Kondensator: Gerät, Funktionsprinzip, Anwendung

Definition

Das Wort Kondensator leitet sich vom lateinischen kondensatio ab, was soviel wie Akkumulation bedeutet. In der Physik wird dieser Begriff verwendet, um eine ganze Nische von Elektroprodukten zu beschreiben, die als Energiespeicher dienen sollen. Die Menge der akkumulierten Energie hängt von der Kapazität und dem Quadrat der Spannung auf seinen Platten ab, geteilt durch 2. In diesem Fall fließt der Strom nur während des Ladevorgangs durch. Aber das Wichtigste zuerst.

E = (CU²)/2

Einfach ausgedrückt ist ein Kondensator ein Gerät, das Energie in speichern kann

Arbeitsprinzip

Nachdem wir nun wissen, wie dieses Element in den Diagrammen angezeigt wird, müssen wir das Funktionsprinzip des Kondensators berücksichtigen. Wenn die Kondensatorplatten an eine Stromquelle angeschlossen sind, strömen elektrische Ladungen von den positiven und negativen Anschlüssen des MT zu den Platten und sammeln sich auf ihnen an.

Der elektrische Strom wird unterbrochen, nachdem der Kondensator auf die Nennkapazität geladen wurde, da sich zwischen den Platten eine dielektrische Schicht befindet, kann er nicht ständig fließen. Wenn die Stromversorgung ausgeschaltet wird, bleiben Ladungen auf dem Kondensator, was bedeutet, dass die Spannung an seinen Anschlüssen bleibt.

Die auf jeder der Platten akkumulierten Ladungen sind entgegengesetzt. Dementsprechend wird die Platte, die mit dem positiven Anschluss der Stromquelle verbunden war, positiv geladen, und die Platte, die negativ geladen ist. Das Funktionsprinzip dieses Produkts basiert auf der Anziehung ungleicher Ladungen in einem Stromkreis.

In einfachen Worten, der Kondensator speichert die Energie, die von der Stromquelle übertragen wurde - dies ist sein Zweck. In der Praxis gibt es jedoch verschiedene Verluste und Undichtigkeiten.

Interessant! Die Leiden Bank ist der Prototyp moderner Kondensatoren, geboren 1745. Dieses Gerät war in der Lage, Energie zu speichern und Funken zu extrahieren, wenn seine Platten geschlossen waren. Sie können das Aussehen und den Aufbau unten sehen.

Und in der folgenden Abbildung sehen Sie das Design des einfachsten Flachkondensators - zwei durch ein Dielektrikum getrennte Platten:

Da die Kapazität direkt proportional zur Fläche der Platten und umgekehrt proportional zum Abstand zwischen ihnen ist, haben Ingenieure zur Erhöhung der Kapazität eine Reihe anderer Formen von Kondensatoren entwickelt. Zum Beispiel rollten sich Platten zu einer Spirale - so wurde ihre Fläche bei gleichen Gesamtabmessungen sowie zylindrischen und kugelförmigen Lösungen um ein Vielfaches größer.

Eines der Kommutierungsgesetze besagt, dass sich die Spannung an den Kondensatorplatten nicht schlagartig ändern kann, was in der folgenden Miniatur dargestellt ist.

Ansichten

Kondensatoren können nach verschiedenen Kriterien klassifiziert werden.

Nach Kapazitätskonstanz:

• Dauerhaft.
• Variablen. Ihre Kapazität kann entweder manuell durch den Bediener (Benutzer) des Gerätes oder unter Spannungseinfluss (wie bei Varicaps und Variconds) verändert werden.

Durch Polarität der angelegten Spannung:

• Unpolar - kann in Wechselstromkreisen arbeiten.
• Polar - Wenn die Spannung mit der falschen Polarität angeschlossen wird, schlägt sie fehl.

Je nach Einsatzort dieser Komponenten werden verschiedene Materialvarianten unterschieden:

• Papier- und Metall-Papier-Kondensatoren sind vielen bekannt, zu Sowjetzeiten üblich in Form von rechteckigen Ziegeln mit Markierungen wie "MBGCH". Sie können das Aussehen dieses Kondensatortyps unten sehen. Sie sind unpolar.
• Keramik - sie filtern oft hochfrequente Störungen und die relative Permittivität ermöglicht die Herstellung von Mehrschichtbauteilen mit einer Kapazität vergleichbar mit Elektrolyten (teuer), unempfindlich gegen Polarität.
• Folien - üblich in Form von braunen Pads, preiswert, überall verwendet. Sie zeichnen sich durch geringen Ableitstrom, geringe Kapazität, hohe Betriebsspannung und Unempfindlichkeit gegenüber der Polarität der angelegten Spannung aus.
• Mit Luftdielektrikum. Das beste Beispiel für ein solches Element ist ein Abstimmkondensator eines Resonanzkreises eines Funkempfängers, die Kapazität solcher Elemente ist klein, aber es ist bequem, sie zu ändern.
• Elektrolytisch - Dies sind Elemente in Form von Fässern; Sie werden am häufigsten als Filter von Netzwelligkeiten in einem Netzteil installiert. Das Design und das Funktionsprinzip ermöglichen es Ihnen, bei kleiner Größe eine große Kapazität zu erhalten, aber im Laufe der Zeit können sie austrocknen, an Kapazität verlieren oder anschwellen. Unten sehen Sie, wie diese Produkte in gutem Zustand aussehen. Als Dielektrikum dient eine dünne Metalloxidschicht. Wenn das Netzteil Kondensatoren mit einem Dielektrikum von AL. verwendet₂Ö₃ - die sogenannte "Aluminiumelektrolyte", dann Tantal (Ta₂0₅ - sie gehören auch zu Elektrolytkondensatoren, da sie im Gegensatz zu den bisherigen Aluminiumkondensatoren einen geringeren Ableitstrom und eine größere Beständigkeit gegen äußere Einflüsse haben.
• Polymer - hält hohen Stoßströmen stand und arbeitet bei niedrigen Temperaturen

Wichtigste technische Eigenschaften

Wenn Sie ein elektronisches Gerät reparieren oder entwickeln, müssen Sie einen geeigneten Kondensator auswählen, um den ausgefallenen zu ersetzen. Dazu müssen Sie sich mit den grundlegenden technischen Eigenschaften des Kondensators vertraut machen, von denen sein Betrieb im Stromkreis abhängt.

Nennleistung. Es charakterisiert den Hauptzweck einer Komponente - welche Ladung sie speichern kann. Das Hauptmerkmal wird in Farad [F] gemessen. Eine solche Maßeinheit ist jedoch zu groß, daher werden Brüche verwendet:

• Milifarad, mF - 0, 001 F (10^-3);
• Mikrofarad, μF - 0, 000 001 F (10^-6);
• Nanofarad, nF - 0, 000 000 001 F (10^-9);
• Picofarad, pF - 0, 000 000 000 001 F (10^-12).

Die Nennspannung ist die Spannung, bis zu der ein normaler Betrieb des Kondensators garantiert werden kann. Wenn dieser Wert überschritten wird, tritt wahrscheinlich ein dielektrischer Durchschlag auf. Sie kann von Volt (für Elektrolyte) bis zu Tausenden von Volt (Film und Keramik) betragen. Bei Reparaturen sollte dieser Wert nicht niedriger sein als der eines ausgefallenen, höher - Sie können!

Abweichungstoleranz - um wie viel die tatsächliche Kapazität von der angegebenen Nennleistung abweichen kann. Sie kann 20-30% erreichen, es gibt aber auch hochpräzise Modelle mit einer Toleranz von bis zu 1% - für den Einsatz in Ketten, bei denen besondere Genauigkeit erforderlich ist.

Temperaturkoeffizient der Kapazität - dieser Parameter ist für Elektrolyte wichtig. Bei Aluminiumkondensatoren nimmt mit abnehmender Temperatur die Kapazität ab und der spezifische elektrische Widerstand steigt. ESR)

ESR, Equivalent Series Resistance, ist auch für Elektrolyte wichtig. Einfach gesagt, je größer es ist, desto schlimmer. Bei gequollenen Leitungen steigt der ESR.

In der folgenden Tabelle sehen Sie die zulässigen ESR-Werte für verschiedene Nennkapazitäten und Spannungen.

Wo und warum werden sie verwendet?

Beantworten wir dennoch die Frage "Wozu dient der Kondensator?" aus praktischer Sicht. Betrachten Sie dazu mehrere Schemata.

Elektrolytkondensatoren werden am häufigsten als das bereits erwähnte Filter der Netzwelligkeit in Netzteilen verwendet. Das Diagramm unten zeigt genau, wo der Elektrolyt installiert ist. Je größer die Belastung, desto größer ist die Elektrolytkapazität, um die Pulsationen zu glätten.

Der nächste Ort, an dem Kondensatoren verwendet werden, sind Hoch- und Tiefpassfilter. Das Diagramm unten zeigt typische Einschlüsse. So werden in akustischen Systemen Bässe, Mitten und hohe Frequenzen ohne den Einsatz aktiver Komponenten über die Lautsprecher verteilt.

Ballast-Netzteile werden oft verwendet, um kleine Batterien aufzuladen und Geräte mit geringem Stromverbrauch wie billige LED-Lampen, Radios und andere mit Strom zu versorgen. Der Folienkondensator ist in Reihe mit dem Versorgungsgerät installiert und begrenzt den Strom aufgrund seiner Reaktanz - dies ist das Funktionsprinzip einer so einfachen Schaltung.

Snubber sind Geräte zum Schutz von Halbleiterschaltern und Relaiskontakten vor Schaltbelastungen. In modernen gepulsten Hochfrequenz-Netzteilen werden Snubber aus einem Widerstand und einem Kondensator verwendet, wie z Auf diese Weise werden die Hauptparameter in der Schaltung verbessert und die Belastung der Tasten sowie die Verlustleistung an deren Wärme. Das Funktionsprinzip des Snubbers besteht darin, die steigenden und fallenden Flanken der Spannung an der Taste zu verlangsamen, indem die Zeitkonstante der Kondensatorladung verwendet wird.

Abschluss

Wir haben untersucht, was ein Kondensator ist, wie er funktioniert und welche Funktion er erfüllt. Für ein tieferes Studium müssen Sie sich mit den Arten von Kondensatoren und ihren praktischen Eigenschaften in verschiedenen Schaltungen und Anwendungen vertraut machen. So werden beispielsweise in Fällen, in denen besondere Genauigkeit und Zuverlässigkeit erforderlich sind, Elektrolyte mit niedrigem ESR oder Tantal verwendet, während der Filter am Gleichrichter nicht viel Unterschied macht.

Abschließend empfehlen wir Ihnen, nützliche Videos zum Thema des Artikels anzusehen:

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