Кондензаторът е електронен компонент, който се използва за съхраняване на електрическа енергия.
Кондензаторите са направени от две метални пластини, разделени от изолатор, обикновено диелектрик, и могат да съхраняват заряд за определен период от време.
Те се използват в голямо разнообразие от електронни вериги и могат да се използват за филтриране или съхраняване на енергия, както и за изграждане на прости осцилаторни вериги.
В тази статия ще обсъдим какво е кондензатор, за какво се използва и как работи.
Какво е кондензатор?
Кондензаторът е електрически компонент, който съхранява енергия под формата на електрически заряд. Състои се от две проводими плочи, съдържащи се в диелектричен материал (изолационен материал). Когато са свързани към източник на захранване, плочите се зареждат и електрическата енергия се съхранява в диелектричния материал. След това тази съхранена енергия може да бъде освободена, когато е необходимо, което позволява да се използва за произволен брой приложения.
Кондензаторите се предлагат в много форми, размери и материали – всички в зависимост от тяхното предназначение. Най-често срещаният тип кондензатор е известен като филмов кондензатор – той използва тънки слоеве от пластмаса или керамика като диелектричен материал, с тънки проводими метални ленти, известни като „електроди“ от двете страни. Тези видове кондензатори се използват широко в електрониката поради ниската си цена и дълготрайни свойства.
Кондензаторите се използват и в други приложения като двигатели и захранвания, където помагат за регулиране на напрежението или филтриране на шум и смущения, които могат да причинят нестабилна работа или да повредят компоненти надолу по линията. Тъй като електрониката става все по-сложна, кондензаторите играят още по-важна роля в тези системи; подпомагане на поддържането на прецизни токови потоци по време на операции по превключване или осигуряване на буфериране срещу внезапни промени в нивата на напрежение от външни източници.
Видове кондензатори
Кондензаторите се предлагат в различни видове, размери и стилове. Някои кондензатори се използват в аудио системи от висок клас, докато други се използват в компютри или системи за домашна сигурност. Всички те служат на една и съща основна цел; те съхраняват електрическа енергия при освобождаване на ток и връщат тази енергия, когато токът спре. Типовете включват следното:
Керамични кондензатори: Те обикновено са малки и се доставят предварително запоени върху печатни платки. Те имат диелектрик, изработен от керамичен материал и обикновено се използват за електроника с ниско ниво, като радиочестотни смущения (RFI) филтри или байпасни вериги.
Електролитни кондензатори: Те обикновено се наричат поляризирани кондензатори, защото имат отрицателен аноден извод, положителен катоден извод и електролитен разтвор вътре в тялото на кондензатора, който позволява по-голям капацитет на кондензатора. Те обикновено се намират в захранвания, филтри, вериги за синхронизация и много други точки на регулиране на мощността.
Танталови кондензатори: Изработени от танталов оксид, тези кондензатори използват твърд диелектрик (вместо течен електролит). Това им дава по-добра температурна производителност в сравнение с електролитни кондензатори, както и подобрена стабилност във времето и по-добра консистенция между партидните продукти.
Филмов/хартиен кондензатор: Този тип е конструиран с метализиран филм или хартия, който действа като изолатор между две плочи от алуминиево фолио, създавайки електроди с голяма повърхностна площ, така че да може да съхранява повече електрически заряд. Обикновено се използват, когато се изисква толерантност към електрически смущения поради способността им да издържат на ударни токове, причинени от условия на дъгова дъга или пренапрежение от искра.
Суперкондензатор/ултракондензатор: Известен също като суперкапацитор/ултракап или електрохимичен двуслоен кондензатор (EDLC), този тип има много голям капацитет за съхранение (обикновено по-висок от много други видове) с подобрена издръжливост (до стотици хиляди цикли). Той е проектиран за приложения, изискващи големи количества енергия при поискване, като резервна ситуация за центрове за данни, където се броят секунди, преди някой да може ръчно да включи друг източник на захранване.
Използване на кондензатор
Кондензаторите са основен електрически компонент, който играе важна роля в различни приложения. Те обикновено се използват за съхраняване на електрическа енергия, създаване на филтри и във времеви вериги. Те се използват и в автомобилни аудио системи, както и в потребителската електроника. Нека разгледаме някои от употребите на кондензатор по-подробно.
Изглаждане на захранването
Кондензаторите могат да се използват за осигуряване на филтриране в захранваща верига и спомагат за създаването на по-плавно постоянно напрежение. Това често се наблюдава във вериги, които използват мрежови захранвания, където коригирането превръща AC в импулсен DC. Електролитен кондензатор обикновено е свързан през изхода на токоизправителя като изглаждащ елемент за захранването. Кондензаторът се зарежда бързо, като задържа част от заряда си, така че да спомага за изглаждането на всички импулси от токоизправителя и осигурява по-стабилно напрежение за захранване на други компоненти. Колкото по-висок е капацитетът или капацитетът за съхранение на кондензатора, толкова по-изглаждащ ефект ще има, тъй като той може да абсорбира повече енергия, преди да изисква презареждане. В това приложение кондензаторите с по-висока стойност намаляват флуктуациите, като вълни в нивата на напрежение и пикове на напрежението, причинени от промени в натоварването, осигурявайки стабилност на други елементи във веригата на приложението.
Обработка на сигнала
Кондензаторите се използват широко в обработката на сигнали и електронните комуникации. Те са основни компоненти в повечето електронни схеми, поради способността им да съхраняват и освобождават енергия.
При обработката на сигнали кондензаторите могат да се използват заради способността им да намаляват шума и да филтрират нежеланите честоти или сигнали. Защитата на сигналите от шум се нарича изглаждане или нискочестотно филтриране и обикновено се постига чрез използването на кондензатори.
В електронната комуникация кондензатор може да се използва за трансформиране на електрически сигнал от една форма в друга, без да се променя честотата му. Този процес е известен като свързване или пренос на напрежение и кондензаторите също често се използват за тази цел в радиоприемници и предаватели. Освен това, кондензаторите действат като част от високочестотни филтри, които премахват нискочестотни сигнали, докато пропускат по-високи по пътя.
Кондензаторите също често се използват в активни аналогови филтри: те определят честотната характеристика на филтър, като зададете неговата гранична честота. Като такива, те играят решаваща роля в контролирането на аудио сигналите при проектирането на музикално оборудване като усилватели или миксиращи конзоли.
Синхронизиране
Времето е обичайна употреба на кондензатори. В ежедневните схеми резисторите обикновено се използват за синхронизиране. Въпреки това, в ситуации с високо напрежение или висока честота, вместо това често могат да се използват кондензатори. Често е изгодно да се използват кондензатори за синхронизиране, тъй като те не разсейват мощността толкова бързо, колкото резисторите и могат да се справят с по-високи напрежения с по-малък риск от повреди.
В допълнение към осигуряването на безопасен и ефективен начин за контролиране на напрежението и тока във верига, кондензаторите се използват и за осигуряване на захранване в определени точки от данни за компоненти като светодиоди или транзистори, които може да се нуждаят от импулси на ток, когато се активират. Това може да помогне за укрепване на сигнала, изпратен от компонента, така че той да пътува по-далеч, без да губи енергия или цялост.
Кондензаторите също се използват широко в аудио оборудване за филтриране на сигнали и намаляване на изкривяването, като същевременно позволяват полезна информация, но с минимални шумови смущения. Както споменахме по-рано, те също така обикновено се поставят през терминалите на високоговорителите, за да помогнат за ограничаване на случайни къси съединения, като същевременно поддържат равномерно разпределение на натоварването върху изходните стъпала на усилвателя.
Когато се използват креативно и с разбиране на електричеството, кондензаторите имат удивителен капацитет да оформят потока на заряда – позволявайки на инженерите да разработват невероятно сложни аудио системи с минимални разходи.
Общи приложения
Кондензаторите са електрически компоненти, които обикновено се използват в различни приложения. Способността им да съхраняват енергия ги прави основни компоненти на системи, изискващи стабилно снабдяване с енергия за определен период от време. Те се използват в много приложения, включително захранвания, двигатели, аудио системи, HVAC системи и др. В тази статия ще разгледаме някои от най-често срещаните приложения на кондензатори.
Motors
Двигателите използват кондензатори, за да контролират скоростта на двигателя или да подобрят началния въртящ момент. Това става чрез предоставяне или премахване на a фаза към намотките на електродвигателя. Използвани в задвижвания с променлива честота, захранващи устройства и други приложения, кондензаторите могат да регулират напрежението или тока при импулсни товари и да предотвратят загубата на енергия чрез разсейване на нежелана енергия от енергийните системи. При токове при двигатели със средна честота, големите стойности на кондензатора обикновено се използват в двата края на двигателя за работещи кондензаторни банки за фазова компенсация, за да се облекчи хармоничният ефект на токовите вълни, причинени от нелинейното натоварване на преобразувателя
Осветление
Кондензаторите могат да се използват за захранване и регулиране на осветителни системи от всякакъв размер. В електронните баласти те се използват за контролиране на токовия поток и за ускоряване на процеса на стартиране на флуоресцентни лампи и газоразрядно осветление с висок интензитет. Те също помагат за намаляване на трептенето на светлините. В системите с транзисторни вериги кондензаторите поддържат непрекъснат електрически ток, което помага да се гарантира, че светлините остават запалени. Освен това те предлагат защита по време на скокове на напрежението, като намаляват електрическото натоварване на осветителните тела както на закрито, така и на открито.
Автомобилни новини
Автомобилните кондензатори са особено важни, защото те са отговорни за подпомагането на електрическата система на автомобила да намали и компенсира несъответствията в потока на електричество, което е често срещано в много превозни средства. Автомобилните кондензатори съхраняват енергия, за да осигурят захранване на алтернатора или стартера на автомобила, когато е необходимо. Тази енергия се използва за неутрализиране на пикове на напрежението, създадени, когато търсенето на ток надвишава капацитета на батерията или алтернатора. Автомобилните кондензатори могат също да се използват в аудио системи, контролиращи токове в усилватели и високоговорители. Като изглаждат колебанията на напрежението, автомобилните кондензатори помагат за удължаване живота на батерията и намаляват напрежението върху други електрически компоненти.
Безопасност на кондензатора
Безопасността винаги трябва да бъде основен приоритет при работа с кондензатор. Кондензаторите съхраняват енергия и трябва да се борави внимателно, докато се зареждат или разреждат. В този раздел ще разгледаме указанията за безопасност, които да използвате при работа с кондензатор и ще обсъдим потенциалните рискове, свързани с него.
Избягване на шорти
Когато използвате кондензатори, е важно да имате предвид потенциала за късо съединение поради факта, че те са електрически компоненти. Късо съединение се получава, когато кондензатор се свърже на късо. Докато късите съединения могат да бъдат причинени от производствени дефекти или други външни фактори, повечето къси съединения са причинени от неправилна употреба на кондензатори.
За да избегнете късо съединение, винаги трябва да вземате предпазни мерки с кондензаторите. Следните методи ще ви помогнат да поддържате безопасността на кондензатора:
1) Никога не подлагайте кондензаторите на прекомерен стрес или напрежение, като ги презареждате;
2) Не оставяйте кондензаторите в претоварено състояние за дълги периоди от време;
3) Винаги използвайте подходящи техники за монтаж и/или методи, които осигуряват изолация на удара;
4) Не свързвайте две различни полярности заедно, тъй като това може да причини дъгова дъга и потенциално да повреди кондензатора;
5) Проверете квалифицирани компоненти или материали (като изолационни материали), за да се уверите, че няма дефекти преди монтажа;
6) Обърнете голямо внимание на изискванията за натоварване - прилагайте намалено натоварване, когато е възможно, и прилагайте адекватни техники за монтаж за всички компоненти; и
7) Имайте предвид, че напреженията в режим на готовност ще причинят протичане на ток по цялата верига, което потенциално може да повреди стандартните стойности на кондензатора, ако не бъде отметнато.
Като вземат тези предпазни мерки, потребителите могат да помогнат за поддържането на безопасна употреба и да предотвратят възникването на опасни ситуации поради късо съединение или други проблеми с техните кондензатори. Важно е да запомните, че безопасността винаги е основен приоритет, когато работите с електроника и особено с всичко, свързано с електричество!
Разрядни кондензатори
Много е важно да се гарантира, че кондензаторите се разреждат правилно, когато ги боравите или подменяте. За да извършите безопасно разреждане, свържете резистор от 1k ома до 10k ома между всеки извод на кондензатора и земята. Напрежението през кондензатора бързо ще се разсее без дъга или генериране на искри, което позволява безопасна подмяна или боравене.
Трябва също така да не забравяте да разредите високоволтовите кондензатори правилно, преди да ги изхвърлите. Ако не разредите тези компоненти безопасно, те могат да представляват опасност от електрически ток и дори да предизвикат пожар! Разреждането на тези компоненти включва свързване на изолиран проводник между две клеми на компонента и след това разреждането му за няколко минути. Не забравяйте да носите предпазни очила, докато извършвате тази процедура, за да предпазите очите си от искри, генерирани по време на процеса на разреждане.
Изхвърляне на кондензатори
Когато изхвърляте кондензатори, е важно да вземете правилните предпазни мерки както за безопасност, така и за опазване на околната среда. Тъй като кондензаторите могат да съдържат възможни токсини, като олово, барий и други метали, трябва да избягвате изхвърлянето на тези предмети в обикновени кофи за боклук или депа. Вместо това те трябва да се изхвърлят по екологичен начин, като се намери подходящ събирателен център за рециклиране или доставчик, който е специализиран в изхвърлянето на опасни материали.
Важно е да се уверите, че всички кондензатори все още поддържат заряд преди изхвърляне – дори ако са етикетирани като „мъртви“ кондензатори. Кондензаторите могат да задържат остатъчни заряди и могат да се разредят при манипулиране; затова трябва да внимавате, когато боравите с тях, докато не ги изхвърлите. За да разредите безопасно кондензатора, ще ви е необходима изолирана отвертка, достатъчно дълга, за да държите ръката си назад от клемите, така че напрежението да не прескочи дъговата ви хватка. След като заредените кондензатори се разредят, отстранете разхлабената изолация с клещи или ножици за тел и след това увийте изолаторите, преди да ги изхвърлите правилно.
Заключение
В заключение, кондензаторите са основни компоненти във всяка електрическа верига. Те се използват за съхраняване на енергия, за филтриране на шума и за осигуряване на източник на ток за AC вериги. Кондензаторите се предлагат в различни форми и имат широк спектър от приложения. Разбирането на основите на кондензаторите ще ви помогне да идентифицирате правилните компоненти за вашия проект.
Обобщение на основите на кондензатора
За да обобщим основите на кондензатора, кондензаторът е електрически компонент, съставен от две проводящи плочи, разделени от изолационен материал, наречен диелектрик. Използва се за съхраняване на енергия под формата на електрическо поле. Кондензаторите обикновено се използват в електронни схеми, обикновено във връзка с резистори и интегрални схеми като микропроцесори, за регулиране на нивата на ток и напрежение. Те могат също да се използват за филтриране на сигнали и осигуряване на максимален трансфер на мощност в определени вериги. Когато избирате кондензатор за вашето конкретно приложение, важно е да вземете предвид работното напрежение, работната температура, размера на опаковката и обхвата на стойността на капацитета на избрания от вас тип кондензатор.
Предимства от използването на кондензатори
Кондензаторите могат да се използват в различни приложения поради способността им да съхраняват енергия и да я освобождават, когато е необходимо. Те също така са способни да се справят с големи количества ток, така че често се използват като филтри и верижни спирачки. Освен това кондензаторите могат да помогнат за намаляване на електрическия шум и да повишат ефективността на електрическите вериги. В резултат на това те се използват широко в електронни устройства с висока мощност като компютри, мобилни телефони и телевизори.
Кондензаторите имат редица предимства, когато става въпрос за електроника. Например, те помагат да се поддържа стабилно нивото на напрежение, като осигуряват временно съхранение за високоенергийни импулси или кратки изблици на ток, които иначе могат да повредят електронните компоненти с течение на времето. Техният дизайн също помага за филтриране на електромагнитни смущения (EMI) в цялата система или в отделна верига. Това е важно за предотвратяване на навлизането на нежелани сигнали в системата или нарушаването на сигнали, които вече са в нея.
В допълнение, кондензаторите осигуряват мигновен ток, когато е необходимо, могат драстично да намалят консумацията на енергия във всяка система, захранвана с променлив ток, като позволяват контрол на стартовия кондензатор и синхронна работа на двигателя – което е критично за дългосрочна работа в екстремни приложения на околната среда като системи за улично осветление и HVAC двигатели. И накрая, стабилизирането на синусоиди, създадени от променливотокови вериги, е една от основните им функции - те извличат енергия на определени честоти, докато усилват енергията на други честоти - намалявайки изкривяването на напрежението и осигурявайки чисто управление на захранването във всички канали.
Аз съм Joost Nusselder, основател на Neaera и търговец на съдържание, татко и обичам да изпробвам ново оборудване с китара в сърцето на моята страст и заедно с моя екип създавам задълбочени статии в блога от 2020 г. да помогне на лоялните читатели със съвети за запис и китара.
