Colegiul Tehnic Gheorghe Cartianu Piatra Neam

PROIECT PENTRU SUSINEREA EXAMENULUI DE CERTIFICARE A COMPETENELOR PROFESIONALE NIVELUL III CU TEMA:

CONDENSATOARE

Profesor ndrumtor: Luminia Felea

Candidat: Anton Ciprian-Ionel

Iunie 2012

Cuprins: Argument.....3 Cap.1.Circuitul Condensatorilor....5 Cap.2.Faradul.....7 Cap.3 Energia stocat...8 Cap.4 Aplicaii.9 Cap.5 Istoria condensatorului..10 Cap.6 Circuite electrice....12 Cap.7 Tipurile de condensatori.17 Cap.8 SCHEMA ECHIVALENTA A CONDENSATORULUI REAL IN REGIM VARIABIL ..22 Cap.9 Gruparea condensatoarelor ...25 Bibliografie..28

2

Anton Ciprian-Ionel

ArgumentCondensatorul este un fel de baterie. Cu toate c lucreaz n moduri total diferite, i condensatorii i bateriile stocheaz energie electric. n interiorul bateriilor, o serie de reacii chimice produc electroni pe un terminal i i absorb de la cellalt. Un condensator este mai simplu dect o baterie, n sensul c el nu produce electroni, ci doar i stocheaz. Deci, condensatorul este un dispozitiv electric pasiv ce nmagazineaz energie sub forma unui cmp electric ntre dou armturi ncrcate cu o sarcin electric egal, dar de semn opus. Acesta mai este cunoscut si sub denumirea de capacitor. Unitatea de msur, n sistemul internaional, pentru capacitatea electric este faradul (notat F). Condensatoarele pot fi de mai multe feluri (electrolitice, cu tantal, etc.), ele fiind realizate att n tehnologie SMD (surface mounted device) cat i tehnologie THD (trough hole device). n interiorul condensatorului, terminalele sunt conectate la dou plci de metal separate de un material dielectric (non-conductor). Putei face cu uurin un condensator din dou buci de folie de aluminiu separate de o bucat de hrtie. Nu va fi un condensator foarte bun n privina capacitii sale de acumulare a energiei electrice, dar va funciona. n teorie, orice material non-conductor poate fi dielectric. Totui, pentru aplicaii practice, materiale specifice sunt folosite pentru a obin cele mai bune rezultate. Mica, ceramica, celuloza, porelanul, Mylar-ul, teflonul i chiar aerul sunt o parte dintre materialele dielectrice folosite la condensatori. Dielectricul folosit dicteaz tipul condensatorului i pentru ce este folosit. n funcie de mrimea i tipul dielectricului, unii condensatori sunt mai buni pentru cureni electrici de frecvene nalte, n timp ce alii pentru voltaje nalte. Condensatorii pot fi folosii n aproape orice scop, de la micii condensatori din computerul dumneavoastr la uriai condensatori ce alimenteaz un autobuz. NASA utilizeaz condensatori ce au ca dielectric sticla pentru a porni sistemele electrice uriae ale navetelor i staiilor spaiale.

3

Anton Ciprian-Ionel

Aici sunt o parte din dielectricii folosii n condensatori i ce capaciti le dau acestora: 1. Aerul adesea folosit n circuite radio; 2. Mylar folosit adesea pentru circuitele ceasurilor, cronometrelor i altor dispozitive de msurare a timpului; 3. Sticla bun pentru aplicaii de mare voltaj; 4. Condensatorii ceramici folosii pentru frecvene mari, n dispozitive ca antenele, scannere cu raze X sau MRI; 5. Super-condensatori folosii la maini electrice i hibride.

4

Anton Ciprian-Ionel

Cap.1 Circuitul condensatorilor ntr-o reprezentare schematic a unui circuit electric, un condensator este prezentat astfel, n funcie de tipul su.

Cnd conectai un condensator de o baterie, iat ce se ntmpl (vezi fig. de mai jos):

Placa condensatorului care este ataat la terminalul negativ al bateriei accept electronii produi de aceasta; Placa condensatorului care este ataat la terminalul pozitiv al bateriei pierde electroni, acetia ducndu-se la baterie.

5

Anton Ciprian-Ionel

Odat ce este ncrcat, condensatorul va avea aceeai tensiune electric ca i bateria (dac bateria are 1,5 voli, atunci si condensatorul va avea tot 1,5 voli). Pentru un mic condensator, capacitatea este mic. Marii condensatori pot suporta puin mai mult sarcin electric. Putei gsi condensatori mai ct o conserv care pot susine destul sarcin electric necesar pentru a face posibil aprinderea unui bec timp de un minut mai sau mai mult. Chiar i natura are un condensator care funcioneaz n forma fulgerelor. O plac sunt norii, iar cealalt este reprezentat de pmnt, iar fulgerul apare ntre aceste dou plci. Evident, cu un condensator de aceste dimensiuni se poate stoca destul sarcin pentru a produce fulgerele.

n imaginea de mai sus este un circuit format dintr-un bec, o baterie i un condensator. Dac condensatorul este destul de mare, vei observa c, atunci cnd conectai bateria, becul va lumina n timp ce curentul de bateriei circul spre condensator i acest acumuleaz sarcin electric. Lumina becului va crete n intensitate pn ce condensatorul i atinge capacitatea maxim. Dac vei deconecta bateria de la circuit i o vei nlocui cu un fir, curentul va circula de la o plac a condensatorului la cealalt. Becul va emite iniial o lumin intens care apoi scade n intensitate pe msur ce condensatorul se descarc.

6

Anton Ciprian-Ionel

Cap.2 Faradul Capacitatea de stocare a sarcinii electrice de ctre condensator, sau capacitana, este msurat n Sistemul Internaional n uniti numite farazi. Un condensator de un farad poate stoca un coulomb de sarcin la un volt. Un coulomb are 625 X 1016 electroni. Un amper reprezint o rat de electroni de 1 coulomb pe secund, aadar un condensator de un farad poate susine un amper pe secund la tensiunea de un volt. Un condensator de un farad este destul de mare. Din acest motiv, de obicei condensatorii se msoar n submultiplii faradului, n uniti ca microrfaradul (mF) i picofaradul (pF). Pentru a avea o perspectiv a ct de mare este un farad, gndii-v la asta: 1. O baterie AA alcalin standard are aproximativ 2,8 amperi/or; 2. Asta nseamn c o baterie AA alcalin standard poate produce un curent electric cu intensitatea de 2,8 amperi i cu tensiunea de 1,5 voli timp de o or (aproximativ 4,2 wai pe or o astfel de baterie poate ine aprins un bec de 4 wai aproximativ de o or); 3. S spunem c bateria produce curent cu tensiunea de un volt pentru a simplifica calculele. Pentru a stoca energia unei baterii AA cu intensitatea curentului de 2,8 amperi i cu tensiunea de un volt ntr-un condensator, v-ar trebui un condensator de 3600 X 2.8=10080 farazi, deoarece un amper pe or este egal cu 3600 amperi pe secund.

7

Anton Ciprian-Ionel

Cap.3 Energia stocat Ca sarcini opuse care se acumuleaz pe plcile unui condensator datorate unei separaii a sarcinilor, se dezvolt un voltaj n condensator datorit cmpului electric al acestor sarcini. Creterea energiei se face mpotriva cmpului electric, fiind separat mai mult sarcin electric. Energia (msurat n SI n jouli) stocat n condensator este egal cu aciunea necesar pentru a stabili voltajul n condensator i, implicit, i a cmpului electric. Energia stocat este calculat prin formula:

unde V este voltajul (tensiunea electrica) la bornele condensatorului. Energia maxim care poate fi stocat (n siguran) ntr-un condensator este limitat de cmpul electric maxim pe care l poate suporta materialul dielectric nainte s se distug. Aadar, toi condensatorii care folosesc acelai material dielectric au aceeai densitate a energiei (jouli per metru cub).

8

Anton Ciprian-Ionel

Cap.4 Aplicaii Diferena dintre un condensator i o baterie este c un condensator poate s se descarce de toat energia electric ntr-o fraciune de secund, n timp ce unei baterii i trebuie minute pentru a se descrca n totalitate. Acesta este motivul pentru care fulgerul electronic al unei camere foto folosete un condensator bateria ncarc condensatorul timp de cteva secunde, iar acesta elibereaz toat sarcina pe care a acumulat-o n lampa de blitz aproape instantaneu. Acest lucru face condensatorii mari extrem de periculoi televizoarele i alte dispozitive care conin condensatori mari au avertismente cu privire la deschiderea lor. Condensatorii sunt folosii n circuitele electrice n cteva moduri diferite: 1. Uneori, sunt folosii pentru a stoca energie i pentru a o folosi cu mare vitez. Acest lucru face un fulger. Laserele mari folosesc aceast tehnic pentru a genera scntei luminoase, instantanee. 2. Condensatorii pot de asemenea elimina pulsaiile. Dac un traseu electric de alimentare in curent continuu "are pulsai", un condensator poate absorbi vrfurile i umple vile, deci netezi forma de unda (de tensiune). 3. Un condensator poate bloca tensiunea curentului continuu. dac conectai un condensator la o baterie, atunci cnd se va ncrca n totalitate, ntre polii bateriei nu va mai circula curentul. Totui, orice semnal alternativ, trece printr-un condensator nestingherit. Acest lucru se ntmpl deoarece condensatorul se ncarc i se descarc odat cu fluctuaiile curentului, fcnd s par c acesta trece prin el.

9

Anton Ciprian-Ionel

Cap.5 Istoria condensatorului Invenia condensatorului variaz oarecum n funcia de cine ntrebi. Exist documente care indic faptul c cercettorul german Ewald Gorg von Kleist a inventat condensatorul n noiembrie 1754. Cteva luni dup aceea, Pieter van Musschenbroek, un profesor olandez de la universitatea Leyden a venit cu un dispozitiv similar, numit butelia de Leyda, care este considerat primul condensator. Deoarece Kleist nu avea jurnale i note foarte amnunite, el a fost adesea privit ca un contribuitor la dezvoltarea condensatorului, nu inventatorul acestuia. Totui, peste ani, s-a stabilit c cercetrile lor au fost independente i c ntre ele a fost doar o pur coinciden. Butelia de Leyda este un dispozitiv foarte simplu. El const dintr-un borcan de sticl, pe jumtate umplut cu ap, i cptui pe interior i pe exterior cu folie de metal. Sticla acioneaz ca un dielectric, dei s-a crezut pentru un timp c apa este ingredientul-cheie. Acolo este de obicei un fir de metal sau un lan care este trecut printr-un dop de plut (sau alt material izolant). Lanul este ncovoiat pe ceva care va distribui sarcina. Odat transmis curentul n butelie, ea ar trebui s poat susine dou sarcini opuse, dar egale n echilibru pn cnd este conectat la un fir, producnd o scnteie sau un oc.

10

Anton Ciprian-Ionel

Benjamin Franklin a folosit butelia de Leyda n experimentele sale cu electricitatea i a descoperit c o bucat de sticl plat funcioneaz la fel ca i butelia de Leyda, dezvoltnd astfel condensatorul plat sau ptratul Franklin. Civa ani mai trziu, chimistul englez Michael Faraday a folosit condensatorii n primele aplicaii practice n ncercarea de a stoca electroni nefolosii de la experimentele sale. Acesta a fost primul condensator utilizabil, fcut din butoaie mari de ulei. Progresul lui Faraday asupra condensatorilor este cel care ne-a permis s transportm energie electric pe distane mari. Ca rezultat pentru realizrile lui Faraday domeniul cmpurilor cmpurile electrice, unitatea de msur a capacitanei condensatorilor este faradul.

11

Anton Ciprian-Ionel

Cap.6 Circuite electrice 6.1 Sursele de curent continuu Materialul dielectric dintre plci este un izolator care oprete fluxul de electroni. Un curent electric constant care strbate un condensator depoziteaz electroni pe o plac i ia aceeai cantitate de electroni de pe placa cealalt. Acest proces se numete ncrcare. Curentul ce trece prin condensator rezult n separaraia de sarcin din interiorul su, care dezvolt un cmp electric ntre plcile unui condensator, dezvoltnd o diferen de voltaj ntre plci echivalent cu curentul electric ce trece prin el. Acest voltaj (V) este direct proporional cu cantitatea de sarcin separat (Q). ntruct curentul (I) din condensator este rata prin care sarcina (Q) este forat prin condensator (dQ/dt), aceasta poate fi exprimat matematic:

unde I este fluxul de curent n direcia convenional, msurat n amperi, dV/dt este timpul derivat al voltajului, msurat n voli per secund, i C este capacitana msurat n farazi. Pentru circuitele cu o surs de voltaj constant (conninuu) i care const doar din rezistene i condensatori, voltajul care traverseaz condensatorul nu poate depi voltajul de la surs. Astfel, se ajunge la un echilibru unde voltajul care traverseaz condensatorul este constant, iar curentul de la condensator este zero. Din acest motiv, se spune c condensatorii blocheaz curentul continuu. 6.2 Sursele de curent alternativ Curentul potrivit pentru un condensator este curentul alternativ, care i schimb direcia periodic. Acest tip de curent electric este cel mai potrivit pentru un condensator deoarece ncarc plcile alternativ: ntr-o direcie ncarc o plca iar cnd i-o schimb o ncarc pe cealalt. Cu excepia momentului n care curentul electric i schimb direcia, curentul condensatorului este diferit de zero pe tot parcursul unui ciclu. Din acest motiv putem spune c condensatorii las curentul alternativ s treac. Totui, electronii nu trec niciodat direct de la o plac la alta dect atunci cnd materialul dielectric este distus. O asemenea situaie duce la

12

Anton Ciprian-Ionel

distrugeri fizice ale condensatorului i, uneori, a circuitului electric n care acesta se afl. Deoarece voltajul care traverseaz condensatorul este proporional cu integralul curentului electric, cu sinusul undelor n curentul alternativ sau semnalul curcuitelor, rezult n aceast faz un unghi de 90 de grade, curentul conducnd voltajul unghiului de tranzit. Poate fi demonstrat c voltajul curentului alternativ care trece printr-un condensator este n cvardratur cu alternarea curentului prin condensator. Aceasta nseamn c voltajul i curentul electric sunt defazate cu un sfert de ciclu. Amplitudinea voltajului depinde de amplitudinea curentului divizat de produsul frecvenei curentului cu capacitana. 6.3 Impedana Rata voltajului fazat (fazat este un numr complex, care reprezint amplitudinea a unei funcii sinusoidale a timpului) care traverseaz un element al circuitului spre curentul fazat. Acel element se numete impedan (Z). Impedana descrie o msur a opoziiei a unui curent alternativ. Pentru un condensator, aceasta se calculeaz prin formula:

unde:

este reactana capacitiv, =2f este frecvena unghiular (f este frecvena, C este capacitana msurat n farazi, iar j este "unitatea imaginar"). Ct timp aceast relaie (ntre voltajul domeniului de frecven i curentul aociat cu un condensator) este adevrat, raportul dintre voltajul domeniului de timp i amplitudinii curentului este egal cu Xc doar pentru circuite sinusoidale (pentru curent alternativ) n stare stabil.

13

Anton Ciprian-Ionel

De aici, reactana capacitiv este componenta negativ imaginat a impedanei. Semnul negativ indic faptul c curentul electric duce voltajul la 90 pentru semnalul sinusoidal, ca opus fa de inductor, unde curentul electric rmne la 90o. Impedana este similar cu rezistena opus de un rezistor. Impedana unui condensator este invers proporional cu frecvena aadar, pentru cureni electric alternativi cu frecvene foarte mari, reactana se apropie de zero aa c un condensator este aproape de un scurt-circuit la cureni electrici alternativi cu frecvena mari. n schimb, pentru cureni electrici alternativi de frecven mic, reactana crete n exteriorul condensatorului, astfel nct acesta este un circuit deschis pentru un curent electric alternativ de frecven mic. Aceast frecven dependent de comportarment descrie majoritatea funciilor condensatorilor. Reactana este astfel numit deoarece condensatorul nu risipete energia, ci o stocheaz. n circuitele electrice, ca i n mecanic, sunt dou tipuri de sarcini: rezistiv i reactiv. Sarcinile rezistive (se aseamn prin analogie cu un obiect care se deplaseaz pe o suprafa aspr) disipeaz energia de la circuit sub form de cldur, iar sarcinile reactive (se aseamn prin analogie cu un obiect care se deplaseaz pe o suprafa unde frecarea este foarte mic) stocheaz energia, introducnd-o napoi pe circuit. De asemenea semnificativ este i impedana care este invers proporional cu capacitana, spre deosebire de inductori i rezistori, unde impedana este proporional cu rezistena i, respectiv, inductana. Aa c formula impedanei la legarea n serie i n paralel sunt inversul cazului rezistiv; n serie, suma impedanelor, iar n paralel suma conductanei (conductibilitii). 6.4 Legarea n serie sau n paralel Condensatorii aflai ntr-o configuraie paralel au aceeai diferen de potenial (voltaj). Capacitana total (Ceq) a lor este dat de formula:

14

Anton Ciprian-Ionel

Motivul pentru legarea condensatorilor n paralel este de a crete totalul de energie stocat. Cu alte cuvinte, crescnd capacitana crete i energia care poate fi stocat. Formula prin care se poate calcula acest lucru este

Curentul electric care trece prin condensatorii legai n serie rmne acelai, dar voltajul care traverseaz fiecare condensator poate fi diferit. Suma diferenelor de potenial (voltajelor) este egal cu voltajul total. Capacitana total a lor este dat de formula:

n paralel, suprafaa efectiv a condensatorului combinat a crescut, crescnd i capacitana total, n timp ce, n serie, distana dintre plci se reduce efectiv, aa c se reduce capacitana total.

15

Anton Ciprian-Ionel

Practic, conectarea condensatorilor n serie nseamn obinerea economic a unor condensatori de mare voltaj, care pot fi folosii, de exemplu, pentru a stabiliza curentul electric provenit de la o surs de mare voltaj. Trei condensatori de 600 de voli legai n serie vor crea un condensator de 1800 de voli. Aceasta este desigur capacitana obinut din legarea condensatorilor n serie, fiecare avnd o treime din capactana total. Opus aceti rezultat, se poate obine, conectnd n paralel aceeai condensatori, obinem o matri de condensatori 3X3, cu aceeai capacitan total cu un singur condensator, dar operabil n tensiuni de trei ori mai mici. n aceast aplicaie, un rezistor va fi conectat n faa fiecrui condensator pentru a asigura c voltajul este divizat egal la fiecare condensator i descrcarea condensatorilor cnd acetia nu sunt n uz. Alt aplicaia a acestui aranjament este utilizarea condensatorilor polarizai n circuite alternative; condensatorii sunt conectai n serie, cu polaritate invers, aa c la orice moment, un condensator va fi non-coductor.

16

Anton Ciprian-Ionel

Cap.7 Tipurile de condensatori

a). Vidul: doi electrozi, de obicei din cupru, sunt separai de vid. nveliul izolator este de obicei fabricat din sticl sau dintr-un material ceramic. Ei au tipic capacitane mici ntre 10 i 1000 picofarazi i voltaje mari peste 10 kilovoli (kV) sunt adesea utilizai la transmitoare radio i la alte dispozitive care folosesc cureni electrici de voltaje mari. Acest tip de condensatori poate fi fix sau variabil. Condensatorii cu vid variabili pot avea un raport dintre capacitana minim i cea maxim de peste 100, permind oricrui circuit pornit s acopere o decad complet de frecvene. Vidul cel mai apropiat de perfeciune dintre dielectricele cu pierderea tangenial egal cu zero. Acest lucru permite transmiterea curenilor electrici fr pierderi semnificative i degajare de cldur. b). Aerul: un condensator care are ca material dielectric aerul, const din dou plci metalice, fabricate de obicei din aluminiu sau alam placat cu argint. Aproape toi condensatorii cu aer sunt variabili i sunt folosii la circuite pentru unde radio. c). Folie de plastic metalizat: aceti condensatori sunt fabricai dintr-o folie din polimer de nalt calitate (de obicei policarbonat, polistiren, polipropilen, poliester, i pentru condensatori de nalt calitate, polisulfon), i o folie sau un strat de metal care acoper aceast folie din plastic. Ei au o calitate i o stabilitate bun Anton Ciprian-Ionel 17

i sunt potrivite pentru circuitele temporizatoarelor. Adecvate pentru frecvene mari. d). Mic: Asemntori cu cei din folie metalic. Adesea pentru voltaj nalt. Potrivii pentru frecvene mari. Scumpi. e). Hrtie: Folosii pentru voltaje relativ mari. Acum nvechit. f). Sticl: Folosii pentru voltaje nalte. Scumpi. Coeficient stabil de temperatur ntr-o gam larg. g). Ceramici: Straturi subiri, alternative, de metal i material ceramic. De materialul ceramic folosit ca dielectric, i dac sunt din clasa I sau II, depinde temperatura i capacitana. Ei au (n special cei din clasa a II-a) un factor de disipare mare, un coeficient mare de disipare al frecvenei, capacitatea lor depinde de voltajul care i strbate, capacitatea lor se modific odat cu vrsta. Totui, ei sunt folosii n multe aplicaii de mic precizie de cuplare i filtrare. Adecvai pentru frecvene nalte. h). Aluminiu electrolitic: Polarizai. Similari ca structur cu cei cu folie metalic, dar electrozii (plcile) sunt fabricate din plci de aluminiu decapate pentru a dobndi o suprafa mai mare. Dielectricul este fabricat dintr-un material mbibat ntr-o substan numit electrolit. Ei pot avea capaciti mari, dar sufer din cauza toleranelor mici, instabilitii mari, pierderea gradual a capacitii n special atunci cnd sunt supui la cldur i scurgeri de electrolit. Tind s i piard capacitatea la temperaturi sczute. Neadecvai pentru cureni de nalt frecven. i). Tantal electrolitic: similari cu condensatorii de tipul aluminiu-electrolitic dar cu caracteristici de temperatur i frecven mai bune. Absorbie dielectric mare. Neetaneitate mare. Au performane mai mari la temperaturi sczute. j). OS-CON: Condensatori fabricai dintr-un semiconductor organic polimerizat de tip solid-electrolit care ofer o durat de via mai mare i un cost mai mare. k). Supercondensatori: Fabricai din carbon aerogel, nanotuburi de carbon sau electrozi cu porozitate mare. Capacitate extrem de mare. l). Condensatori pitici: Sunt fabricai din doi conductori izolai care au fost rsucii. Fiecare conductor se comport ca un electrod al condensatorului. Condensatorii pitici sunt o form de condensatori variabili. Mici modificri ale

18

Anton Ciprian-Ionel

capacitanei (20% sau mai puin) sunt obinute prin rsucirea i desfacerea celor doi conductori. m). Varactor sau varicap: Sunt condensatori speciali cu praguri de diode inverse a cror capacitan cariat cu voltajul. Folosii printre altele n bucle blocate n faz.

19

Anton Ciprian-Ionel

20

Anton Ciprian-Ionel

Condensatoarele pot fi clasificate in functie de natura dielectricului utilizat in condensatoare cu dielectric: gazos, lichid, anorganic si organic solid sau din punct de vedere constructiv in: fixe si variabile. Principalele caracteristici electrice ale condensatoarelor sunt:

capacitatea nominala (Cn) si toleranta acesteia, specificate la o anumita frecventa (50, 800 sau 1000 Hz); tensiunea nominala (Vn) care reprezinta valoarea maxima a tensiunii continue sau a tensiunii efective care nu produce strapungerea condensatorului in functionare indelungata; rezistenta de izolatie (Riz), care reprezinta valoarea raportului tensiunecurent continuu la un minut dupa aplicarea tensiunii; tangenta unghiului de pierderi c) care reprezinta raportul dintre puterea activa si cea reactiva, masurate la aceeasi frecventa la care a fost masurata capacitatea nominala.

Exista si alti parametri pe care insa nu-i vom mai prezenta aici. Condensatoarele variabile mai au urmatorii parametri: capacitatea minima (Cmin); legea de variatie a capacitatii data de functia C = f(Cmin, Cmax max. Astfel, ca legi de variatie a capacitatii pot fi: legile liniara, exponentiala etc. In figura 1 sunt date simbolurile unor tipuri de condensatoare:

a.

b.

c.

d.

Fig. 1 Simbolurile condensatoarelor: a) fix; b) variabil; c) condensator electrolitic; d) condensator semivariabil (trimer)

21

Anton Ciprian-Ionel

Cap.8 SCHEMA ECHIVALENTA A CONDENSATORULUI REAL IN REGIM VARIABIL

Schema echivalenta a condensatorului real in regim variabil este data in figura 2.

Fig. 2. condensatorului real

Schema echivalenta a

Impedanta echivalenta a condensatorului real (vezi fig. 2) este:

, (1.13) unde RS si CS sunt rezistenta, respectiv capacitatea serie a condensatorului. Exista o valoare a frecventei, numita frecventa de rezonanta r, care daca este depasita, condensatorul real isi pierde caracterul de condensator. Pentru condensatoarele electrolitice schema echivalenta se complica datorita electrolitului.

Condensatoare cu mica. Ca material dielectric se foloseste mica sub forma de folii, iar armaturile metalice sunt folii de Sn, Cu electrolitic, Al, Ag. Dupa impachetare se ermetizeaza cu ceara minerala, rasini, ceramica sau sticla. Condensatoare cu hrtie. Dielectricul este format din 2-3 folii de hrtie, iar

22

Anton Ciprian-Ionel

armaturile din folii de Al sau prin depunere in vid din Zn sau Al. Dupa bobinare condensatorul se impregneaza cu dielectric. Condensatoare cu pelicule plastice. Dielectricul este format din folii de materiale termoplaste (polietilen tereftalat, policarbonat, polistiren, polietilena etc.). Condensatoare ceramice. Materialele folosite la constructia acestor condensatoare sunt materiale ceramice cu polarizare temporara sau spontana, cum ar fi titanatul de bariu. Fenomenul de polarizare, care apare ca urmare a aplicarii asupra dielectricului a unui cmp electric, determina aparitia in dielectric a unei orientari a sarcinilor, astfel inct acesta se comporta ca un condensator. Condensatoare electrolitice. Prezint proprieti remarcabile (permitivitate i rigiditate mare) i posibilitatea de obinere a unei pelicule sub un micron, ceea ce duc la realizarea de capaciti specifice mari (sute F / cm3 ).Ele se bazeaz pe proprietatea oxizilor unor metale ca aluminiul i tantalul, de a conduce ntr-un sens i de a prezenta o rezisten de blocare mare n cellalt sens. De aceea, aceste condensatoare sunt polarizate. Anodul este format dintr-o folie de aluminiu de nalt puritate, groas de 60100 microni, care este oxidat simultan pe ambele pri prin electroliz. Stratul de oxid gros de circa o miime de micron pentru fiecare volt al tensiunii nominale, constutuie dielectricul. Pentru mrirea suprafeei anodului i deci pentru obinerea de capaciti mari ntr-un volum mic, ea nu este neted ci asperizat prin corodare electrochimic. Catodul este o soluie de acid boric, hidroxid de amoniu i glicoletilen, care ptrunde n toi porii anodului. Aceast soluie este meninut n contact cu stratul de oxid anodic pe toat suprafaa prin impregnarea a 2-5 foie de hrtie fr impuriti. Contactul catodic se realizeaz prin alt folie de aluminiu dar de grosime mult mai mic (10 microni), care se aeaz peste foile de hrtie. ntreg ansamblul, format dintre dou folii de aluminiu (anodul i contactul catodic), avnd ntre ele foiele de hrtie este apoi rulat pn capt o form cilindric. Acesta se introduce apoi n tuburi de aluminiu etanate cu dopuri de cauciuc. Contactul anodic este izolat iar contactul catodic se leag la carcas. Condensator electrolitic cu tantal.In care anodul este sintetizat din pulbere de tantal, care apoi se oxideaz, iar ca electrolit se utilizeaz o pelicul solid

23

Anton Ciprian-Ionel

semiconductoare de MnO2. Condensatoarele cu tantal sunt utilizate n domeniul de temperatur -80C i +85C. Fa de condensatoarele electrolitice cu aluminiu, condensatoarele cu tantal prezint o serie de avantaje: - gama frecvenelor de lucru este mai larg; - temperatura minim de funcionare este mai cobort; - fiabilitatea este mai ridicat; - timpul de stocare este mai mare; - curentul de fug este extrem de mic. Dezavantajul condensatoarelor cu tantal se manifest n comportarea n regim de impulsuri, prin cristalizarea Ta2O5 n punctele slabe ale peliculei (curent de fug mrit), ceea ce duce la strpungere termic. mbuntirea comportrii n regim de impulsuri s-a obinut prin utilizarea pentoxidului de tantal dopat (cu molibden) ameliornd i rezistena la tensiunea invers, curentul n sens direct crescnd nesemnificativ. Condensatoarele electrolitice cu aluminiu acoper gama (0,5150.000) F i tensiuni nominale pn la 500V, iar cele cu tantal pn la o tensiune de 100+125 V, cu tolerane mai strnse, pn la 5%.

24

Anton Ciprian-Ionel

Cap.9 Gruparea condensatoarelorGrupare condensatoarelor este o operatie care se efectueaza ori de cate ori avem nevoie, intr-o experienta, de anumite valori ale capacitatii si de care nu dispunem la acel moment. Exista doua modalitati de grupare a condensatoarelor si anume: in serie si in paralel.Gruparea in serie (in cascada). In acest tip de grupare, condensatoarele se leaga unul dupa celalalt (in sir) ca in figura urmatoare. C1 A o +q -q o C2 +q -q o C3 +q -q o C4 +q -q B o

U1

U2

U3

U4

U

In aceasta grupare fiecare condensator are aceiasi sarcina q datorita fenomenului de inductie electrostatica, dar in schimb, diferenta de potential pe fiecare condensator este diferita, fiind invers proportionala cu capacitatea condensatoarelor astfel: q U1 = ---- ; C1 q U2 = ---- ; C2 q U3 = ---- ; C3 q U4 = ---C4

25

Anton Ciprian-Ionel

Capacitatea echivalenta la bornele AB, a acestei grupari, capacitate pe care vrem sa o determinam, este capacitatea acelui condensator care inlocuind gruparea si avand aplicata intre armaturi o diferenta de potential U egala cu suma diferentelor de potential aplicate condensatoarelor din grupare se incarca cu aceiasi sarcina q: U = U1 + U2 + U3 + U4 inlocuind vom obtine;

q q q q q C C1 C 2 C3 C 4

; impartim relatia cu q si vom obtine:

1 1 1 1 1 C C1 C 2 C 3 C 4

unde C reprezinta capacitatea echivalenta a gruparii in serie a condensatoarelor.

Pentru cazul in care legam n condensatoare, atunci relatia de devine:n 1 1 C i 1 C i

iar pentru cazul in care se leaga doar doua condensatoare, capacitatea echivalenta se calculeaza cu relatia:

C1 C 2 C1 C 2 Observatie: Legarea condensatoarelor in serie este justificata mai ales atunci cand se folosesc tensiuni mari, pe care un singur condensator nu le-ar putea suporta. C

Gruparea in paralel (in suprafata). Aceasta grupare se realizeaza legand impreuna intr-un punct (in punctual A de exemplu) cate o armatura a fiecarui condensator si in alt punct (de ex. in punctual B) celelalte armaturi ale condensatoarelor, ca in figura de mai jos. C1

C2 A o C3 B o

26

Anton Ciprian-Ionel

U

In cazul acestui tip de grupare, se observa ca fiecare condensator este conectat la aceiasib diferenta de potential U si va avea corespunzator sarcina: q1 = C1 U; q2 = C2 U; q3 = C3 U;

Capacitatea echivalenta ce trebuie determinata este capacitatea acelui condensator care pus in locul gruparii si aplicandu-i-se diferenta de potential U se incarca cu o sarcina egala cu suma sarcinilor cu care s-au incarcat condensatoarele din grupare: Deci la bornele AB vom avea: q = CU; unde q = q1 + q2 + q3

inlocuind vom obtine: CU = C1U + C2U + C3U impartim relatian cu U si vom obtine relatia:

C = C1 + C2 + C3

cu care se calculeaza capacitatea echivalenta a gruparii condensatoarelor in paralel.

Pentru n condensatoare grupate in paralel avem:

C Cii 1

n

27

Anton Ciprian-Ionel

Bibliografie:

http://en.wikipedia.org/wiki/capcitor (www.wikipedia.org) http://electronics.howstuffworks.com/capacitor (www.howstuffworks.com) http://referat.clopotel.ro

28

Anton Ciprian-Ionel