Sähkökondensaattori: Mikä se on? Toiminnot, merkitys ja paljon muuta

Elektroniikan maailma on ollut ponnahduslauta, jonka avulla tekniikka oli ajettava. Ja tämä ponnahduslauta koostuu pienistä osista, kuten lauhduttimesta. Tässä uteliaassa viestissä opit yksityiskohtaisesti Mikä on sähköinen kondensaattori ?, sen eri toiminnot ja sen suuri merkitys eri alueilla.

Lauhdutin

Kondensaattorin tutkimuksen aloittamiseksi selitämme ensin mikä on kondensaattori. Se on passiivinen sähkökomponentti, eli se ei tuota sähköä itsestään, joka pystyy tallentamaan sähkövarauksen ja vapauttamaan sen myöhemmin. Voit löytää hänet nimellä kondensaattori tai kondensaattori. Lataus, jonka se ylläpitää sisällä, on potentiaali- tai jännite -ero.

Tarina luovuttajien laskusta syntyy vuonna 1745, jolloin saksalainen Ewald Georg von Kleist tajusi, että sähkövarauksen varastointi oli mahdollista. Tämä syntyi onnettomuuden seurauksena, kun hän liitti sähköstaattisen generaattorin vesimäärään, joka oli lasikannu tai -pullo kaapelin avulla. Kun hän irrotti kaapelin ja pani kätensä siihen.

Ei kulunut vuottakaan, kun hollantilainen fyysikko Pieter van Musschenbroek keksi kondensaattorin, jolla on samat ominaisuudet. Muistoksi yliopistosta, jossa hän työskenteli, hän kutsui tätä lauhdutinta "Leyden -pulloksi".

Kuinka kondensaattori toimii?

Katsotaan nyt miten kondensaattori toimii y mihin kondensaattori on tarkoitettu. Tapa, jolla se pystyy varastoimaan sähkövarauksen, on käyttää kahta johtavaa materiaalia, kuten tantaalia, valmistettua arkkia, jotka on erotettu eräällä dielektrisellä materiaalilla, esimerkiksi ilmalla.

Ennen kuin jatkat, on tärkeää olla sekoittamatta dielektristä täysin eristävää materiaalia. Toisin sanoen kaikki eristimet ovat eristimiä, mutta tämä ei välttämättä tee kaikista eristimistä dielektrisiä. Dielektrisillä materiaaleilla on kyky tulla johtaviksi, kun ne altistuvat suurelle sähkövaraukselle, ja rikkoa dielektrisen lujuuden. Jotkut näistä materiaaleista voivat olla: keraaminen, paperi, vaha, lasi, öljy, mm. Täysin eristäviä materiaaleja ovat ne, jotka riippumatta siitä, kuinka paljon sähkövarausta altistetaan, tämä ei ole johdin, esimerkki on kumi.

Nyt kondensaattorin sisällä olevat levyt, jotka syötetään virtalähteellä, ladataan sähköisesti yhtä suurina osina, mutta eri merkeillä. Tämä tarkoittaa, että yksi varaus on positiivinen (+ q) ja toinen varaus on samaa suuruusluokkaa, mutta negatiivinen varaus (-q), näillä yhtä suurilla varauksilla mutta eri merkeillä kutsutaan potentiaalin tai jännitteen eroa.

Yleensä kondensaattoreissa ilmaa, paperia, tantaalia, alumiinia ja keramiikkaa käytetään dielektrisenä materiaalina, ja joissakin kondensaattoreissa käytetään myös tiettyjä muoveja.

Kondensaattorin tai kondensaattorin tallennuskapasiteetti lasketaan Farads -yksikössä. Useimmat sähkökondensaattorit löytyvät pico (pF) - mikro (uF) Faradista. Yhtälö kondensaattorin kapasiteetin laskemiseksi on:

C=q/V

Missä:

q = on kunkin levyn varaus. Sen yksikkö on Coulomb (C)

V = on jännite, jännite tai potentiaaliero kondensaattorin kahden levyn tai johtimen välillä. Sen yksikkö on volttia (V)

Tätä kaavaa sovellettaessa, jos oletamme kuorman 1 ja jännitteen 1 arvot, se antaisi meille 1 Farad. Tämä on kuitenkin vain esimerkki, koska tämän kapasiteetin kondensaattoria ei ole olemassa, koska se olisi uskomattoman suuri. Idean saamiseksi se kattaisi 1000 metrin tilan².

Jos haluamme nyt tietää jännitteen, jonka kondensaattori voi tallentaa tietäen varauksen ja kondensaattorin Faradit, voimme ratkaista edellisen yhtälön jännitteen seuraavasti:

V = q / C.

Kondensaattorin lataaminen ja purkaminen

Yksi kondensaattorin ominaisuuksista on, että sen purkaus on progressiivista eikä välitöntä. Kondensaattorilla on purkausaika. Tämän ominaisuuden ansiosta kondensaattorilla voi olla muita sovelluksia, kuten ajastimia ja suodattimia sähköpiirissä.

Kun kondensaattori on ladattu täyteen, se antaa jännitteen kulkea. Kun virtalähde irrotetaan, kondensaattori alkaa vähitellen vapauttaa jännitettä kohti kuormaa tai jännitettä kuluttavaa elementtiä.

Yleensä kondensaattoria edeltää aina vastus kondensaattorin suojaussyistä. Vaikka kondensaattorin sisäinen vastus on pieni, se on vähäinen, ja jos kondensaattoria ei suojata huolellisesti, se voi vaurioitua ja jopa räjähtää.

Kondensaattorin lataus

Selittääksemme yksinkertaisesti kondensaattorin käyttäytymisen latauksen aikana, käytämme eniten käytettyä esimerkkiä sen kuvaamiseen:

Tarkastellaan piiriä, jossa on virtalähde, kuten akku, vastus nimeltä R1, joka on vastuussa kondensaattoriin saavuttavan virran ohjaamisesta sen suojelemiseksi. Myös kytkin, jonka avulla kondensaattori voi ladata tai purkaa, ja lopuksi vastus nimeltä R2, joka edustaa virtaa kuluttavaa laitetta.

Ensinnäkin näemme kuinka kytkin on järjestetty niin, että kondensaattori on sarjassa virtalähteen ja vastuksen kanssa, meidän on muuten korostettava, että tätä vastusta kutsutaan kuormitusresistanssiksi.

Tällä hetkellä kondensaattoria ladataan kontrolloidusti latausvastuksen ansiosta. Tämän vastuksen ja kondensaattorin yhdistelmän avulla voit asettaa aiemmin mainitsemamme ajastimet. Tämä johtuu siitä, että vastus estää virran kulun vapaasti, joten virran kulkeminen piirin läpi kestää kauemmin, joten sitten se kulkee kondensaattorin läpi, lataaminen kestää jonkin aikaa.

Kondensaattorin latausaika voidaan laskea seuraavan yhtälön avulla:

t1 = 5 x R1 x C

missä:

t1: on latausaika. Sen yksikkö on millisekuntia (minä)

R1: on kuormituksen kestävyys. Sen yksikkö on ohmia (Ω).

C: on kondensaattorin kapasitanssi. Sen yksikkö on Farads (F)

Tämän yhtälön avulla voimme vahvistaa, että mitä korkeampi kuormitusresistanssi ja / tai suurempi kondensaattorin kapasitanssi, sitä pidempi latausaika. Mikä voidaan tarkistaa seuraavasta kaaviosta.

Saatat ihmetellä, mitä tapahtuisi, jos emme laita kuormitusvastusta päälle. Teoriassa kondensaattori latautuu välittömästi. Mutta kuten aiemmin mainitsimme, tätä ei suositella, koska kondensaattorit voivat vastaanottaa vain pienen virran. Jos muistamme Ohmin lain, voimme nähdä, että:

I = V/R

Missä:

Minä: on nykyinen. Sen yksikkö on ampeeria (A)

V: on jännite. Sen yksikkö on volttia (V)

V: Se on vastarintaa. Sen yksikkö on ohmi (Ω)

Jos vastus on yleensä 0 tai yhtä suuri, tämä tarkoittaisi, että virta olisi käytännössä ääretön tai ainakin erittäin suuri. Kondensaattori voi tukea syöttöä vain pienemmästä virrasta. Lyhyesti sanottuna, jos mitään kuormitusvastusta ei aseteta, kondensaattori ei ehkä kestä tätä virtaa ja palaa.

Oletetaan nyt, että kondensaattori on jo ladannut, joten mitä tapahtuu? Palataan Ohmin lakiin, kun jännite nousee ja koska vastusarvo säilytetään, virran arvo on yleensä nolla.

Kuten jo tiedämme, kondensaattorin tehtävänä on tallentaa jännite tai jännite. Tämä tarkoittaa, että kun kondensaattori latautuu, siinä kohtaa on korkeampi jännite. Koska vastus ei muuta arvoaan, virta on yleensä nolla. Lyhyesti sanottuna, kun kondensaattori on ladattu, se käyttäytyy kuin avoin piiri tai kuin kytkin, joka estää virran kulun, vaikka siinä kohdassa on jännitettä tai jännitettä.

Lauhduttimen purkaus

Esitetään nyt käänteinen tapaus. Kun kytkin vaihtaa asentoa ja kondensaattori asetetaan sarjaan vastuksen R2 kanssa, kondensaattori alkaa purkautua. Miksi? No, koska vastus R2 edustaa piirin kulutusta, ja tämä vastus on toimitettava, kun piiri, jossa se on suljettu. Tämä syöttö toimitetaan kondensaattorista, joka purkaa sen tallentaman mahdollisen eron.

Latauksen tapaan lataus ei tapahdu heti, vaan asteittain. Ja kuten latauksen yhteydessä, yhtälö purkausajan arvioimiseksi on sama. Tämä tarkoittaa, että kondensaattorin purkamiseen kuluva aika riippuu R2: n vastuksesta ja kondensaattorin kapasitanssista. Samoin tässä päivitetään yhtälö uudelleen:

t1 = 5 x R1 x C

missä:

t2: on latausaika. Sen yksikkö on millisekuntia (ms)

R2: on kuormituksen kestävyys. Sen yksikkö on ohmia (Ω).

C: on lauhduttimen kapasitanssi. Sen yksikkö on Farads (F)

Tämäntyyppinen piiri voi ohjata esimerkiksi laitteen käynnistysaikaa.

Lauhdutin suodattimena

Toinen sovelluksista, joihin kondensaattoreita käytetään usein, on suodatin. Tämä on mahdollista sen ominaisuuden ansiosta, että se latautuu ja purkautuu asteittain, ja tätä ilmiötä käytetään epäpuhtauksien puhdistamiseen signaaleista tai sähköaallosta.

Jos otamme esimerkkinä alkuperäisen piirin, mutta tässä tapauksessa vaihtovirtalähteellä. Kondensaattori alkaa ladata, kunnes se saavuttaa suurimman tallennuskapasiteettinsa, sitten virran virtaus lakkaa ja kuormaa alkaa syöttää kondensaattorissa oleva jännite. Heti kun kondensaattori alkaa purkautua, virtalähde jatkaa kondensaattorin lataamista odottamatta sen purkautumista kokonaan.

Tämä voi olla visuaalisesti helpompi ymmärtää:

Kuten voidaan nähdä, vaihtovirtalähteen aalto on sinimuotoinen ja kondensaattorin ominaisuuden ansiosta on mahdollista korjata aalto suorassa syöttössä. Tämä on erittäin hyödyllistä esimerkiksi tietokoneiden käyttämille virtalähteille. Monet laitteet eivät voi toimia vaihtovirralla, mutta tasavirralla, jolloin virtalähteet tulevat välittäjiksi. Näissä virtalähteissä on tietysti paljon enemmän komponentteja tämän tavoitteen saavuttamiseksi.

 Kondensaattorityypit

Kondensaattoreilla tai kondensaattoreilla voi olla eri luokitukset. Seuraavaksi aloitamme luokittelemalla kondensaattorit niiden dielektrisen tyypin mukaan:

Sen dielektrisyyden takia

Kondensaattorit luokitellaan niiden dielektristen ominaisuuksien mukaan. On olemassa niin kutsuttuja elektrolyyttikondensaattoreita, ne ovat sellaisia, joilla on napaisuus, eli niillä on positiivinen napa tai "jalka" ja negatiivinen napa. Jos ne on kytketty napaisuus käänteisesti, kondensaattori vaurioituu.

Nämä elektrolyyttikondensaattorit, toisin kuin muut kondensaattorit, käyttävät johtavaa ionista nestettä. Tämä neste on kemiallinen liuos, joka koostuu tavallisesti boorihaposta tai natriumboraatista etyleeniglykolisokereiden kanssa. Tämä neste tulee korvaamaan yhden lauhduttimen johtavista levyistä tai levyistä.

Toisin kuin elektrolyyttikondensaattoreilla, kondensaattoreilla, joiden dielektrisyys on ilma, keraaminen, paperi tai muu, ei ole asetettua napaisuutta. Lisäksi niiden sisällä on kaksi levyä, eikä niissä ole sisäistä nestettä.

Molemmilla kondensaattorityypeillä on sovelluksensa, joten kondensaattoreita ei ole voitu korvata toisilla, vaikka niillä on erilaiset dielektriset ominaisuudet.

Lyhyesti sanottuna on kondensaattoreita:

• Elektrolyyttinen
• Keramiikka
• Paperia
• Ilmasta
• Muuttuva kondensaattori

Kiinteä tai muuttuva

Kuten vastukset, on olemassa kondensaattoreita, joilla on kiinteä kapasiteetti, ja myös kondensaattoreita, joiden kapasiteettia voidaan muuttaa. Tämä saavutetaan säätämällä levyjen välistä rakoa nupilla, kuten potentiometrillä tai muuttuvalla vastuksella.

Sen muodon mukaan

Lauhduttimet voivat vaihdella rakenteeltaan, olemassa olevat levy-, helmi- ja putkimaiset lauhduttimet, kuten alla on esitetty.

Kondensaattorikoodi

Jotkut kondensaattorit osoittavat kapasiteettiarvonsa väritaulukon avulla, joka on hyvin samanlainen kuin vastuksen käyttämä.

Värikoodi

Ensimmäinen väri osoittaa ensimmäisen arvon, toinen toisen kuvan arvon, kolmas on eksponentti, joka korottaa 10: een, eli 10 korotetaan numeroon, jota kolmas väri edustaa. Neljäs väri osoittaa vaihtelun prosenttiosuuden, eli se voi olla esimerkiksi 10% enemmän tai 10% kapasiteettia osoittavaan arvoon. Lopuksi viides väri osoittaa latausjännitteen tai -jännitteen. Kaikissa näissä kondensaattoreissa on pikofaradia yksikköä kohti.

Värien arvo on kaupallisessa taulukossa, joka on seuraava:

Japanilainen koodi

Kondensaattorin kapasitanssin tunnistamiseksi on toinen koodityyppi, jota kutsutaan japanilaiseksi koodiksi tai koodiksi 101. Tämä koodi koostuu kolmesta kondensaattorissa näkyvästä numerosta.

Kaksi ensimmäistä numeroa muodostavat luvun, joka on kerrottava 10: llä korotettuna kolmanneksi numeroksi, jolloin picofarad pysyy yhtenä. Esimerkiksi:

Tällä kondensaattorilla on koodinumerot 104. Joten tapa laskea tämän kondensaattorin kapasiteetti on:

10 X 10⁴ = 100000 0,1 pF = XNUMX uF

Aakkosnumeerinen koodi

On toinen koodi kondensaattorin materiaalin ja kapasiteetin tunnistamiseksi, joka käyttää kirjainten ja numeroiden yhdistelmää. Tämän koodin esittämiseen on monia tapoja, jotka yhdistävät numerot ja kirjaimet, ja ne ovat niin erilaisia, että niitä ei todellakaan kannata oppia, joten on suositeltavaa tutustua valmistajan tietolomakkeeseen.

Kondensaattorit sarjaan ja rinnakkain

Kuten vastukset, kondensaattoreiden sijainti sarjassa tai rinnakkain tuottaa käyttäytymisen kokonaiskapasitanssissa. Aloitetaan tarkastella ilmiötä, joka tapahtuu, kun kondensaattorit ovat sarjassa.

Kondensaattorit sarjassa

Kun kondensaattorit ovat sarjassa, kunkin kondensaattorin kapasiteetti toimii seuraavasti:

Yhtälö syntyy:

Vt = V1 + V2

Missä:

Vt: kokonaisjännite

V1: ensimmäisen kondensaattorin jännite

V2: toisen kondensaattorin jännite

Palataan yhtälöön kondensaattorin kapasiteetin laskemiseksi:

C=q/V

Missä:

q = on kunkin levyn varaus. Sen yksikkö on Coulomb (C)

V = on jännite, jännite tai potentiaaliero kondensaattorin kahden levyn tai johtimen välillä. Sen yksikkö on volttia (V)

Ja että oli mahdollista tyhjentää V seuraavalla tavalla:

V = q / C.

Jos nyt korvataan piirin jokaisen kondensaattorin jokainen V edellisellä lausekkeella, saamme sen;

1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3… 1 / Cn

Rinnakkaiskondensaattorit

Tässä tapauksessa, koska kondensaattorit ovat rinnakkain, kunkin kondensaattorin vastaanottama jännite on yhtä suuri kuin virtalähteen jännite, joten sen on:

Vt = V1 = V2 = V3… Vn

jossa

Vt: on kokonais- tai lähdejännite

V1: Ensimmäisen kondensaattorin jännite

V2. Toinen kondensaattorin jännite

V3: Kolmannen kondensaattorin jännite

Jälleen, jos palaamme lausekkeeseen, jonka avulla voimme arvioida jännitearvon kuorman ja kapasiteetin mukaan:

V = q / C.

Ja jatkamme piirin jokaisen kondensaattorin jokaisen V: n korvaamista edellisellä lausekkeella, saamme sen:

C = C1 + C2 + C3… + Cn

Lauhduttimen käyttö

Kondensaattori on yksi elektroniikan peruskomponenteista. Nykyään on lähes mahdotonta mainita laitetta, joka ei vaadi kondensaattoreita suunnittelussaan. Seuraavaksi mainitsemme joitain yleisimpiä sovelluksia, joissa kondensaattori löytyy.

• Akut ja muistit: Tallennuskapasiteetin ansiosta latauskapasiteetin lisäämiseksi on mahdollista sijoittaa useita kondensaattoreita rinnakkain.
• suodattimet: Niitä käytetään laajalti sähköverkoissa, koska ne voivat poistaa verkon aaltoja ja kohinaa tai päinvastoin, niin että sisäisten sähköverkkojen tuottamat harmoniset suodatetaan ennen kuin ne palaavat verkkoon. Televiestinnässä sen suodatuskapasiteettia käytetään laajalti taajuusalueiden muodostamiseen ja myös häiriöiden vähentämiseen tai poistamiseen.
• Virtalähteet: Sen asteittainen lataus- ja purkauskäyttäytyminen mahdollistaa aaltojen oikaisemisen, mikä on välttämätöntä virtalähteissä muuntaa vaihtovirrat tasavirroiksi, koska useimmat elektroniset laitteet toimivat sisäisesti tasavirralla, mutta sähköpalvelu toimii vaihtovirralla. Siksi virtalähteet ovat välttämättömiä laitteiden toiminnalle, ja sen muodostavien komponenttien joukossa kondensaattorilla on korvaamaton rooli.
• Impedanssisovittimet: Kondensaattorit voivat purkaa ja ladata energiaa käytännöllisesti katsoen vähäisessä ajassa, ja tämä mahdollistaa resistiivisyyden resonoida yhdessä muiden komponenttien kanssa siten, että kaksi piiriä, joilla on eri impedanssi, voidaan kytkeä tai työskennellä yhdessä.

Nämä ovat kuitenkin vain muutamia niistä harvoista käyttötarkoituksista, jotka voimme mainita. Kondensaattoreilla on sovelluksia elektroniikassa, suurissa sähköverkoissa, televiestinnässä ja muissa. Tietokoneistamme, matkapuhelimistamme, jääkaappeistamme, digitaalisista kelloistamme, televisioistamme ja monista muista keksinnöistä löytyy kondensaattoreita, jotka ovat olennainen osa laitetta tai laitetta ja muodostaa sen.

Päätelmät

Elektroniikan nykyiset sovellukset ovat niin tärkeitä jokapäiväisessä elämässämme, että on käytännössä mahdotonta selviytyä maailmassa, jossa sitä ei enää ole. Ja tämä edistyneen teknologian valtava maailma alkaa vaatimattomimmista perustoistaan, samoin kuin jokainen elektroniikan osa.

Tämä koskee kondensaattoria, joka on erittäin yksinkertaisista materiaaleista valmistettu komponentti, joka tekee siitä yhden elektroniikan peruskomponenteista, mutta sen käyttäytymisen ansiosta on mahdotonta, että sitä ei löydy kaikista olemassa olevista elektronisista laitteista .

Epäilemättä elektroniikan kehittyminen on ollut keskeinen veturi, joka on avannut tietä tekniikan kehittymiselle eri tieteenaloilla. Ja vaikka lauhdutin itsessään ei ole kovin hyödyllinen yhdistettynä muihin komponentteihin, kehittyneet laitteet, kuten RAM -muistikortit, tietokoneet, robotit, droonit, matkapuhelimet, palvelimet y mucho más.