Elektronikas pasaule ir bijis tramplīns, ka tehnoloģija ir jāvirza. Un šo tramplīnu veido mazas detaļas, piemēram, kondensators. Šajā ziņkārīgajā rakstā jūs detalizēti uzzināsit, kas ir elektriskais kondensators ?, dažādas funkcijas, kas ar to tiek izmantotas, un tā lielo nozīmi dažādās jomās.
Kondensators
Lai sāktu kondensatora izpēti, vispirms paskaidrosim kas ir kondensators. Tā ir pasīva elektriskā sastāvdaļa, tas ir, tā pati neražo elektroenerģiju, kas spēj uzglabāt elektrisko lādiņu un vēlāk to atbrīvot. Jūs varat viņu atrast kā kondensators vai kondensators. Lādiņš, ko tas uztur iekšā, ir potenciāla vai sprieguma starpība.
Stāsts par donoru skaitu rodas 1745. gadā, kad vācietis Ēvalds Georgs fon Kleists saprata, ka ir iespējams uzglabāt elektrisko lādiņu. Tas radās negadījuma rezultātā, kad viņš ar kabeli pieslēdza elektrostatisko ģeneratoru ūdens tilpumam, kas atradās stikla krūzes vai pudeles iekšpusē. Kad viņš noņēma kabeli un uzlika roku.
Nepagāja gads, kad holandiešu fiziķis Pīters van Musenbroeks izgudroja kondensatoru ar tādām pašām īpašībām. Pieminot universitāti, kurā viņš strādāja, viņš nosauca šo kondensatoru par "Leidenes pudeli".
Kā darbojas kondensators?
Tagad redzēsim kā darbojas kondensators y kam paredzēts kondensators. Elektriskā lādiņa uzglabāšana notiek, izmantojot divas loksnes, kas izgatavotas no vadoša materiāla, piemēram, tantala, un kuras atdala kāds dielektrisks materiāls, piemēram, gaiss.
Pirms turpināt, ir svarīgi nejaukt dielektriķi ar pilnībā izolējošu materiālu. Tas ir, visi dielektriķi ir izolatori, taču tas ne vienmēr padara visus izolatorus dielektriskus. Dielektriskiem materiāliem ir spēja kļūt vadošiem, ja tie tiek pakļauti lielam elektriskajam lādiņam, un salauzt dielektrisko izturību. Daži no šiem materiāliem var būt: keramika, papīrs, vasks, stikls, eļļa. Pilnībā izolējoši materiāli ir tādi materiāli, kas neatkarīgi no elektriskā lādiņa tiek pakļauti, tas nebūs vadītājs, piemēram, gumija.
Tagad kondensatora iekšpusē esošās plāksnes, kas tiek barotas ar strāvas avotu, tiks elektriski uzlādētas vienādās daļās, bet ar dažādām zīmēm. Tas nozīmē, ka viens lādiņš būs pozitīvs (+ q), bet otram lādiņam būs vienāds lielums, bet ar negatīvu lādiņu (-q), pie šiem vienādiem lādiņiem, bet dažādām pazīmēm tiek saukta potenciāla vai sprieguma atšķirība.
Parasti kondensatoros kā dielektrisks materiāls tiek izmantots gaiss, papīrs, tantala, alumīnijs un keramika, kā arī dažos kondensatoros tiek izmantota noteikta plastmasa.
Kondensatora vai kondensatora uzglabāšanas jauda tiek aprēķināta Faradas vienībā. Diapazons, kurā atrodama lielākā daļa elektrisko kondensatoru, ir no pico (pF) līdz mikro (uF) Farads. Kondensatora jaudas aprēķināšanas vienādojums ir šāds:
C = q/V
Kur:
q = ir maksa, ko uzglabā katra plāksne. Tā vienība ir Kulons (C)
V = ir spriegums, spriegums vai potenciāla starpība starp divām kondensatora loksnēm vai vadītājiem. Tās vienība ir volti (V)
Piemērojot šo formulu, ja mēs pieņemam slodzes 1 un sprieguma 1 vērtības, tas mums dotu 1 Faradu. Tomēr tas ir tikai piemērs, jo šīs jaudas kondensators neeksistē, jo tas būtu neticami liels. Lai gūtu priekšstatu, tas aptvertu 1000 m platību2.
Tagad, ja mēs vēlamies zināt spriegumu, ko kondensators var uzglabāt, zinot kondensatora lādiņu un Faradus, tad mēs varam atrisināt spriegumu no iepriekšējā vienādojuma:
V = q / C.
Kondensatora uzlāde un izlāde
Viena no kondensatora īpašībām ir tā, ka tā izlāde ir progresīva un nav tūlītēja. Kondensatoram ir izlādes laiks. Šis īpašums ļauj kondensatoram izmantot citus pielietojumus, piemēram, taimerus un filtrus elektriskajā ķēdē.
Kad kondensators ir pilnībā uzlādēts, tas ļauj izlaist spriegumu. Kad strāvas padeve ir atvienota, kondensators sāk pakāpeniski atbrīvot spriegumu pret slodzi vai elementu, kas patērē spriegumu.
Parasti kondensatora aizsardzības apsvērumu dēļ kondensatora priekšā vienmēr ir rezistors. Pat tad, ja kondensatoram ir neliela iekšējā pretestība, tas ir niecīgs, un, ja netiek rūpēts par kondensatora aizsardzību, tas var tikt bojāts un pat eksplodēt.
Kondensatora uzlāde
Lai vienkārši izskaidrotu kondensatora uzvedību uzlādes laikā, mēs ilustrēsim visbiežāk izmantoto piemēru:
Apskatīsim ķēdi, kurā ir barošanas avots, piemēram, akumulators, rezistors ar nosaukumu R1, kas ir atbildīgs par strāvas pārejas kontroli, kas sasniegs kondensatoru, lai to aizsargātu. Arī slēdzis, kas ļauj kondensatoram uzlādēties vai izlādēties, un, visbeidzot, rezistors ar nosaukumu R2, kas pārstāvēs ierīci, kas patērē strāvu.
Pirmkārt, mēs redzam, kā slēdzis ir sakārtots tā, lai kondensators būtu virknē ar barošanas avotu un pretestību, starp citu, mums jāuzsver, ka šo pretestību sauc par slodzes pretestību.
Šobrīd kondensators tiek uzlādēts kontrolētā veidā, pateicoties uzlādes rezistoram. Šī rezistora un kondensatora kombinācija ļauj iestatīt taimerus, kurus mēs minējām iepriekš. Tas ir saistīts ar faktu, ka pretestība novērš brīvu strāvas pāreju, tāpēc strāva ilgst ilgāk, lai izietu cauri ķēdei, lai pēc tam tā izietu cauri kondensatoram, uzlādēšana prasa kādu laiku.
Laiku, kas nepieciešams kondensatora uzlādēšanai, var aprēķināt, izmantojot šādu vienādojumu:
t1 = 5 x R1 x C.
Kur:
t1: ir uzlādes laiks. Tās vienība ir milisekundes (es)
R1: ir slodzes pretestība. Tās vienība ir omi (Ω).
C: ir kondensatora kapacitāte. Tā vienība ir Farads (F)
Šis vienādojums ļauj apstiprināt, ka jo lielāka slodzes pretestība un / vai lielāka kondensatora kapacitāte, jo ilgāks uzlādes laiks. Ko var pārbaudīt nākamajā grafikā.
Jums varētu rasties jautājums, kas notiktu, ja mēs neiestatītu slodzes rezistoru. Teorētiski kondensators nekavējoties uzlādējas. Bet, kā mēs jau minējām iepriekš, tas nav ieteicams, jo kondensatori var saņemt tikai nelielu strāvu. Ja atceramies Ohmas likumu, mēs redzam, ka:
I = V/R
Kur:
Es: ir strāva. Tā vienība ir ampēri (A)
V: ir spriegums. Tās vienība ir volti (V)
A: tā ir pretestība. Tās vienība ir omi (Ω)
Ja pretestība ir 0 vai vienāda ar to, tas nozīmētu, ka strāva būtu praktiski bezgalīga vai vismaz ļoti liela. Kondensators var atbalstīt barošanu tikai no zemākas strāvas. Īsāk sakot, ja netiek novietots nekāds slodzes rezistors, kondensators var neizturēt šo strāvu un izdeg.
Tagad pieņemsim, ka kondensators jau ir uzlādēts, un kas notiek? Atgriezīsimies pie Oma likuma, jo spriegums palielinās, un, tā kā pretestības vērtība tiek saglabāta, strāvas vērtība mēdz būt nulle.
Kā mēs jau zinām, kondensatora funkcija ir saglabāt spriegumu vai spriegumu. Tas nozīmē, ka, kondensatoram uzlādējoties, tajā brīdī ir lielāks spriegums. Tā kā pretestība nemaina savu vērtību, strāva mēdz būt nulle. Īsāk sakot, kad kondensators ir uzlādēts, tas darbojas kā atvērta ķēde vai slēdzis, kas novērš strāvas pāreju, lai gan tajā brīdī būs spriegums vai spriegums.
Kondensatora izlāde
Tagad iepazīstināsim ar apgriezto gadījumu. Tiklīdz slēdzis maina pozīciju un kondensators tiek ievietots virknē ar rezistoru R2, kondensators sāks izlādēties. Kāpēc? Nu, tāpēc, ka pretestība R2 apzīmē ķēdes patēriņu, un šī pretestība būs jāpiegādā, kad ķēde, kurā tā ir slēgta. Šo piegādi nodrošinās kondensators, izlādējot potenciālo starpību, ko tā ir saglabājusi.
Tāpat kā iekraušanas gadījumā, izkraušana nenotiek nekavējoties, bet pakāpeniski. Un tāpat kā uzlādējot, izlādes laika novērtēšanas vienādojums ir vienāds. Tas nozīmē, ka laiks, kas nepieciešams kondensatora izlādēšanai, ir atkarīgs no R2 pretestības un kondensatora kapacitātes. Tāpat šeit mēs vēlreiz atsvaidzinām vienādojumu:
t1 = 5 x R1 x C.
Kur:
t2: ir uzlādes laiks. Tās vienība ir milisekundes (ms)
R2: ir slodzes pretestība. Tās vienība ir omi (Ω).
C: ir kondensatora kapacitāte. Tā vienība ir Farads (F)
Šāda veida ķēde varētu kontrolēt, piemēram, ierīces ieslēgšanas laiku.
Kondensators kā filtrs
Vēl viens pielietojums, kuram bieži tiek izmantoti kondensatori, ir filtrs. Tas ir iespējams, pateicoties pakāpeniskai uzlādei un izlādei, un šo parādību izmanto, lai attīrītu piemaisījumus no signāliem vai elektriskā viļņa.
Ja kā piemēru ņemam sākotnējo ķēdi, bet šajā gadījumā ar maiņstrāvas barošanas avotu. Kondensators sāks uzlādēt, līdz tas sasniegs maksimālo uzglabāšanas jaudu, tad strāvas plūsma apstāsies un slodzi sāks piegādāt spriegums, kas pastāv kondensatorā. Tiklīdz kondensators sāk izlādēties, barošanas avots turpina uzlādēt kondensatoru, negaidot tā pilnīgu izlādi.
To var vizuāli vieglāk saprast:
Kā redzat, maiņstrāvas padeves vilnis ir sinusoidāls, un, pateicoties kondensatora īpašībai, ir iespējams izlīdzināt vilni tiešā piegādē. Tas ir ļoti noderīgi barošanas avotiem, ko izmanto, piemēram, datori. Daudzas ierīces nevar strādāt ar maiņstrāvu, bet ar līdzstrāvu, un tas ir tad, kad barošanas avoti nonāk kā starpnieks. Protams, šiem barošanas avotiem ir daudz vairāk komponentu, lai sasniegtu šo mērķi.
Kondensatoru veidi
Kondensatoriem vai kondensatoriem var būt atšķirīga klasifikācija. Tālāk mēs sāksim klasificēt kondensatorus pēc to dielektriķa veida:
Dielektriķa dēļ
Kondensatorus klasificē pēc to dielektriķa. Ir tā sauktie elektrolītiskie kondensatori, tie ir tie, kuriem ir polaritāte, tas ir, tiem ir pozitīvs spailes vai "kāju" un negatīvs spailes. Ja tie ir savienoti ar apgrieztu polaritāti, kondensators tiks bojāts.
Šie elektrolītiskie kondensatori, atšķirībā no citiem kondensatoriem, ir tas, ka tie izmanto vadošu jonu šķidrumu. Šis šķidrums ir ķīmisks šķīdums, kas parasti sastāv no borskābes vai nātrija borāta ar etilēnglikola cukuru. Šis šķidrums nonāk kā viena no kondensatora vadošajām plāksnēm vai loksnēm aizstājējs.
Atšķirībā no elektrolītiskajiem kondensatoriem kondensatoriem, kuru dielektriķis ir gaiss, keramika, papīrs vai citi, nav noteiktas polaritātes. Turklāt to iekšpusē ir divas plāksnes un nav iekšēja šķidruma.
Abiem kondensatoru veidiem ir savs pielietojums, tāpēc nav bijis iespējams savstarpēji aizstāt kondensatorus, lai gan tiem ir dažādi dielektriķi.
Īsāk sakot, ir kondensatori:
- Elektrolītisks
- Keramika
- No papīra
- No gaisa
- Mainīgs kondensators
Fiksēts vai mainīgs
Tāpat kā rezistori, ir kondensatori ar fiksētu jaudu un arī kondensatori, kuru jaudu var mainīt. Tas tiek panākts, noregulējot atstarpi starp to plāksnēm, izmantojot pogu, piemēram, potenciometru vai mainīgu rezistoru.
Pēc formas
Kondensatori var atšķirties pēc konstrukcijas, esošā diska, pērļu un cauruļveida kondensatoru, kā parādīts zemāk.
Kondensatoru kods
Ir daži kondensatori, kas norāda to jaudas vērtību, izmantojot krāsu tabulu, kas ir ļoti līdzīga rezistoru izmantotajai.
Krāsu kods
Pirmā krāsa norāda pirmās vērtības vērtību, otrā - otrā skaitļa vērtību, trešā ir eksponents, kas paaugstinās līdz 10, tas ir, 10 tiks paaugstināts līdz skaitlim, ko attēlo trešā krāsa. Ceturtā krāsa norāda variācijas procentuālo daudzumu, tas ir, tas var būt, piemēram, par 10% vairāk vai par 10% līdz vērtībai, kas norāda ietilpību. Visbeidzot, piektā krāsa norāda uzlādes spriegumu vai spriegumu. Visiem šiem kondensatoriem ir pikofaradi uz vienību.
Krāsu vērtība ir iekļauta komerciālā tabulā, kas ir šāda:
Japāņu kods
Ir vēl viens koda veids, lai identificētu kondensatora kapacitāti, ir koda veids, ko sauc par japāņu kodu vai kodu 101. Šis kods sastāv no trim cipariem, kas ir redzami uz kondensatora.
Pirmie divi cipari veido skaitli, kas jāreizina ar 10, palielinot līdz trešajam skaitlim, saglabājot pikofaradu kā vienību. Piemēram:
Šim kondensatoram pēc koda ir skaitļi 104. Tātad šī kondensatora jaudas aprēķināšanas veids ir šāds:
10 X 104 = 100000 0,1 pF = XNUMX uF
Burtciparu kods
Ir vēl viens kods, lai identificētu kondensatora materiālu un ietilpību, kurā tiek izmantota burtu un ciparu kombinācija. Ir daudzi veidi, kā parādīt šo kodu, kas apvieno ciparus un burtus, un tie ir tik dažādi, ka nav īsti vērts tos iemācīties, tāpēc tā vietā ieteicams iepazīties ar ražotāja datu lapu.
Kondensatori virknē un paralēli
Tāpat kā rezistori, kondensatoru stāvoklis virknē vai paralēli rada kopējās kapacitātes uzvedību. Sāksim aplūkot parādību, kas notiek, kad kondensatori ir sērijveidā.
Sērijas kondensatori
Ja kondensatori ir sērijveidā, katra kondensatora jauda darbojas šādi:
Rodas vienādojums:
Vt = V1 + V2
Kur:
Vt: kopējais spriegums
V1: pirmā kondensatora spriegums
V2: otrā kondensatora spriegums
Atgriezīsimies pie vienādojuma, lai aprēķinātu kondensatora jaudu:
C = q/V
Kur:
q = ir maksa, ko uzglabā katra plāksne. Tā vienība ir Kulons (C)
V = ir spriegums, spriegums vai potenciāla starpība starp divām kondensatora loksnēm vai vadītājiem. Tās vienība ir volti (V)
Un ka bija iespējams notīrīt V šādā veidā:
V = q / C.
Tagad, ja mēs katru V ķēdes kondensatora V aizstājam ar iepriekšējo izteiksmi, mēs to iegūstam;
1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3… 1 / Cn
Paralēlie kondensatori
Šajā gadījumā, tā kā kondensatori atrodas paralēli, spriegums, ko saņem katrs kondensators, ir tāds pats kā strāvas padeves spriegums, tāpēc mums ir:
Vt = V1 = V2 = V3… Vn
Kur
Vt: ir kopējais vai avota spriegums
V1: pirmā kondensatora spriegums
V2. Otrā kondensatora spriegums
V3: Trešā kondensatora spriegums
Atkal, ja mēs atgriezīsimies pie izteiksmes, kas ļauj novērtēt sprieguma vērtību atbilstoši slodzei un jaudas vērtībai:
V = q / C.
Un mēs turpinām aizstāt katru ķēdes katra kondensatora V ar iepriekšējo izteiksmi, mēs iegūstam, ka:
C = C1 + C2 + C3… + Cn
Kondensatora izmantošana
Kondensators ir viena no vissvarīgākajām elektronikas sastāvdaļām. Mūsdienās ir gandrīz neiespējami pieminēt ierīci, kuras konstrukcijā nav nepieciešami kondensatori. Tālāk mēs pieminēsim dažus no visbiežāk izmantotajiem lietojumiem, kur atrodams kondensators.
- Baterijas un atmiņas: Pateicoties uzglabāšanas jaudai, ir iespējams paralēli novietot vairākus kondensatorus, lai palielinātu uzlādes jaudu.
- Filtri: Tos plaši izmanto elektrotīklos, jo tie var novērst tīkla viļņošanos un troksni, vai otrādi, tā ka iekšējo elektrotīklu radītās harmonikas tiek filtrētas pirms atgriešanās tīklā. Telekomunikācijās tā filtrēšanas jauda tiek plaši izmantota, lai izveidotu frekvenču joslas, kā arī samazinātu vai novērstu traucējumus.
- Barošanas avoti: Tā pakāpeniskā uzlādes un izlādes darbība ļauj koriģēt viļņus, kas ir būtiski barošanas avotos, lai pārveidotu maiņstrāvas par tiešām strāvām, jo lielākā daļa elektronisko ierīču darbojas iekšpusē ar līdzstrāvu, bet elektriskais pakalpojums darbojas ar maiņstrāvu. Tāpēc iekārtu darbībai ir nepieciešami barošanas avoti, un starp komponentiem, kas to veido, kondensatoram ir neaizstājama loma.
- Pretestības adapteri: Kondensatori var izlādēt un uzlādēt enerģiju praktiski nenozīmīgā laika periodā, un tas ļauj pretestībai rezonēt kopā ar citiem komponentiem, lai divas ķēdes ar atšķirīgu pretestību varētu savienot vai strādāt kopā.
Tomēr šie ir tikai daži no dažiem lietojumiem, kurus mēs varam pieminēt. Kondensatoriem ir pielietojums elektronikā, lielos elektrotīklos, telekomunikācijās un citos. No mūsu datoriem, mobilajiem tālruņiem, ledusskapjiem, digitālajiem pulksteņiem, televizoriem un daudziem citiem izgudrojumiem to iekšpusē ir kondensatori, kas ir būtiska komplekta sastāvdaļa, kas veido un piešķir dzīvību ierīcēm vai iekārtām.
Secinājumi
Elektronikas lietojumprogrammas šodien ir tik svarīgas mūsu ikdienas dzīvē, ka praktiski nav iespējams izdzīvot pasaulē, kur tās vairs nav. Un šī plašā progresīvo tehnoloģiju pasaule sākas viszemākajos pamatos, tāpat kā katra elektronikas sastāvdaļa.
Tas attiecas uz kondensatoru - komponentu, kas izgatavots no ļoti vienkāršiem materiāliem, kas padara to par vienu no elektronikas pamatelementiem, taču, pateicoties tā uzvedībai, nav iespējams, ka tas nav atrodams visās esošajās elektroniskajās ierīcēs .
Neapšaubāmi, elektronikas attīstība ir bijis galvenais virzītājspēks, kas pavēra ceļu tehnoloģiju attīstībai dažādās disciplīnās. Un, lai gan kondensators pats par sevi nav īpaši noderīgs, ja to apvieno ar citiem komponentiem, sarežģītas iekārtas, piemēram RAM atmiņas kartes, datori, roboti, droni, mobilie tālruņi, serveri un vēl daudz vairāk.