Elektrický kondenzátor: ako to funguje a prečo je potrebný v obvodoch AC a DC

Takmer vo všetkých elektronických zariadeniach, od tých najjednoduchších až po high-tech, ako napr na základných doskách počítačov možno nájsť jeden neustále prítomný prvok, ktorý je pasívny komponent. Ale bohužiaľ, len málo ľudí vie, ako je kondenzátor usporiadaný a na čo slúži a aké typy tohto úložiska existujú.

Len asi komplikovane

Takže toto malé zariadenie na akumuláciu elektrického poľa alebo náboja vyzerá ako obyčajná nádoba, v ktorej sa marinujú paradajky alebo sa skladuje múka. Rovnakým spôsobom sa v sebe hromadí sušina alebo kvapalina, ktorá bude v nej umiestnená. Analógia je jednoduchá: elektróny prebiehajú po obvode a na svojej ceste sa stretávajú s vodičmi, ktoré ich vedú do "nádrže", kde sa hromadia a zvyšujú náboj.

Aby sa zistilo, koľko elektrónov sa dá týmto spôsobom zhromaždiť a v akom bode sa akumulácia zastaví (banka praskne), elektrický proces sa zvyčajne prirovnáva k systému zásobovania vodou. Ak si predstavíte potrubie, v ktorom tečie voda, ktorú tam čerpá čerpadlo, potom si niekde v strede potrubia musíte predstaviť mäkkú membránu, ktorá sa napína pod tlakom kvapaliny. Je zrejmé, že sa natiahne do určitej hranice, až kým sa neroztrhne, alebo ak sa veľmi silno zachytí, nevyváži silu pumpy.

Tento príklad ukazuje, ako funguje kondenzátor, iba membrána je nahradená elektrickým poľom, ktorá sa zväčšuje pri nabíjaní zásobníka (prevádzka čerpadla), vyrovnáva napätie zdroja výživa. Je zrejmé, že tento proces nie je nekonečný a existuje limitný poplatok, po dosiahnutí ktorého „banka“ zlyhá a prestane vykonávať svoje funkcie.

Zariadenie a princíp činnosti

Kondenzátor je zariadenie pozostávajúce z dvoch dosiek (dosiek) s dutinou medzi nimi. Napätie je k nemu privádzané cez vedenie pripojené k platniam. Moderné zariadenia sa v skutočnosti príliš nelíšia od modelov na hodinách fyziky, pozostávajú aj z dielektrika a dosiek. Treba si uvedomiť, že práve látka alebo jej neprítomnosť (vákuum), ktorá zle vedie elektrinu, mení charakteristiky akumulačného zariadenia.

Podstata princípu činnosti kondenzátora je jednoduchá: dali napätie a náboj sa začal hromadiť. Napríklad zvážte ako sa pohon správa v dvoch variantoch elektrického obvodu:

• D.C. Ak sa do obvodu privedie prúd s pripojeným kondenzátorom, potom môžete vidieť, že šípka na ampérmetri sa začne pohybovať a potom sa rýchlo vráti do svojej pôvodnej polohy. Dá sa to vysvetliť jednoducho: zariadenie sa rýchlo nabilo, to znamená, že zdroj energie bol vyvážený doskami pohonu a prúd bol preč. Preto sa často hovorí, že kondenzátor nefunguje za podmienok konštantného prúdu. Toto tvrdenie je nesprávne, všetko funguje, ale veľmi krátko.
• Striedavý prúd - vtedy sa elektróny pohybujú najskôr jedným smerom a potom druhým smerom. Ak si predstavíme takýto obvod s pripojeným pamäťovým zariadením, tak sa na oboch doskách kondenzátora budú striedavo hromadiť kladné a záporné náboje. To znamená, že striedavý prúd voľne preteká zariadením.

Keďže kondenzátor oneskoruje jednosmerný prúd, ale prechádza striedavým prúdom, odtiaľ sa tvoria a rozsah jeho účelu, napríklad pre zariadenia, v ktorých je potrebné odstrániť konštantnú zložku v signál. Je úplne zrejmé, že disk má odpor, ale výkon sa na ňom neuvoľňuje, takže sa nezohrieva.

Hlavné typy

Bežný používateľ nie vždy vie, akým kondenzátorom je jeho zariadenie vybavené. Ale každý typ má svoje vlastné nevýhody a výhody, ako aj prevádzkové vlastnosti. Existujú dve veľké skupiny týchto zariadení pre elektrické obvody AC a DC. Hlavná klasifikácia je však stále podľa typu dielektrika, ktoré sa nachádza medzi doštičkami kondenzátora. Hlavné typy:

• Keramické. Majú malú veľkosť, malý zvodový prúd a malú indukčnosť. Dokonale fungujú vo vysokofrekvenčných podmienkach, v obvodoch s pulzujúcim, jednosmerným a striedavým prúdom. Sú prezentované v inom rozsahu napätí a kapacít v závislosti od toho, na čo je kondenzátor určený.
• Sľuda. V súčasnosti sa takmer nepoužívajú a nevyrábajú. V skladovacích prstencoch tohto typu slúži sľuda ako dielektrikum. Prevádzkové napätie takýchto kondenzátorov je v rozsahu - 200-1500 V.
• Papier. Papier kondenzátora je uzavretý v hliníkových doštičkách. Odolné napätie 160-1500 V.
• Polyester. Maximálna kapacita nepresahuje 15 mF, prevádzkové napätie je 50-1500 V.
• Polypropylén. Na pozadí ostatných bratov priaznivo vynikajú dvoma výhodami. Prvým je tolerancia malej kapacity (+/- 1%), druhým je prevádzkové napätie do 3 kV.

Samostatne je potrebné poznamenať elektrolytické kondenzátory. Ich hlavným rozdielom od iných typov je pripojenie iba k obvodu jednosmerného alebo pulzujúceho prúdu. Takéto jednotky majú polaritu - to je vlastnosť ich konštrukcie, preto nesprávne pripojenie vedie k opuchu alebo výbuchu zariadenia. Majú veľkú kapacitu, vďaka čomu je elektrolytický kondenzátor vhodný na použitie v obvodoch usmerňovačov.

Aplikácie

Môžeme s istotou povedať, že kondenzátory sa používajú takmer vo všetkých elektronických a rádiových obvodoch. Ak chcete mať predstavu o tom, kde a prečo je potrebný kondenzátor, mali by ste si spomenúť na jeho schopnosť udržujte nabíjanie a vybíjanie v správnom čase a striedajte striedavý prúd a neprechádzajte konštantný. To znamená, že takéto zariadenia sa používajú v mnohých technických oblastiach, napr.

• telefonovanie;
• pri výrobe počítacích a skladovacích zariadení;
• automatizácia;
• pri tvorbe meracích prístrojov a mnohých iných.

Elektrické pamäťové zariadenia nájdeme ako v televízoroch, tak aj v radarových zariadeniach, kde je potrebné vytvárať vysokovýkonný impulz, na ktorý slúži kondenzátor. Nie je možné naraziť na zdroj bez týchto zariadení alebo prepäťovej ochrany.

Treba povedať, že akumulačné zariadenia sa používajú aj v oblastiach, ktoré nesúvisia s elektrotechnikou, napríklad v kovovýrobe a ťažbe uhlia, kde sa používajú kondenzátorové elektrické lokomotívy.