Een condensator is een passieve elektronische component die gebruikt wordt om elektrische energie op te slaan.De kernstructuur bestaat uit twee geleiders (meestal metalen platen) die van elkaar geïsoleerd zijn en dicht bij elkaar liggen. Wanneer een gelijkspanning wordt toegepast op de uiteinden van een condensator, verzamelen positieve en negatieve ladingen zich op elk van de twee platen, waardoor er een elektrostatisch veld tussen hen ontstaat. Dit proces van ladingsafscheiding en het creëren van een elektrisch veld zorgt voor de opslag van elektrische energie, en de capaciteit van de condensator bepaalt de energieopslagcapaciteit. Condensatoren kunnen snel reageren op spanningsveranderingen tijdens het opladen en ontladen, een eigenschap die ze waardevol maakt voor een groot aantal toepassingen in elektronische circuits.
Classificatie van condensatoren
1.Condensatoren voor algemeen gebruik
Bevat voornamelijk keramische condensatoren (zoals hoogfrequent circuit in de MLCC), filmcondensatoren (zoals polyester condensatoren, polystyreen condensatoren, etc.), met goede stabiliteit, laag diëlektrisch verlies, veel gebruikt in koppeling, bypass, oscillatie en andere conventionele circuits.
2. Elektrolytische condensatoren
Ze worden vertegenwoordigd door aluminium elektrolytische condensatoren en tantaal elektrolytische condensatoren en hebben de voordelen van een grote capaciteit en een klein volume. Ze worden voornamelijk gebruikt in scenario's als voedingsfiltering (bijvoorbeeld de uitgang van een schakelende voeding), energieopslag en signaalkoppeling bij lage frequenties.
3.Regelbare condensatoren
Door mechanische aanpassing om de afstand tussen de poolplaten of het effectieve gebied te veranderen om veranderingen in de capaciteitswaarde te bereiken, meestal gebruikt in radio-afstemcircuits (zoals ouderwetse radioselectors), hoogfrequente impedantieaanpassing en andere gelegenheden waarbij precieze aanpassing nodig is.
4.Supercondensator (dubbellaagse condensator)
Tussen de traditionele condensator en batterij energie-opslagapparaten, met een zeer hoge vermogensdichtheid en snelle laad-en ontlaadkarakteristieken, geschikt voor nieuwe energie voertuigen’ start-stop systeem, net energie-opslag, en andere high-power toepassingen.
5.Veiligheidscondensatoren
Inclusief X-condensatoren (over de lijn om interferentie door differentiële modus te onderdrukken) en Y-condensatoren (tussen de lijn en aarde om interferentie door gemeenschappelijke modus te onderdrukken), speciaal gebruikt voor EMI-filtering van de voeding, om ervoor te zorgen dat elektrische apparatuur voldoet aan de normen voor elektromagnetische compatibiliteit.
6.Vermogenscondensatoren
Zoals vermogenselektronica gebruikt in DC-ondersteuningscondensatoren, AC-filtercondensatoren, enz., voornamelijk gebruikt in frequentieomvormers, omvormers en andere krachtige vermogensomzettingsapparaten.
De rol van condensatoren
1. Energieopslag en snel laden en ontladen
Condensatoren kunnen elektrische energie opslaan in de vorm van een elektrostatisch veld en ondersteunen opladen en ontladen met hoge snelheid. Vergeleken met chemische batterijen is de oplaad- en ontlaadsnelheid sneller (milliseconden) en kan de levensduur van de cyclus meer dan tienduizenden keren bereiken, dus het heeft een uniek voordeel in de scène die onmiddellijke hoge stroom of snelle energieomzetting vereist (zoals versnelling van elektrische voertuigen, terugwinning van remenergie, pulsenergiesysteem).
2.Isolatie door het kruis (koppeling en ontkoppeling)
Condensatoren hebben een hoge impedantie voor gelijkstroom, blokkeren de gelijkstroomcomponent terwijl ze wisselsignalen doorlaten.Door deze eigenschap worden ze veel gebruikt in koppelingsschakelingen (zoals de overdracht van audiosignalen in de isolatiecondensator) en ontkoppelingsschakelingen (om interferentie van voedingsruis te elimineren).
3.Filtering en spanningsstabilisatie
In voedingscircuits kunnen condensatoren effectief de gelijkgerichte pulserende componenten uitfilteren, zodat de uitgang van een vloeiende gelijkspanning (zoals elektrolytische condensatoren gebruikt in voedingsfilters).Daarnaast kunnen condensatoren in signaalverwerking samen met weerstanden of spoelen worden gebruikt om een laagdoorlaat- of hoogdoorlaatfilter te vormen om hoogfrequente ruis te onderdrukken en de signaalkwaliteit te verbeteren.
4.Afstemming en resonantie (LC-schakeling)
Condensatoren en spoelen kunnen gecombineerd worden om LC resonantiekringen te vormen voor frequentieselectie, afstemming en andere toepassingen, zoals FM-kringen voor radio-ontvangers, oscillatoren en RF-matchingnetwerken.
5.Motorstart en fasecompensatie
In eenfasige wisselstroommotoren helpen condensatoren bij het starten van de motor (bijvoorbeeld startcondensatoren) door een faseverschil te genereren om een roterend magnetisch veld te vormen. Bovendien worden condensatoren in elektriciteitssystemen gebruikt voor de correctie van de arbeidsfactor om de efficiëntie van het stroomgebruik te verbeteren.
Dankzij deze eigenschappen spelen condensatoren een sleutelrol in elektronische circuits, energiesystemen, nieuwe energietechnologieën en communicatieapparatuur.
Condensatoren testen op fouten
1. Uiterlijk
Het omhulsel van de vermogenscondensator is intact, er is geen duidelijke expansie, vervorming, scheuren en andere verschijnselen. Als de bovenstaande situatie zich voordoet, betekent dit dat de condensator een ernstige storing heeft, dat wil zeggen dat hij niet verder kan worden gebruikt.
Of de klemverbinding van de condensator stevig is, met of zonder losse, corrosie en andere problemen.Problemen met de aansluitklemmen kunnen leiden tot een slecht contact en de normale werking van de condensator beïnvloeden.
2.Capaciteitstest
Meet de capaciteit van de vermogenscondensator om te zien of de werkelijke capaciteit van de condensator overeenkomt met de nominale capaciteit.Als de werkelijke capaciteit te veel lager is dan de nominale capaciteit, betekent dit dat de condensator verouderd en defect is.
3.Isolatieweerstandstest
Meet de isolatieweerstand van de condensator met relevante instrumenten.Onder normale omstandigheden moet de isolatieweerstand groter zijn dan 10 megohms. Als de isolatieweerstand lager is dan deze waarde, betekent dit dat de isolatieprestaties van de condensator beschadigd kunnen zijn en dat verdere inspectie vereist is.
4. Spannings- en stroomtest
Meet de spanningswaarde van de vermogenscondensator tijdens het gebruik.Als de spanningswaarde sterk schommelt, betekent dit dat de vermogenscondensator problemen kan hebben.
Meet de stroomwaarde van de condensator bij de nominale spanning.Als de werkelijke stroomwaarde hoger is dan de stroomwaarde in de gids, geeft dit aan dat de condensator mogelijk overbelast is.
5.Temperatuurtest
Test of de bedrijfstemperatuur van de vermogenscondensator binnen het gespecificeerde bereik ligt.Normaal gesproken moet de condensator onder geschikte temperatuursomstandigheden werken. Als de temperatuur te hoog is, kan de condensator defect raken en moet het gebruik ervan onmiddellijk worden gestopt.
Het bovenstaande is de methode om vast te stellen of de vermogenscondensator defect is.Als er afwijkingen worden gevonden, moeten ze op tijd worden gestopt om te voorkomen dat er veiligheidsrisico's ontstaan.
Methoden voor het testen van condensatoren
1. Digitale multimeter testmethode
Bedieningsprocedure:
Zorg ervoor dat de condensator volledig ontladen is
Stel de multimeter in op weerstand (aanbevolen wordt ×1k of hoger niveau)
Sluit de testpennen aan op beide uiteinden van de condensator.
Kijk hoe de aflezing verandert:
Normale werking: de meting wordt kort weergegeven en keert dan snel terug naar de "OL"-status (open circuit).
Storingen: Geeft continu een vaste weerstandswaarde of nulweerstand weer.
Let op:
Zorg ervoor dat de test volledig ontladen is voordat u gaat testen.
10 seconden of meer tussen elke test
Herhaal de test 3 keer om de consistentie van de resultaten te bevestigen
2.Analoge multimeter-testmethode
Detectieproces:
Selecteer het juiste weerstandsniveau (aanbevolen ×100 of ×1k)
Sluit de testpen aan en observeer de beweging van de aanwijzer:
Goede capaciteit: de wijzer zwaait scherp naar rechts en dan langzaam terug naar ∞!
Kortsluitingsfout: de wijzer stopt bij de lageweerstandspositie
Open-circuitfout: de aanwijzer beweegt helemaal niet
Technische punten:
Elektrolytische condensatoren moeten letten op de polariteit (zwarte pen naar de positieve pool)
Condensatoren met een grote capaciteit (>10μF) wijzerschommeling duidelijker
Na de test moet u wachten tot de aanwijzer terugkeert naar de volledige positie.
3.Directe meetmethode voor capaciteitstoestellen
De specificatie implementeren:
Kies een digitale multimeter met capaciteitsmeetfunctie.
Selectie meetbereik:
Kleine capaciteit (pF-niveau): Gebruik de speciale testclip.
Grote capaciteit (μF-niveau): directe verbindingstest
Resultaat Beoordelingscriteria:
Voldoet: Gemeten waarde binnen ±20% van de nominale waarde.
Opmerking: Elektrolytische condensatoren staan +50%/-20% afwijking toe.
Storing: weergave "0" of ver onder de nominale ondergrenswaarde
4.Spanningstestmethode
Professionele bedieningshandleiding:
Bouw het testcircuit:
Voedingsspanning ≤ nominale spanning condensator
Serie stroombegrenzende weerstand (1-10kΩ)
Meetproces:
Aan het begin van het opladen: de spanning moet snel stijgen
Na stabilisatie: spanning moet dicht bij de voedingsspanning liggen
Storingskenmerken:
Spanning stijgt langzaam: capaciteitsverlies
Spanning kan niet worden gehandhaafd: te hoge lekstroom
Nulspanning: volledige uitval
5.Tijdconstante metingen
Programma voor precisiemetingen:
Standaard testcircuit:
Bekende precisieweerstand R (1kΩ-10kΩ aanbevolen)
Oscilloscoop om laadcurve te controleren
Berekeningsmethode:
Meettijd tot 63,2% voedingsspanning (τ)
Bereken de capaciteit: C = τ/R
Technische toepassingstip:
Geschikt voor capaciteitsbereik 1μF-1000μF
Houd rekening met het effect van de interne weerstand van de multimeter
Aanbevolen om een blokgolfsignaalbron te gebruiken om de nauwkeurigheid te verbeteren
Uitgebreide testsuggesties:
Prioriteit geven aan het gebruik van directe meting van capaciteit
Moeilijke fouten met meerdere kruisverificatiemethoden
Hoogspanningscondensatoren moeten worden getest met speciale apparatuur
Het opstellen van testgegevens om de verslechteringstrend te volgen
Opmerking: Alle tests moeten voldoen aan de elektrische veiligheidsvoorschriften, hoogspanningscondensatoren moeten volledig ontladen zijn voordat ze getest worden!
Apacitors in PCB's
Koppelingsfunctie
Condensatoren fungeren als koppelingscomponenten in schakelingen, die effectief laagfrequente signalen overdragen en signaalversterking mogelijk maken terwijl ze de DC-bedieningspunten van aangrenzende schakelingen isoleren om onderlinge interferentie te voorkomen. Om een efficiënte overdracht van laagfrequente signaalcomponenten te garanderen, worden bij het ontwerp vaak elektrolytische condensatoren met een grote capaciteit (meestal in het μF-bereik) als koppelcondensatoren gebruikt.
Filterfunctie
In voedingscircuits filteren condensatoren hoogfrequente ruis uit AC-signalen en zorgen zo voor een soepele DC-uitvoer.Met name grote elektrolytische condensatoren stabiliseren pulserende gelijkspanning door laad-ontlaadprocessen. Om de stabiliteit van de voeding te verbeteren, worden elektrolytische condensatoren van tientallen tot honderden microfarads vaak parallel geschakeld aan de voedingsuitgang en de belastingingang om spanningsschommelingen veroorzaakt door belastingsvariaties te onderdrukken.
Energieopslagfunctie
Condensatoren dienen als energieopslagcomponenten, slaan lading op en geven die snel weer af wanneer dat nodig is om onmiddellijk hoge stroom te leveren of om als back-up stroombron te dienen.Daarnaast kunnen condensatoren RC-timingcircuits vormen met weerstanden om precieze tijdsvertragingen of timingsfuncties te bereiken, veel gebruikt in sequentiële besturingscircuits.
Gebruik en optimalisatie van parasitaire capaciteit
Bij het ontwerpen van PCB's met hoge snelheid kan parasitaire capaciteit strategisch worden gebruikt om de circuitprestaties te verbeteren.Bijvoorbeeld:
Bijvoorbeeld: Aanpassen van de lay-out van sporen om parasitaire capaciteit te gebruiken voor impedantieaanpassing.
De parallelle-plaatstructuur gevormd door vermogens-aardevlakken creëert gedistribueerde capaciteit, waardoor laagimpedante ladingsopslag voor hogesnelheidscomponenten wordt geboden om aan onmiddellijke hoge-stroomvereisten te voldoen.
Conclusie
Condensatoren zijn multifunctioneel in PCB-ontwerp. Hun selectie en plaatsing moet worden geoptimaliseerd op basis van specifieke circuitvereisten (bijv. frequentiekarakteristieken, energieopslagbehoeften, ruisonderdrukking) om optimale prestaties te bereiken.