Kondensator: enhet, operasjonsprinsipp, applikasjon

Definisjon

Ordet kondensator kommer fra det latinske condensatio, som oversettes til akkumulering. I fysikk brukes dette begrepet for å beskrive en hel nisje av elektriske produkter, hvis formål er å fungere som en energilagringsenhet. Mengden akkumulert energi avhenger av kapasiteten og kvadratet på spenningen på platene, delt på 2. I dette tilfellet flyter strømmen gjennom den bare under ladeprosessen. Men først ting først.

E = (CU²)/2

Enkelt sagt er en kondensator en enhet som er i stand til å lagre energi i elektrisk felt. I den enkleste versjonen består den av to ledere (plater) atskilt med et dielektrikum. I figuren nedenfor ser du et forenklet diagram av en ekstern flat kondensatorenhet. Symbolet på diagrammet er 2 linjer 8 mm høyt, i en avstand på 1,5 mm fra hverandre.

Prinsipp for operasjon

Nå som vi vet hvordan dette elementet er indikert i diagrammene, må vi vurdere prinsippet for drift av kondensatoren. Når kondensatorplatene er koblet til en strømkilde, strømmer elektriske ladninger fra de positive og negative terminalene til MT-en til platene og samler seg på dem.

Den elektriske strømmen avbrytes etter at kondensatoren er ladet til den nominelle kapasiteten, siden det er et dielektrisk lag mellom platene, kan det ikke strømme konstant. Når strømforsyningen er slått av, vil ladninger forbli på kondensatoren, noe som betyr at spenningen vil forbli på terminalene.

Ladningene akkumulert på hver av platene er motsatte. Følgelig er platen som ble koblet til den positive terminalen til strømkilden positivt ladet, og den til den negative terminalen er negativt ladet. Prinsippet for drift av dette produktet er basert på tiltrekning av ulik ladning i en elektrisk krets.

Med enkle ord vil kondensatoren lagre energien som ble overført fra strømkilden - dette er formålet. Men i praksis er det ulike tap og lekkasjer.

Interessant! Leiden Bank er prototypen på moderne kondensatorer, født i 1745. Denne enheten var i stand til å lagre energi og trekke ut gnister når platene var lukket. Du kan se utseende og konstruksjon nedenfor.

Og i figuren nedenfor kan du se utformingen av den enkleste flate kondensatoren - to plater atskilt med en dielektrikum:

Siden kapasitansen er direkte proporsjonal med arealet til platene og omvendt proporsjonal med avstanden mellom dem, for å øke kapasitansen, har ingeniører utviklet en rekke andre former for kondensatorer. For eksempel rullet plater inn i en spiral - så deres område ble mange ganger større med samme totale dimensjoner, samt sylindriske og sfæriske løsninger.

En av kommuteringslovene sier at spenningen over kondensatorplatene ikke kan endres brått, noe som er illustrert i følgende miniatyr.

Visninger

Kondensatorer kan klassifiseres etter ulike kriterier.

Etter kapasitetens konstanthet:

• Fast.
• Variabler. Kapasiteten deres kan endres enten manuelt av operatøren (brukeren) av enheten, eller under påvirkning av spenning (som i varicaps og variconds).

Etter polariteten til den påførte spenningen:

• Ikke-polar - kan fungere i AC-kretser.
• Polar - hvis spenningen er koblet med feil polaritet, vil den svikte.

Avhengig av hvor disse komponentene brukes, skilles forskjellige materialalternativer ut:

• Papir- og metall-papirkondensatorer er kjent for mange, vanlige i sovjettiden i form av rektangulære klosser med markeringer som "MBGCH". Du kan se utseendet til denne typen kondensator nedenfor. De er ikke-polare.
• Keramisk - de filtrerer ofte høyfrekvent interferens, og den relative permittiviteten lar deg lage flerlagskomponenter med en kapasitet som kan sammenlignes med elektrolytter (dyrt), ikke følsomme for polaritet.
• Film - vanlig i form av brune puter, billig, brukt overalt. De er preget av lav lekkasjestrøm, liten kapasitet, høy driftsspenning og ufølsomhet for polariteten til den påførte spenningen.
• Med luftdielektrisk. Det beste eksemplet på et slikt element er en innstillingskondensator til en resonanskrets fra en radiomottaker, kapasiteten til slike elementer er liten, men det er praktisk å endre den.
• Elektrolytisk - dette er elementer i form av fat; de er oftest installert som et filter av nettverksbølger i en strømforsyningsenhet. Designet og operasjonsprinsippet lar deg få en stor kapasitet med en liten størrelse, men over tid kan de tørke ut, miste kapasitet eller svelle. Du kan se hvordan disse produktene ser ut i god stand nedenfor. Et tynt lag av metalloksid brukes som dielektrikum. Hvis strømforsyningen bruker kondensatorer med dielektrikum fra AL₂O₃ - den såkalte "Aluminiumelektrolytter", deretter tantal (Ta₂0₅ - de tilhører også elektrolytter) kondensatorer, fordi de har en lavere lekkasjestrøm, større motstand mot ytre påvirkninger, i motsetning til de tidligere, aluminium.
• Polymer - i stand til å motstå høye impulsstrømmer, arbeider ved lave temperaturer

De viktigste tekniske egenskapene

Hvis du reparerer eller utvikler en elektronisk enhet, må du velge en passende kondensator for å erstatte den defekte. Og for dette må du gjøre deg kjent med de grunnleggende tekniske egenskapene til kondensatoren, som dens drift i den elektriske kretsen avhenger av.

Nominell kapasitet. Det karakteriserer hovedformålet til en komponent - hvilken ladning den kan lagre. Hovedkarakteristikken måles i farad [F]. Imidlertid er en slik måleenhet for stor, derfor brukes brøker:

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

Merkespenningen er spenningen opp til som kondensatoren kan garanteres å fungere normalt. Når denne verdien overskrides, vil det sannsynligvis oppstå dielektrisk sammenbrudd. Det kan være fra enheter av volt (for elektrolytter) og opptil tusenvis av volt (film og keramikk). Under reparasjoner bør denne verdien ikke være lavere enn for en mislykket, høyere - du kan!

Avvikstoleranse - hvor mye den reelle kapasiteten kan avvike fra den deklarerte nominelle. Den kan nå 20-30 %, men det finnes også høypresisjonsmodeller med en toleranse på opptil 1 % – for bruk i kjeder der det kreves spesiell nøyaktighet.

Temperaturkoeffisient for kapasitet - denne parameteren er viktig for elektrolytter. Med aluminiumskondensatorer, med en reduksjon i temperatur, synker kapasiteten og den elektriske resistiviteten øker. ESR)

ESR, Equivalent Series Resistance, er også viktig for elektrolytter. Enkelt sagt, jo større den er, jo verre. For hovne ledninger stiger ESR.

I tabellen nedenfor kan du se de tillatte ESR-verdiene for ulike nominelle kapasiteter og spenninger.

Hvor og hvorfor brukes de?

La oss likevel svare på spørsmålet "hva er kondensatoren til?" fra et praktisk synspunkt. For å gjøre dette, vurder flere ordninger.

Elektrolytiske kondensatorer er mest utbredt som det allerede nevnte filteret for strømnettet krusning i strømforsyninger. Diagrammet nedenfor viser nøyaktig hvor elektrolytten er installert. Jo større belastningen er, desto større er elektrolyttkapasiteten nødvendig for å jevne ut pulsasjonene.

Det neste stedet hvor kondensatorer brukes er høy- og lavpassfiltre. Diagrammet nedenfor viser typiske inneslutninger. I akustiske systemer distribueres således bass, mellomtoner og høye frekvenser gjennom høyttalerne uten bruk av aktive komponenter.

Ballast-strømforsyninger brukes ofte til å lade små batterier og forsyne lavstrømsenheter som billige LED-pærer, radioer og andre. Filmkondensatoren er installert i serie med forsyningsenheten, og begrenser strømmen på grunn av dens reaktans - dette er prinsippet for drift av en så enkel krets.

Snubbere er enheter designet for å beskytte halvlederbrytere og relékontakter mot belastninger som oppstår fra svitsjing. I moderne pulserende høyfrekvente strømforsyninger brukes snubbere fra en motstand og en kondensator, som f.eks. måte, er hovedparametrene i kretsen forbedret og belastningen på tastene reduseres, samt strømtapet på dens varme. Prinsippet for driften av snubberen er å bremse de stigende og fallende kantene av spenningen på nøkkelen ved å bruke tidskonstanten til kondensatorladningen.

Konklusjon

Vi undersøkte hva en kondensator er, hvordan den fungerer og hvilken funksjon den utfører. For en dypere studie må du gjøre deg godt kjent med hvilke typer kondensatorer og deres praktiske funksjoner for arbeid i forskjellige kretser og applikasjoner. Så, for eksempel, i tilfeller der spesiell nøyaktighet og pålitelighet er nødvendig, brukes lav-ESR- eller tantalelektrolytter, mens det ikke er stor forskjell på filteret på likeretteren hva du skal sette.

Til slutt anbefaler vi å se nyttige videoer om emnet for artikkelen:

Les også:

• Hva er ledere, halvledere og dielektriske stoffer
• Hva er elektrisk kapasitet
• Metoder for å bestemme kapasitansen til en kondensator