Конденсатор - бұл электр энергиясын сақтау үшін қолданылатын электрондық компонент.
Конденсаторлар оқшаулағышпен, әдетте диэлектрикпен бөлінген екі металл пластинадан жасалған және зарядты белгілі бір уақыт ішінде сақтай алады.
Олар әртүрлі электронды схемаларда қолданылады және энергияны сүзу немесе сақтау үшін пайдаланылуы мүмкін, сонымен қатар қарапайым осциллятор тізбектерін құру үшін пайдаланылуы мүмкін.
Бұл мақалада біз конденсатордың не екенін, ол не үшін қолданылатынын және қалай жұмыс істейтінін талқылаймыз.
Конденсатор дегеніміз не?
Конденсатор - энергияны электр заряды түрінде сақтайтын электрлік компонент. Ол диэлектрлік материалдың (оқшаулағыш материал) ішінде орналасқан екі өткізгіш пластинадан тұрады. Қуат көзіне қосылған кезде пластиналар зарядталады және электр энергиясы диэлектрлік материалда сақталады. Бұл жинақталған энергия қажет кезде босатылып, оны кез келген қолданбалар санына пайдалануға мүмкіндік береді.
Конденсаторлар көптеген пішіндерде, өлшемдерде және материалдарда келеді - барлығы олардың мақсатына байланысты. Конденсатордың ең көп таралған түрі пленка конденсаторы ретінде белгілі - бұл диэлектрлік материал ретінде пластиктің немесе керамиканың жұқа қабаттарын пайдаланады, оның екі жағында «электродтар» деп аталатын жұқа өткізгіш металл жолақтары бар. Конденсаторлардың бұл түрлері арзан және берік қасиеттеріне байланысты электроникада кеңінен қолданылады.
Конденсаторлар сондай-ақ қозғалтқыштар мен қуат көздері сияқты басқа қолданбаларда қолданылады, олар кернеуді реттеуге немесе шуды және кедергілерді сүзуге көмектеседі, бұл тұрақсыз өнімділікке немесе желідегі құрамдастарды зақымдауы мүмкін. Электроника барған сайын күрделене түскен сайын, конденсаторлар осы жүйелерде одан да маңызды рөл атқарады; коммутациялық операциялар кезінде нақты ток ағындарын сақтауға көмектесу немесе сыртқы көздерден кернеу деңгейлерінің кенет өзгеруіне қарсы буферлеуді қамтамасыз ету.
Конденсаторлардың түрлері
Конденсаторлар бірнеше түрлерде, өлшемдерде және стильдерде келеді. Кейбір конденсаторлар жоғары сапалы аудио жүйелерде, ал басқалары компьютерлерде немесе үйдегі қауіпсіздік жүйелерінде қолданылады. Олардың барлығы бірдей негізгі мақсатқа қызмет етеді; олар ток шығарылған кезде электр энергиясын сақтайды және ток тоқтаған кезде бұл энергияны қайтарады. Түрлерге мыналар жатады:
Керамикалық конденсаторлар: олар әдетте шағын және схемалық платаларға алдын ала дәнекерленген. Олардың керамикалық материалдан жасалған диэлектригі бар және әдетте радиожиілік кедергі (RFI) сияқты төмен деңгейлі электроника үшін пайдаланылады. сүзгілер немесе айналып өту тізбектері.
Электролиттік конденсаторлар: олар әдетте поляризацияланған конденсаторлар деп аталады, себебі оларда теріс анод терминалы, оң катод терминалы және конденсатор корпусының ішіндегі электролит ерітіндісі бар, бұл конденсатордың үлкен сыйымдылығына мүмкіндік береді. Олар әдетте қуат көздерінде, сүзгілерде, уақыт схемаларында және қуатты реттеудің көптеген басқа нүктелерінде кездеседі.
Тантал конденсаторлары: Тантал оксидінен жасалған бұл конденсаторлар қатты күйдегі диэлектрикті (сұйық электролит емес) пайдаланады. Бұл электролиттік конденсаторлармен салыстырғанда оларға жақсырақ температуралық өнімділік береді, сонымен қатар уақыт өте келе тұрақтылықты жақсартады және сериялық өнімдер арасындағы жақсы консистенцияны береді.
Пленка/қағаз конденсаторы: Бұл түрі металдандырылған пленкадан немесе қағаздан жасалған, ол екі алюминий фольга пластинасының арасында изолятор қызметін атқарады, осылайша ол көбірек электр зарядын сақтай алады. Әдетте доға немесе ұшқын асқын кернеу жағдайларынан туындаған асқын токтарға төтеп беру қабілетіне байланысты электрлік бұзылуларға төзімділік қажет болған жағдайда қолданылады.
Суперконденсатор/Ультра конденсатор: Сондай-ақ суперкап/ультра қақпақ немесе электрохимиялық қос қабатты конденсатор (EDLC) ретінде белгілі, бұл түрдің сақтау қабілеті жоғары (әдетте көптеген басқа түрлерден жоғары) (жүздеген мың циклге дейін) төзімділігі бар. Ол басқа қуат көзін қолмен қоса алмас бұрын секундтар есептелетін деректер орталықтары үшін резервтік көшіру жағдайы сияқты сұраныс бойынша үлкен көлемдегі энергияны қажет ететін қолданбаларға арналған.
Конденсатордың қолданылуы
Конденсаторлар әртүрлі қолданбаларда маңызды рөл атқаратын негізгі электрлік компонент болып табылады. Олар әдетте электр энергиясын сақтау, сүзгілер жасау және уақыт тізбегінде қолданылады. Олар сондай-ақ автокөлік аудио жүйелерінде, сондай-ақ тұрмыстық электроникада қолданылады. Конденсатордың кейбір қолданылуын толығырақ қарастырайық.
Қуат көзін тегістеу
Конденсаторларды қуат көзінің тізбегінде сүзуді қамтамасыз ету және тұрақты тұрақты кернеуді жасауға көмектесу үшін пайдалануға болады. Бұл көбінесе желілік қуат көздерін пайдаланатын тізбектерде байқалады, мұнда түзету айнымалы токты импульстік тұрақты токқа айналдырады. Электролиттік конденсатор әдетте қуат көзінің тегістеу элементі ретінде түзеткіштің шығысы арқылы қосылады. Конденсатор түзеткіштен кез келген импульстерді тегістеуге көмектесетін және басқа компоненттерді беру үшін тұрақты кернеуді қамтамасыз ететін зарядтың бір бөлігін ұстап тұрып, тез зарядталады. Конденсатордағы сыйымдылық немесе сақтау сыйымдылығы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым тегістеу әсері болады, өйткені ол қайта зарядтауды қажет етпес бұрын көбірек энергияны сіңіре алады. Бұл қолданбада жоғары мәнді конденсаторлар қолданба тізбегіндегі басқа элементтердің тұрақтылығын қамтамасыз ететін кернеу деңгейлеріндегі толқындар және жүктеме өзгерістерінен туындаған кернеудің жоғарылауы сияқты ауытқуларды азайтады.
Сигналды өңдеу
Конденсаторлар сигналдарды өңдеуде және электронды байланыста кеңінен қолданылады. Олар энергияны сақтау және босату қабілетіне байланысты көптеген электрондық тізбектердің маңызды құрамдас бөліктері болып табылады.
Сигналдарды өңдеуде конденсаторларды шуды азайту және қажетсіз жиіліктерді немесе сигналдарды сүзу қабілеті үшін пайдалануға болады. Сигналдарды шуылдан қорғау тегістеу немесе төмен жиілікті сүзу деп аталады және әдетте конденсаторларды пайдалану арқылы қол жеткізіледі.
Электрондық байланыста конденсатор жиілігін өзгертпестен электр сигналын бір түрден екіншісіне түрлендіру үшін пайдаланылуы мүмкін. Бұл процесс ілінісу немесе кернеуді тасымалдау ретінде белгілі және конденсаторлар да осы мақсат үшін радиоқабылдағыштар мен таратқыштарда жиі қолданылады. Сонымен қатар, конденсаторлар төмен жиілікті сигналдарды жол бойымен өтетін кезде жоя алатын жоғары өту сүзгілерінің бөлігі ретінде әрекет етеді.
Конденсаторлар белсенді аналогтық сүзгілерде де жиі қолданылады: олар анықтайды жиілікке жауап сүзгінің кесу жиілігін орнату арқылы. Осылайша, олар күшейткіштер немесе араластырғыш консольдер сияқты музыкалық жабдықты жобалау кезінде дыбыстық сигналдарды басқаруда шешуші рөл атқарады.
Уақыт
Уақытты белгілеу конденсаторларды жиі пайдалану болып табылады. Күнделікті тізбектерде резисторлар әдетте уақытты анықтау үшін қолданылады. Дегенмен, жоғары вольтты немесе жоғары жиілікті жағдайларда оның орнына жиі конденсаторларды қолдануға болады. Уақытты анықтау үшін конденсаторларды пайдалану жиі тиімді, өйткені олар резисторлар сияқты қуатты тез таратпайды және бұзылу қаупі азырақ жоғары кернеулерді өңдей алады.
Конденсаторлар тізбектегі кернеу мен токты басқарудың қауіпсіз және тиімді әдісін қамтамасыз етумен қатар, белсендірілген кезде ток импульсін қажет ететін жарық диодтары немесе транзисторлар сияқты компоненттер үшін белгілі бір деректер нүктелерінде қуат беру үшін де қолданылады. Бұл құрамдас жіберген сигналды күшейтуге көмектеседі, осылайша ол энергияны немесе тұтастығын жоғалтпай әрі қарай жүреді.
Конденсаторлар сонымен қатар дыбыстық жабдықта сигналдарды сүзу және бұрмалануды азайту үшін кеңінен қолданылады, сонымен бірге ең аз шу кедергісі болса да пайдалы ақпаратқа мүмкіндік береді. Жоғарыда айтылғандай, олар кездейсоқ қысқа тұйықталуларды шектеуге көмектесу және күшейткіш шығыс кезеңдерінде біркелкі жүктемені бөлуге көмектесу үшін әдетте динамик терминалдарына орналастырылады.
Шығармашылықпен және электр қуатын түсінген кезде конденсаторлар заряд ағынын қалыптастырудың таңғажайып мүмкіндігіне ие, бұл инженерлерге ең аз шығынмен керемет күрделі аудио жүйелерді жасауға мүмкіндік береді.
Жалпы қолданбалар
Конденсаторлар әртүрлі қолданбаларда жиі қолданылатын электрлік компоненттер болып табылады. Олардың энергияны сақтау қабілеті оларды белгілі бір уақыт ішінде тұрақты энергиямен қамтамасыз етуді қажет ететін жүйелердің маңызды құрамдастарына айналдырады. Олар көптеген қосымшаларда, соның ішінде қуат көздерінде, қозғалтқыштарда, аудио жүйелерде, HVAC жүйелерінде және т.б. қолданылады. Бұл мақалада біз ең көп таралған конденсатор қосымшаларын қарастырамыз.
Қозғалтқыштар
Қозғалтқыштар қозғалтқыштың жылдамдығын басқару немесе іске қосу моментін жақсарту үшін конденсаторларды пайдаланады. Бұл a-ны беру немесе жою арқылы орындалады фаза электр қозғалтқышының орамдарына. Айнымалы жиілікті жетектерде, қуат көздерінде және басқа қолданбаларда қолданылатын конденсаторлар импульстік жүктемелердегі кернеуді немесе токты реттей алады және қуат жүйелерінен қажетсіз энергияны тарату арқылы энергияның ысырап болуын болдырмайды. Орташа жиілікті қозғалтқыштардағы токтарда конденсатордың үлкен мәндері әдетте түрлендіргіштің сызықты емес жүктемесінен туындаған ток толқындарының гармоникалық әсерін жеңілдету үшін фазалық компенсаторлық конденсаторлар банктерін іске қосу үшін қозғалтқыштың екі ұшында қолданылады.
Жарықтандыру
Конденсаторларды барлық өлшемдегі жарықтандыру жүйелерін қуаттандыру және реттеу үшін пайдалануға болады. Электрондық балласттарда олар ток ағынын басқару және флуоресцентті шамдар мен жоғары қарқынды разрядты жарықтандыру үшін іске қосу процесін жылдамдату үшін қолданылады. Олар сондай-ақ шамдардың жыпылықтауын азайтуға көмектеседі. Транзисторлы тізбек жүйелерінде конденсаторлар үздіксіз электр тогын ұстап тұрады, бұл шамдардың жанып тұруын қамтамасыз етеді. Бұған қоса, олар ішкі және сыртқы параметрлердегі жарықтандыру құрылғыларындағы электр жүктемесін азайту арқылы кернеудің асқынуы кезінде қорғанысты ұсынады.
Автокөлік
Автокөлік конденсаторлары әсіресе маңызды, өйткені олар автомобильдің электр жүйесіне көптеген көліктерде жиі кездесетін электр ағынындағы сәйкессіздіктерді азайтуға және өтеуге көмектесуге жауапты. Автокөлік конденсаторлары қажет кезде автомобильдің генераторын немесе стартер қозғалтқышын қуатпен қамтамасыз ету үшін энергияны сақтайды. Бұл энергия ағымдағы сұраныс аккумулятордың немесе генератордың сыйымдылығынан асып кеткен кезде пайда болатын кернеудің жоғарылауын бейтараптандыру үшін пайдаланылады. Автокөлік конденсаторлары күшейткіштер мен динамиктердің ішіндегі токтарды басқаратын аудио жүйелерде де қолданылуы мүмкін. Кернеудің ауытқуын тегістеу арқылы автомобиль конденсаторлары аккумулятордың қызмет ету мерзімін ұзартуға және басқа электрлік компоненттерге жүктемені азайтуға көмектеседі.
Конденсатордың қауіпсіздігі
Конденсатормен жұмыс істеу кезінде қауіпсіздік әрқашан бірінші орында болуы керек. Конденсаторлар энергияны сақтайды және оларды зарядтау немесе разрядтау кезінде сақтықпен пайдалану керек. Бұл бөлімде біз конденсатормен жұмыс істеу кезінде қолданылатын қауіпсіздік нұсқауларын қарастырамыз және онымен байланысты ықтимал қауіптерді талқылаймыз.
Шорттардан аулақ болу
Конденсаторларды пайдаланған кезде, олар электрлік құрамдас бөліктер болғандықтан, қысқа тұйықталу мүмкіндігін есте ұстаған жөн. Қысқа тұйықталу конденсатордың өзін қысқа тұйықталу кезінде пайда болады. Қысқа тұйықталулар өндірістік ақаулардан немесе басқа сыртқы факторлардан туындауы мүмкін болса да, шорттардың көпшілігі конденсаторларды дұрыс пайдаланбаудан туындайды.
Қысқа тұйықталуларды болдырмау үшін әрқашан конденсаторлармен сақтық шараларын сақтау керек. Келесі әдістер конденсатор қауіпсіздігін сақтауға көмектеседі:
1) Конденсаторларды шамадан тыс зарядтау арқылы ешқашан шамадан тыс кернеуге немесе кернеуге ұшыратпаңыз;
2) Конденсаторларды ұзақ уақыт бойы шамадан тыс жүктелген күйде қалдырмаңыз;
3) Әрқашан соққыдан оқшаулауды қамтамасыз ететін сәйкес орнату әдістерін және/немесе әдістерді қолданыңыз;
4) Екі түрлі полярлықты біріктірмеңіз, себебі бұл доғаның пайда болуына және конденсаторды зақымдауы мүмкін;
5) Орнату алдында ақаулардың жоқтығына көз жеткізу үшін білікті компоненттерді немесе материалдарды (оқшаулағыш материалдар сияқты) тексеріңіз;
6) Жүктеу талаптарына мұқият назар аударыңыз - мүмкіндігінше жүктемені азайту және барлық құрамдас бөліктерге сәйкес орнату әдістерін қолдану; және
7) Күту режиміндегі кернеулер бүкіл тізбек бойынша ток ағынын тудыратынын ескеріңіз, бұл бақылаусыз қалдырылған жағдайда конденсатордың стандартты көрсеткіштеріне зақым келтіруі мүмкін.
Осы сақтық шараларын қолдану арқылы пайдаланушылар қауіпсіз пайдалануды сақтауға және қысқа тұйықталу немесе конденсаторларындағы басқа мәселелерге байланысты қауіпті жағдайлардың туындауын болдырмауға көмектеседі. Электроникамен және әсіресе электрмен жұмыс істегенде қауіпсіздік әрқашан бірінші орында екенін есте ұстаған жөн!
Зарядтау конденсаторлары
Конденсаторларды өңдеу немесе ауыстыру кезінде дұрыс зарядсыздануын қамтамасыз ету өте маңызды. Қауіпсіз разрядты орындау үшін конденсатордың әрбір терминалы мен жердің арасына 1к Ом және 10 к Ом резисторды қосыңыз. Конденсатордағы кернеу доға тудырмай немесе ұшқын тудырмай, қауіпсіз ауыстыруға немесе өңдеуге мүмкіндік беретін жылдам таралады.
Сондай-ақ қоқысқа тастамас бұрын жоғары вольтты конденсаторларды дұрыс разрядтауды ұмытпаңыз. Егер сіз осы құрамдастарды қауіпсіз ағытпасаңыз, олар электр тогына қауіп төндіруі және тіпті өрт тудыруы мүмкін! Бұл құрамдастарды зарядсыздандыру құрамдастағы екі терминалдың арасына оқшауланған сымды жалғап, содан кейін оны бірнеше минут ішінде зарядсыздандыруды қамтиды. Бұл процедураны орындау кезінде көзіңізді разряд процесі кезінде пайда болатын ұшқындардан қорғау үшін қауіпсіздік көзілдірігін киіңіз.
Конденсаторларды кәдеге жарату
Конденсаторларды кәдеге жарату кезінде қауіпсіздік пен қоршаған ортаны қорғау үшін тиісті сақтық шараларын қолдану маңызды. Конденсаторларда қорғасын, барий және басқа металдар сияқты ықтимал токсиндер болуы мүмкін болғандықтан, бұл заттарды кәдімгі қоқыс жәшіктеріне немесе полигондарға тастаудан аулақ болу керек. Оның орнына олар қауіпті заттарды кәдеге жаратуға маманданған сәйкес қайта өңдеу орталығын немесе жеткізушіні табу арқылы экологиялық таза жолмен жойылуы керек.
Барлық конденсаторларды қоқысқа тастамас бұрын, тіпті олар «өлі» конденсаторлар деп белгіленген болса да, зарядталатынын қамтамасыз ету маңызды. Конденсаторлар қалдық зарядтарды сақтай алады және өңделген кезде разрядталуы мүмкін; сондықтан оларды ағызып болғанша абайлап ұстау керек. Конденсаторды қауіпсіз разрядтау үшін сізге кернеу доғаның қолыңызға тиіп кетпеуі үшін қолыңызды терминалдардан ұстап тұру үшін жеткілікті ұзын оқшауланған бұрағыш қажет. Зарядталған конденсаторлар разрядталғаннан кейін, қысқыштармен немесе сым кескіштермен кез келген бос оқшаулауды алып тастаңыз, содан кейін оқшаулағыштарды дұрыс тастамас бұрын ораңыз.
қорытынды
Қорытындылай келе, конденсаторлар кез келген электр тізбегінің маңызды құрамдас бөлігі болып табылады. Олар энергияны сақтау, шуды сүзу және айнымалы ток тізбектері үшін ток көзін қамтамасыз ету үшін қолданылады. Конденсаторлар әртүрлі формаларда келеді және қолданудың кең ауқымына ие. Конденсаторлардың негіздерін түсіну сіздің жобаңыз үшін дұрыс құрамдастарды анықтауға көмектеседі.
Конденсатор негіздерінің қысқаша мазмұны
Конденсатор негіздерін қорытындылау үшін конденсатор диэлектрик деп аталатын оқшаулағыш материалмен бөлінген екі өткізгіш пластинадан тұратын электрлік компонент болып табылады. Ол электр өрісі түрінде энергияны сақтау үшін қолданылады. Конденсаторлар әдетте ток пен кернеу деңгейлерін реттеу үшін резисторлармен және микропроцессорлар сияқты интегралды схемалармен бірге электронды тізбектерде қолданылады. Оларды сигналдарды сүзу және белгілі бір тізбектерде максималды қуат беруді қамтамасыз ету үшін де пайдалануға болады. Арнайы қолданбаңыз үшін конденсаторды таңдағанда, сіз таңдаған конденсатор түрінің жұмыс кернеуін, жұмыс температурасын, қаптама өлшемін және сыйымдылық мәнінің диапазонын ескеру маңызды.
Конденсаторларды пайдаланудың артықшылықтары
Конденсаторлар энергияны жинақтау және қажет болған жағдайда босату мүмкіндігіне байланысты әртүрлі қолданбаларда қолданылуы мүмкін. Олар сондай-ақ үлкен көлемдегі токты өңдеуге қабілетті, сондықтан олар жиі сүзгілер мен тізбек тежегіштері ретінде пайдаланылады. Сонымен қатар, конденсаторлар электр шуын азайтуға және қуат тізбектеріндегі тиімділікті арттыруға көмектеседі. Нәтижесінде олар компьютерлер, ұялы телефондар және теледидарлар сияқты жоғары қуатты электронды құрылғыларда кеңінен қолданылады.
Электроникаға қатысты конденсаторлардың бірқатар артықшылықтары бар. Мысалы, олар уақыт өте келе электроника компоненттерін зақымдауы мүмкін жоғары энергиялық импульстарды немесе токтың қысқа жарылыстарын уақытша сақтауды қамтамасыз ету арқылы кернеу деңгейін тұрақты ұстауға көмектеседі. Олардың дизайны сонымен қатар бүкіл жүйеде немесе жеке тізбектегі электромагниттік кедергілерді (EMI) сүзуге көмектеседі. Бұл қажетсіз сигналдардың жүйеге енуіне немесе оның ішіндегі сигналдарды бұзуына жол бермеу үшін маңызды.
Сонымен қатар, конденсаторлар қажет болған жағдайда лездік токпен қамтамасыз етеді, айнымалы токпен жұмыс істейтін кез келген жүйеде қуат тұтынуды күрт төмендетеді, іске қосу конденсаторын басқаруды және синхронды қозғалтқыш жұмысын қамтамасыз етеді – бұл көше жарықтандыру жүйелері және HVAC қозғалтқыштары сияқты төтенше орта қолданбаларында ұзақ мерзімді жұмыс үшін өте маңызды. Ақырында, айнымалы ток тізбектері жасаған синусомолды толқындарды тұрақтандыру олардың негізгі функцияларының бірі болып табылады - олар басқа жиіліктерде энергияны күшейту кезінде белгілі бір жиіліктерде энергияны шығарады - кернеудің бұрмалануын азайтады және барлық арналар бойынша таза қуатты басқаруды қамтамасыз етеді.
Мен Joost Nusselder, Neaera компаниясының негізін қалаушы және контент маркетологымын, әкем және менің құмарлығымның негізінде гитарамен жаңа жабдықты сынап көргенді ұнатамын және менің командаммен бірге мен 2020 жылдан бері тереңдетілген блог мақалаларын жасаймын. адал оқырмандарға жазба және гитара кеңестерімен көмектесу.
