Hvad er en kondensator, og hvad er den til?

definition

Ordet kondensator kommer fra det latinske "kondensatio", der oversættes som "ophobning". I fysik bruges dette udtryk til at beskrive en hel niche af elektriske produkter, hvis formål er at arbejde som en energilagringsenhed. Mængden af ​​lagret energi afhænger af kapaciteten og kvadratet af spændingen på dens plader divideret med 2. Desuden strømmer strømmen gennem det under ladningen. Men først ting først.

E = (CU²)/2

Enkelt sagt er en kondensator en enhed, der kan gemme energi i elektrisk felt. I den enkleste version består den af ​​to ledere (plader), adskilt af et dielektrikum. I figuren nedenfor ser du et forenklet diagram over den eksterne enhed i en flad kondensator. Symbolet på diagrammet repræsenterer 2 funktioner 8 mm høje i en afstand på 1,5 mm fra hinanden.

Arbejdsprincip

Nu hvor vi ved, hvordan dette element er angivet på diagrammerne, er vi nødt til at overveje kondensatorens funktionsprincip. Når kondensatorpladerne er tilsluttet en strømkilde, strømmer de elektriske ladninger fra IP's positive og negative terminaler til pladerne og akkumuleres på dem.

Den elektriske strøm afbrydes efter opladning af kondensatoren til den nominelle kapacitet, da der er et dielektrisk lag mellem pladerne, kan den ikke flyde kontinuerligt. Når strømkilden er slukket, forbliver der ladninger på kondensatoren, hvilket betyder, at spændingen ved dens klemmer forbliver.

Ladningerne, der er akkumuleret på hver af pladerne, er modsat. Følgelig er dækslet, der var forbundet til den positive terminal i strømkilden, positivt ladet, og det, der er forbundet til den negative terminal, er negativt. Princippet for drift af dette produkt er baseret på tiltrækning af modsatte ladninger i et elektrisk kredsløb.

Med enkle ord vil kondensatoren spare den energi, der blev overført fra strømkilden - dette er dens formål. I praksis er der imidlertid en række tab og lækager.

Interessant! Leiden Bank er en prototype af moderne kondensatorer, som blev født i 1745. Denne enhed var i stand til at akkumulere energi og udtrække gnister, når dens plader blev lukket. Udseende og design kan du se nedenfor.

Og i figuren nedenfor ser du konstruktionen af ​​den enkleste flade kondensator - to plader adskilt af et dielektrikum:

Da kapaciteten er direkte proportional med pladenes område og omvendt proportional med afstanden imellem dem, for at øge kapaciteten, udviklede ingeniørerne en række andre former for kondensatorer.For eksempel plader indpakket i en spiral - så deres område blev mange gange større ved de samme samlede dimensioner såvel som cylindriske og sfæriske løsninger.

En af omskiftningslovene siger, at spændingen over kondensatorpladerne ikke kan ændre sig pludseligt, som følgende miniature illustrerer.

typer

Kondensatorer kan klassificeres efter forskellige kriterier.

Efter kapacitetens konstantitet:

• Permanent.
• Variabler. Deres kapacitet kan ændres enten manuelt af operatøren (brugeren) af enheden eller under påvirkning af spænding (som i varicaps og varicondas).

Ved polaritet af den påførte spænding:

• Ikke-polær - kan arbejde i vekselstrømskredsløb.
• Polar - når spænding med forkert polaritet er tilsluttet, mislykkes de.

Afhængig af hvor disse komponenter bruges, skelnes forskellige indstillinger efter materiale:

• Papir og papir er fælles for mange almindelige i sovjetiske tidskondensatorer i form af rektangulære mursten med en markering som "MBGCH". Utseendet til denne type kondensatorer, du ser nedenfor. De er ikke-polære.
• Keramik - de filtrerer ofte højfrekvent støj, og den relative permittivitet giver dig mulighed for at fremstille flerlagskomponenter med en kapacitet, der kan sammenlignes med elektrolytter (dyre), ikke følsomme over for polaritet.
• Film - distribueret i form af brune puder, billige, bruges overalt. Karakteriseret ved lav lækstrøm, lille kapacitet, høj driftsspænding og ufølsomhed over for polariteten i den påførte spænding.
• Med et luft dielektrikum. Det bedste eksempel på et sådant element er indstillingskondensatoren for resonanskredsløbet fra radiomodtageren, sådanne elementers kapacitet er lille, men det er praktisk at realisere dets ændring.
• Elektrolytisk - dette er elementer i form af tønder, de installeres oftest som et filter af netværkspulsationer i strømforsyningen. Konstruktionen og driftsprincippet gør det muligt at opnå en stor kapacitet med en lille størrelse, men med tiden kan de tørre ud, miste kapacitet eller kvælde. Hvordan disse produkter ser ud i god stand, kan du se nedenfor. Som dielektrikum anvendes et tyndt lag metaloxid. Hvis strømforsyningen bruger kondensatorer med et dielektrikum fra AL₂O₃ - såkaldt "Aluminiumelektrolytter", derefter til arbejde i højfrekvente kredsløb - brug tantal (Ta₂0₅ - de gælder også elektrolytter) kondensatorer, fordi de har mindre lækstrøm, større modstand mod eksterne påvirkninger, i modsætning til tidligere aluminium.
• Polymer - i stand til at modstå store pulserede strømme, arbejde ved lave temperaturer

Nøglespecifikationer

Hvis du reparerer eller udvikler en elektronisk enhed, skal du vælge en passende kondensator til at erstatte den mislykkede. Og for dette skal du blive bekendt med de vigtigste tekniske egenskaber for kondensatoren, som dens funktion i det elektriske kredsløb afhænger af.

Nominel kapacitet. Det karakteriserer hovedformålet med komponenten - hvilken type opladning den kan opbevare. Den vigtigste egenskab måles i farader [f]. Imidlertid er en sådan måleenhed for stor, derfor bruges aktier:

• Milifarads, mF - 0, 001 F (10^-3);
• Mikrofarader, mikrofarader - 0, 000 001 F (10^-6);
• Nanofarads, nF - 0, 000 000 001 F (10^-9);
• Picofarader, pF - 0, 000, 000, 001 F (10^-12).

Den nominelle spænding er den spænding, som kondensatoren kan garanteres at arbejde i normal tilstand. Hvis denne værdi overskrides, er en fordeling af dielektrikum meget sandsynlig. Det kan være fra enheder af volt (til elektrolytter) og op til tusinder af volt (film og keramik). Ved reparation bør denne værdi ikke være lavere end værdien for en mislykket, højere - det er muligt!

Afvigelsestolerance - hvor meget den faktiske kapacitet kan afvige fra den erklærede nominelle kapacitet. Det kan nå 20-30%, men der er også modeller med høj præcision med en tolerance på op til 1% - til brug i kredsløb, hvor der kræves særlig nøjagtighed.

Temperaturkoefficient for kapacitet - denne parameter er vigtig for elektrolytter. I aluminiumskondensatorer falder kapacitansen, når temperaturen falder, og den elektriske resistivitet stiger (på engelsk ESR)

ESR - ækvivalent seriemodstand er også vigtig for elektrolytter. Enkelt sagt - jo større det er, jo værre er det. I hævede kondorer stiger ESR.

I nedenstående tabel ser du de tilladte ESR-værdier for forskellige nominelle kapaciteter og spændinger.

Hvor og for hvad der anvendes

Vi svarer stadig på spørgsmålet "hvad er kondensatoren designet til?" fra et praktisk synspunkt. For at gøre dette, skal du overveje flere ordninger.

Elektrolytiske kondensatorer bruges mest som det allerede nævnte filter af netværksrifling i strømforsyninger. Diagrammet nedenfor viser, hvor elektrolytten er installeret. Jo større belastning, jo større er elektrolytkapaciteten nødvendig for at udjævne ripplen.

Det næste sted, hvor kondensatorer bruges, er høj- og lavpasfiltre. Diagrammet herunder viser typiske indeslutninger. I højttalere avles bas, midt og høj frekvens langs højttalerne uden brug af aktive komponenter.

Ballast-strømforsyninger bruges ofte til at oplade små batterier og strømforsyninger med lav effekt, såsom billige LED-pærer, radioer og andre. En filmkondensator er installeret i serie med forsyningsindretningen, hvilket begrænser strømmen på grund af dens reaktans - dette er driftsprincippet for et så simpelt kredsløb.

Snabbers er enheder designet til at beskytte halvlederafbrydere og relækontakter mod at skifte belastninger. I moderne pulserede højfrekvente PSU'er bruges snubbers fra en modstand og kondensator, hvilket forbedrer de vigtigste parametre i kredsløbet og reducerer belastningen på tasterne samt strømtab ved opvarmningen. Princippet for driften af ​​snubberen er at bremse fronterne for vækst og nedbrydning af spændingen på nøglen på grund af brugen af ​​den konstante opladningstid for kapacitansen.

konklusion

Vi undersøgte, hvad en kondensator er, hvordan den er designet, og hvilken funktion den udfører. For en dybere undersøgelse skal du blive bekendt med, hvilke typer kondensatorer der er, og deres praktiske funktioner i forskellige kredsløb og applikationer. Så for eksempel i tilfælde, hvor der kræves særlig nøjagtighed i drift og pålidelighed, anvendes elektrolytter med lavt ESR eller tantalelektrolytter, mens der ikke er nogen særlig forskel i filteret på ensretteren, hvad der skal sættes.

I sidste ende anbefaler vi, at du ser nyttige videoer om artiklets emne:

Læs også:

• Hvad er ledere, halvledere og dielektrik
• Hvad er elektrisk kapacitet
• Metoder til bestemmelse af kondensatorens kapacitans