Kondenzátor (elektrotechnika)

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie
Kondenzátory s mierkou v cm - dole elektrolytické, hore keramické, vľavo v prevedení SMD
Elektrická značka kondenzátora

Kondenzátor je elektronická súčiastka, ktorej prevažujúca vlastnosť je jej elektrická kapacita.

V zásade vždy ide o dve elektródy s vloženým dielektrikom, ale v závislosti od detailov konštrukcie kondenzátora sa za rôznych podmienok prejavujú ich nežiadúce (parazitné) vlastnosti (napr. sériový odpor, zvod, indukčnosť, teplotné závislosti, zmeny vlastností v čase, nelinearita kapacity (závislosť od napätia) atď.). Kvôli tomuto sa vyrába množstvo rôznych typov kondenzátorov a je potrebné vždy vybrať vhodný typ podľa typu aplikácie (samozrejme s prihliadnutím aj na cenu a rozmery).

Typy kondenzátorov (konštrukcia, vlastnosti, použitie)[upraviť | upraviť zdroj]

Elektrolytické kondenzátory

Elektrolytické[upraviť | upraviť zdroj]

Konštrukcia[upraviť | upraviť zdroj]

Medzi dve hliníkové fólie (elektródy) je vložený pijavý materiál (papier) napustený elektrolytom. Dielektrikom je zlúčenina hliníka ktorá vznikne na povrchu elektródy vplyvom elektrolytu. Celok je zrolovaný a vložený do valcového hliníkového puzdra s dvomi vývodmi (jeden vývod je pripojený priamo na puzdro /platí iba pre nižšie napätia/).

Vlastnosti[upraviť | upraviť zdroj]

  • pomerne vysoké kapacity aj 70 F (ale iba pre nízke napätia – obyčajne 2,2 V)
  • potreba jednosmernej polarizácie (niektoré typy zvládnu malú striedavú záťaž)
  • pomerne nízka cena
  • pomerne vysoké zvodové prúdy
  • pomerne veľké parazitné javy (sériový odpor a indukčnosť). Tieto vlastnosti sa dajú znížiť zvláštnou konštrukciou (vyššia cena). Takéto typy sa označujú „low ESR“ (ESR=Equivalent Series Resistance) a používajú sa v spínaných zdrojoch
  • tendencia vysychať po dlhšej prevádzke, a tým meniť resp. stratiť kapacitu
  • životnosť veľmi závisí od teploty okolia, pre kondenzátor pri max. teplote (85 °C alebo 105 °C) môže byť iba 2 000 hodín, ale pri znížení teploty okolia Ta na polovicu maximálnej stúpa životnosť až na 250 000 hodín a viac
  • nesprávne zapojenie polarity poškodí súčiastku

Typické rozsahy hodnôt[upraviť | upraviť zdroj]

  • kapacity 1 nF – 100 000 μF, ale môže to byť až 5 000 F (s rastúcou kapacitou rastie rozmer, platí najmä pre vyššie napätia)
  • napätia 6 V – 600 V (špeciálne aj viac) (s rastúcim napätím rastie rozmer)
  • teplotné rozsahy bežne od -40 °C do 85 °C, drahšie do 105 °C

Typické aplikácie[upraviť | upraviť zdroj]

  • filtrovanie jednosmerného napájacieho napätia
  • oddelenie jednosmernej zložky v NF obvodoch
  • malé kapacity sa využívajú na odstránenie vysokých frekvencií

Tantalové[upraviť | upraviť zdroj]

Modifikácia elektrolytických kondenzátorov, dielektrikom je vrstva oxidu tantalu na tantalovej elektróde.

Vlastnosti[upraviť | upraviť zdroj]

  • pomerne vysoké kapacity
  • absolútna potreba jednosmernej polarizácie, neznášajú ani najmenšie prepólovanie a ani prepätia (explodujú)
  • výrazne menšie (až zanedbateľne malé) zvodové prúdy
  • vyššia cena než majú elektrolytické

Typické rozsahy hodnôt[upraviť | upraviť zdroj]

  • kapacity 1 μF – 4700 μF
  • napätia 5,5 V – 400 V
  • priemer 5 mm - 12,5 mm
  • výška 10 mm - 25 mm

Typické aplikácie[upraviť | upraviť zdroj]

  • filtrovanie jednosmerného napájacieho napätia v miestach, kde je potrebný malý zvod (napr. batériou napájané prístroje)

Keramické[upraviť | upraviť zdroj]

Konštrukcia[upraviť | upraviť zdroj]

Tenký plát keramického dielektrika je potiahnutý z dvoch strán kovovou vrstvou (elektródy). Celok je po pripevnení kontaktov zaliaty do izolačnej hmoty.

Používa sa široký rozsah keramických hmôt, v závislosti od nich sú aj ostatné vlastnosti. Vo všeobecnosti ide o hmoty s vysokou permitivitou pre kondenzátory s väčšími kapacitami, ktoré sú však silne nelineárne a hodia sa len pre filtračné účely; alebo naopak ide o keramiku s nízkou permitivitou, ale dobrými elektrickými vlastnosťami.

Vlastnosti[upraviť | upraviť zdroj]

  • bipolárne
  • malé rozmery
  • relatívne lacné
  • malé (zanedbateľné) zvodové prúdy
  • nemajú určenú polaritu
Vysoké kapacity[upraviť | upraviť zdroj]
  • silne nelineárne
  • veľká tepelná závislosť
  • vhodné len pre filtrovanie jednosmerného napájania

Typické rozsahy hodnôt[upraviť | upraviť zdroj]

  • napätia 10 V – 600 V
Nízke kapacity[upraviť | upraviť zdroj]
  • kapacity 1 pF – 1 nF
Vysoké kapacity[upraviť | upraviť zdroj]
  • kapacity 1 nF – 100 nF

Typické aplikácie[upraviť | upraviť zdroj]

Nízke kapacity[upraviť | upraviť zdroj]
  • vysokofrekvenčné obvody
  • RC siete v NF obvodoch
  • filtrovanie VF zložiek signálov a napájacích napätí
Vysoké kapacity[upraviť | upraviť zdroj]
  • filtrovanie jednosmerného napájacieho napätia

Fóliové[upraviť | upraviť zdroj]

Konštrukcia[upraviť | upraviť zdroj]

Dielektrikom – fólia z vhodného plastu je umiestnená medzi dvomi kovovými fóliami – elektródami – a zvinutá do tvaru valca, kvádra...

Vlastnosti[upraviť | upraviť zdroj]

  • dobrá linearita
  • dobrá tepelná (ne)závislosť
  • dobrá časová stabilita
  • vyššie parazitné vlastnosti (indukčnosť)
  • dobré vysokonapäťové vlastnosti
  • väčšie rozmery
  • vyššia cena
  • rovnaká funkcia ako keramické, ale fóliové majú menšie výkyvy

Typické rozsahy hodnôt[upraviť | upraviť zdroj]

  • 100 pF – 1 μF
  • 10 V – 1 000 V

Typické aplikácie[upraviť | upraviť zdroj]

  • precízne NF filtre
  • oddelenie jednosmernej zložky v NF obvodoch
Premenlivé kondenzátory

Premenlivé[upraviť | upraviť zdroj]

Mechanické[upraviť | upraviť zdroj]

Kapacita sa dá meniť obvykle otáčaním. Konštrukciou sú to dve elektródy prípadne sústava elektród v polkruhovom tvare, ktoré sa otáčaním pohyblivej časti zasúvajú medzi seba, zväčšujú tak plochu a tým kapacitu. Delia sa na:

  • vzduchové
  • s dielektrikom

Typicky ide o ladenie v rozsahu jednotiek či desiatok pF.

Varikapy[upraviť | upraviť zdroj]

Sú to v podstate diódy, ktoré sa používajú v závernom smere. V závernom smere sa totiž dióda správa ako kondenzátor. Kapacita sa ladí potom napätím. Čím väčšie napätie, tým menšia kapacita.

Kapacita sa dá zhruba vyjadriť:

C = k . \frac{1}{U^2} Alebo ako C=Q/U Q – elektrický náboj U – je napätie, na ktoré je pripojený kondenzátor

kde k je koeficient, čo závisí od konštrukcie diódy (pri obyčajných diódach menší ako pri varikapoch).

Modelovanie a simulácia[upraviť | upraviť zdroj]

Ideálny kondenzátor[upraviť | upraviť zdroj]

Kapacitu C je možné vyjadriť ako:

C = Q /U = I*t/U

(F)= (C/V)=(A*s/V)

Model reálneho kondenzátora

Reálny kondenzátor[upraviť | upraviť zdroj]

Reálny kondenzátor sa dá vyjadriť modelom ako na obrázku. C je vlastná kapacita, Rleakage izolačný odpor dielektrika, RESR sériový odpor a LESL indukčnosť prívodov.

Iné projekty[upraviť | upraviť zdroj]