Hva er en kondensator, typer kondensatorer og deres anvendelse

Elementbasen for design av elektroniske enheter blir mer komplisert. Enheter er kombinert til integrerte kretser med en gitt funksjonalitet og programkontroll. Men utviklingen er basert på grunnleggende enheter: kondensatorer, motstander, dioder og transistorer.

Hva er en kondensator

En enhet som lagrer elektrisk energi i form av elektriske ladninger kalles en kondensator.

Mengden elektrisitet eller elektrisk ladning i fysikk måles i coulombs (C). Kapasitansen måles i farad (F).

En enslig leder med en elektrisk kapasitet på 1 farad er en metallkule med en radius lik 13 radier av solen.Derfor inkluderer kondensatoren minst 2 ledere, som er atskilt med et dielektrikum. I enkle design av enheten - papir.

Driften av en kondensator i en DC-krets utføres når strømmen slås av og på.Bare i overgangsmomenter endres potensialet på platene.

Kondensatoren i AC-kretsen lades opp med en frekvens som er lik frekvensen til strømforsyningsspenningen. Som et resultat av kontinuerlige ladninger og utladninger flyter det strøm gjennom elementet. Høyere frekvens - enheten lades opp raskere.

Motstanden til en krets med en kondensator avhenger av frekvensen til strømmen. Ved null DC-frekvens tenderer motstandsverdien til uendelig. Når AC-frekvensen øker, reduseres motstanden.

Hvor brukes kondensatorer?

Driften av elektroniske, radiotekniske og elektriske enheter er umulig uten kondensatorer.

I elektroteknikk brukes de til å skifte faser ved start av induksjonsmotorer. Uten faseskift fungerer ikke en trefaset asynkronmotor i et variabelt enfasenettverk.

Kondensatorer med en kapasitet på flere farad - ionistorer, brukes i elektriske kjøretøy som motorkraftkilder.

For å forstå hvorfor en kondensator er nødvendig, må du vite at 10-12% av måleenhetene fungerer etter prinsippet om å endre elektrisk kapasitans når parametrene til det ytre miljøet endres. Reaksjonskapasitansen til spesielle enheter brukes til:

• registrering av svake bevegelser gjennom en økning eller reduksjon i avstanden mellom platene;
• bestemmelse av fuktighet ved å fikse endringer i motstanden til dielektrikumet;
• måling av væskenivået, som endrer kapasiteten til elementet når det fylles.

Det er vanskelig å forestille seg hvordan automatisering og relébeskyttelse er utformet uten kondensatorer. Noen beskyttelseslogikker tar hensyn til mangfoldet av enhetens lading.

Kapasitive elementer brukes i kretser av mobile kommunikasjonsenheter, radio- og TV-utstyr. Kondensatorer brukes i:

• forsterkere med høye og lave frekvenser;
• strømforsyninger;
• frekvens filtre;
• lydforsterkere;
• prosessorer og andre mikrokretser.

Det er lett å finne svaret på spørsmålet om hva en kondensator er for, hvis du ser på de elektriske kretsene til elektroniske enheter.

Prinsippet for drift av kondensatoren

I en DC-krets samles positive ladninger på den ene platen, og negative ladninger samles på den andre. På grunn av gjensidig tiltrekning holdes partiklene i enheten, og dielektrikumet mellom dem tillater ikke tilkobling. Jo tynnere dielektrikum, jo ​​sterkere er ladningene bundet.

Kondensatoren tar mengden elektrisitet som trengs for å fylle beholderen, og strømmen stopper.

Med en konstant spenning i kretsen beholder elementet en ladning til strømmen slås av. Deretter utlades den gjennom belastningene i kretsen.

Vekselstrøm flyter gjennom en kondensator på en annen måte. Den første ¼ av oscillasjonsperioden er øyeblikket enheten lades. Amplituden til ladestrømmen synker eksponentielt, og ved slutten av kvartalet faller den til null. EMF i dette øyeblikket når amplituden.

I den andre ¼ perioden synker EMF og cellen begynner å utlades. Nedgangen i EMF er i utgangspunktet liten og henholdsvis utladningsstrømmen også. Den vokser i henhold til den samme eksponentielle avhengigheten. Ved slutten av perioden er EMF null, strømmen er lik amplitudeverdien.

I den tredje ¼ av oscillasjonsperioden endrer EMF retning, passerer gjennom null og øker.Ladeskiltet på platene er omvendt. Strømmen avtar i styrke og beholder retningen. På dette tidspunktet leder den elektriske strømmen spenningen med 90° i fase.

I induktorer skjer det motsatte: spenning leder strøm. Denne egenskapen kommer først når du velger hvilke kretser som skal brukes i kretsen: RC eller RL.

På slutten av syklusen, ved den siste ¼ oscillasjonen, synker EMF til null, og strømmen når sin toppverdi.

"Kapasitet" utlades og lades 2 ganger per periode og leder vekselstrøm.

Dette er en teoretisk beskrivelse av prosesser. For å forstå hvordan elementet i kretsen fungerer direkte i enheten, beregnes den induktive og kapasitive motstanden til kretsen, parametrene til de andre deltakerne, og påvirkningen fra det ytre miljøet tas i betraktning.

Hovedegenskaper og egenskaper

Kondensatorparametere som brukes til å lage og reparere elektroniske enheter inkluderer:

1. Kapasitet - C. Bestemmer mengden ladning enheten har. Verdien av den nominelle kapasiteten er angitt på saken. For å skape de nødvendige verdiene, er elementene inkludert i kretsen parallelt eller i serie. Driftsverdiene samsvarer ikke med de beregnede.
2. Resonansfrekvens - fр. Hvis frekvensen til strømmen er større enn resonansen, vises de induktive egenskapene til elementet. Dette gjør jobben vanskelig. For å gi den beregnede effekten i kretsen er det rimelig å bruke en kondensator ved frekvenser mindre enn resonansverdier.
3. Nominell spenning - Un. For å forhindre sammenbrudd av elementet settes driftsspenningen mindre enn den nominelle spenningen. Parameteren er angitt på kondensatorhuset.
4. Polaritet. Hvis tilkoblingen er feil, vil sammenbrudd og feil oppstå.
5. Elektrisk isolasjonsmotstand - Rd. Definerer enhetens lekkasjestrøm. I enheter er deler plassert nær hverandre. Ved høy lekkasjestrøm er parasittiske forbindelser i kretsene mulige. Dette fører til funksjonsfeil. Lekkasjestrømmen forringer de kapasitive egenskapene til elementet.
6. Temperaturkoeffisient - TKE. Verdien bestemmer hvordan kapasitansen til enheten endres med svingninger i temperaturen i omgivelsene. Parameteren brukes ved utvikling av enheter for drift under alvorlige klimatiske forhold.
7. parasittisk piezoelektrisk effekt. Noen typer kondensatorer, når de er deformert, skaper støy i enheter.

Typer og typer kondensatorer

Kapasitive elementer er klassifisert i henhold til typen dielektrisk som brukes i designet.

Papir og metall-papir kondensatorer

Elementene brukes i kretser med konstant eller svakt pulserende spenning. Designets enkelhet resulterer i 10-25 % lavere ytelsesstabilitet og økte tap.

I papirkondensatorer skiller aluminiumsfolieplatene papiret. Sammenstillingene er vridd og plassert i en kasse i form av en sylinder eller et rektangulært parallellepiped.

Enheter fungerer ved temperaturer på -60 ... + 125 ° C, med en nominell spenning på lavspentenheter opptil 1600 V, høyspentenheter - over 1600 V og en kapasitet på opptil titalls mikrofarader.

I metall-papirenheter, i stedet for folie, påføres et tynt lag av metall på dielektrisk papir. Dette bidrar til å produsere mindre elementer. Med mindre sammenbrudd er selvhelbredelse av dielektrikumet mulig. Metall-papirelementer er dårligere enn papirelementer når det gjelder isolasjonsmotstand.

Elektrolytiske kondensatorer

Utformingen av produktene ligner papir. Men ved fremstilling av elektrolyseceller er papir impregnert med metalloksider.

I produkter med en elektrolytt uten papir avsettes oksidet på en metallelektrode. Metalloksider har ensidig ledningsevne, noe som gjør enheten polar.

I noen modeller av elektrolyseceller er platene laget med spor som øker overflaten til elektroden. Hullene i rommet mellom platene elimineres ved oversvømmelse med elektrolytt. Dette forbedrer de kapasitive egenskapene til produktet.

En stor kapasitet av elektrolytiske enheter - hundrevis av mikrofarader - brukes i filtre for å jevne ut spenningsbølger.

Elektrolytisk aluminium

I enheter av denne typen er anodeforingen laget av aluminiumsfolie. Overflaten er belagt med metalloksid - et dielektrikum. Katodeforingen er en fast eller flytende elektrolytt, som velges slik at oksidlaget på folien gjenopprettes under drift. Selvhelbredende dielektrikum forlenger levetiden til elementet.

Kondensatorer av denne designen krever polaritet. Når den slås på igjen, vil den bryte dekselet.

Enheter, inne som er plassert anti-sekvensielle polare enheter, brukes i 2 retninger. Kapasitansen til elektrolyseceller i aluminium når flere tusen mikrofarader.

Tantal elektrolytisk

Anodeelektroden til slike enheter er laget av en porøs struktur oppnådd ved å varme tantalpulver til +2000°C. Materialet ser ut som en svamp. Porøsitet øker overflaten.

Ved hjelp av elektrokjemisk oksidasjon påføres et lag med tantalpentoksid opptil 100 nanometer tykt på anoden. Et solid dielektrikum er laget av mangandioksid.Den ferdige strukturen presses inn i en forbindelse - en spesiell harpiks.

Tantalprodukter brukes ved strømfrekvenser over 100 kHz. Kapasitans skapes opptil hundrevis av mikrofarader, ved en driftsspenning på opptil 75 V.

Polymer

Kondensatorer bruker en elektrolytt laget av solide polymerer, noe som gir en rekke fordeler:

• levetiden økes til 50 tusen timer;
• parametere lagres under oppvarming;
• rekkevidden av tillatte strømbølger utvides;
• motstanden til platene og ledningene shunter ikke kapasitansen.

Film

Dielektrikumet i disse modellene er en film av teflon, polyester, fluorplast eller polypropylen.

Dekker - folie eller metallavsetning på filmen. Designet brukes til å lage flerlagssammenstillinger med økt overflate.

Filmkondensatorer med miniatyrstørrelser har en kapasitans på hundrevis av mikrofarader. Avhengig av plasseringen av lagene og konklusjonene til kontaktene, lages aksiale eller radielle former for produktene.

I noen modeller er merkespenningen 2 kV og høyere.

Hva er forskjellen mellom polar og ikke-polar

Ikke-polar tillate inkludering av kondensatorer i kretsen uten hensyn til strømmens retning. Elementene brukes i filtre av variable strømforsyninger, høyfrekvente forsterkere.

Polar-produkter kobles til i henhold til merkingen. Hvis du slår den på i motsatt retning, vil enheten svikte eller ikke fungere normalt.

Polare og ikke-polare kondensatorer med stor og liten kapasitet er forskjellige i utformingen av dielektrikumet. I elektrolytiske kondensatorer, hvis oksidet påføres 1 elektrode eller 1 side av papir, film, vil elementet være polart.

Modeller av ikke-polare elektrolytiske kondensatorer, i design hvor metalloksidet ble avsatt symmetrisk på begge overflater av dielektrikumet, er inkludert i vekselstrømkretser.

For polare er det en markering av en positiv eller negativ elektrode på kroppen.

Hva bestemmer kapasitansen til en kondensator

Hovedfunksjonen og rollen til en kondensator i en krets er å akkumulere ladninger, og en ekstra er å forhindre lekkasje.

Verdien av kapasitansen til kondensatoren er direkte proporsjonal med den dielektriske konstanten til mediet og arealet av platene, og omvendt proporsjonal med avstanden mellom elektrodene. Det er 2 motsetninger:

1. For å øke kapasitansen trengs elektrodene så tykke, bredere og lengre som mulig. I dette tilfellet kan dimensjonene til enheten ikke økes.
2. For å holde på ladningene og gi ønsket tiltrekningskraft, er avstanden mellom platene gjort minimal. I dette tilfellet kan ikke brytestrømmen reduseres.

For å løse konflikter bruker utviklere:

• flerlagskonstruksjoner av et par dielektrikum og elektrode;
• porøse anodestrukturer;
• erstatte papir med oksider og elektrolytter;
• parallellkobling av elementer;
• fylle ledig plass med stoffer med økt dielektrisk konstant.

Kondensatorer blir mindre og bedre for hver nye oppfinnelse.

Lignende artikler: