Kondensator – podstawowe informacje

Napisz odpowiedź
  • bierny element elektroniczny zbudowany z dwóch przewodników (okładek) rozdzielonych dielektrykiem (izolatorem)
  • symbole kondensatora na schematach:

Ryc

  • podstawową funkcją kondensatora jest gromadzenie ładunku elektrostatycznego na jego okładkach po podłączeniu go do źródła napięcia prądu; po odłączeniu kondensatora od obwodu przechowuje on zgromadzoną energię elektryczną; ponowne umieszczenie kondensatora w obwodzie zamkniętym bez źródła napięcia, lub ze źródłem napięcia niższym od napięcia zgromadzonego w kondensatorze uwolni on część lub całość energii elektrycznej;
  • podstawowy parametr kondensatora jest pojemność, czyli zdolność kondensatora do gromadzenia ładunku; pojemność oznaczamy literą „C”, jednostką jest F (farad)
C = Q / U 
1F = 1C / 1V

gdzie: C – pojemność [F]
Q – ładunek zgromadzony na jednej okładce [C] – w kulombach*
U – napięcie pomiędzy okładkami [V]

*kulomb – ładunek elektryczny przepływający w czasie 1s przez przewód, gdy natężenie prądu to 1A
1C = 1s x 1A

  • pojemność kondensatorów połączonych szeregowo to (odwrotnie niż rezystory):
CZ = (C1 + C2) / (C1 x C2)
  • pojemność kondensatorów połączonych równolegle to (odwrotnie niż rezystory):
CZ = C1 + C2 

  •  podstawowy podział kondensatorów: 
Ryc 1. Podstawowy podział kondensatorów.

1. Kondensatory elektrolityczne

  • podział
 – aluminiowe - pojemność > 1 µF do 1 F,
 – tantalowe - pojemności do ok. 3000 µF
 – niobowe - wąski zakres pojemności, napięcia do 10V
 – niskoimpedancyjne
 – superkondensator (goldcap, supercap) – bardzo duża pojemność i szybkość ładowania/rozładowywania, 
Ryc

Ryc. 2 Różne rodzaje kondensatorów elektrolitycznych: a) aluminiowy; b) tantalowy; c) niskoimpedancyjny; d) superkondensator.

  •   budowa

Kondensator elektrolityczny aluminiowy zbudowany jest z dwóch taśm aluminiowych (okładzin) rozdzielonych papierem (dielektrykiem czyli izolatorem), który jest nasączony elektrolitem (pełniącym rolę elektrody ujemnej).  Jedna z taśm aluminiowych pełni rolę anody. Jej powierzchnia jest bardzo chropowata, co znacznie zwiększa jej powierzchnię. W procesie produkcji kondensatorów zachodzi tzw. proces formowania - podłącza się je do źródła napięcia wyższego od nominalnego napięcia danego kondensatora. W rezultacie na taśmie aluminiowej pełniącej rolę anody (pod wpływem jonów ujemnych z elektrolitu) tworzy się cienka warstwa tlenku glinu, który tak jak papier pełni funkcję izolatora. Do czego zatem służy druga taśma aluminiowa? Doprowadza ona prąd do katody, czyli elektrolitu.

Ryc. 3 Uproszczony przekrój przez kondensator elektrolityczny.

  • cechy – kondensator elektrolityczny aluminiowy
 – duża pojemność (od > 1 µF do 1 F) przy stosunkowo niewielkich rozmiarach,
 – mała rezystancja szeregowa,
 – mała indukcyjność szeregowa,
 – muszą być polaryzowane napięciem stałym*  (w przeciwnym razie może dojść do eksplozji)
 – przewodzą prąd jednokierunkowo*
 -zbyt wysokie napięcie powoduje ponowne rozpoczęcie procesu formowania, a tym samym wydzielania gazowego wodoru, co może doprowadzić do eksplozji kondensatora,
 – przy niewłaściwym czy długotrwałym przechowywaniu mogą wysychać - cieniutka warstwa tlenku glinu uszkadza się, a zwiększone ciśnienie podczas pracy kondensatora może spowodować jego rozszczelnienie
*wyjątek kondensatory bipolarne
  • zastosowanie
Kondensatory elektrolityczne stosowane są w obwodach zasilania jako kondensatory filtrujące i gromadzące energię. Stosowane są też jako kondensatory sprzęgające i blokujące w urządzeniach m.cz., pracujących z częstotliwościami do mniej więcej 100kHz.

2. Kondensatory ceramiczne

  • podział – wyróżniamy 3 typy:
 -typ 1 – najlepsze ze stosowanych popularnie kondensatorów, mają ściśle określony współczynnik temperaturowy i małe straty, ale zakres ich pojemności to jedynie od 0,1pF do 10nF;
 – typ 2 (ferroelektryczne) – mają gorsze parametry, ale za to mają większą pojemność od 100pF do 1uF i niewielkie rozmiary;
 – typ 3 (półprzewodnikowe) – parametrami zbliżone są do kondensatorów typu 2, ale są jeszcze mniejsze, ich zakres pojemności wynosi od 100pF do 10uF
Ryc

Ryc. 4 Kondensator ceramiczny.

  • budowa
Podstawowym składnikiem dielektryka jest dwutlenek tytanu w postaci sprasowanego proszku.
  • zastosowanie
Kondensatory ceramiczne stosuje się powszechnie w obwodach wielkiej częstotliwości, zarówno jako elementy obwodów rezonansowych, jak i do sprzęgania, blokowania oraz filtrowania. 
  • oznaczenia – ich wyjaśnienie znajdziecie tutaj

3. Kondensatory foliowe

  • podział – ze względu na rodzaj dielektryka:
 – polistyrenowe (styrofleksowe) – oznaczenie KSF, KS, MKS - najbardziej stabilne kondensatory foliowe, ich tolerancja może wynosić nawet 0,5%, probukowane w zakresie pojemności od 10pF do 100nF; zastosowanie: układy wysokich częstotliwości (w.cz.), filtry telekomunikacyjne;
 –   poliestrowe - oznaczenie MKSE lub MKT - najpowszechniejsze kondensatory foliowe, parametrami zbliżają się do kondensatorów ceramicznych ferroelektrycznych, zakres pojemności od 100pF do 100uF; układy małych i pośrednich częstotliwości (m.cz., p.cz.);
 – poliwęglanowe - oznaczenie MKC - mają lepsze parametry od kondensatorów MKT, ale są znacznie większe;
 – polipropylenowe - oznaczenie KMP, KFMP lub MKP - stosowne w układach impulsowych (z dużymi pikami prądów i napięć), zakres pojemności od 1nF do 10uF; stosowane w obwodach impulsowych.
Ryc

Ryc 5. Różne rodzaje kondensatorów foliowych: a) MKS; b) MKT; c) MKP.

  • budowa 

Dielektrykiem jest folia z tworzywa sztucznego, zaś okładziny mogą być wykonane z folii aluminiowej lub z folii z tworzywa sztucznego na którą próżniowo naniesiono metal – aluminium (kondensatory metalizowane).

Dodaj komentarz