Pevné kondenzátory. Typy kondenzátorů, jejich klasifikace

Elektrické kondenzátory slouží k akumulaci elektrické energie. Nejjednodušší kondenzátor se skládá ze dvou kovových desek - desek a dielektrika umístěného mezi nimi. Pokud je ke kondenzátoru připojen zdroj energie, objeví se na deskách opačné náboje a objeví se elektrické pole, které je přitahuje k vzájemnému setkání. Tyto náboje zůstávají po vypnutí napájení, energie se ukládá v elektrickém poli mezi deskami.

V keramických kondenzátorech je dielektrikem vysoce kvalitní keramika: ultraporcelán, tikond, ultrasteatit atd. Povlak je vrstva stříbra nanesená na povrchu. Keramické kondenzátory se používají v oddělovacích obvodech vysokofrekvenčních zesilovačů.

V elektrolytických polárních kondenzátorech je dielektrikem vrstva oxidu nanesená na kovové fólii. Druhá výstelka je tvořena papírovou páskou impregnovanou elektrolytem.

V pevných oxidových kondenzátorech je kapalné dielektrikum nahrazeno speciálním vodivým polymerem. To vám umožní zvýšit životnost (a spolehlivost). Nevýhodou pevných oxidových kondenzátorů je vyšší cena a napěťové limity (až 35 V).

Oxidové elektrolytické a polovodičové kondenzátory se vyznačují vysokou kapacitou, s relativně malými rozměry. Tato vlastnost je dána skutečností, že tloušťka oxidu - dielektrika je velmi malá.

Při zapojování oxidových kondenzátorů do obvodu je třeba dodržet polaritu. V případě porušení polarity vybuchnou elektrolytické kondenzátory, polovodičové jednoduše selžou. Aby se zcela předešlo možnosti výbuchu (u elektrolytických kondenzátorů), jsou některé modely vybaveny pojistnými ventily (není k dispozici pro pevné kondenzátory). Rozsahem oxidových (elektrolytických a polovodičových) kondenzátorů jsou oddělovací obvody frekvenčních zesilovačů, vyhlazovací filtry stejnosměrných zdrojů.

Kondenzátory s metalizovanou fólií se používají ve zdrojích vysokého napětí.

Tabulka 2
Charakteristika slídových kondenzátorů a kondenzátorů na bázi polyesteru a polypropylenu.

Slídové kondenzátory se vyrábí pokládáním slídových desek mezi fóliové desky, nebo naopak - pokovováním slídových desek. Slídové kondenzátory se používají v zařízeních pro reprodukci zvuku, vysokofrekvenčních šumových filtrech a generátorech. Kondenzátory na bázi polyesteru jsou kondenzátory pro všeobecné použití, zatímco kondenzátory na bázi polypropylenu se používají ve vysokonapěťových stejnosměrných obvodech.

Tabulka 3
Charakteristika slídových kondenzátorů na bázi polykarbonátu, polystyrenu a tantalu.

Polykarbonátové kondenzátory se používají ve filtrech, oscilátorech a časovacích obvodech. Kondenzátory na bázi polystyrenu a tantalu se také používají v časovacích a izolačních obvodech. Jsou považovány za kondenzátory pro všeobecné použití.
U kondenzátorů z kovového papíru pro všeobecné účely jsou desky vyrobeny nástřikem kovu na papír napuštěný speciální směsí a pokrytý tenkou vrstvou laku.

2. Druhá možnost - značení se neprovádí v piko, ale v mikrofaradech a místo desetinné čárky se vloží písmeno µ.

3. Třetí možnost.

U sovětských kondenzátorů bylo místo latinského „p“ uvedeno „p“.

Přípustná odchylka jmenovité kapacity je označena abecedně, písmeno často následuje za kódem, který určuje kapacitu (na stejném řádku).

Kondenzátory s lineární teplotní závislostí.

Následuje napětí ve voltech, nejčastěji ve tvaru obyčejného čísla.
Například kondenzátor na tomto obrázku je označen dvěma čarami. První (104J) - znamená, že jeho kapacita je 0,1uF (104), přípustná odchylka kapacity nepřesahuje ± 5% (J). Druhý (100V) je napětí ve voltech.

Značení SMD (SMD) kondenzátorů.

Rozměry SMD kondenzátorů jsou malé, proto je jejich značení velmi výstižné. Provozní napětí je často kódováno písmenem (2. a 3. možnost na obrázku níže) v souladu s (možnost 2 na obrázku), nebo pomocí dvoumístného alfanumerického kódu (možnost 1 na obrázku). Při použití druhého jmenovaného můžete na těle stále najít dvě (a ne jedno písmeno) s jedním číslem (možnost 3 na obrázku).

První písmeno může být jak kód výrobce (což není vždy zajímavé), nebo označovat jmenovité provozní napětí (užitečnější informace), druhé - kódovaná hodnota v picoFaradech (mantisa). Číslice - exponent (udává, kolik nul je třeba přidat k mantise).
Například EA3 může znamenat, že jmenovité napětí kondenzátoru je 16V (E) a kapacita je 1,0 * 1000 = 1 nanofarad, BF5, respektive, napětí je 6,3 V (V), kapacita je 1,6 * 100 000 = 0,1 mikrofarad atd.

Použití jakýchkoli materiálů na této stránce je povoleno, pokud existuje odkaz na stránku

Kondenzátor je prvek elektrického obvodu, který slouží jako zařízení pro ukládání náboje.

Aplikací pro toto zařízení je mnoho, což je důvodem jejich velkého dosahu. Liší se materiály, ze kterých jsou vyrobeny, účelem, rozsahem hlavního parametru. Ale hlavní charakteristikou kondenzátoru je jeho kapacita.

Princip činnosti kondenzátoru

Design

Na obrázcích je kondenzátor označen ve formě dvou paralelních čar, které nejsou vzájemně spojeny:

Tomu odpovídá i jeho nejjednodušší provedení - dvě desky (desky) oddělené dielektrikem. Vlastní provedení tohoto produktu se nejčastěji skládá z potahů zabalených do role s dielektrickou vrstvou nebo jiných bizarních tvarů, ale podstata zůstává stejná.

Elektrická kapacita je schopnost vodiče ukládat elektrické náboje. Čím více náboje vodič drží při daném potenciálovém rozdílu, tím větší je kapacita. Vztah mezi nábojem Q a potenciálem φ je vyjádřen vzorcem:

kde Q je náboj v coulombech (C), φ je potenciál ve voltech (V).

Kapacita se měří ve faradech (F), které si pamatujete z hodin fyziky. V praxi jsou častější menší jednotky: milifarad (mF), mikrofarad (uF), nanofarad (nF), pikofarad (pF).

Akumulační kapacita závisí na geometrických parametrech vodiče, dielektrické konstantě média, kde se nachází. Takže pro kouli z vodivého materiálu to bude vyjádřeno vzorcem:

C=4πεεOR

kde ε0-8,854 10^−12 F/m je elektrická konstanta a ε je permitivita prostředí (tabulková hodnota pro každou látku).

V reálném životě se často musíme potýkat nikoli s jedním dirigentem, ale s takovými systémy. Takže v konvenčním plochém kondenzátoru bude kapacita přímo úměrná ploše desek a nepřímo ke vzdálenosti mezi nimi:

C=e0S/d

ε zde je dielektrická konstanta distanční vložky mezi deskami.

Kapacita paralelních a sériových systémů

Paralelní zapojení kapacit je jeden velký kondenzátor se stejnou dielektrickou vrstvou a celkovou plochou desek, takže celková kapacita systému je součtem kapacit každého z prvků. Napětí v paralelním zapojení bude stejné a náboj bude rozdělen mezi prvky obvodu.​

C=C1+C2+C3

Sériové zapojení kondenzátorů se vyznačuje společným nábojem a rozloženým napětím mezi prvky. Není to tedy kapacita, která se sčítá, ale její reciproční:

1/C = 1/C1+1/C2+1/C3

Ze vzorce pro kapacitu jednoho kondenzátoru lze odvodit, že s identickými prvky zapojenými do série je lze reprezentovat jako jeden velký se stejnou plochou výstelky, ale s celkovou tloušťkou dielektrika.

Reakce

Kondenzátor nemůže vést stejnosměrný proud, jak je patrné z jeho konstrukce. V takovém okruhu lze pouze nabíjet. Ale v AC obvodech to funguje skvěle, neustále dobíjené. Nebýt omezení plynoucích z vlastností dielektrika (může se prolomit při překročení meze napětí), byl by tento prvek nabíjen donekonečna (tzv. ideální kondenzátor, něco jako černé těleso a ideální plyn) v stejnosměrný obvod a proud jím neprojde. Jednoduše řečeno, odpor kondenzátoru ve stejnosměrném obvodu je nekonečný.

U střídavého proudu je situace jiná: čím vyšší je frekvence v obvodu, tím nižší je odpor prvku. Takový odpor se nazývá reaktance a je nepřímo úměrný frekvenci a kapacitě:

Z=1/2πfC

kde f je frekvence v hertzech.

Zásobárna energie

Energii uloženou nabitým kondenzátorem lze vyjádřit vzorcem:

E=(CU^2)/2=(q^2)/2C

kde U je napětí mezi deskami a q je akumulovaný náboj.

Kondenzátor v oscilačním obvodu

V uzavřeném obvodu obsahujícím cívku a kondenzátor může být generován střídavý proud.

Po nabití kondenzátoru se začne samovolně vybíjet, což zvyšuje sílu proudu. Energie vybitého kondenzátoru bude rovna nule, ale magnetická energie cívky bude maximální. Změna velikosti proudu způsobí EMF samoindukce cívky a setrvačností bude procházet proud směrem k druhé desce, dokud nebude plně nabitá. V ideálním případě jsou takové oscilace nekonečné, ale ve skutečnosti rychle zanikají. Frekvence oscilací závisí na parametrech cívky a kondenzátoru:

kde L je indukčnost cívky.

Kondenzátor může mít svou vlastní indukčnost, kterou lze pozorovat při zvýšení frekvence proudu v obvodu. V ideálním případě je tato hodnota nevýznamná a lze ji zanedbat, ale ve skutečnosti, když jsou desky válcované, nelze tento parametr ignorovat, zejména pokud jde o vysoké frekvence. V takových případech kondenzátor kombinuje dvě funkce a je jakýmsi oscilačním obvodem s vlastní rezonanční frekvencí.

Výkonové charakteristiky

Kromě výše uvedené kapacity, vlastní indukčnosti a energetické kapacity mají skutečné kondenzátory (a ne ideální) řadu vlastností, které je třeba vzít v úvahu při výběru tohoto prvku do obvodu. Tyto zahrnují:

Abychom pochopili, odkud ztráty pocházejí, je nutné vysvětlit, jaké jsou grafy sinusového proudu a napětí v tomto prvku. Když je kondenzátor nabitý na maximum, proud v jeho deskách je nulový. V souladu s tím, když je proud maximální, není zde žádné napětí. To znamená, že napětí a proud jsou fázově posunuty o úhel 90 stupňů. V ideálním případě má kondenzátor pouze jalový výkon:

Q = UIsin 90

Ve skutečnosti mají desky kondenzátoru svůj vlastní odpor a část energie se spotřebuje na ohřev dielektrika, což způsobuje jeho ztráty. Nejčastěji jsou nevýznamné, ale někdy je nelze zanedbat. Hlavní charakteristikou tohoto jevu je tangens dielektrických ztrát, což je poměr činného výkonu (daného malými ztrátami v dielektriku) a jalového výkonu. Tuto hodnotu lze teoreticky změřit reprezentací skutečné kapacity ve formě ekvivalentního ekvivalentního obvodu - paralelního nebo sériového.

Stanovení tečny dielektrických ztrát

Při paralelním připojení je ztráta určena poměrem proudů:

tgδ = Ir/Ic = 1/(ωCR)

V případě sériového zapojení se úhel vypočítá jako poměr napětí:

tgδ = Ur/Uc = ωCR

Ve skutečnosti pro měření tgδ používají zařízení sestavené podle můstkového obvodu. Slouží k diagnostice izolačních ztrát ve vysokonapěťových zařízeních. Měřicí můstky lze využít i pro měření dalších parametrů sítě.

Jmenovité napětí

Tento parametr je uveden na štítku. Ukazuje maximální napětí, které lze přivést na desky. Překročení jmenovité hodnoty může vést k poruše kondenzátoru a jeho selhání. Tento parametr závisí na vlastnostech dielektrika a jeho tloušťce.

Polarita

Některé kondenzátory mají polaritu, to znamená, že musí být připojeny k obvodu přesně definovaným způsobem. To je způsobeno skutečností, že část elektrolytu je použita jako jedna z desek a oxidový film na druhé elektrodě slouží jako dielektrikum. Když je polarita obrácena, elektrolyt jednoduše zničí film a kondenzátor přestane fungovat.

Teplotní koeficient kapacity

Vyjadřuje se jako ΔC/CΔT, kde ΔT je změna okolní teploty. Nejčastěji je tato závislost lineární a nevýznamná, ale pro kondenzátory pracující v agresivních podmínkách je TKE indikována ve formě grafu.

Selhání kondenzátoru je způsobeno dvěma hlavními důvody - poruchou a přehřátím. A pokud jsou některé jejich typy v případě poruchy schopné samoléčení, pak přehřátí nakonec vede ke zničení.

Přehřátí je způsobeno jak vnějšími příčinami (zahřívání sousedních prvků obvodu), tak vnitřními, zejména sériovým ekvivalentním odporem desek. U elektrolytických kondenzátorů vede k odpařování elektrolytu a u oxidových polovodičových kondenzátorů k rozpadu a chemické reakci mezi tantalem a oxidem manganu.

Nebezpečí zničení spočívá v tom, že k němu často dochází s pravděpodobností exploze sbor.

Technický návrh kondenzátorů

Kondenzátory lze rozdělit do několika skupin. Takže podle schopnosti upravit kapacitu se dělí na konstantní, variabilní a ladící. Ve svém tvaru mohou být válcové, kulovité a ploché. Můžete je rozdělit podle účelu. Nejběžnější klasifikace je však podle typu dielektrika.

Papírové kondenzátory

Papír se používá jako dielektrikum, velmi často olejovaný papír. Tyto kondenzátory se zpravidla vyznačují velkou velikostí, ale existovaly také možnosti v malém provedení bez mazání. Používají se jako stabilizační a úložná zařízení a ze spotřební elektroniky je postupně nahrazují modernější filmové modely.

Při absenci olejování mají značnou nevýhodu – reagují na vzdušnou vlhkost i v uzavřených obalech. Mokrý papír zvyšuje energetické ztráty.

Dielektrikum ve formě organických filmů

Fólie mohou být vyrobeny z organických polymerů, jako jsou:

• polyethylentereftalát;
• polyamid;
• polykarbonát;
• polysulfon;
• polypropylen;
• polystyren;
• fluoroplast (polytetrafluorethylen).

Ve srovnání s předchozími jsou takové kondenzátory kompaktnější, nezvyšují dielektrické ztráty s rostoucí vlhkostí, ale u mnoha z nich hrozí porucha při přehřátí a ty, které tuto nevýhodu nemají, jsou dražší.

Pevné anorganické dielektrikum

Může to být slída, sklo a keramika.

Výhodou těchto kondenzátorů je jejich stabilita a linearita závislosti kapacity na teplotě, přiloženém napětí a u některých i na záření. Někdy se ale taková závislost sama stává problémem a čím méně výrazná, tím dražší produkt.

oxidové dielektrikum

Vyrábí se s ním hliníkové, polovodičové a tantalové kondenzátory. Mají polaritu, takže při nesprávném zapojení a překročení jmenovitého napětí selžou. Ale zároveň mají dobrou kapacitu, jsou kompaktní a stabilní v provozu. Při správném provozu mohou pracovat asi 50 tisíc hodin.

Vakuum

Takovými zařízeními jsou skleněná nebo keramická baňka se dvěma elektrodami, ze kterých je odčerpáván vzduch. Nedochází u nich prakticky k žádným ztrátám, ale nízká kapacita a křehkost omezuje rozsah jejich použití na radiostanice, kde není tak důležitá hodnota kapacity, ale zásadní význam má odolnost vůči teplu.

dvojitá elektrická vrstva

Když se podíváte na to, k čemu je kondenzátor, pochopíte, že tento typ není úplně ono. Spíše se jedná o doplňkový nebo záložní zdroj energie, k čemuž slouží. Některé kategorie takových zařízení – ionistory – obsahují aktivní uhlí a vrstvu elektrolytu, jiné pracují na iontech lithia. Kapacita těchto zařízení může být až stovky farad. Mezi jejich nevýhody patří vysoká cena a aktivní odpor se svodovými proudy.

Bez ohledu na kondenzátor existují dva povinné parametry, které se musí odrazit v označení - to je jeho kapacita a jmenovité napětí.

Na většině z nich je navíc alfanumerické označení jeho charakteristik. V souladu s ruskými normami jsou kondenzátory označeny čtyřmi znaky.

První písmeno K znamená "kondenzátor", další číslo je typ dielektrika, za ním následuje indikátor určení ve formě písmene; poslední ikona může znamenat jak typ konstrukce, tak vývojové číslo, to již záleží na výrobci. Třetí bod se často přeskakuje. Takové značení se používá na dostatečně velkých výrobcích, kde je lze umístit. Podle GOST bude dekódování vypadat takto:

První písmena:

1. K je konstantní kondenzátor.
2. CT je trimr.
3. KP - proměnný kondenzátor.

Druhá skupina je typ dielektrika:

Na malé kondenzátory toto vše nelze umístit, proto se tam používá zkrácené značení, které ze zvyku může vyžadovat i kalkulačku a někdy i lupu. Toto označení kóduje kapacitu, jmenovité napětí a odchylky od hlavního parametru. Nemá smysl použít zbývající parametry: jedná se zpravidla o keramické kondenzátory.

Značení keramických kondenzátorů

Někdy je s nimi vše jednoduché - kapacita je označena číslem a jednotkami: pF - pikofarad, nF - nanofarad, μF - mikrofarad, mF - milifarad. To znamená, že nápis 100nF lze přečíst přímo. Označení je číslo a písmeno V. Ale někdy to také nesedí, proto se používají zkratky. Kapacita se tedy často vejde do tří číslic (103, 109 atd.), kde poslední znamená počet nul a první dvě - kapacitu v pikofaradech. Pokud je číslo 9 na konci, pak nejsou žádné nuly a mezi prvními dvěma se umístí čárka. S číslem 8 na konci se čárka posune o jeden znak zpět.

Například označení 109 znamená 1 pikofarad a 100–10 pikofarad; 681-680 pikofaradů nebo 0,68 nanofaradů a 104-100 tisíc pF nebo 100nF

První písmeno měrné jednotky často najdete jako čárku: p50–0,5 pF, 1n5–1,5 nF, 15μ - 15 μF, 15m - 15 mF. Někdy se místo p píše R.

Po třech číslicích může být písmeno označující rozložení parametru kapacity:

Pokud vypočítáte obvodovou charakteristiku v jednotkách SI, pak abyste našli kapacitu ve faradech, musíte si zapamatovat exponenty čísla 10:

1. -3 - milifarady;
2. -6 - mikrofarady;
3. -9 - nanofarady;
4. -12 - pikofarady.

Takže 01 pF je 0,1 * 10^-12 F.

Na SMD zařízeních je kapacita v pikofaradech označena písmenem a číslo za ním je mocninou 10, kterou je třeba tuto hodnotu vynásobit.

Stejným způsobem lze označit jmenovité provozní napětí písmenem, pokud je problematické jej zapsat úplně. V Rusku byl přijat následující standard pro písmenné označení nominální hodnoty:

Navzdory seznamům a tabulkám je stále lepší prostudovat si kódování konkrétního výrobce – v různých zemích se mohou lišit.

Některé kondenzátory jsou doplněny podrobnějším popisem jejich vlastností.

Kondenzátor - jedná se o prvek elektrického obvodu, který je schopen při malé velikosti akumulovat elektrické náboje dostatečně velké hodnoty. Nejjednodušším modelem kondenzátoru jsou dvě elektrody, mezi kterými je jakékoli dielektrikum. Roli dielektrika v něm plní papír, vzduch, slída a další izolační materiály, jejichž úkolem je zabránit dotyku desek.

Vlastnosti

Kapacita. To je hlavní vlastnost kondenzátoru. Měří se ve Faradech a vypočítává se podle následujícího vzorce (pro plochý kondenzátor):

kde C, q, U jsou kapacita, náboj, napětí mezi deskami, S je plocha desek, d je vzdálenost mezi nimi, je dielektrická konstanta, je dielektrická konstanta rovna 8,854*10^ -12 F/m..

Polarita kondenzátoru;

Jmenovité napětí;

Specifická kapacita a další.

Hodnota kapacity kondenzátoru závisí na

Plocha talíře. To je zřejmé ze vzorce: kapacita je přímo úměrná nabití. Přirozeně zvětšením plochy desek získáme větší množství náboje.

Vzdálenosti mezi deskami. Čím blíže jsou, tím větší je intenzita výsledného elektrického pole.

Kondenzátorové zařízení

Nejběžnější kondenzátory jsou ploché a válcové. Ploché se skládají z desek vzdálených od sebe
přítel na krátkou vzdálenost. Válcové, sestavené pomocí válců stejné délky a různých průměrů. Všechny kondenzátory jsou v podstatě stejné. Rozdíl je především v tom, jaký materiál je použit jako dielektrikum. Podle typu dielektrického média se klasifikují kondenzátory, které jsou kapalné, vakuové, pevné, vzduchové.

Jak se nabíjí a vybíjí kondenzátor?

Při připojení ke zdroji stejnosměrného proudu se desky kondenzátoru nabijí, jedna získá kladný potenciál a druhá záporný potenciál. Mezi deskami, které jsou opačné ve znaménku, ale mají stejnou hodnotu, elektrické náboje vytvářejí elektrické pole. Když se napětí na deskách i na zdroji přiváděného proudu srovnají, pohyb elektronů se zastaví a nabíjení kondenzátoru skončí. Kondenzátor si po určitou dobu uchovává náboje a plní funkce autonomního zdroje elektřiny. V tomto stavu to může být docela dlouho. Pokud je místo zdroje v obvodu zařazen rezistor, kondenzátor se na něj vybije.

Procesy probíhající v kondenzátoru

Když je zařízení připojeno k AC nebo DC, budou v něm probíhat různé procesy. Stejnosměrný proud nebude procházet obvodem s kondenzátorem. Protože mezi jeho deskami je dielektrikum, obvod je ve skutečnosti otevřený.

Střídavý proud, vzhledem k tomu, že periodicky mění směr, může procházet kondenzátorem. V tomto případě dochází k periodickému vybíjení a nabíjení kondenzátoru. Během první čtvrtiny období jde náboj na maximum, elektřina se v něm ukládá, v další čtvrtině se vybíjí kondenzátor a elektrická energie se vrací zpět do sítě. V obvodu střídavého proudu má kondenzátor kromě činného odporu také jalovou složku. Kromě toho v kondenzátoru proud vede k napětí o 90 stupňů, což je důležité vzít v úvahu při vykreslování vektorových diagramů.

aplikace

Kondenzátory se používají v radiotechnice, elektronice, automatizaci. Kondenzátor je nepostradatelným prvkem, který se používá v mnoha odvětvích elektrotechniky, v podnicích, ve vědeckém vývoji. Jako příklad, pokud je to nutné, funguje jako proudový separátor: AC a DC, používaný v kondenzátorových instalacích, pokud je to nutné

Ve všech radiotechnických a elektronických zařízeních, s výjimkou tranzistorů a mikroobvodů, se používají kondenzátory. V některých obvodech je jich více, v jiných méně, ale prakticky neexistuje žádný elektronický obvod bez kondenzátorů.

Kondenzátory přitom mohou v zařízeních plnit různé úkoly. V první řadě jsou to kapacity ve filtrech usměrňovačů a stabilizátorů. Pomocí kondenzátorů se přenáší signál mezi zesilovacími stupni, staví se dolní a horní propusti, nastavují se časové intervaly v časových prodlevách a volí se kmitočet kmitů v různých generátorech.

Kondenzátory vedou svůj rodokmen, který v polovině 18. století používal při svých experimentech nizozemský vědec Peter van Mushenbroek. Bydlel ve městě Leiden, a tak není těžké uhodnout, proč se tak tato banka jmenovala.

Ve skutečnosti to byla obyčejná skleněná dóza, uvnitř i zvenčí obložená alobalem - staniolem. Používal se ke stejným účelům jako moderní hliník, ale tehdy hliník ještě nebyl objeven.

Jediným zdrojem elektřiny v té době byl elektroforový stroj schopný vyvinout napětí až několik set kilovoltů. Právě od ní byla nabita leydenská nádoba. Učebnice fyziky popisují případ, kdy Mushenbrook vypustil plechovku přes řetěz deseti strážců, kteří se drželi za ruce.

Tehdy ještě nikdo netušil, že následky mohou být tragické. Rána se ukázala být docela citlivá, ale ne smrtelná. K tomu nedošlo, protože kapacita Leydenské nádoby byla zanedbatelná, impuls se ukázal jako velmi krátkodobý, takže vybíjecí výkon byl nízký.

Jak funguje kondenzátor

Zařízení kondenzátoru se prakticky neliší od Leydenské nádoby: všechny stejné dvě desky oddělené dielektrikem. Takto jsou kondenzátory znázorněny na moderních elektrických obvodech. Obrázek 1 ukazuje schematické zařízení plochého kondenzátoru a vzorec pro jeho výpočet.

Obrázek 1. Zařízení plochého kondenzátoru

Zde S je plocha desek v metrech čtverečních, d je vzdálenost mezi deskami v metrech, C je kapacita ve faradech, ε je permitivita média. Všechna množství obsažená ve vzorci jsou uvedena v soustavě SI. Tento vzorec platí pro nejjednodušší plochý kondenzátor: můžete jednoduše umístit dvě kovové desky vedle sebe, ze kterých jsou vyvozeny závěry. Vzduch může sloužit jako dielektrikum.

Z tohoto vzorce lze pochopit, že kapacita kondenzátoru je tím větší, čím větší je plocha desek a čím menší je vzdálenost mezi nimi. U kondenzátorů s jinou geometrií může být vzorec jiný, např. pro kapacitu jednoho vodiče resp. Závislost kapacity na ploše desek a vzdálenosti mezi nimi je však stejná jako u plochého kondenzátoru: čím větší je plocha a čím menší je vzdálenost, tím větší je kapacita.

Ve skutečnosti nejsou desky vždy ploché. U mnoha kondenzátorů, jako jsou kovové papírové, jsou desky hliníkové fólie srolované spolu s papírovým dielektrikem do těsné koule ve tvaru kovového pouzdra.

Pro zvýšení elektrické pevnosti se tenký kondenzátorový papír napouští izolačními hmotami, nejčastěji transformátorovým olejem. Tato konstrukce umožňuje vyrábět kondenzátory s kapacitou až několik stovek mikrofaradů. Kondenzátory s jinými dielektriky jsou uspořádány přibližně stejně.

Vzorec neobsahuje žádná omezení na plochu desek S a vzdálenost mezi deskami d. Pokud předpokládáme, že desky mohou být odděleny velmi daleko a zároveň plocha desek může být zcela nevýznamná, pak určitá kapacita, i když malá, stále zůstane. Taková úvaha naznačuje, že dokonce jen dva vodiče umístěné vedle sebe mají elektrickou kapacitu.

Tato okolnost je široce používána ve vysokofrekvenční technologii: v některých případech jsou kondenzátory vyrobeny jednoduše ve formě tištěných elektroinstalačních drah nebo dokonce pouze dvou vodičů stočených dohromady v polyetylenové izolaci. Kapacitu mají i obyčejné drátěné nudle nebo kabel a s rostoucí délkou se zvětšuje.

Každý kabel má kromě kapacity C také odpor R. Obě tyto fyzikální vlastnosti jsou rozmístěny po délce kabelu a při přenosu pulzních signálů fungují jako integrační RC obvod, jak je znázorněno na obrázku 2. Obr.

Obrázek 2

Na obrázku je vše jednoduché: zde je obvod, zde je vstupní signál a zde je na výstupu. Impuls je zkreslený k nepoznání, ale to bylo provedeno záměrně, pro který byl obvod sestaven. Mezitím mluvíme o vlivu kapacity kabelu na pulzní signál. Místo pulsu se na druhém konci kabelu objeví takový „zvoneček“, a pokud je puls krátký, pak se na druhý konec kabelu nemusí dostat vůbec, může dokonce zmizet.

historický fakt

Zde je docela vhodné připomenout příběh, jak byl položen transatlantický kabel. První pokus v roce 1857 se nezdařil: telegrafní tečky - čárky (pravoúhlé pulsy) byly zkresleny, aby na druhém konci 4000 km dlouhého vedení nebylo možné nic rozebrat.

Druhý pokus byl proveden v roce 1865. Do této doby anglický fyzik W. Thompson vyvinul teorii přenosu dat po dlouhých linkách. Ve světle této teorie se položení kabelu ukázalo jako úspěšnější, signály byly přijímány.

Za tento vědecký čin udělila královna Viktorie vědci rytířský titul a titul lorda Kelvina. Tak se jmenovalo městečko na pobřeží Irska, kde začalo pokládání kabelů. Ale to je jen slovo a nyní se vraťme k poslednímu písmenu vzorce, totiž k permitivitě prostředí ε.

Něco málo o dielektriku

Toto ε je ve jmenovateli vzorce, takže jeho zvýšení bude znamenat zvýšení kapacity. Pro většinu používaných dielektrik, jako je vzduch, lavsan, polyethylen, fluoroplast, je tato konstanta prakticky stejná jako u vakua. Ale zároveň existuje mnoho látek, jejichž dielektrická konstanta je mnohem vyšší. Pokud je vzduchový kondenzátor naplněn acetonem nebo alkoholem, jeho kapacita se zvýší 15 ... 20krát.

Ale takové látky, kromě vysokého ε, mají také dost vysokou vodivost, takže pro takový kondenzátor bude špatné držet náboj, rychle se vybije přes sebe. Tento škodlivý jev se nazývá svodový proud. Proto se pro dielektrika vyvíjejí speciální materiály, které umožňují při vysoké specifické kapacitě kondenzátorů poskytovat přijatelné svodové proudy. To vysvětluje takovou rozmanitost typů a typů kondenzátorů, z nichž každý je navržen pro specifické podmínky.

Mají nejvyšší měrnou kapacitu (poměr kapacita / objem). Kapacita „elektrolytů“ dosahuje až 100 000 mikrofarad, provozní napětí až 600V. Takové kondenzátory fungují dobře pouze na nízkých frekvencích, nejčastěji v napájecích filtrech. Elektrolytické kondenzátory jsou zapojeny s ohledem na polaritu.

Elektrody v takových kondenzátorech jsou tenkým filmem oxidu kovu, a proto se tyto kondenzátory často nazývají oxidové kondenzátory. Tenká vrstva vzduchu mezi těmito elektrodami není příliš spolehlivým izolantem, proto se mezi oxidové desky vkládá vrstva elektrolytu. Nejčastěji se jedná o koncentrované roztoky kyselin nebo zásad.

Obrázek 3 ukazuje jeden z těchto kondenzátorů.

Obrázek 3. Elektrolytický kondenzátor

Pro odhad velikosti kondenzátoru byla vedle vyfotografována jednoduchá krabička od zápalek. Kromě dostatečně velké kapacity na obrázku vidíte i procentuální toleranci: ani více, ani méně než 70 % jmenovité.

V těch dnech, kdy byly počítače velké a nazývaly se počítači, byly takové kondenzátory v diskových jednotkách (v moderních HDD). Informační kapacita takových mechanik už může vyvolat jen úsměv: na dva disky o průměru 350 mm bylo uloženo 5 MB informací a samotné zařízení vážilo 54 kg.

Hlavním účelem superkondenzátorů zobrazených na obrázku bylo odstranit magnetické hlavy z pracovní oblasti disku v případě náhlého výpadku proudu. Takové kondenzátory by mohly uchovat náboj po dobu několika let, což bylo ověřeno v praxi.

Níže s elektrolytickými kondenzátory bude navrženo provést několik jednoduchých experimentů, abychom pochopili, co kondenzátor dokáže.

Pro provoz ve střídavých obvodech se vyrábějí nepolární elektrolytické kondenzátory, ale z nějakého důvodu je velmi obtížné je sehnat. Aby se tento problém nějak obešel, zapínají se obvyklé polární „elektrolyty“ v protisériích: plus-mínus-mínus-plus.

Pokud je polární elektrolytický kondenzátor připojen k obvodu střídavého proudu, nejprve se zahřeje a poté uslyšíte výbuch. Domácí staré kondenzátory rozptýlené do všech směrů, zatímco ty dovezené mají speciální zařízení, aby se zabránilo hlasitým výstřelům. Zpravidla se jedná buď o křížový zářez na spodní straně kondenzátoru, nebo o otvor s pryžovou zátkou, která se tam nachází.

Opravdu nemají rádi elektrolytické kondenzátory se zvýšeným napětím, i když je dodržena polarita. Nikdy proto není nutné dávat „elektrolyty“ do obvodu, kde se očekává napětí blízké maximálnímu napětí pro daný kondenzátor.

Někdy na některých, dokonce i renomovaných fórech, začátečníci položí otázku: „Kondenzátor je 470 µF * 16 V, ale já mám 470 µF * 50 V, mohu to říct? Ano, samozřejmě můžete, ale obrácená náhrada je nepřijatelná.

Kondenzátor může ukládat energii

K pochopení tohoto tvrzení pomůže jednoduchý diagram na obrázku 4.

Obrázek 4. Obvod s kondenzátorem

Hlavním znakem tohoto obvodu je elektrolytický kondenzátor C o dostatečně velké kapacitě, aby procesy nabíjení a vybíjení probíhaly pomalu a dokonce velmi zřetelně. To umožňuje vizuálně sledovat činnost obvodu pomocí klasické žárovky z baterky. Tyto lucerny už dávno ustoupily moderním LED, ale žárovky do nich se stále prodávají. Proto je velmi snadné sestavit obvod a provádět jednoduché experimenty.

Možná někdo řekne: „Proč? Koneckonců, vše je zřejmé, a pokud si také přečtete popis ... “. Zdá se, že zde není o čem polemizovat, ale jakákoli, i ta nejjednodušší věc, zůstává v hlavě dlouho, pokud její pochopení prošlo rukama.

Takže schéma je sestaveno. Jak to funguje?

V poloze přepínače SA znázorněné na schématu se kondenzátor C nabíjí z napájecího zdroje GB přes odpor R v obvodu: + GB __ R __ SA __ C __ -GB. Nabíjecí proud v diagramu je znázorněn šipkou s indexem iz. Proces nabíjení kondenzátoru je znázorněn na obrázku 5.

Obrázek 5. Proces nabíjení kondenzátoru

Obrázek ukazuje, že napětí na kondenzátoru roste podél zakřivené čáry, v matematice nazývané exponenciála. Nabíjecí proud přímo zrcadlí nabíjecí napětí. Jak napětí na kondenzátoru stoupá, nabíjecí proud se zmenšuje. A pouze v počátečním okamžiku odpovídá vzorci uvedenému na obrázku.

Po nějaké době se kondenzátor nabije z 0V na napájecí napětí, v našem obvodu až 4,5V. Celá otázka je, jak tuto dobu určit, jak dlouho čekat, kdy se kondenzátor nabije?

Časová konstanta "tau" τ = R*C

Tento vzorec jednoduše násobí odpor a kapacitu sériově zapojeného odporu a kondenzátoru. Pokud bez zanedbání soustavy SI dosadíme odpor v Ohmech, kapacitu ve Faradech, pak bude výsledek v sekundách. To je doba potřebná k tomu, aby se kondenzátor nabil až na 36,8 % napájecího napětí. Nabití na téměř 100 % tedy bude trvat 5 * τ.

Často, zanedbávajíce soustavu SI, dosazují do vzorce odpor v ohmech a kapacitu v mikrofaradech, pak bude čas v mikrosekundách. V našem případě je výhodnější získat výsledek v sekundách, pro které stačí vynásobit mikrosekundy milionem, nebo jednodušeji posunout čárku o šest číslic doleva.

Pro obvod znázorněný na obrázku 4 s kapacitou kondenzátoru 2000uF a rezistorem 500Ω bude časová konstanta τ = R*C = 500 * 2000 = 1 000 000 mikrosekund nebo přesně jedna sekunda. Budete tedy muset počkat přibližně 5 sekund, než se kondenzátor plně nabije.

Pokud po zadané době přepnete přepínač SA do správné polohy, pak se kondenzátor C vybije přes žárovku EL. V tomto okamžiku dojde ke krátkému záblesku, kondenzátor se vybije a kontrolka zhasne. Směr vybíjení kondenzátoru je znázorněn šipkou s indexem ip. Doba vybíjení je také určena časovou konstantou τ. Graf výboje je na obrázku 6.

Obrázek 6. Graf vybíjení kondenzátoru

Kondenzátor nepropouští stejnosměrný proud

Ještě jednodušší schéma, znázorněné na obrázku 7, pomůže toto tvrzení ověřit.

Obrázek 7. Schéma s kondenzátorem ve stejnosměrném obvodu

Pokud je spínač SA sepnutý, následuje krátké bliknutí žárovky, což znamená, že kondenzátor C byl nabit přes žárovku. Zde je také zobrazen graf nabíjení: v okamžiku sepnutí spínače je proud maximální, když se kondenzátor nabíjí, klesá a po chvíli se úplně zastaví.

Pokud je kondenzátor kvalitní, tzn. s nízkým svodovým proudem (samovybíjení), opětovné sepnutí spínače nezpůsobí záblesk. Chcete-li získat další záblesk, bude nutné vybít kondenzátor.

Kondenzátor ve výkonových filtrech

Kondenzátor je umístěn zpravidla za usměrňovačem. Nejčastěji se usměrňovače vyrábějí celovlnné. Nejběžnější obvody usměrňovače jsou znázorněny na obrázku 8.

Obrázek 8. Obvody usměrňovače

Půlvlnné usměrňovače se také používají poměrně často, zpravidla v případech, kdy je zátěžový výkon zanedbatelný. Nejcennější kvalitou takových usměrňovačů je jednoduchost: pouze jedna dioda a vinutí transformátoru.

U celovlnného usměrňovače lze kapacitu filtračního kondenzátoru vypočítat podle vzorce

C \u003d 1000000 * Po / 2 * U * f * dU, kde C je kapacita kondenzátoru μF, Po je zátěžový výkon W, U je napětí na výstupu usměrňovače V, f je frekvence střídavého napětí Hz, dU je amplituda zvlnění V.

Velké číslo v čitateli 1 000 000 převádí kapacitu ze systémových farad na mikrofarady. Dvojka ve jmenovateli je počet půlcyklů usměrňovače: u půlvlny se na jejím místě objeví jedna

C \u003d 1000000 * Po / U * f * dU,

a pro třífázový usměrňovač bude mít vzorec tvar C \u003d 1000000 * Po / 3 * U * f * dU.

Superkondenzátor - ionistor

Nedávno se objevila nová třída elektrolytických kondenzátorů, tzv. Svými vlastnostmi se podobá baterii, má však několik omezení.

Ionistor se nabije na jmenovité napětí během krátké doby, doslova za pár minut, proto je vhodné jej používat jako záložní zdroj energie. Ve skutečnosti je ionistor nepolární zařízení, jediná věc, která určuje jeho polaritu, je nabíjení z výroby. Aby se tato polarita v budoucnu nepletla, je označena znaménkem +.

Důležitou roli hrají provozní podmínky ionistorů. Při teplotě 70˚C při napětí 0,8 jmenovitého je zaručená životnost maximálně 500 hodin. Pokud zařízení pracuje při napětí 0,6 jmenovitého napětí a teplota nepřesahuje 40 stupňů, je možný správný provoz po dobu 40 000 hodin nebo déle.

Nejběžnější použití ionistoru je v záložních zdrojích. V podstatě se jedná o paměťové čipy nebo elektronické hodiny. V tomto případě je hlavním parametrem ionistoru malý svodový proud, jeho samovybíjení.

Docela slibné je použití ionistorů ve spojení se solárními panely. Ovlivňuje také nezávažnost stavu nabíjení a prakticky neomezený počet cyklů nabíjení-vybíjení. Další cennou vlastností je, že ionistor nevyžaduje údržbu.

Dosud bylo možné říci, jak a kde fungují elektrolytické kondenzátory, navíc hlavně ve stejnosměrných obvodech. Provoz kondenzátorů ve střídavých obvodech bude diskutován v jiném článku -.

Jsou druhým, co do rozšířenosti a míry využití, po rezistorech, detailem v elektronických obvodech. V každém elektronickém zařízení, ať už je to multivibrátor se 2 tranzistory nebo základní deska počítače, jsou tyto rádiové prvky použity ve všech z nich.

Kondenzátor má schopnost uložit náboj a poté jej uvolnit. Nejjednodušší kondenzátor se skládá ze 2 desek oddělených tenkou dielektrickou vrstvou. Kapacita kondenzátoru závisí na jeho kapacitě a frekvenci proudu. Kondenzátor vede střídavý proud a nepropouští stejnosměrný proud. Kapacita kondenzátoru je tím větší, čím větší je plocha desek (desek) kondenzátoru, a čím větší, tím tenčí je dielektrická vrstva mezi nimi.

Kapacity paralelně zapojených kondenzátorů se sčítají. Kapacity sériově zapojených kondenzátorů se vypočítají podle vzorce znázorněného na obrázku níže:

Kondenzátory se dodávají v pevné i variabilní kapacitě. Poslední jmenované se nazývají a zkracují jako KPI (variable capacitor). Kondenzátory s pevnou kapacitou jsou polární i nepolární. Obrázek níže ukazuje schematické znázornění polárního kondenzátoru:

Polární kondenzátory jsou elektrolytické kondenzátory. Vyrábějí se i tantalové kondenzátory, které se od hliníkových elektrolytických liší vyšší stabilitou, ale jsou také dražší. Elektrolytické kondenzátory podléhají rychlejšímu stárnutí než nepolární. Polární kondenzátory mají kladné a záporné elektrody, plus a mínus. Níže uvedená fotografie ukazuje elektrolytický kondenzátor:

U sovětských elektrolytických kondenzátorů byla polarita na pouzdru označena znaménkem plus na kladné elektrodě. U importovaných kondenzátorů je záporná elektroda označena znaménkem mínus. Pokud jsou porušeny provozní režimy elektrolytických kondenzátorů, mohou bobtnat a dokonce explodovat. U elektrolytických kondenzátorů, aby se zabránilo výbuchu, jsou na krytu pouzdra při jejich výrobě vytvořeny speciální zářezy:

Také elektrolytické kondenzátory mohou explodovat, pokud jsou chybně aplikovány na napětí vyšší, než pro jaké byly navrženy. Na výše uvedené fotografii elektrolytického kondenzátoru můžete vidět nápis 33 mikrofarad x 100 V., což znamená, že jeho kapacita je 33 mikrofaradů a povolené napětí je do 100 voltů. Nepolární kondenzátor ve schématech je označen následovně:

Obrázek diagramu nepolárního kondenzátoru

Níže uvedená fotografie ukazuje filmové a keramické kondenzátory:

Film

Keramický

Kondenzátory se rozlišují podle typu dielektrika. Existují kondenzátory s pevným, kapalným a plynným dielektrikem. S pevným dielektrikem jsou to: papír, fólie, keramika, slída. Existují také elektrolytické, které již byly popsány výše, a oxidovo-polovodičové kondenzátory. Tyto kondenzátory se liší od všech ostatních ve své velké specifické kapacitě. Myslím, že mnozí viděli takové digitální označení na dovážených kondenzátorech:

Výše uvedený obrázek ukazuje, jak můžete vypočítat hodnotu takového kondenzátoru. Pokud je například kondenzátor označen 332, znamená to, že má kapacitu 3300 pikofaradů nebo 3,3 nanofaradů. Níže je tabulka, podle které můžete snadno vypočítat hodnotu jakéhokoli kondenzátoru s tímto označením:

Existují kondenzátory v SMD provedení, nejběžnější v radioamatérském provedení, myslím typy 0805 a 1206. Obrázek nepolárního SMD kondenzátoru je vidět na obrázcích níže:

Průmysl také vyrábí takzvané pevné kondenzátory. Uvnitř mají místo elektrolytu organický polymer.

variabilní kondenzátory

Kapacita ve variabilních kondenzátorech je regulována změnou plochy paralelních kondenzátorových desek. Kondenzátory se dělí na proměnné, které mají rukojeť pro otáčení hřídele, a trimry, které mají štěrbinu pro šroubovák a také se skládají z pohyblivých a nepohyblivých částí.

Na obrázku jsou označeny jako rotor a stator. Takové kondenzátory se používají v rádiových přijímačích k naladění na požadovanou vysílací frekvenci. Kapacita takových kondenzátorů je obvykle malá a rovná se jednotkám - maximálně stovkám pikofaradů. Takto je na obrázcích znázorněn proměnný kondenzátor:

Následující obrázek ukazuje trimrový kondenzátor. Ladicí kondenzátor je na schématech znázorněn následovně:

Takové kondenzátory se obvykle seřizují pouze jednou při montáži a ladění elektronických zařízení.

Následující obrázek ukazuje strukturu trimrového kondenzátoru:

Kapacita kondenzátoru se měří ve faradech. Ale i 1 Farad je velmi velká kapacita, takže pro označení se obvykle používají miliontiny Faradů, mikrofaradů, ale i ještě menších, nanofaradů a pikofaradů. Převod z mikrofarad na pikofarad a naopak je velmi snadný. 1 mikrofarad se rovná 1 000 nanofaradům nebo 1 000 000 pikofaradům. Kondenzátory se mimo jiné používají v oscilačních obvodech rádiových přijímačů, v napájecích zdrojích k vyhlazení vlnění a také jako separátory v zesilovačích. Recenze připravena AKV.

Diskutujte o článku CAPACITOR