Kondensaattori: laite, toimintaperiaate, sovellus

Määritelmä

Sana kondensaattori tulee latinan sanasta condensatio, joka tarkoittaa kerääntymistä. Fysiikassa tätä termiä käytetään kuvaamaan kokonaista nicheä sähkötuotteita, joiden tarkoitus on toimia energian varastointilaitteena. Kertyneen energian määrä riippuu kapasiteetista ja sen levyillä olevan jännitteen neliöstä jaettuna kahdella. Tässä tapauksessa virta kulkee sen läpi vain latausprosessin aikana. Mutta ensin asiat ensin.

E = (CU²)/2

Yksinkertaisesti sanottuna kondensaattori on laite, joka pystyy varastoimaan energiaa sähkökenttä. Yksinkertaisimmassa versiossa se koostuu kahdesta johtimesta (levystä), jotka on erotettu eristeellä. Alla olevassa kuvassa näet yksinkertaistetun kaavion ulkoisesta litteästä kondensaattorilaitteesta. Kaavion symboli on 2 8 mm korkeaa viivaa 1,5 mm: n etäisyydellä toisistaan.

Toimintaperiaate

Nyt kun tiedämme, kuinka tämä elementti on merkitty kaavioihin, meidän on harkittava kondensaattorin toimintaperiaatetta. Kun kondensaattorilevyt on kytketty virtalähteeseen, sähkövaraukset MT: n positiivisista ja negatiivisista navoista syöksyvät levyille kerääntyen niille.

Sähkövirta katkeaa, kun kondensaattori on ladattu nimelliskapasiteettiin, koska levyjen välissä on eristekerros, joten se ei voi virrata jatkuvasti. Kun virta katkaistaan, varaukset jäävät kondensaattoriin, mikä tarkoittaa, että jännite pysyy sen liittimissä.

Jokaiselle levylle kertyneet varaukset ovat vastakkaisia. Vastaavasti virtalähteen positiiviseen napaan liitetty levy on positiivisesti varautunut ja se, joka on negatiivisesti varautunut. Tämän tuotteen toimintaperiaate perustuu erilaisten varausten houkuttelemiseen sähköpiirissä.

Yksinkertaisesti sanottuna kondensaattori varastoi energian, joka siirrettiin virtalähteestä - tämä on sen tarkoitus. Käytännössä on kuitenkin erilaisia ​​häviöitä ja vuotoja.

Mielenkiintoista! Leiden Bank on modernien kondensaattorien prototyyppi, syntynyt vuonna 1745. Tämä laite pystyi varastoimaan energiaa ja poistamaan kipinöitä, kun sen levyt suljettiin. Näet ulkoasun ja rakenteen alta.

Ja alla olevassa kuvassa näet yksinkertaisimman litteän kondensaattorin suunnittelun - kaksi levyä, jotka on erotettu eristeellä:

Koska kapasitanssi on suoraan verrannollinen levyjen pinta-alaan ja kääntäen verrannollinen niiden väliseen etäisyyteen, kapasitanssin lisäämiseksi insinöörit ovat kehittäneet useita muita kondensaattoreita. Esimerkiksi levyt rullasivat kierteeksi - niin niiden pinta-ala tuli moninkertaiseksi samoilla kokonaismitoilla, samoin kuin sylinterimäisillä ja pallomaisilla ratkaisuilla.

Yksi kommutoinnin laeista sanoo, että jännite kondensaattorilevyjen yli ei voi muuttua äkillisesti, mikä on havainnollistettu seuraavassa pienoiskoossa.

Näkymät

Kondensaattorit voidaan luokitella eri kriteerien mukaan.

Kapasiteetin pysyvyyden mukaan:

• Pysyvä.
• Muuttujat. Niiden kapasiteettia voidaan muuttaa joko manuaalisesti laitteen käyttäjän (käyttäjän) toimesta tai jännitteen vaikutuksesta (kuten varicapsissa ja varicondeissa).

Käytetyn jännitteen napaisuuden mukaan:

• Ei-napainen - voi toimia AC-piireissä.
• Polaarinen - jos jännite on kytketty väärään napaisuuteen, se epäonnistuu.

Sen mukaan, missä näitä komponentteja käytetään, erotetaan erilaisia ​​materiaalivaihtoehtoja:

• Paperi- ja metalli-paperikondensaattorit ovat tuttuja monille, yleisiä Neuvostoliiton aikoina suorakaiteen muotoisina tiileinä, joissa on merkinnät, kuten "MBGCH". Voit nähdä tämäntyyppisen kondensaattorin ulkonäön alla. Ne ovat ei-polaarisia.
• Keramiikka - ne suodattavat usein korkeataajuisia häiriöitä ja suhteellista permittiivisyyttä mahdollistaa monikerroksisten komponenttien valmistamisen, joiden kapasiteetti on verrattavissa elektrolyytteihin (kallis), jotka eivät ole herkkiä vastakkaisuus.
• Kalvot - yleisiä ruskeiden tyynyjen muodossa, edullisia, käytetään kaikkialla. Niille on ominaista alhainen vuotovirta, pieni kapasiteetti, korkea käyttöjännite ja epäherkkyys käytetyn jännitteen napaisuuksille.
• Ilmaeristeellä. Paras esimerkki tällaisesta elementistä on radiovastaanottimen resonanssipiirin virityskondensaattori, tällaisten elementtien kapasiteetti on pieni, mutta se on kätevä vaihtaa.
• Elektrolyyttinen - nämä ovat tynnyrien muodossa olevia elementtejä; ne asennetaan useimmiten verkkojen värähtelyn suodattimeksi virtalähteeseen. Suunnittelun ja toimintaperiaatteen avulla voit saada suuren kapasiteetin pienellä koolla, mutta ajan myötä ne voivat kuivua, menettää kapasiteettia tai turvota. Alla näet miltä nämä tuotteet näyttävät hyvässä kunnossa. Ohut kerros metallioksidia käytetään eristeenä. Jos PSU käyttää kondensaattoreita, joissa on AL: n eriste₂O₃ - niin kutsuttu "Alumiinielektrolyytit", sitten tantaali (Ta₂0₅ - ne kuuluvat myös elektrolyytit) kondensaattoreihin, koska niillä on pienempi vuotovirta, suurempi vastustuskyky ulkoisille vaikutuksille, toisin kuin aikaisemmissa alumiinisissa.
• Polymeeri - kestää suuria impulssivirtoja, toimii matalissa lämpötiloissa

Tärkeimmät tekniset ominaisuudet

Jos olet korjaamassa tai kehittämässä elektronista laitetta, sinun on valittava sopiva kondensaattori viallisen kondensaattorin tilalle. Ja tätä varten sinun on tutustuttava kondensaattorin teknisiin perusominaisuuksiin, joista sen toiminta sähköpiirissä riippuu.

Nimelliskapasiteetti. Se luonnehtii komponentin päätarkoitusta - mitä latausta se voi säilyttää. Pääominaisuus mitataan faradeina [F]. Tällainen mittayksikkö on kuitenkin liian suuri, joten käytetään murto-osia:

• Milifaradit, mF - 0 001 F (10^-3);
• Mikrofaradit, μF - 0 000 001 F (10^-6);
• Nanofaradit, nF - 0, 000 000 001 F (10^-9);
• Picofarads, pF - 0, 000 000 000 001 F (10^-12).

Nimellisjännite on jännite, johon asti kondensaattorin normaali toiminta voidaan taata. Kun tämä arvo ylittyy, dielektrinen hajoaminen tapahtuu todennäköisesti. Se voi olla volttiyksiköistä (elektrolyyteille) ja jopa tuhansille voltteille (kalvo ja keramiikka). Korjauksen aikana tämä arvo ei saa olla pienempi kuin epäonnistuneen, korkeampi - voit!

Poikkeamatoleranssi - kuinka paljon todellinen kapasiteetti voi poiketa ilmoitetusta nimellisarvosta. Se voi saavuttaa 20-30%, mutta on myös erittäin tarkkoja malleja, joiden toleranssi on jopa 1% - käytettäväksi ketjuissa, joissa vaaditaan erityistä tarkkuutta.

Kapasiteetin lämpötilakerroin - tämä parametri on tärkeä elektrolyyteille. Alumiinikondensaattoreiden kanssa lämpötilan laskussa kapasiteetti pienenee ja sähkövastus kasvaa. ESR)

ESR, Equivalent Series Resistance, on tärkeä myös elektrolyyteille. Yksinkertaisesti sanottuna, mitä suurempi se on, sitä huonompi. Turvonneille putkille ESR nousee.

Alla olevasta taulukosta näet sallitut ESR-arvot eri nimelliskapasiteeteille ja -jännitteille.

Missä ja miksi niitä käytetään?

Vastataan silti kysymykseen "mitä varten kondensaattori on?" käytännön näkökulmasta. Harkitse tätä varten useita järjestelmiä.

Elektrolyyttikondensaattoreita käytetään yleisimmin jo mainittuna verkkovirran aaltoilun suodattimena virtalähteissä. Alla oleva kaavio näyttää tarkalleen, mihin elektrolyytti on asennettu. Mitä suurempi kuorma, sitä suurempi elektrolyyttikapasiteetti tarvitaan pulsaatioiden tasoittamiseen.

Seuraava paikka, jossa kondensaattoreita käytetään, ovat yli- ja alipäästösuodattimet. Alla oleva kaavio näyttää tyypilliset sulkeumat. Siten akustisissa järjestelmissä basso, keskitaajuudet ja korkeat taajuudet jakautuvat kaiuttimien kautta ilman aktiivisia komponentteja.

Liitäntälaitevirtalähteitä käytetään usein pienten akkujen lataamiseen ja vähätehoisten laitteiden, kuten halpojen LED-lamppujen, radioiden ja muiden, lataamiseen. Kalvokondensaattori asennetaan sarjaan syöttölaitteen kanssa, mikä rajoittaa virtaa sen reaktanssin vuoksi - tämä on tällaisen yksinkertaisen piirin toimintaperiaate.

Snubbers ovat laitteita, jotka on suunniteltu suojaamaan puolijohdekytkimiä ja relekontakteja kytkennästä aiheutuvilta kuormituksilta. Nykyaikaisissa pulssisuurtaajuisissa teholähteissä käytetään vastuksen ja kondensaattorin vaimentajia, esim. tavalla, piirin pääparametrit paranevat ja näppäinten kuormitus vähenee sekä sen tehohäviö lämpöä. Snubberin toimintaperiaate on hidastaa avaimen jännitteen nousevaa ja laskevaa reunaa käyttämällä kondensaattorin varauksen aikavakiota.

Johtopäätös

Tutkimme, mikä kondensaattori on, miten se toimii ja mitä toimintoa se suorittaa. Syvempää tutkimusta varten sinun on perehdyttävä tiiviisti kondensaattorityyppeihin ja niiden käytännön ominaisuuksiin erilaisissa piireissä ja sovelluksissa. Joten esimerkiksi tapauksissa, joissa vaaditaan erityistä tarkkuutta ja luotettavuutta, käytetään matala-ESR- tai tantaalielektrolyyttejä, kun taas tasasuuntaajan suodattimessa ei ole paljon eroa, mitä laittaa.

Lopuksi suosittelemme katsomaan hyödyllisiä videoita artikkelin aiheesta:

Lue myös:

• Mitä ovat johteet, puolijohteet ja eristeet
• Mikä on sähkökapasiteetti
• Menetelmät kondensaattorin kapasitanssin määrittämiseksi