Az elektronikai eszközök tervezésének elembázisa egyre bonyolultabb. Az eszközöket adott funkcionalitással és programvezérléssel integrált áramkörökké egyesítik. De a fejlesztés alapvető eszközökön alapul: kondenzátorokon, ellenállásokon, diódákon és tranzisztorokon.
Tartalom
Mi az a kondenzátor
Kondenzátornak nevezzük azt az eszközt, amely elektromos töltések formájában tárolja az elektromos energiát.
Az elektromosság vagy elektromos töltés mennyiségét a fizikában coulomb-ban (C) mérik. A kapacitást faradokban (F) mérjük.
Az 1 farad elektromos kapacitású magányos vezető egy fémgolyó, amelynek sugara megegyezik a Nap 13 sugarával.Ezért a kondenzátor legalább 2 vezetéket tartalmaz, amelyeket dielektrikum választ el. Az eszköz egyszerű kialakításában - papír.
Az egyenáramú áramkörben a kondenzátor működése az áram be- és kikapcsolásakor történik, csak átmeneti pillanatokban változik a lemezeken a potenciál.
Az AC áramkörben lévő kondenzátor a tápfeszültség frekvenciájával megegyező frekvencián töltődik fel. A folyamatos töltések és kisülések hatására áram folyik át az elemen. Magasabb frekvencia - a készülék gyorsabban töltődik.
A kondenzátoros áramkör ellenállása az áram frekvenciájától függ. Nulla DC frekvencián az ellenállás értéke a végtelenbe hajlik. Az AC frekvencia növekedésével az ellenállás csökken.
Hol használják a kondenzátorokat?
Az elektronikai, rádiótechnikai és elektromos berendezések működése lehetetlen kondenzátorok nélkül.
Az elektrotechnikában az indukciós motorok indításakor a fázisok eltolására használják. Fáziseltolás nélkül a háromfázisú aszinkron motor egy változó egyfázisú hálózatban nem működik.
A több farad kapacitású kondenzátorokat - ionisztorokat - elektromos járművekben használják motor áramforrásként.
Ahhoz, hogy megértsük, miért van szükség kondenzátorra, tudnia kell, hogy a mérőeszközök 10-12% -a az elektromos kapacitás megváltoztatásának elvén működik, amikor a külső környezet paraméterei megváltoznak. A speciális eszközök reakciókapacitását a következőkre használják:
- gyenge mozgások regisztrálása a lemezek közötti távolság növelésével vagy csökkentésével;
- a páratartalom meghatározása a dielektrikum ellenállásában bekövetkezett változások rögzítésével;
- folyadékszint mérése, amely feltöltésekor megváltoztatja az elem kapacitását.
Nehéz elképzelni, hogy az automatizálás és a relévédelem hogyan készül kondenzátorok nélkül. Egyes védelmi logikák figyelembe veszik az eszköz újratöltésének többszörösét.
A kapacitív elemeket mobil kommunikációs eszközök, rádió- és televízióberendezések áramköreiben használják. A kondenzátorokat a következőkben használják:
- magas és alacsony frekvenciájú erősítők;
- áramforrás;
- frekvenciaszűrők;
- hangerősítők;
- processzorok és egyéb mikroáramkörök.
Könnyű megtalálni a választ arra a kérdésre, hogy mire való a kondenzátor, ha megnézzük az elektronikus eszközök elektromos áramköreit.
A kondenzátor működési elve
Egyenáramú áramkörben a pozitív töltéseket az egyik lemezen, a negatív töltéseket a másikon gyűjtik össze. A kölcsönös vonzás miatt a részecskék a készülékben maradnak, és a köztük lévő dielektrikum nem teszi lehetővé a csatlakozást. Minél vékonyabb a dielektrikum, annál erősebbek a töltések.
A kondenzátor felveszi a tartály feltöltéséhez szükséges villamos energiát, és az áram leáll.
Az áramkörben állandó feszültség mellett az elem töltést tart, amíg a tápfeszültséget ki nem kapcsolják. Ezután az áramkör terhelésein keresztül kisül.
A váltakozó áram egy kondenzátoron más módon folyik át. Az oszcillációs periódus első ¼-e az eszköz feltöltődésének pillanata. A töltőáram amplitúdója exponenciálisan csökken, és a negyedév végére nullára csökken. Az EMF ebben a pillanatban eléri az amplitúdót.
A második ¼ periódusban az EMF csökken, és a sejt kisülni kezd. Az EMF csökkenése kezdetben kicsi és a kisülési áram is. Ugyanazon exponenciális függés szerint nő. Az időszak végére az EMF nulla, az áram egyenlő az amplitúdó értékével.
Az oszcillációs periódus harmadik ¼-ében az EMF irányt változtat, áthalad a nullán és növekszik.A táblákon a töltés jele fordított. Az áram nagysága csökken, és irányát megtartja. Ezen a ponton az elektromos áram fázisban 90°-kal vezeti a feszültséget.
Az induktoroknál ennek az ellenkezője történik: feszültség vezet áramot. Ez a tulajdonság az első, amikor kiválasztjuk, hogy melyik áramkört használjuk az áramkörben: RC vagy RL.
A ciklus végén, az utolsó ¼ oszcillációnál az EMF nullára csökken, és az áram eléri a csúcsértékét.
A "kapacitás" periódusonként 2 alkalommal kisüt és töltődik, és váltakozó áramot vezet.
Ez a folyamatok elméleti leírása. Annak megértéséhez, hogy az áramkörben lévő elem hogyan működik közvetlenül az eszközben, kiszámítják az áramkör induktív és kapacitív ellenállását, a többi résztvevő paramétereit, és figyelembe veszik a külső környezet hatását.
Főbb jellemzők és tulajdonságok
Az elektronikus eszközök létrehozásához és javításához használt kondenzátorparaméterek a következők:
- Kapacitás – C. Meghatározza az eszköz által tárolt töltés mértékét. A névleges kapacitás értéke a tokon van feltüntetve. A szükséges értékek létrehozásához az elemeket párhuzamosan vagy sorosan kell beépíteni az áramkörbe. Az üzemi értékek nem egyeznek a számítottakkal.
- Rezonanciafrekvencia - fр. Ha az áram frekvenciája nagyobb, mint a rezonáns, akkor megjelennek az elem induktív tulajdonságai. Ez megnehezíti a munkát. Az áramkör számított teljesítményének biztosításához ésszerű kondenzátort használni a rezonanciaértékeknél kisebb frekvenciákon.
- Névleges feszültség - Un. Az elem meghibásodásának elkerülése érdekében az üzemi feszültséget a névleges feszültségnél kisebbre kell beállítani. A paraméter a kondenzátor házán van feltüntetve.
- Polaritás. Ha a kapcsolat nem megfelelő, meghibásodás és hiba lép fel.
- Elektromos szigetelési ellenállás - Rd. Meghatározza az eszköz szivárgási áramát. Az eszközökben az alkatrészek egymáshoz közel helyezkednek el. Nagy szivárgási áram esetén parazita csatlakozások lehetségesek az áramkörökben. Ez meghibásodásokhoz vezet. A szivárgó áram rontja az elem kapacitív tulajdonságait.
- Hőmérséklet együttható - TKE. Az érték határozza meg, hogyan változik a készülék kapacitása a környezet hőmérsékletének ingadozásával. A paramétert akkor használják, amikor olyan eszközöket fejlesztenek ki, amelyek súlyos éghajlati viszonyok között működnek.
- parazita piezoelektromos hatás. Egyes típusú kondenzátorok, ha deformálódnak, zajt keltenek az eszközökben.
A kondenzátorok típusai és típusai
A kapacitív elemeket a tervezés során használt dielektrikum típusa szerint osztályozzák.
Papír és fém-papír kondenzátorok
Az elemeket állandó vagy enyhén pulzáló feszültségű áramkörökben használják. A tervezés egyszerűsége 10-25%-kal alacsonyabb teljesítménystabilitást és nagyobb veszteségeket eredményez.
A papírkondenzátorokban az alumínium fólialapok választják el a papírt. A szerelvényeket összecsavarják és egy henger vagy négyszögletes paralelepipedon alakú tokba helyezik.
Az eszközök -60 ... + 125 ° C hőmérsékleten működnek, az alacsony feszültségű készülékek névleges feszültsége legfeljebb 1600 V, a nagyfeszültségű eszközök - 1600 V felett, és a kapacitásuk akár több tíz mikrofarad is lehet.
A fém-papír eszközökben fólia helyett vékony fémréteget visznek fel a dielektromos papírra. Ez elősegíti a kisebb elemek előállítását. Kisebb meghibásodások esetén a dielektrikum öngyógyulása lehetséges. A fém-papír elemek a szigetelési ellenállás tekintetében gyengébbek a papírelemeknél.
Elektrolit kondenzátorok
A termékek dizájnja papírra emlékeztet. De az elektrolitikus cellák gyártása során a papírt fém-oxidokkal impregnálják.
A papír nélküli elektrolitot tartalmazó termékekben az oxidot egy fémelektródára rakják le. A fémoxidok egyoldalú vezetőképességgel rendelkeznek, ami polárissá teszi a készüléket.
Az elektrolitikus cellák egyes modelljeiben a lemezek hornyokkal készülnek, amelyek növelik az elektróda felületét. A lemezek közötti réseket elektrolitos elárasztással szüntetik meg. Ez javítja a termék kapacitív tulajdonságait.
A szűrőkben nagy kapacitású elektrolitikus eszközöket - több száz mikrofarádot - használnak a feszültséghullámok kiegyenlítésére.
Alumínium elektrolitikus
Az ilyen típusú készülékeknél az anód bélés alumíniumfóliából készül. A felület fém-oxiddal - dielektrikummal van bevonva. A katód bélés szilárd vagy folyékony elektrolit, amelyet úgy választanak ki, hogy a fólián lévő oxidréteg működés közben helyreálljon. Az öngyógyító dielektrikum meghosszabbítja az elem élettartamát.
Az ilyen kialakítású kondenzátorok polaritást igényelnek. Ha újra bekapcsolja, eltörik a ház.
Azok az eszközök, amelyekben antiszekvenciális poláris szerelvények találhatók, 2 irányban használatosak. Az alumínium elektrolitikus cellák kapacitása eléri a több ezer mikrofaradot.
Tantál elektrolitikus
Az ilyen eszközök anódelektródája porózus szerkezetből készül, amelyet tantálpor +2000 °C-ra történő hevítésével nyernek. Az anyag úgy néz ki, mint egy szivacs. A porozitás növeli a felületet.
Elektrokémiai oxidációval legfeljebb 100 nanométer vastag tantál-pentoxid réteget visznek fel az anódra. A szilárd dielektrikum mangán-dioxidból készül.A kész szerkezetet vegyületté préselik - egy speciális gyantává.
A tantál termékeket 100 kHz feletti áramfrekvencián használják. A kapacitás akár több száz mikrofaradig jön létre, legfeljebb 75 V üzemi feszültség mellett.
Polimer
A kondenzátorok szilárd polimerekből készült elektrolitot használnak, ami számos előnnyel jár:
- az élettartam 50 ezer órára nő;
- a paraméterek mentésre kerülnek a fűtés során;
- a megengedett áramhullámok tartománya bővül;
- a lemezek és vezetékek ellenállása nem söntöli a kapacitást.
Film
Ezekben a modellekben a dielektrikum teflon, poliészter, fluoroplasztika vagy polipropilén film.
Borítók - fólia vagy fém lerakódás a filmre. A kialakítást megnövelt felületű többrétegű összeállítások létrehozására használják.
A miniatűr méretű filmkondenzátorok kapacitása több száz mikrofarad. A rétegek elhelyezésétől és az érintkezők következtetéseitől függően a termékek axiális vagy sugárirányú alakzatai készülnek.
Egyes modelleknél a névleges feszültség 2 kV vagy magasabb.
Mi a különbség a poláris és a nem poláris között
A nem poláris lehetővé teszi a kondenzátorok beépítését az áramkörbe, az áram irányától függetlenül. Az elemeket változó tápegységek szűrőiben, nagyfrekvenciás erősítőkben használják.
A Polar termékek a jelölésnek megfelelően vannak csatlakoztatva. Ha az ellenkező irányba kapcsolja be, a készülék meghibásodik vagy nem fog megfelelően működni.
A nagy és kis kapacitású poláris és nem poláris kondenzátorok a dielektrikum kialakításában különböznek. Az elektrolit kondenzátorokban, ha az oxidot 1 elektródára vagy papír, film 1 oldalára visszük fel, akkor az elem poláris lesz.
A váltakozó áramú áramkörökben szerepelnek a nem poláris elektrolit kondenzátorok olyan modelljei, amelyekben a fém-oxid a dielektrikum mindkét felületére szimmetrikusan került leválasztásra.
A polárisak esetében pozitív vagy negatív elektróda jelölése van a testen.
Mi határozza meg a kondenzátor kapacitását
A kondenzátor fő funkciója és szerepe az áramkörben a töltések felhalmozása, egy másik pedig a szivárgás megakadályozása.
A kondenzátor kapacitásának értéke egyenesen arányos a közeg dielektromos állandójával és a lemezek területével, és fordítottan arányos az elektródák közötti távolsággal. 2 ellentmondás van:
- A kapacitás növeléséhez az elektródákra a lehető legvastagabbra, szélesebbre és hosszabbra van szükség. Ebben az esetben a készülék méretei nem növelhetők.
- A töltések megtartása és a kívánt vonóerő biztosítása érdekében a lemezek közötti távolságot minimálisra kell csökkenteni. Ebben az esetben az áttörési áram nem csökkenthető.
A konfliktusok megoldására a fejlesztők a következőket használják:
- egy pár dielektrikum és elektróda többrétegű szerkezetei;
- porózus anódszerkezetek;
- a papír oxidokkal és elektrolitokkal való helyettesítése;
- elemek párhuzamos összekapcsolása;
- szabad teret megtölteni megnövelt dielektromos állandójú anyagokkal.
A kondenzátorok minden új találmánnyal egyre kisebbek és jobbak.
Hasonló cikkek:
