De wereld van de elektronica was de springplank naar die technologie die moest worden voortgestuwd. En deze springplank bestaat uit kleine onderdelen zoals de condensor. In dit merkwaardige bericht leer je in detail Wat is een elektrische condensator?, De verschillende functies die ermee worden toegepast en het grote belang ervan op verschillende gebieden.
Condensor
Om de studie van de condensator te starten, zullen we eerst uitleggen: wat is een condensator. Het is een passieve elektrische component, dat wil zeggen, het genereert zelf geen elektriciteit, kan een elektrische lading opslaan en later weer vrijgeven. Je kunt hem vinden als condensator of condensator. De lading die het binnenin vasthoudt, is een potentiaal- of spanningsverschil.
Het verhaal van de donortelling ontstaat in 1745 toen de Duitser Ewald Georg von Kleist zich realiseerde dat het mogelijk was om een elektrische lading op te slaan. Dit was het gevolg van een ongeval toen hij een elektrostatische generator met een kabel op een hoeveelheid water in een glazen kan of fles aansloot. Toen hij de kabel verwijderde en zijn hand erop legde.
Er ging geen jaar voorbij of de Nederlandse natuurkundige Pieter van Musschenbroek vond een condensator uit met dezelfde eigenschappen. Ter nagedachtenis aan de universiteit waar hij werkte noemde hij deze condensor "de Leidse fles".
Hoe werkt een condensator?
Nu eens kijken hoe een condensator werkt y waar is een condensator voor?. De manier waarop het erin slaagt de elektrische lading op te slaan, is door twee vellen van geleidend materiaal te gebruiken, zoals tantaal, die worden gescheiden door een of ander diëlektrisch materiaal, bijvoorbeeld lucht.
Voordat u verder gaat, is het belangrijk om een diëlektricum niet te verwarren met een volledig isolerend materiaal. Dat wil zeggen, alle diëlektrica zijn isolatoren, maar dit maakt niet noodzakelijkerwijs alle isolatoren diëlektrisch. Diëlektrische materialen hebben het vermogen om geleidend te worden wanneer ze worden blootgesteld aan een grote elektrische lading en de diëlektrische sterkte te breken. Sommige van deze materialen kunnen zijn: keramiek, papier, was, glas, olie, enz. Volledig isolerende materialen zijn materialen die, ongeacht hoeveel elektrische lading er aan wordt blootgesteld, geen geleider zullen zijn, een voorbeeld hiervan is rubber.
Nu zullen de platen in de condensator, gevoed met een stroombron, elektrisch worden opgeladen in gelijke delen, maar met verschillende tekens. Dit betekent dat één lading positief (+ q) zal zijn en de andere lading dezelfde grootte zal hebben maar met een negatieve lading (-q), bij deze gelijke ladingen maar verschillende tekens is wat het verschil in potentiaal of spanning wordt genoemd.
Over het algemeen worden in condensatoren lucht, papier, tantaal, aluminium en keramiek gebruikt als diëlektrisch materiaal, ook worden in sommige condensatoren bepaalde kunststoffen gebruikt.
De opslagcapaciteit die een condensator of condensator heeft wordt berekend in de eenheid van Farads. Het bereik waarin de meeste elektrische condensatoren worden gevonden, loopt van pico (pF) tot micro (uF) Farads. De vergelijking om de capaciteit van een condensator te berekenen is:
C=q/V
Waar:
q = is de lading die elke plaat opslaat. De eenheid is Coulomb (C)
V = is het spannings-, spannings- of potentiaalverschil tussen de twee vellen of geleiders van de condensator. De eenheid is Volt (V)
Als we deze formule toepassen, als we de waarden aannemen voor belasting 1 en voor spanning 1, zou dit ons 1 Farad opleveren. Dit is echter slechts een voorbeeld, omdat een condensator met deze capaciteit niet bestaat omdat deze ongelooflijk groot zou zijn. Om een idee te krijgen, het zou een oppervlakte van 1000 m . beslaan2.
Als we nu de spanning willen weten die een condensator kan opslaan, wetende de lading en de Farads van de condensator, dan kunnen we oplossen dat de spanning uit de vorige vergelijking is:
V=q/C
Een condensator opladen en ontladen
Een van de kenmerken van de condensator is dat de ontlading progressief is en niet onmiddellijk. Een condensator heeft een ontlaadtijd. Met deze eigenschap kan de condensator andere toepassingen hebben, zoals timers en filters in een elektrisch circuit.
Wanneer een condensator volledig is opgeladen, is het wanneer deze de spanning doorlaat. Wanneer de voeding wordt losgekoppeld, begint de condensator geleidelijk de spanning af te geven naar de belasting of het element dat de spanning verbruikt.
Over het algemeen wordt de condensator altijd voorafgegaan door een weerstand om redenen van condensatorbescherming. Zelfs wanneer een condensator een kleine interne weerstand heeft, is deze verwaarloosbaar, en als er niet op wordt gelet om de condensator te beschermen, kan deze beschadigd raken en zelfs exploderen.
condensator lading
Om het gedrag van een condensator tijdens het opladen eenvoudig uit te leggen, zullen we het meest gebruikte voorbeeld gebruiken om het te illustreren:
Laten we eens kijken naar een circuit met een stroombron zoals een batterij, een weerstand genaamd R1 die verantwoordelijk is voor het regelen van de stroom die de condensator zal bereiken om deze te beschermen. Ook een schakelaar waarmee de condensator kan worden opgeladen of ontladen, en tot slot een weerstand genaamd R2 die het apparaat vertegenwoordigt dat de stroom verbruikt.
In de eerste plaats zien we hoe de schakelaar zo is opgesteld dat de condensator in serie staat met de voeding en de weerstand, overigens moeten we benadrukken dat deze weerstand een belastingsweerstand wordt genoemd.
Op dit moment wordt de condensator gecontroleerd opgeladen dankzij de laadweerstand. Met deze combinatie van weerstand en condensator kun je de timers instellen die we eerder noemden. Dit komt door het feit dat de weerstand de doorgang van stroom verhindert, dus de stroom duurt langer om door het circuit te gaan, zodat het dan door de condensator gaat, het even duurt om op te laden.
De tijd die nodig is om een condensator op te laden, kan worden berekend met behulp van de volgende vergelijking:
t1 = 5 x R1 x C
Dónde:
t1: is de oplaadtijd. De eenheid is milliseconden (ik)
R1: is de belastingsweerstand. De eenheid is ohm (Ω).
C: is de capaciteit van de condensator. De eenheid is Farads (F)
Met deze vergelijking kunnen we bevestigen dat hoe hoger de belastingsweerstand en / of hoe groter de capaciteit van een condensator, hoe langer de oplaadtijd. Wat kan worden geverifieerd in de volgende grafiek.
Je vraagt je misschien af wat er zou gebeuren als we de belastingsweerstand niet instellen. Theoretisch zou de condensator onmiddellijk opladen. Maar zoals we eerder vermeldden, wordt dit niet aanbevolen, omdat condensatoren maar een kleine stroom kunnen ontvangen. Als we de wet van Ohm onthouden, kunnen we zien dat:
ik = V / R
Waar:
I: is de stroom. De eenheid is Ampère (A)
V: is de spanning. De eenheid is Volt (V)
A: het is weerstand. De eenheid is de Ohm (Ω)
Als de weerstand neigt naar of gelijk is aan 0, zou dit betekenen dat de stroom praktisch oneindig zou zijn, of op zijn minst zeer groot. De condensator kan alleen voeding van een lagere stroom ondersteunen. Kortom, als er geen type belastingsweerstand wordt geplaatst, kan de condensator die stroom niet weerstaan en zal deze doorbranden.
Laten we nu aannemen dat de condensator al is opgeladen, dus wat gebeurt er? Laten we teruggaan naar de wet van Ohm, als de spanning stijgt, en aangezien de waarde van de weerstand wordt gehandhaafd, neigt de waarde van de stroom naar nul.
Zoals we al weten, is de functie van de condensator om spanning of spanning op te slaan. Dit betekent dat naarmate de condensator oplaadt, er op dat punt een hogere spanning is. Omdat de weerstand zijn waarde niet verandert, neigt de stroom naar nul. Kortom, als een condensator eenmaal is opgeladen, gedraagt deze zich als een open circuit of als een schakelaar die de doorgang van stroom verhindert, hoewel er op dat moment spanning of spanning zal zijn.
Condensorafvoer
Laten we nu het omgekeerde geval presenteren. Op het moment dat de schakelaar van positie verandert en de condensator in serie wordt geplaatst met weerstand R2, begint de condensator te ontladen. Waarom?Nou, omdat de weerstand R2 het verbruik van het circuit vertegenwoordigt, en deze weerstand zal moeten worden geleverd wanneer het circuit waarin het is gesloten. Deze voeding wordt geleverd door de condensator, waardoor het potentiaalverschil dat deze heeft opgeslagen, wordt ontladen.
Net als bij laden gebeurt het lossen niet onmiddellijk, maar geleidelijk. En net als bij opladen is de vergelijking voor het schatten van de ontlaadtijd hetzelfde. Dit betekent dat de tijd die nodig is om de condensator te ontladen afhangt van de weerstand van R2 en de capaciteit van de condensator. Evenzo vernieuwen we hier de vergelijking opnieuw:
t1 = 5 x R1 x C
Dónde:
t2: is de oplaadtijd. De eenheid is milliseconden (ms)
R2: is de belastingsweerstand. De eenheid is ohm (Ω).
C: is de capaciteit van de condensor. De eenheid is Farads (F)
Dit type circuit kan bijvoorbeeld regelen hoe lang een apparaat aan staat.
De condensor als filter
Een andere van de toepassingen waarvoor condensatoren vaak worden gebruikt, is als filter. Dit is mogelijk dankzij de eigenschap van geleidelijk opladen en ontladen, en dit fenomeen wordt gebruikt om onzuiverheden uit de signalen of de elektrische golf te verwijderen.
Als we als voorbeeld de initiële schakeling nemen, maar dan met een wisselstroomvoeding. De condensator begint op te laden totdat deze zijn maximale opslagcapaciteit heeft bereikt, waarna de stroom stopt en de belasting wordt geleverd door de spanning die in de condensator aanwezig is. Zodra de condensator begint te ontladen, gaat de voeding verder met het opladen van de condensator zonder te wachten tot deze volledig is ontladen.
Dit kan visueel gemakkelijker te begrijpen zijn:
Zoals te zien is, is de golf van de wisselstroomvoeding sinusvormig en dankzij de eigenschap van de condensator is het mogelijk om de golf in een directe voeding te corrigeren. Dit is erg handig voor voedingen die bijvoorbeeld door computers worden gebruikt. Veel apparaten kunnen niet met wisselstroom werken maar met gelijkstroom en dan komen de voedingen als tussenpersoon binnen. Uiteraard hebben deze voedingen nog veel meer componenten om dit doel te bereiken.
Soorten condensatoren
Condensatoren of condensatoren kunnen verschillende classificaties hebben. Vervolgens zullen we beginnen met het classificeren van condensatoren op basis van hun type diëlektricum:
Vanwege zijn diëlektricum
Condensatoren worden geclassificeerd op basis van het diëlektricum dat ze hebben. Er zijn zogenaamde elektrolytische condensatoren, dit zijn die met een polariteit, dat wil zeggen, ze hebben een positieve pool of "been" en een negatieve pool. Als ze worden aangesloten met de polariteit omgekeerd, wordt de condensator beschadigd.
Deze elektrolytische condensatoren gebruiken, in tegenstelling tot andere condensatoren, een geleidende ionische vloeistof. Deze vloeistof is een chemische oplossing, die gewoonlijk is samengesteld uit boorzuur of natriumboraat met ethyleenglycolsuikers. Deze vloeistof komt binnen als vervanging voor een van de geleidende platen of vellen van de condensor.
In tegenstelling tot elektrolytische condensatoren hebben condensatoren waarvan het diëlektricum lucht, keramiek, papier of andere is, geen vaste polariteit. Bovendien hebben ze twee platen aan de binnenkant en geen interne vloeistof.
Beide typen condensatoren hebben hun toepassingen, dus het was niet mogelijk om de condensatoren door elkaar te vervangen, ook al hebben ze verschillende diëlektrica.
Kortom, er zijn condensors:
- elektrolytisch
- Keramiek
- Van papier
- van lucht
- Variabele condensator:
Vast of variabel
Net als weerstanden zijn er condensatoren met een vaste capaciteit en ook condensatoren waarvan de capaciteit kan worden gevarieerd. Dit wordt bereikt door de opening tussen hun platen aan te passen met een knop, zoals een potentiometer of een variabele weerstand.
Volgens zijn vorm
De condensors kunnen hun ontwerp, bestaande schijf-, parel- en buisvormige condensors variëren, zoals hieronder weergegeven.
Condensatorencode:
Er zijn enkele condensatoren die hun capaciteitswaarde aangeven door middel van een kleurentabel, die erg lijkt op die van weerstanden.
Kleurcode
De eerste kleur geeft de waarde van de eerste aan, de tweede die van het tweede cijfer, de derde is de exponent die oploopt tot 10, dat wil zeggen dat 10 wordt verhoogd tot het getal dat de derde kleur vertegenwoordigt. De vierde kleur geeft het variatiepercentage aan, dat wil zeggen, het kan bijvoorbeeld 10% meer zijn of 10% van de waarde die de capaciteit aangeeft. Ten slotte geeft de vijfde kleur de laadspanning of -spanning aan. Al deze condensatoren hebben picofarads per eenheid.
De waarde van de kleuren komt in een commerciële tabel die als volgt is:
Japanse code
Er is een ander type code om de capaciteit van een condensator te identificeren, een type code genaamd de Japanse code of code 101. Deze code bestaat uit drie cijfers die zichtbaar zijn op de condensator.
De eerste twee cijfers vormen een getal dat vermenigvuldigd moet worden met 10 tot het derde getal, waarbij de picofarad als eenheid behouden blijft. Bijvoorbeeld:
Deze condensator heeft de codenummers 104. De manier om de capaciteit van deze condensator te berekenen is dus:
10 X 104 = 100000 pF = 0,1 uF
Alfanumerieke code
Er is nog een code om het materiaal en de capaciteit van een condensator te identificeren, die de combinatie van letters en cijfers gebruikt. Er zijn veel manieren om deze code te presenteren die cijfers en letters combineert, en ze zijn zo gevarieerd dat het niet echt de moeite waard is om ze te leren, dus het wordt aanbevolen om in plaats daarvan het gegevensblad van de fabrikant te raadplegen.
Condensatoren in serie en parallel
Net als weerstanden genereert de positie van de condensatoren in serie of parallel een gedrag in de totale capaciteit. Laten we eens kijken naar het fenomeen dat optreedt wanneer condensatoren in serie staan.
Condensatoren in serie
Wanneer condensatoren in serie staan, werkt de capaciteit van elke condensator als volgt:
De vergelijking ontstaat:
Vt = V1 + V2
Waar:
Vt: totale spanning
V1: spanning van de eerste condensator
V2: spanning van de tweede condensator
Laten we teruggaan naar de vergelijking om de capaciteit van de condensator te berekenen:
C=q/V
Waar:
q = is de lading die elke plaat opslaat. De eenheid is Coulomb (C)
V = is het spannings-, spannings- of potentiaalverschil tussen de twee vellen of geleiders van de condensator. De eenheid is Volt (V)
En dat het mogelijk was om V op de volgende manier te wissen:
V=q/C
Als we nu elke V van elke condensator in het circuit vervangen door de vorige uitdrukking, krijgen we dat;
1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3… 1 / Cn
Parallelle condensatoren
In dit geval, aangezien de condensatoren parallel zijn, is de spanning die elke condensator ontvangt gelijk aan die van de voeding, dus het moet:
Vt = V1 = V2 = V3... Vn
waarin
Vt: is de totale of bronspanning
V1: Spanning van de eerste condensator
V2. Tweede condensatorspanning:
V3: Spanning van de derde condensator
Nogmaals, als we terugkeren naar de uitdrukking waarmee we de spanningswaarde kunnen schatten op basis van de belasting en de capaciteitswaarde:
V=q/C
En we gaan verder met het vervangen van elke V van elke condensator van het circuit door de vorige uitdrukking, we verkrijgen dat:
C = C1 + C2 + C3... + Cn
Condensor toepassingen:
De condensator is een van de meest elementaire componenten van de elektronica. Het is bijna onmogelijk om tegenwoordig een apparaat te noemen dat geen condensatoren nodig heeft in zijn ontwerp. Vervolgens zullen we enkele van de meest voorkomende toepassingen noemen waar de condensator wordt gevonden.
- Batterijen en geheugens: Dankzij de opslagcapaciteit is het mogelijk om meerdere condensatoren parallel te plaatsen om de laadcapaciteit te vergroten.
- filters: Ze worden veel gebruikt in elektrische netwerken omdat ze de rimpeling en ruis van het netwerk kunnen elimineren, of in het omgekeerde geval, zodat de harmonischen die door de interne elektrische netwerken worden gegenereerd, worden gefilterd voordat ze terugkeren naar het netwerk. In telecommunicatie wordt zijn filtercapaciteit veel gebruikt om frequentiebanden vast te stellen en ook om interferentie te verminderen of te elimineren.
- Stroombronnen: Het geleidelijke laad- en ontlaadgedrag maakt golfrectificatie mogelijk, wat essentieel is in voedingen om wisselstromen om te zetten in gelijkstroom, aangezien de meeste elektronische apparaten intern met gelijkstroom werken, maar elektrische diensten werken met wisselstroom. Dat is de reden waarom stroombronnen nodig zijn voor de werking van apparatuur, en van de componenten waaruit deze bestaat, speelt de condensator een onvervangbare rol.
- Impedantie adapters: Condensatoren kunnen energie ontladen en opladen in praktisch verwaarloosbare tijdsperioden, en hierdoor kan de soortelijke weerstand samen met andere componenten resoneren, zodat twee circuits met verschillende impedanties kunnen worden gekoppeld of samen kunnen werken.
Dit zijn echter slechts enkele van de weinige toepassingen die we kunnen noemen. Condensatoren hebben toepassingen in elektronica, grote elektrische netwerken, telecommunicatie en andere. Van onze computers, mobiele telefoons, koelkasten, digitale klokken, televisies en vele andere uitvindingen, ze hebben condensatoren binnenin als een essentieel onderdeel van de set die apparaten of apparatuur vormt en leven geeft.
Conclusies
De toepassingen die elektronica tegenwoordig heeft, zijn zo belangrijk in ons dagelijks leven dat het praktisch onmogelijk is om te overleven in een wereld waar het niet meer bestaat. En deze enorme wereld van geavanceerde technologie begint in zijn meest bescheiden fundamenten, net als elk onderdeel dat deel uitmaakt van elektronica.
Dit is het geval met de condensator, een onderdeel gemaakt van zeer eenvoudige materialen, waardoor het een van de basiscomponenten van de elektronica is, maar dankzij zijn gedrag is het onmogelijk dat het niet wordt aangetroffen in alle elektronische apparaten die er zijn .
Zonder twijfel is de vooruitgang van de elektronica een fundamentele drijfveer geweest die de weg heeft vrijgemaakt voor de vooruitgang van technologieën in verschillende disciplines. En hoewel de condensor op zichzelf niet erg handig is in combinatie met andere componenten, geavanceerde apparatuur zoals: RAM-geheugenkaartencomputers, robots, drones, mobiele telefoons, servers y mucho más.