Kondensator: urządzenie, zasada działania, zastosowanie

Definicja

Słowo kondensator pochodzi od łacińskiego condensatio, które przekłada się na akumulację. W fizyce termin ten jest używany do opisania całej niszy produktów elektrycznych, których celem jest praca jako urządzenie magazynujące energię. Ilość zgromadzonej energii zależy od pojemności i kwadratu napięcia na jego płytkach, podzielonej przez 2. W tym przypadku prąd przepływa przez nią tylko podczas procesu ładowania. Ale najpierw najważniejsze.

E = (CU²)/2

Mówiąc najprościej, kondensator to urządzenie zdolne do magazynowania energii w pole elektryczne. W najprostszej wersji składa się z dwóch przewodników (płytek) oddzielonych dielektrykiem. Na poniższym rysunku widać uproszczony schemat zewnętrznego płaskiego kondensatora. Symbol na schemacie to 2 linie o wysokości 8 mm, w odległości 1,5 mm od siebie.

Zasada działania

Teraz, gdy wiemy, jak ten element jest wskazany na schematach, musimy wziąć pod uwagę zasadę działania kondensatora. Gdy płytki kondensatora są podłączone do źródła zasilania, ładunki elektryczne z dodatnich i ujemnych zacisków MT pędzą do płytek, akumulują się na nich.

Prąd elektryczny zostaje przerwany po naładowaniu kondensatora do pojemności znamionowej, ponieważ pomiędzy płytami znajduje się warstwa dielektryczna, która nie może płynąć w sposób ciągły. Gdy zasilacz jest wyłączony, ładunki pozostaną na kondensatorze, co oznacza, że ​​napięcie pozostanie na jego zaciskach.

Ładunki zgromadzone na każdej z płyt są przeciwne. W związku z tym płytka, która była podłączona do dodatniego zacisku źródła zasilania, jest naładowana dodatnio, a ta, która jest naładowana ujemnie. Zasada działania tego produktu opiera się na przyciąganiu różnych ładunków w obwodzie elektrycznym.

W prostych słowach kondensator będzie magazynował energię, która została przekazana ze źródła zasilania - taki jest jego cel. Jednak w praktyce występują różne straty i wycieki.

Interesujący! Leiden Bank to prototyp nowoczesnych kondensatorów, urodzony w 1745 roku. To urządzenie było w stanie magazynować energię i wydobywać iskry, gdy jego płyty były zamknięte. Możesz zobaczyć wygląd i konstrukcję poniżej.

A na poniższym rysunku widać konstrukcję najprostszego płaskiego kondensatora - dwie płytki oddzielone dielektrykiem:

Ponieważ pojemność jest wprost proporcjonalna do powierzchni płytek i odwrotnie proporcjonalna do odległości między nimi, w celu zwiększenia pojemności inżynierowie opracowali szereg innych postaci kondensatorów. Na przykład płyty zwinięte w spiralę - dzięki czemu ich powierzchnia stała się wielokrotnie większa przy tych samych gabarytach, a także rozwiązaniach cylindrycznych i kulistych.

Jedno z praw komutacji mówi, że napięcie na płytkach kondensatora nie może zmieniać się gwałtownie, co ilustruje poniższa miniatura.

Wyświetlenia

Kondensatory można klasyfikować według różnych kryteriów.

Według stałości pojemności:

• Stały.
• Zmienne. Ich pojemność może być zmieniana ręcznie przez operatora (użytkownika) urządzenia lub pod wpływem napięcia (jak w varicaps i variconds).

Według polaryzacji przyłożonego napięcia:

• Niepolarny - może pracować w obwodach prądu przemiennego.
• Polar - jeśli napięcie zostanie podłączone z niewłaściwą polaryzacją, zawiedzie.

W zależności od miejsca zastosowania tych komponentów rozróżnia się różne opcje materiałowe:

• Kondensatory papierowe i metalowo-papierowe są znane wielu, powszechnym w czasach sowieckich, w postaci prostokątnych cegieł z oznaczeniami typu „MBGCH”. Poniżej możesz zobaczyć wygląd tego typu kondensatora. Są niepolarne.
• Ceramiczne - często filtrują zakłócenia o wysokiej częstotliwości i względną przenikalność elektryczną pozwala na wykonanie elementów wielowarstwowych o pojemności porównywalnej z elektrolitami (drogie), niewrażliwych na biegunowość.
• Folie - pospolite w postaci brązowych padów, niedrogie, stosowane wszędzie. Charakteryzują się niskim prądem upływu, małą pojemnością, wysokim napięciem roboczym oraz niewrażliwością na polaryzację przyłożonego napięcia.
• Z dielektrykiem powietrza. Najlepszym przykładem takiego elementu jest kondensator strojenia obwodu rezonansowego z odbiornika radiowego, pojemność takich elementów jest niewielka, ale wygodnie jest ją zmienić.
• Elektrolityczne - są to elementy w postaci beczek, najczęściej montowane są jako filtr tętnień sieci w zasilaczu. Konstrukcja i zasada działania pozwalają uzyskać dużą pojemność przy niewielkich rozmiarach, jednak z czasem mogą wysychać, tracić pojemność lub pęcznieć. Poniżej możesz zobaczyć, jak te produkty wyglądają w dobrym stanie. Jako dielektryk stosowana jest cienka warstwa tlenku metalu. Jeśli w zasilaczu zastosowano kondensatory z dielektrykiem z AL₂O₃ - tak zwany „elektrolity aluminiowe”, a następnie tantal (Ta₂0₅ - należą również do kondensatorów elektrolitycznych, ponieważ mają mniejszy prąd upływu, większą odporność na wpływy zewnętrzne, w przeciwieństwie do poprzednich, aluminiowych.
• Polimer - wytrzymuje wysokie prądy impulsowe, pracuje w niskich temperaturach

Główne cechy techniczne

Jeśli naprawiasz lub rozwijasz urządzenie elektroniczne, będziesz musiał wybrać odpowiedni kondensator, aby zastąpić uszkodzony. W tym celu musisz zapoznać się z podstawowymi parametrami technicznymi kondensatora, od których zależy jego działanie w obwodzie elektrycznym.

Pojemność znamionowa. Charakteryzuje główne przeznaczenie komponentu - jaki ładunek może przechowywać. Główna charakterystyka jest mierzona w faradach [F]. Jednak taka jednostka miary jest zbyt duża, dlatego używane są ułamki:

• Milifarady, mF - 0, 001 F (10^-3);
• Mikrofarady, μF - 0,0000 001 F (10^-6);
• Nanofarady, nF - 0,000000 001 F (10^-9);
• Pikofarady, pF - 0,00 000 000 001 F (10^-12).

Napięcie znamionowe to napięcie, do którego można zagwarantować normalną pracę kondensatora. Gdy ta wartość zostanie przekroczona, prawdopodobne jest przebicie dielektryka. Może to być od jednostek woltów (dla elektrolitów) do tysięcy woltów (folia i ceramika). Podczas napraw wartość ta nie powinna być niższa od nieudanej, wyższa - można!

Tolerancja odchyłki - o ile rzeczywista pojemność może różnić się od deklarowanej nominalnej. Może osiągnąć 20-30%, ale istnieją również modele o wysokiej precyzji z tolerancją do 1% - do zastosowania w łańcuchach, gdzie wymagana jest szczególna dokładność.

Temperaturowy współczynnik pojemności - ten parametr jest ważny dla elektrolitów. W przypadku kondensatorów aluminiowych wraz ze spadkiem temperatury pojemność maleje, a oporność elektryczna wzrasta. ESR)

ESR, równoważna rezystancja szeregowa, jest również ważna dla elektrolitów. Mówiąc prościej, im jest większy, tym gorzej. W przypadku spuchniętych przewodów ESR wzrasta.

W poniższej tabeli możesz zobaczyć dopuszczalne wartości ESR dla różnych pojemności nominalnych i napięć.

Gdzie i dlaczego są używane?

Odpowiedzmy jednak na pytanie „do czego służy kondensator?” z praktycznego punktu widzenia. Aby to zrobić, rozważ kilka schematów.

Kondensatory elektrolityczne są najczęściej stosowane jako wspomniany już filtr tętnień sieci w zasilaczach. Poniższy schemat pokazuje dokładnie, gdzie elektrolit jest zainstalowany. Im większe obciążenie, tym większa pojemność elektrolitu jest potrzebna do wygładzenia pulsacji.

Kolejnym miejscem zastosowania kondensatorów są filtry górno- i dolnoprzepustowe. Poniższy schemat przedstawia typowe wtrącenia. Tak więc w systemach akustycznych basy, średnie i wysokie częstotliwości są rozprowadzane przez głośniki bez użycia aktywnych komponentów.

Zasilacze balastowe są często używane do ładowania małych akumulatorów i zasilania urządzeń o małej mocy, takich jak tanie żarówki LED, radia i inne. Kondensator foliowy jest instalowany szeregowo z urządzeniem zasilającym, ograniczając prąd dzięki swojej reaktancji - to zasada działania tak prostego obwodu.

Tłumiki to urządzenia przeznaczone do ochrony przełączników półprzewodnikowych i styków przekaźników przed obciążeniami wynikającymi z przełączania. W nowoczesnych zasilaczach impulsowych wysokiej częstotliwości stosuje się tłumiki z rezystora i kondensatora, takie jak sposób, główne parametry w obwodzie są poprawione, a obciążenie klawiszy jest zmniejszone, a także straty mocy na jego ciepło. Zasada działania tłumika polega na spowolnieniu narastających i opadających zboczy napięcia na kluczu za pomocą stałej czasowej ładunku kondensatora.

Wniosek

Zbadaliśmy, czym jest kondensator, jak działa i jaką funkcję pełni. W celu głębszego przestudiowania należy dokładnie zapoznać się z typami kondensatorów i ich praktycznymi cechami pracy w różnych obwodach i zastosowaniach. Na przykład w przypadkach, w których wymagana jest szczególna dokładność i niezawodność, stosuje się elektrolity o niskiej ESR lub tantalu, podczas gdy nie ma dużej różnicy w filtrze prostownika, co należy umieścić.

Na koniec zalecamy obejrzenie przydatnych filmów na temat artykułu:

Przeczytaj także:

• Czym są przewodniki, półprzewodniki i dielektryki
• Co to jest pojemność elektryczna?
• Metody określania pojemności kondensatora