Kondenzator

Iz Wikipedije, proste enciklopedije

Kondenzator je elektrotehniški element, ki lahko shranjuje energijo v obliki električnega polja. Njegova pomembna veličina je kapacitivnost.

Simbol običajnega (levo) in polariziranega kondenzarja (desno) v električnih shemah

Vsebina

1 Izvedbe kondenzatorjev
2 Idealen kondenzator v električnih vezjih
3 Vpliv temperature
4 Dejanski kondenzator
- 4.1 Kvaliteta kondenzatorja
- 4.2 Faktor izgub
5 Uporaba
6 Glej tudi
7 Literatura
8 Zunanje povezave

[uredi] Izvedbe kondenzatorjev

Kondenzator sestavljata dve elektrodi, največkrat ploščati ali valjasti, med katerima se zelo pogosto nahaja dielektrik, ki poveča kapacitivnost in poenostavi izdelavo kondenzatorja. Kondenzator vedno poimenujemo po materialu, iz katerega je dielektrik:

zrak - ti kondenzatorji brez dielektrika so izredno kakovostni in se uporabljajo v visokofrekvenčnih radijskih oddajnikih. Tudi kondenzatorji z nastavljivo kapacitivnostjo so pogosto zračni. Slabost je majhna kapavitivnost na enoto prostornine
papir - primerni za velke delovne napetosti (tudi do več sto kilovoltov), velika izolacijska upornost in velika toleranca
kovinopapir - na papir je naparjena kovina in vse skupaj zavito v kolobar. Velika kapacitivnost na prostorninsko enoto, majhen faktor izgub, kovina se v točki morebitnega preboja raztali in tako se kondenzator sam "popravi"
stirofleks - majhne izgube in majhen temperaturni koeficient
kovinopolikarbonat in kovinopoliester - na folijo iz polikarbonata ali poliestra je naparjena kovina. Možnost regeneriranja ob preboju (podobno kot kovinopapirni kond.), velika izolacijska upornost in velika časovna konstanta
sljuda (mineral kalijevega aluminosilikata) - majhen faktor izgub, zlasti pri visokih frekvencah, zelo velika izolacijska upornost, dovoljene velike delovne napetosti (do več kilovoltov)
mica (aluminijev silikat) - majhne tolereance, velike delovne napetosti, majhen faktor izgub
keramika - po lastnostih podobni sljudnim in mica kond. Veliko frekvenčno področje, majhen faktor izgub, zelo velika kapacitivnost na prostorninsko enoto, velik temperaturni koeficient

Pri polariziranih kondenzatorjih nastane dielektrik šele ob priključitvi na el. napetost in jih moramo pravilno priključiti na enosmerno napetost. Nekaj trenutkov po priključitvi teče skoznje velik prečni tok. Zato se uporabljajo za glajenje nihajočih enosmernih napetosti, ki ne menja predznaka (v žargonu: blokado), včasih tudi kot vezni kondenzatorji izmeničnih tokokrogov. Dve najpogostejši izvedbi plariziranih kondenzatorjev sta:

elektrolitski kondnezator - med elektrodama se nahaja papirna gaza z raztopino boraksa, fosfata ali karbonata. Ob priključitvi na enosmerno napetost se ob pozitivni elektrodi nabere plast aluminijevega oksida, ki deluje kot dielektrik. Izredno velika kapacitivnost na prostorninsko enoto in velika nenatančnost kapacitivnosti.
tantalov kondenzator - elektrolit je trden tantalov pentoksid, majhne delovne napetosti (redko nad 100 V), velika toleranca, dokaj velik faktor izgub, velika kapacitivnost na prostorninsko enot; pogosti v integriranih elektronskih vezjih

Velikostni razred kapacitivnosti je najpogosteje reda μF do mF. Kondenzatorjem z veliko kapacitivnostjo (do 1F ali še več) pravimo tudi superkondenzatorji (v žargonu se včasih uporablja tudi angleška izposojenka supercap). Največkrat se uporabijo, da lahko še nekaj časa zagotovijo napajanje nekaterih delov vezja (npr. ure) tudi ob kratkotrajnem izpadu el. energije.

[uredi] Idealen kondenzator v električnih vezjih

Napetost na idealnem kondenzatorju s kapacitivnostjo C, skozi katerega teče električni tok i(t), je enaka:

$u(t)=\frac{1}{C}\int_{-\infty }^{t}i(t)\;dt.$

Minus neskončno v spodnji meji določenega integrala pomeni, da je kondenzator neke vrste preprost pomnilnik in da je njegova napetost odvisna tudi od dogajanja pred časom začetka opazovanja t=0. Obratna zveza je enaka

$i(t)=C\frac{d\;u(t)}{d\;t}.$

Kadar kondenzator priključimo na izmenično napetost $u (t) = U cos(ω t)$ , skladno z zgornjo zvezo teče skozenj izmenični tok

i = - ω C U sin(ω t),

kar je prikazano na spodnji sliki:

Tok skozi kondenzator prehiteva napetost

Opazimo lahko, da el. tok prehiteva napetost za četrtino periode, oz. izraženo v deležu polnega kota, za $π / 2$ .

Pri preučevanju razmer v izmeničnem tokokrogu si računanje poenostavimo s transformacijo v kompleksni prostor, impedanca kondenzatorja pri tem postane

$Z(\omega )=\frac{1}{j\omega C},$

kjer j, kot je običajno v elektrotehniki, pomeni imaginarno enoto, $ω$ pa je krožna frekvenca, ki je s frekvenco povezana v naslednjem razmerju:

ω = 2π f .

Pri obravnavi prehodnih pojavov v vezju se reševanju diferencialnih enačb poskušamo izogniti s pretvorbo iz časovnega v kompleksni frekvenčni prostor spremenljivke s z Laplacovo transformacijo. Impedanca kondenzatorja je v tem primeru enaka

$Z(s)=\frac{1}{sC}.$

Ekvivalentna kapacitivnost večih vzporedno vezanih idealnih kondenzatorjev je enaka vsoti kapacitivnosti teh kondenzatorjev:

$C=C_{1}+C_{2}+\cdots +C_{N}=\sum_{i=1}^{N}C_{i}.$

Pri zaporedni vezavi idealnih kondenzatorjev je obratna vrednost ekvivalentne kapacitivnosti enaka vsoti obratnih vrednosti kapacitivnosti posameznih kondenzatorjev:

$\frac{1}{C}=\frac{1}{C_{1}}+\frac{1}{C_{2}}+\cdots +\frac{1}{C_{N}}=\sum_{i=1}^{N}\frac{1}{C_{i}}.$

[uredi] Vpliv temperature

Podana kapacitivnost velja le pri neki določeni temperaturi, običajno pri $\vartheta _{0}=25^{o}C$ . Odvisnost kapacitivnosti pri drugih temperaturah je po navadi linearna in podana s temperaturnim koeficientom $α$ , ki je odvisen od dielektrika:

$C=C_{0}(1+\alpha (\vartheta -\vartheta _{0})).$

Poleg tega moramo upoštevati, da z naraščanjem temperature pada dovoljena delovna napetost.

[uredi] Dejanski kondenzator

Pri idealnih kondenzatorjih smo predpostavili, da je dielektrik popoln izolator in da je upornost priključkov zanemarljiva. V praksi največkrat ne drži povsem ne eno ne drugo.

[uredi] Kvaliteta kondenzatorja

Napolnjen kondenzator, ki ga pustimo nepriključenega se prazni čez dielektrik in po morebitnih drugih poteh, npr. čez ohišje. Predstavljamo si lahko, da je vzporedno h kondnezatorju s kapacitivnostjo C vezan upor z upornostjo R. Kvaliteto kondenzatorja vrednotimo s časovno konstanto $τ$ , ki je enaka produktu $τ = C R$ in je pri kvalitetnem kondenzatorju velika.

Časovna konstanta kondenzatorja

Časovno konstanto lahko tudi izmerimo, če merimo napetost na tako praznečem se kondenzatorju. Če v katerikoli točki na krivulji potegnemo tangento na to krivuljo, bo tangenta sekala asimptoto (v tem primeru abscisno os) v času, ki je ravno za časovno konstanto $τ$ večji od časa točke, v kateri smo potegnili tangento.

[uredi] Faktor izgub

Ob priključitvi na izmenično napetost se na idealnem kondenzatorju ne troši delovna moč. V dejanskem kondenzatorju temu ni tako, ker nekaterih ohmskih upornosti ne moremo zanemariti in se zato nekaj delovne moči kljub vsemu porablja Izgube vrednotimo s kotom $δ$ , ki pove za koliko se fazni kot med kazalcema napetosti in toka razlikuje od $π / 2$ , kolikor znaša pri idealnem kondenzatorju.

Pri visokih frekvencah pride do izraza upornost dovodov $R 1$ , ki je v nadomestnem vezju vezana zaporedno h kondenzatorju.

Nadomestno vezje dejanskega kondenzatorja pri visokih frekvencah

Kazalčni diagram je tedaj takšen:

Kazalčni diagram dejanskega kondenzatorja pri visokih frekvencah

Faktor izgub pri visokih frekvencah je enak

$\tan \delta =\frac{IR_{1}}{U_{C}}=\omega R_{1}C.$

Pri nizkih frekvencah je impedanca kondenzatorja po absolutni vrednosti zelo velika, vpliv upornosti dovodov je tako zanemarljiv, zato pa pride do izraza izolacijska upornost dielektrika, ki je v nadomestnem vezju na spodnji sliki označena z $R 2$ in vezana vzporedno h kondenzatorju.

Nadomestno vezje dejanskega kondenzatorja pri nizkih frekvencah

Kazalčni diagram je v tem primeru takšen:

Kazalčni diagram dejanskega kondenzatorja pri nizkih frekvencah

Faktor izgub pri nizkih frekvencah pa je enak

$\tan \delta =\frac{U/R{2}}{I_{C}}=\frac{1}{\omega R_{2}C}.$

[uredi] Uporaba

Kondenzator je tako rekoč nepogrešljiv element pri načrtovanju električnih vezij. Natančni kondenzatorji z majhno toleranco kapacitivnosti se uporabljajo predvsem v radijski tehniki kot del nihajnega kroga, filtra, frekvenčne kretnice, integratorja in diferenciatorja. Na kondenzatorjih temeljijo tudi nekatera pomnilniška vezja. Kondnezatorji z večjo toleranco se uporabljajo za glajenje nihanj okoli enosmerne napetosti, za proizvajanje napetostnih ali tokovnih sunkov, v množilnikih napetosti, za generirranje jalove moči, zagon z enofazno napetostjo napajanih asinhronskih motorjev itd. Kondenzatorje z veliko kapacitivnostjo uporabljamo za shranjevanje energije za napajanje nekaterih delov vezja v primeru kratkotrajnega izpada zunanjega vira električne energije.

Spremenljive kondenzatorje uporabljamo tudi za merjenje kratkih premikov (ki ga izračunamo iz izmerjene spremembe kapacitivnosti), medtem ko lahko s kondenzatorji s poroznimi dielektriki merimo vlažnost zraka.

[uredi] Glej tudi

[uredi] Literatura

Peter Šuhel, Alojz Kralj, "Sistemi industrijske elektronike - gradniki in sestavi", Založba FER, Ljubljana, 1994

[uredi] Zunanje povezave

Vzpostavljeno iz »http://sl.wikipedia.org../../../k/o/n/Kondenzator.html«

Kategoriji: Elektrika in magnetizem | Elektronski elementi

We provide Linux to the World

Kondenzator

Iz Wikipedije, proste enciklopedije

Vsebina

[uredi] Izvedbe kondenzatorjev

[uredi] Idealen kondenzator v električnih vezjih

[uredi] Vpliv temperature

[uredi] Dejanski kondenzator

[uredi] Kvaliteta kondenzatorja

[uredi] Faktor izgub

[uredi] Uporaba

[uredi] Glej tudi

[uredi] Literatura

[uredi] Zunanje povezave

Views

Navigacija

občestvo

podpora

Iskanje

V drugih jezikih