Un condensator electric este unul dintre elementele circuitului electric al oricărui dispozitiv electronic, a cărui funcție principală este de a stoca energie și apoi de a o returna înapoi în circuit. Industria oferă o mare varietate de condensatoare, care diferă în tipuri, capacități, dimensiuni, aplicații.
Principiul de funcționare și caracteristicile condensatoarelor
Dispozitivul condensatorului este format din două plăci-plăci metalice separate printr-un strat subțire de dielectric. Raportul dintre dimensiunile și dispunerea plăcilor și caracteristica materialului dielectric determină indicele de capacitate.
Dezvoltarea designului oricărui tip de condensator are ca scop obținerea capacității maxime pe baza dimensiunilor minime pentru a economisi spațiu pe placa de circuit imprimat a dispozitivului. Una dintre cele mai populare forme în aparență este sub forma unui butoi, în interiorul căruia plăcile metalice sunt răsucite cu un dielectric între ele.Primul condensator, inventat în orașul Leiden (Olanda) în 1745, a fost numit „borcanul Leiden”.
Principiul de funcționare al componentei este capacitatea de a încărca și descărca. Încărcarea este posibilă datorită prezenței plăcilor la o distanță mică unele de altele. Sarcinile din apropiere, separate de un dielectric, sunt atrase unele de altele și rămân pe plăci, iar condensatorul însuși stochează astfel energie. După deconectarea sursei de alimentare, componenta este pregătită pentru întoarcerea energiei în circuit, descărcare.
Parametri și proprietăți care determină performanța, calitatea și durabilitatea muncii:
- capacitatea electrică;
- capacitate specifică;
- abaterea admisibilă;
- rezistența electrică;
- inductanță proprie;
- absorbție dielectrică;
- pierderi;
- stabilitate;
- fiabilitate.
Capacitatea de a stoca sarcina determină capacitatea unui condensator. Când calculați capacitatea, trebuie să știți:
- zona de acoperire;
- distanța dintre plăci;
- constanta dielectrică a materialului dielectric.
Pentru a crește capacitatea, este necesar să creșteți aria plăcilor, să reduceți distanța dintre ele și să utilizați un dielectric al cărui material are o constantă dielectrică ridicată.
Farad (F) este folosit pentru a desemna capacitatea - o unitate de măsură care și-a primit numele în onoarea fizicianului englez Michael Faraday. Cu toate acestea, 1 Farad este prea mare. De exemplu, capacitatea planetei noastre este mai mică de 1 farad. În electronica radio, se folosesc valori mai mici: microfarad (µF, o milionime dintr-un farad) și picofarad (pF, o milionime dintr-un microfarad).
Capacitatea specifică este calculată din raportul dintre capacitatea și masa (volumul) dielectricului.Acest indicator este influențat de dimensiunile geometrice, iar o creștere a capacității specifice se realizează prin reducerea volumului dielectricului, dar acest lucru crește riscul de defecțiune.
Abaterea admisibilă a valorii pașaportului a capacității de la cea reală determină clasa de precizie. Potrivit GOST, există 5 clase de precizie care determină utilizarea viitoare. Componentele din cea mai înaltă clasă de precizie sunt utilizate în circuitele de înaltă responsabilitate.
Rigiditatea dielectrică determină capacitatea de a menține o sarcină și de a menține proprietățile de lucru. Sarcinile rămase pe plăci tind între ele, acționând asupra dielectricului. Rezistența electrică este o proprietate importantă a unui condensator, care determină durata de utilizare a acestuia. În cazul unei funcționări necorespunzătoare, va avea loc o defecțiune a dielectricului și componenta se va defecta.
Autoinductanța este luată în considerare în circuitele de curent alternativ cu inductori. Pentru circuitele DC, nu se ia în considerare.
Absorbție dielectrică - apariția tensiunii pe plăci în timpul descărcării rapide. Fenomenul de absorbție este luat în considerare pentru funcționarea în siguranță a dispozitivelor electrice de înaltă tensiune, deoarece în cazul unui scurtcircuit, există pericol de viață.
Pierderile se datorează transmisiei de curent scăzut a dielectricului. Atunci când se operează componente ale dispozitivelor electronice în condiții diferite de temperatură și umiditate diferită, factorul de calitate al pierderilor are o influență. Este afectată și de frecvența de funcționare. La frecvențe joase, pierderile în dielectric afectează, la frecvențe înalte - în metal.
Stabilitatea este un parametru al condensatorului care este afectat și de temperatura mediului ambiant.Efectele sale sunt împărțite în reversibile, caracterizate printr-un coeficient de temperatură, și ireversibile, caracterizate printr-un coeficient de instabilitate a temperaturii.
Fiabilitatea condensatorului depinde în primul rând de condițiile de funcționare. Analiza defecțiunilor sugerează că în 80% din cazuri defecțiunea este cauza eșecului.
În funcție de scop, tip și domeniul de aplicare, dimensiunile condensatoarelor diferă și ele. Cele mai mici și mai mici, variind ca dimensiune de la câțiva milimetri până la câțiva centimetri, sunt folosite în electronică, în timp ce cele mai mari sunt folosite în industrie.
Scop
Proprietatea de stocare și eliberare a energiei a determinat utilizarea pe scară largă a condensatoarelor în electronica modernă. Alături de rezistențele și tranzistoarele, ele stau la baza ingineriei electrice. Nu există un singur dispozitiv modern în care să nu fie utilizate într-o anumită capacitate.
Capacitatea lor de a încărca și descărca, împreună cu o inductanță având aceleași proprietăți, este utilizată activ în tehnologia radio și televiziune. Un circuit oscilator al unui condensator și inductanță este baza pentru transmiterea și recepția semnalelor. Schimbarea capacității condensatorului vă permite să schimbați frecvența circuitului oscilator. De exemplu, posturile de radio pot transmite pe propriile frecvențe, iar radiourile se pot conecta la acele frecvențe.
O funcție importantă este netezirea ondulațiilor AC. Orice dispozitiv electronic alimentat cu curent alternativ are nevoie de condensatori electrici de filtrare pentru a produce DC de bună calitate.
Mecanismul de încărcare și descărcare este utilizat în mod activ în echipamentele fotografice.Toate camerele moderne folosesc un bliț pentru fotografiere, care se realizează datorită proprietății de descărcare rapidă. În acest domeniu, nu este rentabil să folosești baterii care pot stoca bine energia, dar o eliberează încet. Și condensatoarele, dimpotrivă, eliberează instantaneu toată energia stocată, care este suficientă pentru un bliț strălucitor.
Capacitatea de a genera impulsuri de mare putere de către condensatori este utilizată în radare și în crearea laserelor.
Condensatorii îndeplinesc rolul de contacte de stingere a scânteilor în telegrafie și telefonie, precum și în telemecanică și automatizare, unde este necesară comutarea releelor cu încărcare mare.
Reglarea tensiunii liniilor electrice lungi se realizează prin utilizarea rezervoarelor de compensare.
Condensatorii moderni, datorită capacităților lor, sunt utilizați nu numai în domeniul electronicii radio. Sunt utilizate în prelucrarea metalelor, minerit, industria cărbunelui.
Principalele soiuri
Datorită varietății de aplicații și condiții de funcționare ale dispozitivelor electronice, există o mare varietate de componente care diferă ca tipuri și caracteristici. Diviziunea principală este pe clasă și după tipul de dielectric utilizat.
Tipuri de condensatoare, împărțite pe clasă:
- cu capacitate constantă;
- cu capacitate variabila;
- acordarea.
Componentele de capacitate constantă sunt utilizate în fiecare dispozitiv electronic.
Pentru a modifica capacitatea și parametrii circuitului, de exemplu, frecvența în circuitele oscilatoare, se folosesc condensatoare cu capacitate variabilă.În dispozitivul lor, au mai multe secțiuni de plăci metalice mobile, ceea ce asigură durabilitatea muncii lor.
Condensatorii trimmer sunt utilizați pentru reglarea unică a echipamentului. Sunt disponibile în diferite capacități nominale (de la câțiva picofarad la câteva sute de picofarad) și sunt evaluate pentru tensiuni de până la 60 de volți. Fără utilizarea lor, este imposibil să reglați fin echipamentul.
Tipuri de condensatoare, împărțite la tipul de dielectric:
- cu dielectric ceramic;
- cu film dielectric;
- electrolitic;
- ionistori.
Cele ceramice sunt realizate sub forma unei plăci mici din material ceramic, pe care sunt pulverizate fire metalice. Astfel de condensatori au proprietăți diferite și sunt utilizați atât pentru circuite de înaltă tensiune, cât și pentru circuite de joasă tensiune.
Pentru circuitele de joasă tensiune, sunt utilizate cel mai des componente multistrat de dimensiuni mici din rășină epoxidică sau carcase din plastic cu o capacitate de la zeci de picofaradi la unități de microfaradi. Sunt utilizate în circuitele de înaltă frecvență ale echipamentelor radio-electronice și pot funcționa în condiții climatice severe.
Pentru circuitele de înaltă tensiune, condensatoarele ceramice mai mari sunt fabricate cu capacități de la zeci de picofarad la mii de picofarad. Sunt utilizate în circuitele de impuls și echipamentele de conversie a tensiunii.
Dielectricul filmului este de diferite tipuri. Cel mai comun dintre ele este lavsanul, care are o rezistență ridicată. Mai puțin obișnuit este dielectricul din polipropilenă, care are pierderi mai mici și este utilizat în circuitele de înaltă tensiune, cum ar fi circuitele de amplificare a sunetului și circuitele de frecvență medie.
Se pornește un tip separat de condensatoare cu film, care sunt utilizate în momentul pornirii motoarelor și, datorită capacității lor mari și materialului dielectric special, reduc sarcina motorului electric. Ele se caracterizează prin tensiune mare de funcționare și putere reactivă electrică.
Condensatoarele electrolitice sunt realizate într-un design clasic. Corpul este din aluminiu, in interior sunt placi metalice laminate. Oxidul metalic este depus chimic pe o placă, iar un electrolit lichid sau solid este depus pe a doua, formând un dielectric. Datorită unui astfel de dispozitiv, condensatoarele electrolitice au o capacitate mare, dar particularitatea utilizării lor în timp este schimbarea acesteia.
Spre deosebire de condensatoarele ceramice și de film, condensatoarele electrolitice au polaritate. Ele, la rândul lor, sunt împărțite în nepolare, lipsite de acest dezavantaj, radiale, miniaturale, axiale. Domeniul de aplicare al acestora este computerul tradițional și tehnologia modernă de microcomputer.
Un tip special care a apărut relativ recent sunt ionistorii. În designul lor, sunt similare cu condensatoarele electrolitice, dar se disting printr-o capacitate mare (până la unități Farad). Cu toate acestea, utilizarea lor este limitată la o tensiune maximă mică de câțiva volți. Supercondensatorii sunt folosiți pentru stocarea memoriei: dacă bateria unui telefon mobil sau computer miniatural se epuizează, informațiile stocate nu se vor pierde iremediabil.
Pe lângă componentele din versiunea de ieșire, care au apărut cu mult timp în urmă și care au fost folosite în mod tradițional, sunt produse componente moderne în versiunea SMD, sau, așa cum se mai spune, pentru montaj la suprafață. De exemplu, ceramica poate fi produsă în diferite dimensiuni de carcase, de la cea mai mică (1 mm pe 0,5 mm) la cea mai mare (5,7 mm pe 5 mm), și cu tensiuni corespunzătoare de la zeci de volți la sute.
Condensatoarele electrolitice pot fi produse și în pachete de montare la suprafață. Acestea pot fi condensatoare electrolitice standard din aluminiu sau pot fi condensatoare cu tantal, care seamănă puțin cu cele ceramice, dar se deosebesc de ele prin capacitate mai mare și pierderi reduse. Ele pot fi atât SMD fixate, cât și fără fixare.
O caracteristică a condensatoarelor cu tantal este o durată lungă de viață și pierderi minime cu o limită de capacitate puțin mai mică, dar în același timp se disting printr-un preț ridicat. Ele sunt utilizate în circuite de mare responsabilitate unde este necesară o capacitate mare.
Articole similare:
