Kondensatorius: įrenginys, veikimo principas, pritaikymas

Apibrėžimas

Žodis kondensatorius kilęs iš lotynų kalbos condensatio, kuris išvertus reiškia kaupimąsi. Fizikoje šiuo terminu apibūdinama visa niša elektros gaminių, kurių paskirtis – veikti kaip energijos kaupimo įrenginys. Sukauptos energijos kiekis priklauso nuo talpos ir jos plokščių įtampos kvadrato, padalytos iš 2. Šiuo atveju srovė per ją teka tik įkrovimo proceso metu. Bet pirmiausia pirmiausia.

E = (CU²)/2

Paprasčiau tariant, kondensatorius yra įrenginys, galintis kaupti energiją elektrinis laukas. Paprasčiausias variantas susideda iš dviejų laidininkų (plokštelių), atskirtų dielektriku. Žemiau esančiame paveikslėlyje matote supaprastintą išorinio plokščio kondensatoriaus įrenginio schemą. Simbolis diagramoje yra 2 eilutės 8 mm aukščio, 1,5 mm atstumu viena nuo kitos.

Veikimo principas

Dabar, kai žinome, kaip šis elementas nurodytas diagramose, turime atsižvelgti į kondensatoriaus veikimo principą. Kai kondensatoriaus plokštės yra prijungtos prie maitinimo šaltinio, elektros krūviai iš teigiamų ir neigiamų MT gnybtų veržiasi į plokštes, kaupdamiesi ant jų.

Elektros srovė nutrūksta, kai kondensatorius įkraunamas iki nominalios talpos, kadangi tarp plokščių yra dielektrinis sluoksnis, jis negali nuolat tekėti. Išjungus maitinimą, kondensatoriaus įkrovos liks, o tai reiškia, kad įtampa išliks jo gnybtuose.

Kiekvienoje plokštėje susikaupę krūviai yra priešingi. Atitinkamai, plokštė, kuri buvo prijungta prie teigiamo maitinimo šaltinio gnybto, yra teigiamai įkrauta, o ta, kuri yra neigiamai įkrauta. Šio gaminio veikimo principas pagrįstas skirtingų krūvių pritraukimu elektros grandinėje.

Paprastais žodžiais tariant, kondensatorius kaups energiją, kuri buvo perduota iš maitinimo šaltinio - tokia yra jo paskirtis. Tačiau praktikoje yra įvairių nuostolių ir nutekėjimų.

Įdomus! „Leiden Bank“ yra modernių kondensatorių prototipas, gimęs 1745 m. Šis prietaisas galėjo kaupti energiją ir išgauti kibirkštis, kai jo plokštės buvo uždarytos. Išvaizdą ir konstrukciją galite pamatyti žemiau.

Žemiau esančiame paveikslėlyje galite pamatyti paprasčiausio plokščio kondensatoriaus konstrukciją - dvi plokštes, atskirtas dielektriku:

Kadangi talpa yra tiesiogiai proporcinga plokščių plotui ir atvirkščiai proporcinga atstumui tarp jų, norėdami padidinti talpą, inžinieriai sukūrė daugybę kitų kondensatorių formų. Pavyzdžiui, plokštės susuktos į spiralę – taip jų plotas tapo daug kartų didesnis su vienodais bendraisiais matmenimis, taip pat cilindriniais ir sferiniais sprendimais.

Vienas iš komutavimo dėsnių teigia, kad įtampa per kondensatoriaus plokštes negali staigiai kisti, tai pavaizduota toliau pateiktoje miniatiūroje.

Peržiūrėjo

Kondensatoriai gali būti klasifikuojami pagal įvairius kriterijus.

Pagal talpos pastovumą:

• Nuolatinis.
• Kintamieji. Jų talpą gali keisti rankiniu būdu įrenginio operatorius (vartotojas), arba veikiant įtampai (kaip varicaps ir varicond).

Pagal naudojamos įtampos poliškumą:

• Nepolinis – gali dirbti kintamosios srovės grandinėse.
• Polinis - jei įtampa prijungta netinkamu poliškumu, ji suges.

Priklausomai nuo to, kur šie komponentai naudojami, išskiriami įvairūs medžiagų variantai:

• Popieriaus ir metalo-popieriaus kondensatoriai daugeliui žinomi, sovietmečiu įprasti stačiakampių plytų pavidalu su tokiais ženklais kaip „MBGCH“. Žemiau galite pamatyti šio tipo kondensatoriaus išvaizdą. Jie yra nepoliniai.
• Keramika - jie dažnai filtruoja aukšto dažnio trukdžius ir santykinį laidumą leidžia gaminti daugiasluoksnius komponentus, kurių talpa prilygsta elektrolitams (brangiai), nėra jautrūs poliškumas.
• Plėvelės – paplitusios rudų pagalvėlių pavidalu, nebrangios, naudojamos visur. Jiems būdinga maža nuotėkio srovė, maža talpa, aukšta darbinė įtampa ir nejautrumas taikomos įtampos poliškumui.
• Su oro dielektriku. Geriausias tokio elemento pavyzdys yra rezonansinės grandinės derinimo kondensatorius iš radijo imtuvo, tokių elementų talpa nedidelė, tačiau ją patogu keisti.
• Elektrolitiniai - tai statinių pavidalo elementai, jie dažniausiai įrengiami kaip tinklo bangų filtras maitinimo bloke. Konstrukcija ir veikimo principas leidžia gauti didelę talpą su mažu dydžiu, tačiau laikui bėgant jie gali išdžiūti, prarasti talpą arba išsipūsti. Žemiau galite pamatyti, kaip šie produktai atrodo geros būklės. Kaip dielektrikas naudojamas plonas metalo oksido sluoksnis. Jei PSU naudoja kondensatorius su dielektriku iš AL₂O₃ - taip vadinamas "Aliuminio elektrolitai", tada tantalas (Ta₂0₅ - jie taip pat priklauso elektrolitų) kondensatoriams, nes turi mažesnę nuotėkio srovę, didesnį atsparumą išoriniams poveikiams, priešingai nei ankstesni, aliuminio.
• Polimeras - gali atlaikyti dideles impulsines sroves, veikia žemoje temperatūroje

Pagrindinės techninės charakteristikos

Jei remontuojate ar kuriate elektroninį įrenginį, turėsite pasirinkti tinkamą kondensatorių, kuris pakeis sugedusį. Ir tam reikia susipažinti su pagrindinėmis techninėmis kondensatoriaus charakteristikomis, nuo kurių priklauso jo veikimas elektros grandinėje.

Nominali talpa. Tai apibūdina pagrindinę komponento paskirtį – kokį krūvį jis gali laikyti. Pagrindinė charakteristika matuojama faradais [F]. Tačiau toks matavimo vienetas yra per didelis, todėl naudojamos trupmenos:

• Milifaradai, mF – 0 001 F (10^-3);
• Mikrofaradai, μF – 0 000 001 F (10^-6);
• Nanofaradai, nF – 0 000 000 001 F (10^-9);
• Pikofaradai, pF – 0 000 000 000 001 F (10^-12).

Vardinė įtampa yra įtampa, iki kurios galima garantuoti, kad kondensatorius veiks normaliai. Kai ši vertė viršijama, tikėtina, kad įvyks dielektrinis gedimas. Jis gali būti nuo voltų vienetų (elektrolitams) ir iki tūkstančių voltų (plėvelės ir keramikos). Remonto metu ši vertė neturėtų būti mažesnė nei sugedusio, didesnė - galite!

Nuokrypio tolerancija – kiek tikroji talpa gali skirtis nuo deklaruotos vardinės. Jis gali siekti 20-30%, tačiau yra ir didelio tikslumo modelių, kurių tolerancija iki 1% – skirta naudoti grandinėse, kur reikalingas ypatingas tikslumas.

Temperatūros talpos koeficientas – šis parametras svarbus elektrolitams. Su aliuminio kondensatoriais, mažėjant temperatūrai, mažėja talpa ir padidėja elektrinė varža. ESR)

ESR, Equivalent Series Resistance, taip pat svarbus elektrolitams. Paprasčiau tariant, kuo jis didesnis, tuo blogesnis. Esant išsipūtusiems kanalams, ESR pakyla.

Žemiau esančioje lentelėje galite pamatyti leistinas ESR reikšmes įvairioms vardinėms talpoms ir įtampoms.

Kur ir kodėl jie naudojami?

Vis dėlto atsakykime į klausimą "kam skirtas kondensatorius?" praktiniu požiūriu. Norėdami tai padaryti, apsvarstykite keletą schemų.

Elektrolitiniai kondensatoriai plačiausiai naudojami kaip jau minėtas tinklo pulsacijos filtras maitinimo šaltiniuose. Žemiau esančioje diagramoje tiksliai parodyta, kur sumontuotas elektrolitas. Kuo didesnė apkrova, tuo didesnės elektrolito talpos reikia pulsavimui išlyginti.

Kita vieta, kur naudojami kondensatoriai, yra aukšto ir žemo dažnio filtrai. Žemiau esančioje diagramoje pavaizduoti tipiniai intarpai. Taigi akustinėse sistemose žemieji, vidutiniai ir aukšti dažniai paskirstomi per garsiakalbius nenaudojant aktyvių komponentų.

Balastiniai maitinimo šaltiniai dažnai naudojami mažoms baterijoms įkrauti ir mažos galios prietaisams, tokiems kaip pigios LED lemputės, radijo imtuvai ir kt., maitinti. Plėvelės kondensatorius montuojamas nuosekliai su maitinimo įtaisu, ribojant srovę dėl savo reaktyvumo – toks yra tokios paprastos grandinės veikimo principas.

Snubbers yra įrenginiai, skirti apsaugoti puslaidininkinius jungiklius ir relės kontaktus nuo apkrovų, atsirandančių dėl perjungimo. Šiuolaikiniuose impulsiniuose aukšto dažnio maitinimo šaltiniuose naudojami slopintuvai iš rezistoriaus ir kondensatoriaus, pvz. būdu pagerinami pagrindiniai grandinės parametrai ir sumažinama klavišų apkrova bei jos galios nuostoliai. karštis. Snubber veikimo principas yra sulėtinti kylančią ir mažėjančią rakto įtampos briaunas, naudojant kondensatoriaus įkrovos laiko konstantą.

Išvada

Išnagrinėjome, kas yra kondensatorius, kaip jis veikia ir kokią funkciją atlieka. Norėdami giliau ištirti, turite atidžiai susipažinti su kondensatorių tipais ir jų praktinėmis darbo ypatybėmis įvairiose grandinėse ir programose. Taigi, pavyzdžiui, tais atvejais, kai reikalingas ypatingas tikslumas ir patikimumas, naudojami mažo ESR arba tantalo elektrolitai, o lygintuvo filtras nelabai skiriasi, ką dėti.

Galiausiai rekomenduojame žiūrėti naudingus vaizdo įrašus straipsnio tema:

Taip pat skaitykite:

• Kas yra laidininkai, puslaidininkiai ir dielektrikai
• Kas yra elektrinis pajėgumas
• Kondensatoriaus talpos nustatymo metodai