En kondensator er en passiv elektronisk komponent, der bruges til at lagre elektrisk energi. Dens kernestruktur består af to ledere (normalt metalplader), der er isoleret fra hinanden og placeret tæt på hinanden. Når der tilføres en jævnspænding til enderne af en kondensator, ophobes der positive og negative ladninger på hver af de to plader, hvilket skaber et elektrostatisk felt mellem dem. Denne proces med ladningsadskillelse og etablering af et elektrisk felt realiserer lagringen af elektrisk energi, og kondensatorens kapacitet bestemmer dens energilagringskapacitet. Kondensatorer kan reagere hurtigt på spændingsændringer under opladning og afladning, en egenskab, der gør dem værdifulde til en lang række anvendelser i elektroniske kredsløb.
Klassificering af kondensatorer
1. kondensatorer til generelle formål
Omfatter hovedsageligt keramiske kondensatorer (såsom højfrekvente kredsløb i MLCC), filmkondensatorer (såsom polyesterkondensatorer, polystyrenkondensatorer osv.), Med god stabilitet, lavt dielektrisk tab, meget brugt i kobling, bypass, oscillation og andre konventionelle kredsløb.
2.Elektrolytiske kondensatorer
De repræsenteres af aluminium-elektrolytkondensatorer og tantal-elektrolytkondensatorer og har fordelene ved stor kapacitet og lille volumen. De bruges hovedsageligt i scenarier som filtrering af strømforsyninger (f.eks. udgangen af en switching-strømforsyning), energilagring og lavfrekvent signalkobling.
3.Justerbare kondensatorer
Gennem mekanisk justering for at ændre polpladens afstand eller effektive areal for at opnå ændringer i kapacitansværdien, typisk brugt i radiotuningkredsløb (såsom gammeldags radiovælgere), højfrekvent impedanstilpasning og andre lejligheder, der kræver præcis justering.
4. Superkondensator (dobbeltlagskondensator)
Mellem de traditionelle kondensator- og batterienergilagringsenheder, med meget høj effekttæthed og hurtige opladnings- og afladningsegenskaber, velegnet til nye energikøretøjer’ start-stop-system, energilagring i nettet og andre applikationer med høj effekt.
5. Sikkerhedskondensatorer
Inklusive X-kondensatorer (på tværs af linjen for at undertrykke interferens i differentialtilstand) og Y-kondensatorer (mellem linjen og jorden for at undertrykke interferens i fællestilstand), der specifikt bruges til EMI-filtrering af strømforsyningen for at sikre, at elektrisk udstyr er i overensstemmelse med standarderne for elektromagnetisk kompatibilitet.
6. strømkondensatorer
Såsom kraftelektronik, der bruges i DC-støttekondensatorer, AC-filterkondensatorer osv., Bruges hovedsageligt i frekvensomformere, invertere og andre højeffektive strømkonverteringsenheder.
Kondensatorernes rolle
1.Energilagring og hurtig op- og afladning
Kondensatorer kan lagre elektrisk energi i form af et elektrostatisk felt og understøtter højhastighedsopladning og -afladning.Sammenlignet med kemiske batterier er opladnings- og afladningshastigheden hurtigere (millisekunder), og cykluslevetiden kan nå mere end titusinder af gange, så det har en unik fordel i den scene, der kræver øjeblikkelig høj strøm eller hurtig energiomdannelse (såsom acceleration af elbiler, genvinding af bremseenergi, pulsekraftsystem).
2.Isolering gennem krydset (kobling og afkobling)
Kondensatorer har en høj impedans over for jævnstrøm og blokerer jævnstrømskomponenten, mens de lader vekselstrømssignaler passere.Denne egenskab gør den meget brugt i koblingskredsløb (som f.eks. lydsignaltransmission i isolationskondensatoren) og afkoblingskredsløb (for at eliminere støjinterferens i strømforsyningen).
3.Filtrering og spændingsstabilisering
I strømforsyningskredsløb kan kondensatorer effektivt filtrere de ensrettede pulserende komponenter fra, hvilket giver en jævn jævnspænding (f.eks. elektrolytiske kondensatorer, der bruges til filtrering af strømforsyningen). I signalbehandling kan kondensatorer desuden bruges sammen med modstande eller induktorer til at danne et lavpas- eller højpasfilter for at undertrykke højfrekvent støj og forbedre signalkvaliteten.
4.Afstemning og resonans (LC-kredsløb)
Kondensatorer og spoler kan kombineres for at danne LC-resonanskredsløb til frekvensvalg, tuning og andre anvendelser, f.eks. FM-kredsløb til radiomodtagere, oscillatorer og RF-matchningsnetværk.
5. Motorstart og fasekompensation
I enfasede vekselstrømsmotorer hjælper kondensatorer med at starte motoren (f.eks. ， startkondensatorer) ved at generere en faseforskel for at danne et roterende magnetfelt. Derudover bruges kondensatorer i elsystemer til effektfaktorkorrektion for at forbedre effektiviteten af strømudnyttelsen.
Kondensatorernes egenskaber gør, at de spiller en nøglerolle i elektroniske kredsløb, strømsystemer, nye energiteknologier og kommunikationsudstyr.
Test kondensatorer for fejl
1.Udseende
Strømkondensatorskallen er intakt, der er ingen åbenbar ekspansion, deformation, revner og andre fænomener.Hvis ovenstående situation opstår, betyder det, at kondensatoren har en alvorlig fejl, det vil sige, at den ikke kan fortsætte med at bruge.
Om kondensatorens terminalforbindelse er fast, med eller uden løse, korroderede eller andre problemer.Problemer med terminalerne kan føre til dårlig kontakt og påvirke kondensatorens normale drift.
2. Test af kapacitet
Mål strømkondensatorens kapacitet for at se, om kondensatorens faktiske kapacitet svarer til den nominelle kapacitet.Hvis den faktiske kapacitet er for meget lavere end den nominelle kapacitet, betyder det, at kondensatoren er ældet og har svigtet.
3. test af isolationsmodstand
Mål kondensatorens isolationsmodstand med relevante instrumenter.Under normale omstændigheder bør isolationsmodstanden være større end 10 megohm. Hvis isolationsmodstanden er lavere end denne værdi, betyder det, at kondensatorens isoleringsevne kan være blevet beskadiget, og at der er behov for yderligere inspektion.
4.Spændings- og strømtest
Mål strømkondensatorens spændingsværdi under drift.Hvis spændingsværdien svinger meget, betyder det, at strømkondensatoren kan have problemer.
Mål kondensatorens aktuelle værdi ved den nominelle spænding.Hvis den faktiske strømværdi overstiger strømværdien i vejledningen, indikerer det, at kondensatoren kan være overbelastet.
5. Temperaturtest
Test, om effektkondensatorens driftstemperatur er inden for det angivne område.Normalt skal kondensatoren drives under passende temperaturforhold. Hvis temperaturen er for høj, viser det, at kondensatoren kan have en eller anden form for fejl, og du skal straks holde op med at bruge den.
Ovenstående er metoden til at afgøre, om strømkondensatoren er defekt. I den faktiske drift skal strømkondensatorer inspiceres regelmæssigt, og hvis der findes abnormiteter, skal de stoppes i tide for at undgå at udløse sikkerhedsrisici.
Metoder til test af kondensatorer
1.Testmetode for digitalt multimeter
Operationsprocedure:
Sørg for, at kondensatoren er helt afladet
Indstil multimeteret til modstand (det anbefales at vælge ×1k eller et højere niveau)
Tilslut teststifterne til begge ender af kondensatoren.
Hold øje med ændringen i aflæsningen:
Normal ydelse: aflæsningen vises kortvarigt og vender derefter hurtigt tilbage til tilstanden "OL" (åbent kredsløb)
Manglende ydeevne: Viser kontinuerligt en fast modstandsværdi eller nulmodstand.
Vær forsigtig:
Sørg for, at testen er helt afladet, før du tester.
10 sekunder eller mere mellem hver test
Gentag testen 3 gange for at bekræfte, at resultaterne er konsistente.
2.Testmetode for analogt multimeter
Opdagelsesproces:
Vælg det passende modstandsniveau (anbefales ×100 eller ×1k)
Tilslut testpennen, og observer markørens bevægelse:
God kapacitet: Markøren svinger skarpt til højre og derefter langsomt tilbage til ∞!
Kortslutningsfejl: viseren stopper ved den lave modstandsposition
Åben kredsløbsfejl: markøren bevæger sig slet ikke
Tekniske punkter:
Elektrolytkondensatorer skal være opmærksomme på polariteten (sort pen til den positive pol)
Kondensatorer med stor kapacitet (>10μF) viser svingninger mere tydeligt
Efter testen skal du vente på, at markøren vender tilbage til den fulde position
3.Direkte målemetode for kapacitansgear
Implementer specifikationen:
Vælg et digitalt multimeter med kapacitansmålefunktion.
Valg af måleområde:
Lille kapacitans (pF-niveau): Brug den særlige testklips.
Stor kapacitans (μF-niveau): direkte tilslutningstest
Kriterier for bedømmelse af resultater:
Bestået: Målt værdi inden for ±20% af den nominelle værdi.
Bemærk: Elektrolytkondensatorer tillader +50%/-20% afvigelse.
Fejl: visning "0" eller langt under den nominelle nedre grænseværdi
4.Metode til spændingstest
Professionel betjeningsvejledning:
Byg testkredsløbet:
Forsyningsspænding ≤ kondensatorens nominelle spænding
Strømbegrænsende seriemodstand (1-10kΩ)
Måleproces:
I begyndelsen af opladningen: spændingen skal stige hurtigt
Efter stabilisering: spændingen skal være tæt på forsyningsspændingen
Fejlkarakteristika:
Spændingen stiger langsomt: kapacitetsnedgang
Spændingen kan ikke opretholdes: for høj lækstrøm
Nul spænding: fuldstændig fejl
5. Måling af tidskonstant
Program for præcisionsmåling:
Standard testkredsløb:
Kendt præcisionsmodstand R (1kΩ-10kΩ anbefales)
Oscilloskop til at overvåge opladningskurven
Beregningsmetode:
Målingstid til 63,2 % forsyningsspænding (τ)
Beregn kapaciteten: C = τ/R
Tip til teknisk anvendelse:
Velegnet til kapacitetsområdet 1μF-1000μF
Behov for at overveje effekten af multimeterets interne modstand
Det anbefales at bruge en firkantet signalkilde for at forbedre nøjagtigheden.
Omfattende forslag til test:
Prioriter brugen af direkte måling af kapacitans
Vanskelige fejl ved hjælp af flere metoder til krydsverifikation
Højspændingskondensatorer skal testes med specialudstyr
Oprettelse af testjournaler for at spore forringelsestrenden
Bemærk: Al testning skal overholde de elektriske sikkerhedsbestemmelser, og højspændingskondensatorer skal være helt afladet før testning!
Apacitorer i PCB'er
Koblingsfunktion
Kondensatorer fungerer som koblingskomponenter i kredsløb, der effektivt overfører lavfrekvente signaler og muliggør signalforstærkning, mens de isolerer DC-driftspunkterne i tilstødende kredsløbstrin for at forhindre gensidig interferens.For at sikre effektiv transmission af lavfrekvente signalkomponenter bruges elektrolytkondensatorer med stor kapacitet (typisk i μF-området) ofte som koblingskondensatorer i design.
Filtreringsfunktion
I strømforsyningskredsløb filtrerer kondensatorer højfrekvent støj fra AC-signaler og leverer et jævnt DC-output.Specifikt stabiliserer store elektrolytkondensatorer pulserende jævnstrømsspænding gennem opladnings- og afladningsprocesser. For at forbedre strømforsyningens stabilitet er elektrolytkondensatorer fra ti til hundrede mikrofarader ofte forbundet parallelt ved strømudgangen og belastningsindgangen for at undertrykke spændingsudsving forårsaget af belastningsvariationer.
Energilagringsfunktion
Kondensatorer fungerer som energilagringskomponenter, der lagrer ladning og hurtigt frigiver den, når det er nødvendigt for at give øjeblikkelig høj strøm eller fungere som backup-strømkilde.Derudover kan kondensatorer danne RC-timingkredsløb med modstande for at opnå præcise tidsforsinkelser eller timingfunktioner, som er meget udbredt i sekventielle kontrolkredsløb.
Udnyttelse og optimering af parasitisk kapacitans
I højhastigheds PCB-design kan parasitær kapacitans udnyttes strategisk til at forbedre kredsløbets ydeevne. For eksempel:
Justering af banelayout for at udnytte parasitisk kapacitans til impedanstilpasning.
Den parallelle pladestruktur, der dannes af strøm-jordplaner, skaber distribueret kapacitans og giver lavimpedans-ladningslagring til højhastighedskomponenter for at imødekomme øjeblikkelige højstrømskrav.
Konklusion
Kondensatorer udviser multifunktionalitet i PCB-design. Deres valg og placering skal optimeres ud fra specifikke kredsløbskrav (f.eks. frekvensegenskaber, behov for energilagring, støjdæmpning) for at opnå optimal ydeevne.