What is a Capacitor？

Was ist ein Kondensator?

Ein Kondensator ist ein Element, das Elektrizität und elektrische Energie (potenzielle Energie) speichert. Ein Leiter, der von einem anderen Leiter umgeben ist, oder ein Leiter, bei dem die elektrischen Feldlinien, die von einem Leiter ausgehen, alle in dem anderen enden, wird als Kondensator bezeichnet. Ein Kondensator speichert Ladung, wenn eine Spannung zwischen den beiden äußeren Platten des Kondensators angelegt wird. Die Kapazität eines Kondensators ist numerisch gleich dem Verhältnis zwischen der Ladung auf einer leitenden Platte und der Spannung zwischen den beiden Platten. Die Grundeinheit der Kapazität eines Kondensators ist das Farad (F). In Schaltplänen wird zur Bezeichnung kapazitiver Elemente gewöhnlich der Buchstabe C verwendet.

Kondensator Symbol

Internationally standardized, the amount of charge that can be stored in a capacitor when a 1-volt DC voltage is applied to it is the capacitance (i.e., the amount of electricity per unit voltage) of the capacitor, denoted by the letter C. The basic unit of capacitance is the farad (F), which is the voltage ratio between the two electrodes. The basic unit of capacitance is the farad (F). In 1-volt DC voltage, if the capacitor stored charge for 1 coulomb, the capacitance is set at 1 farad, farad with the symbol F, 1F = 1C/V. In practice, the capacitance of the capacitor is often much smaller than 1 farad, commonly used smaller units such as millifarads (mF), microfarads (μF), nano-farads (nF), pico-farads (pF), and so on, the relationship between: 1 microfarad equal to a millionth of a farad; 1 pifa is equal to one-millionth of a microfarad, i.e.: 1 farad (F) = 1,000 millifarads (mF); 1 millifarad (mF) = 1,000 microfarads (μF); 1 microfarad (μF) = 1,000 nanofarads (nF); 1 nanofarad (nF) = 1,000 pifaads (pF); i.e.: 1F = 1,000,000 μF; 1 μF = 1,000,000 pF.

Kondensatoren Welche Verwendungszwecke gibt es?

Kondensatoren spielen in Schaltkreisen eine wichtige Rolle, z. B. bei der Abstimmung, Umgehung, Kopplung und Filterung.In einem Gleichstromkreis ist ein Kondensator das Äquivalent eines Leistungsschalters.Ein Kondensator ist ein Bauteil, das Ladung speichern kann und eines der am häufigsten verwendeten elektronischen Bauteile ist.
●Kopplung: Kondensatoren in Koppelschaltungen werden als Koppelkondensatoren bezeichnet und in zahlreichen ohmschen Verstärkern und anderen kapazitiv gekoppelten Schaltungen verwendet, um den Gleichstrom vom Wechselstrom zu trennen.
●Filtern: Kondensatoren, die in Filterschaltungen verwendet werden, werden als Filterkondensatoren bezeichnet und kommen bei der Filterung von Stromversorgungen und verschiedenen Filterschaltungen zum Einsatz. Filterkondensatoren entfernen Signale in einem bestimmten Frequenzband aus dem Gesamtsignal.
●Entkopplung: Kondensatoren in Entkopplungsschaltungen werden als Entkopplungskondensatoren bezeichnet, die in Gleichspannungsversorgungsschaltungen von mehrstufigen Verstärkern verwendet werden, um schädliche niederfrequente Querverbindungen zwischen den einzelnen Stufen des Verstärkers zu beseitigen.
Hochfrequenz-Löschung: Ein Kondensator, der in einer Hochfrequenzunterdrückungsschaltung verwendet wird, wird als Hochfrequenzunterdrückungskondensator bezeichnet. In einem Audio-Verstärker mit negativer Rückkopplung wird diese Kondensatorschaltung verwendet, um eine mögliche hochfrequente Selbsterregung zu unterdrücken und ein mögliches hochfrequentes Pfeifen im Verstärker zu eliminieren.
Resonanz: Der im LC-Schwingkreis verwendete Kondensator wird als Resonanzkondensator bezeichnet, der sowohl in LC-Parallel- als auch in LC-Serienschwingkreisen benötigt wird.
Bypass: Kondensatoren, die in Bypass-Schaltungen verwendet werden, nennt man Bypass-Kondensatoren. Wenn ein bestimmtes Band von Signalen aus einem Signal in einer Schaltung entfernt werden muss, kann eine Bypass-Kondensatorschaltung verwendet werden. Je nach Frequenz des zu entfernenden Signals gibt es Bypass-Kondensatorschaltungen für den gesamten Frequenzbereich (alle Wechselstromsignale) und Bypass-Kondensatorschaltungen für hohe Frequenzen.
●Neutralisierung: Ein Kondensator, der in einer Neutralisationsschaltung verwendet wird, heißt Neutralisationskondensator. Diese Neutralisationskondensatorschaltungen werden in Hoch- und Mittelfrequenzverstärkern des Rundfunks und in Hochfrequenzverstärkern des Fernsehens verwendet, um Selbsterregung zu verhindern.
●Zeitplan: Kondensatoren, die in Zeitschaltungen verwendet werden, nennt man Zeitkondensatoren. Schaltungen mit Zeitkondensatoren werden in Schaltungen verwendet, die eine Zeitsteuerung durch Laden und Entladen von Kondensatoren erfordern, die die Größe der Zeitkonstante steuern.
●Integration: Ein Kondensator, der in einer Integrationsschaltung verwendet wird, wird als Integrationskondensator bezeichnet. Diese integrale Kondensatorschaltung wird in synchronen Trennschaltungen für die Potenzialfeldabtastung verwendet, um das Feldsynchronisationssignal aus dem zusammengesetzten Feldsynchronisationssignal zu entfernen.
●Differenzial: Ein Kondensator, der in einer Differenzschaltung verwendet wird, wird als Differenzkondensator bezeichnet. Diese Differenzkondensatorschaltung wird in einer Triggerschaltung verwendet, um aus verschiedenen Arten von Signalen (hauptsächlich Rechteckimpulsen) ein Spike-Triggersignal zu erhalten.
●Entschädigung: Ein Kondensator, der in einer Kompensationsschaltung verwendet wird, wird als Kompensationskondensator bezeichnet, und diese Niederfrequenz-Kompensationskondensatorschaltung wird in der Basskompensationsschaltung eines Kassettendecks verwendet, um das Niederfrequenzsignal im Wiedergabesignal zu verstärken, und es gibt auch eine Hochfrequenz-Kompensationskondensatorschaltung.
Bootstrap: Der in der Bootstrap-Schaltung verwendete Kondensator wird als Bootstrap-Kondensator bezeichnet, und diese Bootstrap-Kondensatorschaltung wird in der Ausgangsstufenschaltung gängiger OTL-Leistungsverstärker verwendet, um die positive Halbwellenamplitude des Signals durch positive Rückkopplung um einen kleinen Betrag zu erhöhen.
● Crossover: Der Kondensator in einer Frequenzweichenschaltung wird als Frequenzweichenkondensator bezeichnet. In der Frequenzweiche eines Lautsprechers wird eine Frequenzweichen-Kondensatorschaltung verwendet, damit der Hochton-Lautsprecher im Hochtonbereich, der Mittelton-Lautsprecher im Mitteltonbereich und der Tiefton-Lautsprecher im Tieftonbereich arbeiten kann.
● Belastungskapazität: Dies ist die effektive externe Kapazität, die die Resonanzfrequenz der Last zusammen mit dem Quarzresonator bestimmt. Die Standardwerte für die Lastkapazität sind 16pF, 20pF, 20pF, 20pF, 20pF, 20pF, 20pF und 20pF.

Wie Kondensatoren funktionieren

Ein Kondensator ist ein elektronisches Bauteil, das eine elektrische Ladung speichern kann und dessen Funktionsprinzip auf der Akkumulation und Freisetzung von Ladung beruht.

1. Grundlegende Konstruktion
   A capacitor consists of two conductive electrodes (usually metal plates) with an insulating medium (e.g. air, plastic, ceramic, etc.) in between. This structure is similar to a “sandwich”, the charge can be accumulated in the electrodes, but can not flow directly through the insulating medium. 2. charging process
2. Aufladevorgang
   Wenn ein Kondensator an das Stromnetz angeschlossen wird, beginnt der Ladevorgang:
   Der positive Pol der Stromversorgung liefert eine positive Ladung an eine Elektrode und der negative Pol liefert eine negative Ladung an die andere Elektrode.
   Aufgrund der Barriere des isolierenden Mediums kann die Ladung nicht direkt hindurchgehen, sondern sich nur an den jeweiligen Elektroden anlagern.
   Mit der Akkumulation der Ladung steigt die Potenzialdifferenz zwischen den Elektroden allmählich an, bis sie der Versorgungsspannung entspricht und der Ladevorgang beendet ist.
3. Entlastungsprozess
   Wenn ein Kondensator von der Stromversorgung getrennt und an eine Last angeschlossen wird, beginnt der Entladevorgang:
   Die Ladung an den Elektroden bildet unter der Wirkung der elektrischen Feldkraft einen Strom durch die Ladung.
   Wenn die Ladung freigesetzt wird, nimmt die Potenzialdifferenz zwischen den Elektroden ab, bis sie den Wert Null erreicht und der Entladevorgang endet.
4. Kapazität und elektrische Felder
   Die Kapazität (C) eines Kondensators gibt seine Fähigkeit an, Ladung zu speichern, und wird nach der folgenden Formel berechnet:
   C=Q/, Kondensatorgleichung
   Capacitance Determinant:C=εS/(4Tkd)
   Kapazitätsberechnung: C=Q/U
   where ϵ is the dielectric constant of the insulating medium, S is the electrode area, and d is the distance between the electrodes. The electric field plays a central role in the charging and discharging process, driving the movement of charges.

Die in einem Kondensator gespeicherte Energie ist elektrische Feldenergiedie im Wesentlichen die potenzielle Energie ist, die im elektrischen Feld zwischen den Leiterplatten gespeichert ist. Wenn ein Kondensator aufgeladen ist, sammeln sich unter dem Einfluss des elektrischen Feldes Ladungen an und wandeln elektrische Energie in elektrische Feldenergie um; bei der Entladung wird die elektrische Feldenergie als andere Energieform freigesetzt.

Formeln zur Berechnung der Kondensatorenergie

Die Energie eines Kondensators kann anhand der folgenden drei äquivalenten Formeln berechnet werden, die von den bekannten Parametern (Kapazität CSpannung Uoder Gebühr Q):

1. Basierend auf Spannung und Kapazität:

Diese Formel zeigt, dass sich die Energie proportional zur Kapazität und zum Quadrat der Spannung verhält, so dass sie sich für Szenarien eignet, in denen die Ladespannung bekannt ist.

2. Basierend auf Ladung und Spannung:

Damit wird die Energie durch die Potenzialdifferenz während des Ladungstransfers berechnet, was häufig zur Analyse des Ladevorgangs verwendet wird.

3. Auf der Grundlage von Ladung und Kapazität:

Dies gilt, wenn die Ladung und die Kapazität bekannt sind, wie z. B. bei der Energieberechnung eines isolierten Leiters.

Wichtige Einflussfaktoren

• Kapazität: Bestimmt durch die Plattenfläche (S), Abstände (d), und Permittivität (ε) (where C=εS/dC=εS/d). Eine Vergrößerung der Plattenfläche oder eine Verringerung des Abstands erhöht die Energiespeicherkapazität.
• Betriebsspannung: Die Energie ist proportional zum Quadrat der Spannung, eine Überschreitung der Nennspannung kann jedoch zum Ausfall führen.
• Frequenzmerkmale: Bei hohen Frequenzen nimmt die Kapazität ab, was die Effizienz der Energiespeicherung beeinträchtigen kann.

Wie man die Energie eines Kondensators erhöht

Um die Speicherung elektrischer Feldenergie in Kondensatoren effektiv zu erhöhen, müssen zunächst Kondensatoren ausgewählt werden.Wir müssen auf die Kapazität und die Spannung des Kondensators achten und Kondensatoren mit großer Kapazität, hoher Spannung, guter Spannungsfestigkeit und geringen Verlusten bevorzugen, um ihre Stabilität und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Zweitens kann die Energiespeicherung direkt erhöht werden, indem man die Betriebsspannung erhöht oder die Kapazität des Kondensators vergrößert. Durch die Reihenschaltung von zwei Kondensatoren mit der gleichen Kapazität kann beispielsweise die Gesamtkapazität verdoppelt werden, wodurch sich die Energie des elektrischen Feldes erheblich erhöht. Darüber hinaus erhöht die Reihenschaltung von Kondensatoren nicht nur die Energie des elektrischen Feldes, sondern ermöglicht auch mehrere Funktionen wie die Korrektur des Leistungsfaktors und die Filterung, die weit verbreitet sind. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch eine sorgfältige Auswahl der Kondensatoren, eine vernünftige Verbesserung der Energiespeicherung und eine geschickte Nutzung der Reihenschaltungstechnologie die Energiespeicherkapazität des elektrischen Feldes des Kondensators erheblich verbessert werden kann, um eine solide Grundlage für die Optimierung der Leistung und Stabilität der Schaltung zu schaffen.

Wie hoch ist die Lebenserwartung eines Kondensators?

1. Der allgemeine Bereich der Lebensdauer von Kondensatoren
   Im Allgemeinen sind Leistungskondensatoren für eine Lebensdauer von 8 bis 12 Jahren ausgelegt. Dies bedeutet jedoch nicht, dass alle Kondensatoren innerhalb dieses Zeitrahmens ersetzt werden müssen, da die tatsächliche Lebensdauer von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst werden kann. So wirken sich beispielsweise die Umgebungstemperatur, die Betriebsspannung, die Belastungsbedingungen und die Qualität des Kondensators selbst auf seine Lebensdauer aus.
2. Schlüsselfaktoren, die die Lebensdauer von Kondensatoren beeinflussen
   Umgebungstemperatur: Hohe Temperaturen beschleunigen die Verdampfung und Zersetzung des Elektrolyts im Kondensator, wodurch sich dessen Kapazität und Spannungswert verringern. Außerdem führen hohe Temperaturen zur Alterung des Isoliermaterials im Inneren des Kondensators, was seine Lebensdauer weiter verkürzt.
   Lastbedingungen:Wird ein Kondensator über einen längeren Zeitraum unter Überlast betrieben, kann es zu Überhitzung oder Fehlfunktionen kommen, wodurch sich seine Lebensdauer verkürzt.
   Kondensatorqualität: Hochwertige Kondensatoren haben in der Regel bessere Isoliermaterialien, strengere Herstellungsverfahren und eine zuverlässigere Verpackung, was zu einer höheren Alterungsbeständigkeit und Haltbarkeit führt.
3. Wie man die Lebensdauer von Kondensatoren verlängert
   Um die Lebensdauer der Kondensatoren zu verlängern, können folgende Maßnahmen ergriffen werden:
   Sorgen Sie für eine geeignete Arbeitsumgebung und einen angemessenen Temperaturbereich und vermeiden Sie hohe Temperaturen, Feuchtigkeit und korrosive Umgebungen.
   Vernünftige Auswahl und Auslegung der Kondensatoren, um sicherzustellen, dass die Spannung und die Belastung, denen sie standhalten, innerhalb des geeigneten Bereichs liegen.
   Regelmäßige Wartung und Inspektion, rechtzeitige Erkennung und Behandlung abnormaler Zustände von Kondensatoren, wie Kapazitätsverschlechterung, physische Schäden usw.
   Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Lebensdauer von Kondensatoren zwar im Allgemeinen 8 bis 12 Jahre beträgt, der genaue Austauschzeitpunkt jedoch umfassend anhand der tatsächlichen Betriebsbedingungen und Umweltfaktoren beurteilt werden muss. Durch angemessene Maßnahmen können wir die Lebensdauer von Kondensatoren effektiv verlängern und den stabilen Betrieb von elektronischen Geräten und Schaltkreisen sicherstellen.