Krótko mówiąc, kondensatory są dwoma przewodzącymi obiektami, często małymi płytkami, oddzielonymi czymś izolującym, znanym jako dielektryk. Podobnie jak gromadzenie się ładunków elektrostatycznych, które występuje, gdy pocierasz balon ramieniem i przykładasz go do włosów, przeciwne ładunki gromadzą się na każdej płytce, umożliwiając magazynowanie energii w postaci ładunku. Istnieją 2 inne kluczowe czynniki, które wpływają na zachowanie kondensatora i czynią je tak przydatnymi. - Ładują wykładniczo, a nie liniowo. Powiedzmy, że ładuję kondensator stałym napięciem i mierzę napięcie na kondensatorze (co odpowiada ładunkowi w nim zawartemu) co powiedzmy, 5 sekund. Nie wzrośnie, powiedzmy, 0,1 co 5 sekund. Zamiast tego wzrasta o zbiór procentcałkowitej wydajności na jednostkę czasu. Jest to faktycznie ta sama zasada (z wyjątkiem odwrotnej) do rozpadu radioaktywnego - „okres półtrwania” jest intuicyjną koncepcją, odpowiadającą czasowi potrzebnemu na zmniejszenie ilości do 50% tego, co było - ale nie do utraty. ustalona ilość (tj. nie jest to 50 cząsteczek na sekundę, to 50% na sekundę). Wygląda to mniej więcej tak:
Jak widać, ładuje się szybko na początku, ale potem zwalnia w miarę kumulacji ładunku.
- Drugi to konsekwencje akumulacji ładunku. Wraz ze wzrostem napięcia prąd „przez” kondensator spada - najwyraźniej zwiększając rezystancję elektryczną kondensatora. Jeśli jednak odwrócimy biegunowość zasilacza wejściowego, przełączając je, spowoduje to „zmniejszenie” rezystancji - ładunek, zamiast być ściśnięty w kondensatorze, może łatwo wypłynąć i faktycznie wzmacnia skuteczne napięcie. Główną konsekwencją tego jest to, że kondensator jest odporny na prąd stały, ale pozwala na prąd przemienny. Bardziej konkretnie, im wyższa częstotliwość przełączania biegunowości napięcia (tj. AC), tym mniej kondensator zakłóca przepływ prądu w obwodzie. Kondensator można traktować jak sprężynę elektryczną. Naciskasz na niego, symbolizując przepływający do niego prąd. Na początku oferuje niewielki opór. Jednak w miarę pchania sprężyna odpycha się mocniej, aż nie będzie już można skutecznie pchać. Jest to równoważne z napięciem na kondensatorze (ponownie równoważnym zgromadzonemu w nim ładunkowi) zbliżającemu się do napięcia wejściowego - jak siła skierowana w górę sprężyny równoważąca się z ciężarem. Co się stanie, jeśli popchniesz się w przeciwnym kierunku? Wiosna działaz tobą zamiast przeciwko tobie, zwiększając siłę wyjściową ponad to, co możesz osiągnąć przy samych mięśniach i wadze.
Jak więc możemy to wykorzystać? Istnieją dwa główne rodzaje wykorzystania kondensatorów w zależności od ich rozmieszczenia w obwodzie - „sprzęganie”, w którym kondensator jest szeregowo, i „odłączanie” kondensatora równolegle. Oba korzystają z wyżej wymienionych zasad.
Sprzężenie stosuje się w blokowaniu prądu stałego - najczęściej spotyka się go w przetwarzaniu sygnału i radiotelefonach. Im mniejszy kondensator, tym wyższa częstotliwość, którą zakłóca (ponieważ ładuje się szybciej), więc dostosowując pojemność, możemy regulować zablokowane częstotliwości. W połączeniu z cewką indukcyjną (diametralne przeciwieństwo kondensatora) - której najistotniejszą właściwością jest blokowanie WYSOKICH częstotliwości, możemy ograniczyć sygnały do określonego „pasma” częstotliwości - obwodu „pasmowego”. Jest to niezwykle ważne w przypadku radia do nadawania lub odbierania z żądaną częstotliwością.
Kondensatory sprzęgające są również stosowane w obwodach czasowych - ponieważ tranzystory (przełączniki elektroniczne) włączają się przy znanym napięciu, a kondensatory ładują ze znaną szybkością, można ich używać do włączania tranzystora tylko o określonej godzinie (lub częstotliwości).
Kondensatory odsprzęgające są wykorzystywane do magazynowania energii lub do elektrycznego „tłumienia”. Znów pomaga myśleć o tym w kategoriach wiosny.
Sprężyna w pistolecie na pelety doskonale pokazuje magazynowanie energii. Sprężyna jest cofana, analogicznie do kondensatora ładowanego, a następnie zwalniana, pozwalając mu na rozładowanie swojej energii do „ładunku” - mówiąc mechanicznie, pelletu (lub innej amunicji), elektrycznie, elementu, powiedzmy, światła. Kondensatory są idealne w sytuacjach, w których potrzeba dużo energii w krótkim czasie, ponieważ rozładowują się bardzo szybko - na przykład defibrylator. Sama bateria nie byłaby w stanie tak szybko rozładować całej wymaganej energii, więc wewnętrzny kondensator przechowuje ją i uwalnia w razie potrzeby.
W przypadku tłumienia najlepiej jest myśleć o analogii kondensator / sprężyna jak o sprężynie w zawieszeniu samochodu. Zawieszenie samochodu chroni samochód (i pasażerów) przed uszkodzeniem, pochłaniając część energii pionowego ruchu samochodu. Jeśli koło zostanie bardzo szybko podniesione przez przejechanie dużego kamienia, reszta samochodu jest mniej podatna na wpływ dzięki zawieszeniu, które pochłania energię, a następnie uwalnia ją powoli, podnosząc samochód. W ten sam sposób kondensator odsprzęgający może „wygładzić” sygnały elektryczne lub impulsy. Analogicznie do kamienia, czasami natura wytwarzania energii elektrycznej lub awarie mogą powodować „skoki napięcia”. Nawet bardzo krótkie skoki napięcia mogą spowodować poważne uszkodzenie niektórych urządzeń. Kondensator odsprzęgający jest w stanie pochłonąć ten „wstrząs” i zmniejszyć ryzyko wystąpienia uszkodzeń. Dodatkowo,
Mam nadzieję, że to pomaga. Przepraszam, jeśli to trochę gadatliwe, ale staram się być wyczerpujący.