Kondenzator in njegova uporaba

1. Kondenzator in njegova uporaba

2. Kapacitivnost • Kapacitivnost je mera za sposobnost shranjevanja naboja. • Velika kapacitivnost pomeni, da lahko shranimo več naboja. • Kapacitivnost merimo v faradih. Farad je velika enota zato pogosto uporabljamo: Polariziran kondenzator • µ (mikro) pomeni 10-6(milijonina), 1000000µF = 1F • n (nano) pomeni 10-9(milijardina), so 1000nF = 1µF • p (pico) pomeni 10-12(bilijonina), so 1000pF = 1nF

3. Naboj in shranjena energija Količino naboja (simbol Q) izračunamo: Kondenzator shranjeno energijo vrne v vezje. Energije ne porabi, spremeni v toploto kot upor. Energija shranjena v kondenzatorju je veliko manjša kot energija shranjena v bateriji, zato jih ne moremo uporabljati kot primarni vir energije. Shranjena energija: W = ½QU = ½CU²    kjer je  W = energija joul-ih (J).

4. Kapacitivna reaktancaXc • Kapacitivna reaktanca je merilo za kondenzatorjev upor izmeničnemu toku. Kot upornost jo merimo v ohm-ih Ω. Njena vrednost se za razliko od upornosti spreminja s frekvenco. • Xc je velika pri nizkih frekvencah in majhna pri visokih frekvencah. • Za enosmerno napetost/tok DC s frekvenco 0 je neskončna. Kondenzator prepušča AC, DC pa ne prepušča - blokira. • Primer: kondenzator 1µF ima reaktanco3.2kΩ pri 50Hz, pri 10kHz se reaktanca zniža na 16Ω. • Simbol Xc uporabljamo za kapacitivno reaktanco, induktivna reaktanca ima simbol XL. Induktivna reaktanca je lastnost tuljave. XL se frekvenco veča.

5. Vzporedna in zaporedna vezava kondenzatorjev • Skupna kapacitivnost serijske vezave: • Skupna kapacitivnost vzporedne vezave:

6. Polnjenje kondenzatorja • Kondenzator C na shemi se polni preko upornosti R. Začetna napetost Uc = 0, vendar se z polnjenjem veča, ko je kondenzator napolnjen je Uc = Us. Polnilni tok I je določen z upornostjo R in napetostjo na uporu UR = (Us - Uc): • Polnilni tok je torej  I = (Us -Uc) / R(Uc se med polnjenjem povečuje !!!!) • Začetni tok lahko določimo kot Io = Us / R (Uc=0) • Uc se povečuje skladno z večanjem naboja Q (Uc = Q/C), s tem se zmanjšuje napetost na uporu in posledično tudi polnilni tok.

7. Časovna konstanta (tau) • Primer : R = 47k  in C = 22µF, torej je časovna konstanta RC = 47k  × 22µF = 1.0s. R = 33k  in C = 1µF, torej je časovna konstanta RC = 33k  × 1µF = 33ms. • Velika časovna konstanta pomeni da se kondenzator polni počasi.

8. Časovna konstanta je čas potreben da se polnilni ali praznilni tok zmanjša na 1/e njegove začetne vrednosti (Io). • 'e' je osnova naravnega algoritma (pomembna vrednost v matematiki, fiziki …tako kot  ) e = 2.71828 (na 6 mest) • Za grobo oceno lahko vzamemo da je  čas ki je potreben da tok pade na 1/3 začetne vrednosti. • Po vsakem  tok pade na 1/e ( 1/3) vrednosti. • Po 5  je njegova vrednost manj kot 1% začetne vrednosti in lahko rečemo da je kondenzator polno nabit. • V resnici pa se kondenzator polni neskončno časa!

9. Praznjenje kondenzatorja • Graf prikazuje kako se praznilni tok zmanjšuje ob praznjenju ondenzatorja. Začetni tok ,  Io = U0 / R. • Na začetku je tok velik, ker je napetost na kondenzatorju velika, ker pa naboj hitro odteka se tudi napetost hitro zmanjšuje. Manjša napetost žene manjši tok, naboj odteka počasneje in napetost se zmanjšuje počasneje.. • Po 5  je napetost na kondenzatorju skoraj 0V in lahko rečemo da je kondenzator prazen, v resnici pa…

10. Uporaba kondenzatorjev • Časovniki – primer NE555 kontrolira polnjenje / praznenje • Glajenje – napetostni vir • Povezovanje - med stopnjami avdio sistema ali za priklop zvočnika • Filtriranje – spreminjanje barve zvoka avdio signala • Uglaševanje – radijskega sprejemnika • Shranjevanje energije – bliskavica fotoaparata "fleš"

11. Kapacitivna povezava kondenzatorski spoj (CR-coupling) • Deli elektronskih vezji so med seboj lahko povezani s kondenzatorjem. Kondenzator prepušča AC komponento signala. To omogoča avdio signalu prehod na naslednjo stopnjo, odreže – blokira pa enosmerno komponento signala. • Delovanje takšne povezave določa časovna konstanta  Upor je lahko tudi del naslednje stopnje • Za uspešen prenos signala brez popačenj mora biti  >> T (T je perioda signala) Če prenašamo avdio signal je T perioda najnižje frekvence običajno 20Hz, T = 50ms.