Elektroonika maailm on olnud hüppelauaks, mis vajas tehnoloogia käivitamist. Ja see hüppelaud koosneb väikestest osadest nagu kondensaator. Sellest uudishimulikust postitusest saate üksikasjalikult teada, mis on elektriline kondensaator ?, erinevaid funktsioone, mida sellega rakendatakse, ja selle suurt tähtsust erinevates valdkondades.
Kondensaator
Kondensaatori uurimise alustamiseks selgitame kõigepealt mis on kondensaator. See on passiivne elektriline komponent, see tähendab, et see ei tooda iseseisvalt elektrit, mis on võimeline elektrilaengut salvestama ja hiljem vabastama. Leiad ta kui kondensaator või kondensaator. Laeng, mida see sees hoiab, on potentsiaal- või pingeerinevus.
Doonorite loo lugu tekib 1745. aastal, kui sakslane Ewald Georg von Kleist mõistis, et elektrilaengut on võimalik salvestada. See tekkis õnnetuse tagajärjel, kui ta ühendas kaabli abil elektrostaatilise generaatori veekogusega, mis oli klaaskannu või pudeli sees. Kui ta eemaldas kaabli ja pani käe selle peale.
Ei möödunud aastatki, kui Hollandi füüsik Pieter van Musschenbroek leiutas samade omadustega kondensaatori. Mälestuseks ülikoolist, kus ta töötas, nimetas ta seda kondensaatorit "Leydeni pudeliks".
Kuidas kondensaator töötab?
Nüüd vaatame kuidas kondensaator töötab y milleks on kondensaator. Elektrilaengu talletamiseks kasutatakse kahte juhtivat materjali, näiteks tantaalist lehte, mis on eraldatud mõne dielektrilise materjaliga, näiteks õhuga.
Enne jätkamist on oluline mitte segi ajada dielektrikut täielikult isoleeriva materjaliga. See tähendab, et kõik dielektrikud on isolaatorid, kuid see ei muuda kõiki isolaatoreid tingimata dielektrilisteks. Dielektrilistel materjalidel on võime suure elektrilaengu korral juhtivaks muutuda ja dielektriline tugevus puruneda. Mõned neist materjalidest võivad muu hulgas olla: keraamika, paber, vaha, klaas, õli. Täielikult isoleerivad materjalid on need, mis sõltumata sellest, kui palju elektrit laetakse, ei ole see juht, näiteks kummist.
Nüüd laetakse kondensaatori sees olevad plaadid, mida toidetakse toiteallikaga, elektriliselt laetud võrdsetes osades, kuid erinevate märkidega. See tähendab, et üks laeng on positiivne (+ q) ja teine laeng on sama suur, kuid negatiivse laenguga (-q), nende võrdsete laengute, kuid erinevate märkide korral nimetatakse potentsiaali või pinge erinevust.
Üldiselt kasutatakse kondensaatorites dielektrilise materjalina õhku, paberit, tantaali, alumiiniumi ja keraamikat, samuti kasutatakse mõnes kondensaatoris teatud plastikut.
Kondensaatori või kondensaatori mälumaht arvutatakse Faradi ühikutes. Vahemik, kus leidub enamik elektrilisi kondensaatoreid, on piko (pF) kuni mikro (uF) Farad. Kondensaatori võimsuse arvutamise võrrand on järgmine:
C=q/V
Kui:
q = laeng, mille iga plaat salvestab. Selle ühik on Coulomb (C)
V = on pinge, pinge või potentsiaalide erinevus kondensaatori kahe lehe või juhi vahel. Selle ühik on volt (V)
Selle valemi rakendamisel annaksime koormuse 1 ja pinge 1 väärtused 1 Farad. Kuid see on vaid näide, kuna sellise võimsusega kondensaatorit pole olemas, sest see oleks uskumatult suur. Idee saamiseks kataks see 1000 m ruumi2.
Kui me tahame teada pinget, mida kondensaator suudab laengu ja kondensaatori Faradide abil salvestada, siis saame eelmise võrrandi pinge lahendada järgmiselt:
V = q/C
Kondensaatori laadimine ja tühjendamine
Kondensaatori üks omadusi on see, et selle tühjenemine on progresseeruv ja mitte kohene. Kondensaatoril on tühjenemisaeg. See omadus võimaldab kondensaatoril kasutada elektriahelas muid rakendusi, näiteks taimerid ja filtrid.
Kui kondensaator on täielikult laetud, laseb see pingel üle minna. Kui toide on lahti ühendatud, hakkab kondensaator järk -järgult vabastama pinget koormuse või pinget tarbiva elemendi suunas.
Üldjuhul eelneb kondensaatorile kondensaatori kaitseks alati takisti. Isegi kui kondensaatoril on väike sisetakistus, on see tühine ja kui kondensaatori kaitsmise eest ei hoolitseta, võib see kahjustuda ja isegi plahvatada.
Kondensaatori laadimine
Selleks, et lihtsalt selgitada kondensaatori käitumist laadimisel, kasutame selle illustreerimiseks enim kasutatud näidet:
Vaatleme vooluahelat, kus on toiteallikas, näiteks aku, takisti nimega R1, mis vastutab kondensaatorini jõudva voolu juhtimise eest, et seda kaitsta. Samuti lüliti, mis võimaldab kondensaatoril laadida või tühjeneda, ja lõpuks takisti nimega R2, mis kujutab endast voolu tarbivat seadet.
Esiteks näeme, kuidas lüliti on paigutatud nii, et kondensaator on toiteallika ja takistusega jadamisi, muide, peame rõhutama, et seda takistust nimetatakse koormustakistuseks.
Praegu laaditakse kondensaatorit tänu laadimistakistile kontrollitult. See takisti ja kondensaatori kombinatsioon võimaldab teil seadistada taimerid, mida me varem mainisime. See on tingitud asjaolust, et takistus takistab voolu vaba läbimist, seega võtab vool vooluahela läbimiseks kauem aega, nii et siis läheb see läbi kondensaatori, laadimine võtab aega.
Kondensaatori laadimiseks kuluvat aega saab arvutada järgmise võrrandi abil:
t1 = 5 x R1 x C
Kus:
t1: on laadimisaeg. Selle ühik on millisekundid (mina)
R1: on koormustakistus. Selle ühik on oomi (Ω).
C: on kondensaatori mahtuvus. Selle ühik on Farads (F)
See võrrand võimaldab meil kinnitada, et mida suurem on koormustakistus ja / või suurem kondensaatori mahtuvus, seda pikem on laadimisaeg. Mida saab kontrollida järgmiselt graafikult.
Võiksite mõelda, mis juhtuks, kui me ei seadistaks koormustakisti. Teoreetiliselt laeb kondensaator kohe. Kuid nagu me varem mainisime, pole see soovitatav, kuna kondensaatorid saavad vastu võtta vaid väikese voolu. Kui meenutame Ohmi seadust, näeme järgmist:
I=V/R
Kui:
I: on vool. Selle ühik on amprit (A)
V: on pinge. Selle ühik on volt (V)
V: see on vastupanu. Selle ühik on oom (Ω)
Kui takistus kipub olema 0 või sellega võrdne, tähendaks see, et vool oleks praktiliselt lõpmatu või vähemalt väga suur. Kondensaator suudab toita ainult madalamast voolust. Lühidalt öeldes, kui ühtegi tüüpi koormustakisti ei asetata, ei pruugi kondensaator seda voolu taluda ja see põleb läbi.
Oletame nüüd, et kondensaator on juba laetud, mis siis saab? Läheme tagasi Ohmi seaduse juurde, kuna pinge tõuseb ja kuna takistuse väärtust hoitakse, kipub voolu väärtus nulli.
Nagu me juba teame, on kondensaatori ülesanne salvestada pinge või pinge. See tähendab, et kui kondensaator laeb, on sellel hetkel kõrgem pinge. Kuna takistus ei muuda oma väärtust, kipub vool nulli. Lühidalt, kui kondensaator on laetud, käitub see nagu avatud ahel või lüliti, mis takistab voolu läbimist, kuigi sellel hetkel on pinge või pinge.
Kondensaatori tühjendus
Esitame nüüd vastupidise juhtumi. Hetkel, mil lüliti asendit muudab ja kondensaator paigutatakse takisti R2 järjestikku, hakkab kondensaator tühjenema. Miks? Noh, kuna takistus R2 tähistab vooluahela tarbimist ja see takistus tuleb tarnida, kui ahel, milles see on suletud. Selle toite tagab kondensaator, mis tühjendab selle salvestatud potentsiaalse erinevuse.
Nagu laadimise puhul, ei laadita alla kohe, vaid järk -järgult. Ja nagu laadimise puhul, on tühjenemisaja hindamise võrrand sama. See tähendab, et kondensaatori tühjendamiseks kuluv aeg sõltub R2 takistusest ja kondensaatori mahtuvusest. Samuti värskendame siin võrrandit uuesti:
t1 = 5 x R1 x C
Kus:
t2: on laadimisaeg. Selle ühik on millisekundid (ms)
R2: on koormustakistus. Selle ühik on oomi (Ω).
C: on kondensaatori mahtuvus. Selle ühik on Farads (F)
Seda tüüpi vooluahel võib juhtida näiteks seadme sisselülitamise aega.
Kondensaator filtrina
Teine rakendus, mille jaoks kondensaatoreid sageli kasutatakse, on filter. See on võimalik tänu oma laadimis- ja tühjendusomadustele järk -järgult ning seda nähtust kasutatakse lisandite puhastamiseks signaalidest või elektrilainetest.
Kui võtame näitena esialgse ahela, kuid sel juhul vahelduvvoolu toiteallikaga. Kondensaator hakkab laadima, kuni see saavutab maksimaalse salvestusmahu, siis vooluhulk peatub ja koormust hakkab toitma kondensaatoris olev pinge. Niipea kui kondensaator hakkab tühjenema, hakkab toiteallikas kondensaatorit uuesti laadima, ootamata selle täielikku tühjenemist.
Seda saab visuaalselt hõlpsamini mõista:
Nagu näha, on vahelduvvooluallika laine sinusoidaalne ja tänu kondensaatori omadusele on võimalik laine alalisvoolus korrigeerida. See on väga kasulik näiteks arvutite kasutatavate toiteallikate puhul. Paljud seadmed ei saa töötada vahelduvvooluga, vaid alalisvooluga ja see on siis, kui toiteallikad sisenevad vahendajaks. Loomulikult on neil toiteallikatel selle eesmärgi saavutamiseks palju rohkem komponente.
Kondensaatorite tüübid
Kondensaatoritel või kondensaatoritel võib olla erinev klassifikatsioon. Järgmisena liigitame kondensaatorid nende dielektrikuliigi järgi:
Dielektrilisuse tõttu
Kondensaatorid klassifitseeritakse vastavalt nende dielektrikule. On olemas nn elektrolüütkondensaatorid, need on need, millel on polaarsus, see tähendab, et neil on positiivne klemm või "jalg" ja negatiivne klemm. Kui need on ühendatud vastupidise polaarsusega, on kondensaator kahjustatud.
Need elektrolüütkondensaatorid, erinevalt teistest kondensaatoritest, kasutavad juhtivat ioonvedelikku. See vedelik on keemiline lahus, mis koosneb tavaliselt boorhappest või naatriumboraadist koos etüleenglükoolsuhkrutega. See vedelik siseneb kondensaatori ühe juhtiva plaadi või lehe asendajana.
Erinevalt elektrolüütkondensaatoritest ei ole kondensaatoritel, mille dielektriks on õhk, keraamika, paber või muu, määratud polaarsus. Lisaks on neil kaks plaati sees ja sisemist vedelikku pole.
Mõlemat tüüpi kondensaatoritel on oma rakendused, seega ei ole olnud võimalik kondensaatoreid üksteisega asendada, kuigi neil on erinevad dielektrikud.
Kokkuvõttes on kondensaatorid:
- Elektrolüütiline
- Keraamika
- Paberist
- Õhust
- Muutuv kondensaator
Fikseeritud või muutuv
Sarnaselt takistitele on ka kindla võimsusega kondensaatoreid ja ka kondensaatoreid, mille võimsust saab muuta. See saavutatakse nende plaatide vahelise vahe reguleerimisega nupu abil, näiteks potentsiomeetri või muutuva takisti abil.
Selle kuju järgi
Kondensaatorid võivad oma konstruktsiooni, olemasolevaid ketta-, pärl- ja torukondensaatoreid varieerida, nagu allpool näidatud.
Kondensaatorite kood
On kondensaatoreid, mis näitavad oma võimsuse väärtust värvilise tabeli abil, mis on väga sarnane takistite kasutatavatele.
Värvikood
Esimene värv näitab esimese väärtust, teine teise joonise väärtust, kolmas on astendaja, mis tõstab 10 -ni, st 10 tõstetakse numbrini, mida kolmas värv tähistab. Neljas värv näitab variatsiooni protsenti, see tähendab, et see võib olla näiteks 10% rohkem või 10% võimsust tähistava väärtuse suhtes. Lõpuks viies värv näitab laadimispinget või pinget. Kõigil neil kondensaatoritel on pikofarad ühiku kohta.
Värvide väärtus on saadaval järgmises tabelis:
Jaapani kood
Kondensaatori mahtuvuse tuvastamiseks on teist tüüpi kood, mida nimetatakse Jaapani koodiks või koodiks 101. See kood koosneb kolmest numbrist, mis on kondensaatoril nähtavad.
Esimesed kaks numbrit moodustavad arvu, mis tuleb korrutada kolmanda numbriks tõstetud 10 -ga, hoides pikofaradi ühikuna. Näiteks:
Sellel kondensaatoril on koodi järgi numbrid 104. Seega on selle kondensaatori võimsuse arvutamise viis järgmine:
10 X 104 = 100000 0,1 pF = XNUMX uF
Tähtnumbriline kood
Kondensaatori materjali ja võimsuse tuvastamiseks on veel üks kood, mis kasutab tähtede ja numbrite kombinatsiooni. Selle koodi esitamiseks on mitmeid viise, mis ühendavad numbreid ja tähti ning need on nii mitmekesised, et tegelikult ei tasu neid õppida, seega on soovitatav hoopis tutvuda tootja andmelehega.
Kondensaatorid järjestikku ja paralleelselt
Nagu takistid, tekitab kondensaatorite asend järjestikku või paralleelselt kogumahtuvuse käitumise. Hakkame vaatama nähtust, mis juhtub siis, kui kondensaatorid on jadas.
Seeria kondensaatorid
Kui kondensaatorid on järjestikku, toimib iga kondensaatori võimsus järgmiselt:
Võrrand tekib:
Vt = V1 + V2
Kui:
Vt: kogupinge
V1: esimese kondensaatori pinge
V2: teise kondensaatori pinge
Kondensaatori võimsuse arvutamiseks läheme tagasi võrrandi juurde:
C=q/V
Kui:
q = laeng, mille iga plaat salvestab. Selle ühik on Coulomb (C)
V = on pinge, pinge või potentsiaalide erinevus kondensaatori kahe lehe või juhi vahel. Selle ühik on volt (V)
Ja et V oli võimalik kustutada järgmisel viisil:
V = q/C
Kui nüüd asendada ahela iga kondensaatori iga V eelmise avaldisega, saame selle;
1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3… 1 / Cn
Paralleelsed kondensaatorid
Sel juhul, kuna kondensaatorid on paralleelsed, on iga kondensaatori pinge sama, mis toiteallikal, seega peame:
Vt = V1 = V2 = V3… Vn
Kus
Vt: on kogu- või allikapinge
V1: esimese kondensaatori pinge
V2. Teine kondensaatori pinge
V3: kolmanda kondensaatori pinge
Jällegi, kui pöördume tagasi avaldise juurde, mis võimaldab meil hinnata pinge väärtust vastavalt koormusele ja võimsuse väärtusele:
V = q/C
Ja jätkame ahela iga kondensaatori iga V asendamist eelmise avaldisega, saame järgmise:
C = C1 + C2 + C3… + Cn
Kondensaator kasutab
Kondensaator on elektroonika üks põhilisi komponente. Tänapäeval on peaaegu võimatu mainida seadet, mille disain ei vaja kondensaatoreid. Järgnevalt mainime mõningaid levinumaid rakendusi, kus kondensaator on leitud.
- Patareid ja mälestused: Tänu mälumahule on võimalik laadimisvõimsuse suurendamiseks paigutada paralleelselt mitu kondensaatorit.
- Filtrid: Neid kasutatakse laialdaselt elektrivõrkudes, kuna need võivad kõrvaldada võrgust tuleneva lainetuse ja müra või vastupidi, nii et sisemiste elektrivõrkude tekitatud harmoonilised filtreeritakse enne võrku naasmist. Telekommunikatsioonis kasutatakse selle filtreerimisvõimet laialdaselt sagedusribade loomiseks ja ka häirete vähendamiseks või kõrvaldamiseks.
- Toiteallikad: Selle järkjärguline laadimis- ja tühjenemiskäitumine võimaldab laineparandust, mis on toiteallikates hädavajalik, et muuta vahelduvvool alalisvooluks, kuna enamik elektroonikaseadmeid töötab sisemiselt alalisvooluga, kuid elektriteenus töötab vahelduvvooluga. Seepärast on seadmete tööks vajalikud toiteallikad ja seda moodustavate komponentide hulgas on kondensaatoril asendamatu roll.
- Impedantsi adapterid: Kondensaatorid võivad energiat tühjendada ja laadida praktiliselt ebaolulise ajavahemiku jooksul ning see võimaldab takistusel resoneeruda koos teiste komponentidega, nii et kahte erineva takistusega vooluahelat saab ühendada või koos töötada.
Kuid need on vaid mõned selle vähestest kasutusviisidest, mida võime mainida. Kondensaatoritel on rakendusi elektroonikas, suurtes elektrivõrkudes, telekommunikatsioonis jm. Meie arvutitest, mobiiltelefonidest, külmikutest, digitaalsetest kelladest, televiisoritest ja paljudest muudest leiutistest on nende sees kondensaatorid, mis on komplekti oluline osa, mis moodustab ja annab elule seadmeid või seadmeid.
Järeldused
Elektroonika tänapäeval kasutatavad rakendused on meie igapäevaelus nii olulised, et maailmas, kus seda enam pole, on praktiliselt võimatu ellu jääda. Ja see tohutu arenenud tehnoloogia maailm saab alguse kõige tagasihoidlikumatest alustest, nagu ka iga elektroonika osa.
See kehtib väga lihtsatest materjalidest valmistatud kondensaatori puhul, mis teeb sellest ühe elektroonika põhikomponendi, kuid tänu oma käitumisele on võimatu, et seda ei leidu kõigis olemasolevates elektroonikaseadmetes .
Kahtlemata on elektroonika edenemine olnud põhiline tõukejõud, mis on sillutanud teed tehnoloogiate edendamisele erinevates valdkondades. Ja kuigi kondensaator iseenesest ei ole teiste komponentidega kombineerituna eriti kasulik, pakuvad sellised keerukad seadmed nagu RAM mälukaardid, arvutid, robotid, droonid, mobiiltelefonid, serverid ja palju muud.