Wat is een condensator en waar is hij voor?

Definitie

Het woord condensator komt van het Latijnse "condensatio", wat zich vertaalt als "accumulatie". In de natuurkunde wordt deze term gebruikt om een ​​hele niche van elektrische producten te beschrijven die als doel hebben om te werken als energieopslagapparaat. De hoeveelheid opgeslagen energie hangt af van de capaciteit en het kwadraat van de spanning op de platen, gedeeld door 2. Bovendien stroomt de stroom er alleen doorheen tijdens het opladen. Maar eerst de dingen.

E = (CU²)/2

Simpel gezegd, een condensator is een apparaat dat energie kan opslaan elektrisch veld. In de eenvoudigste versie bestaat het uit twee geleiders (platen), gescheiden door een diëlektricum. In de onderstaande afbeelding ziet u een vereenvoudigd diagram van het externe apparaat van een platte condensator. Het symbool op het diagram vertegenwoordigt 2 kenmerken van 8 mm hoog, op een afstand van 1,5 mm van elkaar.

Werkend principe

Nu we weten hoe dit element op de diagrammen wordt aangegeven, moeten we het werkingsprincipe van de condensator beschouwen. Wanneer de condensatorplaten zijn aangesloten op een stroombron, stromen de elektrische ladingen van de positieve en negatieve terminals van de IP naar de platen en hopen zich daarop op.

De elektrische stroom wordt onderbroken na het opladen van de condensator tot de nominale capaciteit, omdat er een diëlektrische laag tussen de platen zit, deze kan niet continu stromen. Wanneer de stroombron is uitgeschakeld, blijven er ladingen op de condensator achter, wat betekent dat de spanning op de aansluitingen blijft bestaan.

De ladingen op elk van de platen zijn tegengesteld. Dienovereenkomstig wordt het deksel dat was aangesloten op de positieve pool van de voeding positief opgeladen en degene die is aangesloten op de negatieve pool is negatief. Het werkingsprincipe van dit product is gebaseerd op het aantrekken van tegengestelde ladingen in een elektrisch circuit.

Met andere woorden, de condensator bespaart de energie die is overgebracht van de stroombron - dit is het doel. In de praktijk zijn er echter verschillende verliezen en lekken.

Interessant! De Leidse Bank is een prototype van moderne condensatoren geboren in 1745. Dit apparaat was in staat om energie te verzamelen en vonken te verwijderen wanneer de platen werden gesloten. Uiterlijk en design zie je hieronder.

En in de onderstaande afbeelding ziet u de constructie van de eenvoudigste platte condensator - twee platen gescheiden door een diëlektricum:

Omdat de capaciteit recht evenredig is met het oppervlak van de platen en omgekeerd evenredig is met de afstand daartussen, ontwikkelden ingenieurs om de capaciteit te vergroten een aantal andere vormen van condensatoren.Bijvoorbeeld platen die in een spiraal zijn gewikkeld - zodat hun oppervlak vele malen groter werd bij dezelfde algemene afmetingen, evenals cilindrische en sferische oplossingen.

Een van de schakelwetten stelt dat de spanning over de condensatorplaten niet abrupt kan veranderen, zoals het volgende miniatuur illustreert.

Soorten

Condensatoren kunnen volgens verschillende criteria worden geclassificeerd.

Op basis van capaciteit:

• Permanent.
• Variabelen Hun capaciteit kan handmatig worden gewijzigd door de operator (gebruiker) van het apparaat of onder invloed van spanning (zoals in varicaps en variconda's).

Op polariteit van de aangelegde spanning:

• Niet-polair - kan werken in wisselstroomcircuits.
• Polair - wanneer spanning met de verkeerde polariteit is aangesloten, mislukken ze.

Afhankelijk van waar deze componenten worden gebruikt, worden verschillende opties onderscheiden door materiaal:

• Papier en papier komen veel voor in condensatoren uit de Sovjettijd in de vorm van rechthoekige stenen met markeringen als "MBHCH". Het uiterlijk van dit type condensatoren zie je hieronder. Ze zijn niet-polair.
• Keramiek - ze filteren vaak hoogfrequente ruis, en de relatieve permittiviteit stelt u in staat om meerlagige componenten te maken met een capaciteit vergelijkbaar met elektrolyten (duur), niet gevoelig voor polariteit.
• Film - gedistribueerd in de vorm van bruine pads, goedkoop, wordt overal gebruikt. Gekenmerkt door lage lekstroom, kleine capaciteit, hoge bedrijfsspanning en ongevoeligheid voor de polariteit van de aangelegde spanning.
• Met een luchtdiëlektricum. Het beste voorbeeld van zo'n element is de afstemcondensator van de resonantiekring van de radio-ontvanger, de capaciteit van dergelijke elementen is klein, maar het is handig om de verandering ervan te realiseren.
• Elektrolytisch - dit zijn elementen in de vorm van vaten, ze worden meestal geïnstalleerd als een filter van netwerkpulsaties in de voeding. Het ontwerp en het werkingsprincipe maken het mogelijk om met een klein formaat een grote capaciteit te verkrijgen, maar na verloop van tijd kunnen ze uitdrogen, capaciteit verliezen of opzwellen. Hoe deze producten er in goede staat uitzien, zie je hieronder. Als diëlektricum wordt een dunne laag metaaloxide gebruikt. Als de voeding condensatoren gebruikt met een diëlektricum van AL₂O₃ - zogenaamde "Aluminiumelektrolyten", gebruik dan tantaal (Ta₂0₅ - ze zijn ook van toepassing op elektrolyten) condensatoren, omdat ze minder lekstroom hebben, een grotere weerstand tegen externe invloeden, in tegenstelling tot eerdere aluminium.
• Polymeer - bestand tegen grote pulserende stromen, werkt bij lage temperaturen

Belangrijkste specificaties

Als u een elektronisch apparaat repareert of ontwikkelt, moet u een geschikte condensator selecteren om de defecte te vervangen. En hiervoor moet u kennis maken met de belangrijkste technische kenmerken van de condensator, waarvan de werking in het elektrische circuit afhangt.

Nominaal vermogen. Het kenmerkt het belangrijkste doel van het onderdeel - wat voor soort lading het kan opslaan. Het belangrijkste kenmerk wordt gemeten in farads [f]. Een dergelijke maateenheid is echter te groot, daarom worden aandelen gebruikt:

• Milifarads, mF - 0, 001 F (10^-3);
• Microfarads, microfarads - 0, 000 001 F (10^-6);
• Nanofarads, nF - 0, 1000000001 F (10^-9);
• Picofarads, pF - 0, 000, 000, 001 F (10^-12).

De nominale spanning is de spanning waarbij de condensator gegarandeerd in de normale modus werkt. Als deze waarde wordt overschreden, is een uitsplitsing van het diëlektricum zeer waarschijnlijk. Het kan gaan van eenheden van volt (voor elektrolyten) en tot duizenden volt (film en keramiek). Bij reparatie mag deze waarde niet lager zijn dan die van een defecte, hoger - het is mogelijk!

Afwijkingstolerantie - hoeveel de werkelijke capaciteit kan verschillen van de opgegeven nominale capaciteit. Het kan 20-30% bereiken, maar er zijn ook modellen met hoge precisie met een tolerantie tot 1% - voor gebruik in circuits waar speciale nauwkeurigheid vereist is.

Temperatuurcoëfficiënt van capaciteit - deze parameter is belangrijk voor elektrolyten. In aluminium condensatoren, wanneer de temperatuur daalt, neemt de capaciteit af en neemt de elektrische weerstand toe (in ESR)

ESR - equivalente serieweerstand, is ook belangrijk voor elektrolyten. Simpel gezegd: hoe groter het is, des te erger. Bij gezwollen condors stijgt de ESR.

In onderstaande tabel ziet u de toegestane ESR-waarden voor verschillende nominale capaciteiten en spanningen.

Waar en waarvoor worden toegepast

Toch zullen we de vraag beantwoorden "waar is de condensator voor ontworpen?" vanuit praktisch oogpunt. Om dit te doen, overweeg verschillende schema's.

Elektrolytische condensatoren worden het meest gebruikt als het reeds genoemde filter van netwerkrimpel in voedingen. Het onderstaande diagram laat zien waar de elektrolyt is geïnstalleerd. Hoe groter de belasting, hoe groter de elektrolytcapaciteit om de rimpel glad te strijken.

De volgende plaats waar condensatoren worden gebruikt, zijn hoog- en laagdoorlaatfilters. Het onderstaande diagram toont typische insluitsels. Dus in luidsprekers worden bas-, midden- en hoge frequenties langs de luidsprekers gefokt zonder het gebruik van actieve componenten.

Ballastvoedingen worden vaak gebruikt om kleine batterijen op te laden en apparaten met een laag vermogen van stroom te voorzien, zoals goedkope LED-lampen, radio's en andere. Een filmcondensator is in serie met het voedingsapparaat geïnstalleerd en beperkt de stroom vanwege zijn reactantie - dit is het werkingsprincipe van zo'n eenvoudig circuit.

Snabbers zijn apparaten die zijn ontworpen om halfgeleiderschakelaars en relaiscontacten te beschermen tegen schakelende belastingen. In moderne gepulseerde hoogfrequente PSU's worden snubber van een weerstand en condensator gebruikt, waardoor de belangrijkste parameters in het circuit worden verbeterd en de belasting op de toetsen wordt verminderd, evenals het vermogensverlies op de verwarming. Het werkingsprincipe van de snubber is het vertragen van de fronten van groei en verval van de spanning op de sleutel vanwege het gebruik van de constante oplaadtijd van de capaciteit.

Conclusie

We hebben onderzocht wat een condensator is, hoe deze is ontworpen en welke functie hij vervult. Voor een diepere studie moet je goed kennis maken met wat voor soorten condensatoren zijn en wat hun praktische kenmerken zijn in verschillende circuits en toepassingen. Dus, bijvoorbeeld in gevallen waarin speciale nauwkeurigheid vereist is in werking en betrouwbaarheid, worden elektrolyten met laag ESR of tantaalelektrolyten gebruikt, terwijl er geen speciaal verschil in het filter op de gelijkrichter is wat te plaatsen.

Uiteindelijk raden we aan om nuttige video's over het onderwerp van het artikel te bekijken:

Lees ook:

• Wat zijn geleiders, halfgeleiders en diëlektrica
• Wat is elektrische capaciteit
• Methoden voor het bepalen van de capaciteit van een condensator