Elektriskais kondensators ir viens no jebkuras elektroniskās ierīces elektriskās ķēdes elementiem. Tā galvenā funkcija ir uzglabāt enerģiju un pēc tam to atdot atpakaļ ķēdē. Nozarē tiek piedāvāti dažāda veida, ietilpības, izmēru un pielietojuma kondensatori.
Kondensatora princips un īpašības
Kondensators sastāv no divām metāla plāksnēm, ko sadala plāns dielektriķa slānis. Kapacitātes vērtību nosaka virsmas izmēra un izvietojuma attiecība pret dielektriskā materiāla īpašībām.
Jebkura tipa kondensatora konstrukcijas mērķis ir iegūt maksimālu kapacitāti attiecībā pret minimāliem izmēriem, lai ietaupītu vietu uz ierīces shēmas plates. Viena no populārākajām formām izskata ziņā ir mucas forma, kurā metāla vāki ir savīti kopā ar dielektriķi starp tiem. Pirmais kondensators, kas tika izgudrots 1745. gadā Leidenē, Nīderlandē, tika nosaukts par "Leidenes burku".
Komponenta princips ir spēja uzlādēt un izlādēt. Uzlāde ir iespējama, turot elektrodus nelielā attālumā vienu no otra. Dielektriķa cieši atdalītie lādiņi, kas atrodas tuvu viens no otra, tiek piesaistīti viens otram un notverti uz spailēm, un tādējādi kondensators pats uzkrāj enerģiju. Pēc barošanas avota izslēgšanas komponents ir gatavs atbrīvot enerģiju ķēdē, lai to izlādētu.
Parametri un īpašības, kas nosaka veiktspēju, kvalitāti un ilgmūžību.
- elektriskā kapacitāte;
- īpatnējā kapacitāte;
- pielaide;
- elektriskā izturība;
- raksturīgā induktivitāte;
- dielektriskā absorbcija;
- zaudējumi;
- stabilitāte;
- uzticamība.
Spēja saglabāt lādiņu nosaka kondensatora elektrisko kapacitāti. Aprēķinot kapacitāti, ir jāzina.
- tinumu laukums;
- attālums starp ieliktņiem;
- Dielektriskā materiāla dielektriskā konstante.
Lai palielinātu kapacitāti, ir jāpalielina tinumu laukums, jāsamazina attālums starp tiem un jāizmanto dielektriķis, kura materiālam ir augsta dielektriskā konstante.
Kapacitātes mērvienība ir farads (F), kas nosaukta angļu fiziķa Maikla Faradeja vārdā. Tomēr 1 farads ir pārāk liela vērtība. Piemēram, mūsu planētas kapacitāte ir mazāka par 1 faradu. Radioelektronikā izmanto mazākas vērtības: mikrofaradus (µF, viena miljonā daļa no farada) un pikofaradus (pF, viena miljonā daļa no mikrofarada).
Īpatnējo kapacitāti aprēķina pēc kapacitātes attiecības pret dielektriķa masu (tilpumu). To ietekmē ģeometriskie izmēri, un, samazinot dielektriķa tilpumu, var palielināt īpatnējo kapacitāti, taču tas palielina bojājuma risku.
Nosaukuma plāksnītes kapacitātes vērtības pieļaujamā novirze no faktiskās vērtības nosaka precizitātes klasi. Saskaņā ar GOST ir 5 precizitātes klases, kas nosaka turpmāko izmantošanu. Augstas atbildības ķēdēs tiek izmantoti augstākās precizitātes klases komponenti.
Elektriskā izturība nosaka spēju noturēt lādiņu un saglabāt veiktspēju. Uz tinumiem uzkrātie lādiņi, iedarbojoties uz dielektriķi, pārvietojas viens pret otru. Elektriskā izturība ir svarīga kondensatora īpašība, kas nosaka tā lietošanas ilgumu. Nepareiza ekspluatācija izraisīs dielektrisko bojājumu un komponentu bojājumus.
Īpatnējā induktivitāte tiek ņemta vērā maiņstrāvas ķēdēs ar induktivitātes spolēm. Līdzstrāvas ķēdēm tas netiek ņemts vērā.
Dielektriskā absorbcija ir sprieguma parādīšanās uz spolēm straujas izlādes laikā. Absorbcijas fenomens tiek ņemts vērā, lai nodrošinātu augstsprieguma elektrisko ierīču drošu ekspluatāciju, jo īssavienojuma gadījumā ir apdraudēta dzīvība.
Zaudējumi rodas dielektriķa zemās strāvas caurlaidspējas dēļ. Ja elektroniskie komponenti tiek ekspluatēti dažādās temperatūrās un mitruma apstākļos, tas ietekmē zudumu kvalitātes koeficientu. To ietekmē arī darba frekvence. Zemās frekvencēs tiek ietekmēti dielektriskie zudumi; augstākās frekvencēs tiek ietekmēti metāla zudumi.
Stabilitāte ir kondensatora parametrs, ko ietekmē arī apkārtējās vides temperatūra. Tās iedarbību iedala atgriezeniskā, ko raksturo temperatūras koeficients, un neatgriezeniskā, ko raksturo temperatūras nestabilitātes koeficients.
Kondensatora darbības uzticamība galvenokārt ir atkarīga no ekspluatācijas apstākļiem. Bojājumu analīze liecina, ka 80% no visiem bojājumiem ir saistīti ar avārijām.
Atkarībā no pielietojuma, veida un izmantošanas jomas kondensatoru izmēri ir atšķirīgi. Mazākos, kuru izmērs ir no dažiem milimetriem līdz dažiem centimetriem, izmanto elektronikā, bet lielākos - rūpniecībā.
Mērķis
Enerģijas uzkrāšanas un atbrīvošanas īpašība ir noteikusi kondensatoru plašu izmantošanu mūsdienu elektronikā. Tāpat kā rezistori un tranzistori, tie ir elektrotehnikas mugurkauls. Nav nevienas mūsdienīgas ierīces, kurā tās netiktu izmantotas.
To spēja uzlādēties un izlādēties kopā ar induktivitāti, kam piemīt tādas pašas īpašības, tiek plaši izmantota radio un televīzijas tehnoloģijās. Kondensatora un induktivitātes svārstību ķēde ir signālu pārraides un uztveršanas pamats. Kondensatora jaudas maiņa ļauj mainīt svārstību ķēdes frekvenci. Piemēram, radiostacijas var raidīt savās frekvencēs, un radio var pieslēgties šīm frekvencēm.
Svarīga funkcija ir maiņstrāvas pulsāciju izlīdzināšana. Jebkurai ar maiņstrāvu darbināmai elektroniskai ierīcei ir nepieciešami filtrējoši elektriskie kondensatori, lai iegūtu labas kvalitātes līdzstrāvu.
Uzlādes un izlādes mehānisms tiek aktīvi izmantots fotoiekārtās. Visi mūsdienu fotoaparāti izmanto zibspuldzi, lai uzņemtu attēlus, kas tiek realizēta ar ātras izlādes īpašību. Baterijas, kas spēj uzglabāt enerģiju, bet lēni izlādējas, šajā jomā nav izdevīgas. Savukārt kondensatori visu uzkrāto enerģiju atbrīvo uzreiz, un tas ir pietiekami, lai radītu spilgtu zibspuldzi.
Kondensatoru spēju ģenerēt lieljaudas impulsus izmanto radiolokācijā un lāzeros.
Kondensatori pilda dzirksteles slāpējošu kontaktu funkcijas telegrāfijā un telefonijā, kā arī telemehānikā un automatizācijā, kur pārslēdzami ļoti noslogoti releji.
Garu pārvades līniju sprieguma regulēšana ir iespējama, izmantojot kompensācijas kondensatorus.
Mūsdienu kondensatori, pateicoties to iespējām, tiek izmantoti ne tikai radioelektronikas jomā. Tos izmanto metālapstrādē, kalnrūpniecībā un ogļu rūpniecībā.
Galvenās šķirnes
Ņemot vērā elektronisko ierīču lietojumu un darbības apstākļu daudzveidību, ir daudz dažādu komponentu, kas atšķiras pēc to veidiem un īpašībām. Galvenais iedalījums ir balstīts uz klasēm un izmantoto dielektriķu veidiem.
Kondensatoru veidi, kas iedalīti pēc klases:
- ar nemainīgu kapacitāti;
- ar mainīgu kapacitāti;
- regulējams.
Konstantas kapacitātes komponenti tiek izmantoti visās radioelektroniskajās ierīcēs.
Mainīgos kondensatorus izmanto, lai mainītu kapacitāti un shēmas parametrus, piemēram, frekvenci svārstību ķēdēs. To konstrukcijā ir vairākas metāla kustīgo plākšņu sekcijas, kas nodrošina to ilgmūžību.
Trimeru kondensatori tiek izmantoti aparāta vienreizējai regulēšanai. Tie ir pieejami ar dažādu kapacitāti (no dažiem pikofaradiem līdz vairākiem simtiem pikofaradu) un ir paredzēti spriegumam līdz 60 voltiem. Bez tiem nebūtu iespējama aprīkojuma precīza regulēšana.
Kondensatoru veidi, kas klasificēti pēc dielektriķa tipa:
- keramikas dielektriķis;
- ar plēves dielektriķi;
- elektrolītisko;
- jonu siltummaiņi.
Keramikas kondensatori ir izgatavoti kā neliela keramikas materiāla plāksne, uz kuras ir uzsmidzināti metāla termināli. Šiem kondensatoriem ir dažādas īpašības, un tos izmanto gan augstsprieguma, gan zemsprieguma ķēdēs.
Zemsprieguma ķēdēm visbiežāk izmanto daudzslāņu mazus komponentus epoksīdsveķu vai plastmasas korpusos ar ietilpību no desmitiem pikofaradu līdz vienībām mikrofaradu. Tos izmanto radioelektronisko iekārtu augstfrekvences ķēdēs, un tie var darboties skarbos klimatiskajos apstākļos.
Augstsprieguma ķēdēm ir pieejami lielāki keramikas kondensatori ar ietilpību no desmitiem pikofaradu līdz tūkstošiem pikofaradu. Tos izmanto impulsu ķēdēs un sprieguma pārveidošanas iekārtās.
Plēves dielektriķi ir dažāda veida. Visizplatītākais ir lavsāns, kas ir ļoti izturīgs. Mazāk izplatīts ir polipropilēna dielektriķis, kam ir mazāki zudumi un ko izmanto augstsprieguma ķēdēs, piemēram, audio pastiprinātāju ķēdēs un vidējā diapazona ķēdēs.
Atsevišķs plēves kondensatora veids ir starta kondensators, ko izmanto motoru palaišanai un kas, pateicoties augstajai kapacitātei un īpašam dielektriskam materiālam, samazina elektromotora slodzi. Tos raksturo augsts darba spriegums un elektriskā reaktīvā jauda.
Elektrolītiskie kondensatori ir izgatavoti klasiskā dizainā. Korpuss ir izgatavots no alumīnija, un tā iekšpusē ir izvietotas metāla čaulas. Viens no vākiem ir ķīmiski pārklāts ar metāla oksīdu, bet otrs - ar šķidru vai cietu elektrolītu, lai veidotu dielektriķi. Pateicoties šādai konstrukcijai, elektrolītiskajiem kondensatoriem ir augsta kapacitāte, bet to izmantošanas īpatnība ir tās izmaiņas laika gaitā.
Atšķirībā no keramikas un plēves kondensatoriem elektrolītiskajiem kondensatoriem ir polaritāte. Tie savukārt tiek iedalīti nepolārajos, bez šī trūkuma, radiālajos, miniatūrajos un aksiālajos. To pielietojuma jomas ir tradicionālās datoru un modernās mikrodatoru tehnoloģijas.
Īpašs veids, kas parādījās salīdzinoši nesen, ir jonu apmaiņas ierīces. To konstrukcija ir līdzīga elektrolītiskajiem kondensatoriem, taču tiem ir liela kapacitāte (līdz vairākiem faradiem). Tomēr to lietošanu ierobežo nelielais maksimālais spriegums - daži volti. Jonizatori tiek izmantoti atmiņas saglabāšanai: ja akumulators mobilajā tālrunī vai miniatūrā datorā izlādējas, saglabātā informācija netiek neatgriezeniski pazaudēta.
Papildus komponentiem tapu tipa versijās, kas ir pazīstami jau ilgu laiku un tiek tradicionāli izmantoti, ir pieejami arī mūsdienīgi komponenti SMD jeb, kā to sauc arī par virsmas montāžas konstrukciju. Piemēram, keramikas kondensatorus var izgatavot dažāda izmēra, sākot no mazākajiem (1 mm x 0,5 mm) līdz lielākajiem (5,7 mm x 5 mm), un ar atbilstošo spriegumu no desmitiem voltu līdz simtiem voltu.
Elektrolītiskos kondensatorus var izgatavot arī virsmas montāžas korpusos. Tie var būt standarta alumīnija elektrolītiskie kondensatori vai arī tantala kondensatori, kas nedaudz līdzinās keramikas kondensatoriem, bet atšķiras no tiem ar lielāku kapacitāti un zemākiem zudumiem. Tie ir pieejami gan bezsvina, gan bezsvina SMD izpildījumā.
Tantala kondensatoriem ir raksturīgs ilgs kalpošanas laiks un minimāli zudumi ar nedaudz zemāku jaudas robežu, taču tie ir arī ļoti dārgi. Tos izmanto augstas atbildības ķēdēs, kur nepieciešama liela kapacitāte.
Saistītie raksti:
