En elektrisk kondensator är ett av delarna i den elektriska kretsen för alla elektroniska enheter, vars huvudfunktion är att lagra energi och sedan återföra den till kretsen. Industrin erbjuder ett brett utbud av kondensatorer, olika i typer, kapacitet, storlekar, applikationer.
Funktionsprincipen och egenskaper hos kondensatorer
Kondensatorns enhet består av två metallplattor - plattor åtskilda av ett tunt lager av dielektrikum. Förhållandet mellan storlekarna och arrangemanget av plattorna och egenskaperna hos det dielektriska materialet bestämmer kapacitansindexet.
Designutvecklingen av alla typer av kondensatorer syftar till att erhålla den maximala kapacitansen baserat på minimimåtten för att spara utrymme på enhetens kretskort. En av de mest populära formerna i utseende är i form av en tunna, inuti vilken metallplattor är vridna med ett dielektrikum mellan dem.Den första kondensatorn, som uppfanns i staden Leiden (Nederländerna) 1745, kallades "Leiden-burken".
Funktionsprincipen för komponenten är förmågan att ladda och ladda ur. Laddning är möjlig på grund av närvaron av plattorna på ett litet avstånd från varandra. Närliggande laddningar, åtskilda av ett dielektrikum, attraheras av varandra och ligger kvar på plattorna, och kondensatorn själv lagrar därmed energi. Efter att ha kopplat bort strömkällan är komponenten redo för återföring av energi i kretsen, urladdningen.
Parametrar och egenskaper som avgör arbetets prestanda, kvalitet och hållbarhet:
- elektrisk kapacitet;
- specifik kapacitet;
- tillåten avvikelse;
- elektrisk styrka;
- egen induktans;
- dielektrisk absorption;
- förluster;
- stabilitet;
- pålitlighet.
Förmågan att lagra laddning bestämmer kapacitansen hos en kondensator. När du beräknar kapacitet måste du veta:
- täckområde;
- avstånd mellan plattorna;
- dielektrisk konstant för det dielektriska materialet.
För att öka kapacitansen är det nödvändigt att öka plattornas yta, minska avståndet mellan dem och använda ett dielektrikum vars material har en hög dielektrisk konstant.
Farad (F) används för att beteckna kapacitans - en måttenhet som fick sitt namn för att hedra den engelske fysikern Michael Faraday. 1 Farad är dock för stor. Till exempel är vår planets kapacitet mindre än 1 farad. Inom radioelektronik används mindre värden: mikrofarad (µF, en miljondels farad) och picofarad (pF, en miljondel av en mikrofarad).
Den specifika kapacitansen beräknas från förhållandet mellan kapacitansen och massan (volymen) av dielektrikumet.Denna indikator påverkas av geometriska dimensioner, och en ökning av specifik kapacitans uppnås genom att minska volymen på dielektrikumet, men detta ökar risken för haveri.
Den tillåtna avvikelsen av kapacitetens passvärde från den faktiska bestämmer noggrannhetsklassen. Enligt GOST finns det 5 noggrannhetsklasser som bestämmer framtida användning. Komponenter av högsta noggrannhetsklass används i kretsar med högt ansvar.
Dielektrisk hållfasthet bestämmer förmågan att hålla en laddning och bibehålla arbetsegenskaper. De laddningar som finns kvar på plattorna tenderar mot varandra och verkar på dielektrikumet. Elektrisk styrka är en viktig egenskap hos en kondensator, som bestämmer varaktigheten av dess användning. I händelse av felaktig drift kommer ett sammanbrott av dielektrikumet att inträffa och komponenten kommer att misslyckas.
Självinduktans beaktas i AC-kretsar med induktorer. För DC-kretsar tas det inte med i beräkningen.
Dielektrisk absorption - utseendet av spänning på plattorna under snabb urladdning. Absorptionsfenomenet beaktas för säker drift av elektriska högspänningsapparater, eftersom vid kortslutning är det livsfara.
Förluster beror på den låga strömöverföringen av dielektrikumet. Vid drift av komponenter i elektroniska enheter under olika temperaturförhållanden och olika luftfuktighet, påverkar kvalitetsfaktorn för förluster. Den påverkas också av driftfrekvensen. Vid låga frekvenser påverkar förluster i dielektrikumet, vid höga frekvenser - i metallen.
Stabilitet är en kondensatorparameter som också påverkas av omgivningstemperaturen.Dess effekter är uppdelade i reversibel, kännetecknad av en temperaturkoefficient, och irreversibel, kännetecknad av en temperaturinstabilitetskoefficient.
Kondensatorns tillförlitlighet beror i första hand på driftsförhållandena. Analys av haverier tyder på att i 80 % av fallen är haveri orsaken till misslyckandet.
Beroende på syfte, typ och användningsområde skiljer sig även storlekarna på kondensatorerna. De minsta och minsta, i storlek från några millimeter till flera centimeter, används inom elektronik, medan de största används inom industrin.
Ändamål
Egenskapen att lagra och frigöra energi har bestämt den utbredda användningen av kondensatorer i modern elektronik. Tillsammans med motstånd och transistorer är de grunden för elektroteknik. Det finns inte en enda modern enhet där de inte skulle användas i viss kapacitet.
Deras förmåga att ladda och ladda ur, tillsammans med en induktans med samma egenskaper, används aktivt inom radio- och TV-teknik. En oscillerande krets av en kondensator och induktans är grunden för att sända och ta emot signaler. Genom att ändra kondensatorns kapacitans kan du ändra frekvensen för den oscillerande kretsen. Till exempel kan radiostationer sända på sina egna frekvenser och radioapparater kan ansluta till dessa frekvenser.
En viktig funktion är utjämningen av AC rippels. Alla elektroniska enheter som drivs av växelström behöver filtrerande elektriska kondensatorer för att producera likström av god kvalitet.
Mekanismen för laddning och urladdning används aktivt i fotografisk utrustning.Alla moderna kameror använder en blixt för fotografering, vilket realiseras på grund av den snabba urladdningsegenskapen. I detta område är det olönsamt att använda batterier som kan lagra energi bra, men som sakta släpper ut den. Och kondensatorer, tvärtom, släpper omedelbart all lagrad energi, vilket räcker för en ljus blixt.
Förmågan att generera högeffektspulser av kondensatorer används i radar och skapandet av lasrar.
Kondensatorer utför rollen som gnistsläckande kontakter inom telegrafi och telefoni, samt telemekanik och automation, där omkoppling av högbelastade reläer är nödvändig.
Spänningsreglering av långa kraftledningar utförs genom användning av kompensationstankar.
Moderna kondensatorer, på grund av deras kapacitet, används inte bara inom radioelektronik. De används inom metallbearbetning, gruvdrift, kolindustri.
Huvudsorter
På grund av de olika applikationerna och driftsförhållandena för elektroniska enheter finns det en mängd olika komponenter som skiljer sig åt i typer och egenskaper. Huvudindelningen är efter klass och efter vilken typ av dielektrikum som används.
Typer av kondensatorer, uppdelade efter klass:
- med konstant kapacitet;
- med variabel kapacitet;
- inställning.
Komponenter med konstant kapacitans används i alla elektroniska enheter.
För att ändra kapacitansen och parametrarna för kretsen, till exempel, frekvensen i oscillerande kretsar, används kondensatorer med variabel kapacitans.I sin enhet har de flera sektioner av rörliga metallplattor, vilket säkerställer hållbarheten i deras arbete.
Trimmerkondensatorer används för engångsjustering av utrustning. De finns i olika kapacitansklasser (från några få picofarads till flera hundra picofarads) och är klassade för spänningar upp till 60 volt. Utan att de används är det omöjligt att finjustera utrustningen.
Typer av kondensatorer, dividerat med typen av dielektrikum:
- med keramiskt dielektrikum;
- med filmdielektrikum;
- elektrolytisk;
- jonistorer.
Keramiska är gjorda i form av en liten platta av keramiskt material, på vilken metallledningar sprayas. Sådana kondensatorer har olika egenskaper och används för både högspännings- och lågspänningskretsar.
För lågspänningskretsar används oftast flerskiktiga små komponenter i epoxiharts eller plasthöljen med en kapacitet från tiotals picofarads till enheter av mikrofarads. De används i högfrekventa kretsar av radio-elektronisk utrustning och kan fungera under svåra klimatförhållanden.
För högspänningskretsar tillverkas större keramiska kondensatorer med kapaciteter från tiotals picofarads till tusentals picofarads. De används i impulskretsar och spänningsomvandlingsutrustning.
Filmdielektrikum är av olika typer. Den vanligaste av dem är lavsan, som har hög styrka. Mindre vanligt är polypropendielektrikum, som har lägre förluster och används i högspänningskretsar, såsom ljudförstärkningskretsar och mellanfrekvenskretsar.
En separat typ av filmkondensatorer startar, som används vid tidpunkten för start av motorerna och, på grund av deras höga kapacitans och speciella dielektriska material, minskar belastningen på elmotorn. De kännetecknas av hög driftspänning och elektrisk reaktiv effekt.
Elektrolytiska kondensatorer är gjorda i en klassisk design. Kroppen är gjord av aluminium, inuti finns rullade metallplåtar. Metalloxid avsätts kemiskt på en platta, och en flytande eller fast elektrolyt avsätts på den andra och bildar ett dielektrikum. Tack vare en sådan anordning har elektrolytiska kondensatorer en stor kapacitet, men det speciella med deras användning över tiden är dess förändring.
Till skillnad från keramik- och filmkondensatorer har elektrolytiska kondensatorer polaritet. De är i sin tur uppdelade i icke-polära, utan denna nackdel, radiella, miniatyr, axiella. Omfattningen av deras tillämpning är traditionell dator och modern mikrodatorteknik.
En speciell typ som har dykt upp relativt nyligen är jonistorer. I sin design liknar de elektrolytiska kondensatorer, men de kännetecknas av en stor kapacitet (upp till enheter av Farad). Deras användning är dock begränsad till en liten maxspänning på några få volt. Superkondensatorer används för att lagra minne: om batteriet i en mobiltelefon eller miniatyrdator tar slut, kommer den lagrade informationen inte att gå förlorad oåterkalleligt.
Utöver komponenterna i utgångsversionen, som dök upp för länge sedan och som traditionellt användes, produceras moderna komponenter i SMD-versionen, eller, som det också kallas, för ytmontering. Till exempel kan keramik tillverkas i olika storlekar av lådor, från de minsta (1 mm gånger 0,5 mm) till de största (5,7 mm gånger 5 mm), och med motsvarande spänningar från tiotals volt till hundratals.
Elektrolytiska kondensatorer kan också tillverkas i ytmonterade paket. Dessa kan vara standardelektrolytiska kondensatorer av aluminium, eller så kan de vara tantalkondensatorer, som ser lite ut som keramiska, men skiljer sig från dem i högre kapacitans och låga förluster. De kan vara både nålade och icke-stiftade SMD.
En egenskap hos tantalkondensatorer är lång livslängd och minimala förluster med en något lägre kapacitansgräns, men samtidigt kännetecknas de av ett högt pris. De används i kretsar med högt ansvar där hög kapacitans krävs.
Liknande artiklar:
