Lumea electronicii a fost trambulina pe care tehnologia trebuia propulsată. Iar această trambulină este alcătuită din piese mici, precum condensatorul. În acest post curios veți afla în detaliu Ce este un condensator electric ?, Diferitele funcții care sunt aplicate împreună cu acesta și importanța sa în diferite domenii.
Condensator
Pentru a începe studiul condensatorului, vom explica mai întâi ce este un condensator. Este o componentă electrică pasivă, adică nu generează electricitate singură, capabilă să stocheze o încărcare electrică și să o elibereze ulterior. Îl poți găsi așa condensator sau condensator. Sarcina pe care o menține în interior este un diferențial de potențial sau de tensiune.
Povestea numărului de donatori apare în anul 1745, când germanul Ewald Georg von Kleist a realizat că stocarea unei încărcături electrice era posibilă. Acest lucru a apărut ca urmare a unui accident atunci când a conectat un generator electrostatic la un volum de apă care se afla în interiorul unui vas sau sticlă de sticlă folosind un cablu. Când a scos cablul și a pus mâna pe el.
Nu a trecut un an când fizicianul olandez Pieter van Musschenbroek a inventat un condensator cu aceleași caracteristici. În comemorarea universității în care a lucrat, el a numit acest condensator „sticla Leyden”.
Cum funcționează un condensator?
Acum să vedem cum funcționează un condensator y pentru ce este un condensator. Modul în care reușește să stocheze sarcina electrică este prin utilizarea a două foi realizate din material conductor, cum ar fi tantalul, care sunt separate de un anumit material dielectric, de exemplu aerul.
Înainte de a continua, este important să nu confundați un dielectric cu un material complet izolant. Adică, toate dielectricele sunt izolatoare, dar acest lucru nu face neapărat toate izolatoarele dielectrice. Materialele dielectrice au capacitatea de a deveni conductoare atunci când sunt supuse unei sarcini electrice mari și de a sparge rezistența dielectrică. Unele dintre aceste materiale pot fi: ceramică, hârtie, ceară, sticlă, ulei, printre altele. Materialele complet izolante sunt cele care, indiferent de cât de multă sarcină electrică este supusă, acesta nu va fi un conductor, un exemplu este cauciucul.
Acum, plăcile din interiorul condensatorului, fiind alimentate cu o sursă de energie, vor fi încărcate electric în părți egale, dar cu semne diferite. Aceasta înseamnă că o sarcină va fi pozitivă (+ q), iar cealaltă sarcină va avea aceeași magnitudine, dar cu o sarcină negativă (-q), la aceste sarcini egale, dar semne diferite este ceea ce se numește diferența de potențial sau tensiune.
În general, în condensatoare se utilizează ca material dielectric aerul, hârtia, tantalul, aluminiul și ceramica, de asemenea, în unele condensatoare sunt utilizate anumite materiale plastice.
Capacitatea de stocare pe care o are un condensator sau condensator este calculată în unitatea Farads. Gama în care se găsesc cele mai multe condensatoare electrice sunt de la pico (pF) la micro (uF) Farads. Ecuația pentru a calcula capacitatea unui condensator este:
C=q/V
În cazul în care:
q = este taxa pe care fiecare placă o stochează. Unitatea sa este Coulomb (C)
V = este tensiunea, tensiunea sau diferențialul de potențial dintre cele două foi sau conductoare ale condensatorului. Unitatea sa este Volți (V)
Aplicând această formulă, dacă presupunem valorile pentru sarcina 1 și pentru tensiunea 1, ne-ar da 1 Farad. Cu toate acestea, acesta este doar un exemplu, deoarece un condensator de această capacitate nu există, deoarece ar fi incredibil de mare. Pentru a vă face o idee, ar acoperi spațiul de 1000 m2.
Acum, dacă vrem să cunoaștem tensiunea pe care un condensator o poate stoca, știind sarcina și Farad-urile condensatorului, atunci putem rezolva tensiunea din ecuația anterioară fiind:
V = q/C
Încărcarea și descărcarea unui condensator
Una dintre caracteristicile condensatorului este că descărcarea acestuia este progresivă și nu imediată. Un condensator are o perioadă de timp de descărcare. Această proprietate permite condensatorului să aibă alte aplicații precum temporizatoare și filtre într-un circuit electric.
Când un condensator este complet încărcat, atunci când permite trecerea tensiunii. Când sursa de alimentare este deconectată, condensatorul începe să elibereze treptat tensiunea către sarcină sau către elementul care consumă tensiunea.
În general, condensatorul este întotdeauna precedat de un rezistor din motive de protecție a condensatorului. Chiar și atunci când un condensator are o rezistență internă mică, acesta este neglijabil și, dacă nu se are grijă să protejeze condensatorul, acesta poate fi deteriorat și chiar exploda.
Încărcare condensator
Pentru a explica pur și simplu comportamentul unui condensator la încărcare, vom folosi exemplul cel mai folosit pentru a il ilustra:
Să luăm în considerare un circuit în care există o sursă de alimentare, cum ar fi o baterie, un rezistor numit R1 care este responsabil pentru controlul fluxului de curent care va ajunge la condensator pentru a-l proteja. De asemenea, un comutator care permite condensatorului să se încarce sau să descarce și, în cele din urmă, un rezistor numit R2 care va reprezenta dispozitivul care consumă curentul.
În primul rând, vedem cum este aranjat comutatorul astfel încât condensatorul să fie în serie cu sursa de alimentare și rezistența, apropo, trebuie să subliniem că această rezistență se numește rezistență la sarcină.
În acest moment condensatorul este încărcat într-un mod controlat datorită rezistorului de încărcare. Această combinație de rezistență și condensator vă permite să setați temporizatoarele menționate anterior. Acest lucru se datorează faptului că rezistența împiedică trecerea liberă a curentului, astfel încât curentul durează mai mult timp pentru a circula prin circuit, astfel încât apoi să treacă prin condensator, să dureze ceva timp să se încarce.
Timpul necesar încărcării unui condensator poate fi calculat folosind următoarea ecuație:
t1 = 5 x R1 x C
În cazul în care:
t1: este timpul de încărcare. Unitatea sa este de milisecunde (eu)
R1: este rezistența la sarcină. Unitatea sa este ohmi (Ω).
C: este capacitatea condensatorului. Unitatea sa este Farads (F)
Această ecuație ne permite să afirmăm că cu cât este mai mare rezistența la sarcină și / sau cu cât este mai mare capacitatea unui condensator, cu atât timpul de încărcare este mai mare. Ceea ce poate fi verificat în graficul următor.
S-ar putea să vă întrebați ce s-ar întâmpla dacă nu setăm rezistența de încărcare. Teoretic condensatorul s-ar încărca imediat. Dar, așa cum am menționat mai devreme, acest lucru nu este recomandat deoarece condensatorii pot primi doar un curent mic. Dacă ne amintim de Legea lui Ohm, putem vedea că:
I = V/R
În cazul în care:
I: este curentul. Unitatea sa este Amperi (A)
V: este tensiunea. Unitatea sa este Volți (V)
R: este rezistență. Unitatea sa este Ohm (Ω)
Dacă rezistența tinde sau este egală cu 0, acest lucru ar implica faptul că curentul ar fi practic infinit sau cel puțin foarte mare. Condensatorul poate suporta alimentarea numai de la un curent mai mic. Pe scurt, dacă nu este amplasat niciun tip de rezistență de încărcare, este posibil ca condensatorul să nu poată rezista curentului respectiv și să ardă.
Acum să presupunem că condensatorul s-a încărcat deja, deci ce se întâmplă? Să ne întoarcem la Legea lui Ohm, pe măsură ce tensiunea crește și, deoarece valoarea rezistenței este menținută, valoarea curentului tinde la zero.
După cum știm deja, funcția condensatorului este de a stoca tensiunea sau tensiunea. Aceasta înseamnă că, pe măsură ce condensatorul se încarcă, există o tensiune mai mare în acel moment. Deoarece rezistența nu își schimbă valoarea, curentul tinde la zero. Pe scurt, odată ce un condensator este încărcat, acesta se comportă ca un circuit deschis sau ca un comutator care împiedică trecerea curentului, deși va exista tensiune sau tensiune în acel moment.
Descărcare condensator
Acum să prezentăm cazul invers. În momentul în care comutatorul schimbă poziția și condensatorul este plasat în serie cu rezistorul R2, condensatorul va începe să se descarce. Ei bine, deoarece rezistența R2 reprezintă consumul circuitului, iar această rezistență va necesita să fie furnizată atunci când circuitul în care este închis. Această alimentare va fi furnizată de condensator, descărcând diferența de potențial pe care a stocat-o.
Ca și în cazul încărcării, descărcarea nu este imediată, ci progresiv. Și ca și în cazul încărcării, ecuația pentru estimarea timpului de descărcare este aceeași. Aceasta înseamnă că timpul necesar descărcării condensatorului depinde de rezistența lui R2 și de capacitatea condensatorului. La fel, aici reîmprospătăm din nou ecuația:
t1 = 5 x R1 x C
În cazul în care:
t2: este timpul de încărcare. Unitatea sa este de milisecunde (ms)
R2: este rezistența la sarcină. Unitatea sa este ohmi (Ω).
C: este capacitatea condensatorului. Unitatea sa este Farads (F)
Acest tip de circuit ar putea controla, de exemplu, timpul în care un dispozitiv este pornit.
Condensatorul ca filtru
O altă aplicație pentru care condensatorii sunt frecvent utilizați este ca un filtru. Acest lucru este posibil datorită caracteristicii sale de încărcare și descărcare treptată, iar acest fenomen este utilizat pentru a curăța impuritățile de la semnale sau de la unda electrică.
Dacă luăm ca exemplu circuitul inițial, dar în acest caz cu o sursă de curent alternativ. Condensatorul va începe să se încarce până atinge capacitatea maximă de stocare, apoi fluxul de curent va înceta și sarcina va începe să fie alimentată de tensiunea care există în condensator. De îndată ce condensatorul începe să se descarce, sursa de alimentare continuă să reîncarce condensatorul fără a aștepta ca acesta să se descarce complet.
Acest lucru poate fi vizual mai ușor de înțeles:
După cum se poate vedea, unda sursei de alimentare alternativă este sinusoidală și datorită proprietății condensatorului este posibilă rectificarea undei într-o sursă directă. Acest lucru este foarte util pentru sursele de alimentare utilizate, de exemplu, de computere. Multe dispozitive nu pot funcționa cu curent alternativ, ci cu curent continuu și atunci sursele de alimentare intră ca intermediar. Desigur, aceste surse de alimentare au mult mai multe componente pentru a atinge acest obiectiv.
Tipuri de condensatoare
Condensatoarele sau condensatoarele pot avea diferite clasificări. Apoi, vom începe prin clasificarea condensatoarelor în funcție de tipul lor de dielectric:
Datorită dielectricului său
Condensatoarele sunt clasificate în funcție de dielectricul pe care îl au. Există așa-numiții condensatori electrolitici, sunt cei care au polaritate, adică au un terminal pozitiv sau „picior” și un terminal negativ. Dacă sunt conectate cu polaritatea inversată, condensatorul va fi deteriorat.
Acești condensatori electrolitici, spre deosebire de alți condensatori, sunt că utilizează un lichid ionic conductiv. Acest lichid este o soluție chimică, care este în mod obișnuit compusă din acid boric sau borat de sodiu cu zaharuri de etilen glicol. Acest lichid intră ca înlocuitor pentru una dintre plăcile sau foile conductoare ale condensatorului.
Spre deosebire de condensatoarele electrolitice, condensatoarele care au ca dielectric aerul, ceramica, hârtia sau altele, nu au o polaritate stabilită. În plus, au două plăci în interior și nu au lichid intern.
Ambele tipuri de condensatori au aplicațiile lor, deci nu a fost posibil să se înlocuiască condensatorii între ei, chiar dacă au dielectric diferit.
Pe scurt, există condensatoare:
- Electrolitic
- Ceramică
- De hârtie
- De aer
- Condensator variabil
Fix sau variabil
La fel ca rezistențele, există condensatori cu o capacitate fixă și, de asemenea, condensatori a căror capacitate poate fi variată. Acest lucru se realizează prin ajustarea spațiului dintre plăcile lor folosind un buton, cum ar fi un potențiometru sau un rezistor variabil.
După forma sa
Condensatoarele își pot modifica designul, condensatoarele cu disc, perle și tubulare existente, așa cum se arată mai jos.
Codul condensatoarelor
Există unele condensatoare care indică valoarea capacității lor prin intermediul unui tabel de culori, foarte asemănător cu cel folosit de rezistențe.
Codul culorii
Prima culoare indică valoarea primei, a doua cea a celei de-a doua figuri, a treia este exponentul care crește la 10, adică 10 va fi ridicat la numărul pe care îl reprezintă a treia culoare. A patra culoare indică procentul de variație, adică poate fi, de exemplu, cu 10% mai mult sau cu 10% față de valoarea care indică capacitatea. În cele din urmă, a cincea culoare indică tensiunea sau tensiunea de încărcare. Toți acești condensatori au picofarade pe unitate.
Valoarea culorilor vine într-un tabel comercial care este următorul:
Cod japonez
Există un alt tip de cod pentru a identifica capacitatea unui condensator, este un tip de cod numit cod japonez sau cod 101. Acest cod constă din trei numere care sunt vizibile pe condensator.
Primele două cifre formează un număr care trebuie înmulțit cu 10 ridicat la al treilea număr, păstrând picofaradul ca unitate. De exemplu:
Acest condensator are prin cod numerele 104. Deci, modul de calcul al capacității acestui condensator este:
X 10 104 = 100000 pF = 0,1 uF
Cod alfanumeric
Există un alt cod pentru a identifica materialul și capacitatea unui condensator, care utilizează combinația de litere și cifre. Există multe modalități de a prezenta acest cod care combină cifre și litere și sunt atât de variate încât nu merită să le învățați, așa că este recomandat să consultați fișa tehnică a producătorului.
Condensatoare în serie și în paralel
La fel ca rezistențele, poziția condensatoarelor în serie sau în paralel generează un comportament în capacitatea totală. Să începem să analizăm fenomenul care se întâmplă atunci când condensatoarele sunt în serie.
Condensatoare din serie
Când condensatoarele sunt în serie, capacitatea fiecărui condensator acționează după cum urmează:
Ecuația apare:
Vt = V1 + V2
În cazul în care:
Vt: tensiunea totală
V1: tensiunea primului condensator
V2: tensiunea celui de-al doilea condensator
Să revenim la ecuație pentru a calcula capacitatea condensatorului:
C=q/V
În cazul în care:
q = este taxa pe care fiecare placă o stochează. Unitatea sa este Coulomb (C)
V = este tensiunea, tensiunea sau diferențialul de potențial dintre cele două foi sau conductoare ale condensatorului. Unitatea sa este Volți (V)
Și că a fost posibil să ștergeți V în felul următor:
V = q/C
Acum, dacă înlocuim fiecare V din fiecare condensator din circuit cu expresia anterioară, obținem acest lucru;
1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3 ... 1 / Cn
Condensatoare paralele
În acest caz, deoarece condensatorii sunt în paralel, tensiunea pe care o primește fiecare condensator este egală cu cea a sursei de alimentare, deci trebuie să:
Vt = V1 = V2 = V3 ... Vn
unde
Vt: este tensiunea totală sau sursa
V1: Tensiunea primului condensator
V2. A doua tensiune a condensatorului
V3: Tensiunea celui de-al treilea condensator
Din nou, dacă ne întoarcem la expresia care ne permite să estimăm valoarea tensiunii în funcție de sarcină și valoarea capacității:
V = q/C
Și continuăm să înlocuim fiecare V al fiecărui condensator al circuitului cu expresia anterioară, obținem că:
C = C1 + C2 + C3 ... + Cn
Utilizări ale condensatorului
Condensatorul este una dintre cele mai elementare componente ale electronicii. Este aproape imposibil să menționăm astăzi un dispozitiv care nu necesită condensatori în proiectarea sa. În continuare vom menționa unele dintre cele mai frecvente aplicații în care se găsește condensatorul.
- Baterii și amintiri: Datorită capacității sale de stocare, este posibil să plasați mai mulți condensatori în paralel pentru a crește capacitatea de încărcare.
- Filtre: Acestea sunt utilizate pe scară largă în rețelele electrice, deoarece pot elimina ondularea și zgomotul din rețea sau, în caz invers, astfel încât armonicele generate de rețelele electrice interne să fie filtrate înainte de a reveni la rețea. În telecomunicații, capacitatea sa de filtrare este utilizată pe scară largă pentru a stabili benzi de frecvență și, de asemenea, pentru a reduce sau elimina interferențele.
- Surse de putere: Comportamentul său de încărcare și descărcare treptată permite rectificarea undelor, care este esențială în sursele de alimentare pentru a transforma curenții alternativi în curenți direcți, deoarece majoritatea dispozitivelor electronice funcționează intern cu curent continuu, dar serviciul electric funcționează cu curent alternativ. De aceea, sursele de alimentare sunt necesare pentru funcționarea echipamentelor, iar printre componentele care îl compun, condensatorul joacă un rol de neînlocuit.
- Adaptoare de impedanță: Condensatoarele pot descărca și încărca energie în perioade de timp practic neglijabile, iar acest lucru permite rezistenței să rezoneze împreună cu alte componente, astfel încât două circuite cu impedanțe diferite să poată fi cuplate sau lucrate împreună.
Cu toate acestea, acestea sunt doar câteva dintre puținele sale utilizări pe care le putem menționa. Condensatoarele au aplicații în electronică, rețele electrice mari, telecomunicații și altele. De la computerele noastre, telefoanele mobile, frigiderele, ceasurile digitale, televizoarele și multe alte invenții, ele au condensatoare în interiorul lor ca parte esențială a setului care formează și dă viață dispozitivelor sau echipamentelor.
Concluzii
Aplicațiile pe care le are astăzi electronica sunt atât de importante în viața noastră de zi cu zi încât este practic imposibil să supraviețuim într-o lume în care nu mai există. Și această vastă lume a tehnologiei avansate începe în cele mai umile baze ale sale, la fel ca fiecare componentă care face parte din electronică.
Acesta este cazul condensatorului, o componentă realizată din materiale foarte simple, îl face una dintre componentele de bază ale electronicii, dar datorită comportamentului său este imposibil să nu se regăsească în toate dispozitivele electronice care există .
Fără îndoială, avansarea electronicii a fost un factor fundamental care a pregătit calea pentru avansarea tehnologiilor în diferite discipline. Și chiar dacă condensatorul în sine nu este foarte util atunci când este combinat cu alte componente, echipamente sofisticate precum Carduri de memorie RAM, calculatoare, roboți, drone, telefoane mobile, servere și altele.