Kondensaator: seade, tööpõhimõte, rakendus

Definitsioon

Sõna kondensaator pärineb ladinakeelsest sõnast condensatio, mis tõlkes tähendab kogunemist. Füüsikas kasutatakse seda terminit terve elektritoodete nišši kirjeldamiseks, mille eesmärk on töötada energiasalvestina. Kogunenud energia hulk sõltub võimsusest ja selle plaatidel oleva pinge ruudust, jagatud 2-ga. Sel juhul läbib vool seda ainult laadimisprotsessi ajal. Aga kõigepealt asjad kõigepealt.

E = (CU²)/2

Lihtsamalt öeldes on kondensaator seade, mis suudab energiat salvestada elektriväli. Lihtsaimas versioonis koosneb see kahest dielektrikuga eraldatud juhist (plaadist). Alloleval joonisel näete välise lamekondensaatoriseadme lihtsustatud diagrammi. Sümbol diagrammil on 2 8 mm kõrgust joont, mis asuvad üksteisest 1,5 mm kaugusel.

Toimimispõhimõte

Nüüd, kui teame, kuidas see element diagrammidel on näidatud, peame arvestama kondensaatori tööpõhimõttega. Kui kondensaatoriplaadid on ühendatud toiteallikaga, tormavad MT positiivsete ja negatiivsete klemmide elektrilaengud plaatidele, kogunedes neile.

Elektrivool katkeb pärast kondensaatori nimivõimsuseni laadimist, kuna plaatide vahel on dielektriline kiht, ei saa see pidevalt voolata. Kui toide on välja lülitatud, jäävad kondensaatorile laengud, mis tähendab, et pinge jääb selle klemmidele alles.

Igale plaadile kogunenud laengud on vastupidised. Vastavalt sellele on toiteallika positiivse klemmiga ühendatud plaat positiivselt laetud ja see, mis on negatiivselt laetud. Selle toote tööpõhimõte põhineb erinevat laadi laengute tõmbamisel elektriahelasse.

Lihtsamalt öeldes salvestab kondensaator toiteallikast üle kantud energia - see on selle eesmärk. Praktikas esineb aga erinevaid kadusid ja lekkeid.

Huvitav! Leideni pank on 1745. aastal sündinud kaasaegsete kondensaatorite prototüüp. See seade oli võimeline salvestama energiat ja eraldama sädemeid, kui selle plaadid olid suletud. Välimust ja ehitust näete allpool.

Ja alloleval joonisel näete kõige lihtsama lamekondensaatori konstruktsiooni - kaks plaati, mis on eraldatud dielektrikuga:

Kuna mahtuvus on otseselt võrdeline plaatide pindalaga ja pöördvõrdeline nendevahelise kaugusega, on insenerid mahtuvuse suurendamiseks välja töötanud mitmeid muid kondensaatorite vorme. Näiteks plaadid rullusid spiraaliks – nii muutus nende pindala samade üldmõõtmete, aga ka silindriliste ja sfääriliste lahendustega kordades suuremaks.

Üks kommutatsiooniseadusi ütleb, et pinge kondensaatoriplaatidel ei saa järsult muutuda, mida illustreerib järgmine miniatuur.

Vaated

Kondensaatoreid saab klassifitseerida erinevate kriteeriumide järgi.

Võimsuse püsivuse järgi:

• Alaline.
• Muutujad. Nende võimsust saab muuta kas käsitsi seadme operaator (kasutaja) või pinge mõjul (nagu varikappide ja varikondide puhul).

Rakendatud pinge polaarsuse järgi:

• Mittepolaarne – võib töötada vahelduvvooluahelates.
• Polaarne - kui pinge on ühendatud vale polaarsusega, siis see ebaõnnestub.

Sõltuvalt sellest, kus neid komponente kasutatakse, eristatakse erinevaid materjalivalikuid:

• Paber- ja metall-paberkondensaatorid on paljudele tuttavad, nõukogude ajal levinud ristkülikukujuliste telliste kujul, millel on sellised märgistused nagu "MBGCH". Seda tüüpi kondensaatori välimust näete allpool. Need on mittepolaarsed.
• Keraamika - need filtreerivad sageli kõrgsageduslikke häireid ja suhtelist läbilaskvust võimaldab valmistada mitmekihilisi komponente, mille võimsus on võrreldav elektrolüütidega (kallid), mitte tundlikud polaarsus.
• Kiled - levinud pruunide padjanditena, odavad, kasutatakse kõikjal. Neid iseloomustab madal lekkevool, väike võimsus, kõrge tööpinge ja tundlikkus rakendatava pinge polaarsuse suhtes.
• Õhkdielektrikuga. Sellise elemendi parim näide on raadiovastuvõtja resonantsahela häälestuskondensaator, selliste elementide võimsus on väike, kuid seda on mugav muuta.
• Elektrolüütilised - need on tünnide kujul olevad elemendid, need paigaldatakse kõige sagedamini toiteploki võrgu lainetuse filtriks. Disain ja tööpõhimõte võimaldavad teil väikese suurusega saada suure mahutavuse, kuid aja jooksul võivad need kuivada, kaotada võimsust või paisuda. Kuidas need tooted heas seisukorras välja näevad, näete allpool. Dielektrikuna kasutatakse õhukest metalloksiidi kihti. Kui PSU kasutab AL-i dielektrikuga kondensaatoreid₂O₃ - niinimetatud "Alumiiniumelektrolüüdid", seejärel tantaal (Ta₂0₅ - need kuuluvad ka elektrolüütide) kondensaatorite hulka, kuna neil on erinevalt eelmistest alumiiniumist väiksem lekkevool, suurem vastupidavus välismõjudele.
• Polümeer - talub suuri impulssvoolusid, töötab madalatel temperatuuridel

Peamised tehnilised omadused

Kui parandate või arendate elektroonikaseadet, peate ebaõnnestunud kondensaatori asendamiseks valima sobiva kondensaatori. Ja selleks peate tutvuma kondensaatori tehniliste põhiomadustega, millest sõltub selle töö elektriahelas.

Nimivõimsus. See iseloomustab komponendi peamist eesmärki - millist laengut see suudab salvestada. Põhikarakteristikut mõõdetakse faraadides [F]. Kuid selline mõõtühik on liiga suur, seetõttu kasutatakse murde:

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

Nimipinge on pinge, milleni võib olla garanteeritud kondensaatori normaalne töö. Selle väärtuse ületamisel tekib tõenäoliselt dielektriline rike. See võib olla alates ühikutest voltidest (elektrolüütide jaoks) ja kuni tuhandete voltideni (kile ja keraamika). Remondi ajal ei tohiks see väärtus olla väiksem kui ebaõnnestunud väärtus, kõrgem - saate!

Hälbe tolerants – kui palju võib tegelik võimsus deklareeritud nimiväärtusest erineda. See võib ulatuda 20-30% -ni, kuid on ka ülitäpseid mudeleid, mille tolerants on kuni 1% - kasutamiseks kettides, kus on vaja erilist täpsust.

Temperatuuri koefitsient - see parameeter on elektrolüütide jaoks oluline. Alumiiniumkondensaatorite puhul väheneb temperatuuri langusega võimsus ja suureneb elektritakistus. ESR)

ESR, Equivalent Series Resistance, on oluline ka elektrolüütide jaoks. Lihtsamalt öeldes, mida suurem see on, seda hullem. Paistes kanalite korral ESR tõuseb.

Allolevas tabelis näete erinevate nimivõimsuste ja pingete lubatud ESR-i väärtusi.

Kus ja miks neid kasutatakse?

Siiski vastame küsimusele "mille jaoks on kondensaator?" praktilisest vaatenurgast. Selleks kaaluge mitut skeemi.

Elektrolüütkondensaatorid on enim kasutusel juba mainitud toiteallika pulsatsioonifiltrina. Allolev diagramm näitab täpselt, kus elektrolüüt on paigaldatud. Mida suurem on koormus, seda suuremat elektrolüüdi mahtu on vaja pulsatsioonide tasandamiseks.

Järgmine koht, kus kondensaatoreid kasutatakse, on kõrg- ja madalpääsfiltrid. Allolev diagramm näitab tüüpilisi lisamisi. Seega jaotatakse akustilistes süsteemides bassid, keskmised ja kõrged sagedused kõlarite kaudu ilma aktiivseid komponente kasutamata.

Ballasttoiteallikaid kasutatakse sageli väikeste akude laadimiseks ja väikese võimsusega seadmete, näiteks odavate LED-pirnide, raadiote ja muude toiteks. Kilekondensaator paigaldatakse toiteseadmega järjestikku, piirates voolu selle reaktantsi tõttu - see on sellise lihtsa vooluahela tööpõhimõte.

Snubbers on seadmed, mis on ette nähtud pooljuhtlülitite ja releekontaktide kaitsmiseks lülitustest tulenevate koormuste eest. Kaasaegsetes impulss-kõrgsageduslikes toiteallikates kasutatakse takisti ja kondensaatori snubbereid, näiteks viisil parandatakse ahela peamisi parameetreid ja vähendatakse klahvide koormust, samuti väheneb selle võimsuskadu. soojust. Snubberi tööpõhimõte on aeglustada võtmel oleva pinge tõusvaid ja langevaid servi, kasutades kondensaatori laengu ajakonstandit.

Järeldus

Uurisime, mis on kondensaator, kuidas see töötab ja mis funktsiooni see täidab. Sügavamaks uurimiseks peate põhjalikult tutvuma kondensaatorite tüüpidega ja nende praktiliste tööomadustega erinevates ahelates ja rakendustes. Näiteks juhtudel, kui on vaja erilist täpsust ja töökindlust, kasutatakse madala ESR-i või tantaalelektrolüüte, samas kui alaldi filtril pole suurt vahet, mida panna.

Lõpuks soovitame vaadata kasulikke videoid artikli teemal:

Loe ka:

• Mis on juhid, pooljuhid ja dielektrikud
• Mis on elektriline võimsus
• Kondensaatori mahtuvuse määramise meetodid