Az elektromos kondenzátor bármely elektronikus eszköz elektromos áramkörének egyik eleme. Fő funkciója az energia tárolása, majd visszaadása az áramkörbe. Az ipar a kondenzátorok széles választékát kínálja különböző típusokkal, kapacitásokkal, méretekkel és alkalmazásokkal.
Tartalomjegyzék
Kondenzátor elve és jellemzői
A kondenzátor két fémlapkából áll, amelyeket egy vékony dielektromos réteg választ el egymástól. A burkolatok méretének és elrendezésének, valamint a dielektromos anyag jellemzőinek aránya határozza meg a kapacitás értékét.
Bármilyen típusú kondenzátor tervezése arra irányul, hogy a lehető legnagyobb kapacitást érje el a minimális méretekhez képest, hogy helyet takarítson meg az eszköz áramköri lapján. A megjelenés szempontjából az egyik legnépszerűbb forma a hordóforma, amelyben a fémfedelek össze vannak csavarva, közöttük dielektrikummal. Az első kondenzátort, amelyet 1745-ben a hollandiai Leidenben találtak fel, "leideni tégelynek" nevezték.
Az alkatrész alapelve a töltés és kisütés képessége. A töltést az teszi lehetővé, hogy az elektródák kis távolságra vannak egymástól. A dielektrikum által elválasztott, egymástól közeli távolságban lévő töltések egymáshoz vonzódnak, és csapdába esnek a csatlakozókon, így maga a kondenzátor energiát tárol. A tápegység kikapcsolása után az alkatrész készen áll arra, hogy energiát adjon le az áramkörbe, hogy kisüljön.
A teljesítményt, minőséget és tartósságot meghatározó paraméterek és tulajdonságok
- elektromos kapacitás;
- fajlagos kapacitás;
- tolerancia;
- elektromos szilárdság;
- belső induktivitás;
- dielektromos abszorpció;
- veszteségek;
- stabilitás;
- megbízhatóság.
A töltés tárolásának képessége határozza meg a kondenzátor elektromos kapacitását. A kapacitás kiszámításához tudni kell, hogy
- a tekercsek területe;
- a betétek közötti távolság;
- A dielektromos anyag dielektromos állandója.
A kapacitás növelése érdekében növelni kell a tekercsek területét, csökkenteni kell a köztük lévő távolságot, és olyan dielektrikumot kell használni, amelynek anyaga nagy dielektromos állandóval rendelkezik.
A kapacitás mértékegysége a Farad (F), amelyet Michael Faraday angol fizikusról neveztek el. Az 1 Farad azonban túl nagy érték. Például bolygónk kapacitása kevesebb, mint 1 Farad. A rádióelektronikában kisebb értékeket használnak: mikrofarádok (µF, a Farad milliomod része) és pikofarádok (pF, a mikrofarád milliomod része).
A fajlagos kapacitást a kapacitás és a dielektromos tömeg (térfogat) arányából számítják ki. Ezt befolyásolják a geometriai méretek, és a fajlagos kapacitás növelése a dielektrikum térfogatának csökkentésével érhető el, de ez növeli az átütés kockázatát.
A névtábla szerinti kapacitásértéknek a tényleges értéktől való megengedett eltérése határozza meg a pontossági osztályt. A GOST szerint 5 pontossági osztály létezik, amelyek meghatározzák a jövőbeli felhasználást. A legnagyobb pontossági osztályba tartozó alkatrészeket a nagy felelősségű áramkörökben használják.
Az elektromos szilárdság határozza meg a töltés megtartásának és a teljesítmény megőrzésének képességét. A tekercseken tárolt töltések hajlamosak egymás felé mozogni, ahogy a dielektrikumra hatnak. Az elektromos szilárdság a kondenzátor fontos tulajdonsága, amely meghatározza a használat időtartamát. A nem megfelelő működés dielektromos meghibásodást és az alkatrészek meghibásodását eredményezi.
A belső induktivitást az induktív tekercsekkel ellátott váltakozó áramú áramkörökben veszik figyelembe. Az egyenáramú áramköröknél ezt nem veszik figyelembe.
A dielektromos abszorpció a tekercseken a feszültség megjelenése a gyors kisülés során. Az abszorpciós jelenséget a nagyfeszültségű elektromos berendezések biztonságos működéséhez figyelembe kell venni, mert rövidzárlat esetén életveszély áll fenn.
A veszteségek a dielektrikum alacsony áramerősségéből adódnak. Amikor az elektronikus alkatrészeket különböző hőmérsékleten és páratartalom mellett működtetik, a veszteségek minőségi tényezője hatással van. A működési frekvencia is befolyásolja. Alacsony frekvenciákon a dielektromos veszteségek, magasabb frekvenciákon a fémveszteségek befolyásolják.
A stabilitás a kondenzátor paramétere, amelyet a környezeti hőmérséklet is befolyásol. Hatásai reverzibilisek, amelyeket egy hőmérsékleti együttható jellemez, és irreverzibilisek, amelyeket egy hőmérsékleti instabilitási együttható jellemez.
A kondenzátor működésének megbízhatósága elsősorban az üzemi körülményektől függ. A meghibásodások elemzése azt mutatja, hogy a meghibásodások 80%-áért a meghibásodások felelősek.
Az alkalmazástól, a típustól és a felhasználási területtől függően a kondenzátorok méretezése eltérő. A legkisebb, néhány millimétertől néhány centiméterig terjedő méretűeket az elektronikában használják, míg a legnagyobbakat az iparban.
Cél
Az energiatárolás és -leadás tulajdonsága határozta meg a kondenzátorok széles körű alkalmazását a modern elektronikában. Az ellenállásokhoz és a tranzisztorokhoz hasonlóan ezek alkotják az elektrotechnika gerincét. Nincs olyan modern eszköz, amely ne használná őket valamilyen formában.
A töltő- és kisütő képességüket, valamint az ugyanilyen tulajdonságokkal rendelkező induktivitást széles körben használják a rádió- és televíziós technológiában. A kondenzátorból és induktivitásból álló rezgőkör a jelek továbbításának és vételének alapja. A kondenzátor kapacitásának változtatásával a rezgőkör frekvenciája változtatható. A rádióállomások például a saját frekvenciájukon sugározhatnak, és a rádiók csatlakozhatnak ezekre a frekvenciákra.
Fontos funkciója a váltakozó áram hullámzásának simítása. Minden váltakozó áramú elektronikus 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 képek készítéséhez, amely a gyors kisülés tulajdonsága révén valósul meg. Az energiatárolásra alkalmas, de lassan kisütődő akkumulátorok nem előnyösek ezen a területen. A kondenzátorok viszont azonnal felszabadítják az összes tárolt energiát, ami elegendő egy fényes villanáshoz.
A kondenzátorok nagy teljesítményű impulzusok előállítására való képességét a rádiólokációban és a lézerekben használják.
A kondenzátorok a szikracsillapító érintkezők szerepét töltik be a távírásban és a telefonálásban, valamint a telemechanikában és az automatizálásban, ahol nagy terhelésű reléket kell kapcsolni.
A hosszú távvezetékek feszültségszabályozását kompenzációs kondenzátorok alkalmazása teszi lehetővé.
A modern kondenzátorokat, képességeiknek köszönhetően, nem csak a rádióelektronika területén használják. Ezeket a fémfeldolgozásban, a bányászatban és a széniparban használják.
Fő fajták
Az alkalmazások és az elektronikus eszközök működési feltételeinek sokfélesége miatt az alkatrészek nagy választéka létezik, amelyek típusaikban és jellemzőikben különböznek egymástól. A fő felosztás az osztályok és a felhasznált dielektrikum típusa alapján történik.
A kondenzátorok típusai osztályok szerint:
- állandó kapacitással;
- változó kapacitással;
- állítható.
Állandó kapacitású alkatrészeket minden rádióelektronikai eszközben használnak.
A változtatható kondenzátorokat a kapacitás és az áramköri paraméterek, pl. a frekvencia változtatására használják rezgőkörökben. Több szakaszból álló, mozgatható fémlemezekből álló szerkezetük biztosítja a hosszú élettartamukat.
A trimmerkondenzátorok a készülék egyszeri beállítására szolgálnak. Különböző kapacitásértékekkel kaphatók (néhány pikofaradtól néhány száz pikofaradig), és legfeljebb 60 voltos feszültségre tervezték őket. Nélkülük nem lenne lehetséges a berendezések finomhangolása.
A kondenzátorok típusai, a dielektrikum típusa szerint osztályozva:
- kerámia dielektrikum;
- film dielektrikummal;
- elektrolitikus;
- ioncserélők.
A kerámiakondenzátorok egy kis kerámialemez formájában készülnek, amelyre fémvégződéseket permeteznek. Ezek a kondenzátorok különböző tulajdonságokkal rendelkeznek, és mind nagyfeszültségű, mind kisfeszültségű áramkörökben használatosak.
Kisfeszültségű áramkörökhöz leggyakrabban epoxi vagy műanyag házban elhelyezett többrétegű kis alkatrészeket használnak, amelyek kapacitása a pikofarádok tízesétől a mikrofarádok egységéig terjed. Ezeket a rádióelektronikai berendezések nagyfrekvenciás áramköreiben használják, és zord éghajlati körülmények között is képesek működni.
A nagyfeszültségű áramkörökhöz nagyobb, több tíz pikofaradtól több ezer pikofarádig terjedő kapacitású kerámia kondenzátorok állnak rendelkezésre. Impulzusáramkörökben és feszültségátalakító berendezésekben használják őket.
A fóliadielektrikumok különböző típusúak. A leggyakoribb a lavsan, amely rendkívül tartós. Kevésbé elterjedt a polipropilén dielektrikum, amelynek kisebbek a veszteségei, és nagyfeszültségű áramkörökben, például hangerősítő áramkörökben és középfrekvenciás áramkörökben használják.
A filmkondenzátorok külön típusa az indítókondenzátor, amelyet a motorok indításakor használnak, és amely nagy kapacitása és speciális dielektromos anyaga miatt csökkenti a villanymotor terhelését. Magas üzemi feszültség és elektromos meddő teljesítmény jellemzi őket.
Az elektrolitikus kondenzátorok klasszikus kivitelben készülnek. A burkolat alumíniumból készült, és a tekercselt fémhéjakat belül helyezték el. Az egyik burkolatot kémiailag bevonják egy fémoxiddal, a másikat pedig egy folyékony vagy szilárd elektrolittal, hogy dielektrikumot képezzen. Ennek a konstrukciónak köszönhetően az elektrolitkondenzátorok nagy kapacitással rendelkeznek, de a használatuk sajátossága az idő múlásával történő változásuk.
A kerámia- és filmkondenzátorokkal ellentétben az elektrolitikus kondenzátorok polaritással rendelkeznek. Ezeket viszont nem poláris, e hátrány nélküli, radiális, miniatűr és axiális alosztályokba soroljuk. Alkalmazási területük a hagyományos számítógép és a modern mikroszámítógép-technológia.
Egy különleges típus, amely viszonylag nemrégiben jelent meg, az ioncserélők. Felépítésük hasonló az elektrolitkondenzátorokhoz, de nagy kapacitással rendelkeznek (akár több Farad). Használatukat azonban korlátozza a kis, néhány voltos maximális feszültség. Az ionizátorokat memóriatárolásra használják: ha egy mobiltelefon vagy egy miniatűr számítógép akkumulátora lemerül, a tárolt információ nem vész el visszavonhatatlanul.
A már régóta létező és hagyományosan használt tűs kivitelű alkatrészek mellett a modern alkatrészek SMD kivitelben, vagy ahogyan más néven nevezik, felületre szerelt kivitelben is kaphatók. A kerámia kondenzátorok például a legkisebbtől (1 mm x 0,5 mm) a legnagyobbig (5,7 mm x 5 mm) számos méretben gyárthatók, és a megfelelő feszültségek a tízvoltos és a több százvoltos tartományban mozognak.
Az elektrolitikus kondenzátorok felületre szerelhető házban is gyárthatók. Ezek lehetnek szabványos alumínium elektrolitikus kondenzátorok, vagy tantál kondenzátorok, amelyek egy kicsit úgy néznek ki, mint a kerámia kondenzátorok, de nagyobb kapacitásuk és kisebb veszteségük miatt különböznek tőlük. Ezek ólommentes és ólommentes SMD kivitelben is kaphatók.
A tantálkondenzátorokat hosszú élettartam és minimális veszteség jellemzi, valamivel alacsonyabb kapacitáshatár mellett, de nagyon drágák is. Nagy felelősségű áramkörökben használják, ahol nagy kapacitásra van szükség.
Kapcsolódó cikkek:
