Свет електронике био је одскочна даска за развој технологије. И ова одскочна даска састоји се од малих делова попут кондензатора. У овом занимљивом посту детаљно ћете научити шта је електрични кондензатор ?, различите функције које се примјењују с њим и његов велики значај у различитим подручјима.
Кондензатор
За почетак проучавања кондензатора прво ћемо објаснити шта је кондензатор. То је пасивна електрична компонента, односно не производи самостално електричну енергију, способна да складишти електрични набој и да га касније ослободи. Можете га пронаћи као кондензатор или кондензатор. Наелектрисање које одржава унутра је потенцијал или разлика напона.
Прича о броју донатора настаје 1745. године када је Немац Евалд Георг вон Клеист схватио да је могуће складиштити електрични набој. Ово је настало као резултат несреће када је помоћу кабла спојио електростатички генератор на запремину воде која се налазила у стакленој посуди или боци. Кад је уклонио кабл и ставио руку на њега.
Није прошло годину дана када је холандски физичар Пиетер ван Муссцхенброек изумио кондензатор са истим карактеристикама. У знак сећања на универзитет на коме је радио, назвао је овај кондензатор "Леиденова боца".
Како ради кондензатор?
Сада да видимо како ради кондензатор y чему служи кондензатор. Начин на који успева да складишти електрични набој је коришћењем два листа направљена од проводљивог материјала, попут тантала, који су одвојени неким диелектричним материјалом, на пример ваздухом.
Пре него што наставите, важно је не мешати диелектрик са потпуно изолационим материјалом. То јест, сви диелектричари су изолатори, али то не мора нужно учинити све изолаторе диелектричним. Диелектрични материјали имају способност да постану проводљиви када су изложени великом електричном набоју и разбију диелектричну чврстоћу. Неки од ових материјала могу бити: керамика, папир, восак, стакло, уље, између осталог. Потпуно изолацијски материјали су они који, без обзира на то колико је електрични набој изложен, ово неће бити водич, примјер је гума.
Сада ће се плоче унутар кондензатора, напајане извором напајања, електрично пунити у једнаким деловима, али са различитим предзнацима. То значи да ће једно наелектрисање бити позитивно (+ к), а друго ће имати исту величину, али са негативним набојем (-к), при овим једнаким наелектрисањима, али различитим знацима, што се назива разлика у потенцијалу или напону.
Уопштено, у кондензаторима се као диелектрични материјал користе ваздух, папир, тантал, алуминијум и керамика, а у неким кондензаторима се користи и одређена пластика.
Складишни капацитет који има кондензатор или кондензатор израчунава се у Фарадсовој јединици. Опсег у коме се налази већина електричних кондензатора је од пико (пФ) до микро (уФ) Фарада. Једначина за израчунавање капацитета кондензатора је:
Ц = к / В
Где је:
к = је набој који свака плоча складишти. Његова јединица је Цоуломб (Ц)
В = је напон, напон или разлика потенцијала између два листа или проводника кондензатора. Његова јединица је волти (В)
Применом ове формуле, ако претпоставимо вредности за оптерећење 1 и за напон 1, то би нам дало 1 Фарад. Међутим, ово је само пример, јер кондензатор овог капацитета не постоји јер би био невероватно велики. Да бисте добили идеју, покривао би простор од 1000 м2.
Сада, ако желимо знати напон који кондензатор може похранити знајући набој и Фарадс кондензатора, тада можемо ријешити напон из претходне једнаџбе која је:
В = к / Ц
Пуњење и пражњење кондензатора
Једна од карактеристика кондензатора је да је његово пражњење прогресивно, а не непосредно. Кондензатор има временски период пражњења. Ово својство омогућава кондензатору да има и друге примене, попут тајмера и филтера у електричном колу.
Када је кондензатор потпуно напуњен, то је када дозвољава да напон прође. Када се напајање искључи, кондензатор почиње постепено ослобађати напон према оптерећењу или елементу који троши напон.
Генерално, кондензатору увек претходи отпорник из разлога заштите кондензатора. Чак и када кондензатор има мали унутрашњи отпор, он је занемарљив, а ако се не води рачуна о заштити кондензатора, може се оштетити, па чак и експлодирати.
Пуњење кондензатора
Да бисмо једноставно објаснили понашање кондензатора при пуњењу, за илустрацију ћемо користити пример који се најчешће користи:
Хајде да размотримо коло у којем постоји извор напајања, попут батерије, отпорника по имену Р1 који је одговоран за контролу протока струје која ће доћи до кондензатора како би га заштитила. Такође, прекидач који омогућава пуњење или пражњење кондензатора, и на крају, отпорник назван Р2 који ће представљати уређај који троши струју.
На првом месту видимо како је прекидач распоређен тако да је кондензатор у низу са напајањем и отпором, узгред, морамо нагласити да се овај отпор назива отпор оптерећења.
У овом тренутку кондензатор се контролирано пуни захваљујући отпорнику за пуњење. Ова комбинација отпорника и кондензатора вам омогућава да подесите тајмере које смо раније поменули. То је због чињенице да отпор спречава слободан пролаз струје, па је струји потребно дуже путовање кроз коло, тако да тада пролази кроз кондензатор, потребно је неко време за пуњење.
Време потребно за пуњење кондензатора може се израчунати помоћу следеће једначине:
т1 = 5 к Р1 к Ц
Где:
т1: је време пуњења. Његова јединица је милисекунде (ја)
Р1: је отпор оптерећења. Његова јединица је охм (Ω).
Ц: је капацитет кондензатора. Његова јединица је Фарадс (Ф)
Ова једначина нам омогућава да потврдимо да што је већи отпор оптерећења и / или већи капацитет кондензатора, то је дуже време пуњења. Што се може проверити на следећем графикону.
Можда се питате шта би се догодило ако не подесимо отпорник оптерећења. Теоретски, кондензатор би се одмах напунио. Али, као што смо раније споменули, ово се не препоручује јер кондензатори могу примити само малу струју. Ако се сетимо Охмовог закона, можемо видети следеће:
И = В / Р
Где је:
И: је струја. Његова јединица је Ампери (А)
В: је напон. Његова јединица је волти (В)
О: То је отпор. Његова јединица је охм (Ω)
Ако отпор тежи или је једнак 0, то би значило да би струја била практично бесконачна или барем врло велика. Кондензатор може подржати само напајање из ниже струје. Укратко, ако се не постави отпорник оптерећења, кондензатор можда неће моћи издржати ту струју и изгорјет ће.
Претпоставимо да се кондензатор већ напунио, па шта се дешава? Вратимо се Охмовом закону, како напон расте, а пошто се вредност отпора одржава, тренутна вредност тежи нули.
Као што већ знамо, функција кондензатора је складиштење напона или напона. То значи да док се кондензатор пуни, у том тренутку постоји већи напон. Пошто отпор не мења своју вредност, струја тежи нули. Укратко, када се кондензатор напуни, понаша се као отворено коло или као прекидач који спречава пролаз струје, иако ће у том тренутку бити напона или напона.
Пражњење кондензатора
Сада представимо обрнути случај. У тренутку када прекидач промени положај и кондензатор се постави у серију са отпорником Р2, кондензатор ће почети да се празни. Зашто? Па, зато што отпор Р2 представља потрошњу кола, а овај отпор ће морати да се напаја када се коло у којем је затворен. Ово напајање ће осигурати кондензатор, испуштајући разлику потенцијала коју је похранио.
Као и код утовара, истовар није тренутни, већ поступно. Као и код пуњења, једначина за процену времена пражњења је иста. То значи да време потребно за пражњење кондензатора зависи од отпора Р2 и капацитета кондензатора. Слично, овде поново освежавамо једначину:
т1 = 5 к Р1 к Ц
Где:
т2: је време пуњења. Његова јединица је милисекунде (мс)
Р2: је отпор оптерећења. Његова јединица је охм (Ω).
Ц: је капацитет кондензатора. Његова јединица је Фарадс (Ф)
Ова врста кола може контролисати, на пример, време када је уређај укључен.
Кондензатор као филтер
Друга апликација за коју се кондензатори често користе је филтер. То је могуће захваљујући својству поступног пуњења и пражњења, а овај феномен се користи за чишћење нечистоћа из сигнала или електричног таласа.
Ако као пример узмемо почетно коло, али у овом случају са напајањем наизменичном струјом. Кондензатор ће се почети пунити све док не достигне свој највећи складишни капацитет, тада ће проток струје престати и оптерећење ће се почети напајати напоном који постоји у кондензатору. Чим се кондензатор почне празнити, напајање наставља пунити кондензатор без чекања да се потпуно испразни.
Ово може бити визуелно лакше разумети:
Као што видите, талас наизменичног напајања је синусоидан и захваљујући својству кондензатора могуће је исправити талас у директном напајању. Ово је веома корисно за напајања која користе, на пример, рачунари. Многи уређаји не могу радити са наизменичном струјом, већ са једносмерном струјом и тада напајања улазе као посредници. Наравно, ова напајања имају много више компоненти за постизање овог циља.
Врсте кондензатора
Кондензатори или кондензатори могу имати различите класификације. Затим ћемо почети класификацијом кондензатора према њиховој врсти диелектрика:
Због свог диелектрика
Кондензатори се класификују према диелектрику који имају. Постоје такозвани електролитички кондензатори, они су они који имају поларитет, односно имају позитиван терминал или "ногу" и негативни терминал. Ако су спојени са обрнутим поларитетом, кондензатор ће се оштетити.
Ови електролитски кондензатори, за разлику од других кондензатора, су да користе проводљиву јонску течност. Ова течност је хемијски раствор, који се обично састоји од борне киселине или натријум бората са етилен гликол шећерима. Ова течност улази као замена за једну од проводних плоча или плоча кондензатора.
За разлику од електролитских кондензатора, кондензатори којима је ваздух, керамика, папир или други диелектрик, немају подешени поларитет. Осим тога, унутра имају две плоче и немају унутрашњу течност.
Обје врсте кондензатора имају своју примјену, па није било могуће замијенити кондензаторе међусобно иако имају различите диелектрике.
Укратко, постоје кондензатори:
- Електролитички
- Керамика
- Од папира
- Ваздуха
- Променљиви кондензатор
Фиксна или променљива
Као и отпорници, постоје кондензатори фиксног капацитета, као и кондензатори чији се капацитет може мијењати. То се постиже подешавањем размака између њихових плоча помоћу дугмета, попут потенциометра или променљивог отпорника.
Према свом облику
Кондензатори могу мењати свој дизајн, постојећи диск, бисерни и цевасти кондензатор, као што је приказано испод.
Код кондензатора
Постоје неки кондензатори који свој капацитет показују помоћу таблице боја, врло сличне оној коју користе отпорници.
Код боје
Прва боја означава вредност прве, друга вредност друге фигуре, трећа је експонент који се подиже на 10, односно 10 ће бити подигнуто на број који представља трећа боја. Четврта боја означава постотак варијације, односно може бити, на пример, 10% више или 10% до вредности која означава капацитет. На крају, пета боја означава напон или напон пуњења. Сви ови кондензатори имају пикофарад по јединици.
Вредност боја долази у комерцијалној табели која је следећа:
Јапански код
Постоји још једна врста кода за идентификацију капацитивности кондензатора је врста кода која се назива јапански код или код 101. Овај код се састоји од три броја која су видљива на кондензатору.
Прве две цифре формирају број који се мора помножити са 10 подигнут на трећи број, задржавајући пикофарад као јединицу. На пример:
Овај кондензатор има шифру бројева 104. Дакле, начин израчунавања капацитета овог кондензатора је:
КСНУМКС Кс КСНУМКС4 = 100000 пФ = 0,1 уФ
Алфанумерички код
Постоји још један код за идентификацију материјала и капацитета кондензатора, који користи комбинацију слова и бројева. Постоји много начина за представљање овог кода који комбинују бројеве и слова, а они су толико разноврсни да их заиста не вреди учити, па се уместо тога препоручује да се обратите произвођачевом листу са подацима.
Кондензатори у низу и паралелно
Као и отпорници, положај кондензатора у низу или паралелно генерише понашање у укупном капацитету. Почнимо са освртом на феномен који се дешава када су кондензатори у низу.
Кондензатори у серији
Када су кондензатори у низу, капацитет сваког кондензатора делује на следећи начин:
Једначина настаје:
Вт = В1 + В2
Где је:
Вт: укупни напон
В1: напон првог кондензатора
В2: напон другог кондензатора
Вратимо се једначини за израчунавање капацитета кондензатора:
Ц = к / В
Где је:
к = је набој који свака плоча складишти. Његова јединица је Цоуломб (Ц)
В = је напон, напон или разлика потенцијала између два листа или проводника кондензатора. Његова јединица је волти (В)
И да је било могуће очистити В на следећи начин:
В = к / Ц
Сада, ако заменимо сваки В сваког кондензатора у колу претходним изразом, добијамо то;
1 / Ц = 1 / Ц1 + 1 / Ц2 + 1 / Ц3… 1 / Цн
Паралелни кондензатори
У овом случају, будући да су кондензатори паралелни, напон који сваки кондензатор прима је исти као и напон напајања, па морамо:
Вт = В1 = В2 = В3 ... Вн
Где
Вт: је укупни или изворни напон
В1: Напон првог кондензатора
В2. Напон другог кондензатора
В3: Напон трећег кондензатора
Опет, ако се вратимо на израз који нам омогућава да проценимо вредност напона према оптерећењу и вредности капацитета:
В = к / Ц
И настављамо да замењујемо сваки В сваког кондензатора кола претходним изразом, добијамо да:
Ц = Ц1 + Ц2 + Ц3 ... + Цн
Кондензатор користи
Кондензатор је једна од најосновнијих компоненти електронике. Готово је немогуће данас споменути уређај који у свом дизајну не захтева кондензаторе. Затим ћемо споменути неке од најчешћих апликација у којима се налази кондензатор.
- Батерије и успомене: Захваљујући свом складишном капацитету, могуће је поставити неколико кондензатора паралелно како би се повећао капацитет пуњења.
- Филтери: Они се широко користе у електричним мрежама јер могу уклонити таласе и шум из мреже, или у обрнутом случају, тако да се хармоници које стварају унутрашње електричне мреже филтрирају прије повратка у мрежу. У телекомуникацијама, његов капацитет филтрирања се широко користи за успостављање фреквенцијских опсега, као и за смањење или уклањање сметњи.
- Извори напајања: Његово поступно пуњење и пражњење омогућава исправљање таласа, што је од суштинске важности у изворима напајања за претварање наизменичне струје у једносмерну, пошто већина електронских уређаја ради интерно са једносмерном струјом, али електричне услуге раде са наизменичном струјом. Зато су извори напајања неопходни за рад опреме, а међу компонентама које је чине кондензатор игра незамјењиву улогу.
- Адаптери импедансе: Кондензатори се могу празнити и пунити енергију у практично занемаривим временским периодима, што омогућава отпорност да резонира с другим компонентама, тако да се два кола с различитим импеданцијама могу спојити или радити заједно.
Међутим, ово су само неке од неколико његових употреба које можемо поменути. Кондензатори имају примену у електроници, великим електричним мрежама, телекомуникацијама и другима. Од наших рачунара, мобилних телефона, фрижидера, дигиталних сатова, телевизора и многих других изума, унутра имају кондензаторе као битан део сета који формира и даје живот уређајима или опреми.
Закључци
Примене које електроника данас има толико су важне у нашем свакодневном животу да је практично немогуће преживети у свету у коме више не постоји. И овај огромни свет напредне технологије почиње у својим најскромнијим темељима, као и свака компонента која је део електронике.
Ово је случај кондензатора, компоненте израђене од врло једноставних материјала, што га чини једном од основних компоненти електронике, али је захваљујући свом понашању немогуће да га нема у свим постојећим електронским уређајима .
Без сумње, напредак електронике био је основни покретач који је отворио пут напретку технологија у различитим дисциплинама. Иако кондензатор сам по себи није много користан у комбинацији са другим компонентама, софистицирана опрема као што је РАМ меморијске картице, рачунари, роботи, дронови, мобилни телефони, сервери и још много тога.