Zdaniem eksperta
Kondensator – co to jest i jak działa? Kondensator jak sprawdzić?
Udostępnij przez:
Spośród elementów powszechnie stosowanych w urządzeniach elektronicznych, jednym z najpopularniejszych jest kondensator. To mały podzespół wchodzący w skład układów elektronicznych, montowany na płytce PCB. Stosowany jest praktycznie przez każdego producenta urządzeń i znajdziesz go w praktycznie każdym urządzeniu zasilanym prądem elektrycznym.
W artykule znajdziesz:
1. Jak zbudowany jest kondensator?
4. Kondensator elektrolityczny
8. Superkondensator zamiast akumulatora
Jak zbudowany jest kondensator?
Stosowany w urządzeniach elektronicznych kondensator jest wynalazkiem o długiej historii. Pierwsze takie elementy pojawiły się już w XVIII wieku, oczywiście od tego czasu znacznie się rozwinęły. Pojawiły się kondensatory różnych typów o odmiennej pojemności. Kondensator jest biernym elementem elektronicznym, którego zadaniem przechowywanie energii w postaci pola elektrycznego. Składa się on z dwóch przewodników lub elektrod, które rozdziela dielektryk, czyli materiał izolujący.
Gdy kondensator otrzyma stałe napięcie, w poszczególnych elektrodach gromadzą się przeciwne ładunki eklektyczne. Gdy odłączymy napięcie kondensator przechowuje ładunki i pozostaje naładowany Zdolność kondensatora do gromadzenia ładunku elektrycznego określa jego pojemność, wyrażana w faradach. Wzór na pojemność kondensatora to C= Q/U. Gdzie C określa pojemność, Q to ładunek zgromadzony na jednej okładce (w kulombach), a U jest napięciem elektrycznym między okładkami (w woltach).
Jako że sam farad jest dużą jednostką najczęściej pojemność jest prezentowana w jego ułamku, np. milifaradach, stanowiących tysięczną część jednostki. Podczas projektowania układów elektronicznych pojemność kondensatora jest jednym z parametrów, na które należy zwrócić uwagę. Jest ona dobierana do konkretnych zastosowań i przeznaczenia projektowanego układu.
Zastosowanie kondensatorów
Kondensator to niezbędny element obwodu elektronicznego. Występuje kilka rodzajów ich konstrukcji, np. elektrolityczne – aluminiowe i tantalowe, foliowe, ceramiczne, powietrzne i strojeniowe i każdy z nich ma inną charakterystykę co sprawia, że jest dedykowany konkretnym zastosowaniom. Poza takimi parametrami jak pojemność o ich użyciu decydują np. polaryzacja, napięcie przebicia, opór szeregowy i równoległy, podatność na zużycie, rozmiary i kształt czy stabilność funkcjonowania w danym zakresie temperatur. Kondensator uniwersalny zatem nie istnieje, jednak wybór jest na tyle duży, że bez trudu znajdziemy elementy do specjalistycznych prac.
Nie sposób wymienić wszystkich urządzeń, w których kondensatory są stosowane i nie ma to zbytniego sensu. Ten element jest na tyle powszechny, że jego różne rodzaje znajdziemy w praktycznie każdym urządzeniu elektronicznym – wzmacniaczach, telewizorach, płytach głównych, zasilaczach oraz wielu, wielu innych. Dlatego właściwie lepiej skupić się na tym jakie zadania ma spełniać kondensator w przykładowych zastosowaniach.
Co robi kondensator?
Rola tego elementu zależy od tego w jakim urządzeniu został użyty oraz jakiego rodzaju kondensator zastosowano. Kondensator służy do przechowywani energii elektrycznej i może być ona użyta dokładnie wtedy, gdy jest niezbędna. Zdarzają się takie sytuacje jak np. spadek napięcia lub wzrost poboru energii urządzenia ze względu na zwiększone obciążenie. W takich momentach kondensator zagwarantuje stabilną pracę.
Komponenty elektroniczne są bardzo wrażliwe na stabilność napięcia, wpływa bowiem ono na sposób ich pracy, a nawet może doprowadzić do uszkodzenia. Dlatego kondensatory filtrują sygnały elektryczne oraz eliminują powstające zakłócenia, zmniejszając tym samym wahania napięcia. Z tego względu są powszechnie użytkowane w zasilaczach.
Innym praktycznym zastosowaniem kondensatorów jest wykorzystanie ich jako zamiennika akumulatorów. Mogą być użyte np. w systemach zasilania awaryjnego czy pojazdach elektrycznych. Są one bardzo szybko ładowane i równie szybko oddają dużą ilość energii.
Zobacz także: Jak sprawdzić zasilacz komputerowy, czy działa?
Kondensator elektrolityczny
Jednym z rodzajów kondensatorów jest kondensator elektrolityczny. Rolę jednej z elektrod pełni w nim elektrolit. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie większej pojemności niż w kondensatorach innego rodzaju. Co ciekawe, został wynaleziony już w 1896 r., a pomysłodawcą tego rozwiązania był Karol Pollak, polski elektrotechnik i przemysłowiec.
Jak wygląda budowa kondensatora elektrolitycznego? Składa się z elektrody metalowej, zazwyczaj wykorzystuje się tantal lub aluminium, oraz elektrolitowej podłączonych do wyprowadzeń, a rozdziela je warstwa dielektryka z tlenku metalu. Kondensator elektrolityczny ma takie zalety jak duża pojemność przy małych rozmiarach oraz mała rezystancja szeregowa i mała indukcyjność szeregowa. Jest powszechnie wykorzystywany w urządzeniach elektronicznych, np. sprzęcie komputerowym.
Możesz łatwo zaobserwować, że kondensator elektrolityczny jest uszkodzony, wystarczy na niego zerknąć. Przyczyną utraty parametrów, a zatem i awarii jest wyciek elektrolitu, wskutek, którego kondensator puchnie. Robi się grubszy, a na jego powierzchni pojawiają się wybrzuszenia. Awaria wynika ze wzrostu ciśnienia wewnątrz kondensatora, powoduje ono rozszczelnienie obudowy oraz wyciek elektrolitu.
Kondensator elektrolityczny aluminiowy jako elektrodę dodatnią używa aluminium. Jest wykorzystywany w przypadku dużych pojemności, ponieważ cechuje się korzystnym stosunkiem pojemności do rozmiarów. Ma również niską rezystancję szeregową i małą indukcyjność szeregową. Kondensator elektrolityczny tantalowy, ma elektrodę metaliczną wykonaną z tantalu. Oferuje on bardzo dobrą odporność na warunki zewnętrzne i ma niewielkie rozmiary.
Kondensator foliowy
Cechą charakterystyczną jest to, że kondensator foliowy, jak wskazuje sama nazwa, wykorzystuje folię jako dielektryk. Jest on wykonana z tworzywa sztucznego, np. poliwęglanu, poliestru czy polipropylenu. Elektrody napyla się na tę folię lub wykonuje z osobnej foli metalowej.
Spośród atutów, jakie oferuje kondensator foliowy, warto wymienić możliwość poprawnej pracy przy dużym prądzie czy dużą wytrzymałość napięciową. Ma jednak stosunkowo małą pojemność. Zależnie od rodzaju folii różnią się właściwości temperaturowe, jak maksymalna temperatura pracy czy odporność na przebicie elektryczne. To sprawia, że poszczególne rodzaje kondensatorów foliowych dedykowane są konkretnym zastosowaniom.
Kondensator ceramiczny
Z pojedynczej płytki lub stosu płytek ze specjalnych materiałów ceramicznych tworzony jest kondensator ceramiczny. Zastosowanie różnych materiałów ceramicznych o specyficznych właściwościach wpływa na takie parametry jak zakres wartości względnych przenikalności elektrycznych. Osiągana wartość kilkudziesięciu tysięcy możliwa jest do uzyskania tylko przy zastosowaniu materiałów ceramicznych.
Możliwe jest dzięki temu tworzenie kondensatorów o niewielkich rozmiarach oraz dużej pojemności mogących konkurować z kondensatorami elektrolitycznymi. Za to mogą one pracować z dowolną polaryzacją i mają mniejszą upływność. Kondensatory ceramiczne o niskich wartościach stałej dielektrycznej są także stosowane jako tzw. trymery, czyli kondensatory o zmiennej pojemności.
Kondensator zmienny
Nazywany jest także nastawnym lub strojeniowym. Kondensator zmienny ma unikalną właściwość, ponieważ jego pojemność można płynnie zmieniać. Używa się go np. w radioodbiornikach czy telewizorach wraz z kondensatorami stałymi. Prosty kondensator zmienny składa się z dwóch, ruchomych względem siebie, płytek izolowanych przez dielektryk. W takim przypadku pojemność jest jednak zbyt mała. Dlatego, aby uzyskać dużą pojemność, kondensatory zmienne są tworzone jako zespoły składające się z wielu płytek – statora i rotora.
Stator to elektroda lub zespół elektrod stałych, z kolei rotor, jak sugeruje nazwa to elektroda lub zespół ruchomych elektrod, które zazwyczaj są połączone z obudową kondensatora. Montowane wspólnie sekcje tworzą tzw. agregaty. Aby możliwa była zmiana charakterystyki pojemności kondensatorów montowane są dodatkowe kondensatory zmienne o malej pojemności, czyli tzw. trymery.
Superkondensator zamiast akumulatora
Popularnym źródłem zasilania w urządzeniach elektronicznych może być tzw. superkondensator. Jest to kondensator elektrolityczny, oferujący dużą pojemność elektryczną. Dzięki zdolności przechowywania energii może w niektórych przypadkach stanowić alternatywę dla akumulatorów. Superkondensator ładuje się bardzo szybko, ale i równie szybko się rozładowuje, co sprawia, że jego zastosowania są specyficzne. Może być używany np. w samochodach hybrydowych jako magazyn energii powstałej podczas hamowania, która jest szybko oddawana po zakończeniu procesu. Superkondensatory mogą funkcjonować obok tradycyjnych akumulatorów.
Tego typu kondensator elektrolityczny jest również popularnym rozwiązaniem w wideorejestratorach. Kamery samochodowe, podczas pracy i tak są zasilane np. z gniazda USB. Dlatego wystarczającym źródłem energii jest superkondensator, którego zadaniem jest podtrzymywanie pracy po odłączeniu stałego zasilania, aby dane zostały zapisane. Rozwiązanie takie ma kilka przewag nad tradycyjnym akumulatorem. Przede wszystkim superkondensator oferuje dużą sprawność energetyczną, nawet do 95 proc. i może pracować w szerokim zakresie temperatur od -40 do nawet 60 stopni Celsjusza. Jest w stanie wytrzymać nawet milion cykli ładowania i rozładowania, czyli wielokrotnie więcej niż akumulator. Dodatkowo jest przystępny cenowo, a do jego produkcji używa się materiałów o niewielkiej toksyczności.
Uszkodzony kondensator, jak sprawdzić?
Jak już wspomnieliśmy, prawdopodobnie rozpoznasz uszkodzony kondensator elektrolityczny. Spuchnięta obudowa oraz ślady pozostawione przez elektrolit to niezawodne zwiastuny utraty sprawności. Oprócz tego zauważysz zmianę pracy urządzenia, np. płyta główna przestanie działać stabilnie, czy np. telewizor nie będzie się włączał. Poza tym możesz jednak zastosować bardziej precyzyjne metody oceny stanu. Każdy kondensator powinien pracować z określonym napięciem, te możesz sprawdzić za pomocą specjalnego testera kondensatorów lub korzystając przyrządów pomiarowych np. z multimetru z funkcją pomiaru ESR. Jeśli zanotowane przez mierniki wartości będą odbiegały od rekomendowanych zaleceń, oznacza to uszkodzenie.
Jak wymienić kondensator?
Jeśli masz w sobie chęci oraz odpowiednie umiejętności, oczywiście możesz wymienić uszkodzony kondensator. Niezbędne elementy, gdy już zdiagnozujesz usterkę można zazwyczaj bez trudu dokupić. Wystarczy, że znajdziesz kondensator odpowiadający parametrami temu zastosowanemu fabrycznie. Przed przystąpieniem do prac powinieneś wyposażyć się w odpowiednie narzędzia. Niezbędna jest oczywiście lutownica. W ofercie sklepu internetowego Media Expert znajdziesz różne rodzaje lutownic, które doskonale sprawdzą się w pracach z elektroniką. Największy komfort pracy zapewni Ci stacja lutownicza, jednak pod warunkiem sporadycznego użytkowania nada się także popularna lutownica transformatorowa.
Uszkodzony kondensator należy usunąć. Gdy już go znalazłeś, obróć płytkę drukowaną na drugą stronę i zlokalizuj jego piny. Następnie wylutuj stary kondensator i w jego miejsce przylutuj nowy. Pamiętaj o odpowiedniej pozycji. Kondensator ma dwie nóżki, dłuższa to plus, a krótsza minus. Odpowiednie oznaczenia znajdziesz także na samym kondensatorze. Gdy już przylutujesz kondensator, za pomocą szczypiec obetnij końcówki nóżek. Dobre szczypce do prac z elektroniką znajdziesz oczywiście w ofercie sklepu mediaexpert.pl i możesz je zamówić z dostawą do domu lub punktu odbioru. Po tym pozostaje Ci zmontować urządzenie, w którym wymieniałeś kondensator i sprawdzić, czy działa poprawnie.
Początkowo wymiana kondensatora mogła wydawać się trudna, lecz po przeczytaniu opisu z pewnością uznałeś ją za nieco łatwiejszą. Być może nie jest to sposób na naprawę każdego sprzętu elektronicznego i wiele usterek jest poważniejszych, jednak szczególnie w przypadku starszych urządzeń nowy kondensator może zdziałać cuda. Jeśli więc chcesz się zabrać za hobbistyczne naprawy elektroniki, np. aby wskrzesić starszy wzmacniacz, który nagle przestał działać, to na samym początku warto sprawdzić właśnie stan kondensatorów.
Udostępnij przez:
Promocje wybrane dla Ciebie
WięcejTe poradniki mogą okazać się pomocne
