Základy elektroniky 2.časť

Dobrý deň. Dnes tu máme druhú časť, v ktorej si popíšeme o kondenzátoroch. Čo sú to za súčiastky, aké typy kondenzátrov poznáme, aké technologické postupy poznáme na ich výrobu atď. Ďalej v článku.

1.1.2 Kondenzátory

Použitie kondenzátorov v elektrotechnike je veľmi mnohostranné. V nízkofrekvenčnej technike sa používajú na oddelenie jednosmernej zložky signálu, v spätnoväzbových obvodoch umožňujú v korekčných obvodoch úpravu frekvenčných charakteristík, vo vysokofrekvenčných obvodoch tvoria prvky rezonančných obvodov, v napájacích obvodoch majú funkciu filtračných členov atď.
Rovinný kondenzátor vytvoríme dvoma kovovými elektródami, ktorých plocha prekrytia je S" a medzi ktorými je dielektrikum hrúbky d(obr. 1.2). Kapacitu takéhoto kondenzátora vypočítame podľa vzťahu:

Obr. 1.2 Rovinný kondenzátor

Podľa konštrukčného vyhotovenia sa rozlišujú dve základné skupiny kondenzátorov: pevné kondenzátory — ich kapacita je konštantná, a premenlivé kondenzátory — ich kapacitu možno meniť v určitom rozsahu.

Pevné kondenzátory
Kondenzátory s papierovým dielektrikom sú vytvorené dvoma hliníkovými fóliami, medzi ktorými je ako dielektrikum špeciálny kondenzátorový papier (δr = 4 až 7). Celok je stočený do zvitku tak, aby kondenzátor mal čo najmenšiu indukčnosť. Zvitok je zaliaty do plastu alebo uložený v kovovom puzdre.
Kondenzátory z metalizovaného papiera majú ako dielektrikum kondenzátorový papier, ktorý je po obidvoch stranách pokovovaný (metalizovaný) obyčajne vrstvičkou hliníka. Proti papierovým kondenzátorom majú tú výhodu, že pri prieraze dielektriká sa vrstvička hliníka v mieste prierazu vyparí a kondenzátor možno používať ďalej.
Kondenzátory s plastovou fóliou používajú ako dielektrikum fóliu hrubú 5 až 20 um (mikrometrov), ktorá môže byť z polystyrénu, terylénu alebo teflonu. Vyznačuje sa veľkou elektrickou pevnosťou, malými stratami a veľkým izolačným odporom.
Sľudové kondenzátory majú dielektrikum zo sľudy, na ktorej sa naparením alebo nastriekaním vrstvičky striebra vytvoria elektródy.
Keramické kondenzátory majú dielektrikum vytvorené zo špeciálnej keramiky s vysokou pomernou permitivitou. Elektródy sú vytvorené naparením kovovej vrstvičky na keramiku. Majú malé dielektrické straty, najčastejšie sa používajú vo vysokofrekvenčnej technike.
Elektrolytické kondenzátory majú ako dielektrikum tenkú vrstvičku oxidu, vytvorenú na hliníkovej alebo tantalovej elektróde. Elektrické spojenie dielektriká s druhou elektródou kondenzátora zabezpečuje pórovitá látka napustená elektrolytom. Elektróda s oxidom musí byť vždy polarizovaná kladne vzhľadom na druhú elektródu. Pri opačnej polarizácii elektród nastáva narušenie oxidu, kondenzátor sa správa ako rezistor s malým odporom, zvýšeným prúdom sa dielektrikum ohrieva, narúša a môže nastať zničenie kondenzátora. Preto pri zapájaní týchto kondenzátorov do obvodov treba dodržiavať polaritu vyznačenú výrobcom na súčiastke.

Kondenzátory s premenlivou kapacitou

Kondenzátory s premenlivou kapacitou rozdeľujeme na ladiace a dolaďovacie.
Ladiace kondenzátory sú vytvorené sústavou pevných statorových elektród uložených izolovane v kovovom puzdre (vani). Medzi statoro-vé elektródy sa zasúva sústava rotorových elektród, ktoré sú vodivo spojené s vaňou. Vzájomným prekrývaním elektród sa zväčšuje kapacita. Dielektrikom medzi statorom a rotorom býva najčastejšie vzduch. Kapacita ladiaceho kondenzátora je daná vzťahom

kde C je kapacita (F),
δr — pomerná permitivita,
S — plocha prekrytia elektród (m2),
d — vzdialenosť medzi elektródami (m),<>br n — počet elektród kondenzátora.

Závislosť kapacity od uhla natočenia ladiaceho kondenzátora môže byt lineárna alebo nelineárna. Závisí to od tvaru elektród kondenzátora a vzájomného uloženia rotora proti statoru.
Medzi charakteristické vlastnosti kondenzátorov patrí menovitá kapacita, menovité napätie, izolačný odpor a stratový činiteľ tg δ.
Menovitá kapacita je výrobcom predpokladaná kapacita vyznačená na kondenzátore. Skutočná hodnota sa líši od menovitej hodnoty v rozsahu tolerancie uvedenej výrobcom.
Menovité napätie je také napätie, na ktoré je konštruovaný kondenzátor. Pri prekročení tohto napätia nastáva zvýšená tvorba tepla a plynov a môže nastať zničenie kondenzátora. Vyznačuje sa na kondenzátoroch vo voltoch.
Izolačný odpor je odpor medzi elektródami kondenzátora nameraný jednosmerným prúdom pri teplote 20 °C. Vytvorený je odporom dielektriká a izolácie, ktorá obklopuje elektródy. Jeho hodnota býva rádovo 10⁹Ω. Pri elektrolytických kondenzátoroch sa neuvádza.
Stratový činiteľ tg δ charakterizuje straty energie v kondenzátore, ktoré sú spôsobené stratami v dielektriku a zvodom medzi elektródami. Pre jednotlivé typy kondenzátorov sa uvádza v katalógu. Stratový činiteľ tg δ možno vypočítať aj zo vzťahov odvodených z fázorových diagramov náhradných obvodov kondenzátora, kde všetky straty v technickom kondenzátore sú vyjadrené stratovým odporom pripojeným paralelne alebo sériovo k bezstratovemu (ideálnemu) kondenzátoru.
Paralelný a sériový náhradný odpor kondenzátora spolu s príslušnými fázorovými diagramami sú na obr. 1.3.

Obr. 1.3 Náhradná schéma kondenzátora a jeho fázové diagramy. Paralelné zapojenie (a), sériové zapojenie (b)

Na výpočet treba poznať veľkosť stratového odporu a kapacitu kondenzátora. Potom z fázorového diagramu môžeme pre paralelný náhradný obvod uviesť vzťah:

Z fázového diagramu pre sériový náhradný obvod platí:

Uhol δ sa nazýva stratový uhol, jeho veľkosť určujú stratové odpory Rp a Rs. Paralelný a sériový náhradný obvod sú elektricky rovnocenné za predpokladu Rp >> Rs (Rs = Rp tg² δp, Cs = Cp).
Stratový činiteľ tg δ je frekvenčné závislý. Najmenší stratový činiteľ majú vzduchové kondenzátory, najväčší elektrolytické.

A máme za sebou už daľšiu časť v poradí druhú. V nasledujúcej časti si popíšeme o cievkach, označovaní rezistorov a kondenzátorov. Dalšia časť výjde 10.11.2006.