Какво е кондензатор, къде се използва и защо е необходим

Електрическият кондензатор е един от елементите на електрическата верига на всяко електронно устройство, чиято основна функция е да съхранява енергия и след това да я връща обратно във веригата. Индустрията предлага голямо разнообразие от кондензатори, различаващи се по видове, капацитети, размери, приложения.

Принципът на действие и характеристиките на кондензаторите

Устройството на кондензатора се състои от две метални пластини-плочи, разделени от тънък слой диелектрик. Съотношението на размерите и разположението на плочите и характеристиката на диелектричния материал определя индекса на капацитета.

Проектирането на всеки тип кондензатор е насочено към получаване на максимален капацитет въз основа на минималните размери, за да се спести място на печатната платка на устройството. Една от най-популярните форми на външен вид е под формата на цев, вътре в която са усукани метални пластини с диелектрик между тях.Първият кондензатор, изобретен в град Лайден (Холандия) през 1745 г., се нарича "Лайденски буркан".

Принципът на действие на компонента е способността да се зарежда и разрежда. Зареждането е възможно поради наличието на плочите на малко разстояние една от друга. Близките заряди, разделени от диелектрик, се привличат един към друг и се задържат върху плочите, а самият кондензатор по този начин съхранява енергия. След изключване на източника на захранване компонентът е готов за връщане на енергия във веригата, разреждане.

Параметри и свойства, които определят производителността, качеството и дълготрайността на работата:

• електрически капацитет;
• специфичен капацитет;
• допустимо отклонение;
• електрическа якост;
• собствена индуктивност;
• диелектрична абсорбция;
• загуби;
• стабилност;
• надеждност.

Способността да се съхранява заряд определя капацитета на кондензатора. Когато изчислявате капацитета, трябва да знаете:

• покривна площ;
• разстояние между плочите;
• диелектрична константа на диелектричния материал.

За да се увеличи капацитетът, е необходимо да се увеличи площта на плочите, да се намали разстоянието между тях и да се използва диелектрик, чийто материал има висока диелектрична константа.

Фарад (F) се използва за обозначаване на капацитет - мерна единица, която получи името си в чест на английския физик Майкъл Фарадей. Въпреки това, 1 Farad е твърде голям. Например капацитетът на нашата планета е по-малък от 1 фарад. В радиоелектрониката се използват по-малки стойности: микрофарад (µF, милионна част от фарада) и пикофарад (pF, милионна част от микрофарада).

Специфичният капацитет се изчислява от съотношението на капацитета към масата (обема) на диелектрика.Този индикатор се влияе от геометричните размери, а увеличаването на специфичния капацитет се постига чрез намаляване на обема на диелектрика, но това увеличава риска от повреда.

Допустимото отклонение на паспортната стойност на капацитета от действителната определя класа на точност. Според GOST има 5 класа на точност, които определят бъдещата употреба. Компоненти от най-висок клас на точност се използват във вериги с висока отговорност.

Диелектричната якост определя способността да се задържа заряд и да се поддържат работни свойства. Останалите върху плочите заряди се стремят един към друг, действайки върху диелектрика. Електрическата якост е важно свойство на кондензатора, което определя продължителността на неговото използване. В случай на неправилна работа ще настъпи пробив на диелектрика и компонентът ще се повреди.

Самоиндуктивността се взема предвид в AC вериги с индуктивности. За DC вериги не се взема предвид.

Диелектрична абсорбция - появата на напрежение върху плочите при бързо разреждане. Феноменът на абсорбция се взема предвид за безопасната работа на електрически устройства с високо напрежение, т.к. в случай на късо съединение има опасност за живота.

Загубите се дължат на ниското предаване на диелектрика. При работа на компоненти на електронни устройства при различни температурни условия и различна влажност влияе качественият фактор на загубите. Влияе се и от работната честота. При ниски честоти се отразяват загубите в диелектрика, при високи честоти - в метала.

Стабилността е параметър на кондензатора, който също се влияе от температурата на околната среда.Неговите ефекти се разделят на обратими, характеризиращи се с температурен коефициент, и необратими, характеризиращи се с коефициент на температурна нестабилност.

Надеждността на кондензатора зависи преди всичко от условията на работа. Анализът на повредите показва, че в 80% от случаите повредата е причина за повреда.

В зависимост от предназначението, вида и областта на приложение, размерите на кондензаторите също се различават. Най-малките и най-малките, с размери от няколко милиметра до няколко сантиметра, се използват в електрониката, докато най-големите се използват в промишлеността.

Предназначение

Свойството да съхранява и освобождава енергия е предопределило широкото използване на кондензатори в съвременната електроника. Заедно с резисторите и транзисторите, те са в основата на електротехниката. Няма нито едно съвременно устройство, където те да не се използват в някакъв капацитет.

Способността им да се зареждат и разреждат, заедно с индуктивност със същите свойства, се използва активно в радио и телевизионни технологии. Осцилаторна верига от кондензатор и индуктивност е основата за предаване и приемане на сигнали. Промяната на капацитета на кондензатора ви позволява да промените честотата на осцилаторната верига. Например, радиостанциите могат да предават на собствените си честоти, а радиостанциите могат да се свързват с тези честоти.

Важна функция е изглаждането на AC вълните. Всяко електронно устройство, захранвано от променлив ток, се нуждае от филтриращи електрически кондензатори, за да произвежда постоянен ток с добро качество.

Механизмът на зареждане и разреждане се използва активно във фотографската техника.Всички съвременни фотоапарати използват светкавица за снимане, което се реализира благодарение на свойството за бързо разреждане. В тази област е нерентабилно да се използват батерии, които могат да съхраняват добре енергията, но бавно да я освобождават. А кондензаторите, напротив, незабавно освобождават цялата натрупана енергия, която е достатъчна за ярка светкавица.

Възможността за генериране на импулси с висока мощност от кондензатори се използва в радарите и създаването на лазери.

Кондензаторите изпълняват ролята на искрогасителни контакти в телеграфията и телефонията, както и в телемеханиката и автоматиката, където е необходимо превключване на силно натоварени релета.

Регулирането на напрежението на дълги електропроводи се извършва чрез използване на компенсационни резервоари.

Съвременните кондензатори, поради своите възможности, се използват не само в областта на радиоелектрониката. Използват се в металообработването, минното дело, въгледобивната промишленост.

Основни сортове

Поради разнообразието от приложения и условия на работа на електронните устройства, има голямо разнообразие от компоненти, които се различават по видове и характеристики. Основното разделение е по клас и по вид на използвания диелектрик.

Видове кондензатори, разделени по клас:

• с постоянен капацитет;
• с променлив капацитет;
• настройка.

Компонентите с постоянен капацитет се използват във всяко електронно устройство.

За промяна на капацитета и параметрите на веригата, например честотата в осцилаторните вериги, се използват кондензатори с променлив капацитет.В устройството си те имат няколко секции от метални подвижни пластини, което гарантира издръжливостта на тяхната работа.

Тримерните кондензатори се използват за еднократна настройка на оборудването. Предлагат се в различни номинали на капацитет (от няколко пикофарада до няколкостотин пикофарада) и са оценени за напрежения до 60 волта. Без тяхното използване е невъзможно фината настройка на оборудването.

Видове кондензатори, разделени по вида на диелектрика:

• с керамичен диелектрик;
• с филмов диелектрик;
• електролитен;
• йонистори.

Керамичните се изработват под формата на малка пластина от керамичен материал, върху която се напръскват метални проводници. Такива кондензатори имат различни свойства и се използват както за високоволтови, така и за нисковолтови вериги.

За вериги с ниско напрежение най-често се използват многослойни малки по размер компоненти в епоксидна смола или пластмасови кутии с капацитет от десетки пикофаради до единици микрофаради. Използват се във високочестотни вериги на радиоелектронно оборудване и могат да работят при тежки климатични условия.

За високоволтови вериги се правят по-големи керамични кондензатори с капацитет от десетки пикофарада до хиляди пикофарада. Използват се в импулсни вериги и оборудване за преобразуване на напрежение.

Филмовият диелектрик е от различни видове. Най-често срещаният от тях е лавсан, който има висока якост. По-рядко срещан е полипропиленовият диелектрик, който има по-ниски загуби и се използва във вериги с високо напрежение, като вериги за усилване на звука и вериги със средна честота.

Стартират се отделен тип филмови кондензатори, които се използват в момента на стартиране на двигателите и поради високия си капацитет и специалния диелектричен материал намаляват натоварването на електродвигателя. Те се характеризират с високо работно напрежение и електрическа реактивна мощност.

Електролитните кондензатори са направени в класически дизайн. Корпусът е изработен от алуминий, вътре са валцувани метални пластини. Металният оксид се отлага химически върху едната плоча, а течен или твърд електролит се отлага върху втората, образувайки диелектрик. Благодарение на такова устройство електролитните кондензатори имат голям капацитет, но особеността на тяхното използване във времето е неговата промяна.

За разлика от керамичните и филмовите кондензатори, електролитните кондензатори имат полярност. Те от своя страна са разделени на неполярни, лишени от този недостатък, радиални, миниатюрни, аксиални. Обхватът на тяхното приложение е традиционната компютърна и модерна микрокомпютърна технология.

Специален тип, който се появи сравнително наскоро, са йонисторите. По своя дизайн те са подобни на електролитните кондензатори, но се отличават с голям капацитет (до единици Фарад). Използването им обаче е ограничено до малко максимално напрежение от няколко волта. Суперкондензаторите се използват за съхраняване на паметта: ако батерията на мобилен телефон или миниатюрен компютър се изтощи, съхранената информация няма да бъде безвъзвратно загубена.

В допълнение към компонентите в изходната версия, които се появиха отдавна и които се използват традиционно, съвременните компоненти се произвеждат във версията SMD или, както още се нарича, за повърхностен монтаж. Например, керамика може да се произвежда в различни размери на кутии, от най-малките (1 мм на 0,5 мм) до най-големите (5,7 мм на 5 мм) и със съответните напрежения от десетки волта до стотици.

Електролитните кондензатори могат да се произвеждат и в пакети за повърхностен монтаж. Това могат да бъдат стандартни алуминиеви електролитни кондензатори, или могат да бъдат танталови кондензатори, които малко приличат на керамични, но се различават от тях с по-висок капацитет и ниски загуби. Те могат да бъдат както закрепени, така и не-закрепени SMD.

Характеристика на танталовите кондензатори е дълъг живот и минимални загуби с малко по-ниска граница на капацитета, но в същото време те се отличават с висока цена. Използват се във вериги с висока отговорност, където се изисква висок капацитет.

Подобни статии: