Elektrický kondenzátor je jedním z prvků elektrického obvodu jakéhokoli elektronického zařízení, jehož hlavní funkcí je ukládat energii a poté ji vracet zpět do obvodu. Průmysl nabízí širokou škálu kondenzátorů, lišících se typy, kapacitami, velikostmi, aplikacemi.
Princip činnosti a vlastnosti kondenzátorů
Zařízení kondenzátoru se skládá ze dvou kovových desek-desek oddělených tenkou vrstvou dielektrika. Poměr velikostí a uspořádání desek a charakteristika dielektrického materiálu určuje kapacitní index.
Konstrukční vývoj jakéhokoli typu kondenzátoru je zaměřen na získání maximální kapacity na základě minimálních rozměrů pro úsporu místa na desce plošných spojů zařízení. Jedna z nejoblíbenějších forem vzhledu je ve formě sudu, uvnitř kterého jsou kovové desky zkroucené s dielektrikem mezi nimi.První kondenzátor, vynalezený ve městě Leiden (Nizozemsko) v roce 1745, se nazýval „Leiden jar“.
Principem činnosti součástky je schopnost nabíjení a vybíjení. Nabíjení je možné díky přítomnosti desek v malé vzdálenosti od sebe. Blízké náboje, oddělené dielektrikem, se k sobě přitahují a zůstávají na deskách a samotný kondenzátor tak uchovává energii. Po odpojení zdroje energie je součástka připravena na návrat energie do obvodu, výboj.
Parametry a vlastnosti, které určují výkon, kvalitu a životnost práce:
- elektrická kapacita;
- specifická kapacita;
- přípustná odchylka;
- elektrická pevnost;
- vlastní indukčnost;
- dielektrická absorpce;
- ztráty;
- stabilita;
- spolehlivost.
Schopnost ukládat náboj určuje kapacitu kondenzátoru. Při výpočtu kapacity potřebujete vědět:
- krycí plocha;
- vzdálenost mezi deskami;
- dielektrická konstanta dielektrického materiálu.
Pro zvýšení kapacity je nutné zvětšit plochu desek, zmenšit vzdálenost mezi nimi a použít dielektrikum, jehož materiál má vysokou dielektrickou konstantu.
Farad (F) se používá k označení kapacity - měrné jednotky, která dostala své jméno na počest anglického fyzika Michaela Faradaya. 1 Farad je však příliš velký. Například kapacita naší planety je menší než 1 farad. V radioelektronice se používají menší hodnoty: mikrofarad (µF, miliontina farada) a pikofarad (pF, miliontina mikrofaradu).
Specifická kapacita se vypočítá z poměru kapacity k hmotnosti (objemu) dielektrika.Tento indikátor je ovlivněn geometrickými rozměry a zvýšení měrné kapacity je dosaženo snížením objemu dielektrika, ale to zvyšuje riziko poruchy.
Přípustná odchylka pasové hodnoty kapacity od skutečné určuje třídu přesnosti. Podle GOST existuje 5 tříd přesnosti, které určují budoucí použití. Ve vysoce odpovědných obvodech se používají komponenty nejvyšší třídy přesnosti.
Dielektrická pevnost určuje schopnost udržet náboj a zachovat pracovní vlastnosti. Náboje zbývající na deskách mají tendenci k sobě navzájem a působí na dielektrikum. Elektrická pevnost je důležitou vlastností kondenzátoru, která určuje dobu jeho používání. V případě nesprávného provozu dojde k poruše dielektrika a součást selže.
Ve střídavých obvodech s tlumivkami se bere v úvahu vlastní indukčnost. U stejnosměrných obvodů se s ním nepočítá.
Dielektrická absorpce - vzhled napětí na deskách při rychlém vybíjení. Absorpční jev se bere v úvahu pro bezpečný provoz vysokonapěťových elektrických zařízení, od v případě zkratu hrozí ohrožení života.
Ztráty jsou způsobeny nízkým přenosem proudu dielektrika. Při provozu komponent elektronických zařízení v různých teplotních podmínkách a různé vlhkosti má vliv jakostní faktor ztrát. Ovlivňuje ji také pracovní frekvence. Při nízkých frekvencích ovlivňují ztráty v dielektriku, při vysokých frekvencích - v kovu.
Stabilita je parametr kondenzátoru, který je také ovlivněn okolní teplotou.Jeho účinky se dělí na vratné, charakterizované teplotním koeficientem, a nevratné, charakterizované koeficientem teplotní nestability.
Spolehlivost kondenzátoru závisí především na provozních podmínkách. Analýza poruch naznačuje, že v 80 % případů je příčinou poruchy porucha.
V závislosti na účelu, typu a oblasti použití se liší i velikosti kondenzátorů. Nejmenší a nejmenší, o velikosti od několika milimetrů do několika centimetrů, se používají v elektronice, zatímco ty největší se používají v průmyslu.
Účel
Vlastnost ukládání a uvolňování energie předurčila široké použití kondenzátorů v moderní elektronice. Spolu s odpory a tranzistory jsou základem elektrotechniky. Není jediné moderní zařízení, kde by se v nějaké kapacitě nevyužily.
Jejich schopnost nabíjet a vybíjet se spolu s indukčností se stejnými vlastnostmi aktivně využívá v rozhlasové a televizní technice. Oscilační obvod kondenzátoru a indukčnosti je základem pro vysílání a příjem signálů. Změna kapacity kondenzátoru umožňuje změnit frekvenci oscilačního obvodu. Například rádiové stanice mohou vysílat na svých vlastních frekvencích a rádia se mohou na tyto frekvence připojit.
Důležitou funkcí je vyhlazování AC vlnění. Jakékoli elektronické zařízení napájené střídavým proudem potřebuje k výrobě stejnosměrného proudu dobré kvality filtrační elektrické kondenzátory.
Mechanismus nabíjení a vybíjení se aktivně používá ve fotografických zařízeních.Všechny moderní fotoaparáty používají k fotografování blesk, který je realizován díky vlastnosti rychlého výboje. V této oblasti je nerentabilní používat baterie, které dokážou energii dobře skladovat, ale pomalu ji uvolňovat. A naopak kondenzátory okamžitě uvolňují veškerou uloženou energii, což stačí na jasný záblesk.
Schopnost generovat vysoce výkonné pulsy pomocí kondenzátorů se využívá v radaru a tvorbě laserů.
Kondenzátory plní úlohu zhášecích kontaktů v telegrafii a telefonii, stejně jako v telemechanice a automatizaci, kde je nutné spínání vysoce zatížených relé.
Regulace napětí dlouhých elektrických vedení se provádí pomocí kompenzačních nádrží.
Moderní kondenzátory se díky svým schopnostem používají nejen v oblasti radioelektroniky. Používají se v kovoobrábění, hornictví, uhelném průmyslu.
Hlavní odrůdy
Vzhledem k rozmanitosti aplikací a provozních podmínek elektronických zařízení existuje široká škála komponent, které se liší typy a charakteristikami. Hlavní rozdělení je podle třídy a podle typu použitého dielektrika.
Typy kondenzátorů, rozdělené podle třídy:
- s konstantní kapacitou;
- s proměnnou kapacitou;
- ladění.
V každém elektronickém zařízení se používají komponenty s konstantní kapacitou.
Pro změnu kapacity a parametrů obvodu, například frekvence v oscilačních obvodech, se používají kondenzátory s proměnnou kapacitou.Ve svém zařízení mají několik částí kovových pohyblivých desek, což zajišťuje trvanlivost jejich práce.
Trimrové kondenzátory slouží k jednorázovému nastavení zařízení. Jsou k dispozici v různých kapacitních hodnotách (od několika pikofaradů až po několik stovek pikofaradů) a jsou dimenzovány pro napětí do 60 voltů. Bez jejich použití nelze zařízení doladit.
Typy kondenzátorů, rozdělené podle typu dielektrika:
- s keramickým dielektrikem;
- s dielektrikem filmu;
- elektrolytické;
- ionistory.
Keramické jsou vyrobeny ve formě malé destičky z keramického materiálu, na kterou jsou nastříkány kovové vývody. Takové kondenzátory mají různé vlastnosti a používají se pro vysokonapěťové i nízkonapěťové obvody.
Pro nízkonapěťové obvody se nejčastěji používají vícevrstvé malorozměrové součástky v epoxidových pryskyřicových nebo plastových pouzdrech s kapacitou od desítek pikofaradů až po jednotky mikrofaradů. Používají se ve vysokofrekvenčních obvodech radioelektronických zařízení a mohou pracovat v náročných klimatických podmínkách.
Pro vysokonapěťové obvody se vyrábí větší keramické kondenzátory s kapacitami od desítek pikofaradů až po tisíce pikofaradů. Používají se v impulsních obvodech a zařízeních pro konverzi napětí.
Dielektrikum filmu je různých typů. Nejběžnější z nich je lavsan, který má vysokou pevnost. Méně rozšířené je polypropylenové dielektrikum, které má nižší ztráty a používá se ve vysokonapěťových obvodech, jako jsou obvody pro zesílení zvuku a obvody střední frekvence.
Samostatný typ fóliových kondenzátorů je spouštěcích, které se používají v době spouštění motorů a díky své vysoké kapacitě a speciálnímu dielektrickému materiálu snižují zatížení elektromotoru. Vyznačují se vysokým provozním napětím a elektrickým jalovým výkonem.
Elektrolytické kondenzátory jsou vyráběny v klasickém provedení. Tělo je vyrobeno z hliníku, uvnitř jsou válcované plechy. Oxid kovu je chemicky nanesen na jednu desku a na druhou je nanesen kapalný nebo pevný elektrolyt, který tvoří dielektrikum. Díky takovému zařízení mají elektrolytické kondenzátory velkou kapacitu, ale zvláštností jejich použití v průběhu času je jeho změna.
Na rozdíl od keramických a filmových kondenzátorů mají elektrolytické kondenzátory polaritu. Ty jsou zase rozděleny na nepolární, bez této nevýhody, radiální, miniaturní, axiální. Rozsah jejich použití je tradiční počítačová a moderní mikropočítačová technika.
Zvláštním typem, který se objevil relativně nedávno, jsou ionistory. Ve své konstrukci jsou podobné elektrolytickým kondenzátorům, ale vyznačují se velkou kapacitou (až jednotek Farad). Jejich použití je však omezeno na malé maximální napětí několika voltů. Superkondenzátory slouží k ukládání paměti: pokud se v mobilním telefonu nebo miniaturním počítači vybije baterie, uložené informace se nenávratně neztratí.
Kromě součástek ve výstupním provedení, které se objevily již dávno a které byly tradičně používány, se moderní součástky vyrábějí ve verzi SMD, nebo, jak se také říká, pro povrchovou montáž. Například keramiku lze vyrábět v různých velikostech pouzder, od nejmenších (1 mm x 0,5 mm) po největší (5,7 mm x 5 mm) a s odpovídajícími napětími od desítek voltů až po stovky.
Elektrolytické kondenzátory lze také vyrábět v balíčcích pro povrchovou montáž. Mohou to být standardní hliníkové elektrolytické kondenzátory, nebo to mohou být tantalové kondenzátory, které vypadají trochu jako keramické, ale liší se od nich vyšší kapacitou a nízkými ztrátami. Mohou být jak kolíkové, tak nepřipnuté SMD.
Charakteristickým rysem tantalových kondenzátorů je dlouhá životnost a minimální ztráty s mírně nižším kapacitním limitem, ale zároveň se vyznačují vysokou cenou. Používají se v obvodech s vysokou odpovědností, kde je vyžadována vysoká kapacita.
Podobné články:
