Кондензатор

Тази статия е за електронния компонент. За топлотехническото устройство вижте Кондензатор (топлообменник).

---

Кондензатор
Вид	Пасивен
Изобретен	Евалд Георг фон Клайст (1745)
Символично означение
Кондензатор в Общомедия

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

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. 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“. 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.

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.

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

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

• 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

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)	$C=\varepsilon _{0}\varepsilon _{r}\cdot {{A} \over {d}}$	$E={\frac {Q}{\varepsilon _{0}\varepsilon _{r}A}}$
Цилиндричен кондензатор	$C=2\pi \varepsilon _{0}\varepsilon _{r}{\frac {l}{\ln({\frac {R_{2}}{R_{1}}})}}$	$E(r)={\frac {Q}{2\pi rl\varepsilon _{0}\varepsilon _{r}}}$
Сферичен кондензатор	$C=4\pi \varepsilon _{0}\varepsilon _{r}\left({\frac {1}{R_{1}}}-{\frac {1}{R_{2}}}\right)^{-1}$	$E(r)={\frac {Q}{4\pi r^{2}\varepsilon _{0}\varepsilon _{r}}}$
Сфера	$C=4\pi \varepsilon _{0}\varepsilon _{r}R_{1}$

Променливи кондензатори

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

Паралелно свързване:

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 I_gesв 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:

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 - С_ges 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:

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.

Вижте също

• Суперкондензатор
• Варикап
• Индуктор
• Резистор