Kondensator: enhet, funktionsprincip, tillämpning

Definition

Ordet kondensator kommer från latinets condensatio, som översätts till ackumulering. Inom fysiken används denna term för att beskriva en hel nisch av elektriska produkter, vars syfte är att fungera som en energilagringsenhet. Mängden ackumulerad energi beror på kapaciteten och kvadraten på spänningen på dess plattor, dividerat med 2. I detta fall flyter strömmen genom den endast under laddningsprocessen. Men först till kvarn.

E = (CU²)/2

Enkelt uttryckt är en kondensator en enhet som kan lagra energi i elektriskt fält. I den enklaste versionen består den av två ledare (plattor) åtskilda av ett dielektrikum. I figuren nedan ser du ett förenklat diagram över en extern platt kondensatorenhet. Symbolen på diagrammet är 2 rader 8 mm höga, på ett avstånd av 1,5 mm från varandra.

Funktionsprincip

Nu när vi vet hur detta element indikeras i diagrammen måste vi överväga principen för driften av kondensatorn. När kondensatorplattorna är anslutna till en strömkälla rusar elektriska laddningar från de positiva och negativa terminalerna på MT till plattorna och ackumuleras på dem.

Den elektriska strömmen avbryts efter att kondensatorn har laddats till den nominella kapaciteten, eftersom det finns ett dielektriskt skikt mellan plattorna, kan det inte flöda konstant. När strömförsörjningen stängs av kommer laddningar att finnas kvar på kondensatorn, vilket innebär att spänningen kommer att finnas kvar vid dess terminaler.

Laddningarna som samlas på var och en av plattorna är motsatta. Följaktligen är plattan som var ansluten till den positiva terminalen på strömkällan positivt laddad, och den till den negativa terminalen är negativt laddad. Funktionsprincipen för denna produkt är baserad på attraktionen av olika laddningar i en elektrisk krets.

Med enkla ord kommer kondensatorn att lagra energin som överfördes från strömkällan - detta är dess syfte. Men i praktiken finns det olika förluster och läckor.

Intressant! Leiden Bank är prototypen på moderna kondensatorer, född 1745. Den här enheten kunde lagra energi och utvinna gnistor när dess plattor var stängda. Du kan se utseende och konstruktion nedan.

Och i figuren nedan kan du se designen av den enklaste platta kondensatorn - två plattor separerade av en dielektrikum:

Eftersom kapacitansen är direkt proportionell mot plattornas yta och är omvänt proportionell mot avståndet mellan dem, för att öka kapacitansen, har ingenjörer utvecklat ett antal andra former av kondensatorer. Till exempel rullade plattor till en spiral - så deras yta blev många gånger större med samma övergripande dimensioner, såväl som cylindriska och sfäriska lösningar.

En av kommuteringslagarna säger att spänningen över kondensatorplattorna inte kan ändras abrupt, vilket illustreras i följande miniatyr.

Visningar

Kondensatorer kan klassificeras enligt olika kriterier.

Efter kapacitetskonstant:

• Permanent.
• Variabler. Deras kapacitet kan ändras antingen manuellt av operatören (användaren) av enheten eller under påverkan av spänning (som i varicaps och variconds).

Genom polariteten hos den applicerade spänningen:

• Icke-polär - kan fungera i AC-kretsar.
• Polär - om spänningen är ansluten med fel polaritet kommer den att misslyckas.

Beroende på var dessa komponenter används, särskiljs olika materialalternativ:

• Kondensatorer av papper och metallpapper är bekanta för många, utbredda i sovjettiden i form av rektangulära tegelstenar med markeringar som "MBGCH". Du kan se utseendet på denna typ av kondensator nedan. De är opolära.
• Keramik - de filtrerar ofta högfrekventa störningar, och den relativa permittiviteten låter dig göra flerskiktskomponenter med en kapacitet som är jämförbar med elektrolyter (dyr), inte känsliga för polaritet.
• Film - vanligt i form av bruna kuddar, billigt, används överallt. De kännetecknas av låg läckström, liten kapacitet, hög driftspänning och okänslighet för den applicerade spänningens polaritet.
• Med luftdielektrik. Det bästa exemplet på ett sådant element är en avstämningskondensator för en resonanskrets från en radiomottagare, kapaciteten hos sådana element är liten, men det är bekvämt att ändra det.
• Elektrolytisk - dessa är element i form av fat; de är oftast installerade som ett filter av nätverkskrusningar i en strömförsörjningsenhet. Designen och driftprincipen gör att du kan få en stor kapacitet med en liten storlek, men med tiden kan de torka ut, förlora kapacitet eller svälla. Du kan se hur dessa produkter ser ut i gott skick nedan. Ett tunt lager av metalloxid används som dielektrikum. Om nätaggregatet använder kondensatorer med en dielektrikum från AL₂O₃ - den så kallade "Aluminiumelektrolyter", sedan tantal (Ta₂0₅ - de tillhör också elektrolyter) kondensatorer, eftersom de har en lägre läckström, större motstånd mot yttre påverkan, i motsats till de tidigare, aluminium.
• Polymer - kan motstå höga impulsströmmar, arbeta vid låga temperaturer

Huvudsakliga tekniska egenskaper

Om du reparerar eller utvecklar en elektronisk enhet måste du välja en lämplig kondensator för att ersätta den defekta. Och för detta måste du bekanta dig med de grundläggande tekniska egenskaperna hos kondensatorn, som dess funktion i den elektriska kretsen beror på.

Nominell kapacitet. Det kännetecknar huvudsyftet med en komponent - vilken laddning den kan lagra. Den huvudsakliga egenskapen mäts i farad [F]. En sådan måttenhet är dock för stor, så fraktioner används:

• Milifarads, mF - 0, 001 F (10^-3);
• Mikrofarader, 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).

Märkspänningen är den spänning upp till vilken kondensatorn kan garanteras fungera normalt. När detta värde överskrids, kommer sannolikt dielektriskt genombrott att inträffa. Det kan vara från enheter av volt (för elektrolyter) och upp till tusentals volt (film och keramik). Under reparationer bör detta värde inte vara lägre än för en misslyckad, högre - du kan!

Avvikelsestolerans - hur mycket den verkliga kapaciteten kan skilja sig från den deklarerade nominella. Den kan nå 20-30%, men det finns också högprecisionsmodeller med en tolerans på upp till 1% - för användning i kedjor där speciell noggrannhet krävs.

Temperaturkoefficient för kapacitet - denna parameter är viktig för elektrolyter. Med aluminiumkondensatorer, med en temperaturminskning, minskar kapaciteten och den elektriska resistiviteten ökar. ESR)

ESR, Equivalent Series Resistance, är också viktigt för elektrolyter. Enkelt uttryckt, ju större den är, desto värre. För svullna ledningar stiger ESR.

I tabellen nedan kan du se de tillåtna ESR-värdena för olika nominella kapaciteter och spänningar.

Var och varför används de?

Låt oss ändå svara på frågan "vad är kondensatorn till för?" ur praktisk synvinkel. För att göra detta, överväg flera system.

Elektrolytiska kondensatorer används mest som det redan nämnda filtret för nätrippel i nätaggregat. Diagrammet nedan visar exakt var elektrolyten är installerad. Ju större belastning, desto större elektrolytkapacitet behövs för att jämna ut pulsationerna.

Nästa plats där kondensatorer används är hög- och lågpassfilter. Diagrammet nedan visar typiska inneslutningar. I akustiska system distribueras således bas, mellanton och höga frekvenser genom högtalarna utan användning av aktiva komponenter.

Ballastströmförsörjning används ofta för att ladda små batterier och driva lågeffektsenheter som billiga LED-lampor, radioapparater och andra. Filmkondensatorn är installerad i serie med matningsanordningen, vilket begränsar strömmen på grund av dess reaktans - detta är principen för driften av en så enkel krets.

Snubbers är enheter utformade för att skydda halvledaromkopplare och reläkontakter från belastningar som uppstår vid omkoppling. I moderna pulsade högfrekventa nätaggregat används snubbers från ett motstånd och en kondensator, t.ex. sättet förbättras huvudparametrarna i kretsen och belastningen på nycklarna minskas, liksom strömförlusten på dess värme. Funktionsprincipen för snubbern är att bromsa de stigande och fallande kanterna av spänningen på nyckeln genom att använda tidskonstanten för kondensatorladdningen.

Slutsats

Vi undersökte vad en kondensator är, hur den fungerar och vilken funktion den har. För en djupare studie måste du noggrant bekanta dig med vilka typer av kondensatorer och deras praktiska funktioner för arbete i olika kretsar och applikationer. Så, till exempel, i de fall där speciell noggrannhet och tillförlitlighet krävs, används låg-ESR- eller tantalelektrolyter, samtidigt som det inte är stor skillnad på filtret på likriktaren vad man ska lägga.

Slutligen rekommenderar vi att du tittar på användbara videor om ämnet för artikeln:

Läs även:

• Vad är ledare, halvledare och dielektrikum
• Vad är elektrisk kapacitet
• Metoder för att bestämma kapacitansen hos en kondensator