Светът на електрониката беше стъпката, която технологията трябваше да задвижва. И този трамплин се състои от малки части като кондензатора. В тази любопитна публикация ще разберете подробно Какво е електрически кондензатор ?, Различните функции, които се прилагат с него, и голямото му значение в различни области.
Кондензатор
За да започнем изследването на кондензатора, първо ще обясним какво е кондензатор Това е пасивен електрически компонент, тоест не генерира електричество самостоятелно, способен да съхранява електрически заряд и да го освобождава по -късно. Можете да го намерите като кондензатор или кондензатор. Зарядът, който поддържа вътре, е потенциален или диференциал на напрежението.
Историята на броя на донорите възниква през 1745 г., когато германецът Евалд Георг фон Клейст осъзнава, че съхранението на електрически заряд е възможно. Това възникна в резултат на злополука, когато той свърза електростатичен генератор към обем вода, който беше вътре в стъклена кана или бутилка с помощта на кабел. Когато извади кабела и сложи ръка върху него.
Не мина и година, когато холандският физик Питер ван Мушенброк изобрети кондензатор със същите характеристики. В чест на университета, където работи, той нарече този кондензатор „бутилката Leyden“.
Как работи кондензатор?
Сега да видим как работи кондензатор y за какво е кондензатор. Начинът, по който успява да съхранява електрическия заряд, е като използва два листа, направени от проводящ материал, като тантал, които са разделени от някакъв диелектричен материал, например въздух.
Преди да продължите, важно е да не бъркате диелектрик с напълно изолационен материал. Тоест всички диелектрици са изолатори, но това не прави непременно всички изолатори диелектрични. Диелектричните материали имат способността да стават проводими, когато са подложени на голям електрически заряд и разрушават диелектричната якост. Някои от тези материали могат да бъдат: керамика, хартия, восък, стъкло, масло и др. Напълно изолационни материали са тези, които независимо от това колко електрически заряд е подложен, това няма да е проводник, пример е каучук.
Сега плочите вътре в кондензатора, захранвани с източник на захранване, ще се зареждат електрически на равни части, но с различни знаци. Това означава, че единият заряд ще бъде положителен (+ q), а другият ще има същата величина, но с отрицателен заряд (-q), при тези равни заряди, но различни знаци е това, което се нарича разлика в потенциала или напрежението.
По принцип в кондензаторите се използват въздух, хартия, тантал, алуминий и керамика като диелектричен материал, а в някои кондензатори се използват определени пластмаси.
Капацитетът за съхранение, който има кондензатор или кондензатор, се изчислява в единицата Фарад. Обхватът, в който се намират повечето електрически кондензатори, е от pico (pF) до micro (uF) Farads. Уравнението за изчисляване на капацитета на кондензатора е:
C=q/V
когато:
q = е зарядът, който всяка плоча съхранява. Неговата единица е Coulomb (C)
V = е напрежението, напрежението или потенциалната разлика между двата листа или проводника на кондензаторите. Единицата му е волта (V)
Прилагайки тази формула, ако приемем стойностите за товар 1 и за напрежение 1, това би ни дало 1 Фарад. Това обаче е само пример, тъй като кондензатор с този капацитет не съществува, защото би бил невероятно голям. За да добиете представа, тя ще обхваща пространството от 1000 m2.
Сега, ако искаме да знаем напрежението, което кондензаторът може да съхранява, знаейки заряда и Фарадите на кондензатора, тогава можем да решим за напрежението от предишното уравнение:
V=q/C
Зареждане и разреждане на кондензатор
Една от характеристиките на кондензатора е, че неговото разреждане е прогресивно, а не незабавно. Кондензаторът има период на разреждане. Това свойство позволява на кондензатора да има други приложения, като таймери и филтри в електрическа верига.
Когато един кондензатор е напълно зареден, това е, когато позволява на напрежението да премине. Когато захранването е изключено, кондензаторът започва постепенно да освобождава напрежението към товара или елемента, който консумира напрежението.
По принцип кондензаторът винаги се предхожда от резистор от съображения за защита на кондензатора. Дори когато кондензаторът има малко вътрешно съпротивление, то е пренебрежимо малко и ако не се полагат грижи за защита на кондензатора, той може да се повреди и дори да избухне.
Заряд на кондензатор
За да обясним просто поведението на кондензатор при зареждане, ще използваме най -използвания пример, за да го илюстрираме:
Нека разгледаме верига, където има източник на захранване, като например батерия, резистор с име R1, който отговаря за контрола на потока на тока, който ще достигне до кондензатора, за да го защити. Също така, превключвател, който позволява на кондензатора да се зарежда или разрежда, и накрая, резистор, наречен R2, който ще представлява устройството, което консумира тока.
На първо място, виждаме как превключвателят е подреден така, че кондензаторът да е последователен с захранването и съпротивлението, между другото, трябва да подчертаем, че това съпротивление се нарича съпротивление на натоварване.
В този момент кондензаторът се зарежда по контролиран начин благодарение на зареждащия резистор. Тази комбинация от резистор и кондензатор ви позволява да настроите таймерите, които споменахме по -рано. Това се дължи на факта, че съпротивлението предотвратява свободното преминаване на тока, така че токът отнема повече време, за да премине през веригата, така че след това да премине през кондензатора, отнема известно време за зареждане.
Времето, необходимо за зареждане на кондензатора, може да се изчисли, като се използва следното уравнение:
t1 = 5 x R1 x C
Къде:
t1: е времето за зареждане. Неговата единица е милисекунди (аз)
R1: е съпротивлението на натоварване. Единицата му е ома (Ω).
C: е капацитетът на кондензатора. Неговата единица е Farads (F)
Това уравнение ни позволява да потвърдим, че колкото по -високо е съпротивлението на натоварването и / или колкото по -голям е капацитетът на кондензатора, толкова по -дълго е времето за зареждане. Което може да се провери на следната графика.
Може да се чудите какво би станало, ако не настроим натоварващия резистор. Теоретично кондензаторът ще се зареди веднага. Но, както споменахме по -рано, това не се препоръчва, тъй като кондензаторите могат да приемат само малък ток. Ако си спомним закона на Ом, можем да видим, че:
I=V/R
когато:
I: е токът. Неговата единица е ампери (A)
V: е напрежението. Единицата му е волта (V)
О: това е съпротива. Неговата единица е Ом (Ω)
Ако съпротивлението се стреми или е равно на 0, това би означавало, че токът ще бъде практически безкраен или поне много голям. Кондензаторът може да поддържа захранване само от по -нисък ток. Накратко, ако няма поставен тип натоварващ резистор, кондензаторът може да не издържи този ток и ще изгори.
Сега нека приемем, че кондензаторът вече е зареден, така че какво се случва? Нека се върнем към закона на Ом, тъй като напрежението се повишава и тъй като стойността на съпротивлението се поддържа, стойността на тока се стреми към нула.
Както вече знаем, функцията на кондензатора е да съхранява напрежение или напрежение. Това означава, че тъй като кондензаторът се зарежда, в тази точка има по -високо напрежение. Тъй като съпротивлението не променя стойността си, токът се стреми към нула. Накратко, след като се зареди кондензатор, той се държи като отворена верига или като превключвател, който предотвратява преминаването на ток, въпреки че в тази точка ще има напрежение или напрежение.
Изпускане на кондензатора
Нека сега представим обратния случай. В момента, в който превключвателят промени позицията си и кондензаторът бъде поставен последователно с резистор R2, кондензаторът ще започне да се разрежда. Защо? Е, защото съпротивлението R2 представлява консумацията на веригата и това съпротивление ще изисква да бъде захранено, когато веригата, в която е затворена. Това захранване ще се осигурява от кондензатора, като разрежда потенциалната разлика, която е съхранил.
Както при зареждането, изтеглянето не е незабавно, а постепенно. И както при зареждането, уравнението за оценка на времето на разреждане е същото. Това означава, че времето, необходимо за разреждане на кондензатора, зависи от съпротивлението на R2 и капацитета на кондензатора. По същия начин тук отново опресняваме уравнението:
t1 = 5 x R1 x C
Къде:
t2: е времето за зареждане. Единицата му е милисекунди (ms)
R2: е съпротивлението на натоварване. Единицата му е ома (Ω).
C: е капацитетът на кондензатора. Неговата единица е Farads (F)
Този тип верига може да контролира например времето, когато устройството е включено.
Кондензаторът като филтър
Друго от приложенията, за които кондензаторите се използват често, е като филтър. Това е възможно благодарение на характеристиката на постепенно зареждане и разреждане и това явление се използва за почистване на примесите от сигналите или електрическата вълна.
Ако вземем за пример началната верига, но в този случай с захранване с променлив ток. Кондензаторът ще започне да се зарежда, докато достигне максималния си капацитет за съхранение, тогава потокът от ток ще спре и натоварването ще започне да се захранва от напрежението, което съществува в кондензатора. Веднага щом кондензаторът започне да се разрежда, захранването продължава да презарежда кондензатора, без да чака да се разреди напълно.
Това може да бъде визуално по -лесно за разбиране:
Както се вижда, вълната на променливото захранване е синусоидална и благодарение на свойството на кондензатора е възможно да се коригира вълната в директно захранване. Това е много полезно за захранвания, използвани например от компютри. Много устройства не могат да работят с променлив ток, но с постоянен ток и тогава захранванията влизат като посредник. Разбира се, тези захранвания имат много повече компоненти за постигане на тази цел.
Видове кондензатори
Кондензаторите или кондензаторите могат да имат различни класификации. След това ще започнем с класифицирането на кондензаторите според техния тип диелектрик:
Поради диелектрика си
Кондензаторите се класифицират според диелектрика, който имат. Има така наречените електролитни кондензатори, те са тези, които имат полярност, тоест имат положителен извод или "крак" и отрицателен извод. Ако те са свързани с обърната полярност, кондензаторът ще се повреди.
Тези електролитни кондензатори, за разлика от други кондензатори е, че те използват проводима йонна течност. Тази течност е химически разтвор, който обикновено се състои от борна киселина или натриев борат с захари от етилен гликол. Тази течност влиза като заместител на една от проводимите плочи или листове на кондензатора.
За разлика от електролитните кондензатори, кондензаторите, чийто диелектрик е въздух, керамика, хартия или други, нямат зададена полярност. Освен това те имат две плочи вътре и без вътрешна течност.
И двата типа кондензатори имат своите приложения, така че не беше възможно да се заменят кондензаторите помежду си, въпреки че имат различни диелектрици.
В обобщение, има кондензатори:
- Електролитичен
- Керамика
- От хартия
- От въздуха
- Променлив кондензатор
Фиксиран или променлив
Подобно на резисторите, има кондензатори с фиксиран капацитет, а също и кондензатори, чийто капацитет може да се променя. Това се постига чрез регулиране на пролуката между техните плочи с помощта на копче, като потенциометър или променлив резистор.
Според своята форма
Кондензаторите могат да променят дизайна си, съществуващите дискови, перлени и тръбни кондензатори, както е показано по -долу съответно.
Код на кондензатори
Има някои кондензатори, които показват стойността на капацитета си чрез цветна таблица, много подобна на тази, използвана от резисторите.
Цветен код
Първият цвят показва стойността на първата, втората тази на втората фигура, третият е показателят, който се увеличава до 10, тоест 10 ще бъде повишен до числото, което представлява третият цвят. Четвъртият цвят показва процента на вариация, тоест може да бъде например с 10% повече или 10% до стойността, която показва капацитета. И накрая, петият цвят показва напрежението или напрежението на зареждане. Всички тези кондензатори имат пикофаради на единица.
Стойността на цветовете идва в търговска таблица, която е следната:
Японски код
Има друг тип код за идентифициране на капацитета на кондензатор е вид код, наречен японски код или код 101. Този код се състои от три числа, които се виждат на кондензатора.
Първите две цифри образуват число, което трябва да се умножи по 10, повишено до третото число, запазвайки пикофарада като единица. Например:
Този кондензатор има по код числата 104. Така че начинът за изчисляване на капацитета на този кондензатор е:
X 10 104 = 100000 pF = 0,1 uF
Буквено -цифров код
Има и друг код за идентифициране на материала и капацитета на кондензатор, който използва комбинацията от букви и цифри. Има много начини за представяне на този код, който комбинира цифри и букви и те са толкова разнообразни, че не си струва да ги изучавате, затова се препоръчва вместо това да се консултирате с листа с данни на производителя.
Кондензатори последователно и паралелно
Подобно на резисторите, положението на кондензаторите последователно или паралелно генерира поведение в общия капацитет. Нека започнем да разглеждаме явлението, което се случва, когато кондензаторите са последователни.
Серийни кондензатори
Когато кондензаторите са последователни, капацитетът на всеки кондензатор действа както следва:
Уравнението възниква:
Vt = V1 + V2
когато:
Vt: общо напрежение
V1: напрежение на първия кондензатор
V2: напрежение на втория кондензатор
Нека се върнем към уравнението, за да изчислим капацитета на кондензатора:
C=q/V
когато:
q = е зарядът, който всяка плоча съхранява. Неговата единица е Coulomb (C)
V = е напрежението, напрежението или потенциалната разлика между двата листа или проводника на кондензаторите. Единицата му е волта (V)
И че беше възможно да се изчисти V по следния начин:
V=q/C
Сега, ако заменим всеки V от всеки кондензатор във веригата с предишния израз, получаваме това;
1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3 ... 1 / Cn
Паралелни кондензатори
В този случай, тъй като кондензаторите са паралелни, напрежението, което всеки кондензатор получава е същото като това на захранването, така че трябва:
Vt = V1 = V2 = V3 ... Vn
където
Vt: е общото напрежение или напрежението на източника
V1: Напрежение на първия кондензатор
V2. Второ напрежение на кондензатора
V3: Напрежение на третия кондензатор
Отново, ако се върнем към израза, който ни позволява да оценим стойността на напрежението според натоварването и стойността на капацитета:
V=q/C
И продължаваме да заменяме всеки V на всеки кондензатор на веригата с предишния израз, получаваме, че:
C = C1 + C2 + C3 ... + Cn
Използване на кондензатор
Кондензаторът е един от най -основните компоненти на електрониката. Почти невъзможно е днес да се спомене устройство, което не изисква кондензатори в своя дизайн. След това ще споменем някои от най -често срещаните приложения, където се намира кондензаторът.
- Батерии и спомени: Благодарение на капацитета за съхранение е възможно да се поставят няколко кондензатора паралелно, за да се увеличи капацитетът на зареждане.
- филтри: Те са широко използвани в електрическите мрежи, тъй като могат да премахнат вълните и шума от мрежата или в обратния случай, така че хармониците, генерирани от вътрешните електрически мрежи, се филтрират, преди да се върнат в мрежата. В телекомуникациите капацитетът му за филтриране се използва широко за установяване на честотни ленти, а също и за намаляване или премахване на смущенията.
- Източници на захранване: Постепенното му зареждане и разреждане позволява коригиране на вълните, което е от съществено значение за захранванията за трансформиране на променливите токове в постоянни токове, тъй като повечето електронни устройства работят вътрешно с постоянен ток, но електрическите услуги работят с променлив ток. Ето защо източниците на захранване са необходими за работата на оборудването, а сред компонентите, които го съставят, кондензаторът играе незаменима роля.
- Адаптери за импеданс: Кондензаторите могат да разреждат и зареждат енергия за практически незначителни периоди от време и това позволява съпротивлението да резонира заедно с други компоненти, така че две вериги с различни импеданси могат да бъдат свързани или да работят заедно.
Това обаче са само някои от малкото му употреби, които можем да споменем. Кондензаторите имат приложения в електрониката, големите електрически мрежи, телекомуникациите и други. От нашите компютри, мобилни телефони, хладилници, цифрови часовници, телевизори и много други изобретения, те имат кондензатори вътре като съществена част от комплекта, който формира и дава живот на устройства или оборудване.
Заключения
Приложенията, които електрониката има днес, са толкова важни в ежедневието ни, че е практически немислимо да оцелееш в свят, в който вече не съществува. И този огромен свят на напредналите технологии започва в най -скромните си основи, както и всеки компонент, който е част от електрониката.
Това е случаят с кондензатора, компонент, изработен от много прости материали, което го прави един от основните компоненти на електрониката, но благодарение на поведението му е невъзможно да не се намери във всички съществуващи електронни устройства .
Без съмнение напредъкът на електрониката е основен двигател, който е проправил пътя за напредъка на технологиите в различни дисциплини. И въпреки че кондензаторът сам по себе си не е много полезен, когато се комбинира с други компоненти, сложно оборудване като напр RAM карти с памет, компютри, роботи, дронове, мобилни телефони, servidores и много повече.