Što je kondenzator, vrste kondenzatora i njihova primjena

Elementna baza za dizajn elektroničkih uređaja postaje sve složenija. Uređaji se kombiniraju u integrirane krugove sa zadanom funkcionalnošću i programskom kontrolom. Ali razvoj se temelji na osnovnim uređajima: kondenzatorima, otpornicima, diodama i tranzistorima.

Što je kondenzator

Uređaj koji pohranjuje električnu energiju u obliku električnih naboja naziva se kondenzator.

Količina električne energije ili električnog naboja u fizici se mjeri u kulonima (C). Kapacitet se mjeri u faradima (F).

Usamljeni vodič s električnim kapacitetom od 1 farad je metalna kugla polumjera jednakim 13 radijusa Sunca.Dakle, kondenzator uključuje najmanje 2 vodiča, koji su odvojeni dielektrikom. U jednostavnim dizajnom uređaja - papir.

Rad kondenzatora u istosmjernom krugu vrši se pri uključivanju i isključivanju napajanja.Samo u prijelaznim trenucima mijenja se potencijal na pločama.

Kondenzator u krugu izmjenične struje se puni frekvencijom jednakom frekvenciji napona napajanja. Kao rezultat kontinuiranog punjenja i pražnjenja, struja teče kroz element. Viša frekvencija - uređaj se puni brže.

Otpor strujnog kruga s kondenzatorom ovisi o frekvenciji struje. Kod nulte istosmjerne frekvencije vrijednost otpora teži beskonačnosti. Kako se frekvencija izmjenične struje povećava, otpor se smanjuje.

Gdje se koriste kondenzatori?

Rad elektroničkih, radiotehničkih i električnih uređaja nemoguć je bez kondenzatora.

U elektrotehnici se koriste za pomicanje faza pri pokretanju asinkronih motora. Bez faznog pomaka, trofazni asinkroni motor u promjenjivoj jednofaznoj mreži ne funkcionira.

Kondenzatori kapaciteta nekoliko farada - ionistori, koriste se u električnim vozilima kao izvori energije motora.

Da biste razumjeli zašto je potreban kondenzator, morate znati da 10-12% mjernih uređaja radi na principu promjene električnog kapaciteta kada se mijenjaju parametri vanjskog okruženja. Reakcijski kapacitet posebnih uređaja koristi se za:

• registracija slabih pokreta kroz povećanje ili smanjenje udaljenosti između ploča;
• određivanje vlažnosti fiksiranjem promjena otpora dielektrika;
• mjerenje razine tekućine, koja mijenja kapacitet elementa kada se napuni.

Teško je zamisliti kako su automatizacija i relejna zaštita dizajnirani bez kondenzatora. Neke zaštitne logike uzimaju u obzir mnogostrukost punjenja uređaja.

Kapacitivni elementi se koriste u krugovima mobilnih komunikacijskih uređaja, radijske i televizijske opreme. Kondenzatori se koriste u:

• pojačala visokih i niskih frekvencija;
• napajanje;
• frekvencijski filtri;
• pojačala zvuka;
• procesora i drugih mikro krugova.

Lako je pronaći odgovor na pitanje čemu služi kondenzator, ako pogledate električne krugove elektroničkih uređaja.

Princip rada kondenzatora

U istosmjernom krugu, pozitivni naboji se skupljaju na jednoj ploči, a negativni naboji na drugoj. Zbog međusobnog privlačenja, čestice se drže u uređaju, a dielektrik između njih ne dopušta spajanje. Što je dielektrik tanji, to su naboji jači.

Kondenzator uzima količinu električne energije potrebnu za punjenje spremnika, a struja se zaustavlja.

Uz konstantan napon u krugu, element zadržava naboj sve dok se napajanje ne isključi. Zatim se ispušta kroz opterećenja u krugu.

Izmjenična struja teče kroz kondenzator na drugačiji način. Prva ¼ perioda osciliranja je trenutak punjenja uređaja. Amplituda struje punjenja eksponencijalno se smanjuje, a do kraja tromjesečja pada na nulu. EMF u ovom trenutku doseže amplitudu.

U drugom ¼ razdoblja, EMF pada i stanica se počinje prazniti. Smanjenje EMF-a je u početku malo, a time i struje pražnjenja. Raste prema istoj eksponencijalnoj ovisnosti. Do kraja razdoblja, EMF je nula, struja je jednaka vrijednosti amplitude.

U trećoj ¼ perioda osciliranja, EMF mijenja smjer, prolazi kroz nulu i raste.Znak naboja na pločama je obrnut. Struja se smanjuje po veličini i zadržava smjer. U ovom trenutku električna struja vodi napon za 90° u fazi.

U induktorima se događa suprotno: napon vodi struju. Ovo svojstvo dolazi na prvo mjesto pri odabiru sklopova za korištenje u krugu: RC ili RL.

Na kraju ciklusa, na posljednjoj ¼ oscilacije, EMF pada na nulu, a struja doseže svoju vršnu vrijednost.

"Kapacitet" se prazni i puni 2 puta po razdoblju i provodi izmjeničnu struju.

Ovo je teorijski opis procesa. Da bi se razumjelo kako element u krugu radi izravno u uređaju, izračunavaju se induktivni i kapacitivni otpor kruga, parametri ostalih sudionika i uzima se u obzir utjecaj vanjskog okruženja.

Glavne karakteristike i svojstva

Parametri kondenzatora koji se koriste za stvaranje i popravak elektroničkih uređaja uključuju:

1. Kapacitet - C. Određuje količinu napunjenosti koju uređaj drži. Vrijednost nazivnog kapaciteta navedena je na kućištu. Za stvaranje potrebnih vrijednosti, elementi su uključeni u krug paralelno ili serijski. Radne vrijednosti ne odgovaraju izračunatim.
2. Rezonantna frekvencija - fr. Ako je frekvencija struje veća od rezonantne, tada se pojavljuju induktivna svojstva elementa. To otežava posao. Da bi se osigurala izračunata snaga u krugu, razumno je koristiti kondenzator na frekvencijama manjim od rezonantnih vrijednosti.
3. Nazivni napon - Un. Kako bi se spriječio kvar elementa, radni napon se postavlja manji od nazivnog napona. Parametar je naznačen na kućištu kondenzatora.
4. Polaritet. Ako je veza neispravna, doći će do kvara i kvara.
5. Električni izolacijski otpor - Rd. Definira struju curenja uređaja. U uređajima se dijelovi nalaze blizu jedan drugom. Pri velikoj struji propuštanja mogući su parazitski spojevi u strujnim krugovima. To dovodi do kvarova. Struja curenja degradira kapacitivna svojstva elementa.
6. Temperaturni koeficijent - TKE. Vrijednost određuje kako se mijenja kapacitet uređaja s fluktuacijama temperature okoline. Parametar se koristi pri razvoju uređaja za rad u teškim klimatskim uvjetima.
7. parazitski piezoelektrični efekt. Neke vrste kondenzatora, kada se deformiraju, stvaraju buku u uređajima.

Vrste i vrste kondenzatora

Kapacitivni elementi se klasificiraju prema vrsti dielektrika koji se koristi u dizajnu.

Papirni i metalno-papirni kondenzatori

Elementi se koriste u krugovima s konstantnim ili blago pulsirajućim naponom. Jednostavnost dizajna rezultira 10-25% manjom stabilnošću performansi i povećanim gubicima.

U papirnim kondenzatorima, ploče od aluminijske folije odvajaju papir. Sklopovi se uvijaju i stavljaju u kućište u obliku cilindra ili pravokutnog paralelepipeda.

Uređaji rade na temperaturama od -60 ... + 125 ° C, s nazivnim naponom niskonaponskih uređaja do 1600 V, visokonaponskih uređaja - iznad 1600 V i kapacitetom do desetaka mikrofarada.

U metalno-papirnim uređajima umjesto folije na dielektrični papir se nanosi tanak sloj metala. To pomaže u proizvodnji manjih elemenata. Uz manje kvarove, moguće je samoizlječenje dielektrika. Metalno-papirni elementi su inferiorni u odnosu na papirnate elemente u pogledu izolacijskog otpora.

Elektrolitički kondenzatori

Dizajn proizvoda podsjeća na papirnate. Ali u proizvodnji elektrolitičkih ćelija, papir je impregniran metalnim oksidima.

U proizvodima s elektrolitom bez papira, oksid se taloži na metalnu elektrodu. Metalni oksidi imaju jednostranu vodljivost, što uređaj čini polarnim.

U nekim modelima elektrolitičkih ćelija, ploče su izrađene s utorima koji povećavaju površinu elektrode. Praznine u prostoru između ploča uklanjaju se zalivanjem elektrolitom. Time se poboljšavaju kapacitivna svojstva proizvoda.

Veliki kapacitet elektrolitičkih uređaja - stotine mikrofarada - koristi se u filterima za izglađivanje napona.

Aluminijski elektrolitički

U uređajima ove vrste, anodna obloga je izrađena od aluminijske folije. Površina je obložena metalnim oksidom - dielektrikom. Katodna obloga je čvrsti ili tekući elektrolit, koji je odabran tako da se oksidni sloj na foliji obnavlja tijekom rada. Samozacjeljujući dielektrik produžuje vijek trajanja elementa.

Kondenzatori ovog dizajna zahtijevaju polaritet. Kada se ponovno uključi, pokvarit će kućište.

Uređaji, unutar kojih se nalaze antisekvencijski polarni sklopovi, koriste se u 2 smjera. Kapacitet aluminijskih elektrolitičkih ćelija doseže nekoliko tisuća mikrofarada.

Tantal elektrolitički

Anodna elektroda takvih uređaja izrađena je od porozne strukture dobivene zagrijavanjem praha tantala do +2000°C. Materijal izgleda kao spužva. Poroznost povećava površinu.

Elektrokemijskom oksidacijom na anodu se nanosi sloj tantal pentoksida debljine do 100 nanometara. Čvrsti dielektrik napravljen je od manganovog dioksida.Gotova struktura je prešana u spoj - posebnu smolu.

Tantal proizvodi se koriste na strujnim frekvencijama iznad 100 kHz. Kapacitet se stvara do stotine mikrofarada, pri radnom naponu do 75 V.

Polimer

Kondenzatori koriste elektrolit od čvrstih polimera, što pruža niz prednosti:

• vijek trajanja se povećava na 50 tisuća sati;
• parametri se spremaju tijekom grijanja;
• proširen je raspon dopuštenih valovitosti struje;
• otpor ploča i vodova ne šantira kapacitivnost.

Film

Dielektrik u ovim modelima je film od teflona, ​​poliestera, fluoroplasta ili polipropilena.

Poklopci - taloženje folije ili metala na film. Dizajn se koristi za izradu višeslojnih sklopova s ​​povećanom površinom.

Filmski kondenzatori minijaturnih veličina imaju kapacitet od stotina mikrofarada. Ovisno o postavljanju slojeva i zaključcima kontakata, izrađuju se aksijalni ili radijalni oblici proizvoda.

U nekim modelima nazivni napon je 2 kV i veći.

Koja je razlika između polarnog i nepolarnog

Nepolarni dopuštaju uključivanje kondenzatora u krug bez obzira na smjer struje. Elementi se koriste u filterima varijabilnih izvora napajanja, visokofrekventnim pojačalima.

Polarni proizvodi povezani su u skladu s oznakom. Ako ga uključite u suprotnom smjeru, uređaj će otkazati ili neće raditi normalno.

Polarni i nepolarni kondenzatori velikog i malog kapaciteta razlikuju se po izvedbi dielektrika. U elektrolitskim kondenzatorima, ako se oksid nanese na 1 elektrodu ili 1 stranu papira, filma, tada će element biti polaran.

U krugove izmjenične struje uključeni su modeli nepolarnih elektrolitskih kondenzatora, u čijim je dizajnima metalni oksid simetrično taložen na obje površine dielektrika.

Za polarne postoji oznaka pozitivne ili negativne elektrode na tijelu.

Što određuje kapacitet kondenzatora

Glavna funkcija i uloga kondenzatora u strujnom krugu je nakupljanje naboja, a dodatna je sprječavanje curenja.

Vrijednost kapacitivnosti kondenzatora izravno je proporcionalna dielektričnoj konstanti medija i površini ploča, a obrnuto proporcionalna udaljenosti između elektroda. Postoje 2 kontradikcije:

1. Za povećanje kapacitivnosti potrebne su elektrode što deblje, šire i duže. U tom slučaju, dimenzije uređaja ne mogu se povećati.
2. Kako bi se zadržali naboji i osigurala željena sila privlačenja, udaljenost između ploča je minimalna. U tom se slučaju struja proboja ne može smanjiti.

Za rješavanje sukoba programeri koriste:

• višeslojne konstrukcije para dielektrika i elektrode;
• porozne anodne strukture;
• zamjena papira oksidima i elektrolitima;
• paralelno spajanje elemenata;
• popunjavanje slobodnog prostora tvarima s povećanom dielektričnom konstantom.

Kondenzatori su svakim novim izumom sve manji i bolji.

Slični članci: