Üksikasjalikud põhitõed kondensaatorite kohta

1.Definitsioon

Kondensaator on elektrikomponent, mida kasutatakse energia salvestamiseks ja vabastamiseks elektriväljas. Kui selle klemmidele rakendatakse pinget, tekib juhtide (plaatide) vahele elektriväli, mis võimaldab kondensaatoril energiat salvestada.

 

Mahtuvuse ühik on farad (F). Praktilistes rakendustes kasutatakse sagedamini väiksemaid ühikuid, nagu mikrofaradid (μF), nanofaraadid (nF) ja pikofaraadid (pF).

 

2. Tööpõhimõte

Kondensaator koosneb kahest juhtivast plaadist, mis on eraldatud isoleermaterjaliga, mida nimetatakse dielektriks. Kui plaatidele rakendatakse alalispinget, kogunevad elektronid ühele plaadile, andes sellele negatiivse laengu, samal ajal kui vastasplaadilt eemaldatakse võrdne arv elektrone, muutes selle positiivselt laetuks.

 

Selline laengu eraldamine tekitab dielektrikus elektrivälja. Kondensaator salvestab energiat selles elektriväljas ja säilitab laengu seni, kuni pinge on rakendatud ja tühjenemisteed pole ette nähtud. Juhtiva tee sisseviimisel vabaneb salvestatud energia, kui vool liigub läbi välise ahela.

 

3.Mahtuvus

Kondensaatori mahtuvus C sõltub järgmistest teguritest:

 

Plaadi pindalaA:Suurem plaadi pindala annab suurema mahtuvuse.

 

Plaatide vahekaugusd:Plaatide väiksem vahemaa suurendab mahtuvust.

 

Lubatavusε:Dielektrilise materjali tüüp mõjutab mahtuvust; suurema läbilaskvusega materjalid annavad suurema mahtuvuse.

 

Suhet annab:

 

 

kus:

• Ε on dielektrilise materjali läbitavus

 

• A on plaatide efektiivne pindala

 

• d on plaatide vaheline kaugus

 

4. Mahtuvusühik

 

Mahtuvuse ühik on farad (F). Kuna farad on väga suur ühik, on enamik praktilisi kondensaatoreid hinnatud väiksemates ühikutes, nagu pikofarad (pF), nanofarad (nF) ja mikrofarad (μF).

Mahtuvus näitab, kui palju elektrilaengut suudab kondensaator pingeühiku kohta salvestada. See on määratletud suhtega:

kus:

 

• Q on salvestatud laeng,

 

• C on mahtuvus ja

 

• V on rakendatud pinge.

 

Seega tähendab suurem mahtuvus, et sama pinge juures saab salvestada rohkem laengut.

 

Oluline on märkida, et mahtuvus ei kujuta endast absoluutset laadimisvõimsust; pigem kirjeldab see laengu ja pinge suhet. Antud mahtuvuse korral vastab fikseeritud laengukogus pinge proportsionaalsele muutusele.

 

Kondensaatori nimipinge viitab maksimaalsele pingele, mida see ohutult ja kahjustamata talub. Salvestatud laengu hulk suureneb nii mahtuvuse kui ka rakendatud pingega.

 

Üldiselt on suurematel kondensaatoritel (suurema mahtuvusväärtusega) suurem füüsiline suurus ja kõrgemad kulud.

 

5. Kondensaatorite klassifikatsioon

Polariseeritud kondensaatorid

Polariseeritud kondensaatoritel on selgelt määratletud positiivsed ja negatiivsed klemmid. Need peavad olema ühendatud õige polaarsusega; vastasel juhul võib vastupidine ühendus põhjustada ülekuumenemist, leket või isegi purunemist ja plahvatust.

 

Vedelad elektrolüütkondensaatorid

Vedelelektrolüütkondensaatorid on teatud tüüpi polariseeritud kondensaatorid. Need pakuvad suhteliselt suurt mahtuvust ja taluvad kõrgemat pingetaset, kuid tavaliselt on need suuremad, neil on piiratud kõrge-sageduslik jõudlus ja mõõdukas kasutusiga.

 

Neid kondensaatoreid kasutatakse laialdaselt toiteahelates filtreerimiseks ja pinge tasandamiseks.

 

Tavaline näide on alumiiniumist elektrolüütkondensaator. See paigaldatakse sageli toiteallikate lähedusse, et tagada energia salvestamine ja pinge stabiliseerimine.

 

Tahkis{0}}elektrolüütkondensaatorid

 

Tantaalkondensaatorid on teatud tüüpi elektrolüütkondensaatorid, mis kasutavad anoodina tantaali ja tahket elektrolüüdi. Need kuuluvad tahkis--elektrolüütkondensaatorite kategooriasse.

 

Need pakuvad suurt mahtuvust mahuühiku kohta (väike suurus), head stabiilsust, madalat lekkevoolu ja usaldusväärset jõudlust laias temperatuurivahemikus.

Siiski on neil tavaliselt madalam nimipinge võrreldes mõne teise kondensaatoritüübiga ning need on tundlikud ülepinge ja vastupidise polaarsuse suhtes.

 

Tantaalkondensaatorid on polariseeritud ja need tuleb ühendada õige polaarsusega. Neid kasutatakse tavaliselt madalpinge{1}}kompaktsetes elektroonikaseadmetes toiteallika filtreerimiseks, lahtisidumiseks ja helirakendusteks.

 

Näiteks tantaalkondensaatoreid kasutatakse laialdaselt mobiiltelefonides ja neid leidub sageli ka arvutites.

 

-Polariseerimata kondensaatorid

 

Keraamilised kondensaatorid

Keraamilised kondensaatorid (tuntud ka kui keraamilised ketaskondensaatorid) on mitte-polariseeritud komponendid, mis tähendab, et neil ei ole positiivseid ega negatiivseid klemme ning neid saab ühendada mõlemas suunas.

 

Neid iseloomustavad väikesed mahtuvuse väärtused, kõrge pinge nimiväärtus, kompaktne suurus ja suurepärane kõrgsageduslik{0}}jõudlus. Nende omaduste tõttu kasutatakse keraamilisi kondensaatoreid laialdaselt sellistes rakendustes nagu lahtisidumine, filtreerimine ja signaalide sidumine elektroonikaahelates.

 

6. Mõõtmed Tolerants

 

Kondensaatoritel on üldiselt suhteliselt suured tolerantsid võrreldes teiste elektroonikakomponentidega.

 

Keraamiliste kondensaatorite puhul on tavalised tolerantsiklassid järgmised:

 

±5% (J)– rangem tolerants

 

±10% (K)- levinud

 

±20% (M)- laialdaselt kasutatav

 

+80% / −20% (Z)– väga nõrk tolerants

 

Praktikas:

 

pF-taseme kondensaatoridkasutavad sageli ±5% tolerantsi

 

nF-taseme kondensaatoridkasutatakse tavaliselt ±10% tolerantsi

 

μF-taseme kondensaatoridkasutatakse tavaliselt ±20% tolerantsi

 

Elektrolüütkondensaatoridon tavaliselt hinnatud ±20% või rohkem

 

Suure-täppiskondensaatoreid kasutatakse harvemini, kuna paljud kondensaatorirakendused-, näiteks toiteallika filtreerimine ja pinge tasandamine-ei nõua väga täpseid mahtuvuse väärtusi. Väikestel kõrvalekalletel on tavaliselt minimaalne mõju vooluahela toimimisele.

 

Kuid sellistes rakendustes nagu RF-sobitus- ja filtrivõrgud võivad stabiilsete sagedusomaduste tagamiseks vajada rangemaid tolerantse (nt ±5%). Isegi sellistel juhtudel pole ülikõrge täpsus sageli vajalik, kuna standardsed tolerantsid on nõuetekohase töö tagamiseks piisavad.

 

7. Kondensaatori mõõtmed

 

Keraamiliste ja tantaalkondensaatorite puhul järgib pakendi suurus sama standardit, mida kasutatakse takistite puhul. Väiksemate-pinnakinnituskomponentide puhul kasutatakse inglise keelseid koode, nagu 0201, 0402, 0603 ja 0805, samas kui suuremaid pakette võidakse väljendada ka meetrikoodides, nagu 2520, 3525 jne.

 

Silindriliste elektrolüütkondensaatorite mõõtmed on tavaliselt määratletud läbimõõdu × kõrgusena (nt 6 mm × 11 mm).

 

Riistvara projekteerimisel on üldiselt soovitatav võimalusel reserveerida kondensaatoritele veidi suurem jalajälg. Näiteks kui eraldatakse 6 × 11 mm ruumijälg, võib maksimaalne tüüpiline spetsifikatsioon olla umbes 100 μF, 25 V. Kuigi kulude vähendamiseks on lihtne asendada väiksema kondensaatoriga, ei ole sama suuruse piires oluliselt suurema mahtuvuse uuendamine tavaliselt teostatav. Näiteks 470 μF, 25 V kondensaatorit ei saa tavaliselt toota 6 × 11 mm pakendis.

 

Sama kehtib keraamiliste kondensaatorite kohta. Näiteks 0805 paketi puhul on maksimaalne tavaliselt saadaolev spetsifikatsioon umbes 22 μF, 6,3 V. Suurema mahtuvuse või pinge nimiväärtusega kondensaatoreid on selles pakendisuuruses raske hankida.