Kondensatory

Stronę tą wyświetlono już: 56 razy

Definicja kondensatora

Kondensator to element elektroniczny, którego zadaniem jest gromadzenie ładunku elektrostatycznego oraz jego szybkie oddawanie. Kondensator składa się z dwóch okładek przewodzących oddzielonych od siebie dielektrykiem (czyli materiałem nie przewodzącym prądu).

Oznaczenia kondensatorów

Na schematach elektronicznych kondensatory mogą być oznaczane w różny sposób. Warto też nadmienić, że niektóre kondensatory są elementami spolaryzowanymi, czyli takimi, dla których kierunek podłączenia w układach prądu stałego ma duże znaczenie. Poniżej pokazane zostały najczęściej stosowane oznaczenia kondensatorów.

a)Oznaczenie ogólne kondensatorab)Oznaczenie kondensatora elektrolitycznegoc)Oznaczenie kondensatora elektrolitycznegod)Oznaczenie kondensatora elektrolitycznegoe)Oznaczenie kondensatora elektrolitycznegof)Oznaczenie kondensatora o zmiennej pojemności
Rys. 1
Schematyczne oznaczenia kondensatorów: a) oznaczenie ogólne; b) - e) - oznaczenie kondensatora elektrolitycznego; f) oznaczenie kondensatora o regulowanej pojemności

Rodzaje kondensatorów

W układach elektronicznych można spotkać następujące typy kondensatorów:

  • kondensatory elektrolityczne - w których istotny jest kierunek podłączenia (polaryzacji). W przypadku niepoprawnego podłączenia tego typu kondensatora wytwarza się duża ilość ciepła, która w ekstremalnych warunkach może spowodować wybuch takiego kondensatora. Wśród kondensatorów elektrolitycznych można wyróżnić:
    • kondensatory elektrolityczne aluminiowe;
    • kondensatory elektrolityczne tantalowe

    Na poniższym rysunku można zobaczyć przykłady kondensatorów elektrolitycznych wykonanych w technologii SMD.

    Przykład różnych kondensatorów elektrolitycznych
    Rys. 2
    Przykład różnych kondensatorów elektrolitycznych wykonanych w technologii SMD
    Źródło:

    Dostępne są również oczywiście kondensatory wykonane w technologi THT.

    Kondensatory elektrolityczne wykonane w technologii przewlekanej
    Rys. 3
    Przykład różnych kondensatorów elektrolitycznych wykonanych w technologii THT
  • kondensatory foliowe;
  • kondensatory ceramiczne;
  • kondensatory powietrzne

Podstawowe parametry kondensatorów

Najważniejszym parametrem każdego kondensatora jest jego pojemność wyrażana najczęściej w μF lub pF. Zależność pojemności od ładunku elektrostatycznego Q oraz napięcia U opisuje wzór:

C=Q/U [1]

Zapis wyrażenia w formacie TeX-a:

C=\frac{Q}{U}

gdzie:

  • C - pojemność (w faradach);
  • Q - ładunek zgromadzony na jednej okładce (w kulombach); U - napięcie elektryczne między okładkami (w woltach)

Kolejnym istotnym parametrem jest napięcie przebicia U, czyli maksymalne dopuszczalne napięcie, jakie przez kondensator może płynąc bez jego uszkodzenia. Kolejnym parametrem równie istotnym jest dopuszczalna moc P, jaka może przez kondensator płynąć.

W układach zasilanych prądem sinusoidalnym ważnym parametrem kondensatora jest reaktancja, którą z kolei wyraża się wzorem:

Wzór na reaktancję kondensatora w układzie zasilanym prądem sinusoidalnym [2]

Zapis wyrażenia w formacie TeX-a:

X_c = \frac {-1}{\omega C}= \frac {-1}{2 \pi f C}

gdzie:

  • ω - pulsacja;
  • f - częstotliwość (w hercach);
  • C - pojemność kondensatora

Pojemność zastępcza w układach szeregowych i równoległych kondensatorów

Połączenie szeregowe kondensatorów jest stosowane jedynie w układach zasilanych prądem sinusoidalnym. Wypadkowa pojemność tak połączonych kondensatorów jest równa:

Wzór na pojemność zastępczą kondensatorów połączonych szeregowo [3]

Zapis wyrażenia w formacie TeX-a:

\frac{1}{C_z}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+...+\frac{1}{C_n} = \sum_{i=1}^{n} \frac{1}{C_i}

Na poniższym rysunku można zobaczyć ogólny układ kondensatorów w połączeniu szeregowym.

Układ kondensatorów połączonych szeregowo
Rys. 4
Układ kondensatorów połączonych szeregowo

W przypadku połączenia równoległego kondensatorów ich pojemność zastępcza jest równa sumie pojemności tychże kondensatorów, co wyraża wzór:

wzór na pojemność zastępczą kondensatorów połączonych równolegle [4]

Zapis wyrażenia w formacie TeX-a:

C_z=C_1+C_2+...+C_n=\sum_{i=1}^n C_i

Przykład równoległego połączenia kondensatorów można zobaczyć na poniższym rysunku.

Układ kondensatorów połączonych równolegle
Rys. 5
Układ kondensatorów połączonych równolegle

Kondensator w układach prądu stałego

W układach prostowniczych wykorzystuje się kondensatory do stabilizacji napięcia, gdyż to uzyskane za mostkiem Graetza ma charakter pulsacyjny (jak pokazano na poniższym wykresie).

Wykres prądu pulsującegoU(t)U(t)t[s]00.10.20.30.40.50.60.70.80.900.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1abs(sin(x · 55 · 360 / 180 · π))
Rys. 6
Wykres prądu pulsującego za mostkiem Graetza.
Źródło:
Wykres wygenerowany przes skrypt PHP autora strony opisany na stronie Programowanie → Skrypty PHP → Skrypt PHP generujący wykres funkcji 2W

W celu wyprostowania prądu stosuje się kondensator (najczęściej elektrolityczny), który w momentach spadku napięcia oddaje ładunek elektrostatyczny, a w momencie wzrostu napięcia zaczyna się ładować. Przy dobraniu odpowiedniego kondensatora możliwe jest uzyskanie przepływu prądu, który jest w miarę stabilny i jego wartość napięcia u(t) jak i natężenia prądu i(t) jest stała.

Układ prostowniczy z mostkiem Graetza i kondensatorem
Rys. 7
Układ prostowniczy z mostkiem Graetza i kondensatorem elektrolitycznym

Szeregowe wpięcie kondensatora w układzie prądu stałego nie ma zbyt wielkiego sensu, albowiem kondensator tak wpięty w chwili krótko po włączeniu zasilania zachowuje się jakby go nie było a po naładowaniu ładunkiem elektrostatycznym stanowi przerwę w obwodzie elektrycznym.

Kondensator w układach prądu sinusoidalnego

W układach prądu sinusoidalnego wpięcie kondensatora w obwód powoduje przesunięcie fazowe natężenia prądu i(t) względem napięcia u(t), co zostało pokazane na poniższym wykresie.

Wykres funkcji i(t) oraz u(t)u(t) [V], i(t) [A]u(t) [V], i(t) [A]t[s]-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.800.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1u(t)i(t)
Rys. 8
Wykres prądu pulsującego za mostkiem Graetza.
Źródło:
Wykres wygenerowany przes skrypt PHP autora strony opisany na stronie Programowanie → Skrypty PHP → Skrypt PHP generujący wykres funkcji 2W

Symulację układu tego typu można obejrzeć na stronie tutaj. Jak widać z powyższego wykresu, gdy napięcie u(t) osiąga maksimum kondensator jest już rozładowany, natomiast gdy napięcie u(t)=0 natężenie prądu i(t) zgromadzonego w kondensatorze osiąga maksimum.

Strony powiązane
strony powiązane
  1. https://www.edukator.pl - symulacja pracy kondensatora w obwodzie prądu zmiennego wpiętego szeregowo z rezystorem

Komentarze