Električni kondenzator: kaj je to? Funkcije, pomen in še več

Svet elektronike je bil odskočna deska za razvoj tehnologije. Ta odskočna deska je sestavljena iz majhnih delov, kot je kondenzator. V tem radovednem prispevku boste podrobno izvedeli, kaj je električni kondenzator ?, različne funkcije, ki se uporabljajo z njim, in njegov velik pomen na različnih področjih.

Kondenzator 1

Kondenzator

Za začetek študije kondenzatorja bomo najprej razložili kaj je kondenzator Je pasivna električna komponenta, torej ne proizvaja samo električne energije, sposobna je shraniti električni naboj in ga kasneje sprostiti. Najdete ga kot kondenzator ali kondenzator. Naboj, ki ga vzdržuje znotraj, je potencialna ali napetostna razlika.

Zgodba o štetju darovalcev se pojavi leta 1745, ko je Nemec Ewald Georg von Kleist spoznal, da je shranjevanje električnega naboja možno. To je nastalo kot posledica nesreče, ko je s kablom priključil elektrostatični generator na količino vode, ki je bila v steklenem vrču ali steklenici. Ko je odstranil kabel in položil roko.

Ni minilo leto, ko je nizozemski fizik Pieter van Musschenbroek izumil kondenzator z enakimi lastnostmi. V spomin na univerzo, kjer je delal, je ta kondenzator poimenoval "steklenica Leyden".

Kondenzator 2

Kako deluje kondenzator?

Zdaj pa poglejmo kako deluje kondenzator y čemu služi kondenzator. Način shranjevanja električnega naboja je z uporabo dveh listov iz prevodnega materiala, na primer tantala, ki sta ločena z nekaj dielektričnim materialom, na primer zrakom.

Pred nadaljevanjem je pomembno, da dielektrika ne zamenjate s popolnoma izolacijskim materialom. To pomeni, da so vsi dielektriki izolatorji, vendar to ne pomeni, da so vsi izolatorji dielektrični. Dielektrični materiali lahko postanejo prevodni, če so izpostavljeni velikemu električnemu naboju in pretrgajo dielektrično trdnost. Nekateri od teh materialov so med drugim lahko: keramika, papir, vosek, steklo, olje. Popolnoma izolacijski materiali so tisti, ki ne glede na količino električnega naboja to ne bo prevodnik, primer je guma.

Zdaj bodo plošče v kondenzatorju, ki se napajajo z virom energije, električno napolnjene v enakih delih, vendar z različnimi znaki. To pomeni, da bo en naboj pozitiven (+ q), drugi naboj pa enake velikosti, vendar z negativnim nabojem (-q), pri teh enakih nabojih, vendar z različnimi znaki, kar imenujemo razlika potenciala ali napetosti.

Na splošno se v kondenzatorjih kot dielektrični material uporabljajo zrak, papir, tantal, aluminij in keramika, v nekaterih kondenzatorjih pa se uporablja tudi določena plastika.

Zmogljivost shranjevanja, ki jo ima kondenzator ali kondenzator, se izračuna v enotah Farads. Razpon, v katerem najdemo večino električnih kondenzatorjev, je od pico (pF) do micro (uF) Farads. Enačba za izračun zmogljivosti kondenzatorja je:

C=q/V

Kje:

q = je naboj, ki ga shrani vsaka plošča. Njegova enota je Coulomb (C)

V = je napetost, napetost ali potencialna razlika med dvema ploščama ali vodnikoma kondenzatorja. Njegova enota je volti (V)

Če uporabimo to formulo, če dobimo vrednosti za obremenitev 1 in za napetost 1, bi dobili 1 Farad. Vendar je to le primer, saj kondenzator te zmogljivosti ne obstaja, ker bi bil neverjetno velik. Da bi dobili idejo, bi pokrival prostor 1000 m2.

Če želimo vedeti napetost, ki jo lahko shrani kondenzator, ob upoštevanju naboja in Faradov kondenzatorja, lahko napetost rešimo iz prejšnje enačbe:

V=q/C

Kondenzator 3

Polnjenje in praznjenje kondenzatorja

Ena od značilnosti kondenzatorja je, da je njegovo praznjenje postopno in ne takojšnje. Kondenzator ima časovno obdobje praznjenja. Ta lastnost omogoča, da ima kondenzator druge aplikacije, kot so časovniki in filtri v električnem vezju.

Ko je kondenzator popolnoma napolnjen, je takrat, ko dovoli prehod napetosti. Ko je napajanje prekinjeno, začne kondenzator postopoma sproščati napetost proti obremenitvi ali elementu, ki porabi napetost.

Na splošno je zaradi zaščite kondenzatorja pred kondenzatorjem vedno upor. Tudi ko ima kondenzator majhen notranji upor, je ta zanemarljiv, če pa ne poskrbimo za zaščito kondenzatorja, se lahko poškoduje in celo eksplodira.

Polnjenje kondenzatorja

Za preprosto razlago obnašanja kondenzatorja pri polnjenju bomo za ponazoritev uporabili najpogosteje uporabljen primer:

Razmislimo o vezju, kjer obstaja vir energije, kot je baterija, upor z imenom R1, ki je odgovoren za nadzor pretoka toka, ki bo dosegel kondenzator, da bi ga zaščitil. Tudi stikalo, ki omogoča polnjenje ali praznjenje kondenzatorja, in na koncu upor, imenovan R2, ki bo predstavljal napravo, ki porabi tok.

Kondenzator 4

Najprej vidimo, kako je stikalo razporejeno tako, da je kondenzator zaporedno z napajanjem in uporom, mimogrede, moramo poudariti, da se temu uporu reče odpornost na obremenitev.

V tem trenutku se kondenzator polni nadzorovano zahvaljujoč polnilnemu uporu. Ta kombinacija upora in kondenzatorja vam omogoča nastavitev časovnikov, ki smo jih omenili prej. To je posledica dejstva, da upor preprečuje prosto prehajanje toka, zato tok traja dlje, da potuje skozi vezje, tako da nato preide skozi kondenzator, traja nekaj časa za polnjenje.

Čas, potreben za polnjenje kondenzatorja, je mogoče izračunati z naslednjo enačbo:

t1 = 5 x R1 x C

Kje:

t1: čas polnjenja. Njegova enota je milisekunde (jaz)

R1: je odpornost na obremenitev. Njegova enota je ohmov (Ω).

C: je kapacitivnost kondenzatorja. Njegova enota je Farads (F)

Ta enačba nam omogoča, da trdimo, da je večji odpor obremenitve in / ali večja kapacitivnost kondenzatorja, daljši je čas polnjenja. Kar je mogoče preveriti na naslednjem grafu.

Kondenzator 5

Morda se sprašujete, kaj bi se zgodilo, če ne nastavimo obremenitvenega upora. Teoretično bi se kondenzator takoj napolnil. Toda, kot smo že omenili, to ni priporočljivo, saj lahko kondenzatorji prejemajo le majhen tok. Če se spomnimo Ohmovega zakona, lahko vidimo naslednje:

I=V/R

Kje:

I: je tok. Njegova enota je Amperes (A)

V: je napetost. Njegova enota je volti (V)

O: to je odpor. Njegova enota je ohm (Ω)

Če je upor na 0 ali je enak XNUMX, bi to pomenilo, da bi bil tok praktično neskončen ali vsaj zelo velik. Kondenzator lahko podpira samo napajanje z nižjim tokom. Skratka, če ni nameščen noben obremenitveni upor, kondenzator morda ne bo zdržal tega toka in bo izgorel.

Recimo, da se je kondenzator že napolnil, kaj se zgodi? Vrnimo se k Ohmovemu zakonu, saj napetost narašča in ker se vrednost upora ohrani, vrednost toka teži na nič.

Kot že vemo, je funkcija kondenzatorja shranjevanje napetosti ali napetosti. To pomeni, da je pri polnjenju kondenzatorja na tej točki višja napetost. Ker upor ne spremeni svoje vrednosti, tok teži k ničli. Skratka, ko je kondenzator napolnjen, se obnaša kot odprto vezje ali kot stikalo, ki preprečuje prehod toka, čeprav bo na tej točki napetost ali napetost.

Izpust kondenzatorja

Zdaj pa predstavimo obratni primer. V trenutku, ko stikalo spremeni položaj in kondenzator postavimo zaporedno z uporom R2, se bo kondenzator začel prazniti. Zakaj? No, ker upor R2 predstavlja porabo tokokroga in ta upor bo treba napajati, ko je vezje, v katerem je zaprto. To napajanje bo zagotovil kondenzator, ki izprazni potencialno razliko, ki jo je shranil.

Kondenzator 6

Tako kot pri nakladanju razkladanje ni takojšnje, ampak postopoma. Tako kot pri polnjenju je enačba za oceno časa praznjenja enaka. To pomeni, da je čas, ki je potreben za praznjenje kondenzatorja, odvisen od upora R2 in kapacitivnosti kondenzatorja. Podobno tukaj spet osvežimo enačbo:

t1 = 5 x R1 x C

Kje:

t2: čas polnjenja. Njegova enota je milisekunde (ms)

R2: je odpornost na obremenitev. Njegova enota je ohmov (Ω).

C: je kapacitivnost kondenzatorja. Njegova enota je Farads (F)

Ta vrsta vezja lahko na primer nadzoruje čas, ko je naprava vklopljena.

Kondenzator kot filter

Druga aplikacija, za katero se pogosto uporabljajo kondenzatorji, je kot filter. To je mogoče zaradi značilnosti postopnega polnjenja in praznjenja, ta pojav pa se uporablja za čiščenje nečistoč iz signalov ali električnega vala.

Če za primer vzamemo začetno vezje, vendar v tem primeru z napajanjem izmeničnega toka. Kondenzator se bo začel polniti, dokler ne doseže svoje največje kapacitete shranjevanja, potem bo pretok toka prenehal in obremenitev se bo začela napajati z napetostjo, ki obstaja v kondenzatorju. Takoj ko se kondenzator začne prazniti, napajalnik nadaljuje s polnjenjem kondenzatorja, ne da bi čakal, da se popolnoma izprazni.

To je lahko vizualno lažje razumeti:

Kondenzator 7

Kot je razvidno, je val izmeničnega napajanja sinusoiden in zahvaljujoč lastnosti kondenzatorja je mogoče odpraviti val v neposrednem napajanju. To je zelo uporabno za napajalnike, ki jih uporabljajo na primer računalniki. Mnoge naprave ne morejo delovati z izmeničnim tokom, ampak z enosmernim tokom in takrat napajalniki vstopijo kot posrednik. Seveda imajo ti napajalniki veliko več komponent za dosego tega cilja.

 Vrste kondenzatorjev

Kondenzatorji ali kondenzatorji imajo lahko različne klasifikacije. Nato bomo začeli z razvrščanjem kondenzatorjev glede na njihovo vrsto dielektrika:

Zaradi dielektrika

Kondenzatorji so razvrščeni glede na dielektrik, ki ga imajo. Obstajajo tako imenovani elektrolitski kondenzatorji, to so tisti, ki imajo polarnost, to pomeni, da imajo pozitivni terminal ali "nogo" in negativen priključek. Če so povezani z obrnjeno polariteto, se kondenzator poškoduje.

Ti elektrolitski kondenzatorji za razliko od drugih kondenzatorjev uporabljajo prevodno ionsko tekočino. Ta tekočina je kemična raztopina, ki je običajno sestavljena iz borove kisline ali natrijevega borata s sladkorji etilen glikola. Ta tekočina vstopi kot nadomestek za eno od prevodnih plošč ali listov kondenzatorja.

Za razliko od elektrolitskih kondenzatorjev, kondenzatorji, katerih dielektrik je zrak, keramika, papir ali drugi, nimajo nastavljene polarnosti. Poleg tega imajo v notranjosti dve plošči in brez notranje tekočine.

Obe vrsti kondenzatorjev imata svojo uporabo, zato ni bilo mogoče zamenjati kondenzatorjev med seboj, čeprav imata različne dielektrike.

Skratka, obstajajo kondenzatorji:

  • Elektrolitično
  • Keramika
  • Iz papirja
  • Zraka
  • Spremenljiv kondenzator

Fiksno ali spremenljivo

Tako kot upori obstajajo tudi kondenzatorji s fiksno kapaciteto in tudi kondenzatorji, katerih zmogljivost je mogoče spreminjati. To dosežemo s prilagajanjem reže med ploščami s pomočjo gumba, na primer potenciometra ali spremenljivega upora.

Glede na svojo obliko

Kondenzatorji se lahko razlikujejo po zasnovi z diskovnimi, bisernimi in cevastimi kondenzatorji, kot je prikazano spodaj.

Koda kondenzatorjev

Nekateri kondenzatorji označujejo svojo zmogljivost z barvno tabelo, zelo podobno tisti, ki jo uporabljajo upori.

Barvna koda

Prva barva označuje vrednost prve, druga vrednost druge številke, tretja je eksponent, ki se dvigne na 10, to pomeni, da bo 10 dvignjeno na številko, ki jo predstavlja tretja barva. Četrta barva označuje odstotek variacije, to je lahko na primer 10% več ali 10% do vrednosti, ki označuje zmogljivost. Nazadnje, peta barva označuje polnilno napetost ali napetost. Vsi ti kondenzatorji imajo picofarad na enoto.

Vrednost barv je v komercialni tabeli, ki je naslednja:

Japonska koda

Obstaja še ena vrsta kode za identifikacijo kapacitivnosti kondenzatorja je vrsta kode, imenovane japonska koda ali koda 101. Ta koda je sestavljena iz treh številk, ki so vidne na kondenzatorju.

Prvi dve števki tvorita številko, ki jo je treba pomnožiti z 10, povečano na tretjo številko, pri čemer je pikofarad enota. Na primer:

Ta kondenzator ima po kodi številke 104. Način za izračun zmogljivosti tega kondenzatorja je:

10 X 104 = 100000 pF = 0,1 uF

Alfanumerična koda

Obstaja še ena koda za identifikacijo materiala in zmogljivosti kondenzatorja, ki uporablja kombinacijo črk in številk. Obstaja veliko načinov za predstavitev te kode, ki združuje številke in črke, in so tako raznoliki, da se jih res ni vredno učiti, zato je priporočljivo, da se posvetujete s proizvajalčevim podatkovnim listom.

Kondenzatorji zaporedno in vzporedno

Tako kot upori položaj kondenzatorjev zaporedno ali vzporedno ustvarja obnašanje celotne kapacitivnosti. Začnimo gledati na pojav, ki se zgodi, ko so kondenzatorji zaporedni.

Kondenzatorji v seriji

Ko so kondenzatorji zaporedni, zmogljivost vsakega kondenzatorja deluje na naslednji način:

Enačba nastane:

Vt = V1 + V2

Kje:

Vt: skupna napetost

V1: napetost prvega kondenzatorja

V2: napetost drugega kondenzatorja

Vrnimo se k enačbi za izračun kapacitivnosti kondenzatorja:

C=q/V

Kje:

q = je naboj, ki ga shrani vsaka plošča. Njegova enota je Coulomb (C)

V = je napetost, napetost ali potencialna razlika med dvema ploščama ali vodnikoma kondenzatorja. Njegova enota je volti (V)

In da je bilo mogoče V očistiti na naslednji način:

V=q/C

Zdaj, če vsak V vsakega kondenzatorja v vezju zamenjamo s prejšnjim izrazom, dobimo to;

1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3 ... 1 / Cn

Vzporedni kondenzatorji

V tem primeru, ker so kondenzatorji vzporedni, je napetost, ki jo prejme vsak kondenzator, enaka napetosti napajalnika, zato mora:

Vt = V1 = V2 = V3 ... Vn

kjer je

Vt: je skupna napetost ali napetost vira

V1: Napetost prvega kondenzatorja

V2. Napetost drugega kondenzatorja

V3: Napetost tretjega kondenzatorja

Če se vrnemo k izrazu, ki nam omogoča oceno vrednosti napetosti glede na obremenitev in vrednost zmogljivosti:

V=q/C

Nadaljujemo z zamenjavo vsakega V vsakega kondenzatorja vezja s prejšnjim izrazom, dobimo, da:

C = C1 + C2 + C3 ... + Cn

Uporaba kondenzatorja

Kondenzator je ena najbolj osnovnih komponent elektronike. Danes je skoraj nemogoče omeniti napravo, ki v svoji zasnovi ne potrebuje kondenzatorjev. Nato bomo omenili nekaj najpogostejših aplikacij, kjer najdemo kondenzator.

  • Baterije in spomini: Zaradi svoje kapacitete shranjevanja je mogoče vzporedno postaviti več kondenzatorjev za povečanje zmogljivosti polnjenja.
  • Filtri: Veliko se uporabljajo v električnih omrežjih, saj lahko odstranijo valovanje in šum iz omrežja ali v obratnem primeru, tako da se harmoniki, ki jih ustvarijo notranja električna omrežja, pred vrnitvijo v omrežje filtrirajo. V telekomunikacijah se njegova zmogljivost filtriranja pogosto uporablja za vzpostavitev frekvenčnih pasov in tudi za zmanjšanje ali odpravo motenj.
  • Viri energije: Njegovo postopno polnjenje in praznjenje omogoča popravljanje valov, kar je bistveno pri napajalnikih za pretvorbo izmeničnih tokov v enosmerne, saj večina elektronskih naprav deluje notranje z enosmernim tokom, vendar električne storitve delujejo z izmeničnim tokom. Zato so za delovanje opreme potrebni viri energije, med sestavnimi deli, ki jih sestavljajo, pa ima kondenzator nenadomestljivo vlogo.
  • Impedančni adapterji: Kondenzatorji lahko izpraznijo in napolnijo energijo v skoraj zanemarljivih časovnih obdobjih, kar omogoča, da upornost resonira skupaj z drugimi komponentami, tako da je mogoče dva tokokroga z različnimi impedancami povezati ali delovati skupaj.

Vendar pa je to le nekaj njegovih redkih uporab, ki jih lahko omenimo. Kondenzatorji imajo aplikacije v elektroniki, velikih električnih omrežjih, telekomunikacijah in drugih. Od naših računalnikov, mobilnih telefonov, hladilnikov, digitalnih ur, televizorjev in mnogih drugih izumov imajo v sebi kondenzatorje kot bistveni del sklopa, ki tvori in oživlja naprave ali opremo.

Sklepi

Aplikacije, ki jih ima danes elektronika, so tako pomembne v našem vsakdanjem življenju, da je praktično nemogoče preživeti v svetu, kjer ne obstaja več. In ta ogromen svet napredne tehnologije se začne v svojih najbolj skromnih temeljih, prav tako kot vsaka komponenta, ki je del elektronike.

V tem primeru gre za kondenzator, sestavni del iz zelo preprostih materialov, zaradi česar je ena od osnovnih komponent elektronike, vendar je zaradi njegovega obnašanja nemogoče, da ga ne najdemo v vseh obstoječih elektronskih napravah .

Nedvomno je bil napredek elektronike temeljno gonilo, ki je utrlo pot napredku tehnologij v različnih disciplinah. In čeprav kondenzator sam po sebi ni zelo uporaben v kombinaciji z drugimi komponentami, se lahko prefinjena oprema, kot je npr Pomnilniške kartice RAM, računalniki, roboti, droni, mobilni telefoni, strežniki in še veliko več.


Bodite prvi komentar

Pustite svoj komentar

Vaš e-naslov ne bo objavljen. Obvezna polja so označena z *

*

*

  1. Za podatke odgovoren: Blog Actualidad
  2. Namen podatkov: Nadzor neželene pošte, upravljanje komentarjev.
  3. Legitimacija: Vaše soglasje
  4. Sporočanje podatkov: Podatki se ne bodo posredovali tretjim osebam, razen po zakonski obveznosti.
  5. Shranjevanje podatkov: Zbirka podatkov, ki jo gosti Occentus Networks (EU)
  6. Pravice: Kadar koli lahko omejite, obnovite in izbrišete svoje podatke.