De elementbasis voor het ontwerp van elektronische apparaten wordt ingewikkelder. Apparaten worden gecombineerd tot geïntegreerde schakelingen met een bepaalde functionaliteit en programmabesturing. Maar de ontwikkeling is gebaseerd op basisapparaten: condensatoren, weerstanden, diodes en transistors.
Inhoud
Wat is een condensator?
Een apparaat dat elektrische energie in de vorm van elektrische ladingen opslaat, wordt een condensator genoemd.
De hoeveelheid elektriciteit of elektrische lading in de natuurkunde wordt gemeten in coulombs (C). De capaciteit wordt gemeten in farads (F).
Een enkele geleider met een elektrische capaciteit van 1 farad is een metalen bol met een straal gelijk aan 13 stralen van de zon.Daarom bevat de condensator ten minste 2 geleiders, die worden gescheiden door een diëlektricum. In eenvoudige ontwerpen van het apparaat - papier.
De werking van een condensator in een gelijkstroomcircuit wordt uitgevoerd wanneer de stroom wordt in- en uitgeschakeld.Alleen op overgangsmomenten verandert de potentiaal op de platen.
De condensator in het wisselstroomcircuit wordt opgeladen met een frequentie die gelijk is aan de frequentie van de voedingsspanning. Als gevolg van continue ladingen en ontladingen vloeit er stroom door het element. Hogere frequentie - het apparaat laadt sneller op.
De weerstand van een circuit met een condensator hangt af van de frequentie van de stroom. Bij nul DC-frequentie neigt de weerstandswaarde naar oneindig. Naarmate de AC-frequentie toeneemt, neemt de weerstand af.
Waar worden condensatoren gebruikt?
De werking van elektronische, radiotechnische en elektrische apparaten is onmogelijk zonder condensatoren.
In de elektrotechniek worden ze gebruikt om fasen te verschuiven bij het starten van inductiemotoren. Zonder faseverschuiving functioneert een driefasige asynchrone motor in een variabel enkelfasig netwerk niet.
Condensatoren met een capaciteit van meerdere farads - ionistoren, worden in elektrische voertuigen gebruikt als motorkrachtbronnen.
Om te begrijpen waarom een condensator nodig is, moet u weten dat 10-12% van de meetapparatuur werkt volgens het principe van veranderende elektrische capaciteit wanneer de parameters van de externe omgeving veranderen. De reactiecapaciteit van speciale apparaten wordt gebruikt voor:
- registratie van zwakke bewegingen door een toename of afname van de afstand tussen de platen;
- bepaling van vochtigheid door veranderingen in de weerstand van het diëlektricum vast te stellen;
- meting van het vloeistofniveau, die de capaciteit van het element verandert wanneer deze is gevuld.
Het is moeilijk voor te stellen hoe automatisering en relaisbeveiliging zijn ontworpen zonder condensatoren. Sommige beveiligingslogica's houden rekening met de veelvoud van het opladen van het apparaat.
Capacitieve elementen worden gebruikt in circuits van mobiele communicatieapparatuur, radio- en televisieapparatuur. Condensatoren worden gebruikt in:
- versterkers van hoge en lage frequenties;
- voedingen;
- frequentiefilters;
- geluidsversterkers;
- processoren en andere microschakelingen.
Het antwoord op de vraag waar een condensator voor dient, is gemakkelijk te vinden als je kijkt naar de elektrische circuits van elektronische apparaten.
Het werkingsprincipe van de condensator:
In een DC-circuit worden positieve ladingen verzameld op de ene plaat en negatieve ladingen op de andere. Door wederzijdse aantrekkingskracht worden de deeltjes in het apparaat vastgehouden en maakt het diëlektricum ertussen geen verbinding mogelijk. Hoe dunner het diëlektricum, hoe sterker de ladingen zijn gebonden.
De condensator neemt de hoeveelheid elektriciteit op die nodig is om de container te vullen en de stroom stopt.
Met een constante spanning in het circuit behoudt het element een lading totdat de stroom wordt uitgeschakeld. Vervolgens wordt het ontladen via de belastingen in het circuit.
Wisselstroom vloeit op een andere manier door een condensator. De eerste ¼ van de oscillatieperiode is het moment waarop het apparaat wordt opgeladen. De amplitude van de laadstroom neemt exponentieel af en tegen het einde van het kwartaal daalt deze tot nul. EMF bereikt op dit moment de amplitude.
In de tweede ¼ periode daalt de EMF en begint de cel te ontladen. De afname in EMF is aanvankelijk klein en de ontlaadstroom ook. Het groeit volgens dezelfde exponentiële afhankelijkheid. Aan het einde van de periode is de EMF nul, de stroom is gelijk aan de amplitudewaarde.
In de derde ¼ van de oscillatieperiode verandert de EMF van richting, gaat door nul en neemt toe.Het aanklachtteken op de platen is omgekeerd. De stroom neemt in grootte af en behoudt de richting. Op dit punt leidt de elektrische stroom de spanning met 90 ° in fase.
In inductoren gebeurt het tegenovergestelde: spanning leidt stroom. Deze eigenschap staat voorop bij het kiezen van de circuits die in het circuit moeten worden gebruikt: RC of RL.
Aan het einde van de cyclus, bij de laatste ¼-oscillatie, daalt de EMF tot nul en bereikt de stroom zijn piekwaarde.
"Capaciteit" wordt 2 keer per periode ontladen en opgeladen en geleidt wisselstroom.
Dit is een theoretische beschrijving van processen. Om te begrijpen hoe het element in de schakeling direct in het apparaat werkt, worden de inductieve en capacitieve weerstand van de schakeling berekend, de parameters van de andere deelnemers berekend en wordt rekening gehouden met de invloed van de externe omgeving.
Belangrijkste kenmerken en eigenschappen:
Condensatorparameters die worden gebruikt om elektronische apparaten te maken en te repareren, zijn onder meer:
- Capaciteit - C. Bepaalt de hoeveelheid lading die het apparaat vasthoudt. De waarde van het nominale vermogen staat op de koffer vermeld. Om de vereiste waarden te creëren, worden de elementen parallel of in serie in het circuit opgenomen. De operationele waarden komen niet overeen met de berekende.
- Resonantiefrequentie - fр. Als de frequentie van de stroom groter is dan de resonante, verschijnen de inductieve eigenschappen van het element. Dit maakt het werk moeilijk. Om het berekende vermogen in het circuit te leveren, is het redelijk om een condensator te gebruiken bij frequenties die lager zijn dan de resonantiewaarden.
- Nominale spanning - Un. Om doorslag van het element te voorkomen, wordt de bedrijfsspanning lager ingesteld dan de nominale spanning. De parameter wordt aangegeven op de behuizing van de condensator.
- Polariteit. Als de verbinding niet juist is, treedt storing en storing op.
- Elektrische isolatieweerstand - Rd. Definieert de lekstroom van het apparaat. In apparaten bevinden onderdelen zich dicht bij elkaar. Bij hoge lekstroom zijn parasitaire verbindingen in de circuits mogelijk. Dit leidt tot storingen. De lekstroom verslechtert de capacitieve eigenschappen van het element.
- Temperatuurcoëfficiënt - TKE. De waarde bepaalt hoe de capaciteit van het apparaat verandert met schommelingen in de temperatuur van de omgeving. De parameter wordt gebruikt bij het ontwikkelen van apparaten voor gebruik in zware klimatologische omstandigheden.
- parasitair piëzo-elektrisch effect. Sommige soorten condensatoren veroorzaken, wanneer ze vervormd zijn, ruis in apparaten.
Soorten en soorten condensatoren
Capacitieve elementen worden geclassificeerd volgens het type diëlektricum dat in het ontwerp wordt gebruikt.
Papier en metaal-papier condensatoren
De elementen worden gebruikt in schakelingen met een constante of licht pulserende spanning. De eenvoud van het ontwerp resulteert in een 10-25% lagere stabiliteit van de prestaties en verhoogde verliezen.
In papiercondensatoren scheiden de aluminiumfolieplaten het papier. De assemblages worden gedraaid en in een koker geplaatst in de vorm van een cilinder of een rechthoekig parallellepipedum.
Apparaten werken bij temperaturen van -60 ... + 125 ° C, met een nominale spanning van laagspanningsapparaten tot 1600 V, hoogspanningsapparaten - boven 1600 V en een capaciteit tot tientallen microfarads.
In metaalpapierapparaten wordt in plaats van folie een dun laagje metaal op diëlektrisch papier aangebracht. Dit helpt om kleinere elementen te produceren. Bij kleine storingen is zelfherstel van het diëlektricum mogelijk. Metaal-papierelementen zijn inferieur aan papieren elementen in termen van isolatieweerstand.
Elektrolytische condensatoren
Het ontwerp van de producten lijkt op papieren exemplaren. Maar bij de vervaardiging van elektrolytische cellen wordt papier geïmpregneerd met metaaloxiden.
Bij producten met een elektrolyt zonder papier wordt het oxide afgezet op een metalen elektrode. Metaaloxiden hebben een eenzijdige geleidbaarheid, waardoor het apparaat polair is.
In sommige modellen van elektrolytische cellen zijn de platen gemaakt met groeven die het oppervlak van de elektrode vergroten. De openingen in de ruimte tussen de platen worden geëlimineerd door ze te overspoelen met elektrolyt. Dit verbetert de capacitieve eigenschappen van het product.
Een grote capaciteit aan elektrolytische apparaten - honderden microfarads - wordt gebruikt in filters om spanningsrimpels weg te werken.
Elektrolytisch aluminium
Bij apparaten van dit type is de anodevoering gemaakt van aluminiumfolie. Het oppervlak is bedekt met metaaloxide - een diëlektricum. De kathodevoering is een vaste of vloeibare elektrolyt, die zo is gekozen dat de oxidelaag op de folie tijdens bedrijf wordt hersteld. Zelfherstellend diëlektricum verlengt de levensduur van het element.
Condensatoren van dit ontwerp vereisen polariteit. Wanneer het opnieuw wordt ingeschakeld, zal het de behuizing breken.
Apparaten, waarin zich anti-sequentiële polaire assemblages bevinden, worden in 2 richtingen gebruikt. De capaciteit van aluminium elektrolytische cellen bereikt enkele duizenden microfarads.
Tantaal elektrolytisch
De anode-elektrode van dergelijke apparaten is gemaakt van een poreuze structuur die wordt verkregen door tantaalpoeder te verhitten tot +2000°C. Het materiaal ziet eruit als een spons. Porositeit vergroot het oppervlak.
Door middel van elektrochemische oxidatie wordt een laag tantaalpentoxide tot 100 nanometer dik op de anode aangebracht. Een vast diëlektricum wordt gemaakt van mangaandioxide.De afgewerkte structuur wordt in een verbinding geperst - een speciale hars.
Tantaalproducten worden gebruikt bij stroomfrequenties boven 100 kHz. Capaciteit wordt gecreëerd tot honderden microfarads, bij een bedrijfsspanning tot 75 V.
Polymeer
Condensatoren gebruiken een elektrolyt gemaakt van vaste polymeren, wat een aantal voordelen biedt:
- de levensduur wordt verlengd tot 50 duizend uur;
- parameters worden opgeslagen tijdens verwarming;
- het bereik van toegestane stroomrimpels wordt uitgebreid;
- de weerstand van de platen en leidingen leidt de capaciteit niet af.
Film
Het diëlektricum in deze modellen is een film van teflon, polyester, fluoroplastic of polypropyleen.
Covers - folie of metaalafzetting op de film. Het ontwerp wordt gebruikt om meerlaagse assemblages te maken met een groter oppervlak.
Filmcondensatoren met miniatuurafmetingen hebben een capaciteit van honderden microfarads. Afhankelijk van de plaatsing van de lagen en de conclusies van de contacten, worden axiale of radiale vormen van de producten gemaakt.
In sommige modellen is de nominale spanning 2 kV en hoger.
Wat is het verschil tussen polair en niet-polair?
Niet-polair maakt het mogelijk om condensatoren in het circuit op te nemen, ongeacht de richting van de stroom. De elementen worden gebruikt in filters van variabele voedingen, hoogfrequente versterkers.
Polar producten worden aangesloten in overeenstemming met de markering. Als u het in de tegenovergestelde richting inschakelt, zal het apparaat defect raken of niet normaal werken.
Polaire en niet-polaire condensatoren met grote en kleine capaciteiten verschillen in het ontwerp van het diëlektricum. In elektrolytische condensatoren, als het oxide wordt aangebracht op 1 elektrode of 1 zijde van papier, film, dan zal het element polair zijn.
Modellen van niet-polaire elektrolytische condensatoren, in de ontwerpen waarvan het metaaloxide symmetrisch op beide oppervlakken van het diëlektricum werd afgezet, zijn opgenomen in wisselstroomcircuits.
Voor polaire is er een markering van een positieve of negatieve elektrode op het lichaam.
Wat bepaalt de capaciteit van een condensator?
De belangrijkste functie en rol van een condensator in een circuit is het accumuleren van ladingen, en een extra is het voorkomen van lekkage.
De waarde van de capaciteit van de condensator is recht evenredig met de diëlektrische constante van het medium en het oppervlak van de platen, en omgekeerd evenredig met de afstand tussen de elektroden. Er zijn 2 tegenstrijdigheden:
- Om de capaciteit te vergroten, zijn de elektroden zo dik, breder en langer mogelijk nodig. In dit geval kunnen de afmetingen van het apparaat niet worden vergroot.
- Om de ladingen vast te houden en voor de gewenste aantrekkingskracht te zorgen, is de afstand tussen de platen minimaal gemaakt. In dit geval kan de doorslagstroom niet worden verminderd.
Om conflicten op te lossen, gebruiken ontwikkelaars:
- meerlagige constructies van een paar diëlektricum en elektrode;
- poreuze anodestructuren;
- papier vervangen door oxiden en elektrolyten;
- parallelle verbinding van elementen;
- vrije ruimte vullen met stoffen met een verhoogde diëlektrische constante.
Condensatoren worden met elke nieuwe uitvinding kleiner en beter.
Vergelijkbare artikelen:
