Podstawowa elektronika - kondensatory
Kondensator to element pasywny, który ma zdolność magazynowania energii w postaci różnicy potencjałów między jego płytami. Jest odporny na nagłą zmianę napięcia. Ładunek jest przechowywany w postaci różnicy potencjałów między dwiema płytami, które są dodatnie i ujemne w zależności od kierunku przechowywania ładunku.
Pomiędzy tymi dwoma płytami znajduje się obszar nieprzewodzący, nazywany as dielectric. Dielektrykiem tym może być próżnia, powietrze, mika, papier, ceramika, aluminium itp. Nazwa kondensatora jest określana przez zastosowany dielektryk.
Symbol i jednostki
Standardowymi jednostkami pojemności są Farady. Generalnie wartości dostępnych kondensatorów będą rzędu mikro-faradów, piko-faradów i nano-faradów. Symbol kondensatora pokazano poniżej.
Pojemność kondensatora jest proporcjonalna do odległości między płytami i jest odwrotnie proporcjonalna do powierzchni płytek. Ponadto im wyższa przenikalność materiału, tym wyższa będzie pojemność. Plikpermittivitymedium opisuje, ile strumienia elektrycznego jest generowane na jednostkę ładunku w tym ośrodku. Poniższy obraz przedstawia kilka praktycznych kondensatorów.
Kiedy dwie płytki o tej samej powierzchni A i równej szerokości są umieszczone równolegle do siebie z oddzieleniem odległości d i jeśli do płytek zostanie przyłożona pewna energia, wówczas pojemność tego równoległego kondensatora płytowego można określić jako -
$$ C \: \: = \: \: \ frac {\ varepsilon_ {0} \: \: \ varepsilon_ {r} \: \: d} {A} $$
Gdzie
C = Pojemność kondensatora
$ \ varepsilon_ {0} $ = przenikalność wolnej przestrzeni
$ \ varepsilon_ {r} $ = przenikalność medium dielektrycznego
d = odległość między płytami
A = powierzchnia dwóch przewodzących płyt
Po przyłożeniu pewnego napięcia ładunek osadza się na dwóch równoległych płytach kondensatora. To osadzanie ładunku następuje powoli i gdy napięcie na kondensatorze jest równe przyłożonemu napięciu, ładowanie zatrzymuje się, ponieważ wchodzące napięcie jest równe napięciu wychodzącemu.
Szybkość ładowania zależy od wartości pojemności. Im większa wartość pojemności, tym wolniejsza zmiana napięcia w płytkach.
Działanie kondensatora
Kondensator można rozumieć jako dwubiegunowy element pasywny, który magazynuje energię elektryczną. Ta energia elektryczna jest magazynowana w polu elektrostatycznym.
Początkowo ładunki ujemne i dodatnie na dwóch płytach kondensatora są w równowadze. Nie ma tendencji do ładowania lub rozładowywania kondensatora. Ujemny ładunek jest tworzony przez akumulację elektronów, podczas gdy dodatni ładunek jest tworzony przez wyczerpywanie się elektronów. Ponieważ dzieje się to bez żadnego zewnętrznego ładunku, ten stan jestelectrostaticstan: schorzenie. Poniższy rysunek przedstawia kondensator z ładunkami statycznymi.
Akumulację i wyczerpywanie się elektronów zgodnie ze zmieniającymi się dodatnimi i ujemnymi cyklami zasilania prądem przemiennym można rozumieć jako „przepływ prądu”. Nazywa się toDisplacement Current. Kierunek przepływu prądu zmienia się, ponieważ jest to prąd przemienny.
Ładowanie kondensatora
Podanie napięcia zewnętrznego powoduje zamianę ładunku elektrycznego na ładunek elektrostatyczny. Dzieje się tak podczas ładowania kondensatora. Dodatni potencjał zasilania przyciąga elektrony z dodatniej płyty kondensatora, czyniąc go bardziej dodatnim. Natomiast ujemny potencjał zasilania zmusza elektrony do ujemnej płytki kondensatora, czyniąc go bardziej ujemnym. Poniższy rysunek wyjaśnia to.
Podczas tego procesu ładowania elektrony przemieszczają się przez źródło prądu stałego, ale nie przez dielectric który jest insulator. Przemieszczenie to jest duże, gdy kondensator zaczyna się ładować, ale zmniejsza się w miarę ładowania. Kondensator przestaje ładować, gdy napięcie na kondensatorze jest równe napięciu zasilania.
Zobaczmy, co dzieje się z dielektrykiem, gdy kondensator zaczyna się ładować.
Zachowanie dielektryczne
Gdy ładunki osadzają się na płytkach kondensatora, powstaje pole elektrostatyczne. Siła tego pola elektrostatycznego zależy od wielkości ładunku na płytce i przenikalności elektrycznej materiału dielektrycznego.Permittivity jest miarą dielektryka, na ile pozwala na przejście przez niego linii elektrostatycznych.
W rzeczywistości dielektryk jest izolatorem. Posiada elektrony na najbardziej zewnętrznej orbicie atomów. Przyjrzyjmy się, jak to się dzieje. Gdy na płytach nie ma ładunku, elektrony w dielektryku poruszają się po orbicie kołowej. Jest to pokazane na poniższym rysunku.
Kiedy ma miejsce osadzanie ładunku, elektrony mają tendencję do przemieszczania się w kierunku dodatnio naładowanej płytki, ale nadal obracają się, jak pokazano na rysunku.
Jeśli ładunek rośnie dalej, orbity rozszerzają się bardziej. Ale jeśli nadal rośnie, dielektrykbreaks downzwarcie kondensatora. Teraz, gdy kondensator jest w pełni naładowany, jest gotowy do rozładowania. Wystarczy, że zapewnimy im ścieżkę przejścia od płyty ujemnej do dodatniej. Elektrony przepływają bez zewnętrznego zasilania, ponieważ po jednej stronie znajduje się zbyt wiele elektronów, a po drugiej prawie żadnych. Ta nierównowaga jest korygowana przezdischarge kondensatora.
Ponadto, gdy zostanie znaleziona ścieżka wyładowania, atomy w materiale dielektrycznym mają tendencję do powrotu do swojej normy circular orbiti stąd zmusza elektrony do wyładowania. Ten rodzaj rozładowania umożliwia kondensatorom dostarczanie dużych prądów w krótkim czasie, podobnie jak w lampie błyskowej aparatu.
Kodowanie kolorów
Aby poznać wartość kondensatora, zwykle jest oznaczony jak poniżej -
n35 = 0,35nF lub 3n5 = 3,5nF lub 35n = 35nF i tak dalej.
Czasami oznaczenia będą wyglądać jak 100 K, co oznacza k = 1000 pF. Wtedy wartość wyniesie 100 × 1000 pF = 100nF.
Chociaż te oznaczenia liczbowe są używane obecnie, dawno temu opracowano międzynarodowy schemat kodowania kolorami, aby zrozumieć wartości kondensatorów. Oznaczenia kodów kolorystycznych są takie, jak podano poniżej.
| Kolor paska | Cyfra A i B | Mnożnik | Tolerancja (t)> 10 pf | Tolerancja (t) <10 pf | Współczynnik temperatury |
|---|---|---|---|---|---|
| czarny | 0 | × 1 | ± 20% | ± 2,0 pF | |
| brązowy | 1 | × 10 | ± 1% | ± 0,1 pF | -33 × 10-6 |
| Czerwony | 2 | × 100 | ± 2% | ± 0,25 pF | -75 × 10-6 |
| Pomarańczowy | 3 | × 1000 | ± 3% | -150 × 10-6 | |
| Żółty | 4 | × 10000 | ± 4% | -220 × 10-6 | |
| Zielony | 5 | × 100 000 | ± 5% | ± 0,5 pF | -330 × 10-6 |
| niebieski | 6 | × 1,000000 | -470 × 10-6 | ||
| Fioletowy | 7 | -750 × 10-6 | |||
| Szary | 8 | × 0,01 | + 80%, -20% | ||
| Biały | 9 | × 0,1 | ± 10% | ± 1,0 pF | |
| Złoto | × 0,1 | ± 5% | |||
| Srebro | × 0,01 | ± 10% |
Wskazania te posłużyły do określenia wartości kondensatorów.
W tych pięciopasmowych kondensatorach pierwsze dwa pasma reprezentują cyfry, trzecie to mnożnik, czwarte dla tolerancji, a piąte to napięcie. Spójrzmy na przykład, aby zrozumieć proces kodowania kolorami.
Example 1 - Określić wartość kondensatora z kodem koloru żółtym, fioletowym, pomarańczowym, białym i czerwonym.
Solution- Wartość żółtego to 4, fioletowego to 7, pomarańczowego to 3, co oznacza mnożnik. Biały to ± 10, co jest wartością tolerancji. Czerwony reprezentuje napięcie. Ale aby poznać napięcie znamionowe, mamy inną tabelę, z której należy poznać konkretne pasmo, do którego należy ten kondensator.
Stąd wartość kondensatora to 47nF, 10% 250v (napięcie dla pasma V)
Poniższa tabela przedstawia sposób określania napięcia w zależności od pasm, do których należą kondensatory.
| Kolor paska | Napięcie znamionowe (V) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| TYPE J | TYPE K | TYPE L | TYPE M | TYPE N | |
| czarny | 4 | 100 | 10 | 10 | |
| brązowy | 6 | 200 | 100 | 1.6 | |
| Czerwony | 10 | 300 | 250 | 4 | 35 |
| Pomarańczowy | 15 | 400 | 40 | ||
| Żółty | 20 | 500 | 400 | 6.3 | 6 |
| Zielony | 25 | 600 | 16 | 15 | |
| niebieski | 35 | 700 | 630 | 20 | |
| Fioletowy | 50 | 800 | |||
| Szary | 900 | 25 | 25 | ||
| Biały | 3 | 1000 | 2.5 | 3 | |
| Złoto | 2000 | ||||
| Srebro | |||||
Przy pomocy tej tabeli znane jest napięcie znamionowe dla każdego zespołu kondensatorów zgodnie z podanym kolorem. Rodzaj napięcia znamionowego wskazuje również rodzaj kondensatorów. Na przykład TYP J to zanurzone kondensatory tantalowe, TYP K to kondensatory mikowe, TYP L to kondensatory polistyrenowe, TYP M to kondensatory elektrolityczne pasma 4, a TYP N kondensatory elektrolityczne pasma 3. Obecnie kodowanie kolorami zostało zastąpione prostym nadrukiem wartości kondensatorów, jak wspomniano wcześniej.
Reakcja pojemnościowa
To ważny termin. Reaktancja pojemnościowa to opozycja oferowana przez kondensator do przepływu prądu przemiennego lub po prostu prądu przemiennego. Kondensator jest odporny na zmianę przepływu prądu, a zatem wykazuje pewne opory, które można nazwaćreactance, ponieważ częstotliwość prądu wejściowego należy również wziąć pod uwagę wraz z rezystancją, którą oferuje.
Symbol: XC
W obwodzie czysto pojemnościowym prąd IC leads przyłożone napięcie o 90 °
Współczynnik temperaturowy kondensatorów
Maksymalna zmiana w Capacitancekondensatora w określonym zakresie temperatur można poznać za pomocą współczynnika temperaturowego kondensatora. Stwierdza, że gdy temperatura przekroczy pewien punkt, zmiana pojemności kondensatora, która może wystąpić, jest rozumiana jakotemperature coefficient of capacitors.
Wszystkie kondensatory są zwykle produkowane z uwzględnieniem temperatury odniesienia 25 ° C. Stąd współczynnik temperaturowy kondensatorów jest uwzględniany dla wartości temperatur, które są powyżej i poniżej tej wartości.