Elektriskais kondensators ir viens no jebkuras elektroniskas ierīces elektriskās ķēdes elementiem, kura galvenā funkcija ir uzkrāt enerģiju un pēc tam atgriezt to atpakaļ ķēdē. Nozare piedāvā plašu kondensatoru klāstu, kas atšķiras pēc veidiem, jaudas, izmēriem, pielietojuma.
Kondensatoru darbības princips un raksturlielumi
Kondensatora ierīce sastāv no divām metāla plāksnēm-plāksnēm, kuras atdala plāns dielektriķa slānis. Plākšņu izmēru un izvietojuma attiecība un dielektriskā materiāla raksturlielums nosaka kapacitātes indeksu.
Jebkura veida kondensatora dizaina izstrādes mērķis ir iegūt maksimālo kapacitāti, pamatojoties uz minimālajiem izmēriem, lai ietaupītu vietu uz ierīces iespiedshēmas plates. Viena no populārākajām formām pēc izskata ir mucas forma, kuras iekšpusē metāla plāksnes ir savītas ar dielektriķi starp tām.Pirmo kondensatoru, kas tika izgudrots Leidenes pilsētā (Nīderlande) 1745. gadā, sauca par "Leidenas burku".
Sastāvdaļas darbības princips ir iespēja uzlādēt un izlādēt. Uzlāde ir iespējama, jo plāksnes atrodas nelielā attālumā viena no otras. Tuvumā esošie lādiņi, kas atdalīti ar dielektriķi, tiek piesaistīti viens otram un paliek uz plāksnēm, un pats kondensators tādējādi uzglabā enerģiju. Pēc strāvas avota atvienošanas komponents ir gatavs enerģijas atgriešanai ķēdē, izlādei.
Parametri un īpašības, kas nosaka darba veiktspēju, kvalitāti un izturību:
- elektriskā jauda;
- specifiskā jauda;
- pieļaujamā novirze;
- elektriskā izturība;
- paša induktivitāte;
- dielektriskā absorbcija;
- zaudējumiem;
- stabilitāte;
- uzticamība.
Spēja uzglabāt lādiņu nosaka kondensatora kapacitāti. Aprēķinot jaudu, jums jāzina:
- pārklājuma laukums;
- attālums starp plāksnēm;
- dielektriskā materiāla dielektriskā konstante.
Lai palielinātu kapacitāti, ir jāpalielina plākšņu laukums, jāsamazina attālums starp tām un jāizmanto dielektrisks, kura materiālam ir augsta dielektriskā konstante.
Farads (F) tiek izmantots, lai apzīmētu kapacitāti - mērvienību, kas savu nosaukumu ieguvusi par godu angļu fiziķim Maiklam Faradejam. Tomēr 1 Farad ir pārāk liels. Piemēram, mūsu planētas jauda ir mazāka par 1 faradu. Radioelektronikā tiek izmantotas mazākas vērtības: mikrofarāde (µF, miljonā daļa no farādes) un pikofarāde (pF, miljonā daļa no mikrofarādes).
Īpatnējo kapacitāti aprēķina no kapacitātes attiecības pret dielektriķa masu (tilpumu).Šo rādītāju ietekmē ģeometriskie izmēri, un īpatnējās kapacitātes pieaugums tiek panākts, samazinot dielektriķa tilpumu, taču tas palielina bojājumu risku.
Jaudas pases vērtības pieļaujamā novirze no faktiskās nosaka precizitātes klasi. Saskaņā ar GOST ir 5 precizitātes klases, kas nosaka turpmāko izmantošanu. Augstākās precizitātes klases komponenti tiek izmantoti augstas atbildības ķēdēs.
Dielektriskā izturība nosaka spēju noturēt lādiņu un saglabāt darba īpašības. Uz plāksnēm palikušie lādiņi tiecas viens pret otru, iedarbojoties uz dielektriķi. Elektriskā izturība ir svarīga kondensatora īpašība, kas nosaka tā lietošanas ilgumu. Nepareizas darbības gadījumā radīsies dielektriķa sabrukums un komponents neizdosies.
Pašinduktivitāte tiek ņemta vērā maiņstrāvas ķēdēs ar induktoriem. Līdzstrāvas ķēdēm tas netiek ņemts vērā.
Dielektriskā absorbcija - sprieguma parādīšanās uz plāksnēm ātras izlādes laikā. Absorbcijas parādība tiek ņemta vērā augstsprieguma elektrisko ierīču drošai darbībai, kopš īssavienojuma gadījumā pastāv briesmas dzīvībai.
Zudumi rodas dielektriķa zemās strāvas pārvades dēļ. Darbinot elektronisko ierīču komponentus dažādos temperatūras apstākļos un atšķirīgos mitruma apstākļos, ietekmē zudumu kvalitātes faktors. To ietekmē arī darbības frekvence. Zemās frekvencēs ietekmē zudumi dielektrikā, augstās frekvencēs - metālā.
Stabilitāte ir kondensatora parametrs, ko ietekmē arī apkārtējās vides temperatūra.Tās sekas ir sadalītas atgriezeniskajos, ko raksturo temperatūras koeficients, un neatgriezeniskā, ko raksturo temperatūras nestabilitātes koeficients.
Kondensatora uzticamība galvenokārt ir atkarīga no darbības apstākļiem. Bojājumu analīze liecina, ka 80% gadījumu kļūmes cēlonis ir avārija.
Atkarībā no mērķa, veida un pielietojuma jomas atšķiras arī kondensatoru izmēri. Vismazākie un mazākie, kuru izmēri svārstās no dažiem milimetriem līdz vairākiem centimetriem, tiek izmantoti elektronikā, bet lielākie – rūpniecībā.
Mērķis
Enerģijas uzglabāšanas un izlaišanas īpašums ir noteicis kondensatoru plašo izmantošanu mūsdienu elektronikā. Kopā ar rezistoriem un tranzistoriem tie ir elektrotehnikas pamats. Nav nevienas modernas ierīces, kur tās kaut kādā jaudā netiktu izmantotas.
To spēju uzlādēt un izlādēt kopā ar induktivitāti ar tādām pašām īpašībām aktīvi izmanto radio un televīzijas tehnoloģijās. Kondensatora un induktivitātes svārstību ķēde ir signālu pārraidīšanas un uztveršanas pamats. Kondensatora kapacitātes maiņa ļauj mainīt svārstību ķēdes frekvenci. Piemēram, radiostacijas var pārraidīt savās frekvencēs, un radio var izveidot savienojumu ar šīm frekvencēm.
Svarīga funkcija ir maiņstrāvas viļņu izlīdzināšana. Jebkurai elektroniskai ierīcei, ko darbina maiņstrāva, ir nepieciešami filtrējoši elektriskie kondensatori, lai ražotu labas kvalitātes līdzstrāvu.
Uzlādes un izlādes mehānisms tiek aktīvi izmantots fotoiekārtās.Visas mūsdienu kameras fotografēšanai izmanto zibspuldzi, kas tiek realizēta, pateicoties ātras izlādes īpašībai. Šajā jomā ir neizdevīgi izmantot akumulatorus, kas var labi uzglabāt enerģiju, bet lēnām to atbrīvo. Un kondensatori, gluži pretēji, uzreiz atbrīvo visu uzkrāto enerģiju, kas ir pietiekami spilgtai zibspuldzei.
Spēja ģenerēt lieljaudas impulsus ar kondensatoriem tiek izmantota radaros un lāzeru izveidē.
Kondensatori pilda dzirksteļu dzēšanas kontaktu lomu telegrāfijā un telefonijā, kā arī telemehānikā un automatikā, kur nepieciešama ļoti noslogotu releju pārslēgšana.
Garo elektropārvades līniju sprieguma regulēšana tiek veikta, izmantojot kompensācijas tvertnes.
Mūsdienu kondensatori, pateicoties savām iespējām, tiek izmantoti ne tikai radioelektronikas jomā. Tos izmanto metālapstrādē, kalnrūpniecībā, ogļu rūpniecībā.
Galvenās šķirnes
Ņemot vērā elektronisko ierīču pielietojumu un darbības apstākļu dažādību, ir daudz dažādu komponentu, kas atšķiras pēc veidiem un īpašībām. Galvenais iedalījums ir pēc klases un izmantotā dielektriķa veida.
Kondensatoru veidi, sadalīti pa klasēm:
- ar nemainīgu jaudu;
- ar mainīgu jaudu;
- skaņošana.
Konstantas kapacitātes komponenti tiek izmantoti katrā elektroniskajā ierīcē.
Lai mainītu ķēdes kapacitāti un parametrus, piemēram, frekvenci svārstību ķēdēs, tiek izmantoti kondensatori ar mainīgu kapacitāti.Savā ierīcē tiem ir vairākas metāla kustīgu plākšņu sekcijas, kas nodrošina to darba izturību.
Trimmera kondensatori tiek izmantoti vienreizējai aprīkojuma regulēšanai. Tie ir pieejami dažādos kapacitātes reitingos (no dažiem pikofaradiem līdz vairākiem simtiem pikofaradu), un tie ir paredzēti spriegumam līdz 60 voltiem. Bez to izmantošanas nav iespējams precīzi noregulēt aprīkojumu.
Kondensatoru veidi, dalīti pēc dielektriskā tipa:
- ar keramikas dielektriķi;
- ar plēves dielektriķi;
- elektrolītisks;
- jonistori.
Keramikas tiek izgatavotas nelielas keramikas materiāla plāksnītes veidā, uz kurām tiek uzsmidzināti metāla vadi. Šādiem kondensatoriem ir dažādas īpašības, un tos izmanto gan augstsprieguma, gan zemsprieguma ķēdēs.
Zemsprieguma ķēdēm visbiežāk izmanto daudzslāņu maza izmēra komponentus epoksīdsveķu vai plastmasas korpusos ar ietilpību no desmitiem pikofaradu līdz mikrofaradu vienībām. Tos izmanto radioelektronisko iekārtu augstfrekvences shēmās un var darboties smagos klimatiskajos apstākļos.
Augstsprieguma shēmām tiek izgatavoti 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 no tiem ir lavsan, kam ir augsta izturība. Mazāk izplatīts ir polipropilēna dielektriķis, kuram ir mazāki zudumi un ko izmanto augstsprieguma ķēdēs, piemēram, skaņas pastiprināšanas ķēdēs un vidējas frekvences ķēdēs.
Tiek iedarbināts atsevišķs plēves kondensatoru veids, kas tiek izmantots dzinēju iedarbināšanas brīdī un to lielās kapacitātes un īpašā dielektriskā materiāla dēļ samazina elektromotora slodzi. Tiem raksturīgs augsts darba spriegums un elektriskā reaktīvā jauda.
Elektrolītiskie kondensatori ir izgatavoti klasiskā dizainā. Korpuss izgatavots no alumīnija, iekšpusē ir velmētas metāla plāksnes. Metāla oksīds tiek ķīmiski nogulsnēts uz vienas plāksnes, bet šķidrs vai ciets elektrolīts tiek nogulsnēts uz otras, veidojot dielektrisku. Pateicoties šādai ierīcei, elektrolītiskajiem kondensatoriem ir liela jauda, taču to izmantošanas īpatnība laika gaitā ir tās maiņa.
Atšķirībā no keramikas un plēves kondensatoriem, elektrolītiskajiem kondensatoriem ir polaritāte. Tie, savukārt, ir sadalīti nepolāros, kuriem nav šī trūkuma, radiālos, miniatūros, aksiālos. To pielietojuma joma ir tradicionālā datortehnika un modernā mikrodatoru tehnoloģija.
Īpašs veids, kas parādījās salīdzinoši nesen, ir jonistori. Pēc konstrukcijas tie ir līdzīgi elektrolītiskajiem kondensatoriem, taču tie atšķiras ar lielu ietilpību (līdz Farad vienībām). Tomēr to izmantošana ir ierobežota līdz nelielam, dažu voltu maksimālajam spriegumam. Atmiņas saglabāšanai tiek izmantoti superkondensatori: ja mobilajā telefonā vai miniatūrā datorā izlādēsies akumulators, saglabātā informācija netiks neatgriezeniski zaudēta.
Papildus komponentiem izejas versijā, kas parādījās jau sen un kas tika tradicionāli lietoti, mūsdienu komponenti tiek ražoti SMD versijā vai, kā to sauc arī, virsmas montāžai. Piemēram, keramiku var ražot dažāda izmēra korpusos, no mazākajiem (1 mm x 0,5 mm) līdz lielākajam (5,7 mm x 5 mm) un ar atbilstošu spriegumu no desmitiem voltu līdz simtiem.
Elektrolītiskos kondensatorus var ražot arī virsmas montāžas iepakojumos. Tie var būt standarta alumīnija elektrolītiskie kondensatori, vai arī tie var būt tantala kondensatori, kas pēc izskata nedaudz atgādina keramikas, bet atšķiras no tiem ar lielāku kapacitāti un zemiem zudumiem. Tie var būt gan piesprausti, gan nepiesprausti SMD.
Tantala kondensatoru iezīme ir ilgs kalpošanas laiks un minimāli zudumi ar nedaudz zemāku kapacitātes robežu, taču tajā pašā laikā tie izceļas ar augstu cenu. Tos izmanto augstas atbildības ķēdēs, kur nepieciešama liela kapacitāte.
Līdzīgi raksti:
