Elektronik dünyası, teknolojinin ilerlemek için ihtiyaç duyduğu basamak olmuştur. Ve bu sıçrama tahtası, kondansatör gibi küçük parçalardan oluşuyor. Bu meraklı gönderide, bir elektrik kondansatörü nedir?, Bununla birlikte uygulanan farklı işlevleri ve farklı alanlardaki büyük önemini ayrıntılı olarak öğreneceksiniz.
Kondansatör
Kondansatör çalışmasına başlamak için önce açıklayacağız kapasitör nedir. Pasif bir elektrik bileşenidir, yani kendi başına elektrik üretmez, bir elektrik yükünü depolayabilir ve daha sonra serbest bırakabilir. olarak onu bulabilirsin kapasitör veya kapasitör. İçinde tuttuğu yük, bir potansiyel veya voltaj farkıdır.
Donör sayısının hikayesi, Alman Ewald Georg von Kleist'in bir elektrik yükünün depolanmasının mümkün olduğunu fark ettiği 1745 yılında ortaya çıkıyor. Bu, bir elektrostatik jeneratörü bir kablo kullanarak bir cam sürahi veya şişe içindeki su hacmine bağladığında bir kaza sonucu ortaya çıktı. Kabloyu çıkarıp elini yerleştirdiğinde.
Hollandalı fizikçi Pieter van Musschenbroek aynı özelliklere sahip bir kondansatör icat ettiğinde bir yıl geçmedi. Çalıştığı üniversitenin anısına bu yoğunlaştırıcıya "Leyden şişesi" adını verdi.
Bir kapasitör nasıl çalışır?
şimdi görelim kapasitör nasıl çalışır y kondansatör ne işe yarar. Elektrik yükünü depolamayı başarmanın yolu, tantal gibi bir dielektrik malzemeyle, örneğin havayla ayrılan, iletken malzemeden yapılmış iki tabaka kullanmaktır.
Devam etmeden önce, bir dielektrik ile tamamen yalıtkan bir malzemeyi karıştırmamak önemlidir. Yani, tüm dielektrikler yalıtkandır, ancak bu, tüm yalıtkanları yalıtkan yapmaz. Dielektrik malzemeler, büyük bir elektrik yüküne maruz kaldıklarında iletken hale gelme ve dielektrik mukavemetini kırma yeteneğine sahiptir. Bu malzemelerden bazıları şunlar olabilir: diğerleri arasında seramik, kağıt, mum, cam, yağ. Tamamen yalıtkan malzemeler, ne kadar elektrik yüküne maruz kaldığına bakılmaksızın, bu bir iletken olmayacak olanlardır, bir örnek kauçuktur.
Şimdi, bir güç kaynağı ile beslenen kapasitörün içindeki plakalar, eşit parçalarda ancak farklı işaretlerle elektriksel olarak yüklenecektir. Bu, bir yükün pozitif (+ q) olacağı ve diğer yükün aynı büyüklüğe sahip olacağı, ancak negatif bir yük (-q) olacağı anlamına gelir, bu eşit yüklerde ancak farklı işaretler potansiyel veya voltajdaki fark olarak adlandırılır.
Genel olarak kapasitörlerde dielektrik malzeme olarak hava, kağıt, tantal, alüminyum ve seramik, ayrıca bazı kapasitörlerde bazı plastikler kullanılmaktadır.
Bir kapasitörün veya kapasitörün sahip olduğu depolama kapasitesi, Farad biriminde hesaplanır. Çoğu elektrik kapasitörünün bulunduğu aralık, pico (pF) ile mikro (uF) Farad arasındadır. Bir kapasitörün kapasitesini hesaplamak için denklem:
C=q/V
Nerede:
q = her bir levhanın depoladığı yüktür. Birimi Coulomb'dur (C)
V = kondansatörün iki levhası veya iletkeni arasındaki voltaj, voltaj veya potansiyel farkıdır. Birimi Volt'tur (V)
Bu formülü uygulayarak yük 1 ve gerilim 1 değerlerini kabul edersek bize 1 Farad verecektir. Ancak, bu sadece bir örnektir, çünkü bu kapasitede bir kapasitör inanılmaz derecede büyük olacağından mevcut değildir. Bir fikir edinmek için 1000 mXNUMX'lik bir alanı kaplayacaktı.2.
Şimdi, bir kapasitörün yükünü ve kapasitörün Faradlarını bilerek depolayabileceği voltajı bilmek istiyorsak, önceki denklemden Gerilimi çözebiliriz:
V=q/C
Kondansatörün Şarj Edilmesi ve Boşaltılması
Kondansatörün özelliklerinden biri, boşalmasının aşamalı olması ve hemen olmamasıdır. Bir kondansatörün deşarj süresi vardır. Bu özellik, kapasitörün bir elektrik devresinde zamanlayıcılar ve filtreler gibi başka uygulamalara sahip olmasını sağlar.
Bir kondansatör tamamen şarj olduğunda, voltajın geçmesine izin verdiği zamandır. Güç kaynağının bağlantısı kesildiğinde, kondansatör voltajı yüke veya voltajı tüketen elemana doğru kademeli olarak serbest bırakmaya başlar.
Genel olarak, kapasitör koruma nedenleriyle kapasitörden önce her zaman bir direnç gelir. Bir kondansatörün iç direnci küçük olsa bile ihmal edilebilir düzeydedir ve kondansatörün korunmasına özen gösterilmezse hasar görebilir ve hatta patlayabilir.
Kapasitör Şarjı
Bir kapasitörün şarj olurken davranışını basitçe açıklamak için, bunu göstermek için en çok kullanılan örneği kullanacağız:
Pil gibi bir güç kaynağının, kondansatöre ulaşacak akımın onu korumak için geçişini kontrol etmekten sorumlu R1 adlı bir direncin olduğu bir devre düşünelim. Ayrıca, kapasitörün şarj olmasını veya boşalmasını sağlayan bir anahtar ve son olarak, akımı tüketen cihazı temsil edecek olan R2 adlı bir direnç.
İlk etapta, kondansatörün güç kaynağı ve direnç ile seri olacak şekilde anahtarın nasıl düzenlendiğini görüyoruz, bu arada bu dirence yük direnci dendiğini vurgulamalıyız.
Bu sırada kondansatör şarj direnci sayesinde kontrollü bir şekilde şarj olmaktadır. Bu direnç ve kapasitör kombinasyonu, daha önce bahsettiğimiz zamanlayıcıları ayarlamanıza izin verir. Bunun nedeni, direncin akımın serbestçe geçişini engellemesidir, bu nedenle akımın devreden geçmesi daha uzun sürer, böylece kapasitörden geçer, şarj olması biraz zaman alır.
Bir kapasitörün şarj olması için geçen süre aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanabilir:
t1 = 5 x R1 x C
Dónde:
t1: şarj süresidir. Birimi milisaniyedir (me)
R1: yük direncidir. Birimi ohm'dur (Ω).
C: kapasitörün kapasitesidir. Birimi Farad'dır (F)
Bu denklem, yük direnci ne kadar yüksek ve/veya bir kapasitörün kapasitansı ne kadar büyük olursa, şarj süresinin o kadar uzun olduğunu doğrulamamızı sağlar. Hangisi aşağıdaki grafikte doğrulanabilir.
Yük direncini ayarlamazsak ne olacağını merak edebilirsiniz. Teorik olarak kapasitör hemen şarj olur. Ancak, daha önce de belirttiğimiz gibi, kapasitörler yalnızca küçük bir akım alabildiğinden bu önerilmez. Ohm Yasasını hatırlarsak şunu görebiliriz:
ben = V / R
Nerede:
ben: akımdır. Birimi Amperdir (A)
V: voltajdır. Birimi Volt'tur (V)
C: dirençtir. Birimi Ohm'dur (Ω)
Direnç 0'a eşit veya XNUMX'a eşitse, bu, akımın pratik olarak sonsuz veya en azından çok büyük olacağı anlamına gelir. Kondansatör yalnızca daha düşük bir akımdan beslemeyi destekleyebilir. Kısacası, herhangi bir yük direnci yerleştirilmezse, kondansatör o akıma dayanamayabilir ve yanacaktır.
Şimdi kapasitörün zaten şarj olduğunu varsayalım, peki ne olacak? Ohm Yasasına geri dönelim, voltaj yükseldikçe ve direnç değeri korunduğundan, akımın değeri sıfır olma eğilimindedir.
Bildiğimiz gibi, kapasitörün işlevi voltaj veya voltajı depolamaktır. Bu, kapasitör şarj olurken o noktada daha yüksek bir voltaj olduğu anlamına gelir. Direnç değerini değiştirmediği için akım sıfır olma eğilimindedir. Kısacası, bir kondansatör bir kez şarj edildiğinde, o noktada voltaj veya voltaj olmasına rağmen, açık devre veya akımın geçişini engelleyen bir anahtar gibi davranır.
Kondenser Deşarjı
Şimdi ters durumu sunalım. Anahtarın konumunu değiştirdiği ve kapasitör R2 direnci ile seri olarak yerleştirildiği anda, kapasitör boşalmaya başlayacaktır. Peki, çünkü R2 direnci devrenin tüketimini temsil eder ve bu direnç, içinde bulunduğu devre kapatıldığında verilmesini talep edecektir. Bu besleme, depoladığı potansiyel farkı boşaltan kapasitör tarafından sağlanacaktır.
Şarjda olduğu gibi, indirme hemen değil, aşamalı olarak gerçekleşir. Ve şarjda olduğu gibi, deşarj süresini tahmin etme denklemi aynıdır. Bu, kapasitörün boşalması için geçen sürenin R2'nin direncine ve kapasitörün kapasitansına bağlı olduğu anlamına gelir. Aynı şekilde, burada denklemi tekrar yeniliyoruz:
t1 = 5 x R1 x C
Dónde:
t2: şarj süresidir. Birimi milisaniyedir (ms)
R2: yük direncidir. Birimi ohm'dur (Ω).
C: kondansatörün kapasitansı. Birimi Farad'dır (F)
Bu tür bir devre, örneğin bir cihazın açık olduğu zamanı kontrol edebilir.
Filtre Olarak Kondenser
Kondansatörlerin sıklıkla kullanıldığı bir diğer uygulama ise filtre uygulamasıdır. Bu, kademeli olarak şarj olma ve deşarj olma özelliği sayesinde mümkündür ve bu fenomen, sinyallerden veya elektrik dalgalarından gelen yabancı maddeleri temizlemek için kullanılır.
Örnek olarak ilk devreyi alırsak, ancak bu durumda alternatif akım güç kaynağı ile. Kondansatör maksimum depolama kapasitesine ulaşana kadar şarj olmaya başlayacak, daha sonra akım akışı duracak ve kondansatörde var olan voltajdan yük beslenmeye başlayacaktır. Kondansatör boşalmaya başlar başlamaz, güç kaynağı kapasitörün tamamen boşalmasını beklemeden yeniden şarj etmeye devam eder.
Bunu anlamak görsel olarak daha kolay olabilir:
Görüldüğü gibi alternatif güç kaynağının dalgası sinüzoidaldir ve kapasitörün özelliği sayesinde dalgayı doğrudan beslemede düzeltmek mümkündür. Bu, örneğin bilgisayarlar tarafından kullanılan güç kaynakları için çok kullanışlıdır. Birçok cihaz alternatif akımla değil, doğru akımla çalışır ve işte o zaman güç kaynakları aracı olarak devreye girer. Elbette bu güç kaynakları bu amaca ulaşmak için daha birçok bileşene sahiptir.
Kapasitör Çeşitleri
Kondansatörler veya kapasitörler farklı sınıflandırmalara sahip olabilir. Ardından, kapasitörleri dielektrik türlerine göre sınıflandırarak başlayacağız:
Dielektrik özelliğinden dolayı
Kondansatörler sahip oldukları dielektriklere göre sınıflandırılır. Sözde elektrolitik kapasitörler vardır, bunlar bir polariteye sahip olanlardır, yani pozitif bir terminale veya "bacak" ve bir negatif terminale sahiptirler. Kutupları ters bağlanırsa kondansatör zarar görür.
Bu elektrolitik kapasitörler, diğer kapasitörlerden farklı olarak iletken bir iyonik sıvı kullanmalarıdır. Bu sıvı, yaygın olarak borik asit veya etilen glikol şekerleri ile sodyum borattan oluşan kimyasal bir çözeltidir. Bu sıvı, kondansatörün iletken plakalarından veya tabakalarından birinin yerine geçer.
Elektrolitik kapasitörlerin aksine, dielektrikleri hava, seramik, kağıt veya diğerleri olan kapasitörlerin belirli bir polaritesi yoktur. Ayrıca içlerinde iki plaka var ve içlerinde sıvı yok.
Her iki kapasitör tipinin de uygulamaları vardır, bu nedenle farklı dielektriklere sahip olmalarına rağmen kapasitörleri birbirleriyle değiştirmek mümkün olmamıştır.
Kısacası, kondansatörler var:
- elektrolitik
- seramik
- Kağıt
- Kapalı hava
- Değişken kondansatör
Sabit veya değişken
Dirençler gibi sabit kapasiteli kapasitörler ve kapasitesi değiştirilebilen kapasitörler vardır. Bu, potansiyometre veya değişken direnç gibi bir düğme kullanılarak plakaları arasındaki boşluğu ayarlayarak elde edilir.
Şekline göre
Kondansatörler, aşağıda gösterildiği gibi tasarımlarını, mevcut disk, inci ve borulu kondansatörleri değiştirebilir.
Kapasitör Kodu
Dirençler tarafından kullanılana çok benzeyen bir renk tablosu aracılığıyla kapasite değerlerini gösteren bazı kapasitörler vardır.
Renk kodu
İlk renk birincinin değerini, ikincisi ikinci şeklin değerini, üçüncüsü 10'a yükselen üssü, yani 10'u üçüncü rengin temsil ettiği sayıya yükseltir. Dördüncü renk, varyasyon yüzdesini gösterir, yani, örneğin kapasiteyi gösteren değerin %10 fazlası veya %10'u olabilir. Son olarak, beşinci renk şarj voltajını veya voltajını gösterir. Tüm bu kapasitörlerin birim başına pikofaradları vardır.
Renklerin değeri aşağıdaki gibi ticari bir tabloda gelir:
japon kodu
Bir kapasitörün kapasitansını belirlemek için başka bir kod türü daha vardır, Japonca kodu veya kod 101 adı verilen bir kod türüdür. Bu kod, kapasitör üzerinde görünen üç sayıdan oluşur.
İlk iki basamak, picofarad'ı bir birim olarak tutarak üçüncü sayıya yükseltilen 10 ile çarpılması gereken bir sayı oluşturur. Örneğin:
Bu kapasitörün kodu 104 sayılarına sahiptir. Dolayısıyla bu kapasitörün kapasitesini hesaplamanın yolu şudur:
10 X 104 = 100000 pF = 0,1 uF
alfanümerik kod
Harf ve sayı kombinasyonunu kullanan bir kapasitörün malzemesini ve kapasitesini tanımlayan başka bir kod daha vardır. Rakamları ve harfleri birleştiren bu kodu sunmanın birçok yolu vardır ve bunlar o kadar çeşitlidir ki onları öğrenmeye değmez, bu yüzden bunun yerine üreticinin Veri Sayfasına başvurmanız önerilir.
Seri ve paralel kondansatörler
Dirençler gibi, kapasitörlerin seri veya paralel olarak konumu, toplam kapasitansta bir davranış oluşturur. Kondansatörler seri bağlandığında meydana gelen fenomene bakmaya başlayalım.
Seri Kondansatörler
Kondansatörler seri bağlandığında, her bir kondansatörün kapasitesi aşağıdaki gibi davranır:
Denklem ortaya çıkar:
Vt = V1 + V2
Nerede:
Vt: toplam voltaj
V1: ilk kapasitörün voltajı
V2: ikinci kapasitörün voltajı
Kondansatör kapasitesini hesaplamak için denkleme geri dönelim:
C=q/V
Nerede:
q = her bir levhanın depoladığı yüktür. Birimi Coulomb'dur (C)
V = kondansatörün iki levhası veya iletkeni arasındaki voltaj, voltaj veya potansiyel farkıdır. Birimi Volt'tur (V)
Ve V'yi şu şekilde temizlemenin mümkün olduğunu:
V=q/C
Şimdi devredeki her kapasitörün her V'sini bir önceki ifadeyle değiştirirsek, şunu elde ederiz;
1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3… 1 / Cn
Paralel Kapasitörler
Bu durumda, kapasitörler paralel olduğundan, her bir kapasitörün aldığı voltaj, güç kaynağının voltajı ile aynıdır, bu nedenle şunları yapmalıyız:
Vt = V1 = V2 = V3… Vn
nerede
Vt: toplam veya kaynak voltajıdır
V1: İlk kapasitörün voltajı
V2. İkinci kapasitör voltajı
V3: Üçüncü kapasitörün voltajı
Yine yük ve kapasite değerine göre gerilim değerini tahmin etmemizi sağlayan ifadeye dönersek:
V=q/C
Ve devrenin her kondansatörünün her V'sini önceki ifadeyle değiştirmeye devam ediyoruz, şunu elde ediyoruz:
C = C1 + C2 + C3… + Cn
Kondenser kullanımları
Kondansatör, elektroniğin en temel bileşenlerinden biridir. Günümüzde tasarımında kapasitör gerektirmeyen bir cihazdan bahsetmek neredeyse imkansız. Daha sonra, kapasitörün bulunduğu en yaygın uygulamalardan bazılarından bahsedeceğiz.
- Piller ve bellekler: Depolama kapasitesi sayesinde şarj kapasitesini artırmak için birden fazla kondansatörü paralel yerleştirmek mümkündür.
- Filtreler: Şebekedeki dalgalanma ve gürültüyü ortadan kaldırabildikleri veya tam tersi durumda, dahili elektrik şebekeleri tarafından üretilen harmoniklerin şebekeye geri dönmeden önce filtrelenmesi için elektrik şebekelerinde yaygın olarak kullanılırlar. Telekomünikasyonda, filtreleme kapasitesi, frekans bantları oluşturmak ve ayrıca paraziti azaltmak veya ortadan kaldırmak için yaygın olarak kullanılmaktadır.
- Güç kaynakları: Kademeli şarj ve deşarj davranışı, çoğu elektronik cihaz dahili olarak doğru akımla çalıştığından, ancak elektrik hizmeti alternatif akımla çalıştığından, güç kaynaklarında alternatif akımları doğru akımlara dönüştürmek için gerekli olan dalga düzeltmesine izin verir. Bu nedenle, ekipmanın çalışması için güç kaynakları gereklidir ve onu oluşturan bileşenler arasında kapasitör yeri doldurulamaz bir rol oynar.
- Empedans adaptörleri: kapasitörler, pratik olarak ihmal edilebilir zaman dilimlerinde enerjiyi boşaltabilir ve şarj edebilir ve bu, direncin diğer bileşenlerle birlikte rezonansa girmesine izin verir, böylece farklı empedanslara sahip iki devre birleştirilebilir veya birlikte çalışabilir.
Ancak bunlar, bahsedebileceğimiz birkaç kullanımından sadece birkaçı. Kondansatörlerin elektronik, büyük elektrik ağları, telekomünikasyon ve diğerlerinde uygulamaları vardır. Bilgisayarlarımızdan, cep telefonlarımızdan, buzdolaplarımızdan, dijital saatlerimizden, televizyonlarımızdan ve daha birçok icattan, cihaz veya ekipmanları oluşturan ve onlara hayat veren setin önemli bir parçası olarak içlerinde kapasitörler var.
Sonuçlar
Elektroniğin günümüzde sahip olduğu uygulamalar günlük hayatımızda o kadar önemlidir ki, artık var olmadığı bir dünyada hayatta kalmak neredeyse imkansızdır. Ve bu uçsuz bucaksız ileri teknoloji dünyası, elektroniğin bir parçası olan her bir bileşen gibi en mütevazi temellerinde başlar.
Bu, çok basit malzemelerden yapılmış bir bileşen olan kondansatörün durumudur ve bu da onu elektroniğin temel bileşenlerinden biri yapar, ancak davranışı sayesinde, var olan tüm elektronik cihazlarda bulunmamasının imkansız olması imkansızdır. .
Şüphesiz elektroniğin gelişmesi, teknolojilerin çeşitli disiplinlerde ilerlemesinin önünü açan temel bir itici güç olmuştur. Kondansatör diğer bileşenlerle birleştirildiğinde tek başına çok kullanışlı olmasa da, aşağıdakiler gibi gelişmiş ekipmanlar RAM hafıza kartlarıbilgisayarlar, robotlar, insansız hava araçları, cep telefonları, sunucuları ve daha fazlası.