Kondensaator on põhiline elektrooniline komponent (koos takisti ja induktiivpooliga) elektrienergia salvestamiseks. Selle toimimise parim analoogia oleks võrdlus laetava akuga. Viimase seade põhineb aga pöörduvatel keemilistel reaktsioonidel ning laengu kogunemine kondensaatoriplaatidele on eranditult elektrilist laadi.
Sisu
- Seade ja tööpõhimõte
- Mahutavus, laeng ja pinge
- Dielektriline väärtus
Seade ja tööpõhimõte
Kõige lihtsamal kujul struktuur koosneb kahest elektrit juhtivate plaatide kujul olevast elektroodist (nimetatakse plaatideks), mis on eraldatud dielektrikuga, mille paksus on plaatide mõõtmetega võrreldes tühine. Praktiliselt kasutatavad elektroonilised komponendid sisaldavad palju dielektriku ja elektroodide kihte. Diagrammi kondensaatori tähistusena kasutatakse kahte paralleelset segmenti, mille vahel on tühik. Need sümboliseerivad füüsilise seadme plaatide metallplaate, mis on üksteisest elektriliselt eraldatud.
Michael Faradayt peavad paljud leiutise leiutajaks, kuid tegelikult see nii ei ole. Kuid ta tegi peamise asja - ta demonstreeris oma katsetes esimesi praktilisi näiteid ja meetodeid selle seadme kasutamisest elektrilaengu salvestamiseks. Tänu Faradayle sai inimkond võimaluse mõõta laengu kogumise võimet. Seda suurust nimetatakse võimsuseks ja seda mõõdetakse faradides.
Kondensaatori tööd saab illustreerida näitega sündmustest, mis toimuvad digikaamera välklambis ajavahemikul nupuvajutuse ja välgu kustumise hetkest. Selle valgustusseadme elektrooniline lülitus põhineb kondensaatoril, mille puhul juhtub järgmine:
- Laadija. Pärast nupu vajutamist siseneb elektronide vool kondensaatorisse ja peatub selle ühel plaadil dielektriku mõjul. Seda voolu nimetatakse laadimisvooluks.
- Kogunemine. Kuna elektromotoorjõu toimel siseneb plaadile ja jaotub selle peale üha rohkem elektrone, plaadi negatiivne laeng võib kasvada seni, kuni akumuleeritud potentsiaal tõrjub sissetuleva liigse voolu elektronid. Teine plaat omandab elektronide puudumise tõttu positiivse laengu, mis on võrdne esimese negatiivse laenguga. Laadimisvool voolab seni, kuni mõlema plaadi pinge võrdub rakendatud pingega. Laadimisvoolu tugevus või kiirus on maksimaalsel tasemel, kui plaadid täielikult tühjenenud ja läheneb nullile hetkel, kui pinge plaatidel ja allikal on on võrdsed.
- Säilitamine. Kuna plaadid on vastupidiselt laetud, tõmbuvad ioonid ja elektronid üksteise poole, kuid ei saa dielektrilise kihi tõttu ühendust luua, tekitades elektrostaatilise välja. Tänu sellele väljale hoiab ja salvestab kondensaator laengut.
- Tühjenemine. Kui saab võimalikuks, et elektronid voolavad ahelas teistmoodi, siis akumuleerub pinge positiivse ja vahel plaatide negatiivsed laengud realiseeritakse koheselt elektrivooluks, mille impulss välklambis muundatakse valguse energia.
Seega realiseerib välklamp kondensaatori võimet salvestada akust saadavat energiat impulsi jaoks. Kaamera aku on ka salvestusseade, kuid säilitamise keemilise olemuse tõttu genereerib ja vabastab see energiat aeglaselt.
Mahutavus, laeng ja pinge
Kondensaatori omadust säilitada plaatidel elektrostaatilise välja kujul laengut nimetatakse mahtuvuseks. Mida suurem on plaatide pindala ja mida väiksem on nendevaheline kaugus, seda rohkem laengut nad suudavad koguda ja seega ka suurema mahutavusega. Kui kondensaatorile rakendatakse pinget, annab laengu Q ja pinge V suhe mahtuvuse C väärtuse. 
Kondensaatori laadimise valem näeb välja järgmine:
Q = C * V.
Elektrilise võimsuse mõõt on farad (F). See ühik on alati positiivne ja sellel pole negatiivseid väärtusi. 1 F on võrdne kondensaatori võimsusega, mis on võimeline salvestama 1 kuloni laengut plaatidele pingega 1 volt.
Farad on kasutusmugavuse huvides väga suur mõõtühik rakendage peamiselt selle osalisi mõõtmeid:
- Mikrofarad (μF): 1 μF = 1 / 1 000 000 F.
- Nanofarad (nF): 1nF = 1 / 1 000 000 000 F.
- Picofarad (pF): 1pF = 1/000000000000 F.
Dielektriline väärtus
Lisaks plaatide üldisele suurusele ja nendevahelisele kaugusele on veel üks parameeter, mis mõjutab mahtuvust - kasutatava isolaatori tüüp. Tegurit, millega määratakse dielektriku võime suurendada kondensaatori võimsust vaakumiga võrreldes nimetatakse nn. dielektriline konstant ja seda kirjeldatakse erinevate materjalide puhul konstantse väärtusega 1 kuni lõpmatuseni (teoorias):
- vaakum: 1.0000;
- õhk: 1,0006;
- paber: 2,5-3,5;
- klaas: 3-10;
- metallioksiidid 6-20;
- elektrikeraamika: kuni 80.
Lisaks tahketele dielektrilistele kondensaatoritele (keraamika, paber, kile) on ka elektrolüütilised. Viimased kasutavad alumiinium- või tantaalplaate, mille ühe elektroodina on isolatsioonikiht oksiid ja teisena elektrolüüdilahus.
Selle disaini peamised omadused on see, et see võimaldab koguda suhteliselt muljetavaldavat laengut väikeses suuruses ja on polaarne elektrisalvestus. See tähendab, et see on polaarsuse osas elektriskeemi kaasatud.
Energia, mida enamik kondensaatoreid suudab salvestada, on tavaliselt väike - mitte rohkem kui sadu džaule. Lisaks ei kesta see kaua vältimatu laengulekke tõttu. Seetõttu ei saa kondensaatorid toiteallikana asendada näiteks patareisid. Ja kuigi nad suudavad tõhusalt täita ainult ühte tööd (laengu säästmine), on nende rakendus elektriahelates väga mitmekesine. Kondensaatoreid kasutatakse filtritena, liinipinge tasandamiseks, sünkroniseerimisseadmetena ja muudel eesmärkidel.
