Kondenzator: naprava, princip delovanja, uporaba

Opredelitev

Beseda kondenzator izhaja iz latinščine condensatio, kar v prevodu pomeni kopičenje. V fiziki se ta izraz uporablja za opis celotne niše električnih izdelkov, katerih namen je delovati kot naprava za shranjevanje energije. Količina akumulirane energije je odvisna od zmogljivosti in kvadrata napetosti na njegovih ploščah, deljeno z 2. V tem primeru tok teče skozi njega samo med postopkom polnjenja. Ampak najprej stvari.

E = (CU²)/2

Preprosto povedano, kondenzator je naprava, ki lahko hrani energijo električno polje. V najpreprostejši različici je sestavljen iz dveh prevodnikov (plošč), ločenih z dielektrikom. Na spodnji sliki vidite poenostavljen diagram zunanje ploščate kondenzatorske naprave. Simbol na diagramu je 2 vrstici, visoki 8 mm, na razdalji 1,5 mm drug od drugega.

Načelo delovanja

Zdaj, ko vemo, kako je ta element prikazan na diagramih, moramo upoštevati načelo delovanja kondenzatorja. Ko so kondenzatorske plošče priključene na vir napajanja, električni naboji s pozitivnih in negativnih sponk MT hitijo na plošče in se na njih kopičijo.

Električni tok se prekine, ko je kondenzator napolnjen do nazivne zmogljivosti, ker je med ploščami dielektrična plast, ne more teči nenehno. Ko je napajanje izklopljeno, ostanejo naboji na kondenzatorju, kar pomeni, da bo napetost ostala na njegovih sponkah.

Naboji, nabrani na vsaki od plošč, so nasprotni. V skladu s tem je plošča, ki je bila priključena na pozitivni terminal vira napajanja, pozitivno nabita, tista pa negativno. Načelo delovanja tega izdelka temelji na privlačnosti različnih nabojev v električnem tokokrogu.

Preprosto povedano, kondenzator bo shranil energijo, ki je bila prenesena iz vira energije - to je njegov namen. Vendar v praksi prihaja do različnih izgub in puščanja.

Zanimivo! Leiden Bank je prototip sodobnih kondenzatorjev, rojen leta 1745. Ta naprava je bila sposobna shraniti energijo in pridobivati ​​iskre, ko so bile njene plošče zaprte. Videz in konstrukcijo si lahko ogledate spodaj.

In na spodnji sliki si lahko ogledate zasnovo najpreprostejšega ploščatega kondenzatorja - dve plošči, ločeni z dielektrikom:

Ker je kapacitivnost neposredno sorazmerna s površino plošč in obratno sorazmerna z razdaljo med njimi, so inženirji razvili številne druge oblike kondenzatorjev, da bi povečali kapacitivnost. Na primer, plošče so se zvile v spiralo - tako je njihova površina postala večkrat večja z enakimi skupnimi dimenzijami, pa tudi cilindrične in sferične rešitve.

Eden od zakonov komutacije pravi, da se napetost na kondenzatorskih ploščah ne more nenadoma spremeniti, kar je prikazano na naslednji miniaturi.

Pogledi

Kondenzatorje lahko razvrstimo po različnih kriterijih.

Glede na konstantnost zmogljivosti:

• Stalna.
• spremenljivke. Njihovo zmogljivost lahko spreminja bodisi ročno upravljavec (uporabnik) naprave bodisi pod vplivom napetosti (kot pri varikapih in varikapih).

Glede na polarnost uporabljene napetosti:

• Nepolarni - lahko deluje v AC vezjih.
• Polar - če je napetost priključena z napačno polarnostjo, ne bo uspela.

Glede na to, kje se te komponente uporabljajo, se razlikujejo različne možnosti materiala:

• Papirni in kovinsko-papirni kondenzatorji so znani mnogim, pogosti v sovjetskih časih v obliki pravokotnih opek z oznakami, kot je "MBGCH". Videz te vrste kondenzatorja si lahko ogledate spodaj. So nepolarni.
• Keramika - pogosto filtrirajo visokofrekvenčne motnje in relativno prepustnost omogoča izdelavo večslojnih komponent z zmogljivostjo, primerljivo z elektroliti (dragi), ki niso občutljivi na polarnost.
• Filmi - pogosti v obliki rjavih blazinic, poceni, uporabljajo se povsod. Zanje so značilni nizek uhajalni tok, majhna zmogljivost, visoka delovna napetost in neobčutljivost na polarnost uporabljene napetosti.
• Z zračnim dielektrikom. Najboljši primer takega elementa je uglasitveni kondenzator resonančnega vezja iz radijskega sprejemnika, zmogljivost takšnih elementov je majhna, vendar ga je priročno spremeniti.
• Elektrolitski - to so elementi v obliki sodov, najpogosteje so nameščeni kot filter omrežnih valov v napajalni enoti. Zasnova in načelo delovanja vam omogočata, da z majhno velikostjo dobite veliko zmogljivost, vendar se sčasoma lahko izsušijo, izgubijo zmogljivost ali nabreknejo. Kako so ti izdelki videti v dobrem stanju, si lahko ogledate spodaj. Kot dielektrik se uporablja tanek sloj kovinskega oksida. Če napajalnik uporablja kondenzatorje z dielektrikom iz AL₂O₃ - tako imenovani "Aluminijevi elektroliti", nato tantal (Ta₂0₅ - spadajo tudi med elektrolitske) kondenzatorje, ker imajo manjši uhajalni tok, večjo odpornost na zunanje vplive, v nasprotju s prejšnjimi, aluminijastimi.
• Polimer - sposoben vzdržati visoke impulzne tokove, ki deluje pri nizkih temperaturah

Glavne tehnične značilnosti

Če popravljate ali razvijate elektronsko napravo, boste morali izbrati primeren kondenzator za zamenjavo okvarjenega. In za to se morate seznaniti z osnovnimi tehničnimi lastnostmi kondenzatorja, od katerih je odvisno njegovo delovanje v električnem tokokrogu.

Nazivna zmogljivost. Zaznamuje glavni namen komponente - kakšen naboj lahko shrani. Glavna značilnost se meri v faradi [F]. Vendar je takšna merska enota prevelika, zato se uporabljajo ulomki:

• Milifaradi, mF - 0,001 F (10^-3);
• Mikrofaradi, μF - 0 000 001 F (10^-6);
• Nanofaradi, nF - 0,000 000 001 F (10^-9);
• Pikofaradi, pF - 0,000 000 000 001 F (10^-12).

Nazivna napetost je napetost, do katere je mogoče zagotoviti normalno delovanje kondenzatorja. Ko je ta vrednost presežena, je verjetno, da pride do razpada dielektrika. Lahko je od enot voltov (za elektrolite) in do tisoč voltov (film in keramika). Med popravili ta vrednost ne sme biti nižja od vrednosti okvarjenega, višja - lahko!

Toleranca odstopanja - koliko se dejanska zmogljivost lahko razlikuje od deklarirane nazivne. Lahko doseže 20-30%, vendar obstajajo tudi visoko precizni modeli z toleranco do 1% - za uporabo v verigah, kjer je potrebna posebna natančnost.

Temperaturni koeficient zmogljivosti - ta parameter je pomemben za elektrolite. Pri aluminijastih kondenzatorjih se z znižanjem temperature zmanjša zmogljivost in poveča električna upornost. ESR)

ESR, Equivalent Series Resistance, je pomemben tudi za elektrolite. Preprosto povedano, večji kot je, slabše je. Za otekle kanale se ESR dvigne.

V spodnji tabeli si lahko ogledate dovoljene vrednosti ESR za različne nazivne kapacitete in napetosti.

Kje in zakaj se uporabljajo?

Vseeno pa odgovorimo na vprašanje "čemu je kondenzator?" s praktičnega vidika. Če želite to narediti, upoštevajte več shem.

Elektrolitski kondenzatorji se najbolj uporabljajo kot že omenjeni filter omrežnih valov v napajalnikih. Spodnji diagram prikazuje, kje točno je nameščen elektrolit. Večja kot je obremenitev, večja je zmogljivost elektrolita, ki je potrebna za izravnavo pulzacij.

Naslednje mesto, kjer se uporabljajo kondenzatorji, so visoko in nizkoprepustni filtri. Spodnji diagram prikazuje tipične vključke. Tako se v akustičnih sistemih nizki, srednje in visoke frekvence porazdelijo po zvočnikih brez uporabe aktivnih komponent.

Balastni napajalniki se pogosto uporabljajo za polnjenje majhnih baterij in napajanje naprav z nizko porabo, kot so poceni LED žarnice, radijski sprejemniki in drugi. Filmski kondenzator je nameščen zaporedno z napajalno napravo, ki omejuje tok zaradi svoje reaktance - to je načelo delovanja tako preprostega vezja.

Snubbers so naprave, zasnovane za zaščito polprevodniških stikal in relejnih kontaktov pred obremenitvami, ki nastanejo zaradi preklapljanja. V sodobnih impulznih visokofrekvenčnih napajalnikih se uporabljajo dušilci iz upora in kondenzatorja, npr. Tako se izboljšajo glavni parametri v vezju in zmanjša obremenitev tipk, pa tudi izguba moči na njegovem toplote. Načelo delovanja dušilca ​​je upočasnitev naraščajočih in padajočih robov napetosti na ključu z uporabo časovne konstante napolnjenosti kondenzatorja.

Zaključek

Preučili smo, kaj je kondenzator, kako deluje in kakšno funkcijo opravlja. Za poglobljeno študijo se morate natančno seznaniti s tem, katere vrste kondenzatorjev so in njihove praktične značilnosti dela v različnih vezjih in aplikacijah. Tako se na primer v primerih, ko se zahteva posebna natančnost in zanesljivost, uporabljajo elektroliti z nizko ESR ali tantal, medtem ko v filtru na usmerniku ni velike razlike, kaj postaviti.

Na koncu priporočamo ogled uporabnih videoposnetkov na temo članka:

Preberite tudi:

• Kaj so prevodniki, polprevodniki in dielektriki
• Kaj je električna zmogljivost
• Metode za določanje kapacitivnosti kondenzatorja