Sähkökondensaattori on yksi minkä tahansa elektronisen laitteen sähköpiirin osista, jonka päätehtävänä on varastoida energiaa ja palauttaa se sitten takaisin piiriin. Teollisuus tarjoaa laajan valikoiman kondensaattoreita, jotka vaihtelevat tyypeiltään, kapasiteetiltaan, kooltaan ja käyttökohteltaan.
Kondensaattorien toimintaperiaate ja ominaisuudet
Kondensaattorin laite koostuu kahdesta metallilevystä, jotka on erotettu ohuella eristekerroksella. Kapasitanssiindeksin määrää levyjen koon ja järjestelyn suhde sekä dielektrisen materiaalin ominaisuus.
Minkä tahansa tyyppisten kondensaattorien suunnittelussa pyritään saavuttamaan maksimikapasitanssi vähimmäismittojen perusteella, mikä säästää tilaa laitteen piirilevyllä. Yksi ulkonäöltään suosituimmista muodoista on tynnyrin muotoinen, jonka sisällä metallilevyt on kierretty eristeellä niiden väliin.Ensimmäinen kondensaattori, joka keksittiin Leidenin kaupungissa (Alankomaat) vuonna 1745, kutsuttiin "Leidenin purkiksi".
Komponentin toimintaperiaate on kyky ladata ja purkaa. Lataus on mahdollista, koska levyt ovat pienellä etäisyydellä toisistaan. Läheiset, eristeellä erotetut varaukset vetäytyvät toisiinsa ja viipyvät levyillä, jolloin kondensaattori itse varastoi energiaa. Virtalähteen irrotuksen jälkeen komponentti on valmis energian palautukseen piirissä, purkaukseen.
Parametrit ja ominaisuudet, jotka määräävät työn suorituskyvyn, laadun ja kestävyyden:
- sähköinen kapasiteetti;
- erityinen kapasiteetti;
- sallittu poikkeama;
- sähköinen vahvuus;
- oma induktanssi;
- dielektrinen absorptio;
- tappiot;
- vakaus;
- luotettavuus.
Kyky varastoida varaus määrää kondensaattorin kapasitanssin. Kun lasket kapasiteettia, sinun on tiedettävä:
- kattaa alue;
- levyjen välinen etäisyys;
- dielektrisen materiaalin dielektrisyysvakio.
Kapasitanssin lisäämiseksi on tarpeen lisätä levyjen pinta-alaa, pienentää niiden välistä etäisyyttä ja käyttää eristettä, jonka materiaalilla on korkea dielektrisyysvakio.
Faradilla (F) tarkoitetaan kapasitanssia - mittayksikköä, joka on saanut nimensä englantilaisen fyysikon Michael Faradayn kunniaksi. 1 Farad on kuitenkin liian suuri. Esimerkiksi planeettamme kapasiteetti on alle 1 faradi. Radioelektroniikassa käytetään pienempiä arvoja: microfarad (µF, faradin miljoonasosa) ja pikofarad (pF, mikrofaradin miljoonasosa).
Ominaiskapasitanssi lasketaan kapasitanssin suhteesta eristeen massaan (tilavuuteen).Tähän indikaattoriin vaikuttavat geometriset mitat, ja ominaiskapasitanssin kasvu saavutetaan vähentämällä eristeen tilavuutta, mutta tämä lisää rikkoontumisriskiä.
Kapasiteetin passiarvon sallittu poikkeama todellisesta määrää tarkkuusluokan. GOST:n mukaan on 5 tarkkuusluokkaa, jotka määrittävät tulevan käytön. Korkean vastuun piireissä käytetään korkeimman tarkkuusluokan komponentteja.
Dielektrinen lujuus määrittää kyvyn pitää varausta ja säilyttää toimintaominaisuudet. Levyille jäävät varaukset taipuvat toisiinsa vaikuttaen eristeeseen. Sähköinen lujuus on kondensaattorin tärkeä ominaisuus, joka määrää sen käytön keston. Virheellisen toiminnan sattuessa eriste hajoaa ja komponentti vioittuu.
Itseinduktanssi otetaan huomioon AC-piireissä, joissa on induktorit. Tasavirtapiireissä sitä ei oteta huomioon.
Dielektrinen absorptio - jännitteen ilmestyminen levyille nopean purkauksen aikana. Absorptioilmiö on otettu huomioon suurjännitesähkölaitteiden turvallisen toiminnan kannalta, koska oikosulun sattuessa on hengenvaara.
Häviöt johtuvat dielektrisen alhaisesta virransiirrosta. Käytettäessä elektroniikkalaitteiden osia erilaisissa lämpötiloissa ja eri kosteusolosuhteissa, häviöiden laatutekijällä on vaikutusta. Siihen vaikuttaa myös toimintataajuus. Matalilla taajuuksilla eristehäviöt vaikuttavat, korkeilla taajuuksilla metalliin.
Stabiliteetti on kondensaattorin parametri, johon myös ympäristön lämpötila vaikuttaa.Sen vaikutukset on jaettu palautuviin, joille on ominaista lämpötilakerroin, ja peruuttamattomiin, joille on ominaista lämpötilan epävakauskerroin.
Kondensaattorin luotettavuus riippuu ensisijaisesti käyttöolosuhteista. Vikojen analyysi viittaa siihen, että 80 prosentissa tapauksista vika on vian syy.
Myös kondensaattorien koot vaihtelevat käyttötarkoituksen, tyypin ja käyttöalueen mukaan. Pienimmät ja pienimmät, kooltaan muutamasta millimetristä useisiin senttimetreihin, ovat käytössä elektroniikassa, kun taas suurimmat teollisuudessa.
Tarkoitus
Ominaisuus varastoida ja vapauttaa energiaa on määrittänyt kondensaattoreiden laajan käytön nykyaikaisessa elektroniikassa. Yhdessä vastusten ja transistorien kanssa ne ovat sähkötekniikan perusta. Ei ole ainuttakaan nykyaikaista laitetta, jossa niitä ei käytettäisi jossain määrin.
Niiden kykyä ladata ja purkaa sekä induktanssi, jolla on samat ominaisuudet, käytetään aktiivisesti radio- ja televisiotekniikassa. Kondensaattorin ja induktanssin värähtelevä piiri on signaalien lähettämisen ja vastaanottamisen perusta. Kondensaattorin kapasitanssin muuttaminen mahdollistaa värähtelypiirin taajuuden muuttamisen. Esimerkiksi radioasemat voivat lähettää omilla taajuuksillaan, ja radiot voivat muodostaa yhteyden näille taajuuksille.
Tärkeä toiminto on AC-värivärien tasoitus. Kaikki vaihtovirtalähteellä toimivat elektroniset laitteet tarvitsevat suodatussähkökondensaattoreita tuottaakseen hyvälaatuista tasavirtaa.
Lataus- ja purkumekanismia käytetään aktiivisesti valokuvauslaitteissa.Kaikissa nykyaikaisissa kameroissa käytetään salamaa kuvaamiseen, mikä toteutuu nopean purkautumisominaisuuden ansiosta. Tällä alueella ei ole kannattavaa käyttää akkuja, jotka voivat varastoida energiaa hyvin, mutta vapauttavat sen hitaasti. Ja kondensaattorit päinvastoin vapauttavat välittömästi kaiken varastoidun energian, mikä riittää kirkkaalle salamalle.
Kykyä tuottaa suuritehoisia pulsseja kondensaattoreilla käytetään tutkassa ja lasereiden luomisessa.
Kondensaattorit toimivat kipinänsammutuskoskettimina lennätyksessä ja puhelimissa sekä telemekaniikassa ja automaatiossa, joissa on tarpeen vaihtaa voimakkaasti kuormitettuja releitä.
Pitkien voimalinjojen jännitteensäätö tapahtuu kompensointisäiliöiden avulla.
Nykyaikaisia kondensaattoreita ei niiden ominaisuuksien vuoksi käytetä vain radioelektroniikan alalla. Niitä käytetään metallintyöstössä, kaivosteollisuudessa ja kivihiiliteollisuudessa.
Päälajikkeet
Elektronisten laitteiden eri sovellusten ja käyttöolosuhteiden vuoksi on olemassa suuri valikoima komponentteja, jotka eroavat tyypeillään ja ominaisuuksiltaan. Pääjako on luokan ja käytetyn dielektrisen tyypin mukaan.
Kondensaattorityypit, jaettuna luokittain:
- jatkuvalla kapasiteetilla;
- vaihtelevalla kapasiteetilla;
- viritystä.
Vakiokapasitanssikomponentteja käytetään kaikissa elektronisissa laitteissa.
Piirin kapasitanssin ja parametrien, esimerkiksi taajuuden muuttamiseksi värähtelevissä piireissä käytetään kondensaattoreita, joilla on muuttuva kapasitanssi.Heillä on laitteessa useita metallisia liikkuvia levyjä, mikä varmistaa heidän työnsä kestävyyden.
Trimmerin kondensaattoreita käytetään laitteiden kertaluontoiseen säätöön. Niitä on saatavana erilaisilla kapasitanssiluokilla (muutamasta pikofaradista useisiin satoihin pikofaradeihin) ja ne on mitoitettu jännitteille 60 volttiin asti. Ilman niiden käyttöä on mahdotonta hienosäätää laitteita.
Kondensaattorityypit, jaettuna dielektrityypin mukaan:
- keraaminen dielektrinen;
- elokuvan eriste;
- elektrolyyttinen;
- ionistorit.
Keraamiset valmistetaan pienen keraamisen materiaalin levyn muodossa, jolle ruiskutetaan metallijohdot. Tällaisilla kondensaattoreilla on erilaiset ominaisuudet, ja niitä käytetään sekä suur- että pienjännitepiireissä.
Pienjännitepiireissä käytetään useimmiten monikerroksisia pienikokoisia komponentteja epoksihartsi- tai muovikoteloissa, joiden kapasiteetti on kymmenistä pikofaradeista mikrofaradeihin. Niitä käytetään radioelektronisten laitteiden suurtaajuuspiireissä ja ne voivat toimia vaikeissa ilmasto-olosuhteissa.
Korkeajännitepiireihin valmistetaan suurempia keraamisia kondensaattoreita, joiden kapasiteetti on kymmenistä pikofaradeista tuhansiin pikofaradeihin. Niitä käytetään impulssipiireissä ja jännitteenmuunnoslaitteissa.
Kalvon eristettä on erilaisia. Yleisin niistä on lavsan, jolla on korkea lujuus. Vähemmän yleistä on polypropeenidielektriikka, jolla on pienemmät häviöt ja jota käytetään suurjännitepiireissä, kuten äänenvahvistuspiireissä ja keskitaajuisissa piireissä.
Käynnistyy erillinen kalvokondensaattorityyppi, jota käytetään moottoreiden käynnistyksen yhteydessä ja jotka suuren kapasitanssinsa ja erikoisen eristemateriaalinsa ansiosta vähentävät sähkömoottorin kuormitusta. Niille on ominaista korkea käyttöjännite ja sähköinen loisteho.
Elektrolyyttikondensaattorit on valmistettu klassisesta suunnittelusta. Runko on valmistettu alumiinista, sisällä valssatut metallilevyt. Metallioksidi kerrostetaan kemiallisesti yhdelle levylle ja nestemäinen tai kiinteä elektrolyytti kerrostetaan toiselle, jolloin muodostuu dielektrinen aine. Tällaisen laitteen ansiosta elektrolyyttikondensaattoreiden kapasiteetti on suuri, mutta niiden käytön erikoisuus ajan myötä on sen muutos.
Toisin kuin keraami- ja kalvokondensaattorit, elektrolyyttikondensaattoreilla on napaisuus. Ne puolestaan jaetaan ei-polaarisiin, joilla ei ole tätä haittaa, radiaalisiin, miniatyyrillisiin, aksiaalisiin. Niiden sovellusalue on perinteinen tietokone ja moderni mikrotietokonetekniikka.
Erityinen tyyppi, joka on ilmestynyt suhteellisen äskettäin, ovat ionistorit. Suunnittelussaan ne ovat samanlaisia kuin elektrolyyttikondensaattorit, mutta ne erottuvat suuresta kapasiteetista (jopa Faradin yksikköihin). Niiden käyttö on kuitenkin rajoitettu pieneen, muutaman voltin maksimijännitteeseen. Superkondensaattoreita käytetään muistin tallentamiseen: jos matkapuhelimen tai pienoistietokoneen akku loppuu, tallennettu tieto ei häviä peruuttamattomasti.
Kauan sitten ilmestyneiden ja perinteisesti käytettyjen lähtöversion komponenttien lisäksi SMD-versiossa valmistetaan nykyaikaisia komponentteja tai, kuten sitä kutsutaan, pinta-asennukseen. Esimerkiksi keramiikkaa voidaan valmistaa erikokoisissa koteloissa pienimmästä (1 mm x 0,5 mm) suurimpaan (5,7 mm x 5 mm) ja vastaavilla jännitteillä kymmenistä volteista satoihin.
Elektrolyyttikondensaattoreita voidaan valmistaa myös pinta-asennuspakkauksissa. Nämä voivat olla tavallisia alumiinielektrolyyttikondensaattoreita tai ne voivat olla tantaalikondensaattoreita, jotka näyttävät hieman keraamisilta, mutta eroavat niistä suuremmalla kapasitanssilla ja pienillä häviöillä. Ne voivat olla sekä kiinnitettyjä että kiinnittämättömiä SMD:itä.
Tantaalikondensaattorien ominaisuus on pitkä käyttöikä ja minimaaliset häviöt hieman pienemmällä kapasitanssirajalla, mutta samalla ne erottuvat korkeasta hinnasta. Niitä käytetään korkeavastuullisissa piireissä, joissa vaaditaan suurta kapasitanssia.
Samanlaisia artikkeleita:
