Конденсатор
Зміст
Загальний опис (принцип дії)
Конденсáтор — система з двох чи більше електродів (обкладок), які розділені діелектриком, товщина якого менша у порівнянні з розміром обкладок. Така система має взаємну електричну ємність і здатна зберігати електричний заряд.Конденсатор є пасивним електронним компонентом і широко застосовується в електронних схемах для блокування постійного струму, пропускаючи змінний струм. Принцип роботи конденсатора в ланцюгах постійного і змінного струму різний. Коли до конденсатору підключається джерело постійного струму, заряд живлячої елемента переходить на обкладання електрорадіоелементів і накопичується на них, збільшуючи напругу. Різниця між напругою на джерелі струму і конденсаторі поступово скорочується, а з повним зникненням зупиняється процес зарядки радіоелементу і розривається електричний ланцюг. У мережі змінної напруги конденсатор працює як опір. Це відбувається за рахунок утворення в ньому струмів, протилежно спрямованих тим, що надходять від джерела змінного струму. Величина опору обернено пропорційна частоті струму: чим вище частота, тим нижче опір і, навпаки, опором тим вище, ніж частота струму нижче.
Конденсатори поділяють на: електролітичні та оксидо-напівпровідникові конденсатори. Як діелектрик використовується шар оксиду металу. Наприклад для конденсаторів оксидно-алюмінієвих (К50) це Al2O3, а для оксидно-танталових (К51) — Ta2O3. Однією обкладинкою слугує металева фольга (анод), а друга (катод) — це або електроліт (у електролітичних конденсаторах) або шар напівпровідника (у оксидно-напівпровідникових), нанесений безпосередньо на оксидний шар. Анод виготовляється, в залежності від типу конденсатора, з алюмінієвої, ніобієвої чи танталової фольги. Такі конденсатори відрізняються від інших типів перш за все своєю великою питомою ємністю, але здатні працювати при відносно низьких напругах і мають значні діелектричні втрати. Електроліти́чний конденса́тор (англ. electrolytic capacitor) — електричний конденсатор, у якому як діелектрик використовується тонка оксидна плівка, нанесена на поверхню одного з електродів (металічного) — аноду, а в ролі другого електроду (катоду) виступає електроліт. За типом наповнення електролітичні конденсатори можна розділити на: рідинні, сухі, оксидно-напівпровідникові та оксидно-металеві.Головною особливістю електролітичних конденсаторів є те, що вони, в порівнянні з іншими типами конденсаторів, мають більшу ємність при достатньо невеликих габаритах. Крім того, вони є полярними електричними накопичувачами, тобто повинні включатися в електричне коло з дотриманням полярності. Існують і неполярні електролітичні конденсатори, але при рівній ємності їх габарити більші (як і ціна). В основному, конденсатори такого типу застосовуються для згладжування пульсуючого струму у колах випрямлячів змінного струму. Крім цього, електролітичні конденсатори широко використовуються в звуковій техніці.
Історична довідка
У 1745 році в Лейдені німецький фізик Евальд Юрген фон Клейст та голландський фізик Пітер ван Мушенбрук створили перший конденсатор — «лейденську банку». Назву винаходу дав французький фізик Жан-Антуан Нолле (фр. Jean Antoine Nollet). Це була закупорена наповнена водою скляна банка, обклеєна всередині і зовні фольгою. Крізь кришку у банку був уведений металевий стрижень. Лейденська банка дозволяла накопичувати і зберігати порівняно великі заряди, порядку мікрокулона. Завдяки Лейденській банці вдалося вперше штучним шляхом отримати електричну іскру. Дослід з лейденською банкою було повторено Ж.Нолле в присутності французького короля. Вчений утворив ланцюг із 180 солдатів-гвардійців, що тримались за руки, причому перший у ланцюгу тримав банку в руці, а останній — торкався дроту, викликаючи проскакування іскри. Ймовірно, звідси бере початок термін «електричний ланцюг». Винайдення лейденської банки стимулювало вивчення електрики та електропровідних властивостей деяких матеріалів. Досліди з лейденською банкою стали проводити фізики різних країн, а в 1746–1747 роках перші теорії лейденської банки розробили знаменитий американський вчений Бенджамін Франклін та англієць В. Уатсон. З'ясувалося, що метали — найкращі провідники електрики. Одним з найважливіших наслідків винаходу лейденської банки стало встановлення впливу електричних розрядів на організм людини, що привело до зародження електромедицини — це було перше порівняно широке практичне застосування електрики, котре зіграло значну роль у поглибленні вивчення електричних явищ. При проведенні досліджень з банкою було встановлено, що кількість електрики, накопиченої у банці, пропорційна до розміру обкладок і обернено пропорційна товщині ізоляційного шару. Перший плоский конденсатор створив у 1783 італійський фізик Алессандро Вольта.
Технічні характеристики
Застосовують конденсатори з діелектриком з паперу, просоченої мінеральним маслом або синтетичним рідким діелектриком (соволом, хлорованим дефінілом і ін.), Призначені для підвищення коефіцієнта потужності електроустановок змінного струму частотою 50 Гц. Конденсатори поділяються:по номінальній напрузі (220, 380, 660 1 050, 3 150, 6 300 і 10 500 В.);по числу фаз (однофазні та трифазні); за родом установки (внутрішні та зовнішні);за родом просочення (мінеральним маслом або синтетичним рідким діелектриком). Конденсатори виготовляються наступних типів: КМ, КМ2, КМН, КМН2, КС, КС2, КСН, КСН2. Позначення типу конденсаторів: К - призначення конденсатора ( «косінусний»), М - з просоченням мінеральним маслом, С - з просоченням синтетичним рідким діелектриком (наприклад, соволом), Н - конденсатори, призначені для зовнішньої установки, 2 - другий розмір. Подальше число позначає величину номінальної напруги в кіловольтах. Конденсатори призначаються для тривалої роботи на висоті 1 000 м над рівнем моря при температурі навколишнього повітря від -40 до + 40 ° С при просочуванні мінеральним маслом, від -10 до + 40 ° С - при просочуванні соволом. Загальна кількість масла в конденсаторі зазвичай приймається рівним 0,70 кг на 1 квар, а так як частина масла вбирається в ізолюючі матеріали, то так зване вільне масло в конденсаторі становить 0,4 кг на 1 квар. При випуску конденсатора з заводу відхилення ємності (потужності) конденсатора від номінального значення допускається в межах ± 10% при температурі навколишнього повітря 25 ± 10 ° С. Конденсатори допускають роботу (не більше 4 годин на добу) при підвищенні напруги синусоїдальної форми до 110% номінального. Використання конденсаторів в установках, які постійно працюють при напрузі більш номінального, веде до скорочення терміну їх служби. Конденсатори допускають також роботу при тривалому підвищенні діючого значення струму до 130% номінального як за рахунок підвищення напруги, так і за рахунок вищих гармонійних.Конденсатори, просочені мінеральним маслом, допускають роботу при температурі -40 ° С. В даний час розробляються нові види синтетичних діелектриків, що допускають роботу при температурі + 40-5-40 ° С.
Сфера застосування
Конденсатори застосовуються у таких пристроях як фільтри – пристрої в радіоелектронних, енергетичних, акустичних та інших системах, призначені для пропускання сигналів в певних діапазонах частот. Наприклад, у звичайному зарядному пристрої для мобільного телефону застосовуються конденсатори для згладжування напруги за рахунок придушення високочастотних складових; коливальні контури електронної апаратури, де їх робота заснована на тому, що при включенні конденсаторів в сукупності з котушкою індуктивності в ланцюзі виникають періодичні напруги і струми; формувачі імпульсів, таймери, аналогові обчислювальні пристрої, де у роботі цих систем використовується залежність часу заряду конденсатора від величини ємності; випрямлячі з множенням напруги, застосовувані в тому числі в рентгенотехніческіх установках, лазерах, прискорювачах заряджених частинок, де найважливішу роль відіграє властивість ємнісного компонента накопичувати енергію, зберігати і віддавати її.
Фото, відео-матеріали
Список використаних джерел
1.Онищук В.Е. Технология производства радиоконденсаторов Учеб. для сред. ПТУ. - М.: Высш. шк., 1986. - 192 с.
2. Терещук Р.М., Терещук К.М., Сєдов С.А. «Напівпровідникові приемно-усилительные устрою, довідник радіоаматора». Видання 4-те стереотипне. Київ. «Наукова думка» 1988.
3. Виноградов Ю.В. “Основи електронної і напівпровідникової техніки”. Вид. 2-ге, доп. М., “Енергія”, 1972 р. - 536 з.
4. Добринін А.В., Казаков Н.П., Найда Г.А., Подденежный О.Н. та інших. Нитрид алюмінію електронної техніці. Ж. «Зарубіжна електронна техніка», №4 1989.
5. Довідник по електротехнічним матеріалам. Том 3. Л. «Енергія», 1988.
