Kondenzátor je běžné dvoupólové zařízení používané v různých elektrických obvodech. Má konstantní nebo proměnlivou kapacitu a vyznačuje se nízkou vodivostí, je schopen akumulovat náboj elektrického proudu a přenášet jej na další prvky elektrického obvodu.
Nejjednodušší příklady sestávají ze dvou deskových elektrod oddělených dielektrikem a akumulujících opačné náboje. V praktických podmínkách používáme kondenzátory s velkým počtem desek oddělených dielektrikem.

Obsah

  1. PRINCIP ČINNOSTI
  2. ÚČEL A POUŽITÍ KONDENZÁTORŮ
  3. Co je to kondenzátor?
  4. Jak funguje kondenzátor?
  5. V jakých jednotkách se měří kapacita kondenzátoru?
  6. Jak jsou kondenzátory označeny v elektrických schématech?
  7. Kde a jak se používají kondenzátory?

PRINCIP ČINNOSTI

Účel kondenzátoru a princip jeho činnosti jsou časté otázky začátečníků v elektrotechnice. V elektrických obvodech mohou být tato zařízení použita k různým účelům, ale jejich hlavní funkcí je akumulace elektrického náboje, to znamená, že takové zařízení přijímá elektrický proud, ukládá jej a následně jej přenáší do obvodu. Pro lepší pochopení principu fungování si přečtěte článek o tom, jak vyrobit jednoduchý kondenzátor vlastníma rukama.

Popis: Princip činnosti kondenzátoru

Kondenzátor se začne nabíjet, když je elektronické zařízení připojeno k síti. Když je zařízení připojeno, na elektrodách kondenzátoru je mnoho volného místa, proto je elektrický proud vstupující do obvodu největší. Jak se naplní, elektrický proud se sníží a úplně zmizí, když je kapacita zařízení zcela naplněna.

V procesu přijímání elektrického proudu se na jedné desce shromažďují elektrony (částice se záporným nábojem) a na druhé ionty (částice s kladným nábojem). Separátor mezi kladně a záporně nabitými částicemi je dielektrikum, které lze použít v různých materiálech.

Popis: Princip činnosti kondenzátoru

Když je elektrické zařízení připojeno ke zdroji energie, napětí v elektrickém obvodu je nulové. Při plnění nádob se napětí v obvodu zvyšuje a dosahuje hodnoty rovné úrovni u zdroje proudu.

Když je elektrický obvod odpojen od zdroje energie a je připojena zátěž, kondenzátor přestane přijímat náboj a přenese nahromaděný proud na další prvky. Zátěž tvoří obvod mezi svými deskami, takže po vypnutí napájení se kladně nabité částice začnou pohybovat směrem k iontům.

Počáteční proud v obvodu, když je připojena zátěž, se bude rovnat napětí na záporně nabitých částicích děleno hodnotou odporu zátěže. Při absenci napájení začne kondenzátor ztrácet náboj a jak se náboj v kondenzátorech snižuje, úroveň napětí a proudu v obvodu se snižují. Tento proces bude dokončen pouze tehdy, když v zařízení nezůstane žádná energie.

ČTĚTE VÍCE
Je možné použít polymerový tmel na fasády?

Obrázek výše ukazuje konstrukci papírového kondenzátoru:
a) navíjení sekce;
b) samotné zařízení.
Na tomto obrázku:

3. Skleněný izolátor;

6. Kartonové těsnění;

Kapacita kondenzátoru je považována za jeho nejdůležitější vlastnost, na které přímo závisí doba potřebná k úplnému nabití zařízení při připojení zařízení ke zdroji elektrického proudu. Doba vybíjení zařízení závisí také na kapacitě a také na velikosti náplně. Čím vyšší je odpor R, tím rychleji se kondenzátor vyprázdní.

Jako příklad provozu kondenzátoru zvažte provoz analogového vysílače nebo rádiového přijímače. Když je zařízení připojeno k síti, kondenzátory připojené k induktoru začnou akumulovat náboj, elektrody se budou shromažďovat na některých deskách a ionty na jiných. Po úplném nabití kapacity se zařízení začne vybíjet. Úplná ztráta náboje povede k zahájení nabíjení, ale v opačném směru, to znamená, že desky, které měly tentokrát kladný náboj, obdrží záporný náboj a naopak.

ÚČEL A POUŽITÍ KONDENZÁTORŮ

V současné době se používají téměř ve všech radiotechnikách a různých elektronických obvodech.
V obvodu střídavého proudu mohou fungovat jako kapacitní. Když například připojíte kondenzátor a žárovku k baterii (stejnosměrný proud), žárovka se nerozsvítí. Pokud takový obvod připojíte ke zdroji střídavého proudu, žárovka bude svítit a intenzita světla bude přímo záviset na hodnotě kapacity použitého kondenzátoru. Díky těmto vlastnostem jsou dnes hojně využívány v obvodech jako filtry potlačující vysokofrekvenční a nízkofrekvenční rušení.

Kondenzátory se také používají v různých elektromagnetických urychlovačích, fotoblescích a laserech díky jejich schopnosti uchovat velký elektrický náboj a rychle jej přenést na jiné nízkoodporové síťové prvky, čímž vytvoří silný pulz.

V sekundárních napájecích zdrojích se používají k vyhlazení zvlnění při usměrňování napětí.

Schopnost udržet náboj po dlouhou dobu umožňuje jejich použití pro ukládání informací.

Použití rezistoru nebo generátoru proudu v obvodu s kondenzátorem umožňuje prodloužit dobu nabíjení a vybíjení kapacity zařízení, takže tyto obvody lze použít k vytvoření časovacích obvodů, které nemají vysoké požadavky na časovou stabilitu.

V lampách se používá ke kompenzaci jalového výkonu.

Elektrická energie generovaná elektrárenskými generátory se vyznačuje jejich aktivní и reaktivní síla. Spotřebovaný činný výkon elektrické přijímače, které se přeměňují na tepelnou, mechanickou a jiné druhy energie. Jalový výkon charakterizuje elektřinu přeměněnou na energii elektrických a magnetických polí. V elektrické sítě a jeho elektrických přijímačů probíhá proces výměny energie mezi elektrickými a magnetickými poli. Zařízení, která se cíleně účastní tohoto procesu, jsou tzv zdroje jalového výkonu(IRM). Taková zařízení mohou být nejen generátory elektráren, ale také synchronní kompenzátory, reaktory, конденсаторы, jehož jalový výkon je řízen podle určitého předpisu zákonem pomocí zvláštních prostředků.

ČTĚTE VÍCE
Kolik stojí stroj na dálkové ovládání Gelik?

Jalový výkon snižuje efektivitu využití celého energetického systému, snaží se jej co nejvíce snížit pomocí kondenzátorových jednotek.

Kondenzátor

Již jsme se podívali na to, jak jsou uspořádány „cihly“, z nichž je počítač sestaven.

Již víte, jak se konstruují polovodičové diody, pole s efektem pole a bipolární tranzistory a jak fungují.

Koncept SMD součástek již znáte.

Pojďme se seznámit s další zajímavostí – kondenzátorem.

Z různých kondenzátorů budeme zvažovat pouze ty, které se používají v počítačích a periferních zařízeních.

Co je to kondenzátor?

Elektrolytické a keramické kondenzátory

Kondenzátor je část se dvěma svorkami (dvoukoncová síť), která umožňuje ukládat energii.

Kondenzátor je charakterizován následující hodnotou: kapacitní.

Čím větší je kapacita kondenzátoru, tím více energie dokáže akumulovat a tím (zhruba řečeno) větší jsou jeho rozměry.

Kondenzátor může energii nejen ukládat, ale také ji uvolňovat.

Právě v tomto režimu to nejčastěji funguje.

Kondenzátor, na rozdíl od tranzistoru, je pasivní složka, tzn. tam nemůže generovat ani zesilovat signál.

Jak funguje kondenzátor?

V nejjednodušším případě se kondenzátor skládá ze dvou kovových desek (desek) a dielektrika (izolátoru) mezi nimi. Čím větší je velikost desek a čím menší je mezera mezi nimi, tím větší je kapacita kondenzátoru.

Obecně řečeno, kondenzátor akumuluje náboj na svých deskách (mnoho elementárních částic, z nichž každá má elementární náboj). Čím více náboje je akumulováno, tím více energie je uloženo. Kapacita kondenzátoru závisí také na typu dielektrika.

Kondenzátorové zařízení

Dvě desky oddělené tenkou vrstvou vzduchu (vzduch je také dielektrikum) mají velmi malou kapacitu a v této podobě se kondenzátory nepoužívají.

S pomocí speciálních materiálů a technologických triků jsme se naučili vtěsnat docela velkou nádobu do velmi malého objemu.

Nejtypičtějším příkladem jsou elektrolytické kondenzátory.

V nich jsou dvě kovové desky v podobě dlouhých pásů (nejčastěji z hliníkové fólie) odděleny vrstvou papíru napuštěného elektrolytem.

Elektrolyt způsobuje tvorbu tenkého filmu oxidu (oxidu), který je dobrým dielektrikem.

Otevřený kondenzátor

Proto se elektrolytické kondenzátory také nazývají oxidové kondenzátory. Pásy jsou srolovány a umístěny do válcového hliníkového pouzdra.

Desky kondenzátoru

Dříve se vývody kondenzátoru vyráběly z mědi – jako materiálu s vysokou elektrickou vodivostí. Nyní jsou často vyráběny z levnějších slitin na bázi železa. Můžete si to ověřit tak, že k nim přidržíte magnet. Majitelé firem se naučili šetřit!

ČTĚTE VÍCE
Je možné na základ použít čedičové pletivo?

V keramických kondenzátorech je dielektrikem keramická deska a desky jsou filmy ze slitin kovů nastříkané na keramiku.

V jakých jednotkách se měří kapacita kondenzátoru?

Kapacita kondenzátoru

Základní jednotkou pro měření kapacity je Farad (F, starý název je Farad).

Ale to je velmi velká hodnota, takže se v praxi používají jeho deriváty – pikofarad (pF, pikofarad), nanofarad (nF, nanofarad), mikrofarad (μF, mikrofarad).

Jeden mikrofarad = 1 000 nanofarad = 1 000 000 pikofarad.

Počítačové napájecí zdroje a základní desky používají elektrolytické kondenzátory s kapacitou několika set nebo tisíc mikrofaradů.

Používají se zde i malorozměrové keramické kondenzátory s kapacitou několika set či tisíc pikofaradů.

Keramické kondenzátory se nejčastěji používají ve formě SMD součástek.

Jak jsou kondenzátory označeny v elektrických schématech?

Označení kondenzátoru

Kondenzátory v elektrických schématech jsou označeny dvěma svislými čarami oddělenými malou mezerou. Grafický obraz připomíná stejné dvě desky oddělené vzduchovým dielektrikem.

U elektrolytických kondenzátorů je znaménko „+“ umístěno poblíž jednoho z vedení (desky).

Je to proto, že elektrolytické kondenzátory mají obvykle polaritu, která musí být dodržena při instalaci.

Všimněte si, že v některých případech se používají elektrolytické nepolární kondenzátory.

Záporná svorka kondenzátoru

U něj je uvedena hodnota kapacity kondenzátoru.

A pokud je kondenzátor elektrolytický, pak i hodnota jeho provozního napětí.

Záznamy ve tvaru 1000 p (1000 pF) a 3,9 n (3,9 nF) znamenají 1000 pikofarad a 3,9 nanofarad (nebo 3900 pikofarad).

Záznam ve tvaru 1000uFx16V znamená kapacitu 1000 mikrofaradů a provozní napětí 16 Voltů.

Naproti záporné elektrodě je na těle kondenzátoru umístěno odpovídající označení (znak „-“).

Kde a jak se používají kondenzátory?

Než začneme mluvit o rozsahu použití kondenzátorů, připomeňme si, že kondenzátor jsou dvě desky oddělené dielektrikem. Proto proud nemůže protékat kondenzátorem (k první aproximaci). V obvodu s kondenzátorem však může docházet k procesům nabíjení a vybíjení. A během těchto procesů budou v obvodu protékat nabíjecí nebo vybíjecí proudy.

Pokud se tedy do obvodu obsahujícího kondenzátor přivede střídavé napětí, bude jím protékat střídavý proud. Proto lze kondenzátor charakterizovat takovou hodnotou, jako je kapacitní reaktance (v odborné literatuře označovaná jako Xc).

Usměrňovací obvod s filtrem

Kapacita závisí na kapacitě kondenzátoru a frekvenci přiváděného napětí. Čím vyšší je kapacita a frekvence, tím nižší je kapacita. Na těchto efektech je založeno použití kondenzátorů ve filtračních obvodech napájecích zdrojů.

ČTĚTE VÍCE
Jak odstranit inkoust z napínacího stropu?

V počítačových zdrojích se pro získání konstantních napětí +3,3, +5 a +12 V používá celovlnný usměrňovací obvod se dvěma diodami a filtračním kondenzátorem. Bez kondenzátoru bude mít zátěž pulzující napětí stejné polarity.

Ekvivalentní obvod usměrňovače s filtrem

Zdroj stejnosměrného napětí může být reprezentován jako ekvivalentní obvod generátoru a dvou odporů, kde R1 je vnitřní odpor usměrňovače a R2 je kapacita kondenzátoru.

Generátor je součtem stejnosměrného a střídavého napětí (pulzující napětí obsahuje stejnosměrnou a střídavou složku).

Signál z generátoru je tedy přiváděn do frekvenčně závislého děliče napětí. Výstupní signál je odebírán ze spodního ramene (kondenzátoru). Pro konstantní napětí je odpor kondenzátoru velmi vysoký, mnohem větší než odpor usměrňovače. Proto stejnosměrné napětí neklesá.

Pro střídavé napětí je odpor kondenzátoru velmi malý, mnohem menší než odpor usměrňovače, takže střídavá složka je značně utlumena.

V reálném zapojení je situace poněkud složitější, protože na spodní rameno děliče je připojena zátěž s odporem. Proto se pulsací nelze úplně zbavit, můžete je snížit pouze na nějakou malou hodnotu.

Dolní propust

Obecně se tato kombinace aktivního odporu a kondenzátoru nazývá dolní propust, který přenáší konstantní složku a určitý rozsah nízkých frekvencí.

Čím vyšší je frekvence vstupního střídavého napětí, tím více je utlumeno.

Protože je nutné silné potlačení zvlnění střídavého napětí, používají se vysokokapacitní elektrolytické kondenzátory.

Účelem keramických SMD kondenzátorů na základní desce je potlačit vysokofrekvenční šum, který vzniká při spínání tranzistorů v mikroobvodech. Elektrolytické kondenzátory tedy filtrují relativně nízkofrekvenční rušení a zvlnění, zatímco keramické kondenzátory filtrují vyšší frekvence.

Separace proměnných a konstantních složek

Uveďme další příklad oddělení proměnné a konstantní složky. V zapojení na obrázku nechť má signál v bodě A konstantní složku 5 V a proměnnou amplitudu 2 V.

Za kondenzátorem bude v bodě B pouze střídavá složka se stejnou amplitudou 2 V (pokud je kapacita kondenzátoru pro takový kmitočet malá). Zajímavé, že?

V podstatě se také jedná o frekvenčně závislý dělič napětí, kde zatěžovací odpor působí jako spodní rameno. Tato kombinace se nazývá horní propust, který nepřenáší stejnosměrné složky a nízké frekvence, protože kapacita pro ně bude velká.

Na závěr si všimneme malého detailu: protože maximální napětí na kondenzátoru se bude rovnat součtu konstantních a proměnných složek, jeho provozní napětí nesmí být menší než tato hodnota.