Kondenzátor je po rezistoru druhou nejoblíbenější rádiovou součástkou. Je důležitý a nenahraditelný, podílí se na generování signálu a filtrování výkonu. Ale zpočátku byl úplně prvním kondenzátorem Leydenská nádoba, která byla vynalezena v roce 1745. Od té doby se kondenzátory staly nedílnou součástí elektroniky.

Obecný koncept

Kondenzátor se skládá ze dvou vodivých desek a dielektrika mezi nimi. A je to, nic víc. Vypadá to jako jednoduchá rádiová součástka, ale funguje jinak na vysokých a nízkých frekvencích.

Na obrázku vyznačeno dvěma rovnoběžnými čarami.

Princip činnosti

Tato rádiová součástka dobře demonstruje jev elektrostatické indukce. Podívejme se na to na příkladu.

Pokud ke kondenzátoru připojíte zdroj konstantního proudu, pak se v počátečním okamžiku začne proud hromadit na deskách kondenzátoru. K tomu dochází v důsledku elektrostatické indukce. Odpor je prakticky nulový.

Jak funguje kondenzátor

Elektrické pole v důsledku elektrostatické indukce přitahuje opačné náboje ke dvěma protilehlým deskám. Tato vlastnost hmoty se nazývá kapacita. Všechny materiály mají kapacitu. A to i pro dielektrika, ale pro vodiče je to mnohem větší. Proto jsou desky kondenzátoru vyrobeny z vodiče.

Princip činnosti kondenzátoru

Čím větší kapacita, tím více nábojů se může nahromadit na deskách kondenzátoru, tzn. elektrický proud.

Hlavní vlastností kondenzátoru je kapacita. Záleží na ploše desek, vzdálenosti mezi nimi a dielektrickém materiálu, který vyplňuje prostor mezi deskami.

Jak se hromadí náboje, pole začíná slábnout a odpor se zvyšuje. Proč se tohle děje? Na deskách je stále méně místa, jako náboje na nich působí na sebe a napětí na kondenzátoru se rovná zdroji proudu. Tento odpor se nazývá reaktivní nebo kapacitní. Záleží na frekvenci proudu, kapacitě rádiových součástek a vodičů.

Když na deskách nezbude místo pro elektrický proud, proud v obvodu se zastaví. Elektrostatická indukce zmizí. Nyní zde zůstává elektrické pole, které drží náboje na svých deskách a nepustí je. A elektrický proud nemá kam jít. Napětí na kondenzátoru se bude rovnat emf (napětí) zdroje proudu.

Jak funguje kondenzátor v obvodu?

Co se stane, když zvýšíte EMF (napětí) zdroje proudu? Elektrické pole začne vyvíjet stále větší tlak na dielektrikum, protože na deskách už není místo. Pokud ale napětí na kondenzátoru překročí přípustné meze, dielektrikum prorazí. A kondenzátor se stane vodičem, náboje se uvolní a obvodem bude protékat proud. Jak potom použít kondenzátor pro vysoká napětí? Můžete zvětšit velikost dielektrika a vzdálenost mezi deskami, ale tím se sníží kapacita součásti.

READ
Co je to okenní tmel?

Mezi deskami je dielektrikum, které brání průchodu stejnosměrného proudu. To je právě bariéra stejnosměrného proudu. Protože konstantní proud vytváří také konstantní napětí. A konstantní napětí může vytvořit elektrostatickou indukci pouze tehdy, když je obvod uzavřený, tedy když se kondenzátor nabíjí.

Tímto způsobem může kondenzátor ukládat energii, dokud se k němu nepřipojí spotřebitel.

Kondenzátor a stejnosměrný obvod

Kondenzátor a DC

Doplníme do schématu žárovku. Svítí pouze při nabíjení.

Další důležitou vlastností je, že když dojde k procesu nabíjení proudu, napětí za proudem zaostává. Zdá se, že napětí dohání proud, protože při nabíjení se odpor plynule zvyšuje. Elektrickým nábojům chvíli trvá, než se přesunou na desky kondenzátoru. Toto je doba nabíjení. Záleží na kapacitě, frekvenci a napětí.

Princip činnosti kondenzátoru ve stejnosměrném obvodu

Při plném nabití kontrolka zhasne.

Proč kondenzátor nepropouští stejnosměrný proud?

Stejnosměrný elektrický proud neprochází kondenzátorem, dokud není nabitý.

AC obvod

Co když změníte polaritu na aktuálním zdroji? Poté se kondenzátor začne vybíjet a znovu nabíjet, když se změní polarita zdroje.

Kondenzátor a střídavý proud

Elektrostatická indukce probíhá neustále, pokud je elektrický proud střídavý. Pokaždé, když proud začne měnit svůj směr, začíná proces nabíjení a vybíjení.

Jak funguje kondenzátor ve střídavém proudu?

Proto kondenzátor prochází střídavým elektrickým proudem.

Čím vyšší frekvence, tím nižší je reaktanční (kapacitní) odpor kondenzátoru.

Účel a funkce kondenzátorů

Kondenzátor hraje obrovskou roli v analogové i digitální technologii. Jsou elektrolytické a keramické a liší se svými vlastnostmi, nikoli však celkovou koncepcí. Příklady použití:

  • Filtruje vysokofrekvenční rušení;
  • Snižuje a vyhlazuje pulsace;
  • Rozděluje signál na konstantní a proměnné složky;
  • Akumuluje energii;
  • Lze použít jako referenční napětí;
  • Vytváří rezonanci s induktorem pro zesílení signálu.

Příklady použití

V zesilovačích se obvykle používají k ochraně subwooferů, filtrování výkonu, tepelné stabilizaci a oddělení stejnosměrných a střídavých složek. A ty elektrolytické v autonomních obvodech s mikrokontroléry mohou díky své velké kapacitě dodávat energii na dlouhou dobu.

V tomto obvodu je tranzistor VT1 neustále otevřen, aby zesílil zvuk bez zkreslení. Pokud se ale vstup zasekne nebo do něj teče stejnosměrný proud, tranzistor se otevře, přejde do saturace a přehřeje se. Abyste tomu zabránili, potřebujete kondenzátor. C1 umožňuje oddělit konstantní složku od proměnné. Střídavý signál snadno přechází do báze tranzistoru, ale konstantní signál nikoliv.

READ
Jak spočítat 2 tarifní počítadlo?

Jak funguje kondenzátor v obvodu?

C2 spolu s rezistorem R3 plní funkci tepelné stabilizace. Když zesilovač běží, tranzistor se zahřívá. To může způsobit zkreslení signálu. Rezistor R3 proto pomáhá udržovat pracovní bod při zahřívání. Ale když je tranzistor studený a stabilizace není nutná, odpor může snížit výkon zesilovače. Proto přichází do hry C2. Vede zesílený signál přes sebe pomocí bočníku rezistoru, čímž nesnižuje jmenovitý výkon obvodu. Pokud je jeho kapacita nižší než navržená, začne do výstupního signálu vnášet fázové zkreslení.

Proč je v zesilovači potřeba kondenzátor?

Aby schéma dobře fungovalo, dobrá výživa je nutností. Když obvod spotřebovává více proudu při špičkových hodnotách, je to vždy velká zátěž pro napájecí zdroj. C3 filtruje rušení napájení a pomáhá snižovat zátěž. Čím větší kapacita, tím lepší zvuk, ale do určitých hodnot vše závisí na obvodu.

A napájecí zdroje používají stejný princip jako v předchozím schématu napájení, ale zde je potřeba mnohem více kapacity. V tomto obvodu může být kapacita elektrolytu buď 1000 μF nebo 10 000 μF.

K diodovému můstku můžete paralelně zapojit i keramické kondenzátory, které obvod obejdou od vysokofrekvenčního rušení a šumu ze sítě 220 V.

Fázové zkreslení

Kondenzátor může zkreslit fázi střídavého signálu. K tomu dochází v důsledku nesprávného výpočtu kapacity, celkového odporu a interakce s ostatními rádiovými součástmi. Neměli bychom zapomínat, že jakákoli rádiová součástka má jak reaktivní, tak aktivní odpor.