Detaljne osnove o kondenzatorima

1.Definicija

Kondenzator je električna komponenta koja se koristi za pohranu i oslobađanje energije u električnom polju. Kada se napon primijeni preko njegovih priključaka, između vodiča (ploča) uspostavlja se električno polje, omogućujući kondenzatoru da pohranjuje energiju.

 

Jedinica kapaciteta je farad (F). U praktičnim primjenama češće se koriste manje jedinice kao što su mikrofaradi (μF), nanofaradi (nF) i pikofaradi (pF).

 

2. Princip rada

Kondenzator se sastoji od dvije vodljive ploče odvojene izolacijskim materijalom koji se naziva dielektrik. Kada se istosmjerni napon primijeni preko ploča, elektroni se nakupljaju na jednoj ploči, dajući joj negativan naboj, dok se jednak broj elektrona uklanja sa suprotne ploče, čineći je pozitivno nabijenom.

 

Ovo odvajanje naboja stvara električno polje unutar dielektrika. Kondenzator pohranjuje energiju u ovom električnom polju i zadržava naboj sve dok je napon primijenjen i nema puta pražnjenja. Kada se uvede vodljivi put, pohranjena energija se oslobađa dok struja teče kroz vanjski krug.

 

3.Kapacitivnost

Kapacitet C kondenzatora ovisi o sljedećim čimbenicima:

 

Površina pločeA:Veća površina ploče rezultira većim kapacitetom.

 

Razmak pločad:Manji razmak između ploča povećava kapacitet.

 

Permitivnostε:Vrsta dielektričnog materijala utječe na kapacitet; materijali s većom permitivnošću daju veći kapacitet.

 

Odnos je dan:

 

 

gdje:

• Ε je permitivnost dielektričnog materijala

 

• A je efektivna površina ploča

 

• d je udaljenost između ploča

 

4. Jedinica kapaciteta

 

Jedinica kapaciteta je farad (F). Budući da je farad vrlo velika jedinica, većina praktičnih kondenzatora ocijenjena je u manjim jedinicama kao što su pikofaradi (pF), nanofaradi (nF) i mikrofaradi (μF).

Kapacitivnost pokazuje koliko električnog naboja kondenzator može pohraniti po jedinici napona. Definiran je odnosom:

gdje:

 

• Q je pohranjeni naboj,

 

• C je kapacitet, i

 

• V je primijenjeni napon.

 

Dakle, veći kapacitet znači da se više naboja može pohraniti pri istom naponu.

 

Važno je napomenuti da kapacitet sam po sebi ne predstavlja apsolutni kapacitet naboja; nego opisuje odnos između naboja i napona. Za određeni kapacitet, fiksna količina naboja odgovara proporcionalnoj promjeni napona.

 

Nazivni napon kondenzatora odnosi se na maksimalni napon koji može sigurno izdržati bez oštećenja. Količina pohranjenog naboja povećava se i s kapacitetom i s primijenjenim naponom.

 

Općenito, veći kondenzatori (s većim vrijednostima kapacitivnosti) obično imaju veće fizičke veličine i veće troškove.

 

5.Klasifikacija kondenzatora

Polarizirani kondenzatori

Polarizirani kondenzatori imaju jasno definirane pozitivne i negativne priključke. Moraju biti spojeni s ispravnim polaritetom; inače, obrnuto spajanje može uzrokovati pregrijavanje, curenje ili čak puknuće i eksploziju.

 

Tekući elektrolitički kondenzatori

Tekući elektrolitički kondenzatori su vrsta polariziranih kondenzatora. Nude relativno veliki kapacitet i mogu podnijeti više razine napona, ali obično su veće veličine, imaju ograničene visoko-frekventne performanse i umjeren vijek trajanja.

 

Ovi se kondenzatori naširoko koriste u strujnim krugovima za filtriranje i izravnavanje napona.

 

Uobičajen primjer je aluminijski elektrolitički kondenzator. Često se postavlja u blizini izvora napajanja kako bi se osiguralo skladištenje energije i stabilizirao napon.

 

Elektrolitički kondenzatori-u čvrstom stanju

 

Tantalski kondenzatori su vrsta elektrolitičkih kondenzatora koji koriste metalni tantal kao anodu i čvrsti elektrolit. Pripadaju kategoriji elektrolitskih-kondenzatora čvrstog stanja.

 

Nude veliki kapacitet po jedinici volumena (mala veličina), dobru stabilnost, nisku struju curenja i pouzdanu izvedbu u širokom temperaturnom rasponu.

Međutim, oni obično imaju niži napon u usporedbi s nekim drugim tipovima kondenzatora i osjetljivi su na prenapon i obrnuti polaritet.

 

Tantalski kondenzatori su polarizirani i moraju biti spojeni s ispravnim polaritetom. Obično se koriste u nisko{1}}naponskim, kompaktnim elektroničkim uređajima za filtriranje napajanja, odvajanje i audio aplikacije.

 

Na primjer, kondenzatori od tantala naširoko se koriste u mobilnim telefonima, a često se nalaze i u računalima.

 

Ne{0}}polarizirani kondenzatori

 

Keramički kondenzatori

Keramički kondenzatori (poznati i kao kondenzatori s keramičkim diskom) su ne-polarizirane komponente, što znači da nemaju pozitivne ni negativne terminale i mogu se spojiti u oba smjera.

 

Karakteriziraju ih male vrijednosti kapacitivnosti, visoke vrijednosti napona, kompaktna veličina i izvrsna visoko-frekventna izvedba. Zbog ovih svojstava, keramički kondenzatori naširoko se koriste u aplikacijama kao što su odvajanje, filtriranje i sprezanje signala u elektroničkim krugovima.

 

6. DimenzijeTolerancija

 

Kondenzatori općenito imaju relativno široka odstupanja u usporedbi s drugim elektroničkim komponentama.

 

Za keramičke kondenzatore uobičajeni stupnjevi tolerancije uključuju:

 

±5% (J)– stroža tolerancija

 

±10% (K)– uobičajeno korišten

 

±20% (M)– široko korišten

 

+80% / −20% (Z)– vrlo labava tolerancija

 

U praksi:

 

Kondenzatori razine pF-često koriste ±5% tolerancije

 

nF-kondenzatori razineobično koristite ±10% tolerancije

 

μF-kondenzatori razineobično koriste ±20% tolerancije

 

Elektrolitički kondenzatoriobično se procjenjuju na ±20% ili više

 

Kondenzatori visoke{0}}preciznosti rjeđe se koriste jer mnoge primjene kondenzatora-kao što su filtriranje napajanja i izjednačavanje napona-ne zahtijevaju vrlo precizne vrijednosti kapacitivnosti. Mala odstupanja obično imaju minimalan utjecaj na performanse kruga.

 

Međutim, u primjenama kao što su RF usklađivanje i mreže filtera, mogu biti potrebne strože tolerancije (npr. ±5%) kako bi se osigurale stabilne karakteristike frekvencije. Čak iu tim slučajevima, iznimno visoka preciznost često je nepotrebna, jer su standardne tolerancije dovoljne za održavanje ispravnog rada.

 

7. Dimenzije kondenzatora

 

Za keramičke i tantal kondenzatore, veličina paketa slijedi isti standard koji se koristi za otpornike. Manje komponente za-montažu na površinu koriste imperijalne kodove kao što su 0201, 0402, 0603 i 0805, dok veći paketi mogu biti izraženi i metričkim kodovima kao što su 2520, 3525 itd.

 

Za cilindrične elektrolitske kondenzatore, dimenzije su obično navedene kao promjer × visina (npr. 6 mm × 11 mm).

 

U dizajnu hardvera općenito se preporučuje rezervirati malo veći otisak za kondenzatore kad god je to moguće. Na primjer, ako je dodijeljen otisak od 6 × 11 mm, maksimalna tipična specifikacija može biti oko 100 μF, 25 V. Iako je lako zamijeniti manji kondenzator radi smanjenja troškova, nadogradnja na značajno veći kapacitet unutar iste veličine obično nije izvediva. Na primjer, kondenzator od 470 μF, 25 V obično se ne može proizvesti u pakiranju od 6 × 11 mm.

 

Isto se razmatranje odnosi i na keramičke kondenzatore. Na primjer, s paketom 0805, maksimalna uobičajena specifikacija je oko 22 μF, 6,3 V. Kondenzatore većeg kapaciteta ili napona teško je nabaviti u ovoj veličini paketa.