Kondenzátor: zariadenie, princíp činnosti, použitie

Definícia

Slovo kondenzátor pochádza z latinského condensatio, čo v preklade znamená akumulácia. Vo fyzike sa tento pojem používa na označenie celého radu elektrických výrobkov, ktorých účelom je fungovať ako zariadenie na ukladanie energie. Množstvo akumulovanej energie závisí od kapacity a druhej mocniny napätia na jej doskách, delené 2. V tomto prípade ním prúd preteká iba počas procesu nabíjania. Ale prvé veci.

E = (CU²)/2

Jednoducho povedané, kondenzátor je zariadenie schopné uchovávať energiu elektrické pole. V najjednoduchšej verzii pozostáva z dvoch vodičov (dosiek) oddelených dielektrikom. Na obrázku nižšie vidíte zjednodušenú schému zariadenia s externým plochým kondenzátorom. Symbol na diagrame má 2 riadky vysoké 8 mm, vo vzdialenosti 1,5 mm od seba.

Princíp činnosti

Teraz, keď vieme, ako je tento prvok označený v diagramoch, musíme zvážiť princíp činnosti kondenzátora. Keď sú dosky kondenzátora pripojené k zdroju energie, elektrické náboje z kladných a záporných pólov MT sa ponáhľajú na dosky a hromadia sa na nich.

Elektrický prúd sa preruší po nabití kondenzátora na nominálnu kapacitu, keďže medzi doskami je dielektrická vrstva, nemôže neustále prúdiť. Keď je napájanie vypnuté, na kondenzátore zostanú náboje, čo znamená, že napätie zostane na jeho svorkách.

Náboje nahromadené na každej z platní sú opačné. V súlade s tým je doska, ktorá bola pripojená ku kladnému pólu zdroja energie, kladne nabitá a doska k zápornému pólu je záporne nabitá. Princíp činnosti tohto produktu je založený na priťahovaní rozdielnych nábojov v elektrickom obvode.

Jednoducho povedané, kondenzátor bude uchovávať energiu, ktorá bola prenesená zo zdroja energie - to je jeho účel. V praxi však dochádza k rôznym stratám a únikom.

Zaujímavé! Leiden Bank je prototyp moderných kondenzátorov, ktorý sa narodil v roku 1745. Toto zariadenie bolo schopné uchovávať energiu a získavať iskry, keď boli jeho dosky zatvorené. Vzhľad a konštrukciu si môžete pozrieť nižšie.

A na obrázku nižšie môžete vidieť dizajn najjednoduchšieho plochého kondenzátora - dve dosky oddelené dielektrikom:

Pretože kapacita je priamo úmerná ploche dosiek a nepriamo úmerná vzdialenosti medzi nimi, s cieľom zvýšiť kapacitu inžinieri vyvinuli množstvo ďalších foriem kondenzátorov. Napríklad platne stočené do špirály - takže ich plocha sa mnohonásobne zväčšila pri rovnakých celkových rozmeroch, ako aj valcových a guľových riešeniach.

Jeden zo zákonov komutácie hovorí, že napätie na doskách kondenzátora sa nemôže náhle zmeniť, čo je znázornené na nasledujúcej miniatúre.

Názory

Kondenzátory možno klasifikovať podľa rôznych kritérií.

Podľa stálosti kapacity:

• Trvalé.
• Premenné. Ich kapacitu je možné meniť buď manuálne obsluhou (používateľom) zariadenia, alebo pod vplyvom napätia (ako u varicapov a varikond).

Podľa polarity použitého napätia:

• Nepolárne - môže pracovať v obvodoch striedavého prúdu.
• Polárne - ak je napätie pripojené s nesprávnou polaritou, zlyhá.

V závislosti od toho, kde sa tieto komponenty používajú, sa rozlišujú rôzne materiálové možnosti:

• Papierové a kov-papierové kondenzátory sú mnohým známe, bežné v sovietskych časoch vo forme obdĺžnikových tehál s označením ako "MBGCH". Vzhľad tohto typu kondenzátora môžete vidieť nižšie. Sú nepolárne.
• Keramické - často filtrujú vysokofrekvenčné rušenie a relatívnu permitivitu umožňuje vyrábať viacvrstvové komponenty s kapacitou porovnateľnou s elektrolytmi (drahé), nie citlivé na polarita.
• Film - bežný vo forme hnedých podložiek, lacný, používaný všade. Vyznačujú sa nízkym zvodovým prúdom, malou kapacitou, vysokým prevádzkovým napätím a necitlivosťou na polaritu privádzaného napätia.
• So vzduchovým dielektrikom. Najlepším príkladom takéhoto prvku je ladiaci kondenzátor rezonančného obvodu z rádiového prijímača, kapacita takýchto prvkov je malá, ale je vhodné ju meniť.
• Elektrolytické - sú to prvky vo forme sudov, najčastejšie sa inštalujú ako filter zvlnenia siete v napájacej jednotke. Konštrukcia a princíp fungovania vám umožňujú získať veľkú kapacitu s malou veľkosťou, ale v priebehu času môžu vyschnúť, stratiť kapacitu alebo napučiavať. Ako tieto produkty vyzerajú v dobrom stave, si môžete pozrieť nižšie. Ako dielektrikum sa používa tenká vrstva oxidu kovu. Ak zdroj používa kondenzátory s dielektrikom od AL₂O₃ - takzvaný "Hliníkové elektrolyty", potom tantal (Ta₂0₅ - patria aj medzi elektrolyty) kondenzátory, pretože majú na rozdiel od predchádzajúcich, hliníkových, nižší zvodový prúd, väčšiu odolnosť voči vonkajším vplyvom.
• Polymér - schopný odolávať vysokým impulzným prúdom, pracujúcim pri nízkych teplotách

Hlavné technické vlastnosti

Ak opravujete alebo vyvíjate elektronické zariadenie, budete musieť vybrať vhodný kondenzátor, ktorý nahradí chybný kondenzátor. A preto sa musíte oboznámiť so základnými technickými charakteristikami kondenzátora, od ktorých závisí jeho prevádzka v elektrickom obvode.

Menovitá kapacita. Charakterizuje hlavný účel súčiastky – aký náboj dokáže uložiť. Hlavná charakteristika sa meria vo faradoch [F]. Takáto jednotka merania je však príliš veľká, preto sa používajú zlomky:

• Milifarady, mF - 0,001 F (10^-3);
• Mikrofarady, μF - 0 000 001 F (10^-6);
• Nanofarady, nF - 0 000 000 001 F (10^-9);
• Picofarady, pF - 0, 000 000 000 001 F (10^-12).

Menovité napätie je napätie, do ktorého je možné zaručiť, že kondenzátor bude normálne fungovať. Pri prekročení tejto hodnoty je pravdepodobné, že dôjde k dielektrickému prierazu. Môže to byť od jednotiek voltov (pre elektrolyty) až po tisíce voltov (film a keramika). Počas opráv by táto hodnota nemala byť nižšia ako hodnota neúspešnej, vyššia - môžete!

Tolerancia odchýlky - ako veľmi sa môže skutočná kapacita líšiť od deklarovanej nominálnej. Môže dosiahnuť 20-30%, ale existujú aj vysoko presné modely s toleranciou až 1% - pre použitie v reťaziach, kde je potrebná špeciálna presnosť.

Teplotný koeficient kapacity - tento parameter je dôležitý pre elektrolyty. Pri hliníkových kondenzátoroch s poklesom teploty klesá kapacita a zvyšuje sa elektrický odpor. ESR)

ESR, ekvivalentný sériový odpor, je tiež dôležitý pre elektrolyty. Zjednodušene povedané, čím je väčší, tým horšie. Pre opuchnuté potrubia ESR stúpa.

V tabuľke nižšie môžete vidieť prípustné hodnoty ESR pre rôzne menovité kapacity a napätia.

Kde a prečo sa používajú?

Napriek tomu si odpovedzme na otázku "na čo je kondenzátor?" z praktického hľadiska. Ak to chcete urobiť, zvážte niekoľko schém.

Elektrolytické kondenzátory sa najviac používajú ako už spomínaný filter zvlnenia siete v napájacích zdrojoch. Nižšie uvedená schéma presne ukazuje, kde je elektrolyt nainštalovaný. Čím väčšie zaťaženie, tým väčšia kapacita elektrolytu je potrebná na vyhladenie pulzácií.

Ďalším miestom, kde sa používajú kondenzátory, sú horné a dolnopriepustné filtre. Nižšie uvedený diagram ukazuje typické inklúzie. V akustických systémoch sú teda basy, stredy a vysoké frekvencie distribuované cez reproduktory bez použitia aktívnych komponentov.

Predradné zdroje sa často používajú na nabíjanie malých batérií a napájanie zariadení s nízkou spotrebou energie, ako sú lacné LED žiarovky, rádiá a iné. Fóliový kondenzátor je inštalovaný v sérii s napájacím zariadením a obmedzuje prúd vďaka svojej reaktancii - to je princíp fungovania takého jednoduchého obvodu.

Tlmiče sú zariadenia určené na ochranu polovodičových spínačov a reléových kontaktov pred záťažou vznikajúcou pri spínaní. V moderných impulzných vysokofrekvenčných zdrojoch sa používajú tlmiče z rezistora a kondenzátora, napr. týmto spôsobom sa zlepšia hlavné parametre v obvode a zníži sa zaťaženie klávesov, ako aj strata výkonu teplo. Princíp činnosti tlmiča spočíva v spomalení nábežnej a zostupnej hrany napätia na kľúči pomocou časovej konštanty nabíjania kondenzátora.

Záver

Preskúmali sme, čo je kondenzátor, ako funguje a akú funkciu vykonáva. Pre hlbšie štúdium sa musíte dôkladne oboznámiť s typmi kondenzátorov a ich praktickými vlastnosťami práce v rôznych obvodoch a aplikáciách. Takže napríklad v prípadoch, keď sa vyžaduje špeciálna presnosť a spoľahlivosť, sa používajú elektrolyty s nízkym ESR alebo tantalom, zatiaľ čo vo filtri na usmerňovači nie je veľký rozdiel, čo vložiť.

Nakoniec odporúčame sledovať užitočné videá na tému článku:

Prečítajte si tiež:

• Čo sú vodiče, polovodiče a dielektriká
• Čo je elektrická kapacita
• Metódy stanovenia kapacity kondenzátora