Kondenzátor (zastaralý název kapacitor ) je elektrotechnická součástka používaná v elektrických obvodech k dočasnému uchování elektrického náboje , a tím i k uchování potenciální elektrické energie .

Schematická značka

Základní vlastností pro hodnocení kondenzátoru je jeho elektrická kapacita , technicky je kondenzátor určen maximálním povoleným napětím, druhem dielektrika a provedením vývodu (axiální, radiální, bezvývodový).

Termínem kapacitor je v oblasti modelování označována skupina prvku schopných akumulovat energii a vykazujících integrální závislot zobecněného úsilí e (např. síla , elektrické napětí , tlak ) na zobecněný tok f (např. rychlost , elektrický proud , objemový průtok ).

Příkladem kapacitoru může být pružina (síla závislá na integrálu rychlosti roztažení), elektrický kondenzátor (napětí závislé na integrálu proudu), tlaková nádoba (tlak závislý na integrálu průtoku).

Princip kondenzátoru

Kondenzátor se skládá ze dvou vodivých desek ( elektrod ) oddělených dielektrikem . Na každou z desek se přivádí elektrické náboje opačné polarity, které se vzájemně přitahují elektrickou silou . Dielektrikum mezi deskami nedovolí, aby se částice s nábojem dostaly do kontaktu, a tím došlo k neutralizaci , jinak vybití elektrických náboju. Přitom dielektrikum svou polarizací zmenšuje sílu elektrického pole nábojů na deskách a umožňuje tak umístění většího množství náboje.

Vzhledem k elektrostatické indukci je velikost náboje na obou deskách stejná .

Kapacita kondenzátoru

Kapacita C kondenzátoru závisí na ploše S jeho desek, vzájemné vzdálenosti d desek mezi sebou a permitivitě e dielektrika mezi deskami:

Na desku kondenzátoru s kapacitou C lze uložit elektrický náboj:

kde U je elektrické napětí mezi deskami kondenzátoru. Jednotkou kapacity v soustavě SI je farad .

Druhy kondenzátoru

Leydenská láhev je historicky první kondenzátor. Jedná se o skleněnou nádobu, na jejíž vnější i vnitřní straně jsou přilepeny (příp. napařeny) kovové vrstvy. Používala se k uchování náboje vzniklého ve Whimhurstove indukční elektrice .

Podle tvaru lze rozlišit kondenzátory deskové, válcové, kulové, svitkové (svinutý dlouhý vodivý pás oddělený izolantem).

Podle použitého dielektrika se kondenzátory dělí

• otočný vzduchový
• papírový (často papír napuštěný voskem ) (svitkové)
• elektrolytický (dielektrikem je tenká oxidační vrstva na jedné z elektrod, druhou elektrodu tvoří samotný elektrolyt )
• keramický
• kapacitní dioda - varikap
• Slídový
• Palstový

Otocný vzduchový

• Je nejstarší typ proměnného kondenzátoru. Má dvě hlavní součásti. rotor a stator Na rotoru i statoru jsou umístěny desky které se otáčením zasouvají a vysouvají do sebe. Tím se mění aktivní S desek a současně i C. Jako dielektrikum je použit vzduch, někdy můžeme najít i polystyren, olej nebo jiné látky.

Otočný kondenzátor umožňuje zasouváním desek mezi sebe měnit účinnou plochu desek, a tím i měnit kapacitu kondenzátoru. Desky mohou mít tvar polokruhu (kapacita pak závisí lineárně na natočení) nebo ledvinovitý (obvykle logaritmický průběh změny kapacity)

Pro podobné účely se dnes využívá varikap, kde je kapacita měněna vstupním napětím.

Papírový (Svitkový)

• Dielektrikum tvoří kondenzátorový papír. (jeho r mívá hodnotu 4-10)
• Elektrody jsou tvořeny Al folií s vývody. Kondenzátorový papír včetně elektrod je svihut do válce.
• Někdy je Al nahrazen kovovým nástřikem (z obou stran), takový kondenzátor je označován jako metalizovaný.

Elektrolytický

Je podstatně odlišný od jiných typu kondenzátoru. Katoda je tvořena vodivým elektrolytem , který může být jak tekutý, polosuchý nebo pevný. Anoda je tvořena čistou Al fólií na které je vrstvička Al 2 O 3 (oxid hlinitý), tato vrstvička je dielektrikum . Pokud kondenzátor není dlouhou dobu pod napětím C se zmenší. Do jisté úrovně se dá zase obnovit připojením ss napětí. Elektrody mají velký povrch, který je tvořen nepravidelně naleptanou strukturou povrchu hliníku.

Jeho výhodou je vysoká měrná kapacita, nevýhodou naopak to, že nesmí být přepólován a obvykle snese oproti jiným typům jen velmi nízké napětí.

Keramický

• Speciální keramika s velkou permitivitou a malým ztrátovým činitelem
• Dle tvaru na
  • terčové
  • destičkové
  • průchodkové

Kondenzátor v elektrickém obvodu

Nabíjení kondenzátoru

Při zapojení kondenzátoru do obvodu se zdrojem stejnosměrného napětí se na deskách kondenzátoru začne hromadit elektrický náboj - kondenzátor se nabíjí . Nabíjení probíhá, dokud se nevyrovná elektrický potenciál na každé z desek s potenciálem příslušného pólu zdroje. Po nabití je mezi deskami kondenzátoru stejné elektrické napětí jako mezi svorkami zdroje a obvodem neprochází elektrický proud .

Vybíjení kondenzátoru

Jestliže se desky kondenzátoru vodive propojí, elektrický náboj z desek se odvede, kondenzátor se vybije. Tento přesun elektrického náboje způsobí v obvodu elektrický proud.

Vybíjecí proud může v případě malého odporu vybíjecího obvodu dosáhnout obrovských špickových hodnot. To má většinou nejen škodlivé účinky na vybíjecí obvod a kondenzátor samotný, ale vede to i k č ástečnému vyzáření jeho energie ve formě EMI rušení.

Kondenzátor v obvodu strídavého proudu

V obvodu střídavého proudu se kondenzátor opakovaně nabíjí a vybíjí, což má za následek předbíhání elektrického proudu před napětím ( fázový posuv ) a vznik kapacitance , tj. zdánlivého odporu proti pruchodu střídavého proudu.

Kapacita kondenzátoru spolu s indukčností cívky jsou předpokladem vzniku elektromagnetického kmitání - periodické změny elektrického pole na magnetické pole a opačně. Změnou kapacity lze dosáhnout změny frekvence elektromagnetických kmitů.

Sériové zapojení kondenzátoru

Sériovým zapojením dvou a více kondenzátoru se celková kapacita snižuje. Převrácenou hodnotu výsledné kapacity lze vypočítat jako součet převrácených hodnot jednotlivých kapacit:

Paralelní zapojení kondenzátoru

Paralelním zapojením kondenzátoru se celková kapacita zvyšuje. Výsledná kapacita se vypočte součtem jednotlivých kapacit:

Využití kondenzátoru

• Fotografický blesk - nahromaděná elektrická energie v kondenzátoru se v krátkém časovém okamžiku vybije a způsobí silný světelný záblesk.
• Stabilizační prvek v elektrických obvodech - paralelním zapojením do elektrického obvodu lze dosáhnout vyhlazení napětových špiček, a tím rovnoměrnějšího průběhu elektrického proudu.
• Odstranění stejnosměrné složky elektrického proudu - větví s kondenzátorem nemůže projít stejnosměrný elektrický proud, ale střídavý proud ano.
• Ladící součástka v příjímači - změnou kapacity v oscilačním obvodu přijímače se vlastní frekvence obvodu vyrovná vnější frekvenci a dojde k rezonanci , tj. k zesílení přijímaného signálu.
• Počítačová pamět - pamět složená z velkého množství miniaturních kondenzátoru je schopna uchovat informaci ve forme 0 a 1 (0 = není náboj, 1 = je náboj).
• Defibrilátor - přístroj používaný v lékařství k provádění elektrických šoků při zástavě srdce , kdy velké množství náboje projde během krátké doby přes srdeční sval a může tak obnovit srdeční činnost.
• Časovače - většina generátoru střídavého signálu využívá kondenzátory jako součástky, jejichž střídavé nabíjení a vybíjení určuje periodu kmitu.

Kondenzátory