัวเก็บประจุแบบฟิล์มเป็นตัวกำหนดคุณลักษณะความถี่ต่ำของตัวเก็บประจุ และค่า Ka จะแตกต่างกันอย่างมากสำหรับตัวเก็บประจุที่มีไดอิเล็กทริกต่างกัน ผลการวัดจะแตกต่างกันไปตามระยะเวลาการทดสอบที่ต่างกันของตัวเก็บประจุตัวเดียวกัน และค่า Ka ก็จะแตกต่างกันไปสำหรับตัวเก็บประจุที่มีสเปคเดียวกัน จากผู้ผลิตต่างกัน และจากล็อตการผลิตต่างกันด้วย

ดังนั้นตอนนี้จึงมีคำถามสองข้อ-

คำถามที่ 1. ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงของตัวเก็บประจุแบบฟิล์มควรมีค่าน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้หรือไม่?

คำถามที่ 2. ผลเสียของการมีค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึมสูงขึ้นมีอะไรบ้าง?

A1:

ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าที่ใช้: ยิ่งค่า Ka น้อยลง (ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงน้อยลง) → การโพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริก (เช่น ฉนวน) ยิ่งอ่อนลง → แรงยึดเหนี่ยวบนพื้นผิวไดอิเล็กทริกยิ่งต่ำลง → แรงยึดเหนี่ยวของไดอิเล็กทริกต่อแรงดึงประจุยิ่งน้อยลง → ปรากฏการณ์การดูดกลืนแสงของตัวเก็บประจุยิ่งอ่อนลง → ตัวเก็บประจุจะชาร์จและคายประจุได้เร็วขึ้น สภาวะในอุดมคติ: Ka เท่ากับ 0 นั่นคือ ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงเท่ากับ 0 ไดอิเล็กทริก (เช่น ฉนวน) จะไม่มีปรากฏการณ์โพลาไรเซชันภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าที่ใช้ พื้นผิวไดอิเล็กทริกไม่มีแรงดึงประจุ และการตอบสนองการชาร์จและคายประจุของตัวเก็บประจุจะไม่มีฮิสเทอรีซิส ดังนั้น ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงของตัวเก็บประจุแบบฟิล์มยิ่งน้อยยิ่งดี

A2:

ผลกระทบของตัวเก็บประจุที่มีค่า Ka สูงเกินไปต่อวงจรต่างๆ จะปรากฏออกมาในรูปแบบที่แตกต่างกัน ดังต่อไปนี้

1) วงจรดิฟเฟอเรนเชียลกลายเป็นวงจรคู่ควบ

2) วงจรฟันเลื่อยสร้างการสะท้อนกลับของคลื่นฟันเลื่อยที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นวงจรจึงไม่สามารถฟื้นตัวได้อย่างรวดเร็ว

3) ตัวจำกัด, ตัวหนีบ, การบิดเบือนรูปคลื่นเอาต์พุตพัลส์แคบ

4) ค่าคงที่เวลาของตัวกรองปรับเรียบความถี่ต่ำมากจะมีค่ามากขึ้น

(5) จุดศูนย์ของแอมพลิฟายเออร์ DC ถูกรบกวน การเคลื่อนที่แบบทางเดียว

6) ความแม่นยำของวงจรการสุ่มตัวอย่างและการเก็บค่าลดลง

7) การเปลี่ยนแปลงจุดทำงานกระแสตรงของแอมพลิฟายเออร์เชิงเส้น

8) ริปเปิลในวงจรจ่ายไฟเพิ่มขึ้น

ประสิทธิภาพทั้งหมดของการดูดซับไดอิเล็กทริกที่กล่าวมาข้างต้นนั้นแยกไม่ออกจากแก่นแท้ของ "ความเฉื่อย" ของตัวเก็บประจุ กล่าวคือ ในช่วงเวลาที่กำหนด การชาร์จจะไม่ถึงค่าที่คาดหวัง และในทางกลับกัน การคายประจุก็เช่นกัน

ความต้านทานฉนวน (หรือกระแสรั่วไหล) ของตัวเก็บประจุที่มีค่า Ka มากกว่า จะแตกต่างจากตัวเก็บประจุในอุดมคติ (Ka=0) ตรงที่ความต้านทานฉนวนจะเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาทดสอบนานขึ้น (กระแสรั่วไหลลดลง) เวลาทดสอบกระแสไฟฟ้าที่กำหนดในประเทศจีนคือหนึ่งนาที