Elektronikkens verden har vært et springbrett for at teknologien måtte drives frem. Og dette springbrettet består av små deler som kondensatoren. I dette nysgjerrige innlegget vil du lære i detalj Hva er en elektrisk kondensator ?, De forskjellige funksjonene som brukes med den og dens store betydning på forskjellige områder.
Kondensator
For å starte studiet av kondensatoren, vil vi først forklare hva er en kondensator. Det er en passiv elektrisk komponent, det vil si at den ikke genererer elektrisitet alene, i stand til å lagre en elektrisk ladning og frigjøre den senere. Du kan finne ham som kondensator eller kondensator. Ladningen som den holder inne er en potensial- eller spenningsforskjell.
Historien om donorantallet oppstår i år 1745 da tyskeren Ewald Georg von Kleist innså at lagring av en elektrisk ladning var mulig. Dette oppsto som et resultat av en ulykke da han koblet en elektrostatisk generator til et vannmengde som var inne i en kanne eller flaske med en kabel. Da han fjernet kabelen og la hånden på den.
Ikke et år gikk da den nederlandske fysikeren Pieter van Musschenbroek oppfant en kondensator med de samme egenskapene. Til minne om universitetet der han jobbet kalte han denne kondensatoren "Leyden -flasken".
Hvordan fungerer en kondensator?
La oss nå se hvordan en kondensator fungerer y hva er en kondensator for. Måten den klarer å lagre den elektriske ladningen på, er ved å bruke to ark laget av ledende materiale, for eksempel tantal, som er atskilt med noe dielektrisk materiale, for eksempel luft.
Før du fortsetter, er det viktig å ikke forveksle et dielektrikum med et fullt isolerende materiale. Det vil si at alle dielektrikum er isolatorer, men dette gjør ikke nødvendigvis alle isolatorer dielektriske. Dielektriske materialer har evnen til å bli ledende når de utsettes for en stor elektrisk ladning og bryter dielektrisk styrke. Noen av disse materialene kan være: keramikk, papir, voks, glass, olje, blant andre. Fullt isolerende materialer er de som, uavhengig av hvor mye elektrisk ladning som blir utsatt, ikke vil være en leder, et eksempel er gummi.
Nå vil platene inne i kondensatoren, matet med en strømkilde, være elektrisk ladet i like deler, men med forskjellige tegn. Dette betyr at en ladning vil være positiv (+ q), og den andre ladningen vil ha samme størrelse, men med en negativ ladning (-q), ved disse like ladningene, men forskjellige tegn er det som kalles differansen i potensial eller spenning.
Generelt brukes kondensatorer luft, papir, tantal, aluminium og keramikk som dielektrisk materiale, og i noen kondensatorer brukes også visse typer plast.
Lagringskapasiteten som en kondensator eller kondensator har er beregnet i Farads -enheten. Området der de fleste elektriske kondensatorer finnes er fra pico (pF) til micro (uF) Farads. Ligningen for å beregne kapasiteten til en kondensator er:
C = q/V
Hvor:
q = er ladningen som hver tallerken lagrer. Enheten er Coulomb (C)
V = er spenningen, spenningen eller potensialforskjellen mellom kondensatorens to ark eller ledere. Enheten er Volt (V)
Hvis vi bruker denne formelen, hvis vi antar verdiene for last 1 og for spenning 1, vil det gi oss 1 Farad. Dette er imidlertid bare et eksempel, da en kondensator av denne kapasiteten ikke eksisterer fordi den ville være utrolig stor. For å få en ide, vil den dekke plassen på 1000 m2.
Nå, hvis vi vil vite spenningen som en kondensator kan lagre ved å vite ladningen og Faradene til kondensatoren, kan vi løse spenningen fra den forrige ligningen:
V = q/C
Lade og lade ut en kondensator
En av egenskapene til kondensatoren er at utladningen er progressiv og ikke umiddelbar. En kondensator har en utladningstid. Denne egenskapen gjør at kondensatoren kan ha andre applikasjoner, for eksempel tidtakere og filtre i en elektrisk krets.
Når en kondensator er fulladet, er det når den lar spenningen passere. Når strømforsyningen er frakoblet, begynner kondensatoren å gradvis frigjøre spenningen mot lasten eller elementet som bruker spenningen.
Vanligvis går kondensatoren alltid foran av en motstand av hensyn til kondensatorbeskyttelse. Selv når en kondensator har en liten indre motstand, er den ubetydelig, og hvis man ikke tar vare på å beskytte kondensatoren, kan den bli skadet og til og med eksplodere.
Kondensatorladning
For enkelt å forklare oppførselen til en kondensator ved lading, vil vi bruke det mest brukte eksemplet for å illustrere det:
La oss vurdere en krets der det er en strømkilde, for eksempel et batteri, en motstand kalt R1 som er ansvarlig for å kontrollere strømmen som vil nå kondensatoren for å beskytte den. Også en kommutator eller bryter som lar kondensatoren lade eller utlade, og til slutt en motstand kalt R2 som vil representere enheten som bruker strømmen.
I første omgang ser vi hvordan bryteren er arrangert slik at kondensatoren er i serie med strømforsyningen og motstanden, forresten, vi må understreke at denne motstanden kalles lastmotstand.
I dette øyeblikket lades kondensatoren kontrollert takket være lademotstanden. Denne kombinasjonen av motstand og kondensator lar deg stille timerne som vi nevnte tidligere. Dette skyldes det faktum at motstanden forhindrer passering av strøm fritt, så det tar lengre tid å strømme gjennom kretsen, slik at den passerer gjennom kondensatoren, det tar en stund å lade.
Tiden det tar for en kondensator å lade kan beregnes ved hjelp av følgende ligning:
t1 = 5 x R1 x C
hvor:
t1: er ladetiden. Enheten er millisekunder (meg)
R1: er belastningsmotstanden. Enheten er ohm (Ω).
C: er kondensatorens kapasitans. Enheten er Farads (F)
Denne ligningen lar oss bekrefte at jo høyere lastmotstand og / eller jo større kapasitansen til en kondensator er, desto lengre ladetid. Som kan bekreftes i følgende graf.
Du lurer kanskje på hva som ville skje hvis vi ikke stiller inn lastmotstanden. Teoretisk vil kondensatoren lades umiddelbart. Men, som vi nevnte tidligere, anbefales dette ikke, da kondensatorer bare kan motta en liten strøm. Hvis vi husker Ohms lov kan vi se at:
Jeg = V / R
Hvor:
I: er strømmen. Enheten er Amperes (A)
V: er spenningen. Enheten er Volt (V)
A: det er motstand. Enheten er Ohm (Ω)
Hvis motstanden har en tendens til eller er lik 0, vil dette innebære at strømmen vil være praktisk talt uendelig, eller i det minste veldig stor. Kondensatoren kan bare støtte mating fra en lavere strøm. Kort sagt, hvis ingen type lastmotstand er plassert, kan det hende at kondensatoren ikke tåler den strømmen og vil brenne ut.
La oss nå anta at kondensatoren allerede har ladet, så hva skjer? La oss gå tilbake til Ohms lov, ettersom spenningen stiger, og siden verdien av motstanden opprettholdes, har verdien av strømmen en tendens til null.
Som vi allerede vet, er kondensatorens funksjon å lagre spenning eller spenning. Dette betyr at når kondensatoren lades, er det en høyere spenning på det tidspunktet. Siden motstanden ikke endrer verdien, har strømmen en tendens til null. Kort sagt, når en kondensator er ladet, oppfører den seg som en åpen krets eller som en bryter som forhindrer passering av strøm, selv om det vil være spenning eller spenning på det tidspunktet.
Kondensatorutladning
La oss nå presentere det omvendte tilfellet. I det øyeblikket bryteren endrer posisjon, og kondensatoren plasseres i serie med motstand R2, begynner kondensatoren å lades ut. Hvorfor? Vel, fordi motstanden R2 representerer forbruk av kretsen, og denne motstanden vil kreve å bli matet når kretsen den er lukket i. Denne strømforsyningen vil bli levert av kondensatoren og utløse potensialforskjellen den har lagret.
Som med lading er nedlastingen ikke umiddelbar, men gradvis. Og som med lading, er ligningen for å estimere utladningstiden den samme. Dette betyr at tiden det tar å tømme kondensatoren avhenger av motstanden til R2 og kondensatorens kapasitans. På samme måte oppdaterer vi ligningen her igjen:
t1 = 5 x R1 x C
hvor:
t2: er ladetiden. Enheten er millisekunder (ms)
R2: er belastningsmotstanden. Enheten er ohm (Ω).
C: er kondensatorens kapasitans. Enheten er Farads (F)
Denne typen kretser kan for eksempel kontrollere tiden en enhet er på.
Kondensatoren som filter
En annen av applikasjonene som kondensatorer ofte brukes til, er som et filter. Dette er mulig takket være dets karakteristikk for å lade og tømme gradvis, og dette fenomenet brukes til å rense urenheter fra signalene eller den elektriske bølgen.
Hvis vi tar den første kretsen som et eksempel, men i dette tilfellet med en vekselstrøm. Kondensatoren vil begynne å lade til den når sin maksimale lagringskapasitet, da vil strømmen slutte og belastningen vil begynne å bli tilført av spenningen som finnes i kondensatoren. Så snart kondensatoren begynner å lades ut, fortsetter strømforsyningen å lade kondensatoren uten å vente på at den skal tømmes helt.
Dette kan være visuelt lettere å forstå:
Som det kan sees, er bølgen til den vekslende strømforsyningen sinusformet, og takket være egenskapen til kondensatoren er det mulig å rette opp bølgen i en direkte forsyning. Dette er veldig nyttig for strømforsyninger som brukes av for eksempel datamaskiner. Mange enheter kan ikke fungere med vekselstrøm, men med likestrøm, og det er da strømforsyningene kommer inn som mellomledd. Selvfølgelig har disse strømforsyningene mange flere komponenter for å nå dette målet.
Typer kondensatorer
Kondensatorer eller kondensatorer kan ha forskjellige klassifiseringer. Deretter begynner vi med å klassifisere kondensatorer i henhold til deres type dielektrikum:
På grunn av dets dielektriske
Kondensatorer er klassifisert i henhold til dielektrikumet de har. Det er såkalte elektrolytiske kondensatorer, de er de som har en polaritet, det vil si at de har en positiv terminal eller "etappe" og en negativ terminal. Hvis de er koblet til polariteten reversert, vil kondensatoren bli skadet.
Disse elektrolytiske kondensatorene, i motsetning til andre kondensatorer, er at de bruker en ledende ionisk væske. Denne væsken er en kjemisk løsning, som vanligvis består av borsyre eller natriumborat med etylenglykolsukker. Denne væsken kommer inn som en erstatning for en av kondensatorens ledende plater eller ark.
I motsetning til elektrolytiske kondensatorer har kondensatorer hvis dielektrikum er luft, keramikk, papir eller andre, ikke en angitt polaritet. I tillegg har de to plater inne og ingen indre væske.
Begge typer kondensatorer har sine applikasjoner, så det har ikke vært mulig å erstatte kondensatorene med hverandre selv om de har forskjellige dielektrikum.
Oppsummert er det kondensatorer:
- Elektrolytisk
- Keramikk
- Av papir
- Av luft
- Variabel kondensator
Fast eller variabel
Som motstander er det kondensatorer med fast kapasitet og også kondensatorer hvis kapasitet kan varieres. Dette oppnås ved å justere gapet mellom platene ved hjelp av en knott, for eksempel et potensiometer eller en variabel motstand.
I henhold til formen
Kondensatorene kan variere i design, eksisterende disk, perle og rørformede kondensatorer, som vist henholdsvis nedenfor.
Kondensatorer Kode
Det er noen kondensatorer som angir kapasitetsverdien ved hjelp av en fargetabell, veldig lik den som brukes av motstander.
Fargekode
Den første fargen indikerer verdien av den første, den andre av den andre figuren, den tredje er eksponenten som hever til 10, det vil si at 10 blir hevet til tallet som den tredje fargen representerer. Den fjerde fargen angir prosentandelen variasjon, det vil si at den for eksempel kan være 10% mer eller 10% til verdien som angir kapasiteten. Til slutt angir den femte fargen ladespenningen eller spenningen. Alle disse kondensatorene har picofarad per enhet.
Verdien av fargene kommer i et kommersielt bord som er følgende:
Japansk kode
Det er en annen type kode for å identifisere kapasiteten til en kondensator er en type kode som kalles den japanske koden eller kode 101. Denne koden består av tre tall som er synlige på kondensatoren.
De to første sifrene danner et tall som må multipliseres med 10 hevet til det tredje tallet, og beholde picofarad som en enhet. For eksempel:
Denne kondensatoren har med kode tallene 104. Så måten å beregne kapasiteten til denne kondensatoren på er:
10 X 104 = 100000 pF = 0,1 uF
Alfanumerisk kode
Det er en annen kode for å identifisere materialet og kapasiteten til en kondensator, som bruker kombinasjonen av bokstaver og tall. Det er mange måter å presentere denne koden som kombinerer tall og bokstaver, og de er så varierte at det egentlig ikke er verdt å lære dem, så det anbefales i stedet å konsultere produsentens datablad.
Kondensatorer i serie og parallelt
I likhet med motstandene, genererer posisjonen til kondensatorene i serie eller parallelt en oppførsel i den totale kapasitansen. La oss begynne å se på fenomenet som skjer når kondensatorer er i serie.
Kondensatorer i serie
Når kondensatorer er i serie, fungerer kapasiteten til hver kondensator som følger:
Ligningen oppstår:
Vt = V1 + V2
Hvor:
Vt: total spenning
V1: spenningen til den første kondensatoren
V2: spenning til den andre kondensatoren
La oss gå tilbake til ligningen for å beregne kondensatorens kapasitet:
C = q/V
Hvor:
q = er ladningen som hver tallerken lagrer. Enheten er Coulomb (C)
V = er spenningen, spenningen eller potensialforskjellen mellom kondensatorens to ark eller ledere. Enheten er Volt (V)
Og at det var mulig å slette V på følgende måte:
V = q/C
Nå, hvis vi erstatter hver V av hver kondensator i kretsen med det forrige uttrykket, får vi det;
1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3 ... 1 / Cn
Parallelle kondensatorer
I dette tilfellet, siden kondensatorene er parallelle, er spenningen som hver kondensator mottar den samme som for strømforsyningen, så vi må:
Vt = V1 = V2 = V3 ... Vn
Hvor
Vt: er total- eller kildespenningen
V1: Spenning av den første kondensatoren
V2. Andre kondensatorspenning
V3: Spenning av den tredje kondensatoren
Igjen, hvis vi går tilbake til uttrykket som lar oss estimere spenningsverdien i henhold til belastningen og kapasitetsverdien:
V = q/C
Og vi fortsetter å erstatte hver V i hver kondensator i kretsen med det forrige uttrykket, vi får det:
C = C1 + C2 + C3… + Cn
Kondensator bruker
Kondensatoren er en av de mest grunnleggende komponentene i elektronikk. Det er nesten umulig å nevne en enhet i dag som ikke krever kondensatorer i sin design. Deretter vil vi nevne noen av de vanligste programmene der kondensatoren er funnet.
- Batterier og minner: Takket være lagringskapasiteten er det mulig å plassere flere kondensatorer parallelt for å øke ladekapasiteten.
- filtre: De er mye brukt i elektriske nettverk siden de kan eliminere krusning og støy fra nettverket, eller i motsatt tilfelle, slik at de harmoniske som genereres av de interne elektriske nettverkene filtreres før de går tilbake til nettverket. I telekommunikasjon brukes filtreringskapasiteten mye for å etablere frekvensbånd og også for å redusere eller eliminere forstyrrelser.
- Strømkilder: Den gradvise lade- og utladningsatferden tillater bølgerektifikasjon, noe som er avgjørende for strømforsyninger for å transformere vekselstrømmer til likestrømmer, siden de fleste elektroniske enheter fungerer internt med likestrøm, men elektriske tjenester opererer med vekselstrøm. Det er derfor strømkilder er nødvendige for drift av utstyr, og blant komponentene som utgjør det, spiller kondensatoren en uerstattelig rolle.
- Impedansadaptere: Kondensatorer kan tømme og lade energi i praktisk talt ubetydelige tidsperioder, og dette gjør at resistivitet kan resonere sammen med andre komponenter, slik at to kretser med forskjellige impedanser kan kobles eller arbeides sammen.
Dette er imidlertid bare noen av de få bruksområdene vi kan nevne. Kondensatorer har applikasjoner innen elektronikk, store elektriske nettverk, telekommunikasjon og andre. Fra våre datamaskiner, mobiltelefoner, kjøleskap, digitale klokker, fjernsyn og mange andre oppfinnelser, har de kondensatorer inni som en vesentlig del av settet som danner og gir liv til enheter eller utstyr.
Konklusjoner
Applikasjonene som elektronikk har i dag er så viktige i vårt daglige liv at det er praktisk talt umulig å overleve i en verden der den ikke lenger eksisterer. Og denne enorme verden av avansert teknologi begynner i sitt mest ydmyke grunnlag, som hver komponent som er en del av elektronikk.
Dette er tilfellet med kondensatoren, en komponent laget av veldig enkle materialer, noe som gjør den til en av de grunnleggende komponentene i elektronikk, men det er takket være dens oppførsel at det er umulig at den ikke finnes i alle elektroniske enheter som finnes .
Uten tvil har elektronikkens fremgang vært en grunnleggende driver som har banet vei for utvikling av teknologier innen forskjellige disipliner. Og selv om kondensatoren i seg selv ikke er særlig nyttig når den kombineres med andre komponenter, kan sofistikert utstyr som f.eks RAM -minnekort, datamaskiner, roboter, droner, mobiltelefoner, servere og mer.