Kondensatory są to elementy elektroniczne, służące do gromadzenia ładunków elektrycznych. Kondensatory mogą mieć różny kształt, ale zawsze są do siebie podobne wewnętrznie.
Kondensator na ogół składa się z dwóch płytek przewodzących prąd elektryczny (elektrod), które są od siebie oddalone. Może on zostać naładowany ładunkiem elektrycznym. O zdolności magazynowania ładunku, czyli o pojemności kondensatora decyduje powierzchnia elektrod i odległość między nimi. Większa powierzchnia i mniejsza odległość, daje wyższą pojemność. W celu obliczenia pojemności kondensatora, korzystamy z następującej zależności:
C = e x A/d
gdzie C = pojemność w faradach, A = powierzchnia w m2, d = odstęp między elektrodami w m, a e = przenikalność, która właściwie jest iloczynem eo x er, gdzie eo jest przenikalnością próżni i wynosi 8,85 x 10 a er jest liczbą względną, która określa przenikalność dielektryka w stosunku do przenikalności w próżni er nazywana jest często stałą dielektryczną lub liczbą pojemnościową.
Jednostką pojemności jest farad, który ma wymiar A x s/v. Pojemność 1F (farada) posiada kondensator, w którym ładunek 1C (Coulomba) powoduje powstanie napięcia 1 V (volta).
Symbol graficzny:
W celu lepszego zrozumienia zależności między parametrami kondensatora, należy przyjąć następujący uproszczony schemat zastępczy:
Rs – rezystancja szeregowa wyprowadzeń i elektrod, elektrolitu, jak również straty w dielektryku, Ls – indukcyjność doprowadzeń
i elektrod,
C – pojemność, Rp – rezystancja izolacji w dielektryku.
Kondensatory stałe:
Kondensatory papierowe (KLMP, KSMP) są w większości zastosowań zastępowane kondensatorami warstwowymi z tworzyw sztucznych. Pomimo wysokiej stałej dielektrycznej, kondensatory papierowe są większe oraz droższe niż z tworzyw sztucznych. Zaletami kondensatorów papierowych jest odporność na napięcia impulsowe i niska zawartość węgla (ok. 3%, dla porównania: 40 – 70% w tworzywach sztucznych), co powoduje bardzo dobre własności samoregenerujące
I małe ryzyko zapłonu. W dzisiejszej dobie używane są one niemal wyłącznie jako kondensatory odkłócające (kondensatory X i Y),
w których można wykorzystywać zalety papieru w stosunku do tworzyw sztucznych.
Kondensatory polistyrenowe i poliestrowe (KSF, MKSE, MKSF, MKSP) są kondensatorami, które wykonuje się z metalizowanej folii poliestrowej.
Kondensatory mikowe (KM) zbudowane są podobnie jak ceramiczne kondensatory wielowarstwowe, ale ponieważ nie podlegają wygrzewaniu w wysokich temperaturach, elektrody można wykonać ze srebra. Mika jest minerałem wydobywanym w kopalniach indyjskich, gdzie jego jakość jest szczególnie wysoka. Jest to materiał twardy i odporny, charakteryzujący się tym, że rozdziela się na cienkie płytki, które można wyposażyć w elektrody. Właściwości elektryczne np. rezystancja izolacji, stratność i stabilność są doskonale i całkowicie porównywalne z najlepszymi tworzywami sztucznymi
I ceramiką. Kondensatory mikowe są jednak względnie duże i drogie, co powoduje, że w znacznym stopniu zastępowane są m.in. przez kondensatory polipropylenowe. Stosuje się je często w układach wielkiej częstotliwości, gdzie wymagane są nie tylko niskie straty, ale również wysoka stabilność częstotliwości i temperatury. Produkowane są o wartościach pojemności od 1 pikofarada do 0,1 mikrofarada.
Kondensatory ceramiczne (KCP, KFP, KCR, KFR) są produkowane z jednej lub wielu płytek ceramicznych z nałożoną elektrodą metalową. Kondensator ceramiczny z pojedynczą warstwą dielektryka nazywany jest jednowarstwowym, „single plate” lub kondensatorem płytkowym. Gdy kondensator zbudowany jest z wielu warstw dielektryka i elektrod, nazywany jest wielowarstwowym, albo kondensatorem monolitycznym. Podaż różnych materiałów i wykonań kondensatorów jest ogromna. Kondensatory ceramiczne produkuje się o pojemnościach od 0,5 pikofarada do wielu setek mikrofaradów. Kondensatory powyżej 10 mikrofaradów są jednak rzadko spotykane, ze względu na wysoką cenę.
Kondensatory elektrolityczne (KEN, KEO, SME, T, UL, KERMS) mają elektrody aluminiowe albo tantalowe. Powierzchnia anody (biegun dodatni) jest pokryta bardzo cienką warstwą tlenku, która pełni rolę dielektryka. W celu zmniejszenia odległości między warstwą tlenku i katodą (biegun ujemny) używa się elektrolitu o niskiej rezystancji.
Kondensatory elektrolityczne aluminiowe mokre zawierają elektrolit złożony z kwasu borowego, glikolu, soli i rozpuszczalnika. Elektrody są wytrawione w kąpieli kwaśnej, w celu uzyskania powierzchni porowatej. W ten sposób powierzchnia wzrasta aż do 300 razy. Warstewka dielektryka (tlenku) na anodzie jest formowana (buduje się ją), w kąpieli z elektrolitem zawierającym wodę, do grubości około 13A na każdy Volt napięcia, który ma on wytrzymać. Również katoda posiada cienką (ok. 40A) warstwę tlenku.
Suche elektrolity aluminiowe. Ich produkcję rozpoczęto na początku naszego wieku. Różniły się one znacznie od dzisiejszych suchych kondensatorów aluminiowych. Dla odróżnienia, współczesne typy, często kondensatory z dwutlenkiem manganu lub organicznymi półprzewodnikami jako elektrolit, nazywamy kondensatorami stałymi z aluminiowym elektrolitem (SAL).
Kondensatory powietrzne wykonuje się przeważnie jako kondensatory obrotowe o pojemności nastawnej. Są one stosowane głównie w odbiornikach radiofonicznych jako elementy strojeniowe. Kondensatory energetyczne wyróżniają się specjalną konstrukcją, wynikającą z warunków pracy (często pracują jako napowietrzne) i wysokiego napięcia.
Kondensatory tantalowe posiadają jako dielektryk tlenek tantalu,
o znakomitych właściwościach elektrycznych. Anoda kondensatora wykonana jest metodą spieków proszkowych z tantalu. Około 50% objętości składa się z porów, co powoduje, że powierzchnia wewnętrzna jest 100 razy większa niż zewnętrzna. Po pokryciu warstwą tlenku tantalu w kwaśnej kąpieli formującej, elementy kondensatora zanurza się w roztworze dwutlenku manganu, który wypełnia wszystkie pory. Aby otrzymać kontakt z katodą, która składa się z przewodzącej farby srebrnej, pokrywa się element kondensatora warstwą węgla w postaci grafitu. Starsze typy kondensatorów tantalowych z mokrym elektrolitem w obudowie srebrnej, zostały zastąpione przez typy suche ze względu na wysokie koszty produkcji.
Kondensatory zmienne:
Są to kondensatory o zmiennej pojemności z dielektrykiem powietrznym (symbol: AM, FM) lub kondensatory ceramiczne dostrojcze zwane trymerami (symbol: TCP).
Kondensator powietrzny jest zbudowany z dwu zespołów równoległych płytek (rotor i stator), które zmieniają swe położenie powodują zmianę wartości pojemności kondensatora.
Parametry kondensatorów:
· Pojemność znamionowa jest wskaźnikiem wartości
pojemności. Pojemność rzeczywista, mierzona w praktyce, równa się pojemności znamionowej z uwzględnieniem tolerancji. Ponieważ
przenikalność dielektryków jest funkcją temperatury, to pojemność
znamionową podaje się na ogół dla temperatury pokojowej lub innej określonej przez wytwórcę. Wartości tolerancji zależą od rodzaju dielektryka.
· Napięcie znamionowe jest największym napięciem, które może
być przyłożone trwale do kondensatora. Napięcie to jest na ogół sumą napięcia stałego i wartości szczytowej napięcia zmiennego.
· Napięcie próby (probiercze) jest taką wartością napięcia, którą
kondensator powinien wytrzymać w stosunkowo krótkim czasie (kilka do kilkudziesięciu sekund), przy czym liczba kondensatorów ulegających przebiciu w partii produkcyjnej nie może przekraczać przyjętej normy np. 5%. Napięcie próby jest na ogół kilkakrotnie wyższe od napięcia znamionowego.
· Rezystancja izolacji reprezentuje upływność kondensatora po
doprowadzeniu do jego końcówek napięcia stałego o wartości równej napięciu znamionowemu. Dla dużych wartości pojemności podaje się często iloczyn rezystancji upływności i pojemności.
· Tangens kąta stratności obrazujący straty w dielektryku dla
składowej zmiennej sygnału. Tangens kąta stratności jest stosunkiem wartości prądu upływności (przez Rr) do prądu płynącego przez kondensator.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz