Kondenzátor je elektronická součástka, která se používá k ukládání elektrické energie.
Kondenzátory jsou vyrobeny ze dvou kovových desek oddělených izolátorem, obvykle dielektrikem, a mohou po určitou dobu uchovávat náboj.
Používají se v široké škále elektronických obvodů a lze je použít k filtrování nebo ukládání energie a lze je také použít k sestavení jednoduchých obvodů oscilátorů.
V tomto článku budeme diskutovat o tom, co je kondenzátor, k čemu se používá a jak funguje.
Co je to kondenzátor?
Kondenzátor je elektrická součástka, která ukládá energii ve formě elektrického náboje. Skládá se ze dvou vodivých desek obsažených v dielektrickém materiálu (izolačním materiálu). Po připojení ke zdroji energie se desky nabijí a elektrická energie se ukládá v dielektrickém materiálu. Tato uložená energie může být poté v případě potřeby uvolněna, což umožňuje její využití pro libovolný počet aplikací.
Kondenzátory se dodávají v mnoha tvarech, velikostech a materiálech – vše v závislosti na jejich účelu. Nejběžnější typ kondenzátoru je známý jako filmový kondenzátor – používá tenké vrstvy plastu nebo keramiky jako dielektrický materiál s tenkými vodivými kovovými pásy známými jako „elektrody“ na obou stranách. Tyto typy kondenzátorů jsou široce používány v elektronice kvůli jejich nízké ceně a odolným vlastnostem.
Kondenzátory se také používají v jiných aplikacích, jako jsou motory a napájecí zdroje, kde pomáhají regulovat napětí nebo odfiltrovat šum a rušení, které mohou způsobit nepravidelný výkon nebo poškodit součásti na lince. Jak se elektronika stává stále složitější, kondenzátory hrají v těchto systémech ještě důležitější roli; pomáhá udržovat přesné toky proudu během spínacích operací nebo poskytuje vyrovnávací paměť proti náhlým změnám úrovní napětí z externích zdrojů.
Typy kondenzátorů
Kondenzátory se dodávají v mnoha typech, velikostech a stylech. Některé kondenzátory se používají ve špičkových audio systémech, zatímco jiné se používají v počítačích nebo domácích bezpečnostních systémech. Všechny slouží stejnému základnímu účelu; ukládají elektrickou energii při uvolnění proudu a vracejí tuto energii, když se proud zastaví. Mezi typy patří následující:
Keramické kondenzátory: Obvykle jsou malé a jsou předem připájeny na desky plošných spojů. Mají dielektrikum vyrobené z keramického materiálu a obvykle se používají pro nízkoúrovňovou elektroniku, jako je radiofrekvenční rušení (RFI) Filtry nebo bypass obvody.
Elektrolytické kondenzátory: Tyto kondenzátory se běžně označují jako polarizované kondenzátory, protože mají zápornou anodovou svorku, kladnou katodovou svorku a roztok elektrolytu uvnitř těla kondenzátoru, který umožňuje větší kapacitu kondenzátoru. Obvykle se nacházejí v napájecích zdrojích, filtrech, časovacích obvodech a mnoha dalších bodech regulace výkonu.
Tantalové kondenzátory: Tyto kondenzátory jsou vyrobeny z oxidu tantalu a používají pevné dielektrikum (spíše než kapalný elektrolyt). To jim poskytuje lepší teplotní výkon ve srovnání s elektrolytickými kondenzátory, stejně jako zlepšenou stabilitu v čase a lepší konzistenci mezi dávkovými produkty.
Fóliový/papírový kondenzátor: Tento typ je konstruován s metalizovanou fólií nebo papírem, který působí jako izolátor mezi dvěma hliníkovými fóliovými deskami a vytváří elektrody s velkým povrchem, takže může uložit více elektrického náboje. Běžně se používá tam, kde je vyžadována tolerance k elektrickému rušení kvůli jejich schopnosti odolávat rázovým proudům způsobeným přepětím oblouku nebo jiskry.
Supercapacitor/ Ultracapacitor: Také známý jako supercap/ultra cap nebo elektrochemický dvouvrstvý kondenzátor (EDLC), tento typ má velmi velké úložné kapacity (obecně vyšší než mnoho jiných typů) se zlepšenou výdrží (až stovky tisíc cyklů). Je navržen pro aplikace vyžadující velké množství energie na vyžádání, jako je situace se zálohováním datových center, kde se počítají sekundy, než někdo může ručně zapnout jiný zdroj napájení.
Použití kondenzátoru
Kondenzátory jsou základní elektrickou součástí, která hraje důležitou roli v různých aplikacích. Běžně se používají k ukládání elektrické energie, vytváření filtrů a v časovacích obvodech. Používají se také v audiosystémech automobilů a také ve spotřební elektronice. Podívejme se na některá použití kondenzátoru podrobněji.
Vyhlazení napájení
Kondenzátory mohou být použity k zajištění filtrace v napájecím obvodu a pomáhají vytvářet hladší stejnosměrné napětí. To je často vidět v obvodech, které používají síťové zdroje, kde usměrnění mění střídavý proud na pulzní stejnosměrný proud. Elektrolytický kondenzátor je normálně připojen přes výstup usměrňovače jako vyhlazovací prvek pro napájení. Kondenzátor se rychle nabíjí, část svého náboje zadržuje, takže pomáhá vyhladit případné pulsy z usměrňovače a poskytuje stabilnější napětí pro napájení ostatních součástí. Čím vyšší je kapacita nebo akumulační kapacita v kondenzátoru, tím větší bude vyhlazovací efekt, protože může absorbovat více energie, než bude vyžadovat dobíjení. V této aplikaci kondenzátory s vyšší hodnotou snižují kolísání, jako je zvlnění úrovní napětí a napěťové špičky způsobené změnami zátěže, a poskytují stabilitu dalším prvkům v obvodu aplikace.
Zpracování signálu
Kondenzátory jsou široce používány ve zpracování signálů a elektronické komunikaci. Jsou nezbytnými součástmi většiny elektronických obvodů díky jejich schopnosti ukládat a uvolňovat energii.
Při zpracování signálu lze kondenzátory použít pro jejich schopnost snižovat šum a odfiltrovat nežádoucí frekvence nebo signály. Ochrana signálů před šumem se nazývá vyhlazování nebo filtrování dolní propustí a je obecně dosaženo použitím kondenzátorů.
V elektronické komunikaci lze kondenzátor použít k transformaci elektrického signálu z jedné formy na druhou, aniž by se změnila jeho frekvence. Tento proces je známý jako vazba nebo přenos napětí a kondenzátory se pro tento účel běžně používají také v rádiových přijímačích a vysílačích. Kromě toho kondenzátory fungují jako součást vysokofrekvenčních filtrů, které odstraňují nízkofrekvenční signály, zatímco vyšší procházejí cestou.
Kondenzátory se také často používají v aktivních analogových filtrech: určují Frekvenční odezva filtru nastavením jeho mezní frekvence. Jako takové hrají zásadní roli při ovládání audio signálů při navrhování hudebních zařízení, jako jsou zesilovače nebo mixážní pulty.
Načasování
Časování je běžné použití kondenzátorů. V každodenních obvodech se pro časování obvykle používají rezistory. Ve vysokonapěťových nebo vysokofrekvenčních situacích však lze místo nich často použít kondenzátory. Často je výhodné použít pro časování kondenzátory, protože neztrácejí energii tak rychle jako odpory a zvládnou vyšší napětí s menším rizikem poruch.
Kromě toho, že poskytují bezpečný a účinný způsob řízení napětí a proudu v obvodu, kondenzátory se také používají k poskytování energie v určitých datových bodech pro komponenty, jako jsou LED nebo tranzistory, které mohou při aktivaci vyžadovat proudové impulsy. To může pomoci zesílit signál vysílaný komponentem tak, aby putoval dále bez ztráty energie nebo integrity.
Kondenzátory jsou také široce používány v audio zařízeních k odfiltrování signálů a snížení zkreslení, přičemž stále umožňují užitečné informace, i když s minimálním rušením šumem. Jak již bylo zmíněno dříve, jsou také běžně umístěny přes reproduktorové terminály, aby pomohly omezit náhodné zkraty a zároveň zachovat rovnoměrné rozložení zátěže na výstupních stupních zesilovače.
Při kreativním použití a porozumění elektřině mají kondenzátory úžasnou schopnost tvarovat tok náboje – což inženýrům umožňuje vyvinout neuvěřitelně složité audio systémy s minimálními náklady.
Běžné aplikace
Kondenzátory jsou elektrické součástky běžně používané v různých aplikacích. Jejich schopnost ukládat energii z nich činí základní součásti systémů vyžadujících stálý přísun energie po určitou dobu. Používají se v mnoha aplikacích včetně napájecích zdrojů, motorů, audio systémů, HVAC systémů a dalších. V tomto článku prozkoumáme některé z nejběžnějších aplikací kondenzátorů.
motory
Motory používají kondenzátory k řízení rychlosti motoru nebo ke zlepšení rozběhového momentu. To se provádí poskytnutím nebo odstraněním a fáze na vinutí elektromotoru. Kondenzátory používané v pohonech s proměnnou frekvencí, napájecích zdrojích a dalších aplikacích mohou upravovat napětí nebo proud v pulzních zátěžích a zabraňovat plýtvání energií rozptylováním nežádoucí energie z napájecích systémů. U proudů pod středofrekvenčními motory se obvykle používají velké hodnoty kondenzátorů na obou koncích motoru pro provoz kondenzátorových baterií s fázovou kompenzací, aby se zmírnil harmonický efekt proudových vln způsobených nelineární zátěží měniče.
Osvětlení
Kondenzátory lze použít k napájení a regulaci osvětlovacích systémů všech velikostí. V elektronických předřadnících se používají k řízení toku proudu a urychlení procesu spouštění zářivek a vysoce intenzivního výbojkového osvětlení. Pomáhají také snižovat blikání světel. V systémech s tranzistorovými obvody udržují kondenzátory nepřetržitý elektrický proud, což pomáhá zajistit, aby světla zůstala svítit. Navíc nabízejí ochranu při napěťových rázech tím, že snižují elektrické zatížení svítidel ve vnitřním i venkovním prostředí.
Automobilový průmysl
Automobilové kondenzátory jsou obzvláště důležité, protože jsou zodpovědné za to, že pomáhají elektrickému systému vozidla snížit a kompenzovat nesrovnalosti v toku elektřiny, což je běžné u mnoha vozidel. Automobilové kondenzátory ukládají energii, aby v případě potřeby dodávaly energii alternátoru nebo startéru automobilu. Tato energie se používá k neutralizaci napěťových špiček, které vznikají, když poptávka po proudu překročí kapacitu baterie nebo alternátoru. Automobilové kondenzátory lze také použít v audio systémech, které řídí proudy v zesilovačích a reproduktorech. Vyhlazením kolísání napětí pomáhají automobilové kondenzátory prodloužit životnost baterie a snížit namáhání ostatních elektrických součástí.
Bezpečnost kondenzátoru
Při práci s kondenzátorem by vždy měla být prioritou bezpečnost. Kondenzátory ukládají energii a je třeba s nimi při nabíjení nebo vybíjení zacházet opatrně. V této části si projdeme bezpečnostní pokyny, které je třeba použít při práci s kondenzátorem, a prodiskutujeme možná rizika s tím spojená.
Vyhýbání se šortkám
Při použití kondenzátorů je důležité mít na paměti možnost zkratů, protože se jedná o elektrické součásti. Ke zkratu dochází, když se kondenzátor sám zkratuje. Zatímco zkraty mohou být způsobeny výrobními vadami nebo jinými vnějšími faktory, většina zkratů je způsobena nesprávným použitím kondenzátorů.
Abyste se vyhnuli zkratům, musíte vždy přijmout opatření s kondenzátory. Následující metody vám pomohou udržet bezpečnost kondenzátoru:
1) Nikdy nevystavujte kondenzátory nadměrnému namáhání nebo namáhání jejich přebíjením;
2) Nenechávejte kondenzátory v přetíženém stavu po dlouhou dobu;
3) Vždy používejte vhodné montážní techniky a/nebo metody, které zajistí izolaci otřesů;
4) Nepřipojujte dohromady dvě různé polarity, protože by to mohlo způsobit jiskření a potenciálně poškodit kondenzátor;
5) Před instalací zkontrolujte kvalifikované součásti nebo materiály (jako jsou izolační materiály), abyste se ujistili, že nevykazují žádné závady;
6) Věnujte velkou pozornost požadavkům na zatížení – pokud je to možné, prosazujte snížené zatížení a prosazujte odpovídající montážní techniky pro všechny součásti; a
7) Uvědomte si, že napětí v pohotovostním režimu způsobí tok proudu v obvodu, který by mohl potenciálně poškodit standardní jmenovité hodnoty kondenzátoru, pokud by nebyl zaškrtnut.
Dodržením těchto opatření mohou uživatelé pomoci zachovat bezpečné používání a zabránit vzniku nebezpečných situací v důsledku zkratů nebo jiných problémů s jejich kondenzátory. Je důležité si pamatovat, že bezpečnost je vždy nejvyšší prioritou při práci s elektronikou a zvláště s čímkoli, co zahrnuje elektřinu!
Vybíjení kondenzátorů
Je velmi důležité zajistit správné vybití kondenzátorů při manipulaci nebo výměně. Chcete-li provést bezpečné vybití, připojte mezi každou svorku kondenzátoru a zem odpor 1k ohm až 10k ohm. Napětí na kondenzátoru se rychle rozptýlí bez oblouku nebo generování jisker, což umožňuje bezpečnou výměnu nebo manipulaci.
Před likvidací musíte také pamatovat na řádné vybití vysokonapěťových kondenzátorů. Pokud tyto součásti nevybijete bezpečně, mohou představovat elektrické nebezpečí a dokonce způsobit požár! Vybití těchto součástí zahrnuje připojení izolovaného vodiče mezi dvě svorky na součásti a následné vybití během několika minut. Při provádění tohoto postupu nezapomeňte nosit ochranné brýle, abyste chránili své oči před jiskrami generovanými během procesu vybíjení.
Likvidace kondenzátorů
Při likvidaci kondenzátorů je důležité přijmout správná opatření pro bezpečnost a ochranu životního prostředí. Protože kondenzátory mohou obsahovat možné toxiny, jako je olovo, baryum a další kovy, neměli byste tyto položky vyhazovat do běžných odpadkových košů nebo na skládky. Místo toho by měly být zlikvidovány ekologickým způsobem vyhledáním vhodného recyklačního sběrného střediska nebo dodavatele, který se specializuje na likvidaci nebezpečných materiálů.
Před likvidací je důležité zajistit, aby všechny kondenzátory byly stále nabité – i když jsou označeny jako „mrtvé“ kondenzátory. Kondenzátory mohou uchovat zbytkový náboj a při manipulaci se mohou vybíjet; proto musíte být opatrní při manipulaci s nimi, dokud je nevybijete. K bezpečnému vybití kondenzátoru budete potřebovat izolovaný šroubovák dostatečně dlouhý, abyste udrželi ruku vzadu od svorek, aby vám v sevření nepřeskočilo napětí. Po vybití nabitých kondenzátorů odstraňte uvolněnou izolaci pomocí kleští nebo nůžek na drát a poté izolátory před řádnou likvidací oviňte.
Proč investovat do čističky vzduchu?
Závěrem lze říci, že kondenzátory jsou základní součástí každého elektrického obvodu. Používají se k ukládání energie, k odfiltrování šumu a k zajištění zdroje proudu pro střídavé obvody. Kondenzátory přicházejí v různých formách a mají širokou škálu aplikací. Pochopení základů kondenzátorů vám pomůže identifikovat správné součásti pro váš projekt.
Shrnutí základů kondenzátorů
Abychom shrnuli základy kondenzátoru, kondenzátor je elektrická součást složená ze dvou vodivých desek oddělených izolačním materiálem nazývaným dielektrikum. Slouží k ukládání energie ve formě elektrického pole. Kondenzátory se běžně používají v elektronických obvodech, obvykle ve spojení s odpory a integrovanými obvody, jako jsou mikroprocesory, k regulaci úrovně proudu a napětí. Mohou být také použity k filtrování signálů a zajištění maximálního přenosu výkonu v určitých obvodech. Při výběru kondenzátoru pro vaši konkrétní aplikaci je důležité vzít v úvahu provozní napětí, provozní teplotu, velikost pouzdra a rozsah hodnot kapacity zvoleného typu kondenzátoru.
Výhody použití kondenzátorů
Kondenzátory mohou být použity v různých aplikacích díky jejich schopnosti ukládat energii a v případě potřeby ji uvolňovat. Jsou také schopny zvládnout velké množství proudu, takže se často používají jako filtry a obvodové brzdy. Kromě toho mohou kondenzátory pomoci snížit elektrický šum a zvýšit účinnost silových obvodů. V důsledku toho jsou široce používány ve vysoce výkonných elektronických zařízeních, jako jsou počítače, mobilní telefony a televizory.
Kondenzátory mají řadu výhod, pokud jde o elektroniku. Pomáhají například udržovat stabilní úroveň napětí tím, že poskytují dočasné úložiště pro vysokoenergetické pulsy nebo krátké výboje proudu, které mohou jinak v průběhu času poškodit elektronické součásti. Jejich konstrukce také pomáhá filtrovat elektromagnetické rušení (EMI) v celém systému nebo v rámci jednotlivého obvodu. To je důležité pro zabránění vstupu nežádoucích signálů do systému nebo rušení signálů, které se již v něm nacházejí.
Kromě toho kondenzátory poskytují okamžitý proud, když je potřeba, mohou dramaticky snížit spotřebu energie v jakémkoli systému napájeném střídavým proudem tím, že umožňují řízení spouštěcího kondenzátoru a provoz synchronního motoru – což je zásadní pro dlouhodobý provoz v aplikacích v extrémním prostředí, jako jsou systémy veřejného osvětlení a motory HVAC. A konečně, stabilizace sinusových vln vytvořených střídavými obvody je jednou z jejich primárních funkcí – vytahují energii na určitých frekvencích a zesilují energii na jiných frekvencích – snižují zkreslení napětí a zajišťují čisté řízení spotřeby ve všech kanálech.
Jsem Joost Nusselder, zakladatel společnosti Neaera a obsahový marketér, táta a rád zkouším nové vybavení s kytarou v srdci mé vášně a společně se svým týmem tvořím od roku 2020 podrobné články na blogu. pomoci věrným čtenářům s nahráváním a kytarovými tipy.
