Condensator: dispozitiv, principiu de funcționare, aplicație

Definiție

Cuvântul condensator provine din latinescul condensatio, care se traduce prin acumulare. În fizică, acest termen este folosit pentru a descrie o întreagă nișă de produse electrice, al căror scop este să funcționeze ca dispozitiv de stocare a energiei. Cantitatea de energie acumulată depinde de capacitatea și pătratul tensiunii de pe plăcile sale, împărțit la 2. În acest caz, curentul trece prin el numai în timpul procesului de încărcare. Dar mai întâi lucrurile.

E = (CU²)/2

Mai simplu spus, un condensator este un dispozitiv capabil să stocheze energie

Principiul de funcționare

Acum că știm cum este indicat acest element în diagrame, trebuie să luăm în considerare principiul de funcționare al condensatorului. Atunci când plăcile condensatorului sunt conectate la o sursă de alimentare, sarcinile electrice de la bornele pozitive și negative ale MT se repetă către plăci, acumulându-se pe ele.

Curentul electric este întrerupt după ce condensatorul este încărcat la capacitatea nominală, deoarece există un strat dielectric între plăci, acesta nu poate curge constant. Când sursa de alimentare este oprită, încărcările vor rămâne pe condensator, ceea ce înseamnă că tensiunea va rămâne la bornele acestuia.

Sarcinile acumulate pe fiecare dintre plăci sunt opuse. În consecință, placa care a fost conectată la borna pozitivă a sursei de alimentare este încărcată pozitiv, iar cea care este încărcată negativ. Principiul de funcționare al acestui produs se bazează pe atragerea sarcinilor opuse într-un circuit electric.

Cu cuvinte simple, condensatorul va stoca energia care a fost transferată de la sursa de alimentare - acesta este scopul său. Cu toate acestea, în practică există diverse pierderi și scurgeri.

Interesant! Leiden Bank este prototipul de condensatoare moderne, născut în 1745. Acest dispozitiv era capabil să stocheze energie și să extragă scântei atunci când plăcile sale erau închise. Puteți vedea aspectul și construcția mai jos.

Și în figura de mai jos puteți vedea designul celui mai simplu condensator plat - două plăci separate de un dielectric:

Deoarece capacitatea este direct proporțională cu aria plăcilor și invers proporțională cu distanța dintre ele, pentru a crește capacitatea, inginerii au dezvoltat o serie de alte forme de condensatoare. De exemplu, plăcile s-au rulat într-o spirală - astfel încât aria lor a devenit de multe ori mai mare, cu aceleași dimensiuni generale, precum și soluții cilindrice și sferice.

Una dintre legile comutației afirmă că tensiunea pe plăcile condensatorului nu se poate schimba brusc, ceea ce este ilustrat în miniatura următoare.

Vizualizări

Condensatorii pot fi clasificați în funcție de diferite criterii.

După constanța capacității:

• Permanent.
• Variabile. Capacitatea acestora poate fi modificată fie manual de către operatorul (utilizatorul) dispozitivului, fie sub influența tensiunii (ca la varicaps și variconds).

După polaritatea tensiunii aplicate:

• Nepolar - poate funcționa în circuite AC.
• Polar - dacă tensiunea este conectată cu o polaritate greșită, va eșua.

În funcție de locul în care sunt utilizate aceste componente, se disting diferite opțiuni de material:

• Condensatorii din hârtie și metal-hârtie sunt familiari multora, obișnuiți în epoca sovietică sub formă de cărămizi dreptunghiulare cu marcaje precum „MBGCH”. Aspectul acestui tip de condensator îl puteți vedea mai jos. Sunt nepolare.
• Ceramic - acestea filtrează adesea interferența de înaltă frecvență și permisivitatea relativă vă permite să faceți componente multistrat cu o capacitate comparabilă cu electroliții (scump), nu sensibile la polaritate.
• Filme - comune sub formă de tampoane maro, ieftine, folosite peste tot. Se caracterizează prin curent de scurgere scăzut, capacitate mică, tensiune mare de funcționare și insensibilitate la polaritatea tensiunii aplicate.
• Cu dielectric de aer. Cel mai bun exemplu al unui astfel de element este un condensator de reglare al unui circuit rezonant de la un receptor radio, capacitatea acestor elemente este mică, dar este convenabil să-l schimbați.
• Electrolitice - acestea sunt elemente sub formă de butoaie, ele sunt cel mai adesea instalate ca un filtru de ondulații de rețea într-o unitate de alimentare. Designul și principiul de funcționare vă permit să obțineți o capacitate mare cu o dimensiune mică, dar în timp se pot usca, pierde capacitatea sau se pot umfla. Puteți vedea mai jos cum arată aceste produse în stare bună. Un strat subțire de oxid metalic este folosit ca dielectric. Dacă PSU folosește condensatori cu un dielectric de la AL₂O₃ - asa numitul „Electroliți de aluminiu”, apoi tantal (Ta₂0₅ - aparțin și electroliților) condensatoare, deoarece au un curent de scurgere mai mic, rezistență mai mare la influențele externe, spre deosebire de cele anterioare, din aluminiu.
• Polimer - capabil să reziste la curenți de impuls mari, lucrând la temperaturi scăzute

Principalele caracteristici tehnice

Dacă reparați sau dezvoltați un dispozitiv electronic, va trebui să selectați un condensator potrivit pentru a-l înlocui pe cel defect. Și pentru aceasta trebuie să vă familiarizați cu caracteristicile tehnice de bază ale condensatorului, de care depinde funcționarea acestuia în circuitul electric.

Capacitatea nominală. Caracterizează scopul principal al unei componente - ce încărcătură poate stoca. Caracteristica principală este măsurată în faradi [F]. Cu toate acestea, o astfel de unitate de măsură este prea mare, prin urmare, se folosesc fracții:

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

Tensiunea nominală este tensiunea până la care se poate garanta funcționarea normală a condensatorului. Când această valoare este depășită, este probabil să apară o defecțiune dielectrică. Poate fi de la unități de volți (pentru electroliți) și până la mii de volți (film și ceramică). În timpul reparațiilor, această valoare nu trebuie să fie mai mică decât cea a unuia defectat, mai mare - poți!

Toleranță de abatere - cât de mult poate diferi capacitatea reală de nominala declarată. Poate ajunge la 20-30%, dar există și modele de înaltă precizie cu o toleranță de până la 1% - pentru utilizare în lanțuri unde este necesară o precizie specială.

Coeficientul de temperatură al capacității - acest parametru este important pentru electroliți. La condensatoare din aluminiu, cu scaderea temperaturii, capacitatea scade si rezistivitatea electrica creste. ESR)

ESR, Rezistența în serie echivalentă, este de asemenea importantă pentru electroliți. În termeni simpli, cu cât este mai mare, cu atât mai rău. Pentru conductele umflate, VSH crește.

În tabelul de mai jos puteți vedea valorile ESR admisibile pentru diferite capacități și tensiuni nominale.

Unde și de ce sunt folosite?

Totuși, să răspundem la întrebarea „pentru ce este condensatorul?” din punct de vedere practic. Pentru a face acest lucru, luați în considerare mai multe scheme.

Condensatoarele electrolitice sunt cele mai utilizate pe scară largă ca filtrul deja menționat pentru ondularea rețelei în sursele de alimentare. Diagrama de mai jos arată exact unde este instalat electrolitul. Cu cât sarcina este mai mare, cu atât este necesară capacitatea de electrolit mai mare pentru a netezi pulsațiile.

Următorul loc în care sunt utilizați condensatorii sunt filtrele trece-înalt și trece-jos. Diagrama de mai jos prezintă incluziuni tipice. Astfel, în sistemele acustice, frecvențele bass, medii și înalte sunt distribuite prin difuzoare fără a utiliza componente active.

Sursele de alimentare cu balast sunt adesea folosite pentru a încărca bateriile mici și pentru a alimenta dispozitive cu putere redusă, cum ar fi becuri LED ieftine, radiouri și altele. Condensatorul de film este instalat în serie cu dispozitivul de alimentare, limitând curentul datorită reactanței sale - acesta este principiul de funcționare a unui circuit atât de simplu.

Snubberele sunt dispozitive concepute pentru a proteja comutatoarele semiconductoare și contactele releului de sarcinile rezultate din comutare. În sursele de alimentare moderne cu pulsații de înaltă frecvență, sunt utilizate amortizoare de la un rezistor și un condensator, cum ar fi În felul acesta, parametrii principali ai circuitului sunt îmbunătățiți și sarcina pe taste este redusă, precum și pierderea de putere pe acesta. căldură. Principiul de funcționare al amortizorului este de a încetini marginile de creștere și de descreștere ale tensiunii de pe cheie utilizând constanta de timp a încărcăturii condensatorului.

Concluzie

Am examinat ce este un condensator, cum funcționează și ce funcție îndeplinește. Pentru un studiu mai profund, trebuie să vă familiarizați îndeaproape cu ce tipuri de condensatoare sunt și cu caracteristicile lor practice de lucru în diferite circuite și aplicații. Deci, de exemplu, în cazurile în care sunt necesare acuratețe și fiabilitate speciale, se folosesc electroliți cu ESR scăzut sau tantal, în timp ce nu există o mare diferență în filtrul de pe redresor ce să pună.

În cele din urmă, vă recomandăm să vizionați videoclipuri utile pe tema articolului:

Citește și:

• Ce sunt conductorii, semiconductorii și dielectricii
• Ce este capacitatea electrică
• Metode de determinare a capacității unui condensator