Detalizēti pamati par kondensatoriem

1.Definīcija

Kondensators ir elektriska sastāvdaļa, ko izmanto, lai uzglabātu un atbrīvotu enerģiju elektriskajā laukā. Kad spriegums tiek pielikts pāri tā spailēm, starp vadītājiem (plāksnēm) tiek izveidots elektriskais lauks, kas ļauj kondensatoram uzkrāt enerģiju.

 

Kapacitātes mērvienība ir farads (F). Praktiskajos lietojumos biežāk tiek izmantotas mazākas vienības, piemēram, mikrofarādes (μF), nanofarādes (nF) un pikofarādes (pF).

 

2.Darba princips

Kondensators sastāv no divām vadošām plāksnēm, kuras atdala izolācijas materiāls, ko sauc par dielektriķi. Kad pāri plāksnēm tiek pielikts līdzstrāvas spriegums, elektroni uzkrājas uz vienas plāksnes, piešķirot tai negatīvu lādiņu, savukārt no pretējās plāksnes tiek noņemts vienāds elektronu skaits, padarot to pozitīvi uzlādētu.

 

Šī lādiņa atdalīšana dielektrikā rada elektrisko lauku. Kondensators uzglabā enerģiju šajā elektriskajā laukā un saglabā lādiņu tik ilgi, kamēr tiek pielikts spriegums un netiek nodrošināts izlādes ceļš. Kad tiek ieviests vadošs ceļš, uzkrātā enerģija tiek atbrīvota, strāvai plūstot caur ārējo ķēdi.

 

3.Kapacitāte

Kondensatora kapacitāte C ir atkarīga no šādiem faktoriem:

 

Plāksnes laukumsA:Lielāks plāksnes laukums nodrošina lielāku kapacitāti.

 

Attālums starp plāksnēmd:Mazāks attālums starp plāksnēm palielina kapacitāti.

 

Atļautībaε:Dielektriskā materiāla veids ietekmē kapacitāti; materiāli ar lielāku caurlaidību dod lielāku kapacitāti.

 

Attiecības nosaka:

 

 

kur:

• Ε ir dielektriskā materiāla caurlaidība

 

• A ir plākšņu efektīvais laukums

 

• d ir attālums starp plāksnēm

 

4.Kapacitātes mērvienība

 

Kapacitātes mērvienība ir farads (F). Tā kā farāde ir ļoti liela vienība, lielākā daļa praktisko kondensatoru tiek novērtēti mazākās vienībās, piemēram, pikofarādes (pF), nanofarādes (nF) un mikrofarādes (μF).

Kapacitāte norāda, cik lielu elektrisko lādiņu kondensators var uzglabāt uz vienu sprieguma vienību. To nosaka attiecības:

kur:

 

• Q ir saglabātā maksa,

 

• C ir kapacitāte un

 

• V ir pielietotais spriegums.

 

Tādējādi lielāka kapacitāte nozīmē, ka ar tādu pašu spriegumu var uzglabāt vairāk lādiņu.

 

Ir svarīgi atzīmēt, ka kapacitāte pati par sevi neatspoguļo absolūtu uzlādes jaudu; drīzāk tas apraksta attiecības starp lādiņu un spriegumu. Pie noteiktas kapacitātes fiksēts lādiņa daudzums atbilst proporcionālām sprieguma izmaiņām.

 

Kondensatora sprieguma vērtība attiecas uz maksimālo spriegumu, ko tas var droši izturēt bez bojājumiem. Uzglabātā lādiņa apjoms palielinās gan ar kapacitāti, gan pielietoto spriegumu.

 

Parasti lielākiem kondensatoriem (ar lielākām kapacitātes vērtībām) parasti ir lielāki fiziskie izmēri un augstākas izmaksas.

 

5.Kondensatoru klasifikācija

Polarizēti kondensatori

Polarizētajiem kondensatoriem ir skaidri definēti pozitīvie un negatīvie spailes. Tiem jābūt savienotiem ar pareizu polaritāti; pretējā gadījumā apgrieztais savienojums var izraisīt pārkaršanu, noplūdi vai pat pārrāvumus un eksploziju.

 

Šķidrie elektrolītiskie kondensatori

Šķidrie elektrolītiskie kondensatori ir polarizētu kondensatoru veids. Tie piedāvā salīdzinoši lielu kapacitāti un spēj izturēt augstākus sprieguma līmeņus, taču parasti tie ir lielāki, tiem ir ierobežota augstas-frekvences veiktspēja un mērens kalpošanas laiks.

 

Šos kondensatorus plaši izmanto barošanas ķēdēs filtrēšanai un sprieguma izlīdzināšanai.

 

Izplatīts piemērs ir alumīnija elektrolītiskais kondensators. To bieži uzstāda netālu no barošanas avotiem, lai nodrošinātu enerģijas uzglabāšanu un stabilizētu spriegumu.

 

Cietvielu{0}}elektrolītiskie kondensatori

 

Tantala kondensatori ir sava veida elektrolītiskie kondensatori, kas izmanto tantala metālu kā anodu un cietu elektrolītu. Tie pieder cietvielu-elektrolītisko kondensatoru kategorijai.

 

Tie piedāvā lielu kapacitāti uz tilpuma vienību (mazs izmērs), labu stabilitāti, zemu noplūdes strāvu un uzticamu veiktspēju plašā temperatūras diapazonā.

Tomēr tiem parasti ir zemāks spriegums salīdzinājumā ar dažiem citiem kondensatoru veidiem, un tie ir jutīgi pret pārspriegumu un apgriezto polaritāti.

 

Tantala kondensatori ir polarizēti un tiem jābūt savienotiem ar pareizu polaritāti. Tos parasti izmanto zemsprieguma -kompaktās elektroniskās ierīcēs barošanas avota filtrēšanai, atsaistīšanai un audio lietojumprogrammām.

 

Piemēram, tantala kondensatorus plaši izmanto mobilajos tālruņos, un tos bieži izmanto arī datoros.

 

Ne{0}}polarizēti kondensatori

 

Keramikas kondensatori

Keramikas kondensatori (pazīstami arī kā keramiskie disku kondensatori) ir ne-polarizēti komponenti, kas nozīmē, ka tiem nav pozitīvu vai negatīvu spaiļu, un tos var savienot jebkurā virzienā.

 

Tiem ir raksturīgas nelielas kapacitātes vērtības, augsts spriegums, kompakts izmērs un lieliska augstas{0}frekvences veiktspēja. Pateicoties šīm īpašībām, keramiskie kondensatori tiek plaši izmantoti tādos lietojumos kā atsaiste, filtrēšana un signālu savienošana elektroniskajās shēmās.

 

6. Izmēri Tolerance

 

Kondensatoriem parasti ir salīdzinoši plašas pielaides salīdzinājumā ar citiem elektroniskajiem komponentiem.

 

Keramikas kondensatoriem izplatītās pielaides pakāpes ietver:

 

±5% (J)– stingrāka tolerance

 

±10% (K)- plaši izmantots

 

±20% (M)- plaši izmantots

 

+80% / −20% (Z)– ļoti brīva tolerance

 

Praksē:

 

pF-līmeņa kondensatoribieži izmanto ±5% pielaidi

 

nF-līmeņa kondensatoriparasti izmanto ±10% pielaidi

 

μF-līmeņa kondensatoriparasti izmanto ±20% pielaidi

 

Elektrolītiskie kondensatoriparasti tiek novērtēti ar ±20% vai plašāku

 

Augstas-precizitātes kondensatori tiek izmantoti retāk, jo daudzām kondensatoru lietojumprogrammām-piemēram, barošanas avota filtrēšanai un sprieguma izlīdzināšanai- nav nepieciešamas ļoti precīzas kapacitātes vērtības. Mazām novirzēm parasti ir minimāla ietekme uz ķēdes veiktspēju.

 

Tomēr tādās lietojumprogrammās kā RF saskaņošana un filtru tīkli var būt nepieciešamas stingrākas pielaides (piemēram, ±5%), lai nodrošinātu stabilus frekvences raksturlielumus. Pat šādos gadījumos ārkārtīgi augsta precizitāte bieži vien nav nepieciešama, jo standarta pielaides ir pietiekamas, lai nodrošinātu pareizu darbību.

 

7.Kondensatora izmēri

 

Keramikas un tantala kondensatoriem iepakojuma izmērs atbilst tam pašam standartam, ko izmanto rezistoriem. Mazākiem -virsmas montāžas komponentiem tiek izmantoti britu kodi, piemēram, 0201, 0402, 0603 un 0805, savukārt lielākas pakotnes var izteikt arī metrikas kodos, piemēram, 2520, 3525 utt.

 

Cilindriskiem elektrolītiskajiem kondensatoriem izmēri parasti tiek norādīti kā diametrs × augstums (piemēram, 6 mm × 11 mm).

 

Aparatūras projektēšanā parasti ir ieteicams, kad vien iespējams, rezervēt nedaudz lielāku kondensatora nospiedumu. Piemēram, ja tiek piešķirts 6 × 11 mm nospiedums, maksimālā tipiskā specifikācija varētu būt aptuveni 100 μF, 25 V. Lai gan izmaksu samazināšanas nolūkā ir viegli aizstāt ar mazāku kondensatoru, jaunināšana uz ievērojami lielāku kapacitāti tādā pašā izmērā parasti nav iespējama. Piemēram, 470 μF, 25 V kondensatoru parasti nevar ražot 6 × 11 mm iepakojumā.

 

Tas pats attiecas uz keramikas kondensatoriem. Piemēram, ar 0805 pakotni maksimālā parasti pieejamā specifikācija ir aptuveni 22 μF, 6,3 V. Šādā iepakojumā ir grūti iegūt kondensatorus ar lielāku kapacitāti vai augstāku spriegumu.