Elektronikos pasaulis buvo atspirties taškas, kuriuo reikėjo varyti technologijas. Ir šis tramplinas yra sudarytas iš mažų dalių, tokių kaip kondensatorius. Šiame įdomiame įraše jūs išsamiai sužinosite, kas yra elektrinis kondensatorius ?, Įvairios su juo susijusios funkcijos ir jo svarba įvairiose srityse.
Kondensatorius
Norėdami pradėti kondensatoriaus tyrimą, pirmiausia paaiškinsime kas yra kondensatorius. Tai yra pasyvus elektrinis komponentas, tai yra, jis pats negamina elektros, galintis kaupti elektros krūvį ir vėliau jį atleisti. Jį galite rasti kaip kondensatorius arba kondensatorius. Įkrovimas, kurį jis palaiko viduje, yra potencialo arba įtampos skirtumas.
Donorų skaičiavimo istorija kyla 1745 m., Kai vokietis Ewaldas Georgas von Kleistas suprato, kad galima laikyti elektros krūvį. Tai įvyko dėl nelaimingo atsitikimo, kai jis prijungė elektrostatinį generatorių prie vandens, esančio stikliniame ąsotyje ar butelyje, kabeliu. Kai jis ištraukė kabelį ir uždėjo ant jo ranką.
Nepraėjo nė metai, kai olandų fizikas Pieteris van Musschenbroekas išrado tokių pačių savybių kondensatorių. Minėdamas universitetą, kuriame jis dirbo, jis pavadino šį kondensatorių „Leideno buteliu“.
Kaip veikia kondensatorius?
Dabar pažiūrėkime kaip veikia kondensatorius y kam skirtas kondensatorius. Elektros krūvį sukaupti galima naudojant du lakštus, pagamintus iš laidžios medžiagos, pavyzdžiui, tantalo, kuriuos atskiria dielektrinė medžiaga, pavyzdžiui, oras.
Prieš tęsiant svarbu nepainioti dielektriko su visiškai izoliacine medžiaga. Tai reiškia, kad visi dielektrikai yra izoliatoriai, tačiau tai nebūtinai daro visus izoliatorius dielektriniais. Dielektrinės medžiagos gali tapti laidžios, veikiamos didelio elektros krūvio, ir sulaužyti dielektrinę jėgą. Kai kurios iš šių medžiagų gali būti: keramika, popierius, vaškas, stiklas, aliejus. Visiškai izoliacinės medžiagos yra tos, kurios, nepriklausomai nuo to, kiek elektros krūvio patiria, tai nebus laidininkas, pavyzdys yra guma.
Dabar kondensatoriaus viduje esančios plokštės, maitinamos maitinimo šaltiniu, bus įkraunamos elektra lygiomis dalimis, bet su skirtingais ženklais. Tai reiškia, kad vienas krūvis bus teigiamas (+ q), o kitas krūvis bus tokio paties dydžio, bet su neigiamu krūviu (-q), esant šiems vienodiems krūviams, bet skirtingiems požymiams, vadinamas potencialo ar įtampos skirtumas.
Paprastai kondensatoriuose kaip dielektrinė medžiaga naudojamas oras, popierius, tantalis, aliuminis ir keramika, taip pat kai kuriuose kondensatoriuose naudojami tam tikri plastikai.
Kondensatoriaus ar kondensatoriaus talpa apskaičiuojama Faradų vienetu. Dauguma elektrinių kondensatorių yra nuo pico (pF) iki mikro (uF) Faradų. Kondensatoriaus talpos apskaičiavimo lygtis yra tokia:
C=q/V
Kur:
q = yra krūvis, kurį kaupia kiekviena plokštė. Jo vienetas yra Kulonas (C)
V = yra įtampa, įtampa arba potencialų skirtumas tarp dviejų kondensatoriaus lakštų ar laidininkų. Jo vienetas yra voltai (V)
Taikant šią formulę, jei manytume 1 apkrovos ir 1 įtampos reikšmes, tai gautume 1 Faradą. Tačiau tai tik pavyzdys, nes tokios talpos kondensatoriaus nėra, nes jis būtų neįtikėtinai didelis. Norint įsivaizduoti, jis užimtų 1000 m plotą2.
Dabar, jei norime žinoti įtampą, kurią kondensatorius gali išsaugoti žinodamas krūvį ir kondensatoriaus Faradus, tada galime išspręsti įtampą iš ankstesnės lygties:
V = q / C.
Kondensatoriaus įkrovimas ir iškrovimas
Viena iš kondensatoriaus savybių yra ta, kad jo iškrovimas yra laipsniškas, o ne greitas. Kondensatorius turi išsikrovimo laiką. Ši savybė leidžia kondensatoriui naudoti kitas programas, tokias kaip laikmačiai ir filtrai elektros grandinėje.
Kai kondensatorius yra visiškai įkrautas, jis leidžia įtampai praeiti. Atjungus maitinimą, kondensatorius pradeda palaipsniui atleisti įtampą link apkrovos arba elementą, kuris sunaudoja įtampą.
Paprastai dėl kondensatoriaus apsaugos priežasčių prieš kondensatorių visada yra rezistorius. Net kai kondensatorius turi nedidelę vidinę varžą, jis yra nereikšmingas, o jei nesirūpinama kondensatoriaus apsauga, jis gali būti pažeistas ir net sprogti.
Kondensatoriaus įkrovimas
Norėdami paprasčiausiai paaiškinti kondensatoriaus elgesį įkrovimo metu, iliustruosime dažniausiai naudojamą pavyzdį:
Panagrinėkime grandinę, kurioje yra energijos šaltinis, pvz., Baterija, rezistorius, pavadintas R1, kuris yra atsakingas už srovės srauto, kuris pasieks kondensatorių, valdymą, kad jį apsaugotų. Be to, jungiklis, leidžiantis įkrauti arba iškrauti kondensatorių, ir galiausiai rezistorius, vadinamas R2, kuris parodys prietaisą, kuris sunaudoja srovę.
Visų pirma, mes matome, kaip jungiklis yra išdėstytas taip, kad kondensatorius būtų nuosekliai su maitinimo šaltiniu ir atsparumu, beje, turime pabrėžti, kad šis pasipriešinimas vadinamas atsparumu apkrovai.
Šiuo metu kondensatorius yra įkraunamas kontroliuojamai įkrovimo rezistoriaus dėka. Šis rezistoriaus ir kondensatoriaus derinys leidžia nustatyti anksčiau minėtus laikmačius. Taip yra dėl to, kad pasipriešinimas neleidžia laisvai tekėti srovei, todėl srovė ilgiau praeina per grandinę, todėl tada ji praeina per kondensatorių, įkraunama šiek tiek laiko.
Kondensatoriaus įkrovimo laiką galima apskaičiuoti naudojant šią lygtį:
t1 = 5 x R1 x C.
Kur:
t1: yra įkrovimo laikas. Jo vienetas yra milisekundės (aš)
R1: yra atsparumas apkrovai. Jo vienetas yra omai (Ω).
C: yra kondensatoriaus talpa. Jo vienetas yra Faradas (F)
Ši lygtis leidžia patvirtinti, kad kuo didesnė apkrovos varža ir (arba) didesnė kondensatoriaus talpa, tuo ilgesnis įkrovimo laikas. Kuris gali būti patikrintas šioje diagramoje.
Jums gali kilti klausimas, kas nutiktų, jei nenustatytume apkrovos rezistoriaus. Teoriškai kondensatorius įkraunamas iš karto. Tačiau, kaip minėjome anksčiau, tai nerekomenduojama, nes kondensatoriai gali priimti tik nedidelę srovę. Prisimindami Ohmo įstatymą, galime pastebėti, kad:
I=V/R
Kur:
Aš: yra srovė. Jo vienetas yra amperai (A)
V: yra įtampa. Jo vienetas yra voltai (V)
A: tai yra pasipriešinimas. Jo vienetas yra omas (Ω)
Jei pasipriešinimas yra lygus arba lygus 0, tai reikštų, kad srovė būtų praktiškai begalinė arba bent jau labai didelė. Kondensatorius gali palaikyti maitinimą tik iš mažesnės srovės. Trumpai tariant, jei nėra įdėtas jokio tipo apkrovos rezistorius, kondensatorius gali neatlaikyti šios srovės ir sudegti.
Dabar tarkime, kad kondensatorius jau įkrautas, o kas atsitiks? Grįžkime prie Omo dėsnio, nes įtampa didėja, o kadangi pasipriešinimo vertė yra išlaikoma, dabartinė vertė linkusi nuliui.
Kaip mes jau žinome, kondensatoriaus funkcija yra saugoti įtampą ar įtampą. Tai reiškia, kad įkraunant kondensatorių, toje vietoje yra didesnė įtampa. Kadangi varža nekeičia savo vertės, srovė linkusi nuliui. Trumpai tariant, kai įkraunamas kondensatorius, jis elgiasi kaip atvira grandinė arba jungiklis, neleidžiantis tekėti srovei, nors tuo metu bus įtampa ar įtampa.
Kondensatoriaus iškrova
Dabar pateikime atvirkštinį atvejį. Kai jungiklis pakeis padėtį ir kondensatorius bus sujungtas su rezistoriumi R2, kondensatorius pradės išsikrauti. Kodėl? Na, nes pasipriešinimas R2 reiškia grandinės suvartojimą, ir šį atsparumą reikės tiekti, kai grandinė, kurioje ji uždaryta. Šį tiekimą užtikrins kondensatorius, iškraunantis galimą skirtumą, kurį jis išsaugojo.
Kaip ir įkrovimo atveju, atsisiuntimas vyksta ne iš karto, bet palaipsniui. Kaip ir įkrovimo atveju, iškrovos laiko apskaičiavimo lygtis yra ta pati. Tai reiškia, kad laikas, per kurį reikia iškrauti kondensatorių, priklauso nuo R2 varžos ir kondensatoriaus talpos. Taip pat čia vėl atnaujiname lygtį:
t1 = 5 x R1 x C.
Kur:
t2: yra įkrovimo laikas. Jo vienetas yra milisekundės (ms)
R2: yra atsparumas apkrovai. Jo vienetas yra omai (Ω).
C: yra kondensatoriaus talpa. Jo vienetas yra Faradas (F)
Šio tipo grandinė gali valdyti, pavyzdžiui, prietaiso įjungimo laiką.
Kondensatorius kaip filtras
Kita programa, kuriai dažnai naudojami kondensatoriai, yra filtras. Tai įmanoma dėl laipsniško įkrovimo ir iškrovimo charakteristikų, o šis reiškinys naudojamas nešvarumams nuo signalų ar elektros bangos išvalyti.
Jei kaip pavyzdį imame pradinę grandinę, tačiau šiuo atveju su kintamosios srovės maitinimo šaltiniu. Kondensatorius pradės krautis, kol pasieks maksimalią talpą, tada srovės srautas nutrūks ir apkrova pradės tiekti kondensatoriaus įtampą. Kai tik kondensatorius pradeda išsikrauti, maitinimo šaltinis pradeda įkrauti kondensatorių, nelaukdamas, kol jis visiškai išsikraus.
Tai gali būti vizualiai lengviau suprantama:
Kaip matyti, kintamo maitinimo šaltinio banga yra sinusinė ir dėl kondensatoriaus savybės galima ištaisyti bangą tiesioginiame maitinimo šaltinyje. Tai labai naudinga maitinimo šaltiniams, naudojamiems, pavyzdžiui, kompiuteriams. Daugelis prietaisų negali dirbti su kintama srove, bet su nuolatine srove, o tada maitinimo šaltiniai patenka kaip tarpininkas. Žinoma, šiuose maitinimo šaltiniuose yra daug daugiau komponentų šiam tikslui pasiekti.
Kondensatorių tipai
Kondensatoriai arba kondensatoriai gali būti skirtingų klasifikacijų. Toliau mes pradėsime klasifikuoti kondensatorius pagal jų dielektriko tipą:
Dėl savo dielektrikos
Kondensatoriai klasifikuojami pagal jų turimą dielektriką. Yra vadinamieji elektrolitiniai kondensatoriai, jie yra tie, kurie turi poliškumą, tai yra, jie turi teigiamą gnybtą arba „koją“ ir neigiamą gnybtą. Jei jie bus sujungti atvirkštiniu poliškumu, kondensatorius bus pažeistas.
Šie elektrolitiniai kondensatoriai, skirtingai nei kiti kondensatoriai, yra tai, kad jie naudoja laidų joninį skystį. Šis skystis yra cheminis tirpalas, kurį paprastai sudaro boro rūgštis arba natrio boratas su etilenglikolio cukrumi. Šis skystis patenka į vieną iš laidžių kondensatoriaus plokščių ar lakštų.
Skirtingai nuo elektrolitinių kondensatorių, kondensatoriai, kurių dielektrikas yra oras, keramika, popierius ar kiti, neturi nustatyto poliškumo. Be to, jų viduje yra dvi plokštelės ir nėra vidinio skysčio.
Abiejų tipų kondensatoriai turi savo paskirtį, todėl nepavyko pakeisti kondensatorių vienas su kitu, nors jie turi skirtingus dielektrikus.
Trumpai tariant, yra kondensatorių:
- Elektrolitinis
- Keramika
- Iš popieriaus
- Iš oro
- Kintamas kondensatorius
Fiksuotas arba kintamas
Kaip ir rezistoriai, yra fiksuotos talpos kondensatoriai, taip pat kondensatoriai, kurių talpa gali būti keičiama. Tai pasiekiama sureguliuojant tarpą tarp jų plokščių, naudojant rankenėlę, pvz., Potenciometrą arba kintamą rezistorių.
Pagal savo formą
Kondensatoriai gali skirtis pagal konstrukciją, esamus diskinius, perlinius ir vamzdinius kondensatorius, kaip parodyta žemiau.
Kondensatorių kodas
Yra keletas kondensatorių, kurie savo talpos vertę nurodo spalvota lentele, labai panašia į tą, kurią naudoja rezistoriai.
Spalvos kodas
Pirmoji spalva nurodo pirmosios, antroji - antrojo skaičiaus vertę, trečioji yra rodiklis, kuris pakelia iki 10, tai yra, 10 bus padidintas iki skaičiaus, kurį reiškia trečioji spalva. Ketvirta spalva nurodo variacijos procentą, tai yra, pavyzdžiui, ji gali būti 10% didesnė arba 10% didesnė nei talpa. Galiausiai penktoji spalva rodo įkrovimo įtampą arba įtampą. Visi šie kondensatoriai turi pikofaradus vienete.
Spalvų vertė pateikiama komercinėje lentelėje, kuri yra tokia:
Japoniškas kodas
Kondensatoriaus talpai identifikuoti yra dar vienas kodo tipas - kodo tipas, vadinamas japonišku kodu arba kodu 101. Šis kodas susideda iš trijų skaičių, matomų ant kondensatoriaus.
Pirmieji du skaitmenys sudaro skaičių, kuris turi būti padaugintas iš 10, padidintas iki trečiojo skaičiaus, išlaikant pikofaradą kaip vienetą. Pavyzdžiui:
Šio kondensatoriaus kodas yra 104. Taigi šio kondensatoriaus talpos apskaičiavimo būdas yra toks:
10 X 104 = 100000 0,1 pF = XNUMX uF
Raidinis ir skaitmeninis kodas
Yra dar vienas kodas, skirtas identifikuoti kondensatoriaus medžiagą ir talpą, kuri naudoja raidžių ir skaičių derinį. Yra daug būdų, kaip pateikti šį kodą, kuriame derinami skaičiai ir raidės, ir jie yra tokie įvairūs, kad jų mokytis tikrai neverta, todėl verčiau rekomenduojama pasiskaityti gamintojo duomenų lape.
Kondensatoriai nuosekliai ir lygiagrečiai
Kaip ir rezistoriai, kondensatorių padėtis nuosekliai arba lygiagrečiai sukuria bendros talpos elgesį. Pradėkime pažvelgti į reiškinį, kuris atsiranda, kai kondensatoriai yra nuosekliai.
Serijos kondensatoriai
Kai kondensatoriai yra nuosekliai, kiekvieno kondensatoriaus talpa veikia taip:
Atsiranda lygtis:
Vt = V1 + V2
Kur:
Vt: bendra įtampa
V1: pirmojo kondensatoriaus įtampa
V2: antrojo kondensatoriaus įtampa
Grįžkime prie lygties, kad apskaičiuotume kondensatoriaus talpą:
C=q/V
Kur:
q = yra krūvis, kurį kaupia kiekviena plokštė. Jo vienetas yra Kulonas (C)
V = yra įtampa, įtampa arba potencialų skirtumas tarp dviejų kondensatoriaus lakštų ar laidininkų. Jo vienetas yra voltai (V)
Ir kad buvo galima išvalyti V tokiu būdu:
V = q / C.
Dabar, jei kiekvieną grandinės V kondensatorių pakeisime ankstesne išraiška, tai gausime;
1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3… 1 / Cn
Lygiagretūs kondensatoriai
Šiuo atveju, kadangi kondensatoriai yra lygiagrečiai, kiekvieno kondensatoriaus gaunama įtampa yra tokia pati kaip maitinimo šaltinio, todėl turime:
Vt = V1 = V2 = V3… Vn
Kur
Vt: yra bendra arba šaltinio įtampa
V1: pirmojo kondensatoriaus įtampa
V2. Antroji kondensatoriaus įtampa
V3: Trečiojo kondensatoriaus įtampa
Vėlgi, jei grįšime prie išraiškos, leidžiančios įvertinti įtampos vertę pagal apkrovą ir talpos vertę:
V = q / C.
Ir mes toliau keičiame kiekvieną grandinės kondensatoriaus V ankstesne išraiška, gauname, kad:
C = C1 + C2 + C3… + Cn
Kondensatoriaus naudojimas
Kondensatorius yra vienas iš pagrindinių elektronikos komponentų. Šiandien beveik neįmanoma paminėti įrenginio, kurio konstrukcijai nereikia kondensatorių. Toliau paminėsime keletą labiausiai paplitusių programų, kuriose randamas kondensatorius.
- Baterijos ir prisiminimai: Dėl talpos talpos galima lygiagrečiai įdėti kelis kondensatorius, kad padidėtų įkrovimo talpa.
- Filtrai: Jie plačiai naudojami elektros tinkluose, nes jie gali pašalinti tinklo bangas ir triukšmą, arba atvirkščiai, kad vidinių elektros tinklų sukurtos harmonikos būtų filtruojamos prieš grįžtant į tinklą. Telekomunikacijose jo filtravimo pajėgumai yra plačiai naudojami dažnių juostoms nustatyti, taip pat trikdžiams sumažinti arba pašalinti.
- Maitinimo šaltiniai: Jo laipsniškas įkrovimas ir iškrovimas leidžia ištaisyti bangas, kurios yra būtinos maitinimo šaltiniuose, kad kintamosios srovės taptų nuolatinėmis srovėmis, nes dauguma elektroninių prietaisų veikia su nuolatine srove, tačiau elektros paslauga veikia su kintama srove. Štai kodėl įrangos veikimui reikalingi energijos šaltiniai, o tarp sudedamųjų dalių kondensatorius atlieka nepakeičiamą vaidmenį.
- Impedanso adapteriai: Kondensatoriai gali iškrauti ir įkrauti energiją praktiškai nereikšmingu laikotarpiu, o tai leidžia varžai rezonuoti kartu su kitais komponentais, todėl dvi grandines, turinčias skirtingą varžą, galima sujungti arba dirbti kartu.
Tačiau tai tik keletas iš nedaugelio jo naudojimo būdų, kuriuos galime paminėti. Kondensatoriai naudojami elektronikoje, dideliuose elektros tinkluose, telekomunikacijose ir kt. Mūsų kompiuteriai, mobilieji telefonai, šaldytuvai, skaitmeniniai laikrodžiai, televizoriai ir daugelis kitų išradimų turi kondensatorius, kurie yra esminė komplekto dalis, kuri sudaro ir suteikia gyvybės prietaisams ar įrangai.
Išvados
Elektronikos programos šiandien yra tokios svarbios mūsų kasdieniame gyvenime, kad praktiškai neįmanoma išgyventi pasaulyje, kuriame jos nebėra. Šis didžiulis pažangių technologijų pasaulis prasideda nuolankiausiuose pagrinduose, kaip ir kiekvienas elektronikos komponentas.
Tai yra kondensatoriaus, komponento, pagaminto iš labai paprastų medžiagų, atvejis, todėl jis yra vienas iš pagrindinių elektronikos komponentų, tačiau dėl savo elgesio neįmanoma, kad jo nebūtų visuose esamuose elektroniniuose prietaisuose .
Be abejo, elektronikos pažanga buvo esminis variklis, atvėręs kelią technologijų pažangai įvairiose disciplinose. Ir nors pats kondensatorius nėra labai naudingas kartu su kitais komponentais, sudėtinga įranga, tokia kaip RAM atminties kortelės, kompiuteriai, robotai, dronai, mobilieji telefonai, serveriai ir daug daugiau.