Az elektronika világa volt az ugródeszka ahhoz, hogy a technológiát meg kell mozgatni. Ez az ugródeszka olyan apró alkatrészekből áll, mint a kondenzátor. Ebben a kíváncsi bejegyzésben részletesen megtudhatja, hogy mi az elektromos kondenzátor ?, A különböző funkciókat, amelyeket vele alkalmaznak, és nagy jelentőségét a különböző területeken.
Kondenzátor
A kondenzátor tanulmányozásának megkezdéséhez először elmagyarázzuk mi az a kondenzátor. Ez egy passzív elektromos alkatrész, vagyis nem termel önállóan áramot, képes elektromos töltés tárolására és későbbi felszabadítására. Megtalálhatja őt, mint kondenzátor vagy kondenzátor. A belső töltés potenciál- vagy feszültségkülönbség.
Az adományozók története 1745 -ben kezdődik, amikor a német Ewald Georg von Kleist rájött, hogy lehetséges egy elektromos töltés tárolása. Ez egy baleset következményeként merült fel, amikor egy elektrosztatikus generátort csatlakoztatott egy víztérfogathoz, amely egy üvegcserépben vagy palackban volt egy kábel segítségével. Amikor levette a kábelt, és rátette a kezét.
Egy év sem telt el, amikor Pieter van Musschenbroek holland fizikus feltalálta az azonos tulajdonságokkal rendelkező kondenzátort. Az egyetem emlékére, ahol dolgozott, ezt a kondenzátort "Leyden palacknak" nevezte.
Hogyan működik a kondenzátor?
Most lássuk hogyan működik a kondenzátor y mire való a kondenzátor. Az elektromos töltés tárolására két vezetőképes anyagból, például tantálból készült lapot használnak, amelyeket valamilyen dielektromos anyag, például levegő választ el.
A folytatás előtt fontos, hogy ne keverjük össze a dielektrikumot egy teljesen szigetelő anyaggal. Vagyis minden dielektrikum szigetelő, de ettől nem feltétlenül válik minden szigetelő dielektrikussá. A dielektromos anyagok vezetőképessé válhatnak, ha nagy elektromos töltésnek vannak kitéve, és megtörik a dielektromos szilárdságot. Ezen anyagok némelyike lehet: kerámia, papír, viasz, üveg, olaj, többek között. Teljesen szigetelő anyagok azok, amelyek függetlenül attól, hogy mekkora elektromos töltésnek vannak kitéve, ez nem lesz vezető, például a gumi.
Most a kondenzátor belsejében lévő áramforrással táplált lemezeket egyenlő részekben, de különböző jelekkel töltik fel. Ez azt jelenti, hogy az egyik töltés pozitív (+ q), a másik pedig ugyanolyan nagyságú lesz, de negatív töltéssel (-q), ezeknél az egyenlő töltéseknél, de különböző jelekkel nevezzük a potenciál vagy a feszültség különbségét.
Általában a kondenzátorokban levegőt, papírt, tantált, alumíniumot és kerámiát használnak dielektromos anyagként, egyes kondenzátorokban pedig bizonyos műanyagokat.
A kondenzátor vagy kondenzátor tárolókapacitását a Farads egységben számítják ki. A tartomány, amelyben a legtöbb elektromos kondenzátor megtalálható, a pico (pF) és a mikro (uF) Farad között van. A kondenzátor kapacitásának kiszámítására szolgáló egyenlet a következő:
C = q/V
ahol:
q = a töltés, amelyet minden lemez tárol. Egysége Coulomb (C)
V = a feszültség, feszültség vagy potenciálkülönbség a kondenzátor két lapja vagy vezetője között. Egysége V (V)
Ezt a képletet alkalmazva, ha feltételezzük az 1 terhelés és az 1 feszültség értékeit, akkor 1 Farad értéket kapunk. Ez azonban csak egy példa, mivel ilyen kapacitású kondenzátor nem létezik, mert hihetetlenül nagy lenne. Ahhoz, hogy ötletet kapjunk, 1000 m -es teret fedne le2.
Ha most azt akarjuk tudni, hogy a kondenzátor milyen feszültséget tud tárolni a töltés és a kondenzátor Faradjainak ismeretében, akkor meg tudjuk oldani az előző egyenletből származó feszültséget:
V = q/C
Kondenzátor töltése és kisütése
A kondenzátor egyik jellemzője, hogy kisülése progresszív és nem azonnali. A kondenzátornak kisülési ideje van. Ez a tulajdonság lehetővé teszi, hogy a kondenzátornak más alkalmazása is legyen, például időzítők és szűrők az elektromos áramkörben.
Amikor a kondenzátor teljesen fel van töltve, akkor engedi át a feszültséget. Amikor az áramellátást lekapcsolják, a kondenzátor fokozatosan kezdi felszabadítani a feszültséget a terhelés vagy a feszültséget fogyasztó elem felé.
Általában a kondenzátort mindig ellenállás előzi meg kondenzátor védelmi okokból. Még akkor is, ha a kondenzátor kicsi belső ellenállással rendelkezik, elhanyagolható, és ha nem vigyáznak a kondenzátor védelmére, akkor megsérülhet és akár fel is robbanhat.
Kondenzátor töltés
Annak érdekében, hogy egyszerűen megmagyarázzuk a kondenzátor töltés közbeni viselkedését, a leggyakrabban használt példával fogjuk illusztrálni:
Tekintsünk egy olyan áramkört, ahol van áramforrás, például akkumulátor, egy R1 nevű ellenállás, amely felelős a kondenzátort érő áramlás szabályozásáért annak védelme érdekében. Továbbá egy kapcsoló, amely lehetővé teszi a kondenzátor töltését vagy kisütését, és végül egy R2 nevű ellenállás, amely az áramot fogyasztó eszközt fogja képviselni.
Először is azt látjuk, hogy a kapcsoló úgy van elrendezve, hogy a kondenzátor sorban legyen a tápegységgel és az ellenállással, mellesleg ki kell emelnünk, hogy ezt az ellenállást terhelési ellenállásnak nevezik.
Jelenleg a kondenzátor ellenőrzött módon töltődik a töltőellenállásnak köszönhetően. Ez az ellenállás és kondenzátor kombináció lehetővé teszi a korábban említett időzítők beállítását. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az ellenállás megakadályozza az áram szabad áthaladását, így az áram tovább tart, amíg áthalad az áramkörön, így aztán áthalad a kondenzátoron, a töltés egy ideig tart.
A kondenzátor feltöltéséhez szükséges időt a következő egyenlettel lehet kiszámítani:
t1 = 5 x R1 x C
hol:
t1: a töltési idő. Egysége ezredmásodperc (én)
R1: a terhelésállóság. Egysége ohm (Ω).
C: a kondenzátor kapacitása. Egysége a Farads (F)
Ez az egyenlet lehetővé teszi számunkra annak megerősítését, hogy minél nagyobb a terhelési ellenállás és / vagy nagyobb a kondenzátor kapacitása, annál hosszabb a töltési idő. Amit az alábbi grafikonon ellenőrizhetünk.
Lehet, hogy vajon mi történne, ha nem állítjuk be a terhelési ellenállást. Elméletileg a kondenzátor azonnal feltöltődik. De, mint korábban említettük, ez nem ajánlott, mivel a kondenzátorok csak kis áramot tudnak fogadni. Ha emlékezünk Ohm törvényére, láthatjuk, hogy:
I=V/R
ahol:
I: az áram. Egysége amper (A)
V: a feszültség. Egysége V (V)
V: ez ellenállás. Egysége az Ohm (Ω)
Ha az ellenállás hajlamos 0 -ra vagy azzal egyenlő, ez azt jelenti, hogy az áram gyakorlatilag végtelen, vagy legalábbis nagyon nagy lesz. A kondenzátor csak alacsonyabb áramról tudja táplálni. Röviden, ha nem helyezünk el terhelési ellenállást, akkor előfordulhat, hogy a kondenzátor nem képes ellenállni ennek az áramnak, és kiég.
Tegyük fel, hogy a kondenzátor már feltöltődött, és mi történik? Térjünk vissza az Ohm -törvényhez, mivel a feszültség emelkedik, és mivel az ellenállás értéke megmarad, az áram értéke nulla.
Mint már tudjuk, a kondenzátor feladata a feszültség vagy feszültség tárolása. Ez azt jelenti, hogy a kondenzátor töltésekor magasabb feszültség van ezen a ponton. Mivel az ellenállás nem változtatja meg értékét, az áram nullára hajlik. Röviden, ha a kondenzátor fel van töltve, úgy működik, mint egy nyitott áramkör vagy egy kapcsoló, amely megakadályozza az áram áthaladását, bár feszültség vagy feszültség lesz ezen a ponton.
Kondenzátor kisülés
Most mutassuk be a fordított esetet. Abban a pillanatban, amikor a kapcsoló helyzetét megváltoztatja, és a kondenzátort sorba helyezik az R2 ellenállással, a kondenzátor kisülni kezd. Miért? Nos, mivel az R2 ellenállás az áramkör fogyasztását jelenti, és ezt az ellenállást akkor kell szolgáltatni, amikor az áramkör, amelyben le van zárva. Ezt a tápellátást a kondenzátor biztosítja, és lemeríti a tárolt potenciális különbséget.
A töltéshez hasonlóan a letöltés sem azonnal, hanem fokozatosan történik. És mint a töltés, a kisülési idő becslésének egyenlete ugyanaz. Ez azt jelenti, hogy a kondenzátor kisütéséhez szükséges idő az R2 ellenállásától és a kondenzátor kapacitásától függ. Hasonlóképpen, itt újra frissítjük az egyenletet:
t1 = 5 x R1 x C
hol:
t2: a töltési idő. Egysége milliszekundum (ms)
R2: a terhelésállóság. Egysége ohm (Ω).
C: a kondenzátor kapacitása. Egysége a Farads (F)
Ez a fajta áramkör szabályozhatja például az eszköz bekapcsolási idejét.
A kondenzátor szűrőként
Egy másik alkalmazás, amelyhez gyakran használnak kondenzátorokat, szűrő. Ez lehetséges a fokozatos töltés és kisütés jellegzetességének köszönhetően, és ezt a jelenséget használják a szennyeződések tisztítására a jelektől vagy az elektromos hullámtól.
Ha példaként a kezdeti áramkört vesszük, de ebben az esetben váltakozó áramú tápegységgel. A kondenzátor tölteni kezd, amíg el nem éri maximális tárolókapacitását, majd az áramlás leáll, és a terhelést a kondenzátorban lévő feszültség táplálja. Amint a kondenzátor lemerülni kezd, a tápegység a kondenzátor újratöltésére indul, anélkül, hogy megvárná, amíg teljesen lemerül.
Ez vizuálisan könnyebben érthető:
Amint látható, a váltakozó áramú tápegység hulláma szinuszos, és a kondenzátor tulajdonságainak köszönhetően lehetséges a hullám egyenirányítása. Ez nagyon hasznos például a számítógépek által használt tápegységeknél. Sok eszköz nem váltakozó árammal működik, hanem egyenárammal, és ekkor lépnek be a tápegységek közvetítőként. Természetesen ezeknek a tápegységeknek sokkal több összetevője van e cél eléréséhez.
A kondenzátorok típusai
A kondenzátorok vagy kondenzátorok különböző besorolásúak lehetnek. Ezután a kondenzátorok dielektromos típusuk szerinti osztályozásával kezdjük:
Dielektrikuma miatt
A kondenzátorokat a meglévő dielektrikum szerint osztályozzák. Vannak úgynevezett elektrolit kondenzátorok, azok, amelyek polaritással rendelkeznek, vagyis pozitív kivezetésük vagy "lábuk" és negatív termináljuk van. Ha fordított polaritással csatlakoztatják őket, a kondenzátor megsérül.
Ezek az elektrolit kondenzátorok, ellentétben más kondenzátorokkal, vezetőképes ionos folyadékot használnak. Ez a folyadék kémiai oldat, amely általában bórsavból vagy nátrium -borátból és etilénglikol -cukrokból áll. Ez a folyadék helyettesíti a kondenzátor egyik vezető lemezét vagy lapját.
Az elektrolitikus kondenzátorokkal ellentétben az olyan kondenzátorok, amelyek dielektrikuma levegő, kerámia, papír vagy más, nem rendelkeznek meghatározott polaritással. Ezenkívül két lemez van benne, és nincs belső folyadék.
Mindkét típusú kondenzátornak megvan a maga alkalmazása, ezért nem volt lehetséges a kondenzátorok helyettesítése egymással, annak ellenére, hogy különböző dielektrikumokkal rendelkeznek.
Összefoglalva, vannak kondenzátorok:
- Elektrolitikus
- Kerámia
- Papírból
- A levegőből
- Változó kondenzátor
Rögzített vagy változó
Az ellenállásokhoz hasonlóan vannak fix kapacitású kondenzátorok és kondenzátorok is, amelyek kapacitása változtatható. Ez úgy érhető el, hogy a lemezek közötti rést egy gomb, például potenciométer vagy változtatható ellenállás segítségével állítják be.
Alakja szerint
A kondenzátorok kialakítása, meglévő tárcsa-, gyöngy- és cső alakú kondenzátorai az alábbiak szerint változhatnak.
Kondenzátorok kódja
Vannak olyan kondenzátorok, amelyek kapacitásértéküket egy színes táblázat segítségével jelzik, nagyon hasonlóan az ellenállásokhoz.
Színkód
Az első szín az első értékét jelzi, a második a második ábrát, a harmadik a kitevő, amely 10 -re emelkedik, azaz 10 -et a harmadik szín által jelzett értékre emeljük. A negyedik szín a variáció százalékát jelzi, azaz például 10% -kal több vagy 10% lehet a kapacitást jelző értékhez képest. Végül az ötödik szín jelzi a töltési feszültséget vagy feszültséget. Mindezen kondenzátorok egységenként picofaradokat tartalmaznak.
A színek értéke egy kereskedelmi táblázatban található, amely a következő:
Japán kód
A kondenzátor kapacitásának azonosítására van egy másik kódtípus is, amelyet japán kódnak vagy 101 -es kódnak neveznek. Ez a kód három számból áll, amelyek a kondenzátoron láthatók.
Az első két számjegy egy számot képez, amelyet meg kell szorozni 10 -gyel a harmadik számra, így a picofarad egységben marad. Például:
Ennek a kondenzátornak a kódja a 104. Tehát a kondenzátor kapacitásának kiszámításának módja a következő:
10 X 104 = 100000 0,1 pF = XNUMX uF
Alfanumerikus kód
Van egy másik kód a kondenzátor anyagának és kapacitásának azonosítására, amely betűk és számok kombinációját használja. Ennek a kódnak a bemutatására számos módszer létezik, amelyek számokat és betűket kombinálnak, és annyira változatosak, hogy nem igazán érdemes megtanulni őket, ezért inkább a gyártó adatlapját érdemes megtekinteni.
Kondenzátorok sorban és párhuzamosan
Az ellenállásokhoz hasonlóan a kondenzátorok soros vagy párhuzamos helyzete viselkedést generál a teljes kapacitásban. Kezdjük nézni azt a jelenséget, amely akkor következik be, amikor a kondenzátorok sorba vannak kapcsolva.
Kondenzátorok sorozatban
Ha a kondenzátorok sorba vannak kapcsolva, mindegyik kondenzátor kapacitása a következőképpen működik:
Felmerül az egyenlet:
Vt = V1 + V2
ahol:
Vt: teljes feszültség
V1: az első kondenzátor feszültsége
V2: a második kondenzátor feszültsége
Térjünk vissza az egyenlethez a kondenzátor kapacitásának kiszámításához:
C = q/V
ahol:
q = a töltés, amelyet minden lemez tárol. Egysége Coulomb (C)
V = a feszültség, feszültség vagy potenciálkülönbség a kondenzátor két lapja vagy vezetője között. Egysége V (V)
És hogy a V -t a következő módon lehetett törölni:
V = q/C
Most, ha az áramkör minden kondenzátorának minden V -jét az előző kifejezéssel helyettesítjük, azt kapjuk;
1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3… 1 / Cn
Párhuzamos kondenzátorok
Ebben az esetben, mivel a kondenzátorok párhuzamosan vannak elhelyezve, az egyes kondenzátorok által kapott feszültség megegyezik a tápegység feszültségével, ezért:
Vt = V1 = V2 = V3… Vn
ahol
Vt: a teljes vagy forrásfeszültség
V1: Az első kondenzátor feszültsége
V2. Második kondenzátor feszültség
V3: A harmadik kondenzátor feszültsége
Ismét, ha visszatérünk ahhoz a kifejezéshez, amely lehetővé teszi a feszültségérték becslését a terhelés és a kapacitásérték szerint:
V = q/C
És az áramkör minden kondenzátorának minden V -jét az előző kifejezéssel helyettesítjük, és ezt kapjuk:
C = C1 + C2 + C3… + Cn
A kondenzátor felhasználása
A kondenzátor az elektronika egyik legalapvetőbb része. Ma szinte lehetetlen megemlíteni egy olyan eszközt, amelynek kialakításában nincs szükség kondenzátorokra. Ezután megemlítünk néhány leggyakoribb alkalmazást, ahol a kondenzátor megtalálható.
- Akkumulátorok és emlékek: Tárolókapacitásának köszönhetően több kondenzátort is elhelyezhet párhuzamosan a töltési kapacitás növelése érdekében.
- szűrők: Széles körben használják az elektromos hálózatokban, mivel kiküszöbölik a hullámzást és a zajt a hálózatból, vagy fordított esetben, így a belső elektromos hálózatok által generált felharmonikusokat kiszűrik, mielőtt visszatérnek a hálózatba. A távközlésben szűrési kapacitását széles körben használják a frekvenciasávok létrehozására, valamint az interferencia csökkentésére vagy kiküszöbölésére.
- Áramforrások: Fokozatos töltési és kisütési viselkedése lehetővé teszi a hullámok kiegyenlítését, ami elengedhetetlen a tápegységekben, hogy a váltakozó áramokat egyenárammá alakítsa, mivel a legtöbb elektronikus eszköz belsőleg működik egyenárammal, de az elektromos szolgáltatás váltakozó árammal működik. Ezért van szükség áramforrásokra a berendezések működéséhez, és az alkotóelemek közül a kondenzátor pótolhatatlan szerepet játszik.
- Impedancia adapterek: A kondenzátorok gyakorlatilag elhanyagolható időtartam alatt képesek energiát kisütni és feltölteni, és ez lehetővé teszi az ellenállás rezonanciáját más alkatrészekkel együtt, így két különböző impedanciájú áramkör összekapcsolható vagy együtt dolgozhat.
Ez azonban csak néhány a kevés felhasználás közül, amelyeket megemlíthetünk. A kondenzátorokat az elektronika, a nagy elektromos hálózatok, a távközlés és más területeken alkalmazzák. Számítógépeinkből, mobiltelefonjainkból, hűtőszekrényeinkből, digitális óráinkból, televízióinkból és sok más találmányunkból kondenzátorokat tartalmaznak a készlet lényeges részeként, amelyek formálják és életet adnak az eszközöknek vagy berendezéseknek.
Következtetések
Az elektronika manapság alkalmazott alkalmazásai annyira fontosak a mindennapi életünkben, hogy gyakorlatilag lehetetlen túlélni egy olyan világban, ahol már nem létezik. És a fejlett technológia e hatalmas világa a legszerényebb alapjaiban kezdődik, akárcsak az elektronika részei.
Ez a helyzet a nagyon egyszerű anyagokból készült kondenzátor esetében, amely az elektronika egyik alapvető alkotóelemévé teszi, de viselkedésének köszönhetően lehetetlen, hogy ne legyen minden létező elektronikus eszközben .
Kétségtelen, hogy az elektronika fejlődése alapvető hajtóerő volt, amely utat nyitott a technológiák fejlődéséhez a különböző tudományágakban. És bár a kondenzátor önmagában nem túl hasznos, ha más alkatrészekkel kombinálják, olyan kifinomult berendezésekkel, mint pl RAM memóriakártyák, számítógépek, robotok, drónok, mobiltelefonok, servidores és még sok más.