Električni kondenzator je eden od elementov električnega tokokroga katere koli elektronske naprave, katerega glavna funkcija je shranjevanje energije in jo nato vrniti nazaj v vezje. Industrija ponuja široko paleto kondenzatorjev, ki se razlikujejo po vrstah, zmogljivostih, velikostih, aplikacijah.
Načelo delovanja in značilnosti kondenzatorjev
Naprava kondenzatorja je sestavljena iz dveh kovinskih plošč, ločenih s tanko plastjo dielektrika. Razmerje med velikostmi in razporeditvijo plošč ter lastnostjo dielektričnega materiala določa indeks kapacitivnosti.
Namen oblikovanja katere koli vrste kondenzatorjev je doseganje največje kapacitivnosti na podlagi minimalnih dimenzij, da se prihrani prostor na tiskanem vezju naprave. Ena izmed najbolj priljubljenih oblik po videzu je v obliki soda, znotraj katerega so zvite kovinske plošče z dielektrikom med njimi.Prvi kondenzator, izumljen v mestu Leiden (Nizozemska) leta 1745, se je imenoval "Leiden jar".
Načelo delovanja komponente je sposobnost polnjenja in praznjenja. Polnjenje je možno zaradi prisotnosti plošč na majhni razdalji drug od drugega. Bližnji naboji, ločeni z dielektrikom, se med seboj privlačijo in zadržujejo na ploščah, sam kondenzator pa tako shranjuje energijo. Po odklopu vira napajanja je komponenta pripravljena za vrnitev energije v vezje, praznjenje.
Parametri in lastnosti, ki določajo zmogljivost, kakovost in vzdržljivost dela:
- električna zmogljivost;
- posebna zmogljivost;
- dovoljeno odstopanje;
- električna moč;
- lastna induktivnost;
- dielektrična absorpcija;
- izgube;
- stabilnost;
- zanesljivost.
Sposobnost shranjevanja naboja določa kapacitivnost kondenzatorja. Pri izračunu zmogljivosti morate vedeti:
- pokrivna površina;
- razdalja med ploščami;
- dielektrična konstanta dielektričnega materiala.
Za povečanje kapacitivnosti je potrebno povečati površino plošč, zmanjšati razdaljo med njimi in uporabiti dielektrik, katerega material ima visoko dielektrično konstanto.
Farad (F) se uporablja za označevanje kapacitivnosti - merske enote, ki je dobila ime v čast angleškega fizika Michaela Faradayja. Vendar je 1 Farad prevelik. Na primer, zmogljivost našega planeta je manjša od 1 farada. V radijski elektroniki se uporabljajo manjše vrednosti: mikrofarad (µF, milijoninka farada) in pikofarad (pF, milijoninka mikrofarada).
Specifična kapacitivnost se izračuna iz razmerja med kapacitivnostjo in maso (prostornino) dielektrika.Na ta kazalnik vplivajo geometrijske dimenzije, povečanje specifične kapacitivnosti pa se doseže z zmanjšanjem prostornine dielektrika, vendar to poveča tveganje za okvaro.
Dovoljeno odstopanje vrednosti potnega lista zmogljivosti od dejanske določa razred točnosti. V skladu z GOST obstaja 5 razredov natančnosti, ki določajo prihodnjo uporabo. Komponente najvišjega razreda natančnosti se uporabljajo v tokokrogih z visoko odgovornostjo.
Dielektrična trdnost določa sposobnost zadrževanja naboja in ohranjanja delovnih lastnosti. Naboji, ki ostanejo na ploščah, se nagibajo drug k drugemu in delujejo na dielektrik. Električna moč je pomembna lastnost kondenzatorja, ki določa trajanje njegove uporabe. V primeru nepravilnega delovanja bo prišlo do razpada dielektrika in komponenta bo odpovedala.
V izmeničnih tokokrogih z induktorji se upošteva samoinduktivnost. Za enosmerna vezja se ne upošteva.
Dielektrična absorpcija - pojav napetosti na ploščah med hitrim praznjenjem. Absorpcijski fenomen se upošteva za varno delovanje visokonapetostnih električnih naprav, saj v primeru kratkega stika obstaja nevarnost za življenje.
Izgube so posledica nizkega tokovnega prenosa dielektrika. Pri delovanju komponent elektronskih naprav v različnih temperaturnih pogojih in različni vlažnosti vpliva faktor kakovosti izgub. Na to vpliva tudi delovna frekvenca. Pri nizkih frekvencah vplivajo izgube v dielektriku, pri visokih frekvencah - v kovini.
Stabilnost je parameter kondenzatorja, na katerega vpliva tudi temperatura okolice.Njegove učinke delimo na reverzibilne, za katere je značilen temperaturni koeficient, in ireverzibilne, za katere je značilen koeficient temperaturne nestabilnosti.
Zanesljivost kondenzatorja je odvisna predvsem od pogojev delovanja. Analiza okvar kaže, da je v 80 % primerov okvara vzrok za okvaro.
Glede na namen, vrsto in področje uporabe se razlikujejo tudi velikosti kondenzatorjev. Najmanjši in najmanjši, velikosti od nekaj milimetrov do nekaj centimetrov, se uporabljajo v elektroniki, največji pa v industriji.
Namen
Lastnost shranjevanja in sproščanja energije je določila široko uporabo kondenzatorjev v sodobni elektroniki. Skupaj z upori in tranzistorji so osnova elektrotehnike. Ni ene sodobne naprave, kjer jih ne bi uporabljali v določeni zmogljivosti.
Njihova sposobnost polnjenja in praznjenja se skupaj z induktivnostjo enakih lastnosti aktivno uporablja v radijski in televizijski tehnologiji. Oscilatorno vezje kondenzatorja in induktivnosti je osnova za oddajanje in sprejemanje signalov. Sprememba kapacitivnosti kondenzatorja vam omogoča spreminjanje frekvence nihajnega kroga. Na primer, radijske postaje lahko oddajajo na svojih frekvencah, radijski sprejemniki pa se lahko povežejo s temi frekvencami.
Pomembna funkcija je glajenje valovanja AC. Vsaka elektronska naprava, ki jo napaja izmenični tok, potrebuje filtrirne električne kondenzatorje, da proizvede kakovosten enosmerni tok.
Mehanizem polnjenja in praznjenja se aktivno uporablja v fotografski opremi.Vsi sodobni fotoaparati za fotografiranje uporabljajo bliskavico, kar je realizirano zaradi lastnosti hitrega praznjenja. Na tem področju je nerentabilno uporabljati baterije, ki lahko dobro hranijo energijo, vendar jo počasi sproščajo. In kondenzatorji, nasprotno, takoj sprostijo vso shranjeno energijo, kar je dovolj za svetlo bliskavico.
Sposobnost generiranja močnih impulzov s kondenzatorji se uporablja pri radarju in ustvarjanju laserjev.
Kondenzatorji opravljajo vlogo kontaktov za gašenje isker v telegrafiji in telefoniji ter telemehaniki in avtomatiki, kjer je potrebno preklapljanje visoko obremenjenih relejev.
Regulacija napetosti dolgih daljnovodov se izvaja z uporabo kompenzacijskih rezervoarjev.
Sodobni kondenzatorji se zaradi svojih zmogljivosti uporabljajo ne le na področju radijske elektronike. Uporabljajo se v kovinarski, rudarski, premogovniški industriji.
Glavne sorte
Zaradi različnih aplikacij in pogojev delovanja elektronskih naprav obstaja veliko različnih komponent, ki se razlikujejo po vrstah in značilnostih. Glavna delitev je po razredih in po vrsti uporabljenega dielektrika.
Vrste kondenzatorjev, razdeljenih po razredih:
- s konstantno zmogljivostjo;
- s spremenljivo zmogljivostjo;
- uglaševanje.
Komponente s konstantno kapacitivnostjo se uporabljajo v vsaki elektronski napravi.
Za spreminjanje kapacitivnosti in parametrov vezja, na primer frekvence v nihajnih krogih, se uporabljajo kondenzatorji s spremenljivo kapacitivnostjo.V svoji napravi imajo več odsekov kovinskih premičnih plošč, kar zagotavlja trajnost njihovega dela.
Trimmer kondenzatorji se uporabljajo za enkratno nastavitev opreme. Na voljo so v različnih ocenah kapacitivnosti (od nekaj pikofarad do nekaj sto pikofarad) in so ocenjeni za napetosti do 60 voltov. Brez njihove uporabe je nemogoče natančno nastaviti opremo.
Vrste kondenzatorjev, razdeljenih po vrsti dielektrika:
- s keramičnim dielektrikom;
- s filmskim dielektrikom;
- elektrolitski;
- ionistorji.
Keramične so izdelane v obliki majhne plošče iz keramičnega materiala, na katero so napršeni kovinski vodi. Takšni kondenzatorji imajo različne lastnosti in se uporabljajo tako za visokonapetostna kot nizkonapetostna vezja.
Za nizkonapetostna vezja se najpogosteje uporabljajo večplastne majhne komponente v ohišjih iz epoksidne smole ali plastike z zmogljivostjo od deset pikofarad do enot mikrofaradov. Uporabljajo se v visokofrekvenčnih vezjih radioelektronske opreme in lahko delujejo v težkih podnebnih razmerah.
Za visokonapetostna vezja so izdelani večji keramični kondenzatorji z zmogljivostmi od deset pikofarad do tisoč pikofarad. Uporabljajo se v impulznih vezjih in opremi za pretvorbo napetosti.
Filmski dielektrik je različnih vrst. Najpogostejši med njimi je lavsan, ki ima visoko trdnost. Manj pogost je polipropilenski dielektrik, ki ima manjše izgube in se uporablja v visokonapetostnih vezjih, kot so tokokrogi za ojačenje zvoka in srednjefrekvenčna vezja.
Zažene se ločena vrsta filmskih kondenzatorjev, ki se uporabljajo ob zagonu motorjev in zaradi svoje visoke kapacitivnosti in posebnega dielektričnega materiala zmanjšujejo obremenitev elektromotorja. Zanje je značilna visoka delovna napetost in električna jalova moč.
Elektrolitski kondenzatorji so izdelani v klasični izvedbi. Telo je izdelano iz aluminija, v notranjosti so valjane kovinske plošče. Kovinski oksid se kemično nanese na eno ploščo, tekoči ali trdni elektrolit pa na drugi, ki tvori dielektrik. Zahvaljujoč takšni napravi imajo elektrolitski kondenzatorji veliko kapaciteto, vendar je posebnost njihove uporabe sčasoma njena sprememba.
Za razliko od keramičnih in filmskih kondenzatorjev imajo elektrolitski kondenzatorji polarnost. Ti pa so razdeljeni na nepolarne, brez te pomanjkljivosti, radialne, miniaturne, aksialne. Področje njihove uporabe je tradicionalna računalniška in sodobna mikroračunalniška tehnologija.
Posebna vrsta, ki se je pojavila relativno nedavno, so ionisti. Po svoji zasnovi so podobni elektrolitskim kondenzatorjem, vendar jih odlikuje velika zmogljivost (do enot Farada). Vendar je njihova uporaba omejena na majhno največjo napetost nekaj voltov. Superkondenzatorji se uporabljajo za shranjevanje pomnilnika: če se baterija v mobilnem telefonu ali miniaturnem računalniku izprazni, shranjene informacije ne bodo nepovratno izgubljene.
Poleg komponent v izhodni različici, ki so se pojavile že zdavnaj in so se tradicionalno uporabljale, se sodobne komponente proizvajajo v SMD različici ali, kot jo imenujejo tudi, za nadgradno montažo. Keramiko je na primer mogoče izdelati v različnih velikostih ohišja, od najmanjših (1 mm x 0,5 mm) do največjega (5,7 mm x 5 mm) in z ustreznimi napetostmi od deset voltov do sto.
Elektrolitski kondenzatorji se lahko proizvajajo tudi v paketih za površinsko montažo. To so lahko standardni aluminijasti elektrolitski kondenzatorji, lahko pa so tantalski kondenzatorji, ki so malo podobni keramičnim, a se od njih razlikujejo po večji kapacitivnosti in majhnih izgubah. Lahko so pripeti in ne-pripeti SMD.
Značilnost tantalovih kondenzatorjev je dolga življenjska doba in minimalne izgube z nekoliko nižjo mejo kapacitivnosti, hkrati pa jih odlikuje visoka cena. Uporabljajo se v tokokrogih z visoko odgovornostjo, kjer je potrebna visoka kapacitivnost.
Podobni članki:
