Elektronika 
 
Kondensator
Hefajstos
Jeśli zaczynamy swoją przygodę z elektroniką, kondensator znamy z lekcji fizyki i możemy być zaskoczeni w sklepie elektronicznym, gdy zostaniemy spytani: elektrolityczny?

Kondensator jest elementem elektronicznym pozwalającym na zmagazynowanie ładunku. Jego właściwości określają dwie podstawowe wartości:

  • Jego pojemność – czyli zdolność gromadzenia ładunku mówiąca o tym jaki ładunek elektryczny zgromadzi się na jego okładkach pod zadanym napięciem. Pojemność określamy w faradach. Jeden farad – to zdolność zgromadzenia jednego kulomba przy napięciu 1 wolta. Jednostka ta jest bardzo duża i w praktyce posługujemy się jej podwielokrotnościami: piko- nano- i mikrofadadami (odpowiednio 10-12F, 10-9F i 106F)
  • Maksymalne napięcie pod jakim kondensator może pracować.
O ile pojemność kondensatora ma wpływ na pracę układu elektronicznego i powinniśmy stosować kondensatory o takich pojemościach jakie są potrzebne, o tyle napięcie maksymalne może być dowolnie duże. Pamiętać jednak należy, że kondensatory o wysokich napięciach maksymalnych – mają spore rozmiary w porównaniu z ich niskonapięciowymi odpowiednikami.

Znany ze szkoły kondensator, to w większości wypadków – kondensator powietrzny – dwie płaskie płytki umieszczone w pewnej odległości od siebie. No była jeszcze butelka lejdejska – też rodzaj kondensatora, tylko, że okładki miały inny kształt a rozdzielało je szkło a nie powietrze. W praktyce elektronika, spotkamy się z wieloma różnymi rodzajami kondensatorów i warto by co nie co o nich wiedzieć.

Należy liczyć się także z pewnymi pasożytniczymi właściwościami kondensatora. Jeśli filia z których zrobione są okładki jest zwinięta – będzie on miał pewną indukcyjność. Dielektryk dzielący okładki także nie jest idealnym izolatorem, dlatego naładowany kondensator pozostawiony samemu sobie – będzie powoli tracił ładunek (mówimy, że kondensator ma pewną upływność).

 

Kondensator poznany w szkole – to kondensator powietrzny, czyli taki w którym dielektrykiem jest powietrze (pod względem stałej dielektrycznej – zbliżone do próżni). Kondensatory tego typu w zasadzie służą niemal jedynie do pokazywania jak wygląda kondensator. Można jeszcze trafić gdzieś między starociami kondensatory strojeniowe ze startych odbiorników radiowych – wykonane w postaci rzędy płytek miedzy które wchodzą takie same płytki zamontowane na osi.

W praktyce korzystamy z kondensatorów innych typów których nazwa pochodzi od zastosowanego dielektryka. W sprzedaży możemy kupić kondensatory:

  • ceramiczne, w których okładki napylone są na ceramiczny krążek
  • foliowe – z dielektrykiem z folii z tworzywa sztucznego
  • elektrolityczne – w których dielektryk – to cienka warstwa tlenku utworzona na jednej z dwóch okładek zanurzonych w elektrolicie.
  • tantalowe – z dielektrykiem z tlenku tantalu.
Każdy z tych rodzajów ma swoje specyficzne właściwości i w zależności od tego do czego będą używane – nadają się lepiej albo gorzej.

 

Kondensatory ceramiczne należą do najtańszych, ale nie zachwycają swoimi właściwościami. Ją wrażliwe na temperaturę1 pod wpływem której zmieniają pojemność. Są także wrażliwe na drgania mechaniczne, które potrafią zamienić na elektryczne działając na podobnej zasadzie jak mikrofony pojemnościowe (choć mniej skutecznie). Dzięki technologii współczesnych ceramik, produkowane są w bardzo dużej rozpiętości wartości – od pojedynczych pikofaradów nawet do mikrofarada (6 rzędów wielkości). Kondensatory te doskonale pracują w obwodach filtrach pasmowych o niezbyt dużym nachyleniu, w odbiornikach radiowych – poza pojemnością od której zależy częstotliwość jakiegokolwiek oscylatora. Stosuje się je także dodatkowo wraz z kondensatorami elektrolitycznymi jako filtry na liniach zasilania, ze względu na niemal zerową indukcyjność własną tego typu kondensatora wykonanego w technologii monolitycznej. Ze względu na niską cenę, która w przypadku małych pojemności jest rzędy 5-10 groszy za sztukę, można sobie pozwolić na zakup całego szeregu E122 tych kondensatorów.

 

Kondensatory foliowe zbudowane w postaci dwóch warstw folii przedzielonej folią z tworzywa sztucznego (styrofleks, polipropylen, poliester). Kondensatory te są znacznie mniej wrażliwe na warunki zewnętrzne i ich pojemność nie zależy od temperatury. Dlatego doskonale nadają się jako kondensatory od których zależy częstotliwość oscylacji, oraz w filtrach o bardzo stromej charakterystyce (>24dB/oktawę), gdzie odstrojenie filtru może znacząco wpływać na parametry sygnału wyjściowego. Kondensatory te są niestety znacznie droższe, dlatego używamy je wtedy gdy jest to konieczne – to znaczy wtedy, gdy rzeczywiście zależy nam na wysokich parametrach. Używanie ich w filtrach barwy dźwięku czy nawet equalizerach w filtrach lub żyratorach nie ma sensu chyba że budujemy filtry pozwalające na kształtowanie charakterystyki częstotliwościowej z dokładnością do tercji (trzy pasma na oktawę).

Jeśli potrzebujemy kondensatora o dużej pojemności – na przykład do filtra zasilacza jesteśmy skazani na kondensatory elektrolityczne. Przy stosunkowo niewielkich wymiarach mają one spore pojemności sięgające od pojedynczych mikrofaradów do dziesiątków milifaradów. Mają one także wady – po pierwsze istotna jest polaryzacja kondensatora. Oznacza to, że jedna z jego okładek musi mieć wyższy potencjał od drugiej. Na obudowie takiego elementu znajdziemy oznaczenie. Będzie to albo znak – przy wyprowadzeniu które powinno mieć niższy potencjał. Jeśli takiego oznaczenia nie ma – możemy kierować się długością wyprowadzeń. Dłuższe oznacza biegun dodatni.

 

Jeśli kondensator elektrolityczny podłączymy odwrotnie, nawet do niewielkiego napięcia – ulegnie trwałemu uszkodzeniu. Może temu towarzyszyć niewielka eksplozja, ponieważ elektrolit znajdujący się wewnątrz, w może zacząć wrzeć pod wpływem przepływy prądu co prowadzi do rozerwania obudowy. W przypadku dużych kondensatorów możemy zauważyć na górnej powierzchni specjalne nacięcia które ułatwiają jej bezpieczne pęknięcia w przypadku uszkodzenia. Podobne problemy możemy mieć jeśli przekroczymy dopuszczalne napięcie na kondensatorze.

Kondensatory elektrolityczne mają jeszcze jedną poważna wadę – wysychają znacząco tracąc przy tym pojemność. Trwa do dość długo, ale typowym problemem starych urządzeń audio – jest właśnie wysychanie kondensatorów które objawia się pojawieniem się przydźwięku – jeśli uszkodzeniu uległy kondensatory filtrujące w zasilaczu. Możemy też czasem zauważyć obcięcie pasma przenoszenia od strony niskich tonów i wyraźne zmniejszenie amplitudy sygnału na wyjściu – jeśli uszkodzone są kondensatory sprzęgające poszczególne stopnie wzmacniacza. Wystarczy wymienić kondensatory i wzmacniacz będzie działał jak nowy.

Jeśli potrzebujemy kondensatorów o dużej pojemności i zależy nam na ich trwałości – musimy sięgnąć po kondensatory tantalowe. Mają niewielkie wymiary, duże pojemności i mogą pracować niemal wiecznie. Niestety wadą jest ich cena – są droższe od odpowiadającym ich kondensatorom elektrolitycznym 4-5 razy. Nie produkuje się także bardzo dużych pojemności – dlatego w głównych filtrach zasilacza nie możemy ich użyć. Kondensatory tantalowe, w odróżnieniu od elektrolitycznych, charakteryzują się też bardzo niską upływnością, dlatego znajdują zastosowanie w pamięciach napięcia.

Obecnie stosowane są także kondensatory papierowe w których dielektrykiem jest specjalny rodzaj papieru. Natomiast kondensatory mikowe – doskonałe do zastosowań wysokonapięciowych – wyszły już całkowicie z użycia.

Role kondensatorów przejmują obecnie także półprzewodniki, w których wykorzystuje się fakt, że zaporowo spolaryzowane złącze p-n – działa jak kondensator, którego pojemność zależy od napięcia przyłożonego do złącza. Pojemności jakie się uzyskuje dochodzą nawet do 200pF, co jest całkiem sporą pojemnością w zastosowaniach wysoko częstotliwościowych.

 

Warto także wspomnieć o superkondensatorach – kondensatorach o ogromnych pojemnościach dochodzących nawet do kilku faradów – stosowanych jako rezerwa zasilania samochodowego sprzętu audio dużej mocy które przy niewielkim napięciu zasilania mają chwilowy pobór prądu dochodzący do kilkudziesięciu amperów.


1
 choć istnieją wersje o zerowym dryfcie temperaturowym
2
 szereg E12 – oznacza, że jeden rząd wielkości jest reprezentowany przez 12 wartości rozłożonych logarytmicznie: 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82
 
Opinie
 
Facebook
 
  
20875 wyświetleń

numer 5/2017
2017-05-01

Od redakcji
Elektronika
Filozofia
Fizyka
Informatyka
Kącik poezji
Matematyka
Polityka
Psychologia
Rozmaitości
Socjologia

nowyOlimp.net na Twitterze

nowy Olimp - internetowe czasopismo naukowe dla młodzieży.
Kolegium redakcyjne: gaja@nowyolimp.net; hefajstos@nowyolimp.net