Elektrinis kondensatorius yra vienas iš bet kurio elektroninio prietaiso elektros grandinės elementų. Pagrindinė jo funkcija - kaupti energiją ir vėliau ją išleisti atgal į grandinę. Šioje pramonės šakoje siūloma daug įvairių tipų, talpos, dydžių ir pritaikymo sričių kondensatorių.
Kondensatoriaus veikimo principas ir charakteristikos
Kondensatorių sudaro dvi metalinės plokštelės, kurias skiria plonas dielektriko sluoksnis. Talpos vertę lemia briaunų dydžio ir išdėstymo bei dielektrinės medžiagos savybių santykis.
Projektuojant bet kokio tipo kondensatorių siekiama gauti didžiausią talpą, palyginti su mažiausiais matmenimis, kad būtų sutaupyta vietos prietaiso plokštėje. Viena iš populiariausių formų, atsižvelgiant į išvaizdą, yra statinės formos, kai metaliniai dangteliai yra susukti kartu, o tarp jų yra dielektrikas. Pirmasis kondensatorius, išrastas 1745 m. Leidene (Nyderlandai), buvo pavadintas "Leideno stiklainiu".
Komponento veikimo principas - gebėjimas įkrauti ir iškrauti. Įkrovimas įmanomas laikant elektrodus nedideliu atstumu vieną nuo kito. Dielektriku glaudžiai vienas nuo kito nutolę krūviai yra pritraukiami vienas kito ir sulaikomi ant gnybtų, todėl kondensatorius kaupia energiją. Išjungus maitinimo šaltinį, komponentas yra pasiruošęs atiduoti energiją į grandinę, išsikrauti.
Parametrai ir savybės, nuo kurių priklauso našumas, kokybė ir ilgaamžiškumas
- elektrinė talpa;
- savitąją talpą;
- tolerancija;
- elektrinis stiprumas;
- vidinis induktyvumas;
- dielektrinė absorbcija;
- nuostoliai;
- stabilumas;
- patikimumas.
Kondensatoriaus elektrinę talpą lemia gebėjimas kaupti krūvį. Apskaičiuojant talpą reikia žinoti
- apvijų plotas;
- atstumas tarp ričių;
- Dielektrinės medžiagos dielektrinė skvarba.
Norint padidinti talpą, reikia padidinti apvijų plotą, sumažinti atstumą tarp jų ir naudoti dielektriką, kurio medžiaga turi didelę dielektrinę skvarbą.
Talpos matavimo vienetas yra faradas (F), pavadintas anglų fiziko Michaelio Faradėjaus vardu. Tačiau 1 faradas yra per didelė vertė. Pavyzdžiui, mūsų planetos talpa yra mažesnė nei 1 faradas. Radijo elektronikoje naudojamos mažesnės vertės: mikrofaradai (µF, viena milijoninė farado dalis) ir pikofaradai (pF, viena milijoninė mikrofarado dalis).
Savitoji talpa apskaičiuojama pagal talpos ir dielektriko masės (tūrio) santykį. Tam įtakos turi geometriniai matmenys, o savitąją talpą galima padidinti sumažinus dielektriko tūrį, tačiau dėl to padidėja gedimo rizika.
Leistinas vardinės talpos vertės nuokrypis nuo tikrosios vertės lemia tikslumo klasę. Pagal GOST yra 5 tikslumo klasės, kurios lemia būsimą naudojimą. Didelės atsakomybės grandinėse naudojami aukščiausios tikslumo klasės komponentai.
Elektrinis stiprumas lemia gebėjimą išlaikyti įkrovą ir išlaikyti veikimą. Apvijose sukaupti krūviai, veikdami dielektriką, juda vienas kito link. Elektrinis stipris yra svarbi kondensatoriaus savybė, lemianti jo naudojimo trukmę. Netinkamas naudojimas gali sukelti dielektrinį skilimą ir komponentų gedimą.
Į vidinį induktyvumą atsižvelgiama kintamosios srovės grandinėse su induktyvumo ritėmis. Nuolatinės srovės grandinėse į tai neatsižvelgiama.
Dielektrinė absorbcija - tai įtampos atsiradimas ant ričių greito išsikrovimo metu. Į absorbcijos reiškinį atsižvelgiama siekiant saugiai eksploatuoti aukštos įtampos elektros prietaisus, nes trumpojo jungimo atveju kyla pavojus gyvybei.
Nuostoliai atsiranda dėl mažos dielektriko pralaidumo srovei. Kai elektroniniai komponentai eksploatuojami esant skirtingoms temperatūroms ir drėgmės sąlygoms, tai turi įtakos nuostolių kokybės koeficientui. Tam įtakos turi ir darbinis dažnis. Esant žemiems dažniams, įtakos turi dielektriniai nuostoliai; esant aukštesniems dažniams, įtakos turi metaliniai nuostoliai.
Stabilumas yra kondensatoriaus parametras, kuriam įtakos turi ir aplinkos temperatūra. Jo poveikis skirstomas į grįžtamąjį, kuriam būdingas temperatūrinis koeficientas, ir negrįžtamąjį, kuriam būdingas temperatūrinio nestabilumo koeficientas.
Kondensatoriaus veikimo patikimumas pirmiausia priklauso nuo darbo sąlygų. Gedimų analizė rodo, kad gedimai lemia 80 % visų gedimų.
Priklausomai nuo taikymo srities, tipo ir naudojimo srities, kondensatorių dydis skiriasi. Mažiausi, nuo kelių milimetrų iki kelių centimetrų dydžio, naudojami elektronikoje, o didžiausi - pramonėje.
Tikslas
Energijos kaupimo ir išlaisvinimo savybė lėmė platų kondensatorių naudojimą šiuolaikinėje elektronikoje. Kaip ir rezistoriai bei tranzistoriai, jie yra elektrotechnikos pagrindas. Nėra nė vieno šiuolaikinio prietaiso, kuriame jie nebūtų naudojami.
Jų gebėjimas įkrauti ir iškrauti, kartu su tokiomis pačiomis savybėmis pasižyminčia induktyvumu, plačiai naudojamas radijo ir televizijos technikoje. Kondensatoriaus ir induktyvumo virpesių grandinė yra signalų perdavimo ir priėmimo pagrindas. Keičiant kondensatoriaus talpą, galima keisti virpesių grandinės dažnį. Pavyzdžiui, radijo stotys gali transliuoti savo dažniais, o radijo imtuvai gali prisijungti prie šių dažnių.
Svarbi funkcija - išlyginti kintamosios srovės pulsacijas. Bet kuriam kintamosios srovės maitinamam elektroniniam prietaisui reikia filtruojančių elektros kondensatorių, kad būtų gaminama geros kokybės nuolatinė srovė.
Įkrovimo ir iškrovimo mechanizmas aktyviai naudojamas fotografijos įrangoje. Visuose šiuolaikiniuose fotoaparatuose nuotraukoms daryti naudojama blykstė, kuriai būdinga greito išlydžio savybė. Baterijos, kurios gali kaupti energiją, bet lėtai išsikrauna, šioje srityje nėra palankios. Kita vertus, kondensatoriai visą sukauptą energiją išlaisvina akimirksniu, o to pakanka ryškiam blyksniui.
Kondensatorių gebėjimas generuoti didelės galios impulsus naudojamas radiolokacijoje ir lazeriuose.
Kondensatoriai atlieka kibirkščių gesinimo kontaktų vaidmenį telegrafijoje ir telefonijoje, taip pat telemechanikoje ir automatikoje, kai reikia perjungti labai apkrautas reles.
Ilgų perdavimo linijų įtampos reguliavimas įmanomas naudojant kompensacinius kondensatorius.
Šiuolaikiniai kondensatoriai dėl savo galimybių naudojami ne tik radioelektronikos srityje. Jie naudojami metalo apdirbimo, kalnakasybos ir anglies pramonėje.
Pagrindinės veislės
Dėl elektronikos prietaisų taikymo ir veikimo sąlygų įvairovės yra daug įvairių komponentų, kurie skiriasi savo tipais ir savybėmis. Pagrindinis skirstymas yra pagal klases ir naudojamo dielektriko tipą.
Kondensatorių tipai, suskirstyti pagal klases:
- su pastovia talpa;
- su kintama talpa;
- reguliuojamas.
Pastovios talpos komponentai naudojami kiekviename radioelektroniniame įrenginyje.
Kintamieji kondensatoriai naudojami talpai ir grandinės parametrams, pvz., dažniui, keisti virpesių grandinėse. Jų konstrukcijoje yra kelios metalinių judančių plokščių sekcijos, todėl jos yra ilgaamžės.
Trimeriniai kondensatoriai naudojami vieninteliam aparato reguliavimui. Jie gali būti įvairių talpų (nuo kelių pikofaradų iki kelių šimtų pikofaradų) ir skirti iki 60 V įtampai. Be jų nebūtų įmanoma tiksliai sureguliuoti įrangos.
Kondensatorių tipai, klasifikuojami pagal dielektriko tipą:
- keraminis dielektrikas;
- su plėveliniu dielektriku;
- elektrolitinis;
- jonų keitikliai.
Keraminiai kondensatoriai gaminami iš nedidelės keraminės medžiagos plokštelės, ant kurios užpurkšti metaliniai gnybtai. Šie kondensatoriai pasižymi skirtingomis savybėmis ir naudojami tiek aukštos, tiek žemos įtampos grandinėse.
Žemos įtampos grandinėms dažniausiai naudojami daugiasluoksniai maži komponentai epoksidiniuose arba plastikiniuose korpusuose, kurių talpa svyruoja nuo kelių dešimčių pikofaradų iki mikrofaradų vienetų. Jie naudojami aukšto dažnio grandinėse radioelektroninėje įrangoje ir gali veikti atšiauriomis klimato sąlygomis.
Aukštos įtampos grandinėms galima įsigyti didesnių keraminių kondensatorių, kurių talpa svyruoja nuo dešimčių iki tūkstančių pikofaradų. Jie naudojami impulsinėse grandinėse ir įtampos keitimo įrangoje.
Plėveliniai dielektrikai būna įvairių tipų. Labiausiai paplitęs yra lavsanas, kuris yra labai patvarus. Rečiau naudojamas polipropileno dielektrikas, kurio nuostoliai mažesni ir kuris naudojamas aukštos įtampos grandinėse, pavyzdžiui, garso stiprinimo grandinėse ir vidutinių dažnių grandinėse.
Atskiras plėvelinio kondensatoriaus tipas yra paleidimo kondensatorius, kuris naudojamas paleidžiant variklius ir dėl didelės talpos bei specialios dielektrinės medžiagos sumažina elektros variklio apkrovą. Jiems būdinga didelė darbinė įtampa ir elektros reaktyvioji galia.
Elektrolitiniai kondensatoriai yra klasikinės konstrukcijos. Korpusas pagamintas iš aliuminio, o jo viduje išdėstyti suvynioti metaliniai apvalkalai. Vienas dangtelis chemiškai padengtas metalo oksidu, o kitas - skystu arba kietu elektrolitu, kad susidarytų dielektrikas. Dėl šios konstrukcijos elektrolitiniai kondensatoriai pasižymi didele talpa, tačiau jų naudojimo ypatybė yra ta, kad laikui bėgant ji kinta.
Priešingai nei keraminiai ir plėveliniai kondensatoriai, elektrolitiniai kondensatoriai turi poliškumą. Šie savo ruožtu skirstomi į nepolinius, neturinčius šio trūkumo, radialinius, miniatiūrinius ir ašinius. Jų taikymo sritys - tradiciniai kompiuteriai ir šiuolaikinės mikrokompiuterių technologijos.
Ypatingas tipas, kuris atsirado palyginti neseniai, yra jonitai. Jų konstrukcija panaši į elektrolitinių kondensatorių, tačiau jie pasižymi didele talpa (iki kelių faradų). Tačiau jų naudojimą riboja maža maksimali kelių voltų įtampa. Jonizatoriai naudojami atminčiai saugoti: jei išsikrauna mobiliojo telefono ar miniatiūrinio kompiuterio akumuliatorius, išsaugota informacija nebus negrįžtamai prarasta.
Be jau seniai žinomų ir tradiciškai naudojamų komponentų su išvestiniais kontaktais, šiuolaikiniai komponentai yra SMD arba, kaip dar vadinama, paviršinio montavimo. Pavyzdžiui, keraminiai kondensatoriai gali būti gaminami įvairių dydžių - nuo mažiausių (1 mm x 0,5 mm) iki didžiausių (5,7 mm x 5 mm), o jų įtampa - nuo dešimčių iki šimtų voltų.
Elektrolitiniai kondensatoriai taip pat gali būti gaminami paviršinio montavimo korpusuose. Tai gali būti standartiniai aliuminio elektrolitiniai kondensatoriai arba tantalo kondensatoriai, kurie šiek tiek primena keraminius kondensatorius, tačiau skiriasi nuo jų didesne talpa ir mažesniais nuostoliais. Juos galima įsigyti tiek bešviniais, tiek bešviniais SMD modeliais.
Tantalo kondensatoriai pasižymi ilgaamžiškumu ir minimaliais nuostoliais, o jų talpos riba yra šiek tiek mažesnė, tačiau jie taip pat yra labai brangūs. Jie naudojami didelės atsakomybės grandinėse, kur reikalinga didelė talpa.
Susiję straipsniai:
