Elektrotechnika

10. Meranie kapacity kondenzátorov

10.1 Definícia, značky, základné rozdelenie kondenzátorov

Kondenzátor je dvojpólová reaktančná súčiastka, ktorá realizuje elektrickú veličinu – kapacitu, to je schopnosť akumulovať elektrický náboj a tým aj energiu v elektrickom poli medzi doskami kondenzátora. Základnou jednotkou kapacity je farad, čo je veľmi veľká kapacita, preto sa v praxi používajú menšie jednotky: mF, uF, nF, pF. 

Značky kondenzátorov:

Obr. 10.1.  Schematické značky

Základné rozdelenie kondenzátorov:Podľa konštrukcie:  - s pevnou (konštantnou) kapacitou

                                                             - s meniteľnou kapacitou (dolaďovacie a ladiace)

                                                                                              - Podľa dielektrika: vzduchové, s papierovým dielektrikom, s metalizovaným papierom, s plastovou fóliou, sľudové, keramické,                                                                                                    sklené, elektrolytické. 

Použitie kondenzátorov:

- Vyhladzovací (akumulačný) prvok (filter) v napájacích zdrojoch

- Odeľovací – väzobný prvok, neprepúšťa (neprenáša) jednosmerné napätia a prúdy z jedného do druhého obvodu (napr. stupňa zosilňovača), ale umožňujú kvalitný prenos striedavých signálov (väzbu) medzi týmito obvodmi

- Súčasť selektívnych RC článkov, súčasť rezonančných obvodov a oscilátorov (LC, RC)

- Súčasť frekvenčných clon a korektorov

- Súčasť oznamovacích filtrov: dolnopriepustný (DP), hornopriepustný filter (HP), pásmová priepust (PP) a pásmová zádrž (PZ)

- Súčasť v tvarovacích obvodoch:  derivačný a integračný obvod

- Súčasť v časovacích obvodoch: multivibrátory, monostabilné klopné obvody, časové základne generátorov a osciloskopov …

- V energetike na kompenzáciu jalových prúdov

Kondenzátor v jednosmernom obvode:

Obr. 10.4. Kondenzátor v jednosmernom obvode

Po pripojení kondenzátora na zdroj napätia U cez obmedzujúci rezistor R, sa vo vodičoch vytvorí elektrické pole, ktoré uvedie voľné nosiče náboja – elektróny do pohybu proti smeru elektrického  poľa. Z povrchu dosky pripojenej na kladnú svorku zdroja sa postupne presúvajú elektróny na vnútornú plochu druhej dosky. Presun elektrónov predstavuje prúd, ktorý tečie v obvode (ten samozrejme cez dielektrikum neprechádza).

 Na kladnej doske sa po určitom čase vytvorí kladný náboj +Q (teda nedostatok elektrónov voči neutrálnemu stavu) a na zápornej doske je nadbytok alektrónov – záporný náboj –Q. Zároveň vznikne medzi doskami napätie U_c=U. Veľkosť náboja akumulovaného v kondenzátore závisí od veľkosti napätia a kapacity kondenzátora: Q=C.U .

Medzi doskami vznikne homogénne el. pole s intenzitou: E =U/d.

Funkcia kondenzátora v striedavom obvode:

Pripojme kondenzátor s kapacitou C na zdroj harmonického 

napätia u(t)=U_m.sin(ωt).  Pre slučku platí: u_c(t)-u(t)=0

10.2 Meranie kapacity

Voltampérová metóda merania kapacít:Kondenzátor pripojíme na striedavý zdroj, voltmetrom odmeriame napätie na kondenzátore U, ampérmetrom prúd, ktorý tečie obvodom. Voltampérová metóda merania kapacít (obr. a) velké kapacity, (obr. b)  malé kapacity.

Obr. 10.7. Voltampérová metóda merania kapacity

Mostíková metóda:Využíva základný tvar Wheatstonovho mostíka, miesto odporov v dvoch susedných ramenách je zapojený známy kondenzátor a kondenzátor, ktorého kapacitu chceme zistiť. Mostík je napájaný striedavým napätím a nazýva sa de Sautyho.

Obr. 10.8.  De Sautyho mostík

Číslicový merač kapacity:Využíva napríklad závislosť času integrovania integrátora od veľkosti kapacity v spätnej väzbe. Na obr. je iba časť vytvárajúca časový interval úmerný veľkosti meranej kapacity. Súčasne s pripojením U_N na vstup integrátora sa otvorí hradlo a začne sa počítanie impulzov. Hradlo sa zatvára pri zhode napätí na vstupe komparátora K. Počet impulzov,  ktoré prešli hradlom je úmerný veľkosti kondenzátora.