Podrobne osnove o kondenzatorjih

1.Opredelitev

Kondenzator je električna komponenta, ki se uporablja za shranjevanje in sproščanje energije v električnem polju. Ko je na njegovih sponkah napetost, se med vodniki (ploščami) vzpostavi električno polje, ki omogoča kondenzatorju shranjevanje energije.

 

Enota kapacitivnosti je farad (F). V praksi se pogosteje uporabljajo manjše enote, kot so mikrofaradi (μF), nanofaradi (nF) in pikofaradi (pF).

 

2. Delovni princip

Kondenzator je sestavljen iz dveh prevodnih plošč, ločenih z izolacijskim materialom, imenovanim dielektrik. Ko na ploščah deluje enosmerna napetost, se na eni plošči kopičijo elektroni, ki ji dajejo negativen naboj, medtem ko se enako število elektronov odstrani z nasprotne plošče, zaradi česar je pozitivno nabita.

 

Ta ločitev naboja ustvari električno polje znotraj dielektrika. Kondenzator shranjuje energijo v tem električnem polju in zadržuje naboj, dokler je napetost uporabljena in ni zagotovljene poti praznjenja. Ko je uvedena prevodna pot, se shranjena energija sprosti, ko tok teče skozi zunanje vezje.

 

3.Kapacitivnost

Kapacitivnost C kondenzatorja je odvisna od naslednjih dejavnikov:

 

Območje ploščeA:Večja površina plošče povzroči večjo kapacitivnost.

 

Razmik med ploščamid:Manjša razdalja med ploščama poveča kapacitivnost.

 

Prepustnostε:Vrsta dielektričnega materiala vpliva na kapacitivnost; materiali z večjo prepustnostjo dajejo večjo kapacitivnost.

 

Razmerje podaja:

 

 

kjer:

• Ε je prepustnost dielektričnega materiala

 

• A je efektivna površina plošč

 

• d je razdalja med ploščama

 

4. Enota kapacitivnosti

 

Enota kapacitivnosti je farad (F). Ker je farad zelo velika enota, je večina praktičnih kondenzatorjev ocenjena v manjših enotah, kot so pikofaradi (pF), nanofaradi (nF) in mikrofaradi (μF).

Kapacitivnost kaže, koliko električnega naboja lahko kondenzator shrani na enoto napetosti. Opredeljuje ga razmerje:

kjer:

 

• Q je shranjeni naboj,

 

• C je kapacitivnost in

 

• V je uporabljena napetost.

 

Tako večja kapacitivnost pomeni, da je pri isti napetosti mogoče shraniti več naboja.

 

Pomembno je omeniti, da kapacitivnost sama po sebi ne predstavlja absolutne zmogljivosti naboja; namesto tega opisuje razmerje med nabojem in napetostjo. Za določeno kapacitivnost fiksna količina naboja ustreza sorazmerni spremembi napetosti.

 

The voltage rating of a capacitor refers to the maximum voltage it can safely withstand without damage. The amount of stored charge increases with both capacitance and applied voltage.

 

Na splošno imajo večji kondenzatorji (z višjimi vrednostmi kapacitivnosti) običajno večje fizične velikosti in višje stroške.

 

5. Razvrstitev kondenzatorjev

Polarizirani kondenzatorji

Polarizirani kondenzatorji imajo jasno opredeljene pozitivne in negativne priključke. Povezani morajo biti s pravilno polarnostjo; sicer lahko vzvratna povezava povzroči pregrevanje, puščanje ali celo zlom in eksplozijo.

 

Tekoči elektrolitski kondenzatorji

Tekoči elektrolitski kondenzatorji so vrsta polariziranih kondenzatorjev. Ponujajo razmeroma visoko kapacitivnost in prenesejo višje nivoje napetosti, vendar so običajno večje, imajo omejeno visoko-frekvenčno delovanje in zmerno življenjsko dobo.

 

Ti kondenzatorji se pogosto uporabljajo v napajalnih vezjih za filtriranje in izravnavo napetosti.

 

Pogost primer je aluminijev elektrolitski kondenzator. Pogosto je nameščen v bližini napajalnikov, da zagotovi shranjevanje energije in stabilizira napetost.

 

Polprevodniški-elektrolitski kondenzatorji

 

Tantalovi kondenzatorji so vrsta elektrolitskih kondenzatorjev, ki uporabljajo kovinski tantal kot anodo in trden elektrolit. Spadajo v kategorijo polprevodni-elektrolitskih kondenzatorjev.

 

Ponujajo visoko kapacitivnost na enoto prostornine (majhna velikost), dobro stabilnost, nizek tok uhajanja in zanesljivo delovanje v širokem temperaturnem območju.

Vendar pa imajo običajno nižje vrednosti napetosti v primerjavi z nekaterimi drugimi vrstami kondenzatorjev in so občutljivi na prenapetost in obratno polarnost.

 

Tantalovi kondenzatorji so polarizirani in morajo biti povezani s pravilno polarnostjo. Običajno se uporabljajo v nizko{1}}napetostnih, kompaktnih elektronskih napravah za filtriranje napajanja, ločevanje in avdio aplikacije.

 

Na primer, tantalovi kondenzatorji se pogosto uporabljajo v mobilnih telefonih in jih pogosto najdemo tudi v računalnikih.

 

Ne{0}}polarizirani kondenzatorji

 

Keramični kondenzatorji

Keramični kondenzatorji (znani tudi kot kondenzatorji s keramičnimi diski) so ne-polarizirane komponente, kar pomeni, da nimajo pozitivnih ali negativnih sponk in jih je mogoče povezati v obe smeri.

 

Zanje so značilne majhne vrednosti kapacitivnosti, visoke napetosti, kompaktna velikost in odlična visoko-frekvenčna zmogljivost. Zaradi teh lastnosti se keramični kondenzatorji pogosto uporabljajo v aplikacijah, kot so ločevanje, filtriranje in spajanje signalov v elektronskih vezjih.

 

6. Toleranca dimenzij

 

Kondenzatorji imajo na splošno relativno široka toleranca v primerjavi z drugimi elektronskimi komponentami.

 

Za keramične kondenzatorje običajne stopnje tolerance vključujejo:

 

±5% (J)– strožja toleranca

 

±10% (K)– pogosto uporabljena

 

±20% (M)– široko uporabljen

 

+80% / −20% (Z)– zelo ohlapna toleranca

 

V praksi:

 

Kondenzatorji z nivojem pF-pogosto uporabljajo ±5 % tolerance

 

Kondenzatorji ravni nF-običajno uporabite ±10 % tolerance

 

kondenzatorji ravni μF-običajno uporabljajo ±20 % tolerance

 

Elektrolitski kondenzatorjiso običajno ocenjeni na ±20 % ali več

 

Visoko{0}}natančni kondenzatorji se redkeje uporabljajo, ker številne aplikacije kondenzatorjev-, kot sta filtriranje napajanja in glajenje napetosti-, ne zahtevajo zelo natančnih vrednosti kapacitivnosti. Majhna odstopanja običajno minimalno vplivajo na delovanje vezja.

 

Vendar so v aplikacijah, kot so RF usklajevanje in omrežja filtrov, morda potrebna strožja toleranca (npr. ±5 %), da se zagotovijo stabilne frekvenčne značilnosti. Tudi v teh primerih je izjemno visoka natančnost pogosto nepotrebna, saj standardne tolerance zadostujejo za vzdrževanje pravilnega delovanja.

 

7. Mere kondenzatorja

 

For ceramic and tantalum capacitors, package sizing follows the same standard used for resistors. Smaller surface-mount components use imperial codes such as 0201, 0402, 0603, and 0805, while larger packages may also be expressed in metric codes such as 2520, 3525, etc.

 

Za cilindrične elektrolitske kondenzatorje so mere običajno določene kot premer × višina (npr. 6 mm × 11 mm).

 

Pri načrtovanju strojne opreme je na splošno priporočljivo rezervirati nekoliko večji odtis za kondenzatorje, kadar koli je to mogoče. Na primer, če je dodeljen odtis 6 × 11 mm, je lahko največja tipična specifikacija okoli 100 μF, 25 V. Medtem ko je za znižanje stroškov enostavno nadomestiti manjši kondenzator, nadgradnja na bistveno večjo kapacitivnost znotraj iste velikosti običajno ni izvedljiva. Na primer, kondenzatorja 470 μF, 25 V običajno ni mogoče izdelati v ohišju 6 × 11 mm.

 

Enako velja za keramične kondenzatorje. Na primer, pri paketu 0805 je največja običajno razpoložljiva specifikacija okoli 22 μF, 6,3 V. Kondenzatorje z večjo kapacitivnostjo ali višjo napetostjo je težko dobiti v tej velikosti paketa.