Kondenzator: uređaj, princip rada, primjena

Definicija

Riječ kondenzator dolazi od latinskog condensatio, što u prijevodu znači akumulacija. U fizici se ovaj izraz koristi za opisivanje cijele niše električnih proizvoda, čija je svrha raditi kao uređaj za pohranu energije. Količina akumulirane energije ovisi o kapacitetu i kvadratu napona na njegovim pločama, podijeljenom s 2. U tom slučaju struja teče kroz njega samo tijekom procesa punjenja. Ali prije svega.

E = (CU²)/2

Jednostavno rečeno, kondenzator je uređaj sposoban pohranjivati ​​energiju električno polje. U najjednostavnijoj verziji, sastoji se od dva vodiča (ploče) odvojenih dielektrikom. Na donjoj slici vidite pojednostavljeni dijagram vanjskog ravnog kondenzatorskog uređaja. Simbol na dijagramu je 2 linije visine 8 mm, na udaljenosti od 1,5 mm jedna od druge.

Princip rada

Sada kada znamo kako je ovaj element naznačen na dijagramima, moramo razmotriti princip rada kondenzatora. Kada su ploče kondenzatora spojene na izvor napajanja, električni naboji s pozitivnih i negativnih terminala MT-a hrle prema pločama, nakupljajući se na njima.

Električna struja se prekida nakon što se kondenzator napuni do nazivnog kapaciteta, budući da između ploča postoji dielektrični sloj, ne može teći stalno. Kada se napajanje isključi, naboji će ostati na kondenzatoru, što znači da će napon ostati na njegovim stezaljkama.

Naboji nakupljeni na svakoj ploči su suprotni. Sukladno tome, ploča koja je spojena na pozitivni terminal izvora napajanja je pozitivno nabijena, a ona negativno nabijena. Princip rada ovog proizvoda temelji se na privlačenju različitih naboja u električnom krugu.

Jednostavnim riječima, kondenzator će pohraniti energiju koja je prenesena iz izvora energije - to je njegova svrha. Međutim, u praksi dolazi do raznih gubitaka i curenja.

Zanimljiv! Leiden Banka je prototip modernih kondenzatora, rođen 1745. godine. Ovaj uređaj je bio sposoban pohranjivati ​​energiju i izvlačiti iskre kada su njegove ploče bile zatvorene. Izgled i konstrukciju možete vidjeti u nastavku.

A na slici ispod možete vidjeti dizajn najjednostavnijeg ravnog kondenzatora - dvije ploče odvojene dielektrikom:

Budući da je kapacitet izravno proporcionalan površini ploča i obrnuto proporcionalan udaljenosti između njih, kako bi se povećao kapacitet, inženjeri su razvili niz drugih oblika kondenzatora. Na primjer, ploče su se kotrljale u spiralu - tako je njihova površina postala višestruko veća s istim ukupnim dimenzijama, kao i cilindričnim i sfernim rješenjima.

Jedan od zakona komutacije kaže da se napon na pločama kondenzatora ne može naglo promijeniti, što je ilustrirano na sljedećoj minijaturi.

Pogledi

Kondenzatori se mogu klasificirati prema različitim kriterijima.

Po konstantnosti kapaciteta:

• Trajno.
• Varijable. Njihov kapacitet može se mijenjati ili ručno od strane operatera (korisnika) uređaja, ili pod utjecajem napona (kao kod varikapa i varikonda).

Prema polaritetu primijenjenog napona:

• Nepolarni - može raditi u AC krugovima.
• Polarni - ako je napon spojen s pogrešnim polaritetom, neće uspjeti.

Ovisno o tome gdje se te komponente koriste, razlikuju se različite opcije materijala:

• Papirni i metalno-papirni kondenzatori su poznati mnogima, uobičajeni u sovjetskim vremenima u obliku pravokutnih cigli s oznakama poput "MBGCH". Izgled ovog tipa kondenzatora možete vidjeti u nastavku. Oni su nepolarni.
• Keramika - često filtriraju visokofrekventne smetnje i relativnu permitivnost omogućuje izradu višeslojnih komponenti s kapacitetom usporedivim s elektrolitima (skupo), nisu osjetljive na polaritet.
• Filmovi - uobičajeni u obliku smeđih jastučića, jeftini, koriste se posvuda. Karakteriziraju ih niska struja propuštanja, mali kapacitet, visoki radni napon i neosjetljivost na polaritet primijenjenog napona.
• Sa zračnim dielektrikom. Najbolji primjer takvog elementa je kondenzator za podešavanje rezonantnog kruga iz radio prijemnika, kapacitet takvih elemenata je mali, ali ga je prikladno promijeniti.
• Elektrolitički - to su elementi u obliku bačvi, najčešće se ugrađuju kao filter mreškanja mreže u jedinici napajanja. Dizajn i princip rada omogućuju vam da dobijete veliki kapacitet s malom veličinom, ali s vremenom se mogu osušiti, izgubiti kapacitet ili nabubriti. U nastavku možete vidjeti kako ovi proizvodi izgledaju u dobrom stanju. Kao dielektrik koristi se tanak sloj metalnog oksida. Ako PSU koristi kondenzatore s dielektrikom iz AL₂O₃ - takozvani "Aluminijski elektroliti", zatim tantal (Ta₂0₅ - također spadaju u elektrolitske) kondenzatore, jer imaju manju struju propuštanja, veću otpornost na vanjske utjecaje, za razliku od prethodnih, aluminijskih.
• Polimer - sposoban izdržati visoke impulsne struje, radeći na niskim temperaturama

Glavne tehničke karakteristike

Ako popravljate ili razvijate elektronički uređaj, morat ćete odabrati odgovarajući kondenzator za zamjenu neispravnog. A za to se morate upoznati s osnovnim tehničkim karakteristikama kondenzatora, o kojima ovisi njegov rad u električnom krugu.

Nazivni kapacitet. Karakterizira glavnu svrhu komponente - koji naboj može pohraniti. Glavna karakteristika se mjeri u faradima [F]. Međutim, takva mjerna jedinica je prevelika, stoga se koriste razlomci:

• Milifaradi, mF - 0,001 F (10^-3);
• Mikrofaradi, μF - 0 000 001 F (10^-6);
• Nanofaradi, nF - 0,000 000 001 F (10^-9);
• Pikofaradi, pF - 0, 000 000 000 001 F (10^-12).

Nazivni napon je napon do kojeg se može jamčiti da će kondenzator normalno raditi. Kada se ta vrijednost prekorači, vjerojatno će doći do proboja dielektrika. Može biti od jedinica volti (za elektrolite) i do tisuća volti (film i keramika). Tijekom popravka ova vrijednost ne smije biti niža od one neuspjelog, viša - možete!

Tolerancija odstupanja - koliko se stvarni kapacitet može razlikovati od deklarirane nominalne. Može doseći 20-30%, ali postoje i visokoprecizni modeli s tolerancijom do 1% - za korištenje u lancima gdje je potrebna posebna točnost.

Temperaturni koeficijent kapaciteta - ovaj parametar je važan za elektrolite. Kod aluminijskih kondenzatora, sa smanjenjem temperature, kapacitet se smanjuje, a električni otpor raste. ESR)

ESR, Equivalent Series Resistance, također je važan za elektrolite. Jednostavno rečeno, što je veći, to je gore. Za natečene vodove ESR raste.

U donjoj tablici možete vidjeti dopuštene vrijednosti ESR-a za različite nazivne kapacitete i napone.

Gdje i zašto se koriste?

Ipak, odgovorimo na pitanje "čemu služi kondenzator?" s praktične točke gledišta. Da biste to učinili, razmotrite nekoliko shema.

Elektrolitički kondenzatori se najviše koriste kao već spomenuti filter mreškanja mreže u izvorima napajanja. Dijagram ispod pokazuje gdje je točno instaliran elektrolit. Što je veće opterećenje, potreban je veći kapacitet elektrolita da bi se izgladile pulsacije.

Sljedeće mjesto gdje se koriste kondenzatori su visokopropusni i niskopropusni filtri. Donji dijagram prikazuje tipične inkluzije. Tako se u akustičnim sustavima bas, srednje i visoke frekvencije distribuiraju kroz zvučnike bez upotrebe aktivnih komponenti.

Balastni izvori napajanja često se koriste za punjenje malih baterija i napajanje uređaja male snage poput jeftinih LED žarulja, radija i drugih. Filmski kondenzator instaliran je u seriji s uređajem za napajanje, ograničavajući struju zbog svoje reaktancije - to je princip rada tako jednostavnog kruga.

Prigušivači su uređaji dizajnirani za zaštitu poluvodičkih prekidača i relejnih kontakata od opterećenja koja nastaju zbog prebacivanja. U modernim impulsnim visokofrekventnim izvorima napajanja koriste se prigušivači otpornika i kondenzatora, npr. na taj način, poboljšani su glavni parametri u krugu i smanjeno opterećenje tipki, kao i gubitak snage na njegovom toplina. Princip rada snubera je usporavanje porasta i pada napona na ključu korištenjem vremenske konstante naboja kondenzatora.

Zaključak

Ispitali smo što je kondenzator, kako radi i koju funkciju obavlja. Za dublje proučavanje, morate se pobliže upoznati s vrstama kondenzatora i njihovim praktičnim značajkama rada u različitim krugovima i aplikacijama. Tako se, primjerice, u slučajevima gdje se traži posebna točnost i pouzdanost koriste elektroliti s niskim ESR ili tantal, dok u filteru na ispravljaču nema velike razlike što staviti.

Na kraju, preporučujemo gledanje korisnih videozapisa na temu članka:

Također pročitajte:

• Što su vodiči, poluvodiči i dielektrici
• Što je električni kapacitet
• Metode za određivanje kapaciteta kondenzatora