Elektrinis kondensatorius yra vienas iš bet kurio elektroninio prietaiso elektros grandinės elementų, kurio pagrindinė funkcija yra kaupti energiją ir grąžinti ją atgal į grandinę. Pramonė siūlo platų kondensatorių pasirinkimą, kurie skiriasi tipais, talpa, dydžiu, pritaikymu.
Kondensatorių veikimo principas ir charakteristikos
Kondensatoriaus įtaisas susideda iš dviejų metalinių plokščių-plokščių, atskirtų plonu dielektriko sluoksniu. Plokščių dydžių ir išdėstymo santykis bei dielektrinės medžiagos charakteristika lemia talpos indeksą.
Kuriant bet kokio tipo kondensatorių, siekiama gauti maksimalią talpą, pagrįstą minimaliais matmenimis, siekiant sutaupyti vietos įrenginio spausdintinėje plokštėje. Viena iš populiariausių išvaizdos formų yra statinės formos, kurios viduje metalinės plokštės yra susuktos tarp jų dielektriku.Pirmasis kondensatorius, išrastas Leideno mieste (Nyderlandai) 1745 m., buvo vadinamas „Leideno stiklainiu“.
Komponento veikimo principas yra galimybė įkrauti ir iškrauti. Įkrovimas įmanomas dėl to, kad plokštės yra nedideliu atstumu viena nuo kitos. Netoliese esantys krūviai, atskirti dielektriku, traukia vienas kitą ir lieka ant plokštelių, o pats kondensatorius taip kaupia energiją. Atjungus maitinimo šaltinį, komponentas yra paruoštas energijos grąžinimui grandinėje, iškrovimui.
Darbo našumą, kokybę ir ilgaamžiškumą lemiantys parametrai ir savybės:
- elektrinė talpa;
- specifinis pajėgumas;
- leistinas nuokrypis;
- elektrinis stiprumas;
- nuosavas induktyvumas;
- dielektrinė absorbcija;
- nuostoliai;
- stabilumas;
- patikimumas.
Galimybė kaupti įkrovą lemia kondensatoriaus talpą. Skaičiuodami talpą, turite žinoti:
- dangos plotas;
- atstumas tarp plokščių;
- dielektrinės medžiagos dielektrinė konstanta.
Norint padidinti talpą, reikia padidinti plokščių plotą, sumažinti atstumą tarp jų ir naudoti dielektriką, kurio medžiaga turi didelę dielektrinę konstantą.
Faradas (F) naudojamas talpai žymėti – matavimo vienetui, kuris gavo savo pavadinimą anglų fiziko Michaelio Faradėjaus garbei. Tačiau 1 Farad yra per didelis. Pavyzdžiui, mūsų planetos talpa yra mažesnė nei 1 faradas. Radijo elektronikoje naudojamos mažesnės reikšmės: mikrofaradas (µF, milijonoji farado dalis) ir pikofaradas (pF, milijonoji mikrofarado dalis).
Savitoji talpa apskaičiuojama pagal talpos ir dielektriko masės (tūrio) santykį.Šiam rodikliui įtakos turi geometriniai matmenys, o specifinės talpos padidėjimas pasiekiamas sumažinus dielektriko tūrį, tačiau tai padidina gedimo riziką.
Leistinas talpos paso vertės nuokrypis nuo tikrosios lemia tikslumo klasę. Pagal GOST yra 5 tikslumo klasės, kurios lemia būsimą naudojimą. Didelės atsakomybės grandinėse naudojami aukščiausios tikslumo klasės komponentai.
Dielektrinis stiprumas lemia gebėjimą išlaikyti krūvį ir išlaikyti darbines savybes. Plokštelėse likę krūviai linksta vienas į kitą, veikdami dielektriką. Elektros stiprumas yra svarbi kondensatoriaus savybė, kuri lemia jo naudojimo trukmę. Netinkamo veikimo atveju dielektrikas sugenda ir komponentas suges.
Kintamosios srovės grandinėse su induktoriais atsižvelgiama į savaiminę induktyvumą. Nuolatinės srovės grandinėse į tai neatsižvelgiama.
Dielektrinė absorbcija - įtampos atsiradimas ant plokščių greito iškrovimo metu. Į absorbcijos reiškinį atsižvelgiama siekiant saugiai eksploatuoti aukštos įtampos elektros prietaisus, nes trumpojo jungimo atveju kyla pavojus gyvybei.
Nuostoliai atsiranda dėl mažos dielektriko srovės perdavimo. Eksploatuojant elektroninių prietaisų komponentus skirtingomis temperatūros sąlygomis ir skirtingu drėgnumu, įtakos turi nuostolių kokybės faktorius. Tam įtakos turi ir veikimo dažnis. Esant žemiems dažniams, nuostoliai dielektrikoje paveikia, esant aukštiems dažniams - metalui.
Stabilumas yra kondensatoriaus parametras, kuriam įtakos turi ir aplinkos temperatūra.Jo poveikis skirstomas į grįžtamąjį, kuriam būdingas temperatūros koeficientas, ir negrįžtamąjį, kuriam būdingas temperatūros nestabilumo koeficientas.
Kondensatoriaus patikimumas pirmiausia priklauso nuo veikimo sąlygų. Gedimų analizė rodo, kad 80% atvejų gedimas yra gedimo priežastis.
Priklausomai nuo paskirties, tipo ir taikymo srities, skiriasi ir kondensatorių dydžiai. Patys mažiausi ir mažiausi, kurių dydis svyruoja nuo kelių milimetrų iki kelių centimetrų, naudojami elektronikoje, o didžiausi – pramonėje.
Tikslas
Energijos kaupimo ir išleidimo savybė lėmė platų kondensatorių naudojimą šiuolaikinėje elektronikoje. Kartu su rezistoriais ir tranzistoriais jie yra elektrotechnikos pagrindas. Nėra nei vieno modernaus įrenginio, kuriame jie nebūtų naudojami kokia nors talpa.
Jų gebėjimas įkrauti ir iškrauti, kartu su induktyvumu, turinčiu tas pačias savybes, aktyviai naudojamas radijo ir televizijos technologijose. Kondensatoriaus ir induktyvumo virpesių grandinė yra signalų perdavimo ir priėmimo pagrindas. Kondensatoriaus talpos keitimas leidžia keisti virpesių grandinės dažnį. Pavyzdžiui, radijo stotys gali siųsti savo dažniais, o radijo imtuvai gali prisijungti prie tų dažnių.
Svarbi funkcija yra kintamosios srovės bangų išlyginimas. Bet kokiam elektroniniam įrenginiui, maitinamam kintamosios srovės, reikia filtruoti elektrinius kondensatorius, kad būtų sukurta geros kokybės nuolatinė srovė.
Įkrovimo ir iškrovimo mechanizmas aktyviai naudojamas fotografijos įrangoje.Visi šiuolaikiniai fotoaparatai fotografuodami naudoja blykstę, kuri realizuojama dėl greito išsikrovimo. Šioje srityje nepelninga naudoti baterijas, kurios gali gerai kaupti energiją, bet lėtai ją išleidžia. O kondensatoriai, atvirkščiai, akimirksniu išleidžia visą sukauptą energiją, kurios užtenka ryškiai blykstei.
Galimybė generuoti didelės galios impulsus kondensatoriais naudojama radare ir lazerių kūrime.
Kondensatoriai atlieka kibirkščių gesinimo kontaktų vaidmenį telegrafijoje ir telefonijoje, taip pat telemechanikoje ir automatikoje, kur būtina perjungti labai apkrautas reles.
Ilgų elektros linijų įtampos reguliavimas atliekamas naudojant kompensacinius rezervuarus.
Šiuolaikiniai kondensatoriai dėl savo galimybių yra naudojami ne tik radijo elektronikos srityje. Jie naudojami metalo apdirbimo, kasybos, anglies pramonėje.
Pagrindinės veislės
Dėl elektroninių prietaisų pritaikymo ir veikimo sąlygų įvairovės yra daug įvairių komponentų, kurie skiriasi tipais ir charakteristikomis. Pagrindinis skirstymas yra pagal klasę ir naudojamo dielektriko tipą.
Kondensatorių tipai, suskirstyti pagal klases:
- su pastovia talpa;
- su kintamu pajėgumu;
- derinimas.
Pastovios talpos komponentai naudojami kiekviename elektroniniame įrenginyje.
Norint pakeisti grandinės talpą ir parametrus, pavyzdžiui, dažnį virpesių grandinėse, naudojami kintamos talpos kondensatoriai.Savo įrenginyje jie turi keletą metalinių kilnojamų plokščių sekcijų, kurios užtikrina jų darbo patvarumą.
Trimerių kondensatoriai naudojami vienkartiniam įrangos reguliavimui. Jie yra įvairių talpos nominalų (nuo kelių pikofaradų iki kelių šimtų pikofaradų) ir yra skirti iki 60 voltų įtampai. Nenaudojant jų neįmanoma tiksliai sureguliuoti įrangos.
Kondensatorių tipai, padalyti pagal dielektriko tipą:
- su keramikiniu dielektriku;
- su plėvelės dielektriku;
- elektrolitinis;
- jonistorius.
Keramikiniai gaminami nedidelės keraminės medžiagos plokštelės pavidalu, ant kurios užpurškiami metaliniai laidai. Tokie kondensatoriai turi skirtingas savybes ir yra naudojami tiek aukštos, tiek žemos įtampos grandinėms.
Žemos įtampos grandinėms dažniausiai naudojami daugiasluoksniai mažo dydžio komponentai epoksidinės dervos arba plastikiniuose korpusuose, kurių talpa nuo dešimčių pikofaradų iki mikrofaradų vienetų. Jie naudojami radijo elektroninės įrangos aukšto dažnio grandinėse ir gali veikti esant atšiaurioms klimato sąlygoms.
Aukštos įtampos grandinėms gaminami didesni keraminiai kondensatoriai, kurių talpa nuo dešimčių pikofaradų iki tūkstančių pikofaradų. Jie naudojami impulsinėse grandinėse ir įtampos keitimo įrangoje.
Plėvelės dielektrikas yra įvairių tipų. Labiausiai paplitęs iš jų yra lavsanas, kuris pasižymi dideliu stiprumu. Mažiau paplitęs yra polipropileno dielektrikas, kurio nuostoliai mažesni ir naudojami aukštos įtampos grandinėse, pavyzdžiui, garso stiprinimo grandinėse ir vidutinio dažnio grandinėse.
Įsijungia atskiro tipo plėveliniai kondensatoriai, kurie naudojami paleidžiant variklius ir dėl savo didelės talpos bei specialios dielektrinės medžiagos mažina elektros variklio apkrovą. Jiems būdinga aukšta darbinė įtampa ir elektrinė reaktyvioji galia.
Elektrolitiniai kondensatoriai pagaminti klasikinio dizaino. Korpusas pagamintas iš aliuminio, viduje valcuotos metalinės plokštės. Ant vienos plokštelės chemiškai nusodinamas metalo oksidas, ant antrosios – skystas arba kietas elektrolitas, suformuojant dielektriką. Dėl tokio prietaiso elektrolitiniai kondensatoriai turi didelę talpą, tačiau jų naudojimo ypatumas laikui bėgant yra jo pasikeitimas.
Skirtingai nuo keraminių ir plėvelinių kondensatorių, elektrolitiniai kondensatoriai turi poliškumą. Jie, savo ruožtu, yra suskirstyti į nepolinius, neturinčius šio trūkumo, radialinius, miniatiūrinius, ašinius. Jų taikymo sritis – tradicinė kompiuterinė ir moderni mikrokompiuterinė technologija.
Specialus tipas, kuris pasirodė palyginti neseniai, yra jonistoriai. Savo konstrukcija jie panašūs į elektrolitinius kondensatorius, tačiau išsiskiria didele talpa (iki Farado vienetų). Tačiau jų naudojimas apsiriboja maža maksimalia kelių voltų įtampa. Atminčiai kaupti naudojami superkondensatoriai: išsikrovus mobiliojo telefono ar miniatiūrinio kompiuterio baterijai, sukaupta informacija nebus negrįžtamai prarasta.
Be komponentų išvesties versijoje, kurie pasirodė seniai ir kurie buvo tradiciškai naudojami, modernūs komponentai gaminami SMD versijoje arba, kaip dar vadinama, paviršiniam montavimui. Pavyzdžiui, keramika gali būti gaminama įvairių dydžių korpusais – nuo mažiausio (1 mm x 0,5 mm) iki didžiausio (5,7 mm x 5 mm) ir atitinkama įtampa nuo dešimčių voltų iki šimtų.
Elektrolitiniai kondensatoriai taip pat gali būti gaminami paviršiaus montavimo pakuotėse. Tai gali būti standartiniai aliuminio elektrolitiniai kondensatoriai arba tai gali būti tantalo kondensatoriai, kurie šiek tiek primena keraminius, tačiau skiriasi nuo jų didesne talpa ir mažais nuostoliais. Jie gali būti ir prisegti, ir neprisegti SMD.
Tantalo kondensatorių ypatybė yra ilgas tarnavimo laikas ir minimalūs nuostoliai su šiek tiek mažesne talpos riba, tačiau tuo pat metu jie išsiskiria aukšta kaina. Jie naudojami didelės atsakomybės grandinėse, kur reikalinga didelė talpa.
Panašūs straipsniai:
