Co je kondenzátor a k čemu je?

Definice

Slovo kondenzátor pochází z latinského „kondenzátu“, což se překládá jako „akumulace“. Ve fyzice se tento termín používá k popisu celé výklenku elektrických výrobků, jejichž účelem je pracovat jako zařízení pro ukládání energie. Množství uložené energie závisí na kapacitě a čtverci napětí na jeho deskách, děleno 2. Kromě toho proud protéká skrz ni pouze během nabíjení. Nejdříve ale první.

E = (CU²)/2

Zjednodušeně řečeno, kondenzátor je zařízení, ve kterém lze ukládat energii elektrické pole. V nejjednodušší verzi se skládá ze dvou vodičů (desek) oddělených dielektrikem. Na obrázku níže vidíte zjednodušené schéma externího zařízení plochého kondenzátoru. Symbol na obrázku představuje 2 znaky vysoké 8 mm ve vzdálenosti 1,5 mm od sebe.

Pracovní princip

Nyní, když víme, jak je tento prvek vyznačen na diagramech, musíme zvážit princip fungování kondenzátoru. Když jsou kondenzátorové desky připojeny ke zdroji energie, elektrické náboje z kladných a záporných svorek IP spěchají k deskám a akumulují se na nich.

Elektrický proud se po nabití kondenzátoru na jmenovitou kapacitu přeruší, protože mezi deskami je dielektrická vrstva, nemůže tedy protékat nepřetržitě. Když je zdroj energie vypnutý, na kondenzátoru zůstanou poplatky, což znamená, že napětí na jeho svorkách zůstane.

Poplatky nahromaděné na každé z desek jsou opačné. Podle toho je kryt, který byl připojen k kladnému terminálu napájecího zdroje, nabit kladně a ten, který je připojen k zápornému terminálu, je záporný. Princip fungování tohoto produktu je založen na přitahování opačných nábojů v elektrickém obvodu.

Jednoduše řečeno, kondenzátor ušetří energii, která byla přenesena ze zdroje energie - to je jeho účel. V praxi však existují různé ztráty a úniky.

Zajímavé! Leiden Bank je prototypem moderních kondenzátorů narozených v roce 1745. Toto zařízení bylo schopno akumulovat energii a extrahovat jiskry, když byly jeho desky uzavřeny. Vzhled a design vidíte níže.

A na obrázku níže vidíte konstrukci nejjednoduššího plochého kondenzátoru - dvou desek oddělených dielektrikem:

Protože kapacita je přímo úměrná ploše desek a nepřímo úměrná vzdálenosti mezi nimi, aby se zvýšila kapacita, vyvinuli inženýři řadu dalších forem kondenzátorů.Například talíře zabalené ve spirále - takže jejich plocha se mnohokrát zvětšila ve stejných celkových rozměrech, stejně jako válcová a kulová řešení.

Jeden ze zákonů spínání uvádí, že napětí na deskách kondenzátoru se nemůže náhle změnit, jak ukazuje následující miniatura.

Druhy

Kondenzátory lze klasifikovat podle různých kritérií.

Podle stálosti kapacity:

• Permanentní.
• Proměnné Jejich kapacita může být změněna buď ručně operátorem (uživatelem) zařízení, nebo pod vlivem napětí (jako u varixů a varicondas).

Polaritou aplikovaného napětí:

• Nepolární - může pracovat v obvodech se střídavým proudem.
• Polární - když je připojeno napětí nesprávné polarity, dojde k jejich selhání.

V závislosti na tom, kde se tyto komponenty používají, se různé materiály liší podle materiálu:

• Papír a papír jsou běžné pro mnoho běžných kondenzátorů v sovětských dobách v podobě obdélníkových cihel s označením jako „MBGCH“. Vzhled tohoto typu kondenzátorů vidíte níže. Jsou nepolární.
• Keramika - často filtrují vysokofrekvenční šum a relativní permitivita vám umožňuje vyrábět vícevrstvé komponenty s kapacitou srovnatelnou s elektrolyty (drahé), které nejsou citlivé na polaritu.
• Film - distribuovaný ve formě hnědých polštářků, levný, se používá všude. Vyznačuje se nízkým svodovým proudem, malou kapacitou, vysokým provozním napětím a necitlivostí na polaritu přiváděného napětí.
• Se vzduchovým dielektrikem. Nejlepší příklad takového prvku je ladicí kondenzátor rezonančního obvodu z rádiového přijímače, kapacita takových prvků je malá, ale je vhodné realizovat jeho změnu.
• Elektrolytické - jedná se o prvky ve formě sudů, nejčastěji se instalují jako filtr síťových pulzací v napájecím zdroji. Konstrukce a princip činnosti umožňují získat velkou kapacitu s malou velikostí, ale postupem času mohou vyschnout, ztratit kapacitu nebo nabobtnat. Jak tyto produkty vypadají v dobrém stavu, vidíte níže. Jako dielektrikum se používá tenká vrstva oxidu kovu. Pokud napájení používá kondenzátory s dielektrikem od AL₂O₃ - tzv "Hliníkové elektrolyty", pak pro práci ve vysokofrekvenčních obvodech - použijte tantal (Ta₂0₅ - platí také pro elektrolyty) kondenzátory, protože na rozdíl od předchozích hliníkových mají menší svodový proud, větší odolnost vůči vnějším vlivům.
• Polymer - vydrží i velké pulzní proudy, pracuje při nízkých teplotách

Klíčové specifikace

Pokud opravujete nebo vyvíjíte elektronické zařízení, budete muset vybrat vhodný kondenzátor, který nahradí chybný. K tomu je třeba se seznámit s hlavními technickými charakteristikami kondenzátoru, na kterých závisí jeho činnost v elektrickém obvodu.

Jmenovitá kapacita. Charakterizuje hlavní účel komponenty - jaký druh náboje může uložit. Hlavní charakteristika se měří v faradech [f]. Taková měrná jednotka je však příliš velká, proto se používají sdílené položky:

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

Jmenovité napětí je napětí, u kterého lze zaručit, že kondenzátor bude pracovat v normálním režimu. Pokud je tato hodnota překročena, je velmi pravděpodobné rozpad dielektrika. Může to být z jednotek voltů (pro elektrolyty) a až tisíců voltů (film a keramika). Během opravy by tato hodnota neměla být nižší než hodnota selhání, vyšší - je to možné!

Tolerance odchylky - do jaké míry se skutečná kapacita může lišit od deklarované jmenovité kapacity. Může dosáhnout 20-30%, ale existují i ​​vysoce přesné modely s tolerancí až 1% - pro použití v obvodech, kde je vyžadována zvláštní přesnost.

Teplotní koeficient kapacity - tento parametr je důležitý pro elektrolyty. U hliníkových kondenzátorů, když teplota klesá, kapacita klesá a zvyšuje se elektrický odpor (v ESR)

ESR - ekvivalentní sériový odpor, je také důležitý pro elektrolyty. Jednoduše řečeno - čím větší je, tím horší. Za oteklých kondorů stoupá ESR.

V následující tabulce jsou uvedeny přípustné hodnoty ESR pro různé jmenovité kapacity a napětí.

Kde a na co se vztahují

Přesto odpovíme na otázku „K čemu je kondenzátor určen?“ z praktického hlediska. Chcete-li to provést, zvažte několik schémat.

Elektrolytické kondenzátory se nejčastěji používají jako již zmíněný filtr zvlnění sítě v napájecích zdrojích. Následující obrázek ukazuje, kde je elektrolyt nainstalován. Čím větší je zatížení, tím větší kapacita elektrolytu je potřebná k vyhlazení zvlnění.

Dalším místem, kde se používají kondenzátory, jsou filtry pro horní a dolní propust. Níže uvedený diagram ukazuje typické inkluze. V reproduktorech se tedy basy, střední a vysoké frekvence chovají podél reproduktorů bez použití aktivních komponent.

Předřadné napájecí zdroje se často používají k nabíjení malých baterií a nízkoenergetických zařízení, jako jsou levné LED žárovky, rádia a další. Kondenzátor se instaluje do série se napájecím zařízením, což omezuje proud kvůli jeho reaktanci - to je princip fungování takového jednoduchého obvodu.

Snabery jsou zařízení určená k ochraně polovodičových spínačů a reléových kontaktů před přepínáním zátěží. V moderních pulzních vysokofrekvenčních PSU se používají snubery z rezistoru a kondenzátoru, čímž se zlepšují hlavní parametry v obvodu a snižuje se zátěž na klávesy a také ztráta energie při jeho zahřívání. Princip činnosti snubberu je zpomalení front růstu a rozpadu napětí na klíči díky použití konstantní doby nabíjení kapacitance.

Závěr

Zkoumali jsme, co je kondenzátor, jak je navržen a jakou funkci plní. Pro hlubší studium je třeba se blíže seznámit s tím, jaké typy kondenzátorů jsou a jaké jsou jejich praktické vlastnosti v různých obvodech a aplikacích. Například v případech, kdy je vyžadována zvláštní přesnost při provozu a spolehlivosti, se používají elektrolyty s nízkým ESR nebo tantalové elektrolyty, zatímco ve filtru na usměrňovači není žádný zvláštní rozdíl.

Nakonec doporučujeme sledovat užitečná videa k tématu článku:

Přečtěte si také:

• Co jsou to vodiče, polovodiče a dielektrika
• Co je elektrická kapacita
• Metody pro stanovení kapacity kondenzátoru