Električni kondenzator je jedan od elemenata električnog kruga bilo kojeg elektroničkog uređaja, čija je glavna funkcija pohranjivanje energije, a zatim je vraćanje natrag u krug. Industrija nudi širok izbor kondenzatora, koji se razlikuju po vrstama, kapacitetima, veličinama, primjenama.
Princip rada i karakteristike kondenzatora
Uređaj kondenzatora sastoji se od dvije metalne ploče-ploče odvojene tankim slojem dielektrika. Omjer veličina i rasporeda ploča i karakteristika dielektričnog materijala određuje indeks kapacitivnosti.
Razvoj dizajna bilo koje vrste kondenzatora ima za cilj postizanje maksimalnog kapaciteta na temelju minimalnih dimenzija kako bi se uštedio prostor na tiskanoj ploči uređaja. Jedan od najpopularnijih oblika izgleda je u obliku bačve, unutar koje su metalne ploče upletene s dielektrikom između njih.Prvi kondenzator, izumljen u gradu Leidenu (Nizozemska) 1745. godine, zvao se "Leidenska posuda".
Princip rada komponente je sposobnost punjenja i pražnjenja. Punjenje je moguće zbog prisutnosti ploča na maloj udaljenosti jedna od druge. Obližnji naboji, razdvojeni dielektrikom, međusobno se privlače i zadržavaju na pločama, a sam kondenzator tako pohranjuje energiju. Nakon isključivanja izvora napajanja, komponenta je spremna za povratak energije u krug, pražnjenje.
Parametri i svojstva koja određuju performanse, kvalitetu i trajnost rada:
- električni kapacitet;
- specifičan kapacitet;
- dopušteno odstupanje;
- električna čvrstoća;
- vlastita induktivnost;
- dielektrična apsorpcija;
- gubici;
- stabilnost;
- pouzdanost.
Sposobnost pohranjivanja naboja određuje kapacitet kondenzatora. Prilikom izračunavanja kapaciteta morate znati:
- područje pokrivanja;
- razmak između ploča;
- dielektrična konstanta dielektričnog materijala.
Za povećanje kapaciteta potrebno je povećati površinu ploča, smanjiti razmak između njih i koristiti dielektrik čiji materijal ima visoku dielektričnu konstantu.
Farad (F) se koristi za označavanje kapacitivnosti - mjerne jedinice koja je dobila ime u čast engleskog fizičara Michaela Faradayja. Međutim, 1 Farad je prevelik. Na primjer, kapacitet našeg planeta je manji od 1 farada. U radioelektronici se koriste manje vrijednosti: mikrofarad (µF, milijunti dio farada) i pikofarad (pF, milijunti dio mikrofarada).
Specifični kapacitet izračunava se iz omjera kapacitivnosti i mase (volumena) dielektrika.Na ovaj pokazatelj utječu geometrijske dimenzije, a povećanje specifične kapacitivnosti postiže se smanjenjem volumena dielektrika, ali to povećava rizik od sloma.
Dopušteno odstupanje vrijednosti putovnice kapaciteta od stvarne određuje klasu točnosti. Prema GOST-u, postoji 5 klasa točnosti koje određuju buduću upotrebu. Komponente najviše klase točnosti koriste se u strujnim krugovima visoke odgovornosti.
Dielektrična čvrstoća određuje sposobnost zadržavanja naboja i održavanja radnih svojstava. Naboji preostali na pločama teže jedan drugome, djelujući na dielektrik. Električna čvrstoća je važno svojstvo kondenzatora, koje određuje trajanje njegove uporabe. U slučaju nepravilnog rada, doći će do sloma dielektrika i komponenta će otkazati.
U krugovima izmjenične struje s prigušnicama uzima se u obzir samoinduktivnost. Za istosmjerne krugove to se ne uzima u obzir.
Dielektrična apsorpcija - pojava napona na pločama tijekom brzog pražnjenja. Fenomen apsorpcije uzima se u obzir za siguran rad visokonaponskih električnih uređaja, budući da u slučaju kratkog spoja postoji opasnost po život.
Gubici nastaju zbog niske struje prijenosa dielektrika. Pri radu komponenti elektroničkih uređaja u različitim temperaturnim uvjetima i različitoj vlažnosti utječe faktor kvalitete gubitaka. Na njega utječe i radna frekvencija. Na niskim frekvencijama, gubici u dielektriku utječu, na visokim frekvencijama - u metalu.
Stabilnost je parametar kondenzatora na koji također utječe temperatura okoline.Njegovi učinci se dijele na reverzibilne, karakterizirane temperaturnim koeficijentom, i ireverzibilne, karakterizirane koeficijentom temperaturne nestabilnosti.
Pouzdanost kondenzatora prvenstveno ovisi o radnim uvjetima. Analiza kvarova pokazuje da je u 80% slučajeva kvar uzrok kvara.
Ovisno o namjeni, vrsti i području primjene, razlikuju se i veličine kondenzatora. Najmanji i najmanji, veličine od nekoliko milimetara do nekoliko centimetara, koriste se u elektronici, dok se najveći koriste u industriji.
Svrha
Svojstvo pohranjivanja i oslobađanja energije odredilo je široku upotrebu kondenzatora u modernoj elektronici. Uz otpornike i tranzistore, oni su osnova elektrotehnike. Ne postoji niti jedan moderni uređaj u kojem se ne bi koristili u nekom svojstvu.
Njihova sposobnost punjenja i pražnjenja, zajedno s induktivitetom koji ima ista svojstva, aktivno se koristi u radijskoj i televizijskoj tehnologiji. Oscilatorni krug kondenzatora i induktiviteta osnova je za prijenos i primanje signala. Promjena kapacitivnosti kondenzatora omogućuje vam promjenu frekvencije titrajnog kruga. Na primjer, radijske postaje mogu emitirati na vlastitim frekvencijama, a radio stanice se mogu povezati na te frekvencije.
Važna funkcija je izglađivanje AC valova. Svaki elektronički uređaj koji se napaja izmjeničnom strujom treba filtriranje električnih kondenzatora za proizvodnju istosmjerne struje dobre kvalitete.
Mehanizam punjenja i pražnjenja aktivno se koristi u fotografskoj opremi.Svi moderni fotoaparati za snimanje koriste bljeskalicu, što se ostvaruje zahvaljujući svojstvu brzog pražnjenja. U ovom području je neisplativo koristiti baterije koje dobro pohranjuju energiju, ali je polako oslobađaju. A kondenzatori, naprotiv, odmah oslobađaju svu pohranjenu energiju, što je dovoljno za jak bljesak.
Sposobnost generiranja impulsa velike snage pomoću kondenzatora koristi se u radaru i stvaranju lasera.
Kondenzatori imaju ulogu kontakata za gašenje iskra u telegrafiji i telefoniji, te telemehanici i automatizaciji, gdje je potrebno prebacivanje visokoopterećenih releja.
Regulacija napona dugih vodova provodi se korištenjem kompenzacijskih spremnika.
Moderni kondenzatori, zbog svojih mogućnosti, koriste se ne samo u području radio elektronike. Koriste se u obradi metala, rudarstvu, industriji ugljena.
Glavne sorte
Zbog raznolikosti primjene i uvjeta rada elektroničkih uređaja, postoji veliki izbor komponenti koje se razlikuju po vrstama i karakteristikama. Glavna podjela je prema klasi i vrsti korištenog dielektrika.
Vrste kondenzatora, podijeljene po klasama:
- s konstantnim kapacitetom;
- s promjenjivim kapacitetom;
- ugađanje.
Komponente stalne kapacitivnosti koriste se u svakom elektroničkom uređaju.
Za promjenu kapacitivnosti i parametara kruga, na primjer, frekvencije u oscilatornim krugovima, koriste se kondenzatori s promjenjivim kapacitetom.U svom uređaju imaju nekoliko dijelova metalnih pomičnih ploča, što im osigurava trajnost rada.
Trimer kondenzatori se koriste za jednokratno podešavanje opreme. Dostupni su u različitim ocjenama kapaciteta (od nekoliko pikofarada do nekoliko stotina pikofarada) i ocijenjeni su za napone do 60 volti. Bez njihove uporabe nemoguće je fino podesiti opremu.
Vrste kondenzatora, podijeljene po vrsti dielektrika:
- s keramičkim dielektrikom;
- s filmskim dielektrikom;
- elektrolitički;
- ionistore.
Keramičke se izrađuju u obliku male ploče od keramičkog materijala, na koju se prskaju metalni provodnici. Takvi kondenzatori imaju različita svojstva i koriste se i za visokonaponske i niskonaponske krugove.
Za niskonaponske krugove najčešće se koriste višeslojne komponente male veličine u kućištima od epoksidne smole ili plastike kapaciteta od desetaka pikofarada do jedinica mikrofarada. Koriste se u visokofrekventnim krugovima radioelektroničke opreme i mogu raditi u teškim klimatskim uvjetima.
Za visokonaponske krugove izrađuju se veći keramički kondenzatori kapaciteta od desetaka pikofarada do tisuća pikofarada. Koriste se u impulsnim krugovima i opremi za pretvorbu napona.
Filmski dielektrik je različitih vrsta. Najčešći od njih je lavsan, koji ima visoku čvrstoću. Manje uobičajen je polipropilenski dielektrik, koji ima manje gubitke i koristi se u visokonaponskim krugovima, kao što su krugovi za pojačavanje zvuka i krugovi srednje frekvencije.
Pokreće se posebna vrsta filmskih kondenzatora koji se koriste u trenutku pokretanja motora i zbog svog velikog kapaciteta i posebnog dielektričnog materijala smanjuju opterećenje elektromotora. Karakteriziraju ih visoki radni napon i električna jalova snaga.
Elektrolitički kondenzatori izrađeni su u klasičnom dizajnu. Tijelo je izrađeno od aluminija, unutra su valjane metalne ploče. Metalni oksid se kemijski taloži na jednoj ploči, a tekući ili čvrsti elektrolit se taloži na drugoj, tvoreći dielektrik. Zahvaljujući takvom uređaju, elektrolitski kondenzatori imaju veliki kapacitet, ali osobitost njihove upotrebe tijekom vremena je njegova promjena.
Za razliku od keramičkih i filmskih kondenzatora, elektrolitski kondenzatori imaju polaritet. Oni su pak podijeljeni na nepolarne, lišene ovog nedostatka, radijalne, minijaturne, aksijalne. Opseg njihove primjene je tradicionalna računalna i moderna mikroračunala tehnologija.
Posebna vrsta koja se pojavila relativno nedavno su ionisti. Po svom dizajnu slični su elektrolitskim kondenzatorima, ali se razlikuju po velikom kapacitetu (do jedinica Farada). Međutim, njihova je upotreba ograničena na mali maksimalni napon od nekoliko volti. Superkondenzatori se koriste za pohranu memorije: ako se baterija mobilnog telefona ili minijaturnog računala isprazni, pohranjene informacije neće biti nepovratno izgubljene.
Osim komponenti u izlaznoj verziji, koje su se pojavile davno i koje su se tradicionalno koristile, moderne komponente se proizvode u SMD verziji, ili, kako se još naziva, za površinsku montažu. Na primjer, keramika se može proizvoditi u različitim veličinama kućišta, od najmanjih (1 mm x 0,5 mm) do najvećih (5,7 mm x 5 mm), te s odgovarajućim naponima od desetaka volti do stotina.
Elektrolitički kondenzatori se također mogu proizvoditi u paketima za površinsku montažu. To mogu biti standardni aluminijski elektrolitski kondenzatori, ili mogu biti tantalni kondenzatori, koji malo podsjećaju na keramičke, ali se od njih razlikuju po većoj kapacitivnosti i malim gubicima. Mogu biti i prikvačeni i ne-zakačeni SMD.
Značajka tantalskih kondenzatora je dug život i minimalni gubici s nešto nižom granicom kapaciteta, ali se u isto vrijeme razlikuju po visokoj cijeni. Koriste se u strujnim krugovima visoke odgovornosti gdje je potreban visoki kapacitet.
Slični članci:
