En elektrisk kondensator är en av elementen i den elektriska kretsen i en elektronisk enhet. Dess huvudfunktion är att lagra energi och sedan släppa tillbaka den till kretsen. Industrin erbjuder ett brett utbud av kondensatorer med olika typer, kapaciteter, storlekar och tillämpningar.
Kondensatorns princip och egenskaper
En kondensator består av två metallplattor som delas av ett tunt dielektriskt lager. Förhållandet mellan storleken och placeringen av ytskikten och det dielektriska materialets egenskaper bestämmer kapacitansvärdet.
Konstruktionen av alla typer av kondensatorer syftar till att uppnå maximal kapacitet i förhållande till minimala dimensioner för att spara utrymme på kretskortet. En av de mest populära formerna när det gäller utseendet är fatformen, där metallhöljen är vridna tillsammans med dielektricum mellan dem. Den första kondensatorn, som uppfanns i Leiden i Nederländerna 1745, kallades "Leidenkärlet".
Principen för komponenten är förmågan att ladda och ladda ur. Laddning möjliggörs genom att elektroderna hålls på ett kort avstånd från varandra. De laddningar som ligger nära varandra och som är separerade av dielektrikumet dras till varandra och fastnar på terminaler, och kondensatorn lagrar på så sätt energi. När strömförsörjningen har stängts av är komponenten redo att avge energi till kretsen, att ladda ur.
Parametrar och egenskaper som bestämmer prestanda, kvalitet och hållbarhet.
- elektrisk kapacitans;
- specifik kapacitans;
- tolerans;
- elektrisk styrka;
- egen induktans;
- dielektrisk absorption;
- förluster;
- stabilitet;
- tillförlitlighet.
Förmågan att lagra en laddning bestämmer kondensatorns elektriska kapacitans. För att beräkna kapacitansen är det nödvändigt att känna till följande
- arean av lindningarna;
- avståndet mellan insatserna;
- Det dielektriska materialets dielektriska konstant.
För att öka kapacitansen är det nödvändigt att öka arean av lindningarna, minska avståndet mellan dem och använda ett dielektrikum vars material har en hög dielektrisk konstant.
Den enhet som används för kapacitans är Farad (F), uppkallad efter den engelske fysikern Michael Faraday. 1 Farad är dock ett för stort värde. Vår planets kapacitans är till exempel mindre än 1 farad. Mindre värden används i radioelektronik: mikrofarad (µF, en miljondel av en farad) och picofarad (pF, en miljondel av en mikrofarad).
Den specifika kapacitansen beräknas utifrån förhållandet mellan kapacitans och dielektrisk massa (volym). Detta påverkas av de geometriska dimensionerna, och en ökning av den specifika kapacitansen uppnås genom att minska den dielektriska volymen, men detta ökar risken för sammanbrott.
Den tillåtna avvikelsen för det nominella kapacitansvärdet från det faktiska värdet bestämmer noggrannhetsklassen. Enligt GOST finns det fem noggrannhetsklasser som avgör framtida användning. Komponenter i den högsta noggrannhetsklassen används i kretsar med högt ansvar.
Den elektriska styrkan avgör förmågan att hålla en laddning och bibehålla prestandan. Laddningar som lagras på lindningarna tenderar att röra sig mot varandra när de verkar på dielektrikumet. Elektrisk styrka är en viktig egenskap hos en kondensator som avgör hur länge den kan användas. Felaktig användning kommer att leda till dielektrisk nedbrytning och fel på komponenterna.
Den inneboende induktansen beaktas i växelströmskretsar med induktansspolar. För likströmskretsar tas ingen hänsyn till detta.
Dielektrisk absorption är uppkomsten av spänning på spolarna under snabb urladdning. Absorptionsfenomenet beaktas för säker drift av elektrisk högspänningsutrustning eftersom Det finns livsfara vid kortslutning.
Förlusterna beror på dielektrikums låga strömförande kapacitet. När elektroniska komponenter används under olika temperaturer och fuktighetsförhållanden påverkas förlustenas kvalitetsfaktor. Den påverkas också av driftsfrekvensen. Vid låga frekvenser påverkas de dielektriska förlusterna och vid högre frekvenser påverkas metallförlusterna.
Stabiliteten är en kondensatorparameter som också påverkas av omgivningstemperaturen. Effekterna delas in i reversibla effekter, som kännetecknas av en temperaturkoefficient, och irreversibla effekter, som kännetecknas av en temperaturinstabilitetskoefficient.
Kondensatorns tillförlitlighet beror främst på driftsförhållandena. Analyser av fel visar att 80 % av alla fel beror på haverier.
Beroende på tillämpning, typ och användningsområde är kondensatorerna olika stora. De minsta, som är från några millimeter till några centimeter, används inom elektronik, medan de största används inom industrin.
Syfte
Egenskapen att lagra och frigöra energi har lett till att kondensatorer används i stor utsträckning i modern elektronik. Precis som motstånd och transistorer är de ryggraden i elektrotekniken. Det finns inte en enda modern enhet som inte använder dem i någon form.
Deras förmåga att ladda och ladda ur, tillsammans med induktans med samma egenskaper, används i stor utsträckning inom radio- och TV-tekniken. Den oscillerande kretsen av kondensator och induktans utgör grunden för överföring och mottagning av signaler. Genom att ändra kondensatorns kapacitet kan man ändra frekvensen hos den oscillerande kretsen. Radiostationer kan till exempel sända på sina frekvenser och radioapparater kan ansluta sig till dessa frekvenser.
En viktig funktion är att jämna ut växelströmmen. Alla växelströmsdrivna elektroniska apparater behöver filtrerande elektriska kondensatorer för att producera likström av god kvalitet.
Mekanismen för laddning och urladdning används aktivt i fotografisk utrustning. Alla moderna kameror använder en blixt för att ta bilder, vilket sker genom egenskapen snabb urladdning. Batterier, som lagrar energi men är långsamma att ladda ur, är inte fördelaktiga på detta område. Kondensatorer, å andra sidan, frigör all lagrad energi omedelbart, vilket är tillräckligt för en ljusblixt.
Kondensatorernas förmåga att generera hög effektpulser används inom radiolokalisering och lasrar.
Kondensatorer fungerar som gnistdämpande kontakter inom telegrafi och telefoni samt inom telemekanik och automation, där högbelastade reläer måste kopplas om.
Spänningsreglering av långa överföringsledningar möjliggörs genom användning av kompensationskondensatorer.
Moderna kondensatorer används tack vare sin kapacitet inte bara inom radioelektronik. De används inom metallbearbetning, gruvdrift och kolindustrin.
Huvudsakliga sorter
På grund av mångfalden av tillämpningar och driftsförhållanden för elektroniska apparater finns det ett stort antal komponenter som skiljer sig åt i typer och egenskaper. Den huvudsakliga indelningen är baserad på klasser och på den typ av dielektricitet som används.
Typer av kondensatorer uppdelade efter klass:
- med konstant kapacitans;
- med variabel kapacitans;
- justerbar.
Komponenter med konstant kapacitet används i alla radioelektroniska apparater.
Variabla kondensatorer används för att ändra kapacitansen och kretsens parametrar, t.ex. frekvensen i oscillerande kretsar. De har flera sektioner av rörliga metallplattor i sin konstruktion, vilket garanterar deras livslängd.
Trimmerkondensatorerna används för en enkel justering av apparaten. De finns i olika kapacitansvärden (från några picofarads till flera hundra picofarads) och är avsedda för spänningar på upp till 60 volt. Utan dem skulle ingen finjustering av utrustningen vara möjlig.
Typer av kondensatorer, klassificerade enligt typen av dielektrikum:
- keramiskt dielektrikum;
- med en dielektrikumfilm;
- elektrolytisk;
- jonbytare.
Keramiska kondensatorer tillverkas i form av en liten platta av keramiskt material på vilken metallterminaler sprutas. Dessa kondensatorer har olika egenskaper och används för både hög- och lågspänningskretsar.
För lågspänningskretsar används oftast små komponenter i flera lager i epoxi- eller plasthöljen med kapaciteter från tiotals picofarads till enheter av mikrofarads. De används i högfrekventa kretsar i radioelektronisk utrustning och kan fungera under svåra klimatförhållanden.
För högspänningskretsar finns det större keramiska kondensatorer med kapacitet från tiotals picofarads till tusentals picofarads. De används i pulskretsar och utrustning för spänningsomvandling.
Filmdielektriker finns i olika typer. Den vanligaste är lavsan, som är mycket hållbar. Mindre vanligt är polypropylen dielektricum, som har lägre förluster och används i högspänningskretsar, t.ex. ljudförstärkningskretsar och mellankretsar.
En annan typ av filmkondensator är startkondensatorn, som används vid start av motorer och som tack vare sin höga kapacitans och sitt speciella dielektriska material minskar belastningen på elmotorn. De kännetecknas av hög driftspänning och hög reaktiv effekt.
Elektrolytkondensatorer tillverkas i klassisk design. Höljet är tillverkat av aluminium och de spiralformade metallskallarna är placerade inuti. Ett av locken är kemiskt belagt med en metalloxid och det andra med en flytande eller fast elektrolyt för att bilda ett dielektrikum. På grund av denna konstruktion har elektrolytkondensatorer en hög kapacitans, men det speciella med deras användning över tiden är att den förändras över tiden.
Till skillnad från keramiska kondensatorer och filmkondensatorer har elektrolytkondensatorer polaritet. Dessa delas i sin tur in i opolära, utan denna nackdel, radiella, miniatyr och axiella. Deras tillämpningsområden är traditionella datorer och modern mikrodatorteknik.
En speciell typ som har dykt upp relativt nyligen är jonbytare. De är uppbyggda på samma sätt som elektrolytkondensatorer, men de har en hög kapacitans (upp till flera Farad). Användningen begränsas dock av en liten maximal spänning på några få volt. Ionisatorer används för att lagra minne: om batteriet i en mobiltelefon eller en minidator tar slut går den lagrade informationen inte förlorad för alltid.
Förutom komponenter i stiftutförande, som har funnits länge och används traditionellt, finns det moderna komponenter i SMD-utförande, eller som det också kallas, ytmonterad utförande. Keramiska kondensatorer kan till exempel tillverkas i olika storlekar, från den minsta (1 mm x 0,5 mm) till den största (5,7 mm x 5 mm), och med motsvarande spänningar från tiotals volt till hundratals volt.
Elektrolytkondensatorer kan också tillverkas i ytmonterade höljen. Det kan vara vanliga aluminiumelektrolytkondensatorer eller tantalkondensatorer, som ser lite ut som keramiska kondensatorer, men som skiljer sig från dem genom sin högre kapacitans och lägre förluster. De finns i både blyfri och blyfri SMD-utförande.
Tantalkondensatorer kännetecknas av lång livslängd och minimala förluster med en något lägre kapacitetsgräns, men de är också mycket dyra. De används i kretsar med högt ansvar där hög kapacitans krävs.
Relaterade artiklar:
