Ogled vira Kondenzator

{{drugipomeni}}
[[Slika:Capacitors (7189597135).jpg|sličica|Kondenzatorji različnih vrst]]
'''Kondenzator''' je [[elektrotehnika|elektrotehniški]] element, ki lahko shranjuje
[[energija|energijo]] v obliki [[električno polje|električnega polja]]. Količino shranjene energije imenujemo [[kapacitivnost]], kjer so enote [[Farad]]i.

[[Slika:kondenzator_simbol.png|thumb|right|300px|Simbol običajnega (levo) in polariziranega kondenzatorja (desno) v električnih shemah]]

== Idealen kondenzator v električnih vezjih ==

[[Električna napetost|Napetost]] na idealnem kondenzatorju s [[kapacitivnost]]jo ''C'', skozi katerega
teče [[električni tok]] ''i(t)'', je enaka:
:<math>u(t)=\frac{1}{C}\int_{-\infty }^{t}i(t)\;dt.</math>
Minus neskončno v spodnji meji [[določeni integral|določenega integrala]] pomeni,
da je kondenzator neke vrste preprost pomnilnik in da je njegova napetost odvisna
tudi od dogajanja pred [[čas]]om začetka opazovanja ''t = 0''. Obratna zveza je enaka
:<math>i(t)=C\frac{d\;u(t)}{d\;t}.</math>

Kadar kondenzator priključimo na izmenično napetost <math>u(t)=U\cos (\omega t)</math>,
skladno z zgornjo zvezo teče skozenj izmenični tok
:<math>i(t)=-\omega CU\sin (\omega t),</math> (U je temenska vrednost napetosti), kar je prikazano na spodnji sliki:

[[Slika:kond-tok-napetost.png|center|Tok skozi kondenzator prehiteva napetost]]

Opazimo lahko, da el. tok prehiteva napetost za četrtino periode, oz. izraženo v
deležu polnega kota, za <math>\pi /2</math>.

Pri preučevanju razmer v izmeničnem tokokrogu si računanje poenostavimo s
transformacijo v [[kompleksna števila|kompleksni]] prostor, [[impedanca]]
kondenzatorja pri tem postane
:<math>Z(\omega )=\frac{1}{j\omega C},</math>
kjer ''[[j]]'', kot je običajno v [[elektrotehnika|elektrotehniki]], pomeni
[[imaginarna enota|imaginarno enoto]], <math>\omega </math> pa je [[krožna frekvenca]],
ki je s [[frekvenca|frekvenco]] povezana v naslednjem razmerju:
:<math>\omega =2\pi f.</math>

Pri obravnavi [[prehodni pojav|prehodnih pojavov]] v vezju se reševanju [[diferencialna enačba|diferencialnih enačb]] poskušamo izogniti s pretvorbo iz časovnega v kompleksni frekvenčni prostor spremenljivke ''s'' z [[Laplacova transformacija|Laplacovo transformacijo]]. Impedanca kondenzatorja je v tem primeru enaka
:<math>Z(s)=\frac{1}{sC}.</math>

Ekvivalentna kapacitivnost več vzporedno vezanih idealnih kondenzatorjev je enaka vsoti kapacitivnosti teh kondenzatorjev:
:<math>C=C_{1}+C_{2}+\cdots +C_{N}=\sum_{i=1}^{N}C_{i}.</math>
Pri zaporedni vezavi idealnih kondenzatorjev je obratna vrednost ekvivalentne kapacitivnosti enaka vsoti obratnih vrednosti kapacitivnosti posameznih kondenzatorjev:
:<math>\frac{1}{C}=\frac{1}{C_{1}}+\frac{1}{C_{2}}+\cdots +\frac{1}{C_{N}}=\sum_{i=1}^{N}\frac{1}{C_{i}}.</math>

== Vpliv temperature ==

Podana kapacitivnost velja le pri neki določeni [[temperatura|temperaturi]], običajno pri <math>\vartheta _{0}=25^{o}C</math>. Odvisnost kapacitivnosti pri drugih temperaturah je po navadi linearna in podana s temperaturnim koeficientom <math>\alpha </math>, ki je odvisen od dielektrika:
:<math>C=C_{0}(1+\alpha (\vartheta -\vartheta _{0})).</math>

Poleg tega moramo upoštevati, da z naraščanjem temperature pada dovoljena delovna napetost.

== Dejanski kondenzator ==

Pri idealnih kondenzatorjih smo predpostavili, da je [[dielektrik]] popolni [[izolator]] in da je [[upornost]] priključkov zanemarljiva. V praksi največkrat ne drži povsem ne eno ne drugo.

=== Kvaliteta kondenzatorja ===

Napolnjen kondenzator, ki ga pustimo nepriključenega se prazni čez dielektrik in po morebitnih drugih poteh, npr. čez ohišje. Predstavljamo si lahko, da je vzporedno h kondenzatorju s [[kapacitivnost]]jo ''C'' vezan [[električni upor|upor]] z [[upornost]]jo ''R''. Kvaliteto kondenzatorja vrednotimo s časovno konstanto <math>\tau </math>, ki je enaka produktu <math>\tau =CR</math> in je pri kvalitetnem kondenzatorju velika.

[[Slika:kond-tau.png|thumb|right|400px|Časovna konstanta kondenzatorja]] Časovno konstanto lahko tudi izmerimo, če merimo [[Električna napetost|napetost]] na tako praznečem se kondenzatorju. Če v katerikoli točki na krivulji potegnemo [[tangenta|tangento]] na to krivuljo, bo tangenta sekala [[asimptota|asimptoto]] (v tem primeru abscisno os) v času, ki je ravno za časovno konstanto <math>\tau </math> večji od časa točke, v kateri smo potegnili tangento.

=== Faktor izgub ===

Ob priključitvi na izmenično napetost se na idealnem kondenzatorju ne troši delovna [[moč]]. V dejanskem kondenzatorju temu ni tako, ker nekaterih [[ohm]]skih [[upornost]]i ne moremo zanemariti in se zato nekaj delovne moči kljub vsemu porablja Izgube vrednotimo s kotom <math>\delta </math>, ki pove za koliko se fazni kot med kazalcema napetosti in toka razlikuje od <math>\pi /2</math>, kolikor znaša pri idealnem kondenzatorju.

Pri visokih [[frekvenca]]h pride do izraza upornost dovodov <math>R_{1}</math>, ki je v nadomestnem vezju vezana zaporedno h kondenzatorju.
<center>
[[Slika:kond-vfrnad.png|Nadomestno vezje dejanskega kondenzatorja pri visokih frekvencah]]
<br />''Nadomestno vezje dejanskega kondenzatorja pri visokih frekvencah''
</center> 
[[Kazalčni diagram]] je tedaj takšen:
<center>
[[Slika:kond-vfrkaz.png|Kazalčni diagram dejanskega kondenzatorja pri visokih frekvencah]]
<br />''Kazalčni diagram dejanskega kondenzatorja pri visokih frekvencah''
</center> 
Faktor izgub pri visokih frekvencah je enak
:<math>\tan \delta =\frac{IR_{1}}{U_{C}}=\omega R_{1}C.</math>

Pri nizkih frekvencah je impedanca kondenzatorja po
[[absolutna vrednost|absolutni vrednosti]] zelo velika, vpliv upornosti dovodov je
tako zanemarljiv, zato pa pride do izraza izolacijska upornost dielektrika, ki je v
nadomestnem vezju na spodnji sliki označena z <math>R_{2}</math> in vezana vzporedno
h kondenzatorju.
<center>
[[Slika:kond-nfrnad.png|Nadomestno vezje dejanskega kondenzatorja pri nizkih frekvencah]]
<br />''Nadomestno vezje dejanskega kondenzatorja pri nizkih frekvencah''
</center> 
Kazalčni diagram je v tem primeru takšen:
<center>
[[Slika:kond-nfrkaz.png|Kazalčni diagram dejanskega kondenzatorja pri nizkih frekvencah]]
<br />''Kazalčni diagram dejanskega kondenzatorja pri nizkih frekvencah''
</center>
Faktor izgub pri nizkih frekvencah pa je enak
:<math>\tan \delta =\frac{U/R{2}}{I_{C}}=\frac{1}{\omega R_{2}C}.</math>

== Uporaba ==
{{stub-sect}}

Kondenzator je tako rekoč nepogrešljiv element pri načrtovanju električnih vezij. Natančni kondenzatorji z majhno toleranco kapacitivnosti se uporabljajo predvsem v radijski tehniki kot del [[nihajni krog|nihajnega kroga]], [[filter|filtra]], frekvenčne kretnice, [[integrator]]ja in [[diferenciator]]ja. Na kondenzatorjih temeljijo tudi nekatera [[pomnilnik|pomnilniška]] vezja. Kondenzatorji z večjo toleranco se uporabljajo za glajenje nihanj okoli enosmerne napetosti, za proizvajanje napetostnih ali tokovnih sunkov, v množilnikih napetosti, za generiranje jalove [[moči]], zagon z enofazno napetostjo napajanih [[asinhronski motor|asinhronskih motorjev]] itd. Kondenzatorje z veliko kapacitivnostjo uporabljamo za shranjevanje energije za napajanje nekaterih delov vezja v primeru kratkotrajnega izpada zunanjega vira električne energije.

Spremenljive kondenzatorje uporabljamo tudi za merjenje kratkih premikov (ki ga
izračunamo iz izmerjene spremembe kapacitivnosti), medtem ko lahko s kondenzatorji s poroznimi dielektriki merimo [[vlažnost]] [[zrak]]a.

== Izvedbe kondenzatorjev ==
{{ref-sect}}
{{wikify-sect}}

Kondenzator sestavljata dve elektrodi, največkrat ploščati ali [[valj]]asti, med
katerima se nahaja [[dielektrik]]. Kondenzatorji se po navadi poimenujemo po materialu, iz katerega je dielektrik:
* [[zrak]] - kondenzatorji, pri katerem sta dve(ali več) plošč, med katerimi je kot dielektrik uporabljen zrak ali vakum se imenujejo zračni ali tudi vakumski kondenzatorji. Uporabljajo se predvsem v visokofrekvenčnih radijskih oddajnikih, oz.povsod tam kjer je potrebna nizka in nastavljiva kapacitivnost.
* [[papir]] - So  kondenzatorji starejšega tipa. Primerni so za velike delovne napetosti (tudi do več sto kilo[[volt]]ov), velika izolacijska upornost in velika toleranca.{{navedi vir}}
* kovinopapir - na papir je naparjena [[kovina]] in vse skupaj zavito v kolobar. Velika kapacitivnost na prostorninsko enoto, majhen faktor izgub, kovina se v točki morebitnega preboja raztali in tako se kondenzator sam »popravi«
* [[stirofleks]] - majhne izgube in majhen temperaturni koeficient
* kovinopolikarbonat in kovinopoliester - na folijo iz [[polikarbonat]]a ali [[poliester|poliestra]] je naparjena kovina. Možnost regeneriranja ob preboju (podobno kot kovinopapirni kond.), velika izolacijska upornost in velika časovna konstanta
* [[sljuda]] (mineral [[kalij]]evega [[aluminosilikat]]a) - majhen faktor izgub, zlasti pri visokih frekvencah, zelo velika izolacijska upornost, dovoljene velike delovne napetosti (do več kilovoltov)
* [[mica]] ([[aluminij]]ev [[silikat]]) - So kondenzatorji starejšega tipa. Majhna toleranca, velike delovne napetosti in majhen faktor izgub so lastnosti, ki odlikujejo ta tip kondenzatorjev.{{navedi vir}}
* [[keramika]] - po lastnostih podobni sljudnim in mica kondenzatorjem. Imajo veliko frekvenčno področje, majhen faktor izgub, zelo velika kapacitivnost na prostorninsko enoto, velik temperaturni koeficient.{{navedi vir}}

Pri '''polariziranih kondenzatorjih''' nastane dielektrik šele ob priključitvi na
[[električna napetost|el. napetost]] in jih moramo pravilno priključiti na
enosmerno napetost. Nekaj trenutkov po priključitvi teče skoznje velik prečni tok.
Zato se uporabljajo za glajenje nihajočih enosmernih napetosti, ki ne menja
predznaka (v [[žargon]]u: blokado), včasih tudi kot vezni kondenzatorji izmeničnih
tokokrogov. Dve najpogostejši izvedbi polariziranih kondenzatorjev sta:

* [[elektrolit]]ski kondenzator - Med elektrodama se nahaja papirna gaza z raztopino [[boraks]]a, [[fosfat]]a ali [[karbonat]]a. Ob priključitvi na enosmerno napetost se ob pozitivni elektrodi nabere plast [[aluminijev oksid|aluminijevega oksida]], ki deluje kot dielektrik. Velika kapacitivnost na prostorninsko enoto in velika nenatančnost kapacitivnosti.
* [[tantal]]ov kondenzator - elektrolit je trden [[tantalov pentoksid]], majhne delovne napetosti (redko nad 100 V), velika toleranca, dokaj velik faktor izgub, velika kapacitivnost na prostorninsko enot; pogosti v integriranih elektronskih vezjih
* superkondenzator (angl.''supercap'') je nov tip kondenzatorjev. Imajo izredno veliko enoto kapacitivnosti glede na prostornino(reda nekaj dest, sto ali celo tistoč [[Farad]]ov), ki se celo približa baterijam, tako da se uporabljajo lahko tudi za napajanje(ure, budilke).. Imajo razmeroma počasen rang polnenja in praznenja glede na ostale kondenzatorje, vendar v primerjavi z baterijami neprimerljiv. Uporabni predvsem v industriji, kjer je potrebno hitro polnenje in/ali praznenje, tak da uporaba navadnih baterij ni možna. Kot primer je pri [[električni avtomobil|električnem avtomobolskem motorju]], ki pri zaviranju napolnijo kondenzator tega tipa in še dosti ostalih vrst uporabe.

== Glej tudi ==
* [[Barvna koda elektronskih elementov]]
* [[kondenzatorski mikrofon]]

== Viri ==

* {{navedi knjigo|last1=Šuhel|first1=Peter|authorlink1=Peter Šuhel|last2=Kralj|first2=Alojz|authorlink2=Alojz Kralj|title=Sistemi industrijske elektronike - gradniki in sestavi|publisher=Založba FER|location=Ljubljana|year=1994|isbn=86-7739-019-7|cobiss=4934194}}

== Zunanje povezave ==
{{Zbirka|Category:Capacitors}}
* [http://leonardo.eeug.caltech.edu/~ee14/lab1cds.html Caltech: Practical capacitor properties] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20060714222041/http://leonardo.eeug.caltech.edu/~ee14/lab1cds.html |date=2006-07-14 }}
* [http://www.faradnet.com/ FaradNet: The Capacitor Resource]

{{normativna kontrola}}

[[Kategorija:Elektrika in magnetizem]]
[[Kategorija:Elektronski elementi]]
[[Kategorija:Shranjevanje energije]]