Елементна база за пројектовање електронских уређаја постаје све компликованија. Уређаји се комбинују у интегрисана кола са задатом функционалношћу и програмском контролом. Али развој се заснива на основним уређајима: кондензаторима, отпорницима, диодама и транзисторима.
Садржај
Шта је кондензатор
Уређај који складишти електричну енергију у облику електричних набоја назива се кондензатор.
Количина електричне енергије или електричног набоја у физици се мери у кулонима (Ц). Капацитет се мери у фарадима (Ф).
Усамљени проводник електричног капацитета 1 фарад је метална лопта полупречника 13 радијуса Сунца.Дакле, кондензатор укључује најмање 2 проводника, који су одвојени диелектриком. У једноставним дизајном уређаја - папир.
Рад кондензатора у колу једносмерне струје врши се при укључивању и искључивању напајања.Само у прелазним тренуцима се мења потенцијал на плочама.
Кондензатор у колу наизменичне струје се пуни фреквенцијом која је једнака фреквенцији напона напајања. Као резултат непрекидног пуњења и пражњења, струја тече кроз елемент. Већа фреквенција - уређај се пуни брже.
Отпор кола са кондензатором зависи од фреквенције струје. На нултој једносмерној фреквенцији, вредност отпора тежи бесконачности. Како се фреквенција наизменичне струје повећава, отпор се смањује.
Где се користе кондензатори?
Рад електронских, радиотехничких и електричних уређаја је немогућ без кондензатора.
У електротехници се користе за померање фаза при покретању асинхроних мотора. Без померања фазе, трофазни асинхрони мотор у променљивој једнофазној мрежи не функционише.
Кондензатори капацитета неколико фарада - јонистора, користе се у електричним возилима као извори напајања мотора.
Да бисте разумели зашто је потребан кондензатор, морате знати да 10-12% мерних уређаја ради на принципу промене електричне капацитивности када се промене параметри спољашњег окружења. Реакциони капацитет специјалних уређаја се користи за:
- регистрација слабих покрета кроз повећање или смањење растојања између плоча;
- одређивање влажности фиксирањем промена отпора диелектрика;
- мерење нивоа течности, који мења капацитет елемента када се напуни.
Тешко је замислити како су аутоматизација и релејна заштита дизајнирани без кондензатора. Неке логике заштите узимају у обзир многострукост пуњења уређаја.
Капацитивни елементи се користе у колима мобилних комуникационих уређаја, радио и телевизијске опреме. Кондензатори се користе у:
- појачавачи високих и ниских фреквенција;
- напајања;
- фреквентни филтери;
- појачала звука;
- процесори и друга микро кола.
Лако је пронаћи одговор на питање чему служи кондензатор, ако погледате електрична кола електронских уређаја.
Принцип рада кондензатора
У ДЦ колу, позитивна наелектрисања се скупљају на једној плочи, а негативна на другој. Због међусобне привлачности, честице се држе у уређају, а диелектрик између њих не дозвољава да се повеже. Што је диелектрик тањи, то су наелектрисања јача везана.
Кондензатор узима количину електричне енергије потребну за пуњење контејнера, а струја се зауставља.
Са константним напоном у колу, елемент задржава пуњење док се напајање не искључи. Затим се испушта кроз оптерећења у колу.
Наизменична струја тече кроз кондензатор на другачији начин. Прва ¼ периода осциловања је тренутак пуњења уређаја. Амплитуда струје пуњења се експоненцијално смањује, а до краја квартала пада на нулу. ЕМФ у овом тренутку достиже амплитуду.
У другом ¼ периода, ЕМФ опада и ћелија почиње да се празни. Смањење ЕМФ је у почетку мало и струје пражњења, респективно, такође. Расте према истој експоненцијалној зависности. До краја периода, ЕМФ је нула, струја је једнака вредности амплитуде.
У трећој ¼ периода осциловања, ЕМФ мења правац, пролази кроз нулу и расте.Знак пуњења на плочама је обрнут. Струја се смањује по величини и задржава правац. У овом тренутку, електрична струја води напон за 90° у фази.
У индукторима се дешава супротно: напон води струју. Ово својство је на првом месту када се бира кола која ће се користити у колу: РЦ или РЛ.
На крају циклуса, на последњој ¼ осцилацији, ЕМФ пада на нулу, а струја достиже своју вршну вредност.
"Капацитет" се празни и пуни 2 пута по периоду и води наизменичну струју.
Ово је теоријски опис процеса. Да би се разумело како елемент у колу ради директно у уређају, израчунавају се индуктивни и капацитивни отпор кола, параметри осталих учесника и узима се у обзир утицај спољашњег окружења.
Главне карактеристике и својства
Параметри кондензатора који се користе за креирање и поправку електронских уређаја укључују:
- Капацитет - Ц. Одређује количину напуњености коју уређај држи. Вредност називног капацитета је назначена на кућишту. Да би се креирале потребне вредности, елементи су укључени у коло паралелно или у серији. Оперативне вредности се не поклапају са израчунатим.
- Резонантна фреквенција - фр. Ако је фреквенција струје већа од резонантне, онда се појављују индуктивна својства елемента. Ово отежава посао. Да би се обезбедила израчуната снага у колу, разумно је користити кондензатор на фреквенцијама мањим од резонантних вредности.
- Називни напон - Ун. Да би се спречио квар елемента, радни напон је подешен мањи од номиналног напона. Параметар је назначен на кућишту кондензатора.
- Поларитет. Ако је веза неисправна, доћи ће до квара и квара.
- Отпор електричне изолације - Рд. Дефинише струју цурења уређаја. У уређајима, делови се налазе близу један другом. При великој струји цурења могуће су паразитске везе у колима. То доводи до кварова. Струја цурења деградира капацитивна својства елемента.
- Температурни коефицијент - ТКЕ. Вредност одређује како се капацитивност уређаја мења са флуктуацијама температуре околине. Параметар се користи при развоју уређаја за рад у тешким климатским условима.
- паразитски пиезоелектрични ефекат. Неки типови кондензатора, када се деформишу, стварају буку у уређајима.
Врсте и врсте кондензатора
Капацитивни елементи се класификују према врсти диелектрика који се користи у дизајну.
Папирни и метал-папирни кондензатори
Елементи се користе у колима са константним или благо пулсирајућим напоном. Једноставност дизајна резултира 10-25% мањом стабилношћу перформанси и повећаним губицима.
У папирним кондензаторима, плоче од алуминијумске фолије раздвајају папир. Склопови се увијају и стављају у кућиште у облику цилиндра или правоугаоног паралелепипеда.
Уређаји раде на температурама од -60 ... + 125 ° Ц, са називним напоном нисконапонских уређаја до 1600 В, високонапонских уређаја - изнад 1600 В и капацитетом до десетина микрофарада.
У метално-папирним уређајима, уместо фолије, танак слој метала се наноси на диелектрични папир. Ово помаже у производњи мањих елемената. Уз мање кварове, могуће је самоизлечење диелектрика. Метално-папирни елементи су инфериорни у односу на папирне елементе по отпорности изолације.
Елецтролитиц Цапациторс
Дизајн производа подсећа на папирне. Али у производњи електролитичких ћелија, папир је импрегниран оксидима метала.
У производима са електролитом без папира, оксид се наноси на металну електроду. Метални оксиди имају једнострану проводљивост, што чини уређај поларним.
У неким моделима електролитичких ћелија, плоче су направљене са жлебовима који повећавају површину електроде. Празнине у простору између плоча елиминишу се заливањем електролитом. Ово побољшава капацитивна својства производа.
Велики капацитет електролитичких уређаја - стотине микрофарада - користи се у филтерима за изглађивање таласа напона.
Алуминијум електролитички
У уређајима овог типа, анодна облога је направљена од алуминијумске фолије. Површина је обложена металним оксидом - диелектриком. Катодна облога је чврсти или течни електролит, који се бира тако да се оксидни слој на фолији обнавља током рада. Диелектрик који се самоизлечи продужава век трајања елемента.
Кондензатори овог дизајна захтевају поларитет. Када се поново укључи, поквариће кућиште.
Уређаји, унутар којих се налазе антисеквенцијски поларни склопови, користе се у 2 правца. Капацитет алуминијумских електролитичких ћелија достиже неколико хиљада микрофарада.
Тантал електролитички
Анодна електрода таквих уређаја је направљена од порозне структуре добијене загревањем праха тантала до +2000°Ц. Материјал изгледа као сунђер. Порозност повећава површину.
Користећи електрохемијску оксидацију, на аноду се наноси слој тантал пентоксида дебљине до 100 нанометара. Чврсти диелектрик је направљен од манган-диоксида.Готова структура је пресована у једињење - специјалну смолу.
Тантал производи се користе на фреквенцијама струје изнад 100 кХз. Капацитет се ствара до стотине микрофарада, при радном напону до 75 В.
Полимер
Кондензатори користе електролит направљен од чврстих полимера, што пружа низ предности:
- радни век се повећава на 50 хиљада сати;
- параметри се чувају током загревања;
- проширен је опсег дозвољених таласа струје;
- отпор плоча и извода не шантира капацитивност.
Филм
Диелектрик у овим моделима је филм од тефлона, полиестера, флуоропласта или полипропилена.
Поклопци - фолија или таложење метала на филму. Дизајн се користи за креирање вишеслојних склопова са повећаном површином.
Филмски кондензатори минијатурних величина имају капацитет од стотине микрофарада. У зависности од постављања слојева и закључака контаката, израђују се аксијални или радијални облици производа.
У неким моделима, називни напон је 2 кВ и више.
Која је разлика између поларног и неполарног
Неполарни дозвољавају укључивање кондензатора у коло без обзира на смер струје. Елементи се користе у филтерима променљивих извора напајања, високофреквентним појачавачима.
Поларни производи су повезани у складу са ознаком. Ако га укључите у супротном смеру, уређај ће покварити или неће радити нормално.
Поларни и неполарни кондензатори великих и малих капацитета разликују се по дизајну диелектрика. У електролитичким кондензаторима, ако се оксид нанесе на 1 електроду или 1 страну папира, филма, тада ће елемент бити поларни.
У кола наизменичне струје укључени су модели неполарних електролитских кондензатора, у чијим дизајнима је метални оксид симетрично депонован на обе површине диелектрика.
За поларне, на телу постоји ознака позитивне или негативне електроде.
Шта одређује капацитивност кондензатора
Главна функција и улога кондензатора у колу је да акумулира наелектрисања, а додатна је да спречи цурење.
Вредност капацитивности кондензатора је директно пропорционална диелектричној константи медија и површини плоча, а обрнуто пропорционална растојању између електрода. Постоје 2 контрадикторности:
- Да би се повећала капацитивност, електроде су потребне што дебље, шире и дуже. У овом случају, димензије уређаја се не могу повећати.
- Да би се задржали набоји и обезбедила жељена сила привлачења, растојање између плоча је минимално. У овом случају, струја пробоја се не може смањити.
Да би решили конфликте, програмери користе:
- вишеслојне конструкције пара диелектрика и електроде;
- порозне анодне структуре;
- замена папира оксидима и електролитима;
- паралелно повезивање елемената;
- попуњавање слободног простора супстанцама са повећаном диелектричном константом.
Кондензатори су сваким новим изумом све мањи и бољи.
Слични чланци:
