Co to jest kondensator i do czego służy?

Definicja

Słowo kondensator pochodzi od łacińskiego słowa „condensatio”, co tłumaczy się jako „akumulacja”. W fizyce termin ten jest używany do opisania całej niszy produktów elektrycznych, których celem jest działanie jako urządzenie do magazynowania energii. Ilość zmagazynowanej energii zależy od pojemności i kwadratu napięcia na jej płytkach, podzielonego przez 2. Ponadto prąd przepływa przez nią tylko podczas ładowania. Ale przede wszystkim.

E = (CU²)/2

Mówiąc najprościej, kondensator to urządzenie, które może przechowywać energię pole elektryczne. W najprostszej wersji składa się z dwóch przewodników (płyt) oddzielonych dielektrykiem. Na poniższym rysunku pokazano uproszczony schemat zewnętrznego urządzenia płaskiego kondensatora. Symbol na schemacie reprezentuje 2 elementy o wysokości 8 mm, w odległości 1,5 mm od siebie.

Zasada działania

Teraz, gdy wiemy, jak ten element jest wskazany na schematach, musimy rozważyć zasadę działania kondensatora. Kiedy płytki kondensatora są podłączone do źródła zasilania, ładunki elektryczne z dodatniego i ujemnego zacisku IP docierają do płytek, gromadząc się na nich.

Prąd elektryczny jest przerywany po naładowaniu kondensatora do pojemności znamionowej, ponieważ pomiędzy płytkami znajduje się warstwa dielektryczna, nie może płynąć w sposób ciągły. Po wyłączeniu źródła zasilania na kondensatorze pozostaną ładunki, co oznacza, że ​​napięcie na jego zaciskach pozostanie.

Ładunki zgromadzone na każdej z płyt są przeciwne. Odpowiednio pokrywa, która była podłączona do dodatniego zacisku źródła zasilania, jest naładowana dodatnio, a ta, która jest podłączona do ujemnego zacisku, jest ujemna. Zasada działania tego produktu opiera się na przyciąganiu przeciwnych ładunków w obwodzie elektrycznym.

Krótko mówiąc, kondensator pozwoli zaoszczędzić energię, która została przekazana ze źródła zasilania - taki jest jego cel. Jednak w praktyce istnieje wiele strat i wycieków.

Ciekawe! Leiden Bank to prototyp nowoczesnych kondensatorów urodzonych w 1745 roku. To urządzenie było w stanie gromadzić energię i wydobywać iskry, gdy jego płyty były zamknięte. Wygląd i wygląd widać poniżej.

Na poniższym rysunku widać konstrukcję najprostszego płaskiego kondensatora - dwóch płyt oddzielonych dielektrykiem:

Ponieważ pojemność jest wprost proporcjonalna do powierzchni płytek i odwrotnie proporcjonalna do odległości między nimi, w celu zwiększenia pojemności inżynierowie opracowali szereg innych form kondensatorów.Na przykład owinięte spiralne płyty - dzięki czemu ich powierzchnia stała się wielokrotnie większa przy tych samych ogólnych wymiarach, a także rozwiązaniach cylindrycznych i sferycznych.

Jedna z zasad przełączania stwierdza, że ​​napięcie na płytkach kondensatora nie może się gwałtownie zmienić, jak ilustruje poniższa miniatura.

Gatunek

Kondensatory można klasyfikować według różnych kryteriów.

Według stałości pojemności:

• Stałe
• Zmienne Ich pojemność może być zmieniana ręcznie przez operatora (użytkownika) urządzenia lub pod wpływem napięcia (jak w varicaps i varicondas).

Według polaryzacji przyłożonego napięcia:

• Niepolarny - może pracować w obwodach prądu przemiennego.
• Biegunowy - gdy podłączone jest napięcie o niewłaściwej polaryzacji, zawodzą.

W zależności od miejsca zastosowania tych komponentów różne opcje są rozróżniane według materiału:

• Papier i papier są wspólne dla wielu powszechnych w czasach radzieckich kondensatorów w postaci prostokątnych cegieł z oznaczeniami typu „MBHCH”. Wygląd tego typu kondensatorów widać poniżej. Są niepolarne.
• Ceramika - często filtrują szumy o wysokiej częstotliwości, a względna przenikalność pozwala na wytwarzanie elementów wielowarstwowych o pojemności porównywalnej do elektrolitów (drogie), niewrażliwych na polaryzację.
• Film - dystrybuowany w postaci brązowych podkładek, niedrogi, jest używany wszędzie. Charakteryzuje się niskim prądem upływowym, małą pojemnością, wysokim napięciem roboczym i niewrażliwością na polaryzację przyłożonego napięcia.
• Z dielektrykiem powietrza. Najlepszym przykładem takiego elementu jest kondensator strojenia obwodu rezonansowego z odbiornika radiowego, pojemność takich elementów jest niewielka, ale wygodnie jest zrealizować jego zmianę.
• Elektrolityczne to elementy w postaci beczek; najczęściej instaluje się je jako filtr pulsacji sieci w zasilaczu. Konstrukcja i zasada działania umożliwiają uzyskanie dużej pojemności przy niewielkich rozmiarach, ale z czasem mogą one wyschnąć, stracić pojemność lub puchnąć. Poniżej możesz zobaczyć, jak te produkty wyglądają w dobrym stanie. Jako dielektryk stosuje się cienką warstwę tlenku metalu. Jeśli zasilacz wykorzystuje kondensatory z dielektrykiem z AL₂O₃ - tzw „Elektrolity aluminiowe”, a następnie do pracy w obwodach wysokiej częstotliwości - użyj tantalu (Ta₂0₅ - dotyczą również kondensatorów elektrolitycznych), ponieważ mają mniejszy prąd upływowy, większą odporność na wpływy zewnętrzne, w przeciwieństwie do poprzednich aluminiowych.
• Polimer - odporny na duże prądy pulsacyjne, pracujący w niskich temperaturach

Kluczowe dane techniczne

Jeśli naprawiasz lub opracowujesz urządzenie elektroniczne, musisz wybrać odpowiedni kondensator, aby wymienić uszkodzony. I w tym celu musisz zapoznać się z głównymi cechami technicznymi kondensatora, od których zależy jego działanie w obwodzie elektrycznym.

Pojemność znamionowa. Charakteryzuje główny cel komponentu - jaki ładunek może przechowywać. Główną cechę mierzy się w faradach [f]. Jednak taka jednostka miary jest zbyt duża, dlatego stosuje się udziały:

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

Napięcie znamionowe to napięcie, do którego kondensator może pracować w trybie normalnym. Jeśli ta wartość zostanie przekroczona, bardzo prawdopodobne jest uszkodzenie dielektryka. Może pochodzić z jednostek woltów (dla elektrolitów) i do tysięcy woltów (film i ceramika). Podczas naprawy ta wartość nie powinna być mniejsza niż wartość awarii, wyższa - jest to możliwe!

Tolerancja odchylenia - o ile rzeczywista pojemność może różnić się od deklarowanej pojemności nominalnej. Może osiągnąć 20-30%, ale istnieją również modele o wysokiej precyzji z tolerancją do 1% - do stosowania w obwodach, w których wymagana jest specjalna dokładność.

Współczynnik temperaturowy pojemności - ten parametr jest ważny dla elektrolitów. W kondensatorach aluminiowych, gdy temperatura spada, pojemność maleje, a rezystywność elektryczna rośnie (w ESR)

ESR - równoważna rezystancja szeregowa, jest również ważna dla elektrolitów. Mówiąc prosto - im większy, tym gorzej. W spuchniętych kondorach ESR rośnie.

W poniższej tabeli przedstawiono dopuszczalne wartości ESR dla różnych pojemności znamionowych i napięć.

Gdzie i po co są stosowane

Mimo to odpowiemy na pytanie „do czego przeznaczony jest kondensator?” z praktycznego punktu widzenia. Aby to zrobić, rozważ kilka schematów.

Kondensatory elektrolityczne są najczęściej stosowane jako wspomniany już filtr tętnienia sieci w zasilaczach. Poniższy schemat pokazuje, gdzie jest zainstalowany elektrolit. Im większe obciążenie, tym większa pojemność elektrolitu jest potrzebna do wygładzenia tętnienia.

Kolejnym miejscem, w którym stosowane są kondensatory, są filtry górno i dolnoprzepustowe. Poniższy schemat pokazuje typowe inkluzje. Tak więc w głośnikach niskie, średnie i wysokie częstotliwości są hodowane wzdłuż głośników bez użycia aktywnych komponentów.

Zasilacze balastowe są często używane do ładowania małych akumulatorów i zasilania urządzeń o niskiej mocy, takich jak tanie żarówki LED, radia i inne. Kondensator foliowy jest instalowany szeregowo z urządzeniem zasilającym, ograniczając prąd ze względu na jego reaktancję - taka jest zasada działania tak prostego obwodu.

Snabbers to urządzenia zaprojektowane w celu ochrony przełączników półprzewodnikowych i styków przekaźnika przed obciążeniami przełączającymi. W nowoczesnych zasilaczach impulsowych o wysokiej częstotliwości stosowane są tłumiki z rezystora i kondensatora, poprawiając w ten sposób główne parametry w obwodzie i zmniejszając obciążenie kluczy, a także straty mocy podczas jego ogrzewania. Zasada działania tłumika polega na spowolnieniu frontów wzrostu i zaniku napięcia na kluczu ze względu na zastosowanie stałego czasu ładowania pojemności.

Wniosek

Zbadaliśmy, czym jest kondensator, jak został zaprojektowany i jaką funkcję spełnia. W celu głębszego przestudiowania należy dokładnie zapoznać się z typami kondensatorów i ich praktycznymi cechami w różnych obwodach i zastosowaniach. Na przykład w przypadkach, gdy wymagana jest specjalna dokładność i niezawodność, stosuje się elektrolity o niskiej wartości ESR lub elektrolity tantalu, podczas gdy nie ma specjalnej różnicy w filtrze na prostowniku, co należy umieścić.

Na koniec zalecamy obejrzenie przydatnych filmów na temat tego artykułu:

Przeczytaj także:

• Co to są przewodniki, półprzewodniki i dielektryki
• Co to jest pojemność elektryczna
• Metody określania pojemności kondensatora