Pentru ce este un condensator și pentru ce este folosit?

definiție

Cuvântul condensator provine din latinescul „condensatio”, care se traduce prin „acumulare”. În fizică, acest termen este folosit pentru a descrie o întreagă nișă de produse electrice al căror scop este să funcționeze ca dispozitiv de stocare a energiei. Cantitatea de energie stocată depinde de capacitatea și pătratul tensiunii de pe plăcile sale, împărțit la 2. Mai mult, curentul curge prin ea numai în timpul încărcării. Dar primele lucruri în primul rând.

E = (CU²)/2

În termeni simpli, un condensator este un dispozitiv care poate stoca energie în câmp electric. În cea mai simplă versiune, este format din doi conductori (plăci), separați printr-un dielectric. În figura de mai jos vedeți o diagramă simplificată a dispozitivului extern al unui condensator plat. Simbolul de pe diagramă reprezintă 2 caracteristici înălțime de 8 mm, la o distanță de 1,5 mm una de cealaltă.

Principiul de lucru

Acum că știm cum este indicat acest element pe diagrame, trebuie să luăm în considerare principiul funcționării condensatorului. Atunci când plăcile condensatorului sunt conectate la o sursă de alimentare, încărcările electrice de la bornele pozitive și negative ale IP se grăbesc către plăci, acumulându-se pe ele.

Curentul electric este întrerupt după încărcarea condensatorului la capacitatea nominală, deoarece între plăci există un strat dielectric, acesta nu poate curge continuu. Când sursa de alimentare este oprită, încărcările vor rămâne pe condensator, ceea ce înseamnă că tensiunea la bornele sale va rămâne.

Încărcările acumulate pe fiecare dintre plăci sunt opuse. În consecință, capacul care a fost conectat la terminalul pozitiv al sursei de alimentare este încărcat pozitiv, iar cel care este conectat la terminalul negativ este negativ. Principiul de funcționare al acestui produs se bazează pe atracția de sarcini opuse într-un circuit electric.

În cuvinte simple, condensatorul va economisi energia care a fost transferată de la sursa de energie - acesta este scopul său. Cu toate acestea, în practică există o varietate de pierderi și scurgeri.

! interesant Leiden Bank este un prototip al condensatoarelor moderne născute în 1745. Acest dispozitiv a fost capabil să acumuleze energie și să extragă scântei când plăcile sale au fost închise. Aspectul și designul pe care îl vedeți mai jos.

Și în figura de mai jos vedeți construcția celui mai simplu condensator plat - două plăci separate printr-un dielectric:

Deoarece capacitatea este direct proporțională cu suprafața plăcilor și invers proporțională cu distanța dintre ele, pentru a crește capacitatea, inginerii au dezvoltat o serie de alte forme de condensatoare.De exemplu, plăci în spirală învelite - astfel zona lor a devenit de multe ori mai mare cu aceleași dimensiuni generale, precum și soluții cilindrice și sferice.

Una dintre legile comutării afirmă că tensiunea pe plăcile condensatorului nu se poate modifica brusc, după cum ilustrează următoarea miniatură.

tipuri

Condensatoarele pot fi clasificate după diferite criterii.

După constanța capacității:

• Permanent.
• Variabile. Capacitatea lor poate fi schimbată manual fie de către operatorul (utilizatorul) dispozitivului, fie sub influența tensiunii (ca în varicaps și varicondas).

Prin polaritatea tensiunii aplicate:

• Non-polar - poate funcționa în circuite de curent alternativ.
• Polar - când tensiunea de polaritate greșită este conectată, acestea nu reușesc.

În funcție de locul în care sunt utilizate aceste componente, diferite opțiuni se disting prin material:

• Hârtia și hârtia sunt comune mai multor condensatori din epoca sovietică, sub formă de cărămizi dreptunghiulare, cu marcaje precum „MBHCH”. Apariția acestui tip de condensatoare pe care le vedeți mai jos. Sunt nepolare.
• Ceramic - adesea filtrează zgomotul de înaltă frecvență, iar permisivitatea relativă vă permite să faceți componente multistrat cu o capacitate comparabilă cu electroliții (scumpe), care nu sunt sensibile la polaritate.
• Filmul - distribuit sub formă de tampoane maro, ieftine, sunt folosite peste tot. Se caracterizează prin curent scăzut de scurgere, capacitate mică, tensiune de operare mare și insensibilitate la polaritatea tensiunii aplicate.
• Cu un dielectric de aer. Cel mai bun exemplu de astfel de element este un condensator de reglare a unui circuit rezonant de la un receptor radio, capacitatea acestor elemente este mică, dar este convenabil să se realizeze schimbarea acestuia.
• Electrolitice - acestea sunt elemente sub formă de butoaie, ele sunt instalate cel mai adesea ca un filtru al pulsurilor de rețea în sursa de alimentare. Proiectarea și principiul funcționării fac posibilă obținerea unei capacități mari cu dimensiuni reduse, dar în timp se pot usca, pierde capacitatea sau umfla. Cum arată aceste produse în stare bună, vedeți mai jos. Ca dielectric, se folosește un strat subțire de oxid de metal. Dacă sursa de alimentare utilizează condensatoare cu un dielectric din AL₂O₃ - așa-zis „Electroliți din aluminiu”, apoi pentru lucrul în circuite de înaltă frecvență - folosiți tantal (Ta₂0₅ - se aplică și condensatorilor electroliți, deoarece au un curent mai mic de scurgere, o rezistență mai mare la influențele externe, spre deosebire de cele anterioare din aluminiu.
• Polimer - capabil să reziste curenților mari pulsativi, funcționează la temperaturi scăzute

Specificații cheie

Dacă reparați sau dezvoltați un dispozitiv electronic, va trebui să selectați un condensator adecvat pentru a-l înlocui pe cel defectat. Pentru aceasta trebuie să faceți cunoștință cu principalele caracteristici tehnice ale condensatorului, de care depinde funcționarea acestuia în circuitul electric.

Capacitate nominală. Caracterizează scopul principal al componentei - ce fel de taxă poate stoca. Principala caracteristică este măsurată în faraduri [f]. Cu toate acestea, o astfel de unitate de măsură este prea mare, prin urmare, se utilizează acțiuni:

• Milifarads, mF - 0, 001 F (10^-3);
• Microfaraduri, microfaraduri - 0, 00 001 F (10^-6);
• Nanofarads, nF - 0, 000 000 001 F (10^-9);
• Picofarads, pF - 0, 000, 000, 001 F (10^-12).

Tensiunea nominală este tensiunea la care condensatorul poate fi garantat să funcționeze în regim normal. Dacă această valoare este depășită, este foarte probabil o defalcare a dielectricului. Poate fi de la unități de volți (pentru electroliți) și până la mii de volți (film și ceramică). La reparație, această valoare nu trebuie să fie mai mică decât cea a unei eșecuri, mai mare - este posibil!

Toleranță în deviere - cât de mult poate să difere capacitatea reală de capacitatea nominală declarată. Poate ajunge la 20-30%, dar există și modele de înaltă precizie, cu o toleranță de până la 1% - pentru utilizarea în circuite unde este necesară precizia specială.

Coeficientul de capacitate de temperatură - acest parametru este important pentru electroliți. În condensatoarele din aluminiu, când temperatura scade, capacitatea scade și rezistivitatea electrică crește (în ESR)

ESR - rezistență în serie echivalentă, este de asemenea importantă pentru electroliți. În termeni simpli - cu cât este mai mare, cu atât este mai rău. În condorii umflați, ESR crește.

În tabelul de mai jos vedeți valorile ESR admise pentru diferite capacități și tensiuni nominale.

Unde și pentru ce se aplică

Totuși, vom răspunde la întrebarea „pentru ce este proiectat condensatorul?” din punct de vedere practic. Pentru a face acest lucru, luați în considerare mai multe scheme.

Condensatoarele electrolitice sunt cele mai utilizate pe scară largă ca filtru al ondulării rețelei la sursele de alimentare care au fost deja menționate de mai multe ori. Diagrama de mai jos arată unde este instalat electrolitul. Cu cât este mai mare sarcina, cu atât capacitatea electrolitului este mai mare pentru a netezi ondularea.

Următorul loc unde sunt utilizate condensatoarele sunt filtrele de trecere ridicate și joase. Diagrama de mai jos prezintă incluziuni tipice. Astfel, în difuzoare, frecvențele bass, mid și high sunt crescute de-a lungul boxelor, fără a utiliza componente active.

Sursele de alimentare cu balast sunt adesea utilizate pentru încărcarea bateriilor mici și a dispozitivelor cu consum redus de energie, cum ar fi becuri cu LED-uri ieftine, radio și altele. Un condensator de film este instalat în serie cu dispozitivul de alimentare, limitând curentul datorită reactanței sale - acesta este principiul funcționării unui astfel de circuit simplu.

Snabbers sunt dispozitive concepute pentru a proteja întrerupătoarele semiconductoare și contactele releului împotriva încărcărilor de comutare. În modulele moderne de înaltă frecvență cu impulsuri, se folosesc amortizoare de la un rezistor și un condensator, îmbunătățind astfel parametrii principali din circuit și reducând sarcina pe taste, precum și pierderea de energie la încălzirea sa. Principiul de funcționare al snubberului este acela de a încetini fronturile de creștere și de descompunere a tensiunii pe cheie datorită utilizării timpului de încărcare constantă a capacitanței.

concluzie

Am examinat ce este un condensator, cum este proiectat și ce funcție îndeplinește. Pentru un studiu mai profund, trebuie să vă familiarizați îndeaproape cu ce tipuri de condensatoare sunt și caracteristicile lor practice în diverse circuite și aplicații. Deci, de exemplu, în cazurile în care este necesară o precizie specială în funcționare și fiabilitate, se utilizează electroliți cu ESR scăzut sau electroliți de tantal, în timp ce nu există nicio diferență specială în filtrul de pe redresor.

În final, vă recomandăm să vizionați videoclipuri utile pe subiectul articolului:

Citește și:

• Ce sunt conductorii, semiconductorii și dielectricii
• Ce este capacitatea electrică
• Metode pentru determinarea capacitanței unui condensator