Kondensator elektryczny: jak działa i dlaczego jest potrzebny w obwodach AC i DC

W prawie wszystkich urządzeniach elektronicznych, od najprostszych do zaawansowanych technologicznie, takich jak płyt głównych komputerów, można znaleźć jeden niezmiennie obecny element, który jest pasywny składnik. Ale niestety niewiele osób wie, jak ułożony jest kondensator i do czego służy oraz jakie są rodzaje tego magazynu.

Prawie skomplikowane

Tak więc to małe urządzenie do gromadzenia pola elektrycznego lub ładunku wygląda jak zwykły słoik, w którym marynowane są pomidory lub przechowywana jest mąka. W ten sam sposób gromadzi w sobie suchą masę lub płyn, który zostanie w nim umieszczony. Analogia jest prosta: elektrony biegną po obwodzie, a po drodze napotykają przewodniki, które prowadzą je do „słoja”, gdzie gromadzą się, zwiększając ładunek.

Aby dowiedzieć się, ile elektronów można w ten sposób zebrać i w którym momencie akumulacja się zatrzyma (bank pęknie), proces elektryczny zwykle porównuje się do sieci wodociągowej. Jeśli wyobrazisz sobie rurę, w której płynie woda, pompowana tam przez pompę, to gdzieś w środku rurociągu musisz wyobrazić sobie miękką membranę rozciągającą się pod naporem cieczy. Oczywiście rozciągnie się do pewnej granicy, aż pęknie lub, jeśli zostanie złapany bardzo mocno, zrównoważy siłę pompy.

Ten przykład pokazuje, jak działa kondensator, tylko membranę zastępuje pole elektryczne, która wzrasta wraz z ładowaniem urządzenia magazynującego (praca pompy), równoważenie napięcia źródła odżywianie. Oczywiście proces ten nie jest nieskończony i istnieje opłata graniczna, po osiągnięciu której „bank” upadnie i przestanie pełnić swoje funkcje.

Urządzenie i zasada działania

Kondensator to urządzenie składające się z dwóch płytek (płyt) z pustką między nimi. Napięcie jest do niego dostarczane przez okablowanie podłączone do płyt. Współczesne urządzenia w zasadzie niewiele różnią się od modeli na lekcjach fizyki, składają się też z dielektryka i płytek. Należy zauważyć, że to substancja lub jej brak (próżnia) słabo przewodzi prąd elektryczny, który zmienia charakterystykę urządzenia magazynującego.

Istota zasady działania kondensatora jest prosta: podali napięcie, a ładunek zaczął się gromadzić. Rozważmy na przykład jak zachowuje się napęd w dwóch wariantach obwodu elektrycznego:

• DC. Jeśli do obwodu z podłączonym kondensatorem zostanie doprowadzony prąd, widać, że strzałka na amperomierzu zacznie się poruszać, a następnie szybko powróci do pierwotnej pozycji. Można to wytłumaczyć po prostu: urządzenie ładowało się szybko, to znaczy źródło zasilania było zbalansowane przez płytki napędu, a prądu nie było. Dlatego często mówi się, że kondensator nie działa w warunkach stałego prądu. To stwierdzenie jest błędne, wszystko działa, ale na bardzo krótki czas.
• Prąd przemienny - wtedy elektrony poruszają się najpierw w jednym kierunku, a potem w drugim. Jeśli wyobrazimy sobie taki obwód z podłączonym do niego urządzeniem magazynującym, to na obu płytach kondensatora będą naprzemiennie gromadzić się ładunki dodatnie i ujemne. Oznacza to, że prąd przemienny swobodnie przepływa przez urządzenie.

Ponieważ kondensator opóźnia prąd stały, ale przepuszcza prąd przemienny, stąd powstają i zakres jego przeznaczenia, np. dla urządzeń, w których konieczne jest usunięcie składowej DC w sygnał. Dość oczywiste jest, że napęd ma opór, ale nie jest na nim uwalniana moc, więc się nie nagrzewa.

Główne rodzaje

Zwykły użytkownik nie zawsze wie, w jaki kondensator jest wyposażone jego urządzenie. Ale każdy typ ma swoje wady i zalety, a także cechy operacyjne. Istnieją dwie duże grupy tych urządzeń dla obwodów elektrycznych AC i DC. Jednak nadal główną klasyfikacją jest rodzaj dielektryka, który znajduje się między płytkami kondensatora. Główne rodzaje:

• Ceramiczny. Są małe, mają mały prąd upływu i małą indukcyjność. Doskonale sprawdzają się w warunkach wysokiej częstotliwości, w obwodach pulsujących, prądu stałego i przemiennego. Prezentowane są w różnym zakresie napięć i pojemności, w zależności od tego, do czego przeznaczony jest kondensator.
• Mika. Obecnie prawie nigdy nie są używane i nie są produkowane. W tego typu pierścieniach akumulacyjnych mika służy jako dielektryk. Napięcie robocze takich kondensatorów mieści się w zakresie - 200-1500 V.
• Papier. Papier kondensatorowy jest zamknięty w waflach aluminiowych. Wytrzymuj napięcie 160-1500 V.
• Poliester. Maksymalna pojemność nie przekracza 15 mF, napięcie robocze wynosi 50-1500 V.
• Polipropylen. Wyróżnia się korzystnie na tle innych braci dwiema zaletami. Pierwsza to mała tolerancja pojemności (+/- 1%), druga to napięcie robocze do 3 kV.

Kondensatory elektrolityczne należy odnotować osobno. Ich główną różnicą w porównaniu z innymi typami jest podłączenie tylko do obwodu prądu stałego lub pulsującego. Takie napędy mają biegunowość - jest to cecha ich konstrukcji, dlatego nieprawidłowe podłączenie prowadzi do pęcznienia lub eksplozji urządzenia. Mają dużą pojemność, co sprawia, że ​​kondensator elektrolityczny nadaje się do zastosowania w obwodach prostownikowych.

Aplikacje

Można śmiało powiedzieć, że kondensatory są stosowane w prawie wszystkich obwodach elektronicznych i radiotechnicznych. Aby zorientować się, gdzie i dlaczego potrzebny jest kondensator, należy przypomnieć sobie jego możliwości utrzymuj ładowanie i rozładowywanie we właściwym czasie i przekaż AC, a nie przepuść; stały. To znaczy że takie urządzenia są wykorzystywane w wielu dziedzinach techniki, na przykład:

• telefonia;
• w produkcji urządzeń liczących i magazynujących;
• automatyzacja;
• przy tworzeniu przyrządów pomiarowych i wielu innych.

Elektryczne urządzenia magazynujące można znaleźć zarówno w telewizorach, jak i urządzeniach radarowych, gdzie konieczne jest utworzenie impulsu o dużej mocy, do którego służy kondensator. Nie sposób spotkać zasilacza bez tych urządzeń lub zabezpieczenia przeciwprzepięciowego.

Trzeba powiedzieć, że urządzenia magazynujące znajdują zastosowanie także w dziedzinach niezwiązanych z elektrotechniką, np. w produkcji metali i wydobyciu węgla, gdzie wykorzystywane są lokomotywy kondensatorowe.