Išsamūs pagrindai apie kondensatorius

1.Apibrėžimas

Kondensatorius yra elektrinis komponentas, naudojamas energijai kaupti ir išleisti elektriniame lauke. Kai jo gnybtuose įjungiama įtampa, tarp laidininkų (plokštelių) susidaro elektrinis laukas, leidžiantis kondensatoriuje kaupti energiją.

 

Talpos vienetas yra faradas (F). Praktikoje dažniau naudojami mažesni vienetai, tokie kaip mikrofaradai (μF), nanofaradai (nF) ir pikofaradai (pF).

 

2. Darbo principas

Kondensatorius susideda iš dviejų laidžių plokščių, atskirtų izoliacine medžiaga, vadinama dielektriku. Kai plokštėms taikoma nuolatinė įtampa, elektronai kaupiasi vienoje plokštelėje, suteikdami jai neigiamą krūvį, o iš priešingos plokštės pašalinamas vienodas elektronų skaičius, todėl ji yra teigiamai įkrauta.

 

Šis krūvio atskyrimas dielektrike sukuria elektrinį lauką. Kondensatorius kaupia energiją šiame elektriniame lauke ir išlaiko krūvį tol, kol veikia įtampa ir nenumatytas iškrovos kelias. Kai įvedamas laidus kelias, sukaupta energija išleidžiama, kai srovė teka per išorinę grandinę.

 

3. Talpa

Kondensatoriaus talpa C priklauso nuo šių veiksnių:

 

Plokštės plotasA:Didesnis plokštės plotas lemia didesnę talpą.

 

Atstumas tarp plokščiųd:Mažesnis atstumas tarp plokščių padidina talpą.

 

Leidžiamumasε:Dielektrinės medžiagos tipas turi įtakos talpai; medžiagos, turinčios didesnį skvarbą, duoda didesnę talpą.

 

Santykį suteikia:

 

 

kur:

• Ε yra dielektrinės medžiagos laidumas

 

• A yra efektyvusis plokščių plotas

 

• d yra atstumas tarp plokščių

 

4. Talpos vienetas

 

Talpos vienetas yra faradas (F). Kadangi faradas yra labai didelis vienetas, dauguma praktinių kondensatorių yra vertinami mažesniais vienetais, tokiais kaip pikofaradai (pF), nanofaradai (nF) ir mikrofaradai (μF).

Talpa rodo, kiek elektros krūvio kondensatorius gali išlaikyti vienam įtampos vienetui. Jį apibrėžia santykiai:

kur:

 

• Q yra saugomas krūvis,

 

• C yra talpa ir

 

• V yra taikoma įtampa.

 

Taigi, didesnė talpa reiškia, kad esant tokiai pačiai įtampai galima išsaugoti daugiau įkrovos.

 

Svarbu pažymėti, kad talpa pati savaime nėra absoliuti įkrovimo talpa; veikiau nusako ryšį tarp krūvio ir įtampos. Esant tam tikrai talpai, fiksuotas įkrovos kiekis atitinka proporcingą įtampos pokytį.

 

Kondensatoriaus įtampa nurodo maksimalią įtampą, kurią jis gali saugiai atlaikyti nepažeisdamas. Saugomo krūvio kiekis didėja tiek esant talpai, tiek įtampai.

 

Apskritai didesni kondensatoriai (su didesnėmis talpos vertėmis) paprastai turi didesnį fizinį dydį ir didesnes išlaidas.

 

5.Kondensatorių klasifikacija

Poliarizuoti kondensatoriai

Poliarizuoti kondensatoriai turi aiškiai apibrėžtus teigiamus ir neigiamus gnybtus. Jie turi būti sujungti tinkamu poliškumu; kitu atveju atvirkštinis sujungimas gali sukelti perkaitimą, nutekėjimą arba net plyšimą ir sprogimą.

 

Skysti elektrolitiniai kondensatoriai

Skysti elektrolitiniai kondensatoriai yra poliarizuotų kondensatorių tipas. Jie pasižymi santykinai didele talpa ir gali atlaikyti aukštesnius įtampos lygius, tačiau paprastai jie yra didesni, pasižymi ribotu aukšto -dažnio našumu ir vidutiniu tarnavimo laiku.

 

Šie kondensatoriai plačiai naudojami maitinimo grandinėse filtruoti ir įtampai išlyginti.

 

Dažnas pavyzdys yra aliuminio elektrolitinis kondensatorius. Jis dažnai įrengiamas šalia maitinimo šaltinių, kad būtų galima kaupti energiją ir stabilizuoti įtampą.

 

Kietojo{0}}kūno elektrolitiniai kondensatoriai

 

Tantalo kondensatoriai yra elektrolitinių kondensatorių tipas, kuriame kaip anodas naudojamas tantalo metalas ir kietas elektrolitas. Jie priklauso kietojo kūno{1}}elektrolitinių kondensatorių kategorijai.

 

Jie pasižymi didele talpa tūrio vienetui (mažas dydis), gerą stabilumą, mažą nuotėkio srovę ir patikimą veikimą plačiame temperatūrų diapazone.

Tačiau jie paprastai turi žemesnę įtampą, palyginti su kai kurių kitų tipų kondensatoriais, ir yra jautrūs viršįtampiui bei atvirkštiniam poliškumui.

 

Tantalo kondensatoriai yra poliarizuoti ir turi būti prijungti laikantis teisingo poliškumo. Jie dažniausiai naudojami žemos-tampos kompaktiškuose elektroniniuose įrenginiuose, skirtuose maitinimo šaltinio filtravimui, atjungimui ir garso programoms.

 

Pavyzdžiui, tantalo kondensatoriai plačiai naudojami mobiliuosiuose telefonuose, taip pat dažnai randami kompiuteriuose.

 

Nepoliarizuoti kondensatoriai

 

Keraminiai kondensatoriai

Keraminiai kondensatoriai (taip pat žinomi kaip keraminiai diskiniai kondensatoriai) yra ne-poliarizuoti komponentai, tai reiškia, kad jie neturi teigiamų ar neigiamų gnybtų ir gali būti jungiami bet kuria kryptimi.

 

Jie pasižymi mažomis talpos vertėmis, aukšta įtampa, kompaktišku dydžiu ir puikiu aukšto{0}}dažnio našumu. Dėl šių savybių keraminiai kondensatoriai plačiai naudojami tokiose srityse kaip atsiejimas, filtravimas ir signalų sujungimas elektroninėse grandinėse.

 

6. Matmenys Tolerancija

 

Kondensatoriai paprastai turi gana didelius leistinus nuokrypius, palyginti su kitais elektroniniais komponentais.

 

Keraminiams kondensatoriams įprastos tolerancijos klasės yra:

 

±5% (J)– griežtesnė tolerancija

 

±10% (K)– dažniausiai naudojamas

 

±20% (M)– plačiai naudojamas

 

+80% / −20% (Z)– labai laisva tolerancija

 

Praktikoje:

 

pF{0}}lygio kondensatoriaidažnai naudojamas ±5% tolerancija

 

nF{0}}lygio kondensatoriaipaprastai naudokite ±10% toleranciją

 

μF{0}}lygio kondensatoriaidažniausiai naudojamas ±20 % tolerancija

 

Elektrolitiniai kondensatoriaipaprastai vertinami ±20% ar daugiau

 

Labai{0}}tikslūs kondensatoriai naudojami rečiau, nes daugeliui kondensatorių taikomųjų programų,-pvz., maitinimo šaltinio filtravimui ir įtampos išlyginimui-nereikia labai tikslių talpos verčių. Maži nukrypimai paprastai turi minimalų poveikį grandinės veikimui.

 

Tačiau tokiose programose kaip RF suderinimas ir filtrų tinklai gali prireikti didesnių leistinų nuokrypių (pvz., ±5 %), kad būtų užtikrintos stabilios dažnio charakteristikos. Net ir tokiais atvejais itin didelio tikslumo dažnai nereikia, nes normaliam veikimui pakanka standartinių leistinų nuokrypių.

 

7.Kondensatoriaus matmenys

 

Keraminių ir tantalo kondensatorių pakuotės dydis atitinka tą patį standartą, kuris naudojamas rezistoriams. Mažesnio paviršiaus{1}}montavimo komponentuose naudojami imperiniai kodai, pvz., 0201, 0402, 0603 ir 0805, o didesni paketai taip pat gali būti išreikšti metrikos kodais, pvz., 2520, 3525 ir kt.

 

Cilindrinių elektrolitinių kondensatorių matmenys paprastai nurodomi kaip skersmuo × aukštis (pvz., 6 mm × 11 mm).

 

Kuriant techninę įrangą, paprastai rekomenduojama, kai tik įmanoma, rezervuoti šiek tiek didesnį kondensatorių plotą. Pavyzdžiui, jei skiriamas 6 × 11 mm plotas, didžiausia tipinė specifikacija gali būti apie 100 μF, 25 V. Nors lengva pakeisti mažesnį kondensatorių, kad būtų sumažintos sąnaudos, pakeisti į žymiai didesnę tokio paties dydžio talpą paprastai neįmanoma. Pavyzdžiui, 470 μF, 25 V kondensatorius paprastai negali būti gaminamas 6 × 11 mm pakuotėje.

 

Tas pats pasakytina ir apie keraminius kondensatorius. Pavyzdžiui, naudojant 0805 pakuotę, didžiausia paprastai prieinama specifikacija yra apie 22 μF, 6,3 V. Tokio dydžio pakuotėje sunku gauti didesnės talpos arba aukštesnės įtampos kondensatorius.