Che cos'è un condensatore ea cosa serve?

definizione

La parola condensatore deriva dal latino "condensatio", che si traduce in "accumulo". In fisica, questo termine è usato per descrivere un'intera nicchia di prodotti elettrici il cui scopo è quello di funzionare come un dispositivo di accumulo di energia. La quantità di energia immagazzinata dipende dalla capacità e dal quadrato della tensione sui suoi piatti, divisa per 2. Inoltre, la corrente scorre attraverso di essa solo durante la carica. Ma prima le cose.

E = (CU²)/2

In termini semplici, un condensatore è un dispositivo in cui è possibile immagazzinare energia campo elettrico. Nella versione più semplice, è costituito da due conduttori (piastre), separati da un dielettrico. Nella figura seguente è mostrato uno schema semplificato del dispositivo esterno di un condensatore piatto. Il simbolo sul diagramma rappresenta 2 elementi alti 8 mm, ad una distanza di 1,5 mm l'uno dall'altro.

Principio di funzionamento

Ora che sappiamo come questo elemento è indicato negli schemi, dobbiamo considerare il principio di funzionamento del condensatore. Quando le piastre del condensatore sono collegate a una fonte di alimentazione, le cariche elettriche dai terminali positivo e negativo dell'IP si dirigono verso le piastre, accumulandosi su di esse.

La corrente elettrica viene interrotta dopo aver caricato il condensatore alla capacità nominale, poiché tra le piastre è presente uno strato dielettrico, non può fluire continuamente. Quando la fonte di alimentazione viene spenta, le cariche rimarranno sul condensatore, il che significa che rimarrà la tensione ai suoi terminali.

Le cariche accumulate su ciascuna delle piastre sono opposte. Di conseguenza, il coperchio che era collegato al terminale positivo della fonte di alimentazione è caricato positivamente e quello che è collegato al terminale negativo è negativo. Il principio di funzionamento di questo prodotto si basa sull'attrazione di cariche opposte in un circuito elettrico.

In parole semplici, il condensatore salverà l'energia che è stata trasferita dalla fonte di alimentazione - questo è il suo scopo. Tuttavia, in pratica ci sono una varietà di perdite e perdite.

! interessante Leiden Bank è un prototipo di condensatori moderni, nato nel 1745. Questo dispositivo è stato in grado di accumulare energia ed estrarre scintille quando le sue piastre erano chiuse. Aspetto e design che vedi di seguito.

E nella figura sotto vedi la costruzione del condensatore piatto più semplice - due piastre separate da un dielettrico:

Poiché la capacità è direttamente proporzionale all'area delle piastre e inversamente proporzionale alla distanza tra loro, al fine di aumentare la capacità, gli ingegneri hanno sviluppato una serie di altre forme di condensatori.Ad esempio, piastre a spirale avvolte, quindi la loro area è diventata molte volte più grande con le stesse dimensioni complessive, nonché soluzioni cilindriche e sferiche.

Una delle leggi di commutazione afferma che la tensione sulle piastre del condensatore non può cambiare bruscamente, come illustra la seguente miniatura.

tipi

I condensatori possono essere classificati in base a vari criteri.

Per costanza di capacità:

• Permanente.
• Variabili. La loro capacità può essere modificata manualmente dall'operatore (utente) del dispositivo o sotto l'influenza della tensione (come nei varicaps e varicondas).

Per polarità della tensione applicata:

• Non polare - può funzionare in circuiti a corrente alternata.
• Polare: quando viene collegata una tensione di polarità errata, falliscono.

A seconda di dove vengono utilizzati questi componenti, le diverse opzioni si distinguono per materiale:

• La carta e la carta sono comuni a molti comuni nei condensatori dei tempi sovietici sotto forma di mattoni rettangolari con segni come "MBHCH". L'aspetto di questo tipo di condensatori che vedi di seguito. Sono non polari.
• Ceramica: spesso filtrano il rumore ad alta frequenza e la relativa permittività consente di realizzare componenti multistrato con una capacità paragonabile agli elettroliti (costosi), non sensibili alla polarità.
• Il film - distribuito sotto forma di tamponi marroni, economico, viene utilizzato ovunque. Caratterizzato da bassa corrente di dispersione, piccola capacità, alta tensione operativa e insensibilità alla polarità della tensione applicata.
• Con un dielettrico ad aria. Il miglior esempio di un tale elemento è un condensatore di sintonia di un circuito risonante da un ricevitore radio, la capacità di tali elementi è piccola, ma è conveniente realizzare il suo cambiamento.
• Gli elettrolitici sono elementi sotto forma di barili; sono spesso installati come filtro delle pulsazioni di rete in un alimentatore. Il design e il principio di funzionamento consentono di ottenere una grande capacità con dimensioni ridotte, ma nel tempo possono seccarsi, perdere capacità o gonfiarsi. Come questi prodotti sembrano in buone condizioni, vedi sotto. Come dielettrico, viene utilizzato un sottile strato di ossido di metallo. Se l'alimentatore utilizza condensatori con un dielettrico da AL₂O₃ - cosiddetto "Elettroliti di alluminio", quindi per lavori su circuiti ad alta frequenza - usare tantalio (Ta₂0₅ - si applicano anche ai condensatori di elettroliti, perché hanno meno corrente di dispersione, maggiore resistenza alle influenze esterne, a differenza di quelle precedenti in alluminio.
• Polimero - in grado di resistere a grandi correnti pulsate, lavorare a basse temperature

Specifiche chiave

Se stai riparando o sviluppando un dispositivo elettronico, dovrai selezionare il condensatore appropriato per sostituire quello guasto. E per questo è necessario conoscere le principali caratteristiche tecniche del condensatore, da cui dipende il suo funzionamento nel circuito elettrico.

Capacità nominale. Caratterizza lo scopo principale del componente: quale tipo di carica può memorizzare. La caratteristica principale è misurata in farad [f]. Tuttavia, tale unità di misura è troppo grande, pertanto vengono utilizzate le frazioni:

• Milifarad, mF - 0, 001 F (10^-3);
• Microfarad, microfarad - 0, 000 001 F (10^-6);
• Nanofarad, nF - 0, 000 000 001 F (10^-9);
• Picofarads, pF - 0, 000, 000, 001 F (10^-12).

La tensione nominale è la tensione a cui il condensatore può funzionare in modalità normale. Se questo valore viene superato, è molto probabile una rottura del dielettrico. Può provenire da unità di volt (per elettroliti) e fino a migliaia di volt (film e ceramica). Durante la riparazione, questo valore non dovrebbe essere inferiore a quello di un guasto, più alto - è possibile!

Tolleranza di deviazione - quanto la capacità effettiva può differire dalla capacità nominale dichiarata. Può raggiungere il 20-30%, ma ci sono anche modelli di alta precisione con una tolleranza fino all'1% - per l'uso in circuiti in cui è richiesta una precisione speciale.

Coefficiente di temperatura della capacità: questo parametro è importante per gli elettroliti. Nei condensatori di alluminio, quando la temperatura diminuisce, la capacità diminuisce e la resistività elettrica aumenta (in ESR)

ESR - serie equivalente di resistenza, è importante anche per gli elettroliti. In termini semplici: più è grande, peggio. In condor gonfio, l'ESR aumenta.

Nella tabella seguente sono riportati i valori ESR consentiti per diverse capacità e tensioni nominali.

Dove e per cosa vengono applicati

Tuttavia, risponderemo alla domanda "a cosa serve il condensatore?" da un punto di vista pratico. Per fare questo, considera diversi schemi.

I condensatori elettrolitici sono ampiamente utilizzati come filtro già menzionato dell'ondulazione di rete negli alimentatori. Lo schema seguente mostra dove è installato l'elettrolito. Maggiore è il carico, maggiore è la capacità dell'elettrolita necessaria per appianare l'ondulazione.

Il prossimo posto dove vengono usati i condensatori sono i filtri passa alto e passa basso. Lo schema seguente mostra inclusioni tipiche. Pertanto, negli altoparlanti, le frequenze basse, medie e alte vengono allevate lungo gli altoparlanti senza l'uso di componenti attivi.

Gli alimentatori di zavorra vengono spesso utilizzati per caricare piccole batterie e alimentare dispositivi a bassa potenza, come lampadine a LED, radio e altri a buon mercato. Un condensatore a film è installato in serie con il dispositivo di alimentazione, limitando la corrente a causa della sua reattanza: questo è il principio di funzionamento di un circuito così semplice.

Gli snabber sono dispositivi progettati per proteggere gli interruttori a semiconduttore e i contatti dei relè dai carichi di commutazione. Nelle moderne PSU ad impulsi ad alta frequenza, vengono utilizzate le sneaker da un resistore e un condensatore, migliorando così i parametri principali nel circuito e riducendo il carico sui tasti, nonché la perdita di potenza sul suo riscaldamento. Il principio di funzionamento dello snubber è quello di rallentare i fronti di crescita e decadimento della tensione sulla chiave a causa dell'uso del tempo di carica costante della capacità.

conclusione

Abbiamo esaminato cos'è un condensatore, come è progettato e quale funzione svolge. Per uno studio più approfondito, è necessario conoscere da vicino quali sono i tipi di condensatori e le loro caratteristiche pratiche in vari circuiti e applicazioni. Quindi, ad esempio, nei casi in cui è richiesta una precisione particolare nel funzionamento e nell'affidabilità, vengono utilizzati elettroliti a basso ESR o elettroliti al tantalio, mentre non vi è alcuna differenza speciale nel filtro sul raddrizzatore che cosa mettere.

Alla fine, ti consigliamo di guardare video utili sull'argomento dell'articolo:

Leggi anche:

• Cosa sono i conduttori, i semiconduttori e i dielettrici
• Qual è la capacità elettrica
• Metodi per determinare la capacità di un condensatore