Kondenzator

Iz Vikipedije, slobodne enciklopedije
Skoči na: navigacija, pretraga
Disambig.svg
Ukoliko ste tražili deo laboratorijskog pribora, pogledajte članak Kondenzator (laboratorijski pribor).
Obični kondenzator

Kondenzator je elektrotehnički element, koji može da sačuva energiju u obliku električnog polja između dveju elektroda razdvojenih sa izolatorom (dielektrikom). Njegova bitna veličina je kapacitivnost. SI jedinica za električnu kapacitivnost je F (farad) po Majklu Faradeju.

Pošto je farad veoma velika vrednost, najčešće se koristi sa prefiksima mikro (μ), nano (n) i piko (p) za kondenzatore.

Simboli kondenzatora
Kondenzator Polarizovani
kondenzatori
Promenljivi
kondenzator
Simbol kondenzatora
Simbol polazovanog kondenzatora
Simbol polazovanog kondenzatora, 2
Simbol polazovanog kondenzatora, 3
Simbol polazovanog kondenzatora, 4
Simbol promenljivog kondenzatora

Izvedbe kondenzatora[uredi]

Kondenzator ima dve elektrode, najčešće pločaste ili valjkaste, između kojih se nalazi dielektrik (izolator), koji povećava kapacitivnost i pojednostavljuje izradu kondenzatora. Kondenzatore delimo po materijalu, od kog je sačinjen dielektrik:

  • vazduh - ti kondenzatori bez dielektrika su vrlo kvalitetni i upotrebljavaju se u visokofrekventnim radio predajnicima. Takođe i kondenzatori sa podešavanjem kapacitivnosti su vazdušni. Mana im je manja kapacitivnost po jedinici površine;
  • papir - primereni za velike radne napone (do sto kilovolti - 100 kV), velika izolacijska otpornost i velika tolerancija;
  • metalopapir - na papir je naparen metal i sve zajedno zamotano. Velika kapacitivnost na jedinici površine, mali faktor gubitaka, metal se u tački mogućeg proboja istopi i tako se kondenzator sam „popravi";
  • stirofleks - mali gubici i mali temperaturni koeficijent;
  • metalopolikarbonat i metalopoliester - na foliju od polikarbonata ili poliestera je naparen metal. Mogućnost regenerisanja kod proboja (slično kao metalopapirni kond.), velika izolacijska otpornost i velika vremenska konstanta;
  • mineral kalijumovog aluminosilikata - mali faktor gubitaka, pogotovo na visokim frekvencijama, veoma velika izolacijska otpornost, dozvoljeni veliki radni naponi (do nekoliko kilovolti);
  • aluminijum silikat - mala tolereancija, veliki radni napon, mali faktor gubitaka;
  • keramika - široko frekventno područje, mali faktor gubitaka, veoma velika kapacitivnost po jedinici površine, veliki temperaturni koeficijent.

Kod polarizovanih kondenzatora nastane dielektrik tek kod priključenja u električno kolo, te se moraju pravilno priključiti na jednosmerni napon. Nekoliko trenutaka nakon priključenja teče kroz njih velika struja. Zato se najčešće upotrebljavaju za „peglanje“ oscilacija jednosmernog napona.

Dve izvedbe polarizovanih kondenzatora su:

  • elektrolitski kondenzator - između elektroda se nalazi papirna gaza sa otopinom boraksa, fosfata ili karbonata. Pri priključenju na jednosmerni napon se na pozitivnoj elektrodi sakupi plast aluminijevog oksida, koji deluje kao dielektrik. Veoma velika kapacitivnost po jedinici površine;
  • tantalov kondenzator - elektrolit je tvrdi tantalov penstrujasid, mali radni naponi (retko iznad 100 V), velika tolerancija, veliki faktor gubitaka, velika kapacitivnost po jedinici površine; pogodni u sklopovima sa integrisanim elektronskim kolima.

Veličina kapacitivnosti je najčešće reda μF do mF. Kondenzatori sa velikim kapacitetom (do 1F ili više) se zovu superkondenzatori.

Idealni kondenzator[uredi]

Napon na idealnom kondenzatoru, sa kapacitivnošću C, kroz koji teče električna struja i(t), je:

u(t)=\frac{1}{C}\int_{-\infty }^{t}i(t)\;dt.

Minus beskonačno u donjoj granici integrala znači, da je kondenzator neka vrsta jednostavne memorije i da je njegov napon zavisan takođe i od događanja pre trenutka početka posmatranja t=0. Inverzna jednačina je:

i(t)=C\frac{d\;u(t)}{d\;t}.

Kada kondenzator priključimo na naizmenični napon u(t)=U\cos (\omega t), prema prethodnoj jednačini, kroz njega teče naizmenična struja

i=-\omega CU\sin (\omega t),

Zapažamo da struja prethodi naponu za četvrtinu perioda oscilacije, tj. za \pi /2.

Ekvivalentna kapacitivnost nekoliko paralelno vezanih idealnih kondenzatora, jednaka je zbiru kapacitivnosti tih kondenzatora:

C=C_{1}+C_{2}+\cdots +C_{N}=\sum_{i=1}^{N}C_{i}.

Kod serijskoj vezanih idealnih kondenzatora, recipročna vrednost ekvivalentne kapacitivnosti jednaka je zbiru recipročnih vrednosti kapacitivnosti pojedinih kondenzatora:

\frac{1}{C}=\frac{1}{C_{1}}+\frac{1}{C_{2}}+\cdots +\frac{1}{C_{N}}=\sum_{i=1}^{N}\frac{1}{C_{i}}.

Uticaj temperature[uredi]

Data kapacitivnost vredi samo za određenu temperaturu, obično za \vartheta _{0}=25^{o}C. Zavisnost kapacitivnosti kod drugih temperatura je linearna i povezana sa temperaturnim koeficijentom \alpha , koji je zavisan od dielektrika:

C=C_{0}(1+\alpha (\vartheta -\vartheta _{0})).

Porastom temperature opada dozvoljeni radni napon.

Realni kondenzator[uredi]

Kod idealnih kondenzatora se dielektrik posmatra kao potpuni izolator i otpornost priključaka je zanemarljiva. U praksi najčešće ne važi ni jedno ni drugo.

Kvalitet kondenzatora[uredi]

Napunjen kondenzator, kada ga ostavimo nepriključenog, prazni se kroz dielektrik i na neki drugi način, npr. kroz kućište. Realni kondenzator se modeluje idealnim kondenzatorom sa kapacitivnošću C i otpornikom otpronosti R paralelno vezanim sa kondenzatorom. Kvalitet kondenzatora se tada ocenjuje vremenskom konstantom \tau , koja je jednaka proizvodu \tau =CR; što je ova konstanta veća, to je kondenzator kvalitetniji.

Faktor gubitaka[uredi]

Kada se priključi na izmenični napon idealni kondenzator ne troši snagu. U realnom kondenzatoru nije tako, jer neke omske otpornosti ne možemo zanemariti i zato se nešto snage ipak gubi. Gubitke ocenjujemo uglom \delta , koji kaže za koliko se fazni ugao između vektora napona i struje razlikuje od \pi /2, koliko iznosi kod idealnog kondenzatora.

Na visokim frekvencijama dolazi do izražaja otpornost priključaka R_{1}, koja je u ekvivalentnoj šemi vezana serijski sa kondenzatorom.


Ekvivalentna šema realnog kondenzatora na visokim frekvencijama

Vektorski dijagram je sledeći:


Vektorski dijagram realnog kondenzatora na visokim frekvencijama

Faktor gubitaka na visokim frekvencijama je:

\tan \delta =\frac{IR_{1}}{U_{C}}=\omega R_{1}C.

Na niskim frekvencijama je impedansa kondenzatora po apsolutnoj vrednosti veoma velika, uticaj otpornosti dovoda je zanemarljiv, zato dolazi do izražaja izolacijska otpornost dielektrika, koja je u ekvivalentnoj šemi na donjoj slici označena sa R_{2} i vezana paralelno kondenzatoru.


Ekvivalentna šema realnog kondenzatora na niskim frekvencijama

Vektorski dijagram u tom primeru je:


Vektorski dijagram realnog kondenzatora na niskim frekvencijama

Faktor gubitaka kod niskih frekvencija je:

\tan \delta =\frac{U/R{2}}{I_{C}}=\frac{1}{\omega R_{2}C}.

Upotreba[uredi]

Kondenzator je nezaobilazan element kod izrade električnih kola. Kondenzatori sa malom tolerancijom kapacitivnosti upotrebljavaju se, pre svega u radio-tehnici, kao delovi oscilatornih kola, filtera, frekventnih skretnica, integratora i diferencijatora. Kondenzatori sa većom tolerancijom se upotrebljavaju za ravnanje oscilacija jednosmernog napona, u umnoživačima napona, za generisanje reaktivne (jalove) snage, pogon monofaznih asinhronih motora itd. Kondenzatore sa velikim kapacitetom upotrebljavamo kao rezervni izvor energije za napajanje nekih delova veza, na primer kod kratkotrajnog ispada spoljašnjeg izvora električne energije.

Probojni napon[uredi]

Probojni napon je druga osnovna karakteristika (pored kapaciteta). Označava napon pri kome dolazi do proboja i trajnog oštećenja kondenzatora. Poredeći kondenzator sa oprugom u mehanici to je sila koja trejno deformiše oprugu. Kada se kondenzator probije, počinje da se ponaša kao provodnik.

Tolerancija[uredi]

Tolerancija je dimenzija koja definiše koliko stvarna vrednost kondenzatora sme odstupa od nazivne vrednosti. U serijskoj proizvodnji kondenzatora u zavisnosti od materijala od kojih je kondenzator napravljen dolazi do odstupanja od nominalne vrednosti.


Spoljašnje veze[uredi]