Kondenzator

Kondenzator

Različite vrste kondenzatora
Tip komponente	pasivna
Princip rada	električni kapacitet
Izumitelj	Ewald Georg von Kleist Pieter van Musschenbroek
Prva proizvodnja	1745.
Pinovi	dva, elektrolitski imaju pol, keramički ne
Elektronski simbol

Kondenzator je elektronska komponenta koja služi za skladištenje elektriciteta. Sposobnost kondenzatora da primi naelektrisanje naziva se električni kapacitet. Što je vrednost veća, to u jednom trenutku kondenzator može da uskladišti više elektrona. Uskladišteni elektricitet se može iskoristiti po potrebi.

Sposobnost kondenzatora da prikupljaju i otpuštaju elektrone može se iskoristiti da „ispeglaju" kolebanja napona. Određeni nivo napona primenjenog na kondenzator proizvodi određeni broj uskladištenih elektrona. Kada napon počne da raste, kondenzator skladišti više elektrona, čime se umanjuje porast napona. U slučaju da napon počne opadati, kondenzator oslobađa određen broj „zarobljenih" elektrona i time se ponovo "pegla" promena napona. U izvorima napajanja koja pretvaraju naizmeničnu struju u jednosmernu često se koriste kondenzatori za stabilizovanje napona.^[1]

Postoji nekoliko vrsta kondenzatora, od kojih se najčešće koriste keramički i elektrolitski. Elektrolitski može uskladištiti nešto više struje, ali je ujedno i polarizovan, što znači da treba pravilno spojiti plus i minus polaritet napajanja, inače može da pregori, za razliku keramičkog gde to nije potrebno.^[2]

Kondenzatori za različite projekte se biraju na osnovu njihovih dielektričnih materijala. Neki materijali su bolji za određene primene. Najčešće se koriste aluminijumski elektrolit, tantalov elektrolit, keramika, liskun, polipropilen, poliestar, papir i polistiren. Polipropilenski, poliestarski i polistirenski kondenzatori obično se zovu blok kondenzatori.^[3] Kondenzatori s papirnim i aluminijumskim dielektrikom najčešće su valjkastog oblika. Kondenzatori s tantalom, keramikom, liskunom i polistirenom loptastiji su, jer se uranjaju da bi se oformio spoljni omotač. Međutim, ne može se uvek na osnovu oblika odrediti vrsta kondenzatora.

Kondenzatori su, posle otpornika, najčešće korišćene komponente u elektronskim uređajima.^[4] Promenljivi kondenzatori omogućavaju podešavanje kapacitivnosti.

Glavni članak: Leidenska boca

U oktobru 1745. godine, Evald Georg fon Flajst iz Pomeranije, Nemačka, otkrio je da se naelektrisanje može uskladištiti povezujući visokonaponski elektrostatički generator žicom sa vodom u staklenoj čaši.^[5] Njegova ruka i voda su delovali kao provodnici, a čaša kao izolator (mada su detalji mehanizma tada pogrešno identifikovani). Fon Klajst je utvrdio da je dodirivanje žice dovodilo od jakih varnica, mnogo jačih od onih koje su dobijene elektrostatičkom mašinom. Naredne godine, holandski fizičar Piter van Mušenbruk je nezavisno izumeo sličan kondenzator, koji je on nazvao Lajdenskom bocom, po Lajdenskom univerzitetu gde je on radio.^[6] On je isto tako bio impresioniran snagom šoka koji je primio, pišući, „Ne bih podneo drugi šok za kraljevstvo Francuske”.^[7]

Danijel Gralat je prvi paralelno kombinovao nekoliko Lajdenskih boca radi povećanja kapaciteta.^[8] Bendžamin Frenklin je istraživao Lajdensku bocu i došao do zaključka da je naelektrisanje bilo uskladišteno na staklu, ne u vodi kako su drugi pretpostavljali. On je takođe koristio termin „baterija”^[9] (u smislu povećanja moći sa redom jedinica kao u bateriji topova), što je naknadno primenjeno na elektrohemijske ćelije.^[10] Lajdenske boce su kasnije oblagane iznutra i izvana metalnom folijom, izostavljajući prostor pri vrhu da bi se sprečio nastanak električnih lukova između folija. Najranija jedinica kapacitivnosti je bio džar, ekvivalentan sa oko 1,11 nanofarada.^[11]

Rani kondenzatori su bili poznati kao kondenzeri, termin koji se povremeno još uvek koristi u današnje vreme, posebno u visokonaponskim primenama, kao što su automobilski sistemi. Termin je prvi put korištio za tu svrhu Alesandro Volta 1782. godine, u smislu sposobnosti ovog uređaja da skladišti veću gustinu električnog naelektrisanja nego što je to moguće u izolovanom provodniku.^[12]

Lajdenska boca i njeni moćniji naslenici, u kojima se koriste ravne staklene ploče naizmenično sa folijskim provodnicima, su korištene do kraja 19. veka. Od početka izučavanja elektriciteta izolacioni materijali poput stakla, porcelana, papira i liskuna, korišteni su kao izolatori. Ti materijali su kasnije bili veoma podesni za upotrebu kao dielektrici za prve kondenzatore.

1876. godine počela je proizvodnja papirnih kondenzatora, napravljenih u vidu sendviča traka impregniranog papira između traka metala i umotanih u cilindre. Oni su bili u širokoj upotrebi u kasnom 19. veku, a od ranog 20. veka su korišteni kao razdvajajući kondenzatori u telefoniji.^[13]

Od 1895. godine izum radio-telegrafa stvorio je potrebu za standardnim kondenzatorima, a stalni pomak ka višim frekvencijama stvarao potrebu za kondenzatorima sa nižom induktancom. Došlo je do kompaktnijih metoda konstrukcije, kao što su fleksibilne dielektrične ploče (poput nauljenog papira) između ploča metalne folije, uvijene ili savijene u mali paket.

Karol Pollak izumitelj je prvih elektrolitičkih kondenzatora. On je ustanovio da su slojevi oksida na aluminjumskoj anodi ostajali stabilni u neutralnom ili alkalinom elektrolitu, čak i kad se napon isključi. 1896. godine njemu je izdat SAD patent br. 672,913 za „Električni tečni kondenzator sa aluminijumskim elektrodama”.

Porcelan je korišten u prvim keramičkim kondenzatorima. Početkom 20. veka, u ranim godinama Markonijevog bežičnog transmisionog aparata porcelanski kondenzatori su korišteni za visoko-naponske i visoko-frekvencione svrhe u transmitorima. Na prijemničkoj strani manji liskunski kondenzatori su korišteni za rezonantna kola. Te dielektrične kondenzatore je izmeo Vilijam Dubilijer 1909. godine. Pre Drugog svetskog rata, liskun je bio najzastupljeniji dielektrik za kondenzatore u Sjedinjenim Državama.^[13]

Sa razvojem plastičnih materijala tokom Drugog svetskog rata, industrija kondenzatora je počela da zamenjuje papir tanjim polimernim filmovima. Jedan veoma rani razvoj u oblasti filmskih kondenzatora je opisan u britanskom patentu 587,953 iz 1944. godine.^[13]

Tantalske kondenzatore sa čvrstim elektrolitom su izumele Belove laboratorije početkom 1950-ih kao minijaturne i pouzdanije nisko-voltne kondenzatore koji su bili podesni za uklapanje u kola sa njihovim novoizumljnim tranzistorima.

Poslednji izumljeni su električni dvoslojni kondenzatori (sad superkondenzatori). Godine 1957 H. Beker je razvio „niskonaponski elektrolitički kondenzator sa poroznim ugljeničnim elektrodama”.^[14] On je smatrao da je energija bila uskladištena kao naelektrisanje u ugljeničnim porama korištenim u njegoviom kondenzatoru, kao u porama ugraviranih folija elektrolitičkih kondenzatora. Pošto mehanizam dvostrukog sloja nije bio poznat u to vreme, on je napisao u patentu: „Nije poznato tačno šta se dešava u komponenti ako se koristi za skladištenje energije, ali dovodi do izuzetno velikog kapaciteta”.

Kondenzatori su vrlo jednostavne naprave. Tipičan kondenzator ima u sebi dve metalne pločice. One se ne dodiruju, već ih razdvaja dielektrični materijal, odnosno izolator. U kondenzatorima se najčešće kao izolatori koriste plastika, liskun i papir.

Kondenzatori skladište elektrone tako što ih privlače ka pozitivnom polu. Čim se napon smanji ili nestane, elektroni se oslobađaju. Kada kondenzator na taj način uklanja ili dodaje elektrone, on zapravo omogućava regulisanje promena napona.^[4]

Glavni članak: Električni kapacitet

Kapacitet je sposobnost kondenzatora da u sebe primi naelektrisanje. Definira se kao odnos količine naelektrisanja i napona koji pri tom nastaje. Mjerna jedinica za električni kapacitet je farad. Farad je prilično velika jedinica mere, pa se kapacitivnost većine kondenzatora izražava mikrofaradima (μF), to jest, milionitim delovima farada. U praksi se nailazi i na manje vrednosti kapacitivnosti - pikofarade (pF) ili milioniti deo milionitog dela mikrofarada.^[4]

Kapacitivnost nekih kondenzatora odštampana je direktno na njima. Na velikim kondenzatorima ima dovoljno prostora da se odštampaju vrednosti kapacitivnosti i radnog napona. Obično su to kondenzatori sa aluminijumskim elektrolitom. Za navođenje kapacitivnosti manjih kondenzatora, kao što su kondenzatori s diskom od liskuna kapacitivnosti 0,1 ili 0,01 pF, koristi se trocifreni sistem označavanja. Osnova tog sistema su pikofaradi. Prva dva broja su cifre, a treći količina nula koje se dodaju. Na primer, oznaka 103, korišćena u tom sistemu, označava broj 10 za kojim slede 3 nule, znači 10.000 pikofarada. Da bi preveli vrednost iz pikofarada u mikrofarade, pomerite decimalni zarez šest mesta ulevo. Na primer, 10.000 pF bilo bi 0,01 pF.^[15]

Kao i otpornici, kondenzatori imaju toleranciju (odstupanje), izraženo u procentima. Na mnogim kondenzatorima, na toleranciju ukazuje poslednje slovo u oznaci. Ono se ponekad štampa odvojeno od drugih oznaka, a nekada kao poslednje slovo, na primer, 103Z. Slovo Z označava toleranciju od +80 procenata do -20 procenata. To znači da kondenzator čija je nominalna kapacitivnost 0,01 pF ima stvarnu kapacitivnost 80 procenata veću ili 20 procenata manju od navedene vrednosti.^[16]

Oznake tolerancije kondenzatora

Oznaka	Tolerancija
B	± 0,1 pF
C	± 0,25 pF
D	± 0,5 pF
F	± 1%
G	± 2%
J	± 5%
K	± 10%
M	± 20%
Z	+ 80%, - 20%

Vrednost kapacitivnosti kondenzatora menja je s promenom temperature, i to se naziva temperaturni koeficijent. Ukoliko je temperaturni koeficijent naveden na telu kondenzatora, onda je to oznaka od tri znaka, koja se takođe tumači pomoću odgovarajuće tabele.

Radni napon, koji se nekad obeležava engleskom skraćenicom WV (working voltage), najveći je napon koji kondenzator može izdržati pre nego što se ošteti. Pri naponu većem od radnog, struja može napraviti luk između pločica, poput munje tokom oluje. Ako kondenzator nije projektovan da izdrži visoke napone, u njemu nastaje varnica koja se „probija“ kroz dielektrik i kondenzator postaje neupotrebljiv (probijen).^[17]

Kondenzatori za kola jednosmerne struje uglavnom podnose do 16 ili 35 volti, a ta kola se najčešće napajaju naponom između 3,3 i 12 volti.^[17]

Najbolje je izabrati kondenzator s radnim naponom najmanje 10 do 15% većim od napona u kolu.

Glavni članak: Električna polarizacija

Još jedna oznaka koja se nalazi na nekim kondenzatorima, posebno s tantalovim i aluminijumskim elektrolitom, jeste simbol polariteta. Po konvenciji, na većini kondenzatora koristi se samo znak minus (-) za negativan pol, dok se znak plus (+) podrazumeva.

Bitno je znati da su polarizovani samo kondenzatori veće kapacitivnosti (1 pF i više), najčešće elektrolitički (iako postoje i nepolarizovani elektrolitički kondenzatori, najčešće u stereo zvučnicima). Manji kondenzatori, oni s dielektrikom od liskuna, keramike i mylara, nisu polarizovani, pa na njima i ne postoji odgovarajuća oznaka.

Ako je kondenzator polarizovan, mora se u elektronsko kolo instalirati pravilno. Ako se pomešaju priključci kondenzatora, povezivanjem pozitivnog pola s uzemljenjem, na primer, kondenzator se može uništiti. Pri tom se mogu oštetiti i druge komponente, a kondenzator može čak i eksplodirati.^[18]

Kondenzatori omogućavaju konstruisanje svih tipova električnih kola, kao što su pojačavači i mnogi drugi. U nekim slučajevima kondenzatori se u kombinaciji sa otpornicima mogu koristiti kao merači vremena (tajmeri). Neke od primena kondenzatora uključuju:^[4]

• Pravljenje merača vremena: To je neka vrsta elektronskog metronoma, u kome se kondenzator uparuje sa otpornikom da bi se brojali otkucaji.
• Ispravljanje napona: Uređaji koji pretvaraju naizmeničnu struju u jednosmernu često koriste kondenzatore da bi se napon „ispeglao“ i njegova vrednost ostala na stabilnom nivou.
• Blokiranje jednosmerne struje: Kada su redno povezani sa izvorom signala, kao što je mikrofon, kondenzatori blokiraju jednosmernu struju ali propuštaju naizmeničnu. U većini pojačavača se, na primer, koristi ta osobina kondenzatora.
• Podešavanje frekvencije: Kondenzatori se koriste za pravljenje jednostavnih filtara koji odbijaju naizmenične signale učestanosti veće ili manje od željene. Podešavanjem vrednosti kondenzatora moguće je podešavati vršne frekvencije filtra.

Na primer, kada isključite ili uključite računar, i kada vidite tačno vreme na ekranu, za to zaslužen kondenzator koji napaja digitalni časovnik računara (kao mala baterija) dok je on isključen iz struje.^[2]

Promenljivi kondenzatori manje kapacitivnosti često se koriste u radioprijemnicima i predajnicima.

Kondenzator se označava slovom C. Elektronski simbol kondenzatora odslikava njegovu unutrašnju konstrukciju: dve provodne pločice razdvojene malom prazninom. Taj prostor i njegov sadržaj naziva se dielektrik. Dielektrik može biti vazduh, tečnost ili neki oblik izolatora (plastika ili liskun). Kondenzatori mogu da budu polarizovani i nepolarizovani. Na šemama se polaritet prikazuje znakom plus, iako na samom kondenzatoru polaritet može biti označen ili znakom plus ili minus pored jednog od dva izvoda.^[19]

• Gordon McComb i Earl Boysen, Elektronika za neupućene, Beograd, 2007.

• Elektronske komponente
• Električni kapacitet
• Elektronsko kolo