Кондензатор

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Емблема за пояснителна страница Тази статия е за електронния компонент. За топлотехническото устройство вижте Кондензатор (топлообменник).

Кондензатор
Wiki-Ta-und-Al-Elkos-P1090329-1.jpg
Вид Пасивен
Изобретен Евалд Георг фон Клайст (1745)
Символично означение
Capacitor Symbol alternative.svg

Кондензаторът е пасивен електронен компонент, предназначен за временно съхраняване на електрически заряд.

Устройството на използваните в практиката кондензатори варира в широки граници, но те винаги съдържат два проводника, разделени от непроводящ диелектрик. При наличие на потенциална разлика между двата проводника, в диелектрика възниква статично електрическо поле, в резултат на което от едната му страна се натрупва положителен, а от другата — отрицателен заряд.

Идеалният кондензатор се характеризира с една постоянна величина, наричана електрически капацитет и измервана във фаради. Капацитетът е отношението на електрическия заряд на всеки от проводниците към потенциалната разлика между тях. При реалните кондензатори през диелектрика протичат известни токове и силата на електрическото поле има ограничения, а проводниците предизвикват нежелана индуктивност и съпротивление, които понякога оказват чувствително влияние върху теоретичния модел на работа на кондензаторите.

Кондензаторите намират широко приложение в различни електрически схеми за блокиране на постоянния ток, като същевременно се пропуска променливия, за изглаждане на изходния ток на захранващи блокове, в трептящи кръгове, използвани в радиотехниката, и за много други цели.

История[редактиране | edit source]

Батерия от четири лайденски стъкленици

През октомври 1745 година немският физик Евалд Георг фон Клайст установява, че електрическият заряд може да бъде съхраняван чрез свързването с жица на високоволтов електростатичен генератор с вода в стъклен съд, държан в ръка.[1] Начинът на действие на устройството е обяснен теоретично по-късно — ръката на Фон Клайст и водата действат като проводници, а стъкленият съд — като диелектрик. Фон Клайст забелязва, че и след отстраняването на генератора докосването на жицата предизвиква болезнена искра. В писмо, описващо експеримента, той казва: „Не бих приел втори такъв удар и в замяна на Кралство Франция“.[2] През следващата година нидерландският физик Питер ван Мьосхенбрук изобретява подобен кондензатор, който става известен като лайденска стъкленица по името на Лайденския университет, където работи Ван Мьосхенбрук.[3]

Няколко години по-късно германският физик Даниел Гралат за пръв път съчетава няколко стъкленици, образувайки батерия с възможност за съхранение на по-голям заряд. Американецът Бенджамин Франклин установява, че съхраняваният заряд е разположен по повърхността на стъклото, а не във водата, както се смята дотогава. Той е и първият, използвал наименованието „батерия“ за успоредно свързаните групи стъкленици.[4][5]

Лайденски стъкленици и по-мощни устройства с плоски стъклени плочи и метално фолио се използват широко до началото на 20 век, когато възникването на радиотехниката създава търсене за стандартизирани кондензатори, а изискването за все по-високи честоти създава нужда от кондензатори с по-ниска индуктивност. По това време започват да се използват по-компактни форми с гъвкав диелектричен пласт, като промазана хартия, поставена между два пласта метално фолио, навита или сгъната в малък пакет.

Устройство[редактиране | edit source]

Кондензаторът представлява електронен компонент, който съхранява електрически заряд, но пропуска променлив ток. Обикновено е изграден от два или повече проводника, разделени с диелектрик . Проводниците са оформени почти винаги като пластини с различна форма и взаимно разположение.

Основни параметри[редактиране | edit source]

  • Номинален капацитет — проектната стойност на капацитета на кондензатор, която е означена върху корпуса му;
  • Толеранс — допустимото отклонение от номиналната стойност на кондензатора, най-голямата разлика между истинския и номиналния капацитет при използвания начин на производство. Измерва се в проценти и бива ±5%, ±10%, ±20%. При електролитните кондензатори толерансът е несиметричен — от -20% до +100%;
  • Работно напрежение — най-голямото напрежение между електродите на кондензатора, което по време на работа не бива да се превишава. В противен случай ще настъпи пробив в диелектрика и кондензатора ще се повреди;
  • Пробивно напрежение — напрежението, при което се получава необратим пробив в диелектрика на кондензатора;
  • Загуби в кондензатора — загуби на електрически ток в активната съставка на импеданса
  • Мощност на кондензатора — максималната реактивна мощност, която може да бъде проведена през кондензатора без повреда. Зависи от работното напрежение, от сечението на проводниците и плочите и от общите загуби.

Постоянни кондензатори[редактиране | edit source]

Кондензаторите с постоянен капацитет се наричат „постоянни кондензатори“. Техният капацитет се определя по време на тяхното производство и след това не може да бъде променян. В зависимост от използвания диелектрик съществуват няколко вида постоянни кондензатори:

  • Хартиени — състоят се от 2 станиолови ленти, изолирани помежду си с импрегнирана хартия. Намират приложение за работа само при електрически сигнали с ниска честота.
  • Слюдени — При тях диелектрикът е слюда. Произвеждат се с неголеми капацитети и се използват при високи честоти.
  • Керамични — При тях диелектрикът е различни видове специална керамика и намира най-голямо приложение сред постоянните кондензатори. Според конкретния вид керамика работят при ниски или високи честоти.
  • Стирофлексни — приличат по конструкция на хартиените, но тук диелектрикът е от стирофлекс — тънка прозрачна лента (фолио) от полистирол.
  • Пластмасови — диелектрикът е от други пластмаси.
  • Електролитни — характерно за тези кондензатори е, че имат голям капацитет при неголям обем. При тях като диелектрик се използва тънък слой от диалуминиев триоксид. Корпусът на кондензатора е отрицателен и осъществява електрическа връзка с електролита т.е. има задължителна полярност, която при монтаж трябва да се спазва. Тоест това са кондензатори за работа при постоянно пулсиращо напрежение.
Вид Капацитет Електрично поле Схематично представяне
Кондензатор с две плочи

(плосък кондензатор)

C=\varepsilon_0\varepsilon_r \cdot { {A} \over {d} } E=\frac{Q}{\varepsilon_0 \varepsilon_r A}
Plate CapacitorII.svg
Цилиндричен кондензатор C=2\pi \varepsilon_0\varepsilon_r \frac{l}{\ln(\frac{R_2}{R_1})} E(r)=\frac{Q}{2\pi r l \varepsilon_0 \varepsilon_r}
Cylindrical CapacitorII.svg
Сферичен кондензатор C=4 \pi \varepsilon_0 \varepsilon_r \left( \frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2}\right)^{-1} E(r)=\frac{Q}{4\pi r^2 \varepsilon_0 \varepsilon_r}
Spherical Capacitor.svg
Сфера C=4 \pi \varepsilon_0 \varepsilon_r R_1

Променливи кондензатори[редактиране | edit source]

Променлив кондензатор

Кондензаторите с променлив капацитет (променливи кондензатори) могат да изменят своя капацитет в определени граници при настройка в електрически схеми. Промяната в капацитета се извършва чрез промяна на ефективната площ на плочите на кондензатора — плочите се изместват една спрямо друга. Диелектрикът при променливите кондензатори е въздух (въздушни кондензатори) или керамика.Този тип кондензатори се използват в радиотехниката при настройката за честотите на трептящите кръгове.

Свързване на кондензатори[редактиране | edit source]

Паралелно свързване:[редактиране | edit source]

Паралелно свързване на кондензатори

При паралелно свързани кондензатори общият капацитет се изчислява като съберем капацитетите на всички кондензатори в системата:

 C_{\rm ges} = C_1 + C_2 + \cdots + C_n \,\!

Сумата от протичащия ток Igesв схемата се разпределя между k-броя кондензатори в съответствие с формулата:

 I_k=\frac{C_k}{C_{\rm ges}}\cdot I_{\rm ges}

Ако всички кондензатори, свързани паралелно в схемата са едни и същи, тези кондензатори може да бъдат представени като един голям кондензатор.

Последователно свързване:[редактиране | edit source]

Последователно свързване на кондензатори

Последователното свързване имаме когато два или повече кондензатора са свързани във верига един след друг.- ако C1 и C2 са капацитетите на два кондензатора, свързани последователно, то общият им капацитет - Сges се изчислява така:

 \frac{1}{C_\mathrm{ges}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \cdots + \frac{1}{C_n}

При последователно свързване се намалява риска от пробив на кондензаторите,защото върху всеки отделен кондензатор въздейства само част от потенциалната разлика от източника на напрежение.

Смесено свързване:[редактиране | edit source]

Ако имаме повече от два кондензатора свързани по различен начин то капацитета им се изчислява, като разделим схемата на участъци и изчислим капацитета с помощта на горните формули.

Източници[редактиране | edit source]

  1. ((en)) Williams, Henry Smith. A History of Science Volume II, Part VI: The Leyden Jar Discovered. //
  2. ((en)) Houston, Edwin J. Electricity in Every-day Life. P. F. Collier & Son, 1905.
  3. ((en)) Keithley, Joseph. The Story of Electrical and Magnetic Measurements From 500 BC to the 1940s. IEEE Press, 1999. ISBN 0-7803-1193-0. с. 23.
  4. ((en)) Isaacson, Walter. Benjamin Franklin. Simon and Schuster, 2003. ISBN 9780684807614. с. 136.
  5. ((en)) Franklin, Benjamin. Experiments & Observations on Electricity: Letter IV to Peter Collinson (PDF). // 29 април. с. 28. Посетен на 9 август 2009.

Вижте също[редактиране | edit source]