U svim radiotehnikama i elektronskih uređaja Osim tranzistora i mikro krugova, koriste se kondenzatori. Neki krugovi ih imaju više, drugi manje, ali praktički nema elektronskog kola bez kondenzatora.
Istovremeno, kondenzatori mogu obavljati različite zadatke u uređajima. Prije svega, to su kapaciteti u filterima ispravljača i stabilizatora. Koristeći kondenzatore, prenosi se signal između stepena pojačala, grade se nisko- i visokopropusni filteri, vremenski intervali se postavljaju u vremenskim kašnjenjima i bira se frekvencija oscilacija u različitim generatorima.
Kondenzatori vuku svoje porijeklo od , koje je koristio holandski naučnik Pieter van Musschenbroeck u svojim eksperimentima sredinom 18. vijeka. Živeo je u gradu Lajdenu, pa nije teško pogoditi zašto je ova tegla tako nazvana.
U stvari, to je bila obična staklena tegla, obložena iznutra i spolja limenom folijom - staniolom. Korišćen je u iste svrhe kao i savremeni aluminijum, ali aluminijum još nije bio otkriven.
Jedini izvor električne energije tih dana bila je elektroforska mašina, sposobna da razvije napon do nekoliko stotina kilovolti. Ovdje je napunjena Leydenska tegla. Udžbenici fizike opisuju slučaj kada je Muschenbroek ispraznio svoju konzervu kroz lanac od deset gardista koji se drže za ruke.
U to vrijeme niko nije znao da bi posljedice mogle biti tragične. Udarac je bio prilično osjetljiv, ali ne i smrtonosan. Do toga nije došlo, jer je kapacitet Leyden tegle bio neznatan, puls je bio vrlo kratkotrajan, pa je snaga pražnjenja bila mala.
Kako radi kondenzator?
Dizajn kondenzatora se praktički ne razlikuje od Leyden tegle: iste dvije ploče razdvojene dielektrikom. Upravo tako je na modernom električni dijagrami prikazani su kondenzatori. Na slici 1 prikazan je šematski dizajn ravnog kondenzatora i formula za njegov proračun.
Slika 1. Dizajn paralelnog pločastog kondenzatora
Ovdje je S površina ploča u kvadratnim metrima, d je udaljenost između ploča u metrima, C je kapacitet u faradima, ε je dielektrična konstanta medija. Sve količine uključene u formulu su naznačene u SI sistemu. Ova formula vrijedi za najjednostavniji ravni kondenzator: možete jednostavno postaviti dvije metalne ploče jednu pored druge, iz čega se izvlače zaključci. Vazduh može poslužiti kao dielektrik.
Iz ove formule može se shvatiti da što je veća površina ploča i manji razmak između njih, to je veći kapacitet kondenzatora. Za kondenzatore različite geometrije, formula može biti drugačija, na primjer, za kapacitet jednog vodiča ili. Ali ovisnost kapacitivnosti o površini ploča i udaljenosti između njih ista je kao kod ravnog kondenzatora: što je veća površina i manja udaljenost, veći je kapacitet.
U stvari, ploče nisu uvijek ravne. Za mnoge kondenzatore, na primjer kondenzatore metal-papir, ploče su aluminijska folija umotana zajedno sa papirnim dielektrikom u čvrstu kuglu, u obliku metalnog kućišta.
Za povećanje električne čvrstoće tanki kondenzatorski papir impregnira se izolacijskim spojevima, najčešće transformatorskim uljem. Ovaj dizajn omogućava izradu kondenzatora kapaciteta do nekoliko stotina mikrofarada. Kondenzatori rade na isti način sa drugim dielektricima.
Formula ne sadrži nikakva ograničenja u pogledu površine ploča S i udaljenosti između ploča d. Ako pretpostavimo da se ploče mogu razmaknuti vrlo daleko, a istovremeno se površina ploča može učiniti vrlo malom, tada će neki kapacitet, iako mali, ipak ostati. Takvo razmišljanje sugerira da čak i samo dva vodiča smještena jedan pored drugog imaju električni kapacitet.
Ova se okolnost naširoko koristi u visokofrekventnoj tehnologiji: u nekim slučajevima kondenzatori se izrađuju jednostavno u obliku staza za tiskana kola, ili čak samo dvije žice upletene zajedno u polietilensku izolaciju. Obična žica ili kabel za rezance također ima kapacitivnost, a ona se povećava sa povećanjem dužine.
Osim kapacitivnosti C, svaki kabel ima i otpor R. Obje ove fizičke osobine su raspoređene po dužini kabla, a pri prenosu impulsnih signala rade kao integrirajući RC lanac, prikazan na slici 2.
Slika 2.
Na slici je sve jednostavno: ovdje je krug, ovdje je ulazni signal, a ovdje je izlazni signal. Impuls je izobličen do neprepoznatljivosti, ali to se radi namjerno, zbog čega je sklop sklopljen. U međuvremenu, govorimo o uticaju kapacitivnosti kabla na impulsni signal. Umjesto pulsa, na drugom kraju kabela pojavit će se ovakvo "zvono", a ako je puls kratak, onda možda uopće neće doći do drugog kraja kabela, može potpuno nestati.
Istorijska činjenica
Ovdje je sasvim prikladno prisjetiti se priče o tome kako je transatlantski kabl položen. Prvi pokušaj 1857. nije uspio: telegrafske tačke i crtice (pravokutni impulsi) su izobličene tako da se ništa nije moglo razaznati na drugom kraju 4.000 km dugačke linije.
Drugi pokušaj učinjen je 1865. Do tog vremena, engleski fizičar W. Thompson je razvio teoriju prijenosa podataka preko dugih linija. U svjetlu ove teorije pokazalo se da je polaganje kablova uspješnije;
Za ovaj naučni podvig, kraljica Viktorija je naučniku dodelila vitešku titulu i titulu Lorda Kelvina. Tako se zvao gradić na obali Irske gdje je počelo polaganje kablova. Ali ovo je samo riječ, a sada se vratimo na posljednje slovo formule, naime, dielektričnu konstantu medija ε.
Malo o dielektricima
Ovo ε je u nazivniku formule, stoga će njegovo povećanje dovesti do povećanja kapaciteta. Za većinu korištenih dielektrika, kao što su zrak, lavsan, polietilen, fluoroplastika, ova konstanta je gotovo ista kao i kod vakuuma. Ali u isto vrijeme, postoje mnoge tvari čija je dielektrična konstanta mnogo veća. Ako se kondenzator zraka napuni acetonom ili alkoholom, njegov kapacitet će se povećati za 15...20 puta.
Ali takve tvari, osim visokog ε, imaju i prilično visoku vodljivost, tako da takav kondenzator neće dobro zadržati naboj; Ova štetna pojava naziva se struja curenja. Zbog toga se za dielektrike razvijaju posebni materijali koji omogućavaju da se osiguraju prihvatljive struje curenja s visokim specifičnim kapacitetom kondenzatora. Upravo to objašnjava takvu raznolikost tipova i tipova kondenzatora, od kojih je svaki dizajniran za specifične uvjete.
Imaju najveći specifični kapacitet (omjer kapacitet/zapremina). Kapacitet "elektrolita" dostiže do 100.000 uF, radni napon do 600V. Takvi kondenzatori dobro rade samo na niskim frekvencijama, najčešće u filterima napajanja. Elektrolitički kondenzatori su povezani ispravnim polaritetom.
Elektrode u takvim kondenzatorima su tanak sloj metalnog oksida, zbog čega se ovi kondenzatori često nazivaju oksidnim kondenzatorima. Tanak sloj zraka između takvih elektroda nije baš pouzdan izolator, pa se između oksidnih ploča unosi sloj elektrolita. Najčešće su to koncentrirani rastvori kiselina ili lužina.
Slika 3 prikazuje jedan takav kondenzator.
Slika 3. Elektrolitički kondenzator
Da bi se procijenila veličina kondenzatora, pored njega je fotografirana obična kutija šibica. Osim prilično velikog kapaciteta, na slici možete vidjeti i toleranciju u postocima: ne manje od 70% nominalnog.
U onim danima kada su računari bili veliki i zvali su se računari, takvi kondenzatori su bili u disk jedinicama (u modernom HDD-u). Informacijski kapacitet takvih diskova sada može izazvati samo osmijeh: 5 megabajta informacija pohranjeno je na dva diska promjera 350 mm, a sam uređaj težio je 54 kg.
Glavna svrha superkondenzatora prikazanih na slici bila je uklanjanje magnetnih glava iz radnog područja diska prilikom iznenadnog nestanka struje. Takvi kondenzatori mogu pohraniti punjenje nekoliko godina, što je testirano u praksi.
U nastavku ćemo predložiti da napravite nekoliko jednostavnih eksperimenata s elektrolitskim kondenzatorima kako biste razumjeli šta kondenzator može učiniti.
Nepolarni elektrolitski kondenzatori se proizvode za rad u krugovima naizmjenične struje, ali ih je iz nekog razloga vrlo teško nabaviti. Da bi se nekako zaobišao ovaj problem, konvencionalni polarni "elektroliti" se uključuju suprotno sekvenci: plus-minus-minus-plus.
Ako je polarni elektrolitički kondenzator spojen na krug naizmjenične struje, on će se prvo zagrijati, a zatim će doći do eksplozije. Stari domaći kondenzatori razbacani na sve strane, dok uvozni imaju poseban uređaj koji im omogućava da izbjegnu glasne pucnjeve. U pravilu je to ili poprečni zarez na dnu kondenzatora, ili rupa s gumenim čepom koja se nalazi tamo.
Oni zaista ne vole visokonaponske elektrolitičke kondenzatore, čak i ako je polaritet ispravan. Stoga nikada ne biste trebali stavljati "elektrolite" u krug u kojem se očekuje napon blizu maksimuma za dati kondenzator.
Ponekad na nekim, čak i renomiranim forumima, početnici postavljaju pitanje: "Na dijagramu je prikazan kondenzator od 470µF * 16V, ali ja imam 470µF * 50V, mogu li ga instalirati?" Da, naravno da možete, ali obrnuta zamjena je neprihvatljiva.
Kondenzator može skladištiti energiju
Pomoći će razumjeti ovu izjavu jednostavno kolo, prikazano na slici 4.
Slika 4. Kolo sa kondenzatorom
Glavni lik ovog kola je elektrolitički kondenzator C dovoljno velikog kapaciteta tako da se procesi punjenja i pražnjenja odvijaju sporo, pa čak i vrlo jasno. To omogućava vizualno promatranje rada kruga pomoću obične sijalice. Ove baterijske lampe su odavno ustupile mjesto modernim LED lampama, ali sijalice za njih se još uvijek prodaju. Stoga je vrlo jednostavno sastaviti krug i provesti jednostavne eksperimente.
Možda će neko reći: „Zašto? Uostalom, sve je očigledno, ali ako pročitate i opis...” Čini se da se ovdje nema čemu prigovoriti, ali bilo šta, čak i najviše jednostavna stvar ostaje u glavi dugo vremena ako je njegovo razumevanje došlo kroz ruke.
Dakle, kolo je sastavljeno. Kako to radi?
U položaju prekidača SA prikazanom na dijagramu, kondenzator C se puni iz izvora napajanja GB preko otpornika R u kolu: +GB __ R __ SA __ C __ -GB. Struja punjenja na dijagramu je prikazana strelicom sa indeksom iz. Proces punjenja kondenzatora prikazan je na slici 5.
Slika 5. Proces punjenja kondenzatora
Slika pokazuje da napon na kondenzatoru raste duž zakrivljene linije, koja se u matematici naziva eksponencijalom. Struja punjenja direktno odražava napon punjenja. Kako se napon na kondenzatoru povećava, struja punjenja postaje manja. I samo u početnom trenutku odgovara formuli prikazanoj na slici.
Nakon nekog vremena, kondenzator će se napuniti od 0V do napona izvora napajanja, u našem kolu do 4,5V. Cijelo pitanje je kako odrediti ovo vrijeme, koliko čekati, kada će se kondenzator napuniti?
Vremenska konstanta "tau" τ = R*C
Ova formula jednostavno umnožava otpor i kapacitivnost serijski povezanih otpornika i kondenzatora. Ako, ne zanemarujući SI sistem, zamijenimo otpor u Ohmima i kapacitivnost u Faradima, tada će se rezultat dobiti u sekundi. Ovo je vrijeme potrebno da se kondenzator napuni do 36,8% napona izvora napajanja. Shodno tome, punjenje do skoro 100% će zahtijevati vrijeme od 5* τ.
Često, zanemarujući SI sistem, u formulu zamjenjuju otpor u Ohmima i kapacitet u mikrofaradima, tada će vrijeme biti u mikrosekundama. U našem slučaju, zgodnije je dobiti rezultat u sekundama, za što samo trebate pomnožiti mikrosekunde sa milion, ili, jednostavnije, pomaknuti decimalni zarez šest mjesta ulijevo.
Za kolo prikazano na slici 4, sa kapacitetom kondenzatora od 2000 μF i otporom otpornika od 500 Ω, vremenska konstanta će biti τ = R*C = 500 * 2000 = 1.000.000 mikrosekundi ili tačno jedna sekunda. Stoga ćete morati pričekati otprilike 5 sekundi dok se kondenzator potpuno ne napuni.
Ako se nakon navedenog vremena prekidač SA pomakne u desnu poziciju, kondenzator C će se isprazniti kroz sijalicu EL. U ovom trenutku će doći do kratkog bljeska, kondenzator će se isprazniti i svjetlo će se ugasiti. Smjer pražnjenja kondenzatora prikazan je strelicom sa indeksom ip. Vrijeme pražnjenja je također određeno vremenskom konstantom τ. Grafikon pražnjenja prikazan je na slici 6.
Slika 6. Grafikon pražnjenja kondenzatora
Kondenzator ne propušta jednosmjernu struju
Još jednostavniji dijagram prikazan na slici 7 pomoći će vam da potvrdite ovu izjavu.
Slika 7. Kolo sa kondenzatorom u DC kolu
Ako zatvorite prekidač SA, sijalica će kratko treptati, pokazujući da se kondenzator C napunio kroz sijalicu. Ovdje je također prikazan graf punjenja: u trenutku kada je prekidač zatvoren, struja je maksimalna, kako se kondenzator puni, ona se smanjuje i nakon nekog vremena potpuno prestaje.
Ako je kondenzator dobra kvaliteta, tj. sa malom strujom curenja (samopražnjenje), ponovljeno zatvaranje prekidača neće dovesti do bljeska. Da biste dobili još jedan bljesak, kondenzator će se morati isprazniti.
Kondenzator u filterima za napajanje
Kondenzator se obično postavlja iza ispravljača. Najčešće se ispravljači izrađuju punovalni. Najčešći ispravljački krugovi prikazani su na slici 8.
Slika 8. Ispravljačka kola
Polutalasni ispravljači se također često koriste, po pravilu, u slučajevima kada je snaga opterećenja neznatna. Najvredniji kvalitet takvih ispravljača je njihova jednostavnost: samo jedna dioda i namotaj transformatora.
Za punovalni ispravljač, kapacitivnost filtarskog kondenzatora može se izračunati pomoću formule
C = 1000000 * Po / 2*U*f*dU, gdje je C kapacitivnost kondenzatora μF, Po je snaga opterećenja W, U je napon na izlazu ispravljača V, f je frekvencija naizmjeničnog napon Hz, dU je amplituda talasanja V.
Veliki broj u brojiocu 1.000.000 pretvara kapacitet kondenzatora iz sistema Farada u mikrofarade. Dva u nazivniku predstavljaju broj poluciklusa ispravljača: za polutalasni ispravljač, jedan će se pojaviti na njegovom mjestu
C = 1000000 * Po / U*f*dU,
a za trofazni ispravljač formula će imati oblik C = 1000000 * Po / 3*U*f*dU.
Superkondenzator - jonistor
Nedavno se pojavila nova klasa elektrolitskih kondenzatora, tzv. Po svojim svojstvima sličan je bateriji, ali s nekoliko ograničenja.
Ionistor se u kratkom vremenu, doslovno za nekoliko minuta, puni na nazivni napon, pa ga je preporučljivo koristiti kao rezervni izvor napajanja. U stvari, jonistor je nepolarni uređaj jedino što određuje njegov polaritet je punjenje kod proizvođača. Kako se ovaj polaritet ne bi zamijenio u budućnosti, označen je znakom +.
Uslovi rada jonistora igraju veliku ulogu. Na temperaturi od 70˚C pri naponu od 0,8 nazivnog napona, garantovana trajnost nije veća od 500 sati. Ako uređaj radi na naponu od 0,6 nominalnog napona, a temperatura ne prelazi 40 stepeni, tada je pravilan rad moguć 40.000 sati ili više.
Najčešća primjena jonistora je u rezervnim izvorima napajanja. To su uglavnom memorijski čipovi ili Digitalni sat. U ovom slučaju, glavni parametar jonistora je niska struja curenja, njegovo samopražnjenje.
Upotreba jonistora u kombinaciji sa solarni paneli. Ovo je takođe zbog nekritičnosti uslova punjenja i praktično neograničenog broja ciklusa punjenja-pražnjenja. Još jedno vrijedno svojstvo je da jonistor ne zahtijeva održavanje.
Do sada sam uspio da vam kažem kako i gdje rade elektrolitski kondenzatori, uglavnom u DC kolima. Rad kondenzatora u krugovima naizmjenične struje bit će razmotren u drugom članku -.
Na pitanje Zašto kondenzator ne propušta jednosmjernu, ali propušta naizmjeničnu struju? dao autor Sodd15 sodd najbolji odgovor je Struja teče samo dok se kondenzator puni.
U krugu istosmjerne struje kondenzator se puni relativno brzo, nakon čega se struja smanjuje i praktički prestaje.
U krugu naizmjenične struje, kondenzator se puni, zatim napon mijenja polaritet, počinje se prazniti, a zatim se puni poleđina itd. - struja teče stalno.
Pa, zamislite teglu u koju možete sipati vodu samo dok se ne napuni. Ako je napon konstantan, banka će se napuniti i tada će struja prestati. A ako je napon promjenjiv, voda se sipa u teglu - izlijeva se - puni itd.
Odgovor od Gurni glavu unutra[novak]
Hvala momci na odličnim informacijama!!!
Odgovor od Autora[guru]
Kondenzator ne propušta struju, može se samo puniti i prazniti
Pri istosmjernoj struji, kondenzator se jednom puni i tada postaje beskorisan u krugu.
Na pulsirajućoj struji, kada napon poraste, ona se puni (akumulira u sebi električna energija), a kada napon počne da opada sa maksimalnog nivoa, vraća energiju u mrežu, stabilizujući napon.
Na izmjeničnu struju, kada se napon poveća od 0 do maksimuma, kondenzator se puni, kada se smanji sa maksimuma na 0, on se prazni, vraćajući energiju natrag u mrežu, kada se polaritet promijeni, sve se dešava potpuno isto, ali sa drugačijim polaritetom .
Odgovor od Flush[guru]
Kondenzator zapravo ne dozvoljava struji da prođe kroz sebe. Kondenzator prvo akumulira naboje na svojim pločama - na jednoj ploči postoji višak elektrona, na drugoj postoji nedostatak - a zatim ih odaje, kao rezultat toga, u vanjskom kolu, elektroni trče naprijed-nazad - oni trče dalje od jednog tanjira, trči do drugog, pa nazad. To jest, kretanje elektrona naprijed-nazad u vanjskom kolu je osigurano u njemu - ali ne unutar kondenzatora.
Koliko elektrona kondenzatorska ploča može prihvatiti na naponu od jednog volta naziva se kapacitivnost kondenzatora, ali se obično ne mjeri u trilijunima elektrona, već u konvencionalnim jedinicama kapacitivnosti - faradima (mikrofaradi, pikofaradi).
Kada kažu da struja teče kroz kondenzator, to je jednostavno pojednostavljenje. Sve se dešava kao da struja teče kroz kondenzator, iako u stvari struja teče samo izvan kondenzatora.
Ako zađemo dublje u fiziku, preraspodjela energije u polju između ploča kondenzatora naziva se struja pomaka, za razliku od struje provodljivosti, koja je kretanje naboja, ali struja pomaka je koncept iz elektrodinamike povezan s Maxwellovim jednadžbama , potpuno drugačiji nivo apstrakcije.
Odgovor od papilla[guru]
u čisto fizičkom smislu: kondenzator je prekid u strujnom kolu, budući da se njegove brtve ne dodiruju jedna drugu, između njih je dielektrik. a kao što znamo, dielektrici ne provode elektricitet. stoga kroz njega ne teče jednosmjerna struja.
Iako...
Kondenzator u jednosmjernom kolu može provoditi struju u trenutku kada je spojen na kolo (dolazi do punjenja ili ponovnog punjenja kondenzatora na kraju prelaznog procesa, struja ne teče kroz kondenzator, jer su njegove ploče razdvojene); dielektrik. U krugu naizmjenične struje provodi oscilacije naizmjenične struje kroz ciklično punjenje kondenzatora.
a za naizmjeničnu struju, kondenzator je dio oscilirajućeg kruga. igra ulogu uređaja za skladištenje električne energije i, u kombinaciji sa zavojnicom, savršeno koegzistiraju, pretvarajući električnu energiju u magnetnu energiju i nazad brzinom/frekvencijom jednakoj njihovoj vlastitoj omega = 1/sqrt(C*L)
primjer: fenomen kao što je munja. Mislim da sam čuo. iako je ovo loš primjer, punjenje se tamo događa naelektrizacijom, zbog trenja atmosferskog zraka o površini zemlje. ali do kvara uvijek, kao kod kondenzatora, dolazi tek kada se dostigne takozvani probojni napon.
Ne znam da li ti je ovo pomoglo :)
Odgovor od Legenda@[novak]
kondenzator radi i na naizmjeničnu struju i na jednosmjernu struju, jer se puni istosmjernom strujom i ne može nigdje prenijeti tu energiju, za to se preko prekidača povezuje obrnuta grana kako bi se promijenio polaritet i; napravi mjesta za nove porcije, ne naizmjenično po obrtaju, kander se puni i prazni zbog obrnuta polariteta....
Konstantan napon i podesi napon na njegovim krokodilima na 12 Volti. Uzimamo i sijalicu od 12 volti. Sada ubacujemo kondenzator između jedne sonde napajanja i sijalice:
Ne, ne gori.
Ali ako to uradite direktno, svijetli:
Ovo nameće zaključak: DC struja ne teče kroz kondenzator!
Da budem iskren, u samom početnom trenutku primjene napona, struja još uvijek teče djelić sekunde. Sve ovisi o kapacitetu kondenzatora.
Kondenzator u AC kolu
Dakle, da saznam da li curi naizmjenična struja kroz kondenzator, treba nam alternator. Mislim da će ovaj generator frekvencije raditi sasvim dobro:
Pošto je moj kineski generator jako slab, umjesto sijalice koristit ćemo običnu od 100 Ohma. Uzmimo i kondenzator kapaciteta 1 mikrofarad:
Zalemimo nešto ovako i šaljemo signal iz generatora frekvencije:
Onda prelazi na posao. Šta je osciloskop i šta se sa njim koristi, pročitajte ovde. Koristićemo dva kanala odjednom. Na jednom ekranu će se istovremeno prikazati dva signala. Ovdje na ekranu već možete vidjeti smetnje iz mreže od 220 volti. Ne obraćajte pažnju.
Mi ćemo služiti AC napon i gledajte signale, kako kažu profesionalni elektroničari, na ulazu i izlazu. Istovremeno.
Sve će izgledati otprilike ovako:
Dakle, ako je naša frekvencija nula, onda to znači konstantnu struju. Kao što smo već vidjeli, kondenzator ne propušta jednosmjernu struju. Čini se da je ovo riješeno. Ali šta se dešava ako primenite sinusoidu sa frekvencijom od 100 Herca?
Na displeju osciloskopa prikazao sam parametre kao što su frekvencija i amplituda signala: F je frekvencija Ma – amplituda (ovi parametri su označeni bijelom strelicom). Prvi kanal je označen crvenom, a drugi žutom bojom, radi lakše percepcije.
Crveni sinusni val pokazuje signal koji nam daje kineski generator frekvencije. Žuti sinusni talas je ono što već dobijamo pri opterećenju. U našem slučaju, opterećenje je otpornik. Pa, to je sve.
Kao što možete vidjeti na oscilogramu iznad, isporučujem sinusoidni signal iz generatora sa frekvencijom od 100 Hertz i amplitudom od 2 Volta. Na otporniku već vidimo signal iste frekvencije (žuti signal), ali njegova amplituda je nekih 136 milivolti. Štaviše, signal se pokazao pomalo "čupavim". To je zbog takozvanog „“. Šum je signal male amplitude i slučajnih promjena napona. To može biti uzrokovano samim radio elementima, a mogu biti i smetnje koje se hvataju iz okolnog prostora. Na primjer, otpornik "stvara buku" vrlo dobro. To znači da je "čupavost" signala zbir sinusoida i šuma.
Amplituda žutog signala je postala manja, a čak se i grafik žutog signala pomera ulevo, odnosno ispred crvenog signala, ili naučno rečeno, izgleda fazni pomak. Predstoji faza, a ne sam signal. Da je sam signal bio ispred, tada bismo imali signal na otporniku da se pojavi u vremenu ranije od signala koji se na njega primjenjuje kroz kondenzator. Rezultat bi bio neka vrsta putovanja kroz vrijeme :-), što je, naravno, nemoguće.
Fazni pomak- Ovo razlika između početnih faza dvije mjerene veličine. U ovom slučaju, napetost. Da bi se izmjerio fazni pomak, mora postojati uslov da ovi signali istu frekvenciju. Amplituda može biti bilo koja. Slika ispod prikazuje upravo ovaj fazni pomak ili, kako se još naziva, fazna razlika:
Povećajmo frekvenciju na generatoru na 500 Herca
Otpornik je već primio 560 milivolti. Fazni pomak se smanjuje.
Povećavamo frekvenciju na 1 KiloHertz
Na izlazu već imamo 1 volt.
Postavite frekvenciju na 5 kiloherca
Amplituda je 1,84 Volta, a fazni pomak je očito manji
Povećajte na 10 kiloherca
Amplituda je skoro ista kao na ulazu. Fazni pomak je manje primjetan.
Postavili smo 100 kiloherca:
Gotovo da nema pomaka faze. Amplituda je skoro ista kao na ulazu, odnosno 2 volta.
Odavde izvlačimo duboke zaključke:
Što je frekvencija veća, kondenzator ima manji otpor naizmjeničnom strujom. Fazni pomak opada sa povećanjem frekvencije na skoro nulu. Na beskonačno niskim frekvencijama njegova veličina je 90 stepeni iliπ/2 .
Ako nacrtate dio grafa, dobit ćete nešto poput ovoga:
Nacrtao sam napon vertikalno i frekvenciju horizontalno.
Dakle, naučili smo da otpor kondenzatora ovisi o frekvenciji. Ali zavisi li samo od frekvencije? Uzmimo kondenzator kapaciteta 0,1 mikrofarada, odnosno nominalne vrijednosti 10 puta manju od prethodnog, i ponovo ga pokrenemo na istim frekvencijama.
Pogledajmo i analizirajmo vrijednosti:
Pažljivo usporedite vrijednosti amplitude žutog signala na istoj frekvenciji, ali s različitim vrijednostima kondenzatora. Na primjer, na frekvenciji od 100 Hertz i vrijednosti kondenzatora od 1 μF, amplituda žutog signala je bila 136 milivolti, a na istoj frekvenciji amplituda žutog signala, ali sa kondenzatorom od 0,1 μF, je već bila 101 milivolt (u stvarnosti, čak i manje zbog smetnji). Na frekvenciji od 500 Herca - 560 milivolti i 106 milivolti, respektivno, na frekvenciji od 1 kiloherca - 1 volt i 136 milivolti, i tako dalje.
Odavde se nameće zaključak: Kako se vrijednost kondenzatora smanjuje, njegov otpor raste.
Koristeći fizičke i matematičke transformacije, fizičari i matematičari su izveli formulu za izračunavanje otpora kondenzatora. Molim vas volite i poštujte:
gdje, X C je otpor kondenzatora, Ohm
P - konstantna i iznosi približno 3,14
F– frekvencija, mjerena u hercima
WITH– kapacitivnost, mjerena u Faradima
Dakle, stavite frekvenciju u ovoj formuli na nula Herca. Frekvencija od nula Herca je jednosmerna struja. Šta će se desiti? 1/0=beskonačnost ili vrlo visok otpor. Ukratko, prekinuto kolo.
Zaključak
Gledajući unaprijed, mogu reći da smo u ovom eksperimentu dobili (HPF). Upotrebom jednostavnog kondenzatora i otpornika, te primjenom takvog filtera na zvučnik negdje u audio opremi, u zvučniku ćemo čuti samo škripave visoke tonove. Ali bas frekvencija će biti prigušena takvim filterom. Ovisnost otpora kondenzatora o frekvenciji ima vrlo široku primjenu u radio elektronici, posebno u raznim filterima gdje je potrebno potisnuti jednu frekvenciju i proći drugu.
Dosta je napisano o kondenzatorima, vrijedi li dodati još par hiljada riječi na milione koji već postoje? Ja ću to dodati! Vjerujem da će moja prezentacija biti korisna. Na kraju krajeva, to će biti urađeno uzimajući u obzir.
Šta je električni kondenzator
Govoreći na ruskom, kondenzator se može nazvati "uređajem za skladištenje". Ovako je još jasnije. Štaviše, upravo je ovo ime prevedeno na naš jezik. Staklo se takođe može nazvati kondenzatorom. Samo ono akumulira tečnost u sebi. Ili torbu. Da, torba. Ispostavilo se da je to i uređaj za pohranu podataka. U njemu se akumulira sve što unesemo. Kakve veze ima električni kondenzator s tim? To je isto kao čaša ili vrećica, ali samo akumulira električni naboj.
Zamislite sliku: prolazi lanac struja, na njegovom putu se nalaze otpornici, provodnici i, bam, pojavio se kondenzator (staklo). Šta će se desiti? Kao što znate, struja je tok elektrona, a svaki elektron ima električni naboj. Dakle, kada neko kaže da struja prolazi kroz kolo, zamislite milione elektrona koji teku kroz kolo. Upravo ti isti elektroni, kada im se na putu pojavi kondenzator, akumuliraju se. Što više elektrona stavimo u kondenzator, to će biti veći njegov naboj.
Postavlja se pitanje: koliko se elektrona može akumulirati na ovaj način, koliko će stati u kondenzator i kada će mu se to „dobiti“? Saznajmo. Vrlo često se za pojednostavljeno objašnjenje jednostavnih električnih procesa koristi poređenje s vodom i cijevima. Koristimo i ovaj pristup.
Zamislite cijev kroz koju teče voda. Na jednom kraju cijevi nalazi se pumpa koja silom pumpa vodu u ovu cijev. Zatim mentalno postavite gumenu membranu preko cijevi. Šta će se desiti? Membrana će se početi rastezati i naprezati pod utjecajem pritiska vode u cijevi (pritisak koji stvara pumpa). Protezat će se, rastezati, rastezati, i na kraju će elastična sila membrane ili uravnotežiti silu pumpe i protok vode će se zaustaviti, ili će se membrana slomiti (ako ovo nije jasno, zamislite balon koji će pukne ako se previše pumpa)! Ista stvar se dešava u električni kondenzatori. Samo tamo, umjesto membrane, koristi se električno polje, koje raste kako se kondenzator puni i postepeno uravnotežuje napon izvora napajanja.
Dakle, kondenzator ima određeni granični naboj koji može akumulirati i, nakon prekoračenja kojeg, doći će do dielektrični slom u kondenzatoru slomit će se i prestati biti kondenzator. Vjerovatno je vrijeme da vam kažem kako kondenzator radi.
Kako radi električni kondenzator?
U školi su vam rekli da je kondenzator stvar koja se sastoji od dvije ploče i praznine između njih. Ove ploče su se zvale kondenzatorske ploče i na njih su bile spojene žice za napajanje kondenzatora. Dakle, moderni kondenzatori se ne razlikuju mnogo. Svi također imaju ploče i između ploča je dielektrik. Zahvaljujući prisutnosti dielektrika, poboljšane su karakteristike kondenzatora. Na primjer, njegov kapacitet.
Moderni kondenzatori koriste različite vrste dielektrika (više o tome u nastavku), koji se stavljaju između ploča kondenzatora na najsofisticiranije načine kako bi se postigle određene karakteristike.
Princip rada
Opći princip rada je prilično jednostavan: napon se primjenjuje i punjenje se akumulira. Fizički procesi koji se sada dešavaju ne bi trebali da vas mnogo zanimaju, ali ako želite, o tome možete pročitati u bilo kojoj knjizi o fizici u odeljku o elektrostatici.
Kondenzator u DC kolu
Ako stavimo naš kondenzator električni krug(Slika ispod), spojite ampermetar u seriju s njim i dovedite jednosmjernu struju u kolo, tada će se igla ampermetra nakratko trznuti, a zatim će se zamrznuti i pokazati 0A - nema struje u kolu. Šta se desilo?
Pretpostavit ćemo da je prije nego što je struja dovedena u kolo, kondenzator bio prazan (pražnjen), a kada je struja dovedena, počeo se puniti vrlo brzo, a kada je bio napunjen (električno polje između ploča kondenzatora je uravnotežilo izvor napajanja), tada je struja stala (ovdje je grafikon napunjenosti kondenzatora).
Zbog toga kažu da kondenzator ne propušta jednosmjernu struju. Zapravo nedostaje, ali veoma kratko vrijeme, koji se može izračunati pomoću formule t = 3*R*C (Vrijeme punjenja kondenzatora do 95% nazivne zapremine. R je otpor kola, C je kapacitivnost kondenzatora) Ovako se kondenzator ponaša u DC kolo. Ponaša se potpuno drugačije u promjenljivom kolu!
Kondenzator u AC kolu
Šta je naizmjenična struja? To je kada elektroni prvo "trče" tamo, pa nazad. One. smjer njihovog kretanja se stalno mijenja. Zatim, ako naizmjenična struja prolazi kroz krug s kondenzatorom, tada će se na svakoj od njegovih ploča akumulirati naboj "+" ili "-". One. AC struja će zapravo teći. To znači da naizmjenična struja teče "neometano" kroz kondenzator.
Cijeli ovaj proces može se modelirati metodom hidrauličnih analogija. Slika ispod prikazuje analogni AC krug. Klip gura tečnost napred i nazad. To uzrokuje rotaciju radnog kola naprijed-nazad. Ispostavilo se da je to naizmjenični tok tekućine (čitamo naizmjeničnu struju).
Postavimo sad kondenzatorski medel u obliku membrane između izvora sile (klipa) i radnog kola i analiziramo šta će se promeniti.
Izgleda da se ništa neće promijeniti. Kao što je tečnost vršila oscilatorne pokrete, tako nastavlja da čini, kao što je zbog toga oscilovao impeler, tako će i dalje oscilirati. To znači da naša membrana nije prepreka promjenjivom protoku. Isto će važiti i za elektronski kondenzator.
Činjenica je da iako elektroni koji se kreću u lancu ne prelaze dielektrik (membranu) između ploča kondenzatora, izvan kondenzatora njihovo kretanje je oscilatorno (naprijed-nazad), tj. teče naizmjenična struja. Eh!
Dakle, kondenzator prolazi naizmjeničnu struju i blokira jednosmjernu struju. Ovo je vrlo zgodno kada trebate ukloniti DC komponentu u signalu, na primjer, na izlazu/ulazu audio pojačala ili kada trebate pogledati samo promjenjivi dio signala (mreškanje na izlazu DC izvor napona).
Reaktancija kondenzatora
Kondenzator ima otpor! U principu, to bi se moglo pretpostaviti iz činjenice da jednosmjerna struja ne prolazi kroz njega, kao da je otpornik s vrlo velikim otporom.
Izmjenična struja je druga stvar - ona prolazi, ali doživljava otpor kondenzatora:
f - frekvencija, C - kapacitivnost kondenzatora. Ako pažljivo pogledate formulu, vidjet ćete da ako je struja konstantna, onda je f = 0, a zatim (neka mi militantni matematičari oproste!) X c = beskonačnost. I nema jednosmjerne struje kroz kondenzator.
Ali otpor naizmjenične struje mijenjat će se ovisno o njegovoj frekvenciji i kapacitetu kondenzatora. Što je veća frekvencija struje i kapacitivnost kondenzatora, to se manje opire ovoj struji i obrnuto. Što se napon brže mijenja
napona, što je struja kroz kondenzator veća, to objašnjava smanjenje Xc sa povećanjem frekvencije.
Usput, još jedna karakteristika kondenzatora je da ne stvara struju, ne zagrijava se! Stoga se ponekad koristi za prigušivanje napona tamo gdje bi se otpornik dimio. Na primjer, za smanjenje napona mreže sa 220V na 127V. I dalje:
Struja u kondenzatoru je proporcionalna brzini napona primijenjenog na njegove terminale
Gdje se koriste kondenzatori?
Da, gde god se zahtevaju njihova svojstva (nepropuštanje jednosmerne struje, sposobnost akumulacije električne energije i promene otpora u zavisnosti od frekvencije), u filterima, u oscilatornim krugovima, u multiplikatorima napona, itd.
Koje vrste kondenzatora postoje?
Industrija proizvodi mnoge različite vrste kondenzatori. Svaki od njih ima određene prednosti i nedostatke. Neki imaju nisku struju curenja, drugi imaju veliki kapacitet, a treći imaju nešto drugo. Ovisno o ovim pokazateljima, odabiru se kondenzatori.
Radio amateri, pogotovo početnici poput nas, ne zamaraju se previše i klade se na ono što mogu pronaći. Ipak, trebali biste znati koje glavne vrste kondenzatora postoje u prirodi.
Slika prikazuje vrlo konvencionalno razdvajanje kondenzatora. Sastavio sam ga po svom ukusu i sviđa mi se jer se odmah vidi da li postoje promjenljivi kondenzatori, koje vrste trajnih kondenzatora postoje i koji se dielektrici koriste u običnim kondenzatorima. Općenito, sve što je potrebno radio-amateru.
Imaju nisku struju curenja, male dimenzije, nisku induktivnost i sposobni su za rad na visokim frekvencijama i u krugovima istosmjerne, pulsirajuće i naizmjenične struje.
Proizvode se u širokom rasponu radnih napona i kapaciteta: od 2 do 20.000 pF i, ovisno o dizajnu, izdržavaju napone do 30 kV. Ali najčešće ćete pronaći keramičke kondenzatore s radnim naponom do 50V.
Iskreno, ne znam da li se sada oslobađaju. Ali prije se liskun koristio kao dielektrik u takvim kondenzatorima. A sam kondenzator se sastojao od paketa liskunastih ploča, na svaku od kojih su ploče nanesene s obje strane, a zatim su takve ploče skupljene u "paket" i spakovane u kutiju.
Obično su imali kapacitet od nekoliko hiljada do desetina hiljada pikoforada i radili su u rasponu napona od 200 V do 1500 V.
Papirni kondenzatori
Takvi kondenzatori imaju kondenzatorski papir kao dielektrik, a aluminijske trake kao ploče. Duge trake aluminijske folije sa trakom papira u sendviču između njih se motaju i pakuju u kućište. To je trik.
Takvi kondenzatori dolaze u kapacitetima u rasponu od hiljada pikoforada do 30 mikroforada, i mogu izdržati napone od 160 do 1500 V.
Priča se da ih sada cijene audiofili. Nisam iznenađen - imaju i jednostrane provodničke žice...
U principu, obični kondenzatori sa poliesterom kao dielektrikom. Raspon kapacitivnosti je od 1 nF do 15 mF pri radnom naponu od 50 V do 1500 V.
Kondenzatori ovog tipa imaju dvije neosporne prednosti. Prvo, mogu se napraviti sa vrlo malom tolerancijom od samo 1%. Dakle, ako piše 100 pF, onda je njegov kapacitet 100 pF +/- 1%. A drugi je da njihov radni napon može doseći i do 3 kV (i kapacitet od 100 pF do 10 mF)
Elektrolitički kondenzatori
Ovi kondenzatori se razlikuju od svih ostalih po tome što se mogu spojiti samo na jednosmjerni ili pulsirajući strujni krug. Oni su polarni. Imaju plus i minus. To je zbog njihovog dizajna. A ako se takav kondenzator uključi u obrnutom smjeru, najvjerovatnije će nabubriti. A prije su također eksplodirali veselo, ali nesigurno. Postoje elektrolitski kondenzatori od aluminijuma i tantala.
Aluminijski elektrolitski kondenzatori su dizajnirani gotovo kao i papirni kondenzatori, s jedinom razlikom što su ploče takvog kondenzatora papir i aluminijske trake. Papir je impregniran elektrolitom, a na aluminijsku traku se nanosi tanak sloj oksida koji djeluje kao dielektrik. Ako primijenite izmjeničnu struju na takav kondenzator ili ga vratite na izlazne polaritete, elektrolit će proključati i kondenzator će otkazati.
Elektrolitički kondenzatori imaju prilično veliki kapacitet, zbog čega se, na primjer, često koriste u krugovima ispravljača.
To je vjerovatno sve. Iza kulisa su ostali kondenzatori sa dielektrikom od polikarbonata, polistirena i vjerovatno mnogih drugih vrsta. Ali mislim da će ovo biti suvišno.
Nastavlja se...
U drugom dijelu planiram pokazati primjere tipične upotrebe kondenzatora.
To se lako može potvrditi eksperimentima. Možete zapaliti sijalicu tako što ćete je povezati na AC napajanje preko kondenzatora. Zvučnik ili slušalice će nastaviti da rade ako su spojene na prijemnik ne direktno, već preko kondenzatora.
Kondenzator se sastoji od dvije ili više metalnih ploča razdvojenih dielektrikom. Ovaj dielektrik je najčešće liskun, zrak ili keramika, koji su najbolji izolatori. Sasvim je prirodno da jednosmjerna struja ne može proći kroz takav izolator. Ali zašto kroz njega prolazi naizmjenična struja? Ovo se čini tim čudnijim jer ista keramika u obliku, na primjer, porculanskih valjaka savršeno izolira žice naizmjenične struje, a liskun savršeno funkcionira kao izolator u električnim glačama i drugim grijačima koji ispravno rade na izmjeničnu struju.
Kroz neke eksperimente mogli bismo “dokazati” još čudniju činjenicu: ako se u kondenzatoru dielektrik s relativno lošim izolacijskim svojstvima zamijeni drugim dielektrikom koji je bolji izolator, tada će se svojstva kondenzatora promijeniti tako da prolazak naizmjenične struje kroz kondenzator neće biti ometano, već naprotiv, olakšano. Na primjer, ako spojite sijalicu na strujni krug naizmjenične struje kroz kondenzator s papirnim dielektrikom, a zatim zamijenite papir tako odličnim izolatorom; kao staklo ili porcelan iste debljine, sijalica će početi da gori jače. Takav eksperiment će dovesti do zaključka da naizmjenična struja ne samo da prolazi kroz kondenzator, već i da prolazi što lakše što je bolji izolator njegov dielektrik.
Međutim, bez obzira na svu prividnu uvjerljivost takvih eksperimenata, električna struja - ni direktna ni naizmjenična - ne prolazi kroz kondenzator. Dielektrik koji razdvaja ploče kondenzatora služi kao pouzdana barijera putu struje, bez obzira na to što je - naizmjenična ili izravna. Ali to ne znači da neće biti struje u cijelom krugu u koji je kondenzator spojen.
Kondenzator ima određenu fizička svojina, koji nazivamo kapacitetom. Ovo svojstvo sastoji se od sposobnosti akumulacije električnih naboja na pločama. Izvor električne struje može se grubo usporediti s pumpom koja pumpa električne naboje u krug. Ako je struja konstantna, električni naboji se pumpaju cijelo vrijeme u jednom smjeru.
Kako će se kondenzator ponašati u DC kolu?
Naša "električna pumpa" će pumpati naboje na jednu od svojih ploča i ispumpati ih sa druge ploče. Sposobnost kondenzatora da zadrži određenu razliku u broju naelektrisanja na svojim pločama naziva se njegovim kapacitetom. Što je veći kapacitet, više električnih naboja može biti na jednoj ploči u odnosu na drugu.
U trenutku kada je struja uključena, kondenzator nije napunjen - broj naboja na njegovim pločama je isti. Ali struja je uključena. “Električna pumpa” je počela da radi. Ubacio je punjenja na jednu ploču i počeo da ih ispumpava sa druge. Jednom kada u strujnom kolu počne kretanje naelektrisanja, to znači da struja počinje da teče u njemu. Struja će teći sve dok se kondenzator potpuno ne napuni. Kada se dostigne ovo ograničenje, struja će prestati.
Stoga, ako postoji kondenzator u DC krugu, nakon što je zatvoren, struja će teći u njemu onoliko dugo koliko je potrebno da se kondenzator potpuno napuni.
Ako je otpor kruga kroz koji se kondenzator puni relativno mali, tada je vrijeme punjenja vrlo kratko: traje beznačajan djelić sekunde, nakon čega struja prestaje.
Drugačija je situacija u krugu naizmjenične struje. U ovom krugu, "pumpa" pumpa električne naboje u jednom ili drugom smjeru. Nakon što je jedva stvorio višak naboja na jednoj ploči kondenzatora u odnosu na broj na drugoj ploči, pumpa ih počinje pumpati u suprotnom smjeru. Naboji će kontinuirano kružiti u krugu, što znači da će, unatoč prisutnosti neprovodnog kondenzatora, u njemu postojati struja - struja punjenja i pražnjenja kondenzatora.
Od čega će zavisiti veličina ove struje?
Pod veličinom struje podrazumijevamo broj električnih naboja koji teče u jedinici vremena kroz poprečni presjek provodnika. Što je kapacitet kondenzatora veći, to će biti potrebno više naboja da se on "puni", što znači da će struja u kolu biti jača. Kapacitet kondenzatora ovisi o veličini ploča, udaljenosti između njih i vrsti dielektrika koji ih razdvaja, njegovoj dielektričnoj konstanti. Porculan ima veću dielektričnu konstantu od papira, tako da pri zamjeni papira porculanom u kondenzatoru, struja u kolu se povećava, iako je porculan bolji izolator od papira.
Veličina struje zavisi i od njene frekvencije. Što je frekvencija veća, to će biti veća struja. Lako je razumjeti zašto se to događa ako zamislimo da posudu kapaciteta, na primjer, 1 litara napunimo vodom kroz cijev i zatim je ispumpamo odatle. Ako se ovaj proces ponavlja jednom u sekundi, tada će 2 litre vode proći kroz cijev u sekundi: 1 litar u jednom smjeru i 1 litar u drugom. Ali ako udvostručimo učestalost procesa: punimo i praznimo posudu 2 puta u sekundi, tada će 4 litre vode proći kroz cijev u sekundi - povećanje učestalosti procesa sa istim kapacitetom posude dovelo je do odgovarajuće povećanje količine vode koja teče kroz cijev.
Iz svega rečenog mogu se izvući sljedeći zaključci: električna struja – ni direktna ni naizmjenična – ne prolazi kroz kondenzator. Ali u krugu koji povezuje izvor izmjenične struje s kondenzatorom, struja punjenja i pražnjenja ovog kondenzatora teče. Što je veći kapacitet kondenzatora i što je veća frekvencija struje, to će ova struja biti jača.
Ova karakteristika naizmjenične struje izuzetno se široko koristi u radiotehnici. Emisija radio talasa se takođe zasniva na tome. Da bismo to učinili, pobuđujemo naizmjeničnu struju visoke frekvencije u predajnoj anteni. Ali zašto struja teče u anteni, pošto ona nije zatvoreno kolo? Teče jer postoji kapacitet između antene i žica protivtega ili uzemljenja. Struja u anteni predstavlja struju punjenja i pražnjenja ovog kondenzatora, ovog kondenzatora.
