Hvad er en kondensator, typer af kondensatorer og deres anvendelse

Elementbasen til design af elektroniske enheder bliver mere kompliceret. Enheder kombineres til integrerede kredsløb med en given funktionalitet og programstyring. Men udviklingen er baseret på grundlæggende enheder: kondensatorer, modstande, dioder og transistorer.

Hvad er en kondensator

En enhed, der lagrer elektrisk energi i form af elektriske ladninger, kaldes en kondensator.

Mængden af ​​elektricitet eller elektrisk ladning i fysik måles i coulombs (C). Kapacitansen måles i farads (F).

En solitær leder med en elektrisk kapacitet på 1 farad er en metalkugle med en radius svarende til 13 radier af Solen.Derfor omfatter kondensatoren mindst 2 ledere, som er adskilt af et dielektrikum. I enkle designs af enheden - papir.

Driften af ​​en kondensator i et DC-kredsløb udføres, når strømmen tændes og slukkes.Kun i overgangsmomenter ændres potentialet på pladerne.

Kondensatoren i AC-kredsløbet genoplades med en frekvens svarende til frekvensen af ​​strømforsyningsspændingen. Som et resultat af kontinuerlige ladninger og udladninger løber der strøm gennem elementet. Højere frekvens - enheden genoplades hurtigere.

Modstanden i et kredsløb med en kondensator afhænger af strømmens frekvens. Ved nul DC-frekvens tenderer modstandsværdien til uendelig. Når AC-frekvensen stiger, falder modstanden.

Hvor bruges kondensatorer?

Betjening af elektroniske, radiotekniske og elektriske enheder er umulig uden kondensatorer.

I elektroteknik bruges de til at skifte faser ved start af induktionsmotorer. Uden faseskift fungerer en trefaset asynkronmotor i et variabelt enfaset netværk ikke.

Kondensatorer med en kapacitet på flere farads - ionistorer, bruges i elektriske køretøjer som motorkraftkilder.

For at forstå, hvorfor der er behov for en kondensator, skal du vide, at 10-12% af måleanordningerne fungerer efter princippet om at ændre den elektriske kapacitans, når parametrene for det eksterne miljø ændres. Reaktionskapacitansen af ​​specielle enheder bruges til:

• registrering af svage bevægelser gennem en stigning eller formindskelse af afstanden mellem pladerne;
• bestemmelse af fugtighed ved at fiksere ændringer i dielektrikumets modstand;
• måling af væskeniveauet, hvilket ændrer elementets kapacitet, når det fyldes.

Det er svært at forestille sig, hvordan automatisering og relæbeskyttelse er designet uden kondensatorer. Nogle beskyttelseslogikker tager højde for mangfoldigheden af ​​enhedens genopladning.

Kapacitive elementer bruges i kredsløb af mobile kommunikationsenheder, radio- og tv-udstyr. Kondensatorer bruges i:

• forstærkere med høje og lave frekvenser;
• strømforsyninger;
• frekvens filtre;
• lydforstærkere;
• processorer og andre mikrokredsløb.

Det er let at finde svaret på spørgsmålet om, hvad en kondensator er til, hvis du ser på de elektriske kredsløb af elektroniske enheder.

Princippet om drift af kondensatoren

I et DC-kredsløb opsamles positive ladninger på den ene plade, og negative ladninger opsamles på den anden. På grund af gensidig tiltrækning holdes partiklerne i enheden, og dielektrikumet mellem dem tillader ikke at forbinde. Jo tyndere dielektrikum, jo ​​stærkere er ladningerne bundet.

Kondensatoren tager den mængde elektricitet, der er nødvendig for at fylde beholderen, og strømmen stopper.

Med en konstant spænding i kredsløbet bevarer elementet en ladning, indtil strømmen slukkes. Derefter aflades det gennem belastningerne i kredsløbet.

Vekselstrøm løber gennem en kondensator på en anden måde. Den første ¼ af oscillationsperioden er det øjeblik, enheden oplades. Amplituden af ​​ladestrømmen falder eksponentielt, og ved udgangen af ​​kvartalet falder den til nul. EMF når i dette øjeblik amplituden.

I den anden ¼ periode falder EMF, og cellen begynder at udlades. Faldet i EMF er i starten lille og henholdsvis afladningsstrømmen også. Den vokser i overensstemmelse med den samme eksponentielle afhængighed. Ved udgangen af ​​perioden er EMF nul, strømmen er lig med amplitudeværdien.

I den tredje ¼ af oscillationsperioden ændrer EMF retning, passerer gennem nul og øges.Opladningstegnet på pladerne er omvendt. Strømmen aftager i størrelse og bevarer retningen. På dette tidspunkt fører den elektriske strøm spændingen med 90° i fase.

I induktorer sker det modsatte: Spænding fører strøm. Denne egenskab kommer først, når du vælger hvilke kredsløb, der skal bruges i kredsløbet: RC eller RL.

Ved slutningen af ​​cyklussen, ved den sidste ¼ svingning, falder EMF til nul, og strømmen når sin spidsværdi.

"Kapacitet" aflades og oplades 2 gange pr. periode og leder vekselstrøm.

Dette er en teoretisk beskrivelse af processer. For at forstå, hvordan elementet i kredsløbet fungerer direkte i enheden, beregnes den induktive og kapacitive modstand af kredsløbet, parametrene for de andre deltagere, og det ydre miljøs indflydelse tages i betragtning.

Hovedkarakteristika og egenskaber

Kondensatorparametre, der bruges til at skabe og reparere elektroniske enheder, omfatter:

1. Kapacitet - C. Bestemmer mængden af ​​ladning, som enheden holder. Værdien af ​​den nominelle kapacitet er angivet på kabinettet. For at skabe de nødvendige værdier er elementerne inkluderet i kredsløbet parallelt eller i serie. De operationelle værdier stemmer ikke overens med de beregnede.
2. Resonansfrekvens - fр. Hvis strømmens frekvens er større end den resonante, vises elementets induktive egenskaber. Dette gør arbejdet vanskeligt. For at give den beregnede effekt i kredsløbet er det rimeligt at bruge en kondensator ved frekvenser mindre end resonansværdier.
3. Nominel spænding - Un. For at forhindre nedbrud af elementet indstilles driftsspændingen mindre end den nominelle spænding. Parameteren er angivet på kondensatorhuset.
4. Polaritet. Hvis forbindelsen er forkert, vil der opstå nedbrud og fejl.
5. Elektrisk isolationsmodstand - Rd. Definerer enhedens lækstrøm. I enheder er dele placeret tæt på hinanden. Ved høj lækstrøm er parasitforbindelser i kredsløbene mulige. Dette fører til funktionsfejl. Lækstrømmen forringer elementets kapacitive egenskaber.
6. Temperaturkoefficient - TKE. Værdien bestemmer, hvordan enhedens kapacitans ændres med udsving i omgivelsernes temperatur. Parameteren bruges ved udvikling af enheder til drift under svære klimatiske forhold.
7. parasitisk piezoelektrisk effekt. Nogle typer kondensatorer, når de deformeres, skaber støj i enheder.

Typer og typer af kondensatorer

Kapacitive elementer klassificeres efter typen af ​​dielektrikum, der anvendes i designet.

Papir og metal-papir kondensatorer

Elementerne anvendes i kredsløb med konstant eller let pulserende spænding. Designets enkelhed resulterer i en 10-25% lavere ydeevnestabilitet og øgede tab.

I papirkondensatorer adskiller aluminiumsfoliepladerne papiret. Samlingerne er snoet og anbragt i en kuffert i form af en cylinder eller et rektangulært parallelepipedum.

Enheder fungerer ved temperaturer på -60 ... + 125 ° C, med en nominel spænding af lavspændingsenheder op til 1600 V, højspændingsenheder - over 1600 V og en kapacitet på op til snesevis af mikrofarader.

I metalpapirenheder påføres i stedet for folie et tyndt lag metal på dielektrisk papir. Dette er med til at producere mindre elementer. Ved mindre nedbrud er selvhelbredelse af dielektrikum mulig. Metal-papirelementer er ringere end papirelementer med hensyn til isolationsmodstand.

Elektrolytiske kondensatorer

Designet af produkterne ligner papir. Men ved fremstilling af elektrolytiske celler er papir imprægneret med metaloxider.

I produkter med en elektrolyt uden papir aflejres oxidet på en metalelektrode. Metaloxider har ensidig ledningsevne, hvilket gør enheden polær.

I nogle modeller af elektrolytiske celler er pladerne lavet med riller, der øger elektrodens overfladeareal. Hullerne i mellemrummet mellem pladerne elimineres ved oversvømmelse med elektrolyt. Dette forbedrer produktets kapacitive egenskaber.

En stor kapacitet af elektrolytiske enheder - hundredvis af mikrofarader - bruges i filtre til at udjævne spændingsbølger.

Elektrolytisk aluminium

I enheder af denne type er anodeforingen lavet af aluminiumsfolie. Overfladen er belagt med metaloxid - et dielektrikum. Katodeforingen er en fast eller flydende elektrolyt, som vælges således, at oxidlaget på folien genoprettes under drift. Selvhelende dielektrikum forlænger elementets levetid.

Kondensatorer af dette design kræver polaritet. Når den tændes igen, vil den bryde kabinettet.

Enheder, inde i hvilke der er placeret anti-sekventielle polære samlinger, bruges i 2 retninger. Kapacitansen af ​​aluminium elektrolytiske celler når flere tusinde mikrofarader.

Tantal elektrolytisk

Anodeelektroden på sådanne anordninger er lavet af en porøs struktur opnået ved at opvarme tantalpulver til +2000°C. Materialet ligner en svamp. Porøsitet øger overfladearealet.

Ved hjælp af elektrokemisk oxidation påføres et lag af tantalpentoxid op til 100 nanometer tykt på anoden. Et fast dielektrikum er lavet af mangandioxid.Den færdige struktur presses ind i en forbindelse - en speciel harpiks.

Tantalprodukter anvendes ved aktuelle frekvenser over 100 kHz. Kapacitans skabes op til hundredvis af mikrofarader ved en driftsspænding på op til 75 V.

Polymer

Kondensatorer bruger en elektrolyt lavet af faste polymerer, hvilket giver en række fordele:

• levetiden øges op til 50 tusinde timer;
• parametre gemmes under opvarmning;
• rækkevidden af ​​tilladte strømbølger udvides;
• modstanden af ​​pladerne og ledningerne shunter ikke kapacitansen.

Film

Dielektrikumet i disse modeller er en film af teflon, polyester, fluorplast eller polypropylen.

Covers - folie eller metalaflejring på filmen. Designet bruges til at skabe flerlagssamlinger med øget overfladeareal.

Filmkondensatorer med miniaturestørrelser har en kapacitans på hundredvis af mikrofarader. Afhængigt af placeringen af ​​lagene og konklusionerne af kontakterne fremstilles produkternes aksiale eller radiale former.

I nogle modeller er den nominelle spænding 2 kV og højere.

Hvad er forskellen mellem polær og ikke-polær

Ikke-polære tillade inklusion af kondensatorer i kredsløbet uden hensyntagen til strømmens retning. Elementerne bruges i filtre af variable strømforsyninger, højfrekvente forstærkere.

Polar-produkter tilsluttes i overensstemmelse med mærkningen. Hvis du tænder den i den modsatte retning, vil enheden fejle eller ikke fungere normalt.

Polære og ikke-polære kondensatorer med stor og lille kapacitet adskiller sig i designet af dielektrikumet. I elektrolytiske kondensatorer, hvis oxidet påføres 1 elektrode eller 1 side af papir, film, så vil elementet være polært.

Modeller af ikke-polære elektrolytiske kondensatorer, i hvis design metaloxidet blev aflejret symmetrisk på begge overflader af dielektrikumet, er inkluderet i vekselstrømskredsløb.

For polære er der en markering af en positiv eller negativ elektrode på kroppen.

Hvad bestemmer kapacitansen af ​​en kondensator

Hovedfunktionen og rollen for en kondensator i et kredsløb er at akkumulere ladninger, og en yderligere er at forhindre lækage.

Værdien af ​​kondensatorens kapacitans er direkte proportional med mediets dielektriske konstant og pladernes areal og omvendt proportional med afstanden mellem elektroderne. Der er 2 modsætninger:

1. For at øge kapacitansen er elektroderne nødvendige så tykke, bredere og længere som muligt. I dette tilfælde kan enhedens dimensioner ikke øges.
2. For at holde ladningerne og give den ønskede tiltrækningskraft gøres afstanden mellem pladerne minimal. I dette tilfælde kan gennemslagsstrømmen ikke reduceres.

For at løse konflikter bruger udviklere:

• flerlagskonstruktioner af et par dielektrikum og elektrode;
• porøse anodestrukturer;
• udskiftning af papir med oxider og elektrolytter;
• parallelforbindelse af elementer;
• udfylde frit rum med stoffer med øget dielektrisk konstant.

Kondensatorer bliver mindre og bedre for hver ny opfindelse.

Lignende artikler: