Az elektromos kondenzátor bármely elektronikus eszköz elektromos áramkörének egyik eleme, amelynek fő feladata az energia tárolása, majd visszavezetése az áramkörbe. Az ipar a kondenzátorok széles választékát kínálja, típusuk, kapacitásuk, méretük, alkalmazásuk különböző.
A kondenzátorok működési elve és jellemzői
A kondenzátor eszköze két fémlemezből áll, amelyeket vékony dielektrikumréteg választ el egymástól. A lemezek méretének és elrendezésének aránya, valamint a dielektromos anyag jellemzői határozzák meg a kapacitásindexet.
Bármilyen típusú kondenzátor tervezésének fejlesztése a minimális méretek alapján a maximális kapacitás elérését célozza, hogy helyet takarítson meg a készülék nyomtatott áramköri lapján. Az egyik legnépszerűbb megjelenési forma egy hordó, amelyben fémlemezek vannak csavarva közöttük egy dielektrikummal.Az első kondenzátort, amelyet Leiden városában (Hollandia) találtak fel 1745-ben, "Leiden jar"-nak hívták.
Az alkatrész működési elve a töltés és a kisütés képessége. A töltés azért lehetséges, mert a lemezek egymástól kis távolságra vannak. A közeli, dielektrikummal elválasztott töltések egymáshoz vonzódva a lemezeken maradnak, így maga a kondenzátor tárolja az energiát. Az áramforrás leválasztása után az alkatrész készen áll az áramkörben az energia visszavezetésére, a kisütésre.
A teljesítményt, a munka minőségét és tartósságát meghatározó paraméterek és tulajdonságok:
- elektromos kapacitás;
- fajlagos kapacitás;
- megengedett eltérés;
- elektromos szilárdság;
- saját induktivitás;
- dielektromos abszorpció;
- veszteség;
- stabilitás;
- megbízhatóság.
A töltés tárolásának képessége határozza meg a kondenzátor kapacitását. A kapacitás kiszámításakor tudnia kell:
- fedőterület;
- a lemezek közötti távolság;
- a dielektromos anyag dielektromos állandója.
A kapacitás növelése érdekében növelni kell a lemezek területét, csökkenteni kell a köztük lévő távolságot, és olyan dielektrikumot kell használni, amelynek anyaga nagy dielektromos állandóval rendelkezik.
A Farad (F) a kapacitás jelölésére szolgál – egy mértékegység, amely Michael Faraday angol fizikus tiszteletére kapta a nevét. 1 Farad azonban túl nagy. Például bolygónk kapacitása kevesebb, mint 1 farad. A rádióelektronikában kisebb értékeket használnak: microfarad (µF, egy milliomod farad) és picofarad (pF, egy milliomod a mikrofarad).
A fajlagos kapacitást a kapacitás és a dielektrikum tömegének (térfogatának) arányából számítják ki.Ezt a mutatót a geometriai méretek befolyásolják, és a fajlagos kapacitás növekedését a dielektrikum térfogatának csökkentésével érik el, de ez növeli a meghibásodás kockázatát.
A kapacitás útlevélértékének megengedett eltérése a ténylegestől meghatározza a pontossági osztályt. A GOST szerint 5 pontossági osztály van, amelyek meghatározzák a jövőbeni felhasználást. A legmagasabb pontossági osztályba tartozó alkatrészeket nagy felelősségű áramkörökben használják.
A dielektromos szilárdság meghatározza a töltés megtartásának és a működési tulajdonságok fenntartásának képességét. A lemezeken maradó töltések egymáshoz hajlanak, a dielektrikumra hatnak. Az elektromos szilárdság a kondenzátor fontos tulajdonsága, amely meghatározza a használat időtartamát. Nem megfelelő működés esetén a dielektrikum meghibásodik, és az alkatrész meghibásodik.
Az induktivitású váltakozó áramú áramkörökben az öninduktivitást figyelembe veszik. Egyenáramú áramkörök esetén nem veszik figyelembe.
Dielektromos abszorpció - a feszültség megjelenése a lemezeken a gyors kisülés során. Az abszorpciós jelenséget a nagyfeszültségű elektromos készülékek biztonságos üzemeltetése érdekében figyelembe veszik, hiszen rövidzárlat esetén életveszély áll fenn.
A veszteségek a dielektrikum alacsony áramátviteléből adódnak. Az elektronikai eszközök alkatrészeinek eltérő hőmérsékleti viszonyok és eltérő páratartalom melletti üzemeltetésekor a veszteségek minőségi tényezője befolyásolja. A működési frekvencia is befolyásolja. Alacsony frekvenciákon a dielektrikum veszteségei, magas frekvenciákon a fémet érintik.
A stabilitás a kondenzátor paramétere, amelyet a környezeti hőmérséklet is befolyásol.Hatásai reverzibilisre, hőmérsékleti együtthatóval jellemezhetőre és irreverzibilisre, hőmérsékleti instabilitási együtthatóval jellemezhetők.
A kondenzátor megbízhatósága elsősorban a működési feltételektől függ. A meghibásodások elemzése arra utal, hogy az esetek 80%-ában meghibásodás a meghibásodás oka.
A céltól, típustól és alkalmazási területtől függően a kondenzátorok mérete is eltérő. A legkisebbeket és a legkisebbeket, amelyek mérete néhány millimétertől több centiméterig terjed, az elektronikában, a legnagyobbakat az iparban használják.
Célja
Az energia tárolásának és felszabadításának tulajdonsága meghatározta a kondenzátorok széles körű elterjedését a modern elektronikában. Az ellenállásokkal és tranzisztorokkal együtt az elektrotechnika alapját képezik. Nincs egyetlen modern eszköz sem, ahol ne használnák őket valamilyen minőségben.
Töltési és kisütési képességüket az azonos tulajdonságokkal rendelkező induktivitással együtt aktívan használják a rádió- és televíziótechnikában. Egy kondenzátorból és induktivitásból álló oszcillációs áramkör a jelek továbbításának és vételének alapja. A kondenzátor kapacitásának megváltoztatása lehetővé teszi az oszcillációs áramkör frekvenciájának megváltoztatását. Például a rádióállomások saját frekvenciájukon tudnak sugározni, a rádiók pedig csatlakozhatnak ezekhez a frekvenciákhoz.
Fontos funkciója a váltakozó áramú hullámok kisimítása. Minden váltóáramú elektromos eszköznek szűrő elektromos kondenzátorokra van szüksége a jó minőségű egyenáram előállításához.
A töltési és kisütési mechanizmust aktívan használják a fényképészeti berendezésekben.Minden modern fényképezőgép vakut használ a fényképezéshez, ami a gyorskisülési tulajdonságnak köszönhetően valósul meg. Ezen a területen veszteséges az energiát jól tárolni tudó, de lassan felszabadító akkumulátorokat használni. És a kondenzátorok éppen ellenkezőleg, azonnal felszabadítják az összes tárolt energiát, ami elegendő egy fényes villanáshoz.
A nagy teljesítményű impulzusok kondenzátorok általi előállítását a radarban és a lézerek létrehozásában használják.
A kondenzátorok szikraoltó érintkezők szerepét töltik be a táviratban és a telefonálásban, valamint a telemechanikában és az automatizálásban, ahol nagy terhelésű relék kapcsolása szükséges.
A hosszú vezetékek feszültségszabályozása kompenzációs tartályok használatával történik.
A modern kondenzátorokat képességeik miatt nem csak a rádióelektronika területén használják. Fémmegmunkálásban, bányászatban, széniparban használják.
Fő fajták
Az elektronikus eszközök sokféle alkalmazási területe és működési körülményei miatt sokféle komponens létezik, amelyek típusaiban és jellemzőiben különböznek egymástól. A fő felosztás osztályonként és a használt dielektrikum típusa szerint történik.
A kondenzátorok típusai osztályok szerint osztva:
- állandó kapacitással;
- változó kapacitással;
- hangolás.
Minden elektronikus eszközben állandó kapacitású alkatrészeket használnak.
Az áramkör kapacitásának és paramétereinek megváltoztatásához, például az oszcilláló áramkörök frekvenciájához, változó kapacitású kondenzátorokat használnak.Készülékükben több szakaszon fém mozgatható lemez található, ami biztosítja a munkájuk tartósságát.
A trimmer kondenzátorokat a berendezés egyszeri beállítására használják. Különféle névleges kapacitással kaphatók (néhány pikofaradtól több száz pikofaradig), és legfeljebb 60 voltos feszültségre vannak méretezve. Használatuk nélkül lehetetlen a berendezés finomhangolása.
A kondenzátorok típusai, osztva a dielektrikum típusával:
- kerámia dielektrikummal;
- film dielektrikummal;
- elektrolitikus;
- ionisztorok.
A kerámiák egy kis kerámia anyagból készült lemez formájában készülnek, amelyre fém vezetékeket szórnak. Az ilyen kondenzátorok különböző tulajdonságokkal rendelkeznek, és mind a nagyfeszültségű, mind az alacsony feszültségű áramkörökhöz használják.
Kisfeszültségű áramkörökhöz leggyakrabban többrétegű, kis méretű, epoxigyantában vagy műanyag tokban lévő alkatrészeket használnak, amelyek kapacitása több tíz pikofaradtól a mikrofarad egységig terjed. Rádióelektronikai berendezések nagyfrekvenciás áramköreiben használatosak, és súlyos éghajlati viszonyok között is működhetnek.
A nagyfeszültségű áramkörökhöz nagyobb kerámia kondenzátorok készülnek, amelyek kapacitása több tíz pikofaradtól több ezer pikofaradig terjed. Impulzusáramkörökben és feszültségátalakító berendezésekben használják.
A film dielektrikum különböző típusú. Közülük a leggyakoribb a lavsan, amely nagy szilárdságú. Kevésbé elterjedt a polipropilén dielektrikum, amelynek kisebb a vesztesége, és nagyfeszültségű áramkörökben használják, például hangerősítő áramkörökben és középfrekvenciás áramkörökben.
Külön típusú filmkondenzátorok indulnak, amelyeket a motorok indításakor használnak, és nagy kapacitásuk és speciális dielektromos anyaguk miatt csökkentik a villanymotor terhelését. Jellemzőjük a magas üzemi feszültség és az elektromos meddőteljesítmény.
Az elektrolit kondenzátorok klasszikus kivitelben készülnek. A test alumíniumból készült, belsejében hengerelt fémlemezek találhatók. Az egyik lemezen kémiailag fém-oxidot, a másodikon pedig folyékony vagy szilárd elektrolitot raknak le, dielektrikumot képezve. Egy ilyen eszköznek köszönhetően az elektrolit kondenzátorok nagy kapacitással rendelkeznek, de használatuk időbeli sajátossága a változás.
A kerámia- és filmkondenzátorokkal ellentétben az elektrolitkondenzátorok polaritással rendelkeznek. Ezek viszont nem polárisra vannak osztva, amelyeknek nincs ilyen hátránya, radiálisra, miniatűrre, axiálisra. Alkalmazási területük a hagyományos számítógépes és modern mikroszámítógépes technológia.
Egy speciális típus, amely viszonylag nemrégiben jelent meg, az ionisztorok. Kialakításukban hasonlóak az elektrolit kondenzátorokhoz, de nagy kapacitásuk (akár Farad egységig) különbözik egymástól. Használatuk azonban kis, néhány voltos maximális feszültségre korlátozódik. A szuperkondenzátorok a memória tárolására szolgálnak: ha egy mobiltelefonban vagy miniatűr számítógépben lemerül az akkumulátor, a tárolt információk nem vesznek el helyrehozhatatlanul.
A kimeneti változatban már régen megjelent, hagyományosan használt komponensek mellett SMD változatban, vagy más néven felületi szereléshez modern alkatrészeket gyártanak. Például a kerámia különféle méretekben gyártható, a legkisebbtől (1 mm x 0,5 mm) a legnagyobbig (5,7 mm x 5 mm), és a megfelelő feszültséggel több tíz volttól több százig.
Az elektrolit kondenzátorok felületre szerelhető kiszerelésben is előállíthatók. Ezek lehetnek szabványos alumínium elektrolit kondenzátorok, vagy tantál kondenzátorok, amelyek kissé kerámiaszerűek, de nagyobb kapacitásban és alacsony veszteségben különböznek tőlük. Lehetnek rögzített és nem rögzített SMD-k is.
A tantál kondenzátorok jellemzője a hosszú élettartam és a minimális veszteség valamivel alacsonyabb kapacitáshatár mellett, ugyanakkor magas ár jellemzi őket. Nagy felelősségű áramkörökben használják, ahol nagy kapacitásra van szükség.
Hasonló cikkek:
