Kondenzátory. Jaké jsou a k čemu jsou?
Kondenzátor je běžné dvoupólové zařízení používané v různých elektrických obvodech. Má konstantní nebo proměnlivou kapacitu a vyznačuje se nízkou vodivostí, je schopen akumulovat náboj elektrického proudu a přenášet jej na další prvky elektrického obvodu.
Nejjednodušší příklady sestávají ze dvou deskových elektrod oddělených dielektrikem a akumulujících opačné náboje. V praktických podmínkách používáme kondenzátory s velkým počtem desek oddělených dielektrikem.
PRINCIP ČINNOSTI
Účel kondenzátoru a princip jeho činnosti jsou časté otázky začátečníků v elektrotechnice. V elektrických obvodech mohou být tato zařízení použita k různým účelům, ale jejich hlavní funkcí je akumulace elektrického náboje, to znamená, že takové zařízení přijímá elektrický proud, ukládá jej a následně jej přenáší do obvodu. Pro lepší pochopení principu fungování si přečtěte článek o tom, jak vyrobit jednoduchý kondenzátor vlastníma rukama.
Kondenzátor se začne nabíjet, když je elektronické zařízení připojeno k síti. Když je zařízení připojeno, na elektrodách kondenzátoru je mnoho volného místa, proto je elektrický proud vstupující do obvodu největší. Jak se naplní, elektrický proud se sníží a úplně zmizí, když je kapacita zařízení zcela naplněna.
V procesu přijímání elektrického proudu se na jedné desce shromažďují elektrony (částice se záporným nábojem) a na druhé ionty (částice s kladným nábojem). Separátor mezi kladně a záporně nabitými částicemi je dielektrikum, které lze použít v různých materiálech.
Když je elektrické zařízení připojeno ke zdroji energie, napětí v elektrickém obvodu je nulové. Při plnění nádob se napětí v obvodu zvyšuje a dosahuje hodnoty rovné úrovni u zdroje proudu.
Když je elektrický obvod odpojen od zdroje energie a je připojena zátěž, kondenzátor přestane přijímat náboj a přenese nahromaděný proud na další prvky. Zátěž tvoří obvod mezi svými deskami, takže po vypnutí napájení se kladně nabité částice začnou pohybovat směrem k iontům.
Počáteční proud v obvodu, když je připojena zátěž, se bude rovnat napětí na záporně nabitých částicích děleno hodnotou odporu zátěže. Při absenci napájení začne kondenzátor ztrácet náboj a jak se náboj v kondenzátorech snižuje, úroveň napětí a proudu v obvodu se snižují. Tento proces bude dokončen pouze tehdy, když v zařízení nezůstane žádná energie.
Obrázek výše ukazuje konstrukci papírového kondenzátoru:
a) navíjení sekce;
b) samotné zařízení.
Na tomto obrázku:
3. Skleněný izolátor;
6. Kartonové těsnění;
Kapacita kondenzátoru je považována za jeho nejdůležitější vlastnost, na které přímo závisí doba potřebná k úplnému nabití zařízení při připojení zařízení ke zdroji elektrického proudu. Doba vybíjení zařízení závisí také na kapacitě a také na velikosti náplně. Čím vyšší je odpor R, tím rychleji se kondenzátor vyprázdní.
Jako příklad provozu kondenzátoru zvažte provoz analogového vysílače nebo rádiového přijímače. Když je zařízení připojeno k síti, kondenzátory připojené k induktoru začnou akumulovat náboj, elektrody se budou shromažďovat na některých deskách a ionty na jiných. Po úplném nabití kapacity se zařízení začne vybíjet. Úplná ztráta náboje povede k zahájení nabíjení, ale v opačném směru, to znamená, že desky, které měly tentokrát kladný náboj, obdrží záporný náboj a naopak.
ÚČEL A POUŽITÍ KONDENZÁTORŮ
V současné době se používají téměř ve všech radiotechnikách a různých elektronických obvodech.
V obvodu střídavého proudu mohou fungovat jako kapacitní. Když například připojíte kondenzátor a žárovku k baterii (stejnosměrný proud), žárovka se nerozsvítí. Pokud takový obvod připojíte ke zdroji střídavého proudu, žárovka bude svítit a intenzita světla bude přímo záviset na hodnotě kapacity použitého kondenzátoru. Díky těmto vlastnostem jsou dnes hojně využívány v obvodech jako filtry potlačující vysokofrekvenční a nízkofrekvenční rušení.
Kondenzátory se také používají v různých elektromagnetických urychlovačích, fotoblescích a laserech díky jejich schopnosti uchovat velký elektrický náboj a rychle jej přenést na jiné nízkoodporové síťové prvky, čímž vytvoří silný pulz.
V sekundárních napájecích zdrojích se používají k vyhlazení zvlnění při usměrňování napětí.
Schopnost udržet náboj po dlouhou dobu umožňuje jejich použití pro ukládání informací.
Použití rezistoru nebo generátoru proudu v obvodu s kondenzátorem umožňuje prodloužit dobu nabíjení a vybíjení kapacity zařízení, takže tyto obvody lze použít k vytvoření časovacích obvodů, které nemají vysoké požadavky na časovou stabilitu.
V lampách se používá ke kompenzaci jalového výkonu.
Elektrická energie generovaná elektrárenskými generátory se vyznačuje jejich aktivní и reaktivní síla. Spotřebovaný činný výkon elektrické přijímače, které se přeměňují na tepelnou, mechanickou a jiné druhy energie. Jalový výkon charakterizuje elektřinu přeměněnou na energii elektrických a magnetických polí. V elektrické sítě a jeho elektrických přijímačů probíhá proces výměny energie mezi elektrickými a magnetickými poli. Zařízení, která se cíleně účastní tohoto procesu, jsou tzv zdroje jalového výkonu(IRM). Taková zařízení mohou být nejen generátory elektráren, ale také synchronní kompenzátory, reaktory, конденсаторы, jehož jalový výkon je řízen podle určitého předpisu zákonem pomocí zvláštních prostředků.
Jalový výkon snižuje efektivitu využití celého energetického systému, snaží se jej co nejvíce snížit pomocí kondenzátorových jednotek.
Pokud vezmeme v úvahu praktické elektronické obvody, pak z hlediska popularity aplikace je takový radioelektronický prvek, jako je kondenzátor, na druhém místě za rezistorem. Napájecí filtry jsou implementovány na elektrolytickém kondenzátoru ani jeden rezonanční obvod, např. rádiový přijímač, se neobejde bez keramického kondenzátoru, v něm lze detekovat i ladicí kondenzátory, které umožňují přesné nastavení frekvence .
Kondenzátory se nacházejí ve všech elektronických obvodech, od dnes populárních LED žárovek, přes „nabíječky“ mobilních telefonů až po kompenzátory jalového výkonu průmyslových elektroinstalací. Zkusme zjistit, co to je a jaký je princip fungování kondenzátoru.
Zařízení a princip činnosti
Bez ohledu na typ kondenzátoru se ve zjednodušeném smyslu skládá ze dvou kovových desek (desek) a dielektrické vrstvy, která je od sebe odděluje. Toto provedení se ve skutečnosti odráží ve schematickém označení kondenzátoru, zobrazeném ve formě dvou paralelních čar spojených s přerušením vodiče. Jako dielektrikum mohou působit:
- papír, včetně papíru impregnovaného dielektrikem;
- tvrdé materiály (keramika, slída, sklo);
- syntetické filmy, například fluoroplasty;
- oxidové filmy atd.
Je to samotný dielektrický materiál, který dává kondenzátoru jméno. Papírové kondenzátory se skládají ze dvou složených pásků hliníkové fólie oddělených vrstvami papíru. Hliníkové elektrolytické kondenzátory mají vrstvu papíru napuštěnou elektrolytem, proto se jim v profesionálním prostředí říká elektrolyty. Konstrukce fóliových kondenzátorů je podobná, pouze papír je nahrazen fólií. U kondenzátorů s pevným dielektrikem, jak je vidět na příkladu slídového nebo keramického kondenzátoru, jsou desky s dielektrikem sestaveny v obalech, což umožňuje získat maximální kapacity s minimálními rozměry.
Tantalové elektrolytické kondenzátory mají složitější výrobní technologii, která ve skutečnosti určuje jejich vysokou cenu. Tantalové kondenzátory jsou kompaktnější než jejich hliníkové protějšky, což umožňuje jejich výrobu ve verzích SMD. Stejně jako hliníkové elektrolyty vyžadují, aby byla dodržena polarita spoje. Technologie výroby nepolárních elektrolytických kondenzátorů umožňuje sériové zapojení dvou polárních kondenzátorů back-to-back.
Principem činnosti kondenzátoru je akumulace elektrického náboje. Díky tomuto procesu, v okamžiku, kdy jsou na desky kondenzátoru aplikovány opačné potenciály, protéká proud. Jak se náboj hromadí, proud se zastaví, což v zásadě vysvětluje neschopnost kondenzátoru propouštět elektrický stejnosměrný proud. Kondenzátory jsou však schopny propouštět střídavý proud, což vysvětluje jejich použití v izolačních obvodech, kde jsou stejnosměrné a střídavé součásti.
Vzhledem ke schopnosti kondenzátorů akumulovat náboje je za jejich hlavní charakteristiku považována kapacita. Jednotkou měření kapacity je Farad, avšak vzhledem ke své velké velikosti je tabulka jmenovitých kapacit pro kondenzátory obvykle uváděna v mikrofaradech (10^-6), nanofaradech (10^-9) a pikofaradech (10^- 12). Pro elektrolyty jsou typické hodnoty kapacity desítek, stovek a tisíců mikrofaradů, menší hodnoty odpovídají například keramickému plochému kondenzátoru.
Specifická kapacita se vztahuje k elektrické kapacitě kondenzátoru k jeho objemu nebo hmotnosti. V tomto parametru je výhoda tantalových kondenzátorů oproti hliníkovým elektrolytům nesporná.
Další důležitou charakteristikou kondenzátorů je jmenovité napětí. Toto je napětí, při kterém kondenzátor neztrácí své vlastnosti, jeho překročení vede k elektrickému rozpadu dielektrické vrstvy. Aby se zabránilo dielektrickému průrazu, mělo by být napětí vyšší.
U hliníkových elektrolytů je teplotní limit považován za důležitý parametr, čím vyšší je, tím déle kondenzátor vydrží. Existuje mnohem více skutečných charakteristik udávajících charakteristiky kondenzátoru, ale jsou zajímavé pouze pro vývojáře schémat zapojení.
Stále máte otázky?
Vyplňte níže uvedený formulář zpětné vazby, naši specialisté vás budou kontaktovat, konzultovat, sdělí vám možné způsoby řešení vašeho problému.