Vad är en kondensator och vad är den för?

Definition

Ordet kondensator kommer från det latinska "kondensatio", som översätts som "ansamling". I fysik används detta begrepp för att beskriva en hel nisch av elektriska produkter vars syfte är att fungera som en energilagringsenhet. Mängden lagrad energi beror på kapaciteten och kvadratet på spänningen på dess plattor, dividerat med 2. Dessutom flyter strömmen genom den endast under laddningen. Men först saker först.

E = (CU²)/2

Enkelt uttryckt är en kondensator en enhet som kan lagra energi i elektriskt fält. I den enklaste versionen består den av två ledare (plattor), separerade med en dielektrik. I figuren nedan ser du ett förenklat diagram över en extern enhet för en platt kondensator. Symbolen på diagrammet representerar 2 funktioner 8 mm höga, på ett avstånd av 1,5 mm från varandra.

Funktionsprincip

Nu när vi vet hur detta element anges i diagrammen måste vi ta hänsyn till kondensatorns funktion. När kondensatorplattorna är anslutna till en kraftkälla, rusar de elektriska laddningarna från IP: s positiva och negativa terminaler till plattorna och ackumuleras på dem.

Den elektriska strömmen avbryts efter laddning av kondensatorn till den nominella kapaciteten, eftersom det finns ett dielektriskt lager mellan plattorna, kan den inte flyta kontinuerligt. När strömkällan stängs av kommer laddningar att förbli kvar på kondensatorn, vilket innebär att spänningen vid dess terminaler kommer att förbli.

Laddningarna som samlas på var och en av plattorna är motsatta. Följaktligen är locket som var anslutet till den positiva terminalen i kraftkällan positivt laddat, och det som är anslutet till den negativa terminalen är negativt. Funktionsprincipen för denna produkt är baserad på attraktionen av motsatta laddningar i en elektrisk krets.

Med enkla ord kommer kondensatorn att spara energi som överfördes från strömkällan - det är dess syfte. Men i praktiken finns det en mängd förluster och läckor.

Intressant! Leiden Bank är en prototyp av moderna kondensatorer födda 1745. Denna enhet kunde samla energi och utvinna gnistor när dess plattor stängdes. Utseende och design ser du nedan.

Och i figuren nedan ser du konstruktionen av den enklaste platta kondensatorn - två plattor separerade med en dielektrik:

Eftersom kapaciteten är direkt proportionell mot plattorna och omvänt proportionell mot avståndet mellan dem, för att öka kapaciteten, utvecklade ingenjörerna ett antal andra former av kondensatorer.Till exempel plattor lindade i en spiral - så deras område blev många gånger större vid samma övergripande dimensioner, liksom cylindriska och sfäriska lösningar.

En av lagarna för omkoppling säger att spänningen över kondensatorplattorna inte kan förändras plötsligt, som följande miniatyr illustrerar.

Visningar

Kondensatorer kan klassificeras enligt olika kriterier.

Efter kapacitetens konstantitet:

• Permanent.
• variabler Deras kapacitet kan ändras antingen manuellt av operatören (användaren) av enheten eller under påverkan av spänning (som i varicaps och varicondas).

Genom polaritet hos den applicerade spänningen:

• Icke-polär - kan arbeta i växelströmskretsar.
• Polar - när spänningen med fel polaritet är ansluten, misslyckas de.

Beroende på var dessa komponenter används skiljer sig olika alternativ med material:

• Papper och papper är vanligt för många vanliga i sovjetiska tidkondensatorer i form av rektangulära tegelstenar med en markering som "MBGCH". Utseendet på denna typ av kondensatorer ser du nedan. De är icke-polära.
• Keramik - de filtrerar ofta högfrekventa ljud, och den relativa permittiviteten gör att du kan skapa flerskiktskomponenter med en kapacitet som kan jämföras med elektrolyter (dyra), inte känsliga för polaritet.
• Film - distribuerad i form av bruna kuddar, billiga, används överallt. Karakteriseras av låg läckström, liten kapacitet, hög driftspänning och okänslighet för polariteten hos den pålagda spänningen.
• Med ett luft dielektriskt. Det bästa exemplet på ett sådant element är avstämningskondensatorn för resonanskretsen från radiomottagaren, kapaciteten för sådana element är liten, men det är bekvämt att förverkliga dess förändring.
• Elektrolytisk - detta är element i form av fat, de installeras oftast som ett filter av nätverkspulsationer i strömförsörjningen. Konstruktionen och driftsprincipen gör det möjligt att få en stor kapacitet med en liten storlek, men med tiden kan de torka ut, tappa kapacitet eller svälla. Hur dessa produkter ser ut i gott skick ser du nedan. Som dielektrikum används ett tunt lager metalloxid. Om strömförsörjningen använder kondensatorer med en dielektrik från AL₂O₃ - så kallade "Aluminiumelektrolyter", sedan för arbete i högfrekventa kretsar - använd tantal (Ta₂0₅ - de gäller också elektrolyt) kondensatorer, eftersom de har mindre läckström, större motstånd mot yttre påverkan, till skillnad från tidigare aluminium.
• Polymer - klarar stora pulserade strömmar, arbeta vid låga temperaturer

Viktiga specifikationer

Om du reparerar eller utvecklar en elektronisk enhet måste du välja en lämplig kondensator för att ersätta den misslyckade. Och för detta måste du bekanta dig med de viktigaste tekniska egenskaperna hos kondensatorn, som dess funktion i den elektriska kretsen beror på.

Nominell kapacitet. Det kännetecknar komponentens huvudsyfte - vilken typ av laddning den kan lagra. Huvudkarakteristiken mäts i farader [f]. En sådan mätenhet är dock för stor, därför används andelar:

• Milifarads, mF - 0, 001 F (10^-3);
• Microfarads, microfarads - 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 nominella spänningen är den spänning som kondensatorn kan garanteras att fungera i normalt läge. Om detta värde överskrids, är en fördelning av dielektriken mycket trolig. Det kan vara från enheter av volt (för elektrolyter) och upp till tusentals volt (film och keramik). Vid reparation bör detta värde inte vara lägre än ett misslyckat, högre - det är möjligt!

Avvikelsetolerans - hur mycket den faktiska kapaciteten kan skilja sig från den deklarerade nominella kapaciteten. Det kan nå 20-30%, men det finns också modeller med hög precision med en tolerans på upp till 1% - för användning i kretsar där speciell noggrannhet krävs.

Temperaturkapacitans - denna parameter är viktig för elektrolyter. I aluminiumkondensatorer minskar kapacitansen när temperaturen sjunker och den elektriska resistiviteten ökar (i ESR)

ESR - ekvivalent serieresistens är också viktigt för elektrolyter. Enkelt uttryckt - ju större det är, desto sämre. I svullna kondorer stiger ESR.

I tabellen nedan ser du de tillåtna ESR-värdena för olika nominella kapacitanser och spänningar.

Var och för vad som tillämpas

Vi kommer ändå att besvara frågan "vad är kondensatorn avsedd för?" från en praktisk synvinkel. För att göra detta, överväga flera scheman.

Elektrolytiska kondensatorer används mest som det redan nämnda filtret för nätverk krusning i strömförsörjningen. Diagrammet nedan visar var elektrolyten är installerad. Ju större last, desto större elektrolytkapacitet behövs för att jämna ut krusningen.

Nästa plats där kondensatorer används är hög- och lågpassfilter. Diagrammet nedan visar typiska inneslutningar. I högtalare föds således bas-, mitten- och högfrekvenser längs högtalarna utan användning av aktiva komponenter.

Ballast-strömförsörjningar används ofta för att ladda små batterier och strömförsörjningsenheter med låg effekt, till exempel billiga LED-glödlampor, radioapparater och andra. En filmkondensator installeras i serie med matningsanordningen, vilket begränsar strömmen på grund av dess reaktans - detta är principen för en så enkel krets.

Snabbers är enheter som är utformade för att skydda halvledaromkopplare och reläkontakter från att byta belastning. I moderna pulserade högfrekventa PSU: er används snubber från ett motstånd och kondensator, vilket förbättrar huvudparametrarna i kretsen och minskar belastningen på tangenterna, såväl som effektförlusten vid uppvärmningen. Principen för snubberens funktion är att bromsa tillväxten och nedbrytningen av spänningen på nyckeln på grund av användning av kapacitetens konstant laddningstid.

Slutsats

Vi undersökte vad en kondensator är, hur den är utformad och vilken funktion den utför. För en djupare undersökning måste du bekanta dig med vilka typer av kondensatorer och deras praktiska funktioner i olika kretsar och applikationer. Så, till exempel, i fall där speciell noggrannhet krävs i drift och tillförlitlighet används elektrolyser med låg ESR eller tantalelektrolyter, medan det inte finns någon speciell skillnad i filtret på likriktaren vad man ska sätta.

I slutändan rekommenderar vi att du tittar på användbara videor om artikelns ämne:

Läs också:

• Vad är ledare, halvledare och dielektrik
• Vad är elektrisk kapacitet
• Metoder för att bestämma kondensatorns kapacitans