Elektronikkens verden er avhengig av en rekke passive komponenter for å fungere ordentlig, og kondensatorer er en av de essensielle passive komponentene.
Kondensatorer lagrer og frigjør elektrisk energi, som brukes til en rekke funksjoner i kretser. Enten du er en erfaren profesjonell eller en elektronikkentusiast, er det viktig å forstå de grunnleggende funksjonene, de ulike typer og variasjon av bruksområder for kondensatorer. Etter hvert som teknologien skrider frem og flere og flere elektroniske enheter lanseres, øker også etterspørselen etter en mengde kondensatorer. Innen 2028 forventes faktisk markedet for kondensatorer å vokse med en sammensatt årlig vekstrate (CAGR) på 6,1 %, og å nå en verdi på 31,7 milliarder dollar.
Denne artikkelen tar for seg kondensatorer, forklarer hva en kondensator består av, de forskjellige typer kondensatorer og deres bruk, og diskuterer også viktigheten av å velge riktig kondensator for din applikasjon. Hvis du leter etter et sted å starte, eller hvis du bare ønsker å oppfriske kunnskapen om kondensatorer, så er du på rett sted!
Hva er en kondensator?
Den grunnleggende funksjonen til en kondensator er å lagre energi i et elektrisk felt. Kondensatorer lagrer energi og frigjør den når det er nødvendig, i motsetning til motstander, som begrenser strømmen. En kondensator består av to ledende plater, som er adskilt av et isolerende materiale som kalles et dielektrikum. Platene er vanligvis laget av materialer som aluminium og kobber, og dielektrikumet kan være laget av materialer som keramikk, plast og papir. Kondensatorer kan variere i spenning, størrelse og farad (F) kapasitans. Imidlertid er den grunnleggende strukturen til en kondensator en konstant, som du kan se nedenfor:
- Elektroder – dette er de to ledende platene som lagrer energien.
- Dielektrikum – bestemmer kapasitansen og den dielektriske styrken til kondensatoren.
- Terminalledninger – metall-ledninger eller pinner som kobler kondensatoren til kretsen.
Hvordan fungerer en kondensator?
Når en kondensator er koblet til en spenningskilde, som en strømforsyning eller et batteri, forårsaker det en spenningsforskjell mellom platene, og det skaper et elektrisk felt. Hvordan skjer dette?
Elektroner i lederen som er koblet til spenningskildens negative terminal, blir frastøtt og strømmer inn på en av de ledende platene og gir den en negativ ladning. Samtidig kommer elektroner fra den positive terminalen til spenningskilden og gjennom til den andre ledende platen på kondensatoren, noe som gir denne ledende platen en positiv ladning. Spenningsforskjellen som genereres, skaper et elektrisk felt mellom de to platene.
Dielektrikumet er en isolator, noe som betyr at det spiller en viktig rolle i å opprettholde det elektriske feltet mellom platene. Den forhindrer direkte elektrisk kontakt mellom de to platene, noe som gjør at det er mulig å lagre energi. Mengden energi som kan lagres, avhenger av det dielektriske materialet som brukes, og dets egenskaper. Når energi fra kondensatoren er nødvendig, må den kobles fra spenningskilden og en lukket krets må lages. Når en ladet kondensator kobles fra spenningskilden, forblir den lagrede energien i feltet og kan gi energi til den tilkoblede kretsen.
Typer kondensatorer
Kondensatorer har enten fast eller variabel kapasitans – de variable kan justeres. De kommer i forskjellige materialer, former og størrelser avhengig av bruksområdet de trengs til. Nedenfor ser du noen av de vanligste typene kondensatorer.
Keramiske kondensatorer
Det finnes en rekke keramiske kondensatorer tilgjengelig på markedet. En flerlags keramisk kondensator (MLCC) er en av de mest populære, og den kan brukes i en rekke forskjellige bruksområder, for eksempel kobling og frakobling eller filtrering. Andre typer keramiske kondensatorer inkluderer keramiske diskkondensatorer, som er nyttige for høyfrekvens- og høyspenningsapplikasjoner.
Elektrolyttkondensatorer
Elektrolyttkondensatorer i aluminium brukes ofte i applikasjoner der det er ønskelig med stor kapasitans. De brukes ofte til å jevne ut spenningsrippel i strømforsyningskretser og er også ideelle for kobling og frakobling. Elektrolyttkondensatorer i tantal er en type elektrolyttkondensator som er laget av tantalmetall. Disse er perfekte for kretser der presisjon og langsiktig ytelse er avgjørende.
Filmkondensatorer
Filmkondensatorer bruker et veldig tynt stykke plast som dielektrikum, som kan metalliseres eller brukes som det er, avhengig av kravene til kondensatoren. Det finnes flere typer filmkondensatorer, inkludert polyesterfilmkondensatorer og polypropylenfilmkondensatorer. Polyesterfilmkondensatorer er ideelle for bruksområder som krever moderat presisjon, som tidskretser. Polypropylenfilmkondensatorer har stor stabilitet og lave dielektriske tap, noe som gjør dem til det perfekte alternativet for høyytelsesapplikasjoner, for eksempel lydutstyr.
Trimmerkondensatorer
Trimmerkondensatorer er justerbare komponenter som brukes til innledende kalibrering av utstyr og til rekalibrering om nødvendig. De brukes til å angi innledende oscillatorverdier, latenser og oppe- og nedetider, men hvis disse verdiene flyter ut, kan de kalibreres på nytt fordi de er variable.
Superkondensatorer
For bruksområder som trenger en stor mengde energilagring, er superkondensatorer ideelle. Dette er fordi de har veldig høy kapasitans og rask energifrigjøring. Superkondensatorer er spesielt dyktige til å starte motorer og samle ladning i regenerative bremsesystemer.
Typer av bruksområder for kondensatorer
Kondensatorer er nyttige komponenter i mange applikasjoner på tvers av en rekke bransjer. Noen av de vanligste bruksområdene er oppført nedenfor:
- Energilagringskondensatorer er et flott verktøy for å lagre energi og brukes ofte som et midlertidig batteri. De kan opprettholde strøm når en strømforsyning kobles fra, slik at ikke data går tapt i elektroniske enheter som bærbare datamaskiner og mobiltelefoner.
- Koblingskondensatorer blokkerer likestrømssignaler og lar vekselstrømssignaler passere, og som sådan kan de brukes til å koble én seksjon av en krets med en annen. Brukes ofte til høyttalere.
- Frakoblingskondensatorer kan blokkere uønsket støy og spenningstopper, og stabilisere spenningsforsyningen til integrerte kretser.
- Sensorkondensatorer reagerer på endringer i eksterne faktorer, så de kan også brukes til avlesninger, der de kan måle enhver endring i kapasitans.
- Startmotorkondensatorer kan gi den innledende boosten som trengs for motoroppstart i elektriske motorer, og forbedre effektiviteten under bruk.
- Lastfaktorkorreksjonskondensatorer kan bidra til å forbedre energieffektiviteten i enheter for lastfaktorkorreksjon.
- Timing- og oscillasjonskondensatorer brukes til å kontrollere frekvensen av signaler i tidskretser og oscillatorer.
Hvordan velge riktig kondensator?
For å velge en kondensator som passer kravene til kretsen din, må du ta hensyn til flere faktorer, inkludert:
Kapasitans (farad)
Beregn den nødvendige kapasitansverdien basert på kravene til kretsen din. Høyfrekvensapplikasjoner krever mindre kapasitansverdier, mens energilagrings- og filtreringsapplikasjoner drar nytte av større kapasitansverdier.
Spenningsklassifisering (volt)
Velg en kondensator med en spenningsklasse som er høyere enn den høyeste spenningen kretsen din noen gang vil bli utsatt for. Bruk av en kondensator med en spenningsklasse som er for lav, kan resultere i feil og føre til sikkerhetsrisiko.
Dielektrisk materiale
Dielektriske materialer kan ha varierende egenskaper. Vurder faktorer som temperaturstabilitet, dielektrisitetskonstanten og dielektriske tap når du velger et dielektrikum som vil fungere for ditt bruksområde.
Toleranse
En kondensators toleranseklassifisering viser hvor nært den faktiske kapasitansen tilsvarer ønsket verdi. Det er to vanlige toleranser: +5 % og +10 %. Velg en toleranse som er kompatibel med kravene til kretsen din.
Størrelse og innpakning
Sørg for at den valgte kondensatorens fysiske dimensjoner passer inn i utformingen av kretsen din. Mens gjennomhullede kondensatorer fortsatt brukes i noen bruksområder, brukes overflatemonterte kondensatorer ofte i dagens elektronikk.
Levetid og pålitelighet
For kritiske bruksområder bør du vurdere kondensatorens estimerte levetid og pålitelighet. Enkelte kondensatorer, for eksempel elektrolyttkondensatorer, har begrenset levetid.
I tillegg til disse betraktningene er det andre faktorer å huske på, som kostnad, miljøpåvirkning, temperaturstabilitet og ekvivalent seriemotstand (ESR).
Konklusjon
Kondensatorer er tilpasningsdyktige elektroniske deler som er avgjørende for mange forskjellige kretser og bruksområder. For en vellykket elektronikkutforming og utførelse er det avgjørende å forstå de ulike typer kondensatorer som er tilgjengelige, deres bruksområder og hensynene du må ta når du velger den perfekte kondensatoren for prosjektet ditt. Enten du kobler signaler, stiller inn oscillatorer eller filtrerer strømforsyninger, kan kondensatoren du velger, ha stor innvirkning på effektiviteten og påliteligheten til kretsene dine.
