Kondensators: ierīce, darbības princips, pielietojums

Definīcija

Vārds kondensators cēlies no latīņu valodas condensatio, kas tulkojumā nozīmē uzkrāšanās. Fizikā ar šo terminu apzīmē veselu elektrisko izstrādājumu nišu, kuru mērķis ir darboties kā enerģijas uzkrāšanas ierīcei. Uzkrātās enerģijas daudzums ir atkarīgs no jaudas un sprieguma kvadrāta uz tā plāksnēm, dalīts ar 2. Šajā gadījumā strāva caur to plūst tikai uzlādes procesā. Bet vispirms vispirms.

E = (CU²)/2

Vienkārši sakot, kondensators ir ierīce, kas spēj uzglabāt enerģiju elektriskais lauks. Vienkāršākajā versijā tas sastāv no diviem vadītājiem (plāksnēm), kas atdalīti ar dielektrisku. Zemāk redzamajā attēlā ir redzama ārējā plakanā kondensatora ierīces vienkāršota diagramma. Simbols diagrammā ir 2 līnijas 8 mm augstumā, 1,5 mm attālumā viena no otras.

Darbības princips

Tagad, kad mēs zinām, kā šis elements ir norādīts diagrammās, mums jāņem vērā kondensatora darbības princips. Kad kondensatora plāksnes ir pievienotas strāvas avotam, elektriskie lādiņi no MT pozitīvajiem un negatīvajiem spailēm plūst uz plāksnēm, uzkrājoties uz tām.

Elektriskā strāva tiek pārtraukta pēc tam, kad kondensators ir uzlādēts līdz nominālajai jaudai, jo starp plāksnēm ir dielektriskais slānis, tas nevar pastāvīgi plūst. Kad strāvas padeve ir izslēgta, uz kondensatora paliks lādiņi, kas nozīmē, ka spriegums paliks tā spailēs.

Uz katras no plāksnēm uzkrātie lādiņi ir pretēji. Attiecīgi plāksne, kas tika savienota ar barošanas avota pozitīvo spaili, ir pozitīvi uzlādēta, un tā, kas ir negatīvi uzlādēta. Šī izstrādājuma darbības princips ir balstīts uz atšķirīgu lādiņu piesaisti elektriskā ķēdē.

Vienkāršiem vārdiem sakot, kondensators uzglabās enerģiju, kas tika pārsūtīta no strāvas avota - tas ir tā mērķis. Taču praksē ir dažādi zudumi un noplūdes.

Interesanti! Leiden Bank ir moderno kondensatoru prototips, dzimis 1745. gadā. Šī ierīce spēja uzkrāt enerģiju un izvilkt dzirksteles, kad tās plāksnes bija aizvērtas. Tālāk varat redzēt izskatu un konstrukciju.

Un zemāk esošajā attēlā var redzēt vienkāršākā plakanā kondensatora dizainu - divas plāksnes, kas atdalītas ar dielektrisku:

Tā kā kapacitāte ir tieši proporcionāla plākšņu laukumam un apgriezti proporcionāla attālumam starp tām, lai palielinātu kapacitāti, inženieri ir izstrādājuši vairākus citus kondensatoru veidus. Piemēram, plāksnes saritinājās spirālē - tā to laukums kļuva daudzkārt lielāks ar vienādiem kopējiem izmēriem, kā arī cilindriskiem un sfēriskiem risinājumiem.

Viens no komutācijas likumiem nosaka, ka spriegums pāri kondensatora plāksnēm nevar strauji mainīties, kas ir ilustrēts nākamajā miniatūrā.

Skati

Kondensatorus var klasificēt pēc dažādiem kritērijiem.

Pēc jaudas noturības:

• Pastāvīgs.
• Mainīgie lielumi. To ietilpību var mainīt vai nu manuāli ierīces operators (lietotājs), vai arī sprieguma ietekmē (kā varikapos un varikondos).

Pēc pielietotā sprieguma polaritātes:

• Nepolāri - var darboties maiņstrāvas ķēdēs.
• Polārais - ja spriegums ir pievienots ar nepareizu polaritāti, tas neizdosies.

Atkarībā no tā, kur šīs sastāvdaļas tiek izmantotas, izšķir dažādas materiālu iespējas:

• Papīra un metāla-papīra kondensatori ir pazīstami daudziem, padomju laikos izplatīti taisnstūrveida ķieģeļu formā ar marķējumu, piemēram, "MBGCH". Tālāk varat redzēt šāda veida kondensatora izskatu. Tie ir nepolāri.
• Keramika - tie bieži filtrē augstfrekvences traucējumus un relatīvo caurlaidību ļauj izgatavot daudzslāņu komponentus ar jaudu, kas ir salīdzināma ar elektrolītiem (dārgi), nav jutīgi pret polaritāte.
• Plēves - izplatītas brūnu spilventiņu veidā, lētas, tiek izmantotas visur. Tiem ir raksturīga zema noplūdes strāva, maza jauda, ​​augsts darba spriegums un nejutība pret pielietotā sprieguma polaritāti.
• Ar gaisa dielektriķi. Labākais šāda elementa piemērs ir rezonanses ķēdes noregulēšanas kondensators no radio uztvērēja, šādu elementu jauda ir maza, taču to ir ērti mainīt.
• Elektrolītiski - tie ir elementi mucu formā, tie visbiežāk tiek uzstādīti kā tīkla viļņu filtrs barošanas blokā. Dizains un darbības princips ļauj iegūt lielu ietilpību ar mazu izmēru, taču laika gaitā tie var izžūt, zaudēt ietilpību vai uzbriest. Zemāk varat redzēt, kā šie produkti izskatās labā stāvoklī. Kā dielektrisks tiek izmantots plāns metāla oksīda slānis. Ja PSU izmanto kondensatorus ar dielektriķi no AL₂O₃ - tā sauktais "Alumīnija elektrolīti", tad tantals (Ta₂0₅ - tie pieder arī pie elektrolītu) kondensatoriem, jo ​​tiem ir mazāka noplūdes strāva, lielāka izturība pret ārējām ietekmēm, atšķirībā no iepriekšējiem, alumīnija.
• Polimērs - spēj izturēt lielas impulsu strāvas, darbojas zemā temperatūrā

Galvenās tehniskās īpašības

Ja remontējat vai izstrādājat elektronisku ierīci, jums būs jāizvēlas piemērots kondensators, lai nomainītu bojāto. Un šim nolūkam ir jāiepazīstas ar kondensatora tehniskajiem pamatparametriem, no kuriem ir atkarīga tā darbība elektriskajā ķēdē.

Nominālā jauda. Tas raksturo komponenta galveno mērķi - kādu lādiņu tā var uzglabāt. Galvenais raksturlielums tiek mērīts farādos [F]. Tomēr šāda mērvienība ir pārāk liela, tāpēc tiek izmantotas frakcijas:

• Milifarads, mF — 0 001 F (10^-3);
• Mikrofarādes, μF — 0 000 001 F (10^-6);
• Nanofarādes, nF — 0 000 000 001 F (10^-9);
• Picofarads, pF - 0, 000 000 000 001 F (10^-12).

Nominālais spriegums ir spriegums, līdz kuram var garantēt normālu kondensatora darbību. Ja šī vērtība tiek pārsniegta, iespējams, notiks dielektriskā sabrukšana. Tas var būt no voltu vienībām (elektrolītiem) un līdz pat tūkstošiem voltu (plēve un keramika). Remonta laikā šī vērtība nedrīkst būt zemāka par neveiksmīgu vērtību, augstāka - jūs varat!

Noviržu pielaide - cik daudz reālā jauda var atšķirties no deklarētās nominālās. Tas var sasniegt 20-30%, taču ir arī augstas precizitātes modeļi ar pielaidi līdz 1% - izmantošanai ķēdēs, kur nepieciešama īpaša precizitāte.

Temperatūras jaudas koeficients - šis parametrs ir svarīgs elektrolītiem. Ar alumīnija kondensatoriem, pazeminoties temperatūrai, jauda samazinās un elektriskā pretestība palielinās. ESR)

ESR, Equivalent Series Resistance, ir svarīga arī elektrolītiem. Vienkārši sakot, jo lielāks tas ir, jo sliktāk. Pietūkušiem cauruļvadiem ESR paaugstinās.

Zemāk esošajā tabulā varat redzēt pieļaujamās ESR vērtības dažādām nominālajām jaudām un spriegumiem.

Kur un kāpēc tos izmanto?

Tomēr atbildēsim uz jautājumu "kam paredzēts kondensators?" no praktiskā viedokļa. Lai to izdarītu, apsveriet vairākas shēmas.

Elektrolītiskie kondensatori visplašāk tiek izmantoti kā jau minētais elektrotīkla pulsācijas filtrs barošanas blokos. Zemāk redzamā diagramma precīzi parāda, kur ir uzstādīts elektrolīts. Jo lielāka slodze, jo lielāka elektrolīta kapacitāte nepieciešama pulsāciju izlīdzināšanai.

Nākamā vieta, kur tiek izmantoti kondensatori, ir augstas un zemas caurlaidības filtri. Zemāk redzamā diagramma parāda tipiskus ieslēgumus. Tādējādi akustiskajās sistēmās zemās, vidējās un augstās frekvences tiek izplatītas caur skaļruņiem, neizmantojot aktīvos komponentus.

Balasta barošanas avotus bieži izmanto, lai uzlādētu mazus akumulatorus un darbinātu mazjaudas ierīces, piemēram, lētas LED spuldzes, radioaparātus un citas. Filmas kondensators ir uzstādīts virknē ar barošanas ierīci, ierobežojot strāvu tās pretestības dēļ - tas ir tik vienkāršas ķēdes darbības princips.

Snubbers ir ierīces, kas paredzētas pusvadītāju slēdžu un releju kontaktu aizsardzībai no slodzēm, kas rodas pārslēgšanas rezultātā. Mūsdienu impulsu augstfrekvences barošanas avotos tiek izmantoti rezistora un kondensatora atslēgi, piemēram, veidā tiek uzlaboti galvenie parametri ķēdē un samazināta taustiņu slodze, kā arī tās jaudas zudumi karstums. Snubber darbības princips ir palēnināt atslēgas sprieguma pieaugošo un krītošo malu, izmantojot kondensatora lādiņa laika konstanti.

Secinājums

Mēs pārbaudījām, kas ir kondensators, kā tas darbojas un kādu funkciju tas veic. Lai veiktu dziļāku izpēti, jums rūpīgi jāiepazīstas ar kondensatoru veidiem un to praktiskajām darba iezīmēm dažādās shēmās un lietojumprogrammās. Tā, piemēram, gadījumos, kad nepieciešama īpaša precizitāte un uzticamība, tiek izmantoti zema ESR vai tantala elektrolīti, savukārt taisngrieža filtram nav lielas atšķirības, ko likt.

Visbeidzot, mēs iesakām noskatīties noderīgus videoklipus par raksta tēmu:

Lasiet arī:

• Kas ir vadītāji, pusvadītāji un dielektriķi
• Kas ir elektriskā jauda
• Kondensatora kapacitātes noteikšanas metodes