Svijet elektronike bio je odskočna daska koju je tehnologija trebala potaknuti. I ova odskočna daska sastoji se od malih dijelova poput kondenzatora. U ovom znatiželjnom postu detaljno ćete naučiti što je električni kondenzator ?, različite funkcije koje se primjenjuju s njim i njegovu veliku važnost u različitim područjima.
Kondenzator
Za početak proučavanja kondenzatora prvo ćemo objasniti što 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 volumen vode koji se nalazio unutar staklenog vrča ili boce. Kad je izvadio kabel i stavio ruku na njega.
Nije prošlo godinu dana kada je nizozemski fizičar Pieter van Musschenbroek izumio kondenzator s istim karakteristikama. U spomen na sveučilište 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 izrađena 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. To jest, svi dielektričari su izolatori, ali to ne čini nužno sve izolatore dielektričnim. Dielektrični materijali imaju sposobnost postati vodljivi kada su izloženi velikom električnom naboju i razbiti dielektričnu čvrstoću. Neki od ovih materijala mogu biti: keramika, papir, vosak, staklo, ulje, između ostalog. Potpuno izolacijski materijali su oni koji, bez obzira na to koliko je električni naboj izložen, 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 potencijala ili napona.
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. Jednadžba za izračun kapaciteta kondenzatora je:
C=q/V
gdje je:
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)
Primjenjujući ovu formulu, ako pretpostavimo vrijednosti za opterećenje 1 i za napon 1, to bi nam dalo 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 Farads kondenzatora, tada možemo riješiti napon iz prethodne jednadžbe:
V=q/C
Punjenje i pražnjenje kondenzatora
Jedna od karakteristika kondenzatora je da je njegovo pražnjenje progresivno, a ne neposredno. Kondenzator ima vrijeme 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 zaštitila. 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 putovanje 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
gdje je:
t1: je vrijeme punjenja. Njegova jedinica je milisekunde (ja)
R1: je otpor opterećenja. 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 odmah napunio. 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
gdje je:
I: je struja. Njegova jedinica je amper (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. U konačnici, ako se ne postavi vrsta otpornika opterećenja, kondenzator možda neće moći izdržati tu struju i izgorjet će.
Pretpostavimo da se kondenzator već napunio, pa što se događa? Vratimo se Ohmovom zakonu, kako napon raste, a budući da 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, jednom kad se kondenzator napuni, ponaša se poput otvorenog kruga ili sklopke koja sprječava prolaz struje, iako će u tom trenutku postojati napon ili napon.
Pražnjenje kondenzatora
Sada predstavimo obrnuti slučaj. U trenutku kada prekidač promijeni položaj i kondenzator se postavi u niz s otpornikom R2, kondenzator će se početi prazniti. Zašto? Pa, jer otpor R2 predstavlja potrošnju kruga, a taj otpor će se zahtijevati da se napaja kada je krug u kojem je zatvoren. Opskrbu će osigurati kondenzator ispuštajući razliku potencijala koju je pohranio.
Kao i kod učitavanja, preuzimanje nije trenutno, 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 opet osvježavamo jednadžbu:
t1 = 5 x R1 x C
gdje je:
t2: je vrijeme punjenja. Njegova jedinica je milisekunde (ms)
R2: je otpor opterećenja. Njegova jedinica je ohm (Ω).
C: je kapacitet kondenzatora. Njegova jedinica je Farads (F)
Ova vrsta kruga mogla bi kontrolirati, na primjer, vrijeme uključivanja uređaja.
Kondenzator kao filter
Još jedna od aplikacija za koje se kondenzatori često koriste je filter. To je moguće zahvaljujući svojstvu postupnog punjenja i pražnjenja, a ta se pojava koristi za čišćenje nečistoća iz signala ili električnog vala.
Uzmimo li kao primjer početni krug, ali u ovom slučaju s napajanjem izmjeničnom strujom. Kondenzator će se početi puniti sve dok ne dosegne 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, računala. 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 pozitivni terminal ili "nogu" i negativni terminal. Ako su spojeni s obrnutim polaritetom, kondenzator će se oštetiti.
Ovi elektrolitski kondenzatori, za razliku od drugih kondenzatora, su da koriste vodljivu ionsku tekućinu. Ova tekućina je kemijska otopina koja se obično sastoji od borne kiseline ili natrijevog borata s etilen glikol šećerima. Ova tekućina ulazi kao zamjena za jednu od vodljivih ploča ili ploča kondenzatora.
Za razliku od elektrolitskih kondenzatora, kondenzatori čiji je dielektrik zrak, keramika, papir ili drugi nemaju uspostavljeni polaritet. Osim toga, unutra imaju dvije ploče i nemaju unutarnju tekućinu.
Obje vrste kondenzatora imaju svoju primjenu, pa nije bilo moguće međusobno zamijeniti kondenzatore iako imaju različite dielektrike.
Ukratko, postoje kondenzatori:
- Elektrolitički
- Keramika
- Od papira
- Zraka
- Promjenjivi kondenzator
Fiksno ili promjenjivo
Kao i otpornici, postoje kondenzatori fiksnog kapaciteta, ali i kondenzatori čiji se kapacitet može mijenjati. To se postiže podešavanjem razmaka između njihovih ploča pomoću gumba, poput potenciometra ili promjenjivog otpornika.
Prema svom obliku
Kondenzatori mogu mijenjati svoj dizajn, postojeći diskovni, biserni i cjevasti kondenzatori, kako je dolje prikazano.
Kod kondenzatora
Postoje neki kondenzatori koji svoju vrijednost kapaciteta pokazuju 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 se povisiti 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 ili napon punjenja. Svi ti 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 sastoji se od tri broja koja su vidljiva na kondenzatoru.
Prve dvije znamenke tvore broj koji se mora pomnožiti s 10 povišen 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 brojki. Postoji mnogo, mnogo načina za predstavljanje ovog koda koji kombinira brojeve i slova, a toliko su raznoliki da ih zapravo nije vrijedno učiti, pa se umjesto toga preporučuje da se posavjetujete s podatkovnom tablicom proizvođača.
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
gdje je:
Vt: ukupni napon
V1: napon prvog kondenzatora
V2: napon drugog kondenzatora
Vratimo se jednadžbi za izračun kapaciteta kondenzatora:
C=q/V
gdje je:
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
gdje
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 omogućuje procjenu vrijednosti 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
Koristi kondenzator
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 suprotnom slučaju, tako da se harmonici koje stvaraju unutarnje električne mreže filtriraju prije povratka u mrežu. U telekomunikacijama se njegov kapacitet filtriranja naširoko koristi za uspostavljanje frekvencijskih opsega, ali 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 električna usluga radi s izmjeničnom strujom. Zato su izvori napajanja neophodni za rad opreme, a među komponentama koje je čine kondenzator ima nezamjenjivu ulogu.
- Adapteri impedancije: kondenzatori se mogu prazniti i puniti energiju u praktički zanemarivim vremenskim razdobljima, a to 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 računala, mobitela, hladnjaka, digitalnih satova, televizora i mnogih drugih izuma, u sebi imaju kondenzatore kao bitan dio skupa koji tvori i daje život uređajima ili opremi.
Zaključci
Primjene koje elektronika danas ima toliko su važne u našem svakodnevnom životu da je praktički 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 je zahvaljujući svom ponašanju nemoguće da ga nema u svim postojećim elektroničkim uređajima .
Nesumnjivo je da je napredak elektronike 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 npr RAM memorijske kartice, računala, roboti, dronovi, mobiteli, poslužitelji i još mnogo toga.