Elektronikens verden har været springbrættet for, at teknologien skulle drives frem. Og dette springbræt består af små dele som kondensatoren. I dette nysgerrige indlæg lærer du detaljeret Hvad er en elektrisk kondensator ?, De forskellige funktioner, der anvendes med den, og dens store betydning på forskellige områder.
Kondensator
For at starte studiet af kondensatoren vil vi først forklare hvad er en kondensator. Det er en passiv elektrisk komponent, det vil sige, at den ikke genererer elektricitet alene, i stand til at lagre en elektrisk ladning og frigive den senere. Du kan finde ham som kondensator eller kondensator. Den ladning, den opretholder indeni, er en potential- eller spændingsforskel.
Historien om donortællingen opstår i år 1745, da tyskeren Ewald Georg von Kleist indså, at opbevaring af en elektrisk ladning var mulig. Dette opstod som følge af en ulykke, da han tilsluttede en elektrostatisk generator til en mængde vand, der var inde i en glasbeholder eller flaske ved hjælp af et kabel. Da han fjernede kablet og lagde hånden på det.
Der gik ikke et år, da den hollandske fysiker Pieter van Musschenbroek opfandt en kondensator med de samme egenskaber. Til minde om universitetet, hvor han arbejdede, kaldte han denne kondensator "Leyden -flasken".
Hvordan fungerer en kondensator?
Lad os nu se hvordan en kondensator fungerer y hvad er en kondensator til. Den måde, hvorpå den formår at lagre den elektriske ladning, er ved at bruge to ark fremstillet af ledende materiale, såsom tantal, som er adskilt af noget dielektrisk materiale, for eksempel luft.
Inden vi fortsætter, er det vigtigt ikke at forveksle et dielektrikum med et fuldt isolerende materiale. Det vil sige, at alle dielektrikere er isolatorer, men dette gør ikke nødvendigvis alle isolatorer dielektriske. Dielektriske materialer har evnen til at blive ledende, når de udsættes for en stor elektrisk ladning og bryder dielektrisk styrke. Nogle af disse materialer kan være: keramik, papir, voks, glas, olie, blandt andre. Fuldt isolerende materialer er dem, der, uanset hvor meget elektrisk ladning der udsættes, ikke vil være en leder, et eksempel er gummi.
Nu vil pladerne inde i kondensatoren, der får en strømkilde, blive ladet elektrisk i lige store dele, men med forskellige tegn. Det betyder, at en ladning vil være positiv (+ q), og den anden ladning vil have samme størrelse, men med en negativ ladning (-q), ved disse lige ladninger, men forskellige tegn er det, der kaldes forskellen i potentiale eller spænding.
Generelt bruges kondensatorer luft, papir, tantal, aluminium og keramik som dielektrisk materiale, også i nogle kondensatorer bruges visse plastmaterialer.
Lagerkapaciteten, som en kondensator eller kondensator har, beregnes i Farads -enheden. Det område, hvor de fleste elektriske kondensatorer findes, er fra pico (pF) til mikro (uF) Farads. Ligningen til beregning af en kondensators kapacitet er:
C = q/V
Hvor:
q = er den ladning, hver plade gemmer. Dens enhed er Coulomb (C)
V = er spændingen, spændingen eller potentialforskellen mellem kondensatorens to ark eller ledere. Dens enhed er volt (V)
Hvis vi anvender denne formel, hvis vi antager værdierne for belastning 1 og for spænding 1, ville det give os 1 Farad. Dette er dog kun et eksempel, da en kondensator af denne kapacitet ikke findes, fordi den ville være utrolig stor. For at få en idé ville den dække pladsen på 1000 m2.
Nu, hvis vi vil vide spændingen, som en kondensator kan lagre ved at kende ladningen og Farads for kondensatoren, så kan vi løse for spændingen fra den tidligere ligning:
V = q/C
Opladning og afladning af en kondensator
En af kendetegnene ved kondensatoren er, at dens afladning er progressiv og ikke umiddelbar. En kondensator har en afladningstid. Denne egenskab tillader kondensatoren at have andre applikationer såsom timere og filtre i et elektrisk kredsløb.
Når en kondensator er fuldt opladet, er det når den lader spændingen passere. Når strømforsyningen er afbrudt, begynder kondensatoren gradvist at frigive spændingen mod belastningen eller det element, der forbruger spændingen.
Generelt er kondensatoren altid foran en modstand af hensyn til kondensatorbeskyttelse. Selv når en kondensator har en lille indre modstand, er den ubetydelig, og hvis der ikke tages omhu for at beskytte kondensatoren, kan den blive beskadiget og endda eksplodere.
Kondensator Opladning
For blot at forklare en kondensators adfærd ved opladning vil vi bruge det mest anvendte eksempel til at illustrere det:
Lad os overveje et kredsløb, hvor der er en strømkilde, f.eks. Et batteri, en modstand ved navn R1, der er ansvarlig for at kontrollere strømmen, der når kondensatoren for at beskytte den. Også en switch, der gør det muligt for kondensatoren at oplade eller aflade, og endelig en modstand kaldet R2, der repræsenterer den enhed, der forbruger strømmen.
For det første ser vi, hvordan kontakten er arrangeret, så kondensatoren er i serie med strømforsyningen og modstanden, i øvrigt må vi understrege, at denne modstand kaldes en belastningsmodstand.
I øjeblikket oplades kondensatoren kontrolleret takket være opladningsmodstanden. Denne kombination af modstand og kondensator giver dig mulighed for at indstille timerne, som vi nævnte tidligere. Dette skyldes det faktum, at modstanden forhindrer passage af strøm frit, så strømmen tager længere tid at rejse gennem kredsløbet, så det derefter passerer gennem kondensatoren, det tager et stykke tid at oplade.
Den tid, det tager for en kondensator at oplade, kan beregnes ved hjælp af følgende ligning:
t1 = 5 x R1 x C
hvor:
t1: er opladningstiden. Dens enhed er millisekunder (mig)
R1: er belastningsmodstanden. Dens enhed er ohm (Ω).
C: er kondensatorens kapacitans. Dens enhed er Farads (F)
Denne ligning giver os mulighed for at bekræfte, at jo højere belastningsmodstand og / eller jo større kapacitans en kondensator er, desto længere er opladningstiden. Som kan verificeres i den følgende graf.
Du undrer dig måske over, hvad der ville ske, hvis vi ikke satte belastningsmodstanden på. Teoretisk vil kondensatoren oplades med det samme. Men som vi nævnte tidligere, anbefales dette ikke, da kondensatorer kun kan modtage en lille strøm. Hvis vi husker Ohms lov, kan vi se, at:
I = V/R
Hvor:
I: er strømmen. Dens enhed er Amperes (A)
V: er spændingen. Dens enhed er volt (V)
A: det er modstand. Dens enhed er Ohm (Ω)
Hvis modstanden har en tendens eller er lig med 0, ville det betyde, at strømmen ville være praktisk talt uendelig eller i det mindste meget stor. Kondensatoren kan kun understøtte fodring fra en lavere strøm. Kort sagt, hvis der ikke er placeret en slags belastningsmodstand, kan kondensatoren muligvis ikke modstå denne strøm og vil brænde ud.
Lad os nu antage, at kondensatoren allerede er opladet, så hvad sker der? Lad os gå tilbage til Ohms lov, når spændingen stiger, og da værdien af modstanden opretholdes, har værdien af strømmen tendens til nul.
Som vi allerede ved, er kondensatorens funktion at lagre spænding eller spænding. Det betyder, at når kondensatoren oplades, er der en højere spænding på det tidspunkt. Da modstanden ikke ændrer sin værdi, har strømmen tendens til nul. Kort sagt, når en kondensator er opladet, opfører den sig som et åbent kredsløb eller som en kontakt, der forhindrer strømning, selvom der vil være spænding eller spænding på det tidspunkt.
Kondensatorudladning
Lad os nu præsentere det omvendte tilfælde. I det øjeblik kontakten ændrer position, og kondensatoren placeres i serie med modstand R2, begynder kondensatoren at aflade. Hvorfor? Nå, fordi modstanden R2 repræsenterer kredsløbets forbrug, og denne modstand vil kræve at blive leveret, når kredsløbet, hvor det er lukket. Denne forsyning leveres af kondensatoren og afleder den potentielle forskel, den har lagret.
Som med opladning er downloadet ikke øjeblikkeligt, men gradvist. Og som med opladning er ligningen til estimering af afladningstid den samme. Det betyder, at den tid det tager at aflade kondensatoren afhænger af modstanden for R2 og kondensatorens kapacitans. På samme måde opdaterer vi ligningen her igen:
t1 = 5 x R1 x C
hvor:
t2: er opladningstiden. Dens enhed er millisekunder (ms)
R2: er belastningsmodstanden. Dens enhed er ohm (Ω).
C: er kondensatorens kapacitans. Dens enhed er Farads (F)
Denne type kredsløb kan f.eks. Styre den tid, en enhed er tændt.
Kondensatoren som filter
En anden applikation, som kondensatorer ofte bruges til, er som et filter. Dette er muligt takket være dets karakteristik af gradvis opladning og afladning, og dette fænomen bruges til at rense urenheder fra signalerne eller den elektriske bølge.
Hvis vi tager det oprindelige kredsløb som et eksempel, men i dette tilfælde med en vekselstrøm. Kondensatoren begynder at oplade, indtil den når sin maksimale lagerkapacitet, derefter vil strømmen ophøre, og belastningen vil begynde at blive tilført af den spænding, der findes i kondensatoren. Så snart kondensatoren begynder at aflade, fortsætter strømforsyningen med at genoplade kondensatoren uden at vente på, at den aflades helt.
Dette kan være visuelt lettere at forstå:
Som du kan se, er den vekslende strømforsynings bølge sinusformet, og takket være kondensatorens egenskab er det muligt at rette op på bølgen i en direkte forsyning. Dette er meget nyttigt for strømforsyninger, der bruges af f.eks. Computere. Mange enheder kan ikke fungere med vekselstrøm, men med jævnstrøm, og det er, når strømforsyningerne kommer ind som mellemled. Disse strømforsyninger har naturligvis mange flere komponenter til at nå dette mål.
Typer af kondensatorer
Kondensatorer eller kondensatorer kan have forskellige klassifikationer. Dernæst begynder vi med at klassificere kondensatorer efter deres type dielektrikum:
På grund af dets dielektriske
Kondensatorer er klassificeret efter det dielektrikum, de har. Der er såkaldte elektrolytkondensatorer, det er dem, der har en polaritet, det vil sige, at de har en positiv terminal eller "ben" og en negativ terminal. Hvis de er forbundet med polariteten omvendt, vil kondensatoren blive beskadiget.
Disse elektrolytkondensatorer er, i modsætning til andre kondensatorer, at de bruger en ledende ionisk væske. Denne væske er en kemisk opløsning, som sædvanligvis består af borsyre eller natriumborat med ethylenglycolsukker. Denne væske kommer ind som en erstatning for en af kondensatorens ledende plader eller plader.
I modsætning til elektrolytiske kondensatorer har kondensatorer, hvis dielektrikum er luft, keramik, papir eller andre, ikke en indstillet polaritet. Derudover har de to plader indeni og ingen indre væske.
Begge typer kondensatorer har deres applikationer, så det har ikke været muligt at udskifte kondensatorerne med hinanden, selvom de har forskellige dielektrikke.
Kort sagt er der kondensatorer:
- Elektrolytisk
- Keramik
- Af papir
- Af luft
- Variabel kondensator
Fast eller variabel
Ligesom modstande er der kondensatorer med en fast kapacitet og også kondensatorer, hvis kapacitet kan varieres. Dette opnås ved at justere afstanden mellem deres plader ved hjælp af en knap, såsom et potentiometer eller en variabel modstand.
I henhold til dens form
Kondensatorerne kan variere deres design, eksisterende disk, perle og rørformede kondensatorer, som vist henholdsvis nedenfor.
Kondensatorer Kode
Der er nogle kondensatorer, der angiver deres kapacitetsværdi ved hjælp af en farvetabel, der meget ligner den, der bruges af modstande.
Farvekode
Den første farve angiver værdien af den første, den anden af den anden figur, den tredje er eksponenten, der stiger til 10, det vil sige, 10 vil blive hævet til det tal, som den tredje farve repræsenterer. Den fjerde farve angiver procentdelen af variation, det vil sige, at den for eksempel kan være 10% mere eller 10% til den værdi, der angiver kapaciteten. Endelig angiver den femte farve opladningsspændingen eller spændingen. Alle disse kondensatorer har picofarads pr. Enhed.
Værdien af farverne kommer i et kommercielt bord, der er følgende:
Japansk kode
Der er en anden type kode til at identificere en kondensators kapacitans er en type kode kaldet den japanske kode eller kode 101. Denne kode består af tre tal, der er synlige på kondensatoren.
De to første cifre danner et tal, der skal ganges med 10 hævet til det tredje tal, og beholde picofarad som en enhed. For eksempel:
Denne kondensator har ved kode tallene 104. Så måden at beregne kapaciteten på denne kondensator er:
10 X 104 = 100000 pF = 0,1 uF
Alfanumerisk kode
Der er en anden kode til at identificere materialet og kapaciteten af en kondensator, som bruger kombinationen af bogstaver og tal. Der er mange måder at præsentere denne kode, der kombinerer tal og bogstaver, og de er så varierede, at det ikke rigtig er værd at lære dem, så det anbefales i stedet at konsultere producentens datablad.
Kondensatorer i serie og parallelt
Ligesom modstandene genererer kondensatorernes position i serie eller parallelt en adfærd i den samlede kapacitans. Lad os begynde at se på det fænomen, der sker, når kondensatorer er i serie.
Kondensatorer i serier
Når kondensatorer er i serie, fungerer hver kondensators kapacitet som følger:
Ligningen opstår:
Vt = V1 + V2
Hvor:
Vt: total spænding
V1: spænding på den første kondensator
V2: spænding på den anden kondensator
Lad os gå tilbage til ligningen for at beregne kondensatorens kapacitet:
C = q/V
Hvor:
q = er den ladning, hver plade gemmer. Dens enhed er Coulomb (C)
V = er spændingen, spændingen eller potentialforskellen mellem kondensatorens to ark eller ledere. Dens enhed er volt (V)
Og at det var muligt at rydde V på følgende måde:
V = q/C
Nu, hvis vi erstatter hver V i hver kondensator i kredsløbet med det foregående udtryk, får vi det;
1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3 ... 1 / Cn
Parallelle kondensatorer
I dette tilfælde, da kondensatorerne er parallelle, er spændingen, som hver kondensator modtager, den samme som for strømforsyningen, så vi skal:
Vt = V1 = V2 = V3 ... Vn
hvor
Vt: er total- eller kildespændingen
V1: Spænding af den første kondensator
V2. Anden kondensatorspænding
V3: Spænding af den tredje kondensator
Igen, hvis vi vender tilbage til udtrykket, der giver os mulighed for at estimere spændingsværdien i henhold til belastningen og kapacitetsværdien:
V = q/C
Og vi fortsætter med at udskifte hver V i hver kondensator i kredsløbet med det tidligere udtryk, vi opnår, at:
C = C1 + C2 + C3… + Cn
Kondensator bruger
Kondensatoren er en af de mest grundlæggende komponenter i elektronik. Det er næsten umuligt at nævne en enhed i dag, der ikke kræver kondensatorer i sit design. Dernæst vil vi nævne nogle af de mest almindelige applikationer, hvor kondensatoren findes.
- Batterier og minder: Takket være dets lagerkapacitet er det muligt at placere flere kondensatorer parallelt for at øge ladekapaciteten.
- filtre: De er meget udbredt i elektriske netværk, da de kan eliminere krusning og støj fra netværket eller i omvendt tilfælde, så de harmoniske genererede af de interne elektriske netværk filtreres, før de vender tilbage til netværket. I telekommunikation bruges dens filtreringskapacitet i vid udstrækning til at etablere frekvensbånd og også til at reducere eller eliminere interferens.
- Strømkilder: Dens gradvise opladnings- og afladningsadfærd tillader bølgerektifikation, hvilket er vigtigt i strømforsyninger at omdanne vekselstrømme til jævnstrømme, da de fleste elektroniske enheder arbejder internt med jævnstrøm, men elektrisk service fungerer med vekselstrøm. Derfor er strømkilder nødvendige for driften af udstyr, og blandt de komponenter, der udgør det, spiller kondensatoren en uerstattelig rolle.
- Impedansadaptere: Kondensatorer kan aflade og oplade energi i praktisk talt ubetydelige tidsperioder, og dette tillader resistivitet at resonere sammen med andre komponenter, så to kredsløb med forskellige impedanser kan kobles eller arbejdes sammen.
Dette er dog blot nogle få af dets få anvendelser, som vi kan nævne. Kondensatorer har applikationer inden for elektronik, store elektriske netværk, telekommunikation og andre. Fra vores computere, mobiltelefoner, køleskabe, digitale ure, fjernsyn og mange andre opfindelser har de kondensatorer i sig som en væsentlig del af det sæt, der danner og giver liv til enheder eller udstyr.
konklusioner
De applikationer, elektronik har i dag, er så vigtige i vores daglige liv, at det praktisk talt er umuligt at overleve i en verden, hvor den ikke længere eksisterer. Og denne enorme verden af avanceret teknologi begynder i sit mest ydmyge fundament, ligesom hver komponent, der er en del af elektronik.
Dette er tilfældet med kondensatoren, en komponent lavet af meget enkle materialer, hvilket gør den til en af de grundlæggende komponenter i elektronik, men det er takket være dens adfærd, at det er umuligt, at den ikke findes i alle de elektroniske enheder, der findes .
Utvivlsomt har udviklingen af elektronik været en grundlæggende driver, der har banet vejen for teknologiens fremskridt inden for forskellige discipliner. Og selvom kondensatoren i sig selv ikke er særlig nyttig, når den kombineres med andre komponenter, sofistikeret udstyr som f.eks RAM hukommelseskortcomputere, robotter, droner, mobiltelefoner, servere og meget mere.