Čo je kondenzátor a na čo je určený?

definícia

Slovo kondenzátor pochádza z latinského „kondenzátu“, čo sa prekladá ako „akumulácia“. Vo fyzike sa tento pojem používa na opis celej skupiny elektrických výrobkov, ktorých účelom je pracovať ako zariadenie na uchovávanie energie. Množstvo uloženej energie závisí od kapacity a štvorca napätia na jej doskách, delené číslom 2. Okrem toho prúd cez ňu prúdi iba počas nabíjania. Ale prvé veci ako prvé.

E = (CU²)/2

Jednoducho povedané, kondenzátor je zariadenie, v ktorom je možné ukladať energiu elektrické pole, V najjednoduchšej verzii pozostáva z dvoch vodičov (dosiek) oddelených dielektrikom. Na obrázku nižšie vidíte zjednodušenú schému externého zariadenia plochého kondenzátora. Symbol na obrázku predstavuje 2 znaky vysoké 8 mm, vo vzdialenosti 1,5 mm od seba.

Princíp činnosti

Teraz, keď vieme, ako je tento prvok uvedený v diagrame, musíme vziať do úvahy princíp činnosti kondenzátora. Ak sú kondenzátorové dosky pripojené k zdroju energie, elektrické náboje z kladných a záporných pólov IP sa ponáhľajú k doštičkám a akumulujú sa na nich.

Elektrický prúd sa po nabití kondenzátora na nominálnu kapacitu preruší, pretože medzi doskami je dielektrická vrstva a nemôže nepretržite pretekať. Keď je zdroj energie vypnutý, na kondenzátore zostanú nabíjania, čo znamená, že napätie na jeho svorkách zostane.

Poplatky nahromadené na každej doske sú opačné. V súlade s tým je kryt, ktorý bol pripojený k kladnému terminálu napájacieho zdroja, nabitý kladne a kryt, ktorý je pripojený k zápornému terminálu, je záporný. Princíp činnosti tohto produktu je založený na príťažlivosti opačných nábojov v elektrickom obvode.

Jednoducho povedané, kondenzátor ušetrí energiu, ktorá bola prenesená zo zdroja energie - to je jeho účel. V praxi však existujú rôzne straty a úniky.

Zaujímavé! Leiden Bank je prototypom moderných kondenzátorov narodených v roku 1745. Toto zariadenie bolo schopné akumulovať energiu a extrahovať iskry, keď boli jeho platne uzavreté. Vzhľad a dizajn vidíte nižšie.

A na obrázku nižšie vidíte konštrukciu najjednoduchšieho plochého kondenzátora - dvoch dosiek oddelených dielektrikom:

Pretože kapacita je priamo úmerná ploche dosiek a nepriamo úmerná vzdialenosti medzi nimi, inžinieri vyvinuli množstvo ďalších foriem kondenzátorov, aby sa kapacita zvýšila.Napríklad zabalené špirálové dosky - takže ich plocha sa mnohokrát zväčšila s rovnakými celkovými rozmermi, ako aj valcové a sférické riešenia.

Jeden zo zákonov prepínania uvádza, že napätie na kondenzátorových doskách sa nemôže náhle zmeniť, ako ukazuje nasledujúca miniatúra.

Názory

Kondenzátory môžu byť klasifikované podľa rôznych kritérií.

Podľa stálosti kapacity:

• Trvalá.
• premenné Ich kapacita môže byť zmenená buď manuálne operátorom (užívateľom) zariadenia, alebo pod vplyvom napätia (ako pri varixoch a variundách).

Polaritou privedeného napätia:

• Nepolárne - môžu pracovať v obvodoch so striedavým prúdom.
• Polárne - keď je pripojené napätie s nesprávnou polaritou, zlyhajú.

V závislosti od toho, kde sa tieto komponenty používajú, sa materiál odlišuje rôznymi spôsobmi:

• Papier a kov - to sú spoločné pre mnoho, v sovietskych časoch bežné kondenzátory vo forme pravouhlých tehál s označením ako „MBHCH“. Vzhľad tohto typu kondenzátorov je uvedený nižšie. Sú nepolárne.
• Keramické - často filtrujú vysokofrekvenčný šum a relatívna permitivita vám umožňuje vyrábať viacvrstvové komponenty s kapacitou porovnateľnou s elektrolytmi (drahé), ktoré nie sú citlivé na polaritu.
• Film - distribuovaný vo forme hnedých vankúšikov, lacných, sa používa všade. Vyznačuje sa nízkym zvodovým prúdom, malou kapacitou, vysokým prevádzkovým napätím a necitlivosťou na polaritu použitého napätia.
• S vzduchovým dielektrikom. Najlepším príkladom takého prvku je ladiaci kondenzátor rezonančného obvodu z rádiového prijímača, kapacita takýchto prvkov je malá, ale je vhodné uskutočniť jeho zmenu.
• Elektrolytické - jedná sa o prvky vo forme sudov, ktoré sa inštalujú najčastejšie ako filter sieťových pulzácií v napájaní. Konštrukcia a princíp činnosti umožňujú získať veľkú kapacitu s malou veľkosťou, ale časom môžu vyschnúť, stratiť kapacitu alebo napučať. Ako tieto produkty vyzerajú v dobrom stave, vidíte nižšie. Ako dielektrikum sa používa tenká vrstva oxidu kovu. Ak zdroj energie používa kondenzátory s dielektrikom od AL₂O₃ - tzv „Hliníkové elektrolyty“, potom pre prácu vo vysokofrekvenčných obvodoch - použite tantal (Ta₂0₅ - vzťahujú sa aj na elektrolyty) kondenzátory, pretože na rozdiel od predchádzajúcich hliníkových majú menší zvodový prúd, väčšiu odolnosť voči vonkajším vplyvom.
• Polymér - je schopný odolať veľkým impulzným prúdom, pracovať pri nízkych teplotách

Kľúčové špecifikácie

Ak opravujete alebo vyvíjate elektronické zariadenie, budete musieť vybrať vhodný kondenzátor, ktorý nahradí chybný. A preto je potrebné oboznámiť sa s hlavnými technickými charakteristikami kondenzátora, od ktorých závisí jeho činnosť v elektrickom obvode.

Menovitá kapacita. Charakterizuje hlavný účel komponentu - aký druh náboja môže uchovávať. Hlavná charakteristika sa meria v farad [f]. Takáto merná jednotka je však príliš veľká, preto sa používajú akcie:

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

Menovité napätie je napätie, pri ktorom môže byť zaručené, že kondenzátor bude pracovať v normálnom režime. Ak je táto hodnota prekročená, je veľmi pravdepodobné rozpad dielektrika. Môže to byť z jednotiek voltov (pre elektrolyty) až do tisícov voltov (film a keramika). Pri oprave by táto hodnota nemala byť nižšia ako hodnota zlyhania, vyššia - je to možné!

Tolerancia odchýlky - do akej miery sa skutočná kapacita môže líšiť od deklarovanej nominálnej kapacity. Môže dosiahnuť 20 - 30%, existujú však aj modely s vysokou presnosťou s toleranciou až 1% - na použitie v obvodoch, kde sa vyžaduje špeciálna presnosť.

Teplotný koeficient kapacity - tento parameter je dôležitý pre elektrolyty. Pri hliníkových kondenzátoroch, keď teplota klesne, kapacita klesá a zvyšuje sa elektrický odpor (v ESR)

Pre elektrolyty je tiež dôležitý ESR - ekvivalentný sériový odpor. Jednoducho povedané - čím je väčšia, tým je horšia. V opuchnutých kondómach stúpa ESR.

V nižšie uvedenej tabuľke sú uvedené prípustné hodnoty ESR pre rôzne menovité kapacity a napätia.

Kde a na čo sa uplatňujú

Napriek tomu odpovieme na otázku „Na čo je kondenzátor určený?“ z praktického hľadiska. Na tento účel zvážte niekoľko schém.

Elektrolytické kondenzátory sa najčastejšie používajú ako filter sieťových zvlnení v napájacích zdrojoch, ktoré už boli uvedené viackrát. Nižšie uvedená schéma ukazuje, kde je elektrolyt nainštalovaný. Čím väčšie je zaťaženie, tým väčšia kapacita elektrolytu je potrebná na vyhladenie zvlnenia.

Ďalším miestom, kde sa kondenzátory používajú, sú vysokopásmové a dolnopriepustné filtre. Nasledujúci obrázok zobrazuje typické inklúzie. V reproduktoroch sa teda basy, stredné a vysoké frekvencie chovajú pozdĺž reproduktorov bez použitia aktívnych komponentov.

Predradné napájacie zdroje sa často používajú na nabíjanie malých batérií a zariadení s nízkou spotrebou energie, ako sú napríklad lacné žiarovky LED, rádiá a ďalšie. Fóliový kondenzátor je inštalovaný v sérii s napájacím zariadením, čo obmedzuje prúd v dôsledku jeho reaktancie - to je princíp činnosti takého jednoduchého obvodu.

Snabery sú zariadenia určené na ochranu polovodičových spínačov a kontaktov relé pred prepínaním záťaže. V moderných impulzných vysokofrekvenčných PSU sa používajú snubery z rezistora a kondenzátora, čím sa zlepšujú hlavné parametre obvodu a znižuje sa zaťaženie klávesov, ako aj strata energie pri jeho zahrievaní. Princíp činnosti snubberu je spomaliť čela rastu a úpadku napätia na kľúči pomocou konštantnej doby nabíjania kapacitancie.

záver

Preskúmali sme, čo je kondenzátor, ako je navrhnutý a akú funkciu vykonáva. Pre hlbšie štúdium sa musíte oboznámiť s typmi kondenzátorov a ich praktickými vlastnosťami v rôznych obvodoch a aplikáciách. Napríklad v prípadoch, keď sa vyžaduje osobitná presnosť v prevádzke a spoľahlivosti, používajú sa elektrolyty s nízkym ESR alebo tantalové elektrolyty, zatiaľ čo vo filtri na usmerňovači nie je žiadny špeciálny rozdiel.

Nakoniec vám odporúčame pozerať si užitočné videá na tému článku:

Prečítajte si tiež:

• Čo sú to vodiče, polovodiče a dielektrika
• Čo je to elektrická kapacita
• Metódy na určovanie kapacity kondenzátora