tartalom
>Kondenzátor – Meghatározások és áttekintés
>Működéselmélet
>Egy kondenzátor egyenáramú áramkörben
>Kondenzátor az AC áramkörben
> Kondenzátor sorozatban
>Kondenzátorok párhuzamosan
>Kondenzátortípusok
> Alkalmazások
>Gyakran Ismételt Kérdések (GYIK) a kondenzátorokról
Kondenzátor – Meghatározások és áttekintés
A kondenzátor az egyik legfontosabb passzív berendezés, amely képes elektromos energiát tárolni. Ez egy két terminálos eszköz. Kapacitancia kondenzátor hatásaként ismert.
A kondenzátorok ősi formáit az 1704-es években újították fel. Egy európai kísérlet akkoriban felfedezte, hogy elektromos töltést le lehet foglalni egy vízzel töltött pohárban. Később, 1745-ben a német Ewald Georg megállapította, hogy a sorba kapcsolt nagyfeszültségű elektrosztatikus generátorok képesek tárolni a mennyiséget. Korábban a kondenzátorokat kondenzátornak vagy kondenzátornak nevezték. Alessandro Volta alkotta meg a kifejezést 1782-ben. A kondenzátor kifejezés 1926-ban jött létre.
Sokféle kondenzátor létezik. A kondenzátoroknak legalább két, fémes sík felületű, dielektromos anyagokkal elválasztott vezetőjük van. A vezető lehet elektrolit, fólia, vékony film stb. A nem vezető a dielektromos anyag, ami növeli a kondenzátor töltési kapacitását. A kondenzátor dielektrikumként olyan anyagokat használnak, mint - levegő, műanyag fólia, papír, csillám, kerámia.
Ha külső feszültséget kapcsolunk a kondenzátor kapcsaira, elektromos mező keletkezik a dielektromos anyagon keresztül. Így az egyik tányéron pozitív töltés, egy másik skálán negatív töltés gyűlik össze. A kondenzátorokat szinte minden elektromos és elektronikus áramkörben használják. Az ellenállás és a kondenzátor közötti különbség az, hogy az ellenállás disszipálja az energiát, míg az ideális kondenzátor nem.
A működés elmélete
Amint azt korábban említettük, a kondenzátornak két vezetéke van, amelyeket dielektromos közeg választ el egymástól. A kondenzátor a Coulomb-törvény elvén működik. Coulomb törvénye kimondja, hogy
Így az egyik vezető töltése erőt hoz létre a másik vezető hordozóján, ami tovább vonzza az ellentétes polaritású töltéseket, és ugyanilyen típusú töltéseket hullámosít. Ezzel ellentétes polaritású töltés indukálódik a másik vezető felületén.
Mindkét vezetőben azonos mennyiségű töltés van, és a dielektromos anyag fejleszti az elektromos teret.
Kapacitás és kapacitás mértékegységei:
A szabványos kondenzátor kapacitása a töltésnek a vezetőhöz viszonyított aránya a vezetők feszültségéhez.
C = Q/V
C a kapacitás, Q a töltés az egyes vezetők felületén, és V a két vezető közötti feszültség.
A kapacitás SI mértékegységét a Farad(F) adja meg.
Egy Farad-kapacitás az a kapacitás, amelyet egy kondenzátor képes generálni, ha egy coulomb töltést alkalmazunk minden egy voltos feszültségű vezetőre.
A gyakorlati eszközökben a kapacitást a következőképpen adjuk meg:
C = dQ / dV
* A legtöbb piacon kapható kondenzátor kapacitása mikro-faradban csengett.
Egy kondenzátor különböző időpontokban eltérően viselkedhet, ha aktív elektromos áramkörben van. Viselkedése hosszú időkorláttal és rövid időkorláttal jellemezhető.
A kondenzátor hosszú távú ekvivalenciája nyitott áramkörű konfigurációként működik (nem halad át az áram).
A kondenzátorok rövid idejű megfelelője rövidzárlati konfigurációként működik.
V (t) = Q (t) / C = (1/C) * [ ∫t0t I (τ) dτ ] + V (t0)
Ha a származékokat vesszük, azt kapjuk, hogy
I (t) = dQ (t) / dt = C * [ dV(t) / dt ]
A kondenzátor szimbóluma
Különféle kondenzátorok állnak rendelkezésre. Különböző típusú szimbólumok is képviselik őket. Néhányukat az alábbiakban a diagramok segítségével mutatjuk be. Nagyon hasznosak az áramkör leírásához.
Kondenzátor egyenáramú áramkörben
Beszéljünk egy egyenáramú áramkörről, ahol egy kondenzátor és egy ellenállás sorba van kapcsolva egy állandó feszültségforrással - V0.
Tegyük fel, hogy a kondenzátor előzőleg töltés nélkül volt, és a nyitott kapcsoló t0 időpontban zárva van.
Kirchhoff feszültségtörvényéből azt írhatjuk,
Vo = VR (t) + VC (T)
VR (t) az „R” ellenálláson lévő feszültség „t” és V időpontbanC (t) az áramkör kondenzátorán mért feszültség a t időpontban.
Vo = i (t) * R + (1/C) * [ ∫t0 t I(τ) dτ ]
Ha mindkét oldal deriváltját vesszük, azt kapjuk, hogy
RC * [ di (t) / dt] + i (t) = 0
A t időpontban mondjuk ez nulla. Az ellenállás feszültsége Vo, a kondenzátoré pedig nulla.
Ekkor az áramerősség – Io = Vo / R. Most a differenciálegyenletek megoldása –
I (t) = (Vo /R) * e (-t / τ0)
V (t) = Vo (1 – e (-t / τ0))
τ0 = RC.
Ezt az áramkör „időállandójának” nevezik.
Kondenzátor az AC áramkörben
Az AC áramkörben a kondenzátor impedanciát állít elő, amely az ellenállás és a reaktancia vektorösszege. A kondenzátor impedanciáit és reaktanciáját a következő kifejezések adják meg.
Reaktancia = X = – 1 / ωC = – 1 / 2πfC
Impedancia = Z = 1/ jωC = – j / ωC = –j / 2πfC
Itt ω a szögfrekvencia; j a képzeletbeli egység.
Az impedancia fordítottan függ a kapacitástól. A kapacitás és a frekvencia növelése az impedancia csökkenését okozza és fordítva.
Q tényező:
A kondenzátor Q-tényezője vagy minőségi tényezője a reaktancia és az ellenállás aránya. A q tényező a hatékonyság mértéke. A képlet a következőképpen írható fel:
Q = Xc / R = 1 / ωCR
ω a szögfrekvencia, C a kondenzátor kapacitása, Xc a reaktancia, és R az egyenértékű ellenállás.
Kondenzátor sorozatban
A diagram a soros csatlakozásban lévő kondenzátorokat mutatja. Ez azt mutatja, hogy az elválasztási távolságot adjuk össze a lemezterület helyett. A kapacitás sorozata kevésbé működik kondenzátorként, mint bármely alkatrésze.
Az adott kapcsolat ekvivalens kapacitása:
1 / Ceq = ∑ 1/Ci = 1/C1 + 1/C2 + … + 1 / Cn
Kondenzátorok párhuzamosan
Az ábra a kondenzátorokat mutatja párhuzamosan. Minden kondenzátorra azonos mennyiségű feszültség vonatkozik. Itt összeadjuk a kondenzátorok kapacitásait. A kapacitás bekötése összeadóként működik.
Az egyenértékű kapacitás:
Ceq = ∑ Ci = C1 + C2 + … + Cn
Kondenzátor típusok
Hatalmas számú kondenzátortípus létezik a piacon, számos osztályozási paraméter alapján. A dielektromos anyag típusa, az eszköz csomagolása és a lemezek szerkezete néhány meghatározó tényező a kondenzátortípusok osztályozásánál.
Dielektromos anyag
Szinte minden kondenzátortípus rendelkezik dielektromos anyaggal. Két vezető közé dielektromos anyagokat helyeznek, a töltési kapacitás növelhető. Dielektromos anyagként a legjobb, ha nagy áteresztőképességű anyagot vagy nagy áttörési feszültséget használunk.
Különféle dielektromos anyagok állnak rendelkezésre, mint például papír, műanyag, csillám, kerámia, üveg, levegő stb.
A dielektromos anyagok alapján egyes kondenzátortípusok:
Vannak más típusok is, néhány kondenzátortípus:
- Feszültségfüggő kondenzátor
- Frekvenciafüggő kondenzátor
- Párhuzamos lemez kondenzátor
- Lecsatoló kondenzátor
A kondenzátorok alkalmazásai
A kondenzátorok az egyik alapvető eszköz, amely szinte minden elektromos áramkörhöz szükséges. Számos alkalmazással rendelkezik a különböző területeken. Néhány a legfontosabbak közül –
Energia tároló
A kondenzátornak töltési és kisütési tulajdonsága van. Ha le van választva a töltőforrásról, képes energiát tárolni. Ezzel a tulajdonsággal a kondenzátorok akkumulátorként vagy újratölthető akkumulátorként használhatók.
A szuperkondenzátorok gyorsabban tudnak töltést fogadni és leadni, mint a tipikus akkumulátorok, és jelentősebb számú töltési és kisütési ciklust tolerálnak, mint egy szabványos újratölthető akkumulátor. De ez kiterjedtebb.
A dielektromos rétegben tárolt töltés mennyisége egyenlő vagy nagyobb, mint a kondenzátorlemezben felhalmozott töltés.
Impulzus teljesítmény
A kondenzátorokat impulzusos teljesítményű alkalmazásokban használják. Itt főleg nagyméretű, elsősorban felépített, nagyfeszültségű és kis induktivitású kondenzátorok csoportjait használják.
A kondenzátorsorokat tápegységekben is használják, hogy egyenletes kimenetet állítsanak elő félhullámú vagy teljes hullámú egyenirányítóban. A tartálykondenzátorok a szivattyú áramkörök feltöltésére használhatók.
ipari felhasználás
Ez segít elkerülni és elrejteni az áramingadozásokat az elsődleges forrásból, így biztosítva a vezérlőáramkörök tiszta tápellátását. Az audioáramkörök több kondenzátort is használnak.
Jelcsatolás és szétkapcsolás
A kondenzátorok átengedik az AC jelet, de blokkolják az egyenáramú jeleket. Ezért használják a kondenzátorokat az AC áramkörök elválasztására. A folyamatot – AC csatolásként vagy „kapacitív csatolásként” ismerik fel.
A leválasztó kondenzátor védi az áramkör egyik területét a másiktól. Ezeket az áramellátás földelésére használják. Ezeket Bypass kondenzátoroknak is nevezik. A lecsatoló kondenzátorok alkalmazhatók a tranzisztorok előfeszítésében.
Memory design
A bináris számítógépek dinamikus digitális memóriái kondenzátorok segítségével készíthetők.
