elektronika

Radio? Ależ to bardzo proste! #3

Poniższy post jest częścią serii o elektronice i elektrotechnice. Zajmuję się w nich opisem zasady działania radia. Listę wszystkich wpisów z powyższych kategorii można znaleźć tutaj. Wiedza merytoryczna pochodzi w dużej mierze z książki Radio? Ależ to bardzo proste!

Po krótkim wstępie do elektroniki i opisie pierwszych elementów z których budujemy układy, czas na kolejny, nie mniej istotny niż poprzednie. Wszak ciężko spotkać jakiekolwiek urządzenie elektroniczne w którym nie znajdziemy kondensatora.

Przerwa w obwodzie

Aby w układzie popłynął prąd, musi być on zamknięty. Jednak w przypadku pojawienia się kondensatora sytuacja jest inna i nieco bardziej skomplikowana. Sam w sobie kondensator jest bardzo prostym urządzeniem, zbudowanym z dwóch przewodników wzajemnie od siebie izolowanych do których doprowadza się napięcie.

Symbol kondensatora

Konstrukcję kondensatora możemy zobrazować jako połączenie dwóch zbiorników z wodą, gdzie na ich styku występuje elastyczna membrana. Po uruchomieniu pompy (włączenia źródła napięcia), powstaje różnica ciśnień (napięcia) po obu stronach kondensatora. Jednakże woda nie przenika przez membranę.

W chwili podłączenia źródła zasilania do układu zawierającego kondensator, elektrony zaczną płynąć zgodnie z obowiązującym kierunkiem. Po chwili na okładzinie znajdującej się przy biegunie ujemnym zgromadzi się dużo więcej elektronów niż po drugiej stronie. Im więcej elektronów zostanie ‘wykradzionych’, tym bardziej będą one przyciągane przez okładzinę, z której elektrony ‘przypłynęły’. Jednak z powodu odizolowania obu okładzin, napięcie przez kondensator nie przepłynie i ładunek na okładzinie będzie utrzymywany tak długo, jak będzie podłączone źródło zasilania.

Zagęszczenie elektronów pozwala zgromadzić na okładzinach kondensatora ładunki elektryczne o wartościach znacznie większych, niż byłoby to możliwe bez przywołania elektronów przez atomy dodatnie. Zdolność kondensatora to gromadzenia ww ładunków nazywa się pojemnością kondensatora. Wartość ta jest wprost proporcjonalna do pola powierzchni okładzin i odwrotnie proporcjonalna do odległości w jakiej się znajdują. Zależy również od materiału z jakiego wykonane są okładziny. Wartość ta nazywa się stałą dielektryczną i dla powietrza wynosi 1.

Jednostką miary pojemności kondensatora jest farad [F]. Jej wartość nie zależy od grubości ani od materiału z którego wykonane są okładziny. W kondensatorze magazynowane są ładunki elektryczne.

Prąd przechodzi przez kodensator

Gdy podłączymy kondensator do źródła zasilania, a następnie baterię zamienimy na połączenie z opornikiem, spowodujemy jego rozładowanie. Elektrony, które zgromadzone będą w nadmiarze na jednej z okładzin powędrują w stronę okładziny, na której występuje ich niedobór. Ten rodzaj prądu nazywamy prądem rozładowania. Po odłączeniu od zasilania będzie on płynął do momentu, w którym potencjały na obu okładzinach zrównoważą się. Zatem przy źródle prądu stałego prąd nie jest w stanie przejść przez kondensator – jego przepływ występuje tylko podczas ładowania i rozładowywania kondensatora. A jak jest w przypadku prądu zmiennego?

Możemy spowodować nieprzerwany szereg ładowań i rozładowań kondensatora podłączając kondensator do prądu zmiennego. W związku z tym, że podczas jego przepływu kierunek przepływu prądu zmienia się, okładziny będą ładowane i rozładowywane cyklicznie. W uproszczeniu mówimy wtedy o tym, że przez kondensator płynie prąd, mimo, że de facto tak się nie dzieje. Przez szybką zmianę biegunowości, elektrony będą płynąć raz w jedną, raz w drugą stronę, na krótką chwilę gromadząc ładunki na okładzinach.

Oporność kondensatora

Przepływ prądu zmiennego przez kondensator nie odbywa się z taką łatwością, jak przez dobry przewodnik. Kondensator stawia dla prądu zmiennego pewien szczególny rodzaj oporności, oporność pojemnościową. Jest ona tym mniejsza, im większa jest pojemność i im większa częstotliwość prądu.

Gwoli przypomnienia, we wszystkich obwodach elektrycznych można rozróżnić trzy rodzaje oporności: indukcyjną, pojemnościową oraz rzeczywistą. Biorąc pod uwagę, że oporność pojemnościowa i indukcyjna wywierają na prąd działanie przeciwne, można założyć, że w pewnym stopniu znoszą się nawzajem. Tym samym zwykłe dodawanie oporności połączonych szeregowo, może być stosowane tylko wtedy kiedy obwód składa się z: jedynie oporności rzeczywistych, jedynie oporności indukcyjnych lub jedynie z oporności pojemnościowych.

Podsumowanie

Kondensator to kolejny element, który spotkamy w praktycznie każdym układzie elektrycznym. Zbudowany jest z dwóch okładzin rozdzielonych dielektrykiem. Doprowadzenie napięcia do okładzin powoduje nagromadzenie się na nich ładunku elektrycznego. Pozwala na podtrzymanie wartości chwilowej napięcia w przerwach pomiędzy kolejnymi impulsami prądu dopływającego z prostownika – innymi słowy wygładza przebieg prądu.