Kondenzátory jsou jednou z nejdůležitějších základních součástí moderní elektroniky. Od chytrých telefonů a notebooků až po systémy průmyslové automatizace a zařízení pro obnovitelné zdroje energie, kondenzátory najdete téměř vždy v jádru návrhu. Pro efektivní používání elektronických obvodů je nutné porozumět různým typům kondenzátorů a jejich rolím v různých aplikacích.
Různé typy kondenzátorů umožňují jejich velmi všestranné použití. Běžné typy kondenzátorů lze klasifikovat na základě dielektrického materiálu, polarity, struktury a použití. Každý z těchto typů kondenzátorů má své výhody a nevýhody, které určují, v jakých obvodech jsou vhodné pro použití.
Tento článek systematicky představí různé typy kondenzátorů – včetně jejich struktur, vlastností, použití a výrobních procesů. Po přečtení budete mít jasnější představu o klasifikačních metodách a přístupech k výběru různých typů kondenzátorů a budete schopni lépe vybrat vhodné typy kondenzátorů v elektronickém návrhu.
Co je kondenzátor?
Kondenzátor je jednou z nejdůležitějších pasivních součástí v elektronice. V podstatě je kondenzátor elektronické zařízení schopné ukládat a uvolňovat energii v elektrickém poli. Je vyroben ze dvou vodivých desek, mezi nimiž se nachází izolační materiál zvaný dielektrikum. Když je na obě desky přivedeno napětí, akumulují se kladné a záporné náboje, což umožňuje kondenzátoru dočasně ukládat energii. Tento základní princip je stejný u všech typů kondenzátorů.
Definiční vzorec kapacity (C) je:
Kde:
• Q = elektrický náboj (v coulombech)
• V = aplikované napětí (ve voltech)
• C = kapacita (ve faradech)
Skutečná hodnota kapacity závisí na typu kondenzátoru – konkrétně na ploše desek, vzdálenosti mezi deskami a dielektrické konstantě materiálu. To je také důvod, proč různé typy kondenzátorů vykazují různé výkonové charakteristiky.
Standardní symbol pro kondenzátor je znázorněn takto: dvě rovnoběžné čáry představují nepolarizované kondenzátory, zatímco přímka a zakřivená čára představují polarizované kondenzátory. Schopnost identifikovat symbol pro kondenzátory a rozlišovat různé typy kondenzátorů je základní dovedností pro inženýry, techniky a nadšence do elektroniky.
Jak jsou kondenzátory klasifikovány
Kondenzátory mohou na první pohled vypadat podobně, ale ve skutečnosti nejsou stejné. Aby inženýři a konstruktéři lépe porozuměli různým typům kondenzátorů, obvykle je klasifikují na základě několika důležitých kritérií: polarity, nastavitelnosti a dielektrického materiálu. Tímto způsobem můžeme pohodlněji porovnávat různé typy kondenzátorů a vybírat vhodné typy kondenzátorů v obvodu.
Tabulka klasifikace kondenzátorů
|
Klasifikace
|
podkategorie
|
Popis
|
Běžné příklady / aplikace
|
|
Podle polarity
|
Polarizované kondenzátory
|
Mají kladné a záporné svorky, musí být zapojeny ve správné orientaci, zejména pro stejnosměrné obvody
|
Elektrolytické kondenzátory, tantalové kondenzátory, polymerové kondenzátory
|
|
Nepolarizované kondenzátory
|
Bez omezení polarity, lze použít ve střídavých obvodech, široce se používá pro filtrování, spojování a oddělování
|
Keramické kondenzátory, filmové kondenzátory, slídové kondenzátory, skleněné kondenzátory
|
|
Nastavitelností
|
Pevné kondenzátory
|
Nejběžnější typy kondenzátorů, poskytují konstantní kapacitu, jsou spolehlivé a snadno se používají
|
Všechny standardní pevné kondenzátory v elektronických obvodech
|
|
Variabilní kondenzátory
|
Umožňují ruční nebo elektronické nastavení kapacity, které se používá pro přesné ladění a kalibraci
|
Ladicí kondenzátory (rádia, RF), trimrové kondenzátory (kalibrace obvodů)
|
|
Dielektrickým materiálem
|
Keramické kondenzátory
|
Kompaktní, nízkonákladový, vynikající pro vysoké frekvence
|
Vysokofrekvenční obvody, filtrování, oddělení
|
|
Filmové kondenzátory
|
Stabilní, dlouhá životnost, dobré teplotní vlastnosti
|
Zvukové obvody, časování, korekce účiníku
|
|
Elektrolytické kondenzátory
|
Velmi vysoká kapacita, používaná v napájecích zdrojích
|
Filtrace napájení, ukládání energie
|
|
Tantalové kondenzátory
|
Malá velikost, vysoká hustota kapacity, vysoká spolehlivost
|
Lékařské přístroje, přenosná elektronika
|
|
Polymerové kondenzátory
|
Nízké ESR, vysoká odolnost proti zvlnění proudu
|
Základní desky, telekomunikace, výpočetní technika
|
|
Slídové kondenzátory
|
Extrémně stabilní, vysoce přesný
|
VF obvody, přesné ladění
|
|
Papírové kondenzátory
|
Starší technologie, citlivá na vlhkost
|
Staré vybavení, staré obvody
|
|
Skleněné kondenzátory
|
Vysoká stabilita, tepelná odolnost, trvanlivost
|
Vojenské, letecké a kosmické, náročné prostředí
|
|
Vzduchové kondenzátory
|
Většinou variabilní, jednoduchá struktura
|
Ladění rádia, přizpůsobení antény
|
|
Superkondenzátory (ultrakondenzátory)
|
Velmi vysoká kapacita, můstek mezi kondenzátory a bateriemi
|
Záložní napájení, rekuperace energie, rekuperační brzdění
|
Hlavní typy kondenzátorů a jejich vlastnosti
Existují různé typy kondenzátorů a různé typy kondenzátorů se liší strukturou, výkonem a použitím. Pro intuitivnější srovnání a pochopení shrnuje následující tabulka klíčové vlastnosti a typické použití hlavních typů kondenzátorů, což usnadňuje inženýrům a nadšencům do elektroniky rychlý výběr vhodných komponent.
|
Typ kondenzátoru
|
Polarita
|
Rozsah kapacity
|
KLÍČOVÉ VLASTNOSTI
|
Cena / Velikost
|
Typické aplikace
|
|
Keramické kondenzátory
|
Nepolarizované
|
1 pF ~ několik µF
|
Vynikající vysokofrekvenční výkon, nízké ESR; třída 1 (stabilní, nízké ztráty), třída 2 (vyšší hustota, nižší přesnost)
|
Velmi malý, nízký poplatek
|
Oddělení desek plošných spojů, VF obvody, potlačení šumu motoru, filtrování napájení
|
|
Filmové kondenzátory
|
Nepolarizované
|
nF ~ stovky µF
|
Vysoká stabilita a přesnost, dlouhá životnost, samooprava
|
Větší než keramika, dražší
|
Potlačení elektromagnetického rušení, hi-fi audio, korekce účiníku, filtrování vysokého napětí
|
|
Elektrolytické kondenzátory
|
Polarizované
|
µF ~ tisíce µF
|
Velmi vysoká kapacita, vyšší ESR, omezená životnost (odpařování elektrolytu)
|
Střední velikost, nízká cena
|
Vyhlazování napájení, blokování/vazba stejnosměrného proudu, audio zesilovače, filtrování zvlnění
|
|
Tantalové kondenzátory
|
Polarizované
|
µF ~ stovky µF
|
Vysoká hustota kapacity, stabilní a spolehlivé, riziko zkratu
|
Velmi malé, drahé
|
Mobilní zařízení, notebooky, lékařská elektronika, časovací obvody
|
|
Polymerové kondenzátory
|
Polarizované
|
µF ~ stovky µF
|
Velmi nízké ESR, vysoká odolnost proti zvlnění proudu, dlouhá životnost
|
Vyšší náklady, omezené napětí
|
Základní desky, grafické karty, SSD disky, telekomunikace, vysoce výkonné DC/DC měniče
|
|
Superkondenzátory (ultrakondenzátory)
|
Polarizované
|
mF ~ tisíce F
|
Extrémně vysoká kapacita, rychlé nabíjení/vybíjení, vysoký svodový proud
|
Velká velikost, nízké jmenovité napětí
|
Záložní napájení, rekuperativní brzdění, ukládání obnovitelné energie, vestavěné systémy
|
|
Slídové kondenzátory
|
Nepolarizované
|
pF ~ stovky pF
|
Velmi přesný, vysoce stabilní, velmi nízké dielektrické ztráty
|
Velká velikost, drahé
|
VF obvody, rezonátory, oscilátory, přesné časování
|
|
Papírové kondenzátory
|
Nepolarizované
|
nF ~ µF
|
Zastaralá technologie, citlivá na vlhkost
|
Nízká cena, většinou zastaralé
|
Staré audio, starší vysokonapěťové obvody
|
|
Skleněné kondenzátory
|
Nepolarizované
|
pF ~ nF
|
Extrémně stabilní, tepelně odolný, velmi spolehlivý
|
Velmi velké, velmi drahé
|
Letectví a kosmonautika, VF zesilovače, mikrovlnné obvody
|
|
Vzduchové kondenzátory
|
Nepolarizované
|
pF ~ stovky pF
|
Jednoduchá struktura, většinou variabilní
|
Malá kapacita, objemný
|
Ladění rádia, přizpůsobení antén, VF oscilátory
|
|
Variabilní kondenzátory
|
Nepolarizované
|
pF ~ stovky pF
|
Nastavitelná kapacita (ladicí a trimrové typy)
|
Obecně větší
|
Ladění, kalibrace a přesné nastavení rádia
|
Výrobní procesy kondenzátorů
Výrobní metoda kondenzátorů má přímý vliv na jejich výkon, spolehlivost a cenu. Různé typy kondenzátorů používají různé výrobní procesy, takže se jejich vlastnosti a způsoby použití mohou také značně lišit.
Elektrolytické kondenzátory
Hliníková fólie se obvykle nejprve leptá, aby se zvětšila její povrchová plocha, a poté se na jejím povrchu anodickou oxidací vytvoří tenký oxidový film. Tato oxidová vrstva je dielektrikem kondenzátoru.
Dále srolujte hliníkovou fólii dohromady se separačním papírem a poté vstříkněte elektrolyt.
Následně se navinuté komponenty umístí do kovové nádoby pro zapouzdření a podrobí se úpravě proti stárnutí. To může opravit drobné vady a stabilizovat elektrický výkon.
keramické kondenzátory
Během výroby se keramický prášek (například titaničitan barnatý) nejprve smíchá s pojivem za vzniku keramické suspenze a poté se na její povrch natiskne nebo navrství vrstva kovové elektrody.
Tyto vrstvy se poté opakovaně stohují a lisují do plechů, nařezávají se na malé kousky a poté se podrobují slinování (vypalování) za vysoké teploty a následnému vypalování, aby se keramika a kov pevně spojily.
Nakonec se na obou koncích kondenzátoru provede pokovení, čímž se vytvoří vývodové svorky, čímž se získá vícevrstvý keramický kondenzátor (MLCC), který běžně vídáme.
Filmové kondenzátory
Při použití plastových fólií (například polyesterových nebo polypropylenových) jako dielektrika se na fóliích nejprve provede metalizační úprava nebo se laminují kovovými fóliemi a poté se navíjejí do požadovaného tvaru.
Navinuté součástky budou slisovány, zahřáty a ztuhnuty a poté zapouzdřeny pryskyřicí na vnější vrstvě. Tím se nejen izoluje vliv vnějšího prostředí, ale také se výrazně prodlužuje životnost a spolehlivost kondenzátoru.
O PCBasicu
Čas jsou ve vašich projektech peníze – a PCBasic chápe PCBasic je Firma pro montáž desek plošných spojů který pokaždé přináší rychlé a bezchybné výsledky. Náš komplexní Montážní služby PCB zahrnují odbornou technickou podporu v každém kroku, což zajišťuje špičkovou kvalitu každé desky. Jako přední Výrobce sestav plošných spojů, Nabízíme komplexní řešení, které zefektivní váš dodavatelský řetězec. Spolupracujte s naší pokročilou Továrna na prototypy plošných spojů pro rychlé vyřízení a vynikající výsledky, na které se můžete spolehnout.
Výběr správného kondenzátoru
Při výběru z mnoha typů kondenzátorů zvažte:
• Hodnota kapacity (pF, nF, µF, F)
• Jmenovité napětí (musí překročit provozní napětí)
• ESR a frekvenční odezva
• Tolerance (požadavky na přesnost)
• Velikost a cena
• Aplikace (filtrování, časování, oddělení, ukládání energie)
Proč investovat do čističky vzduchu?
Kondenzátory jsou přítomny téměř ve všech elektronických zařízeních, ať už se jedná o nejmenší keramický kondenzátorový čip nebo velký superkondenzátorový modul; různé typy kondenzátorů hrají roli v dosahování ukládání energie, regulaci signálu a stabilitě obvodu.
Pochopením charakteristik, výrobních procesů a aplikací různých typů kondenzátorů můžeme činit vhodnější rozhodnutí, a tím zajistit výkon a spolehlivost obvodu.
S rozvojem nanomateriálů a vylepšených dielektrik se budou budoucí typy kondenzátorů dále rozšiřovat, což povede k novým inovacím v oblastech, jako je elektronika, automobily a energetika.
Často kladené otázky o kondenzátorech
Otázka 1. Který typ kondenzátoru má nejvyšší kapacitu?
Elektrolytické kondenzátory a superkondenzátory nabízejí nejvyšší hodnoty kapacity. Superkondenzátory mohou dosáhnout tisíců faradů, ale mají nízké jmenovité napětí.
Otázka 2. Které kondenzátory vydrží nejdéle?
Filmové kondenzátory mají obecně nejdelší životnost díky stabilnímu dielektriku a nízkému svodovému proudu. Keramické kondenzátory (MLCC) také nabízejí dlouhou životnost ve většině aplikací.
Otázka 3. Mohu nahradit elektrolytický kondenzátor keramickým kondenzátorem?
Ne vždy. Elektrolytické kondenzátory se volí pro své vysoké hodnoty kapacity, zatímco keramické kondenzátory mají obvykle menší kapacitu. Nahrazení závisí na požadavcích obvodu.
Otázka 4. K čemu se používají superkondenzátory?
Superkondenzátory se používají tam, kde je vyžadováno rychlé nabíjení/vybíjení a záložní ukládání energie, například v ochraně paměti, rekuperativním brzdění a systémech obnovitelných zdrojů energie.
Otázka 5. Proč jsou kondenzátory polarizované?
Polarizované kondenzátory (jako elektrolytické a tantalové) jsou navrženy pro zpracování stejnosměrného napětí se specifickou orientací. Nesprávná polarita může zničit dielektrickou vrstvu a poškodit kondenzátor.
Otázka 6. Jaká je hlavní nevýhoda kondenzátorů ve srovnání s bateriemi?
Kondenzátory ukládají méně energie než baterie a mají vyšší rychlost samovybíjení. Dokážou však dodávat energii mnohem rychleji a vydrží miliony cyklů.
