Svijet elektronike bio je odskočna daska za razvoj tehnologije. I ova odskočna daska sastoji se od malih dijelova poput kondenzatora. U ovom zanimljivom postu detaljno ćete naučiti što je električni kondenzator ?, različite funkcije koje se primjenjuju s njim i njegov veliki značaj u različitim područjima.
Kondenzator
Za početak proučavanja kondenzatora prvo ćemo objasniti šta je kondenzator To je pasivna električna komponenta, odnosno ne proizvodi samostalno električnu energiju, sposobna je pohraniti električni naboj i kasnije ga osloboditi. Možete ga pronaći kao kondenzator ili kondenzator. Naboj koji održava unutra je potencijal ili razlika napona.
Priča o broju donatora javlja se 1745. godine kada je Nijemac Ewald Georg von Kleist shvatio da je moguće pohraniti električni naboj. To je nastalo nesrećom kada je pomoću kabela spojio elektrostatički generator na količinu vode koja se nalazila u staklenom vrču ili boci. Kad je izvadio kabel i stavio ruku na njega.
Nije prošlo godinu dana kada je holandski fizičar Pieter van Musschenbroek izumio kondenzator sa istim karakteristikama. U spomen na univerzitet na kojem je radio, nazvao je ovaj kondenzator "Leydenova boca".
Kako radi kondenzator?
Sada da vidimo kako radi kondenzator y čemu služi kondenzator. Način na koji uspijeva pohraniti električni naboj je pomoću dva lista napravljena od vodljivog materijala, poput tantala, koji su odvojeni nekim dielektričnim materijalom, na primjer zrakom.
Prije nastavka važno je ne miješati dielektrik s potpuno izolacijskim materijalom. Odnosno, svi dielektričari su izolatori, ali to ne mora nužno učiniti sve izolatore dielektričnim. Dielektrični materijali imaju sposobnost da postanu provodljivi kada su izloženi velikom električnom naboju i razbiju dielektričnu čvrstoću. Neki od ovih materijala mogu biti: keramika, papir, vosak, staklo, ulje, između ostalog. Potpuno izolacijski materijali su oni koji, bez obzira na količinu električnog naboja, to neće biti vodič, primjer je guma.
Sada će se ploče unutar kondenzatora, napajane izvorom napajanja, električno napuniti u jednakim dijelovima, ali s različitim predznacima. To znači da će jedan naboj biti pozitivan (+ q), a drugi će imati istu veličinu, ali s negativnim nabojem (-q), pri tim jednakim nabojima, ali različitim znakovima, što se naziva razlika u potencijalu ili naponu.
Općenito, u kondenzatorima se kao dielektrični materijal koriste zrak, papir, tantal, aluminij i keramika, a u nekim se kondenzatorima koristi i određena plastika.
Skladišni kapacitet koji ima kondenzator ili kondenzator izračunava se u Faradsovoj jedinici. Raspon u kojem se nalazi većina električnih kondenzatora je od pico (pF) do micro (uF) Farada. Jednačina za izračunavanje kapaciteta kondenzatora je:
C=q/V
Gde:
q = je naboj koji svaka ploča pohranjuje. Njegova jedinica je Coulomb (C)
V = je napon, napon ili razlika potencijala između dva lista ili vodiča kondenzatora. Njegova jedinica je volti (V)
Primjenom ove formule, ako pretpostavimo vrijednosti za opterećenje 1 i za napon 1, dobili bismo 1 Farad. Međutim, ovo je samo primjer, jer kondenzator ovog kapaciteta ne postoji jer bi bio nevjerojatno velik. Da biste dobili ideju, obuhvatio bi prostor od 1000 m2.
Sada, ako želimo znati napon koji kondenzator može pohraniti znajući naboj i farade kondenzatora, tada možemo riješiti napon iz prethodne jednadžbe koja glasi:
V=q/C
Punjenje i pražnjenje kondenzatora
Jedna od karakteristika kondenzatora je da je njegovo pražnjenje progresivno, a ne neposredno. Kondenzator ima vremenski period pražnjenja. Ovo svojstvo omogućuje kondenzatoru druge primjene, poput mjerača vremena i filtera u električnom krugu.
Kad je kondenzator potpuno napunjen, to je kada dopušta prolazak napona. Kad se napajanje isključi, kondenzator počinje postupno ispuštati napon prema opterećenju ili elementu koji troši napon.
Općenito, iz razloga zaštite kondenzatora kondenzatoru uvijek prethodi otpornik. Čak i kad kondenzator ima mali unutarnji otpor, on je zanemariv, a ako se ne vodi računa o zaštiti kondenzatora, može se oštetiti, pa čak i eksplodirati.
Punjenje kondenzatora
Kako bismo jednostavno objasnili ponašanje kondenzatora pri punjenju, upotrijebit ćemo najkorišteniji primjer za ilustraciju:
Razmotrimo krug u kojem postoji izvor napajanja kao što je baterija, otpornik imena R1 koji je odgovoran za kontrolu prolaska struje koja će doprijeti do kondenzatora kako bi ga zaštitio. Također, prekidač koji omogućuje punjenje ili pražnjenje kondenzatora i na kraju otpornik zvan R2 koji će predstavljati uređaj koji troši struju.
Na prvom mjestu vidimo kako je sklopka raspoređena tako da je kondenzator u nizu s napajanjem i otporom, usput, moramo naglasiti da se taj otpor naziva otpor opterećenja.
U ovom trenutku kondenzator se kontrolirano puni zahvaljujući otporniku za punjenje. Ova kombinacija otpornika i kondenzatora omogućuje vam postavljanje mjerača vremena koje smo ranije spomenuli. To je zbog činjenice da otpor sprječava slobodan prolaz struje, pa je struji potrebno duže vrijeme da putuje kroz krug, tako da tada prolazi kroz kondenzator, potrebno je neko vrijeme za punjenje.
Vrijeme potrebno za punjenje kondenzatora može se izračunati pomoću sljedeće jednadžbe:
t1 = 5 x R1 x C
Gde:
t1: je vrijeme punjenja. Njegova jedinica je milisekunde (ja)
R1: je otpornost na opterećenje. Njegova jedinica je ohm (Ω).
C: je kapacitet kondenzatora. Njegova jedinica je Farads (F)
Ova nam jednadžba omogućuje da potvrdimo da što je veći otpor opterećenja i / ili veći kapacitet kondenzatora, to je duže vrijeme punjenja. Što se može provjeriti na sljedećem grafikonu.
Možda se pitate što bi se dogodilo ako ne postavimo otpornik opterećenja. Teoretski bi se kondenzator napunio odmah. No, kao što smo ranije spomenuli, to se ne preporučuje jer kondenzatori mogu primiti samo malu struju. Sjetimo li se Ohmovog zakona, možemo vidjeti sljedeće:
I=V/R
Gde:
I: je struja. Njegova jedinica je Amperi (A)
V: je napon. Njegova jedinica je volti (V)
O: To je otpor. Njegova jedinica je ohm (Ω)
Ako otpor teži ili je jednak 0, to bi značilo da bi struja bila praktično beskonačna ili barem vrlo velika. Kondenzator može podržati samo napajanje iz niže struje. Ukratko, ako se ne postavi otpornik opterećenja, moguće je da kondenzator ne može izdržati tu struju i izgorjeti.
Pretpostavimo da se kondenzator već napunio, pa što se događa? Vratimo se Ohmovom zakonu, kako napon raste, a kako se vrijednost otpora održava, trenutna vrijednost teži nuli.
Kao što već znamo, funkcija kondenzatora je pohranjivanje napona ili napona. To znači da dok se kondenzator puni, u tom trenutku postoji veći napon. Budući da otpor ne mijenja svoju vrijednost, struja teži nuli. Ukratko, kad se kondenzator napuni, ponaša se kao otvoreni krug ili kao prekidač koji sprječava prolaz struje, iako će u tom trenutku postojati napon ili napon.
Pražnjenje kondenzatora
Sada predstavimo obrnuti slučaj. Onog trenutka kada prekidač promijeni položaj i kondenzator se postavi u niz s otpornikom R2, kondenzator će se početi prazniti. Zašto? Pa, zato što otpor R2 predstavlja potrošnju kruga, a taj otpor će se zahtijevati da se napaja kada je krug u kojem je zatvoren. Ovo napajanje osigurat će kondenzator ispuštajući razliku potencijala koju je pohranio.
Kao i kod utovara, istovar nije trenutni, već postupno. Kao i kod punjenja, jednadžba za procjenu vremena pražnjenja je ista. To znači da vrijeme potrebno za pražnjenje kondenzatora ovisi o otporu R2 i kapacitetu kondenzatora. Slično, ovdje ponovo osvježavamo jednadžbu:
t1 = 5 x R1 x C
Gde:
t2: je vrijeme punjenja. Njegova jedinica je milisekunde (ms)
R2: je otpornost na opterećenje. Njegova jedinica je ohm (Ω).
C: je kapacitet kondenzatora. Njegova jedinica je Farads (F)
Ova vrsta kola može kontrolirati, na primjer, vrijeme uključivanja uređaja.
Kondenzator kao filter
Druga aplikacija za koju se kondenzatori često koriste je kao filter. To je moguće zahvaljujući svojstvu postupnog punjenja i pražnjenja, a ovaj fenomen se koristi za čišćenje nečistoća iz signala ili električnog vala.
Uzmimo li početni krug kao primjer, ali u ovom slučaju s napajanjem izmjenične struje. Kondenzator će se početi puniti sve dok ne dostigne svoj najveći skladišni kapacitet, tada će protok struje prestati i opterećenje će se početi napajati naponom koji postoji u kondenzatoru. Čim se kondenzator počne prazniti, napajanje nastavlja puniti kondenzator bez čekanja da se potpuno isprazni.
Ovo se vizualno može lakše razumjeti:
Kao što vidite, val izmjeničnog napajanja je sinusoidan i zahvaljujući svojstvu kondenzatora moguće je ispraviti val u izravnom napajanju. Ovo je vrlo korisno za napajanja koja koriste, na primjer, računari. Mnogi uređaji ne mogu raditi s izmjeničnom strujom, već s istosmjernom strujom i tada napajanja ulaze kao posrednici. Naravno, ova napajanja imaju mnogo više komponenti za postizanje ovog cilja.
Vrste kondenzatora
Kondenzatori ili kondenzatori mogu imati različite klasifikacije. Zatim ćemo početi klasificiranjem kondenzatora prema njihovoj vrsti dielektrika:
Zbog svog dielektrika
Kondenzatori se klasificiraju prema dielektriku koji imaju. Postoje takozvani elektrolitički kondenzatori, oni su oni koji imaju polaritet, odnosno imaju pozitivan ili "krak" i negativni terminal. Ako su spojeni s obrnutim polaritetom, kondenzator će se oštetiti.
Ovi elektrolitski kondenzatori, za razliku od drugih kondenzatora su po tome što koriste vodljivu ionsku tekućinu. Ova tečnost je hemijski rastvor, koji se obično sastoji od borne kiseline ili natrijum borata sa šećerima etilen glikola. Ova tekućina ulazi kao zamjena za jednu od provodnih ploča ili ploča kondenzatora.
Za razliku od elektrolitičkih kondenzatora, kondenzatori čiji je dielektrik zrak, keramika, papir ili drugi, nemaju postavljeni polaritet. Osim toga, unutra imaju dvije ploče i nemaju unutrašnju tekućinu.
Obje vrste kondenzatora imaju svoju primjenu, pa nije bilo moguće zamijeniti kondenzatore međusobno iako imaju različite dielektrike.
Ukratko, postoje kondenzatori:
- Elektrolitički
- Keramika
- Od papira
- Vazduha
- Promenljivi kondenzator
Fiksno ili promenljivo
Kao i otpornici, postoje kondenzatori fiksnog kapaciteta, ali i kondenzatori čiji se kapacitet može mijenjati. To se postiže podešavanjem razmaka između njihovih ploča pomoću dugmeta, poput potenciometra ili promjenjivog otpornika.
Prema svom obliku
Kondenzatori mogu varirati svoj dizajn, postojeći disk, biserni i cjevasti kondenzatori, kako je dolje prikazano.
Kod kondenzatora
Postoje neki kondenzatori koji pokazuju svoju vrijednost pomoću tablice boja, vrlo slične onoj koju koriste otpornici.
Kôd boje
Prva boja označava vrijednost prve, druga vrijednost druge figure, treća je eksponent koji se podiže na 10, odnosno 10 će biti podignuto na broj koji predstavlja treća boja. Četvrta boja označava postotak varijacije, odnosno može biti, na primjer, 10% više ili 10% na vrijednost koja označava kapacitet. Na kraju, peta boja označava napon punjenja ili napon. Svi ovi kondenzatori imaju pikofarad po jedinici.
Vrijednost boja dolazi u komercijalnoj tablici koja je sljedeća:
Japanski kod
Postoji još jedna vrsta koda za identifikaciju kapacitivnosti kondenzatora je vrsta koda koja se naziva japanski kod ili kod 101. Ovaj kod se sastoji od tri broja koja su vidljiva na kondenzatoru.
Prve dvije znamenke tvore broj koji se mora pomnožiti s 10 povisen na treći broj, zadržavajući pikofarad kao jedinicu. Na primjer:
Ovaj kondenzator ima šifru brojeva 104. Dakle, način izračunavanja kapaciteta ovog kondenzatora je:
10 X 104 = 100000 pF = 0,1 uF
Alfanumerički kod
Postoji još jedan kod za identifikaciju materijala i kapaciteta kondenzatora, koji koristi kombinaciju slova i brojeva. Postoji mnogo načina za predstavljanje ovog koda koji kombiniraju brojeve i slova, a toliko su različiti da ih zapravo nije vrijedno učiti, pa se umjesto toga preporučuje da se obratite proizvođačevoj podatkovnoj tablici.
Kondenzatori u nizu i paralelno
Kao i otpornici, položaj kondenzatora u nizu ili paralelno generira ponašanje u ukupnom kapacitetu. Počnimo promatrati fenomen koji se događa kada su kondenzatori u nizu.
Kondenzatori u seriji
Kad su kondenzatori u nizu, kapacitet svakog kondenzatora djeluje na sljedeći način:
Jednačina nastaje:
Vt = V1 + V2
Gde:
Vt: ukupni napon
V1: napon prvog kondenzatora
V2: napon drugog kondenzatora
Vratimo se jednadžbi za izračun kapaciteta kondenzatora:
C=q/V
Gde:
q = je naboj koji svaka ploča pohranjuje. Njegova jedinica je Coulomb (C)
V = je napon, napon ili razlika potencijala između dva lista ili vodiča kondenzatora. Njegova jedinica je volti (V)
I da je bilo moguće očistiti V na sljedeći način:
V=q/C
Sada, ako zamijenimo svaki V svakog kondenzatora u krugu prethodnim izrazom, dobivamo to;
1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3… 1 / Cn
Paralelni kondenzatori
U ovom slučaju, budući da su kondenzatori paralelni, napon koji svaki kondenzator prima jednak je naponu napajanja, pa moramo:
Vt = V1 = V2 = V3 ... Vn
Gde
Vt: je ukupni ili izvorni napon
V1: Napon prvog kondenzatora
V2. Napon drugog kondenzatora
V3: Napon trećeg kondenzatora
Opet, ako se vratimo na izraz koji nam omogućava da procijenimo vrijednost napona prema opterećenju i vrijednosti kapaciteta:
V=q/C
I nastavljamo sa zamjenom svakog V svakog kondenzatora u krugu prethodnim izrazom, dobivamo da:
C = C1 + C2 + C3 ... + Cn
Upotreba kondenzatora
Kondenzator je jedna od najosnovnijih komponenti elektronike. Gotovo je nemoguće danas spomenuti uređaj koji u svom dizajnu ne zahtijeva kondenzatore. Zatim ćemo spomenuti neke od najčešćih aplikacija u kojima se nalazi kondenzator.
- Baterije i uspomene: Zahvaljujući svom skladišnom kapacitetu, moguće je postaviti nekoliko kondenzatora paralelno kako bi se povećao kapacitet punjenja.
- Filteri: Široko se koriste u električnim mrežama jer mogu ukloniti mreškanje i šum iz mreže, ili u obrnutom slučaju, tako da se harmonici koje stvaraju interne električne mreže filtriraju prije povratka u mrežu. U telekomunikacijama se njegov kapacitet filtriranja široko koristi za uspostavljanje frekvencijskih opsega, a također i za smanjenje ili uklanjanje smetnji.
- Izvori napajanja: Njegovo postupno ponašanje pri punjenju i pražnjenju omogućuje ispravljanje valova, što je bitno za napajanje za pretvaranje izmjenične struje u istosmjernu, budući da većina elektroničkih uređaja radi interno s istosmjernom strujom, ali električne usluge rade s izmjeničnom strujom. Zato su izvori napajanja neophodni za rad opreme, a među komponentama koje je čine kondenzator ima nezamjenjivu ulogu.
- Adapteri impedanse: Kondenzatori se mogu prazniti i puniti energiju u praktički zanemarivim vremenskim razdobljima, što omogućuje otpornost da rezonira zajedno s drugim komponentama, tako da se dva kruga s različitim impedancijama mogu spojiti ili raditi zajedno.
Međutim, ovo su samo neke od nekoliko njegovih upotreba koje možemo spomenuti. Kondenzatori imaju primjenu u elektronici, velikim električnim mrežama, telekomunikacijama i drugima. Od naših računara, mobilnih telefona, frižidera, digitalnih satova, televizora i mnogih drugih izuma, oni imaju kondenzatore u sebi kao bitan dio seta koji formira i daje život uređajima ili opremi.
ZAKLJUČCI
Primjene koje elektronika danas ima toliko su važne u našem svakodnevnom životu da je praktično nemoguće preživjeti u svijetu u kojem više ne postoji. I ovaj ogromni svijet napredne tehnologije počinje u svojim najskromnijim temeljima, kao i svaka komponenta koja je dio elektronike.
Ovo je slučaj kondenzatora, komponente izrađene od vrlo jednostavnih materijala, što ga čini jednom od osnovnih komponenti elektronike, ali zahvaljujući svom ponašanju nemoguće je da se ne nađe u svim postojećim elektroničkim uređajima .
Bez sumnje, napredak elektronike bio je temeljni pokretač koji je otvorio put napretku tehnologija u različitim disciplinama. Iako kondenzator sam po sebi nije jako koristan u kombinaciji s drugim komponentama, sofisticirana oprema kao što je RAM memorijske kartice, računari, roboti, dronovi, mobilni telefoni, serveri i još mnogo toga.