Kondensator jako element gromadzący ładunek.

Transkrypt

1 Kondensator jako element gromadzący ładunek. Kondensator podstawowe informacje. bierny element elektroniczny zbudowany z dwóch przewodników (okładek) rozdzielonych dielektrykiem (izolatorem) symbole kondensatora na schematach: podstawową funkcją kondensatora jest gromadzenie ładunku elektrostatycznego na jego okładkach po podłączeniu go do źródła napięcia prądu; po odłączeniu kondensatora od obwodu przechowuje on zgromadzoną energię elektryczną; ponowne umieszczenie kondensatora w obwodzie zamkniętym bez źródła napięcia, lub ze źródłem napięcia niższym od napięcia zgromadzonego w kondensatorze uwolni on część lub całość energii elektrycznej; podstawowy parametr kondensatora jest pojemność, czyli zdolność kondensatora do gromadzenia ładunku; pojemność oznaczamy literą C, jednostką jest F (farad) C = Q / U 1F = 1C / 1V gdzie: C pojemność [F] Q ładunek zgromadzony na jednej okładce [C] w kulombach* U napięcie pomiędzy okładkami [V] *kulomb ładunek elektryczny przepływający w czasie 1s przez przewód, gdy natężenie prądu to 1A 1C = 1s x 1A pojemność kondensatorów połączonych szeregowo to (odwrotnie niż rezystory): C Z = (C1 + C2) / (C1 x C2) pojemność kondensatorów połączonych równolegle to (odwrotnie niż rezystory): C Z = C1 + C2 podstawowy podział kondensatorów: Ryc 1. Podstawowy podział kondensatorów. 1

2 1. Kondensatory elektrolityczne podział aluminiowe - pojemność > 1 µf do 1 F, tantalowe - pojemności do ok µf niobowe - wąski zakres pojemności, napięcia do 10V niskoimpedancyjne superkondensator (goldcap, supercap) bardzo duża pojemność i szybkość ładowania/rozładowywania, Ryc. 2 Różne rodzaje kondensatorów elektrolitycznych: a) aluminiowy; b) tantalowy; c) niskoimpedancyjny; d) superkondensator. budowa Kondensator elektrolityczny aluminiowy zbudowany jest z dwóch taśm aluminiowych (okładzin) rozdzielonych papierem (dielektrykiem czyli izolatorem), który jest nasączony elektrolitem (pełniącym rolę elektrody ujemnej). Jedna z taśm aluminiowych pełni rolę anody. Jej powierzchnia jest bardzo chropowata, co znacznie zwiększa jej powierzchnię. W procesie produkcji kondensatorów zachodzi tzw. proces formowania - podłącza się je do źródła napięcia wyższego od nominalnego napięcia danego kondensatora. W rezultacie na taśmie aluminiowej pełniącej rolę anody (pod wpływem jonów ujemnych z elektrolitu) tworzy się cienka warstwa tlenku glinu, który tak jak papier pełni funkcję izolatora. Do czego zatem służy druga taśma aluminiowa? Doprowadza ona prąd do katody, czyli elektrolitu. Ryc. 3 Uproszczony przekrój przez kondensator elektrolityczny. cechy kondensator elektrolityczny aluminiowy duża pojemność (od > 1 µf do 1 F) przy stosunkowo niewielkich rozmiarach, mała rezystancja szeregowa, mała indukcyjność szeregowa, muszą być polaryzowane napięciem stałym* (w przeciwnym razie może dojść do eksplozji) przewodzą prąd jednokierunkowo* -zbyt wysokie napięcie powoduje ponowne rozpoczęcie procesu formowania, a tym samym wydzielania gazowego wodoru, co może doprowadzić do eksplozji kondensatora, przy niewłaściwym czy długotrwałym przechowywaniu mogą wysychać - cieniutka warstwa tlenku glinu uszkadza się, a zwiększone ciśnienie podczas pracy kondensatora może spowodować jego rozszczelnienie *wyjątek kondensatory bipolarne zastosowanie 2

3 Kondensatory elektrolityczne stosowane są w obwodach zasilania jako kondensatory filtrujące i gromadzące energię. Stosowane są też jako kondensatory sprzęgające i blokujące w urządzeniach m.cz., pracujących z częstotliwościami do mniej więcej 100kHz. 2. Kondensatory ceramiczne podział wyróżniamy 3 typy: -typ 1 najlepsze ze stosowanych popularnie kondensatorów, mają ściśle określony współczynnik temperaturowy i małe straty, ale zakres ich pojemności to jedynie od 0,1pF do 10nF; typ 2 (ferroelektryczne) mają gorsze parametry, ale za to mają większą pojemność od 100pF do 1uF i niewielkie rozmiary; typ 3 (półprzewodnikowe) parametrami zbliżone są do kondensatorów typu 2, ale są jeszcze mniejsze, ich zakres pojemności wynosi od 100pF do 10uF Ryc. 4 Kondensator ceramiczny. budowa Podstawowym składnikiem dielektryka jest dwutlenek tytanu w postaci sprasowanego proszku. zastosowanie Kondensatory ceramiczne stosuje się powszechnie w obwodach wielkiej częstotliwości, zarówno jako elementy obwodów rezonansowych, jak i do sprzęgania, blokowania oraz filtrowania. oznaczenia ich wyjaśnienie znajdziecie tutaj 3. Kondensatory foliowe podział ze względu na rodzaj dielektryka: polistyrenowe (styrofleksowe) oznaczenie KSF, KS, MKS - najbardziej stabilne kondensatory foliowe, ich tolerancja może wynosić nawet 0,5%, probukowane w zakresie pojemności od 10pF do 100nF; zastosowanie: układy wysokich częstotliwości (w.cz.), filtry telekomunikacyjne; poliestrowe - oznaczenie MKSE lub MKT - najpowszechniejsze kondensatory foliowe, parametrami zbliżają się do kondensatorów ceramicznych ferroelektrycznych, zakres pojemności od 100pF do 100uF; układy małych i pośrednich częstotliwości (m.cz., p.cz.); poliwęglanowe - oznaczenie MKC - mają lepsze parametry od kondensatorów MKT, ale są znacznie większe; polipropylenowe - oznaczenie KMP, KFMP lub MKP - stosowne w układach impulsowych (z dużymi pikami prądów i napięć), zakres pojemności od 1nF do 10uF; stosowane w obwodach impulsowych. Ryc 5. Różne rodzaje kondensatorów foliowych: a) MKS; b) MKT; c) MKP. budowa Dielektrykiem jest folia z tworzywa sztucznego, zaś okładziny mogą być wykonane z folii aluminiowej lub z folii z tworzywa sztucznego na którą próżniowo naniesiono metal aluminium (kondensatory metalizowane). 3

4 Kondensatory można podzielić na dwa rodzaje: biegunowe i bezbiegunowe (można mówić również o polaryzowanych i niepolaryzowanych). Odstawiając na bok semantykę, idea jest jasna dla niektórych kondensatorów istotny jest kierunek włączenia ich do obwodu, a dla niektórych jest to całkowicie obojętne. Po lewej: kondensatory bezbiegunowe (foliowy i ceramiczny) biegunowe (Po prawej: kondensatory elektrolityczne i tantalowy) Kondensatory włączamy równolegle do zasilanego urządzenia, dzięki czemu zachowuję się podobnie do akumulatorów: ładują się podczas normalnej pracy i rozładowują, kiedy źródło zasilania jest chwilowo niewystarczające. Takie cykle mogą zachodzić bardzo szybko, nawet miliony razy na sekundę. Zastosowanie kondensatorów i wykorzystanie powyższych właściwości powoduje to, że wahania napięcia zasilającego układ zmniejszają się o czym przekonasz się dalej wykonując ćwiczenie. Kondensatory biegunowe Do kondensatorów biegunowych można zaliczyć, przede wszystkim, szeroko rozpowszechnione kondensatory elektrolityczne. Dwie okładki przełożone są dielektrykiem (np. papierem nasączonym elektrolitem), ciasno zwinięte i wciśnięte do aluminiowego kubeczka. Całość jest uszczelniana gumowym korkiem. Okładki różnią się od siebie. Jedna z nich jest elektrodą metalową, a druga elektrolitową. Dlatego ważne jest, która zostanie podłączona do wyższego potencjału (do plusa ), a która do niższego (czyli minusa ). Biegunowość jest najczęściej oznaczana poprzez nadrukowanie znaku - na folii powlekającej obudowę nie należy zatem jej zdzierać! Często nóżki nowych kondensatorów są różnej długości. Wtedy dłuższa to plus, a krótsza, to minus. W zestawie elementów do kursu znajduje się kilka kondensatorów elektrolitycznych. Warto dla własnej ciekawości sprawdzić jak taki element wygląda w środku. Abyś nie musiał niszczyć swoich kondensatorów przeprowadziłem taki eksperyment za Ciebie. Na poniższych zdjęciach widoczny jest rozłożony kondensator o pojemności 100uF: Kondensator po zdjęciu obudowy. Zwinięte okładki kondensatora. Rozwinięte okładki kondensatora. Jak widać, bardzo łatwo możemy wyróżnić elementy z jakich jest on zbudowany. Czyli dwie okładki, dielektryk oraz opakowanie, czyli aluminiowy kubeczek. 4

5 Zawsze sprawdzaj biegunowość dwa razy! Odwrotne włączenie kondensatora biegunowego może grozić jego uszkodzeniem, a nawet zwarciem lub wybuchem! Powyższej uwagi nie wolno ignorować! Dobierając kondensatory musisz zawsze zwracać uwagę na dobranie elementów o odpowiednim napięciu pracy (o tym jeszcze później), a następnie na podłączenie ich we właściwy sposób. Poniższy eksperyment został przeprowadzony w kontrolowanych warunkach! Nie wykonuj go samodzielnie bez odpowiedniego sprzętu oraz doświadczonego opiekuna! Aby uzmysłowić jak bardzo niebezpieczne może być odwrotne podłączenie kondensatora przygotowałem prosty eksperyment. Poniższy film demonstruje, co dzieje się z kondensatorem elektrolitycznym, do którego podłączono napięcie w sposób odwrotny. Robi wrażenia, prawda? Wystarczy pomyśleć, co stałoby się gdybyśmy nieświadomie wmontowali w układ 20 takich: kondensatorów, a po uruchomieniu wszystkie by wybuchły? Poniżej zdjęcia przed oraz po włączeniu zasilacza Nowy kondensator Kondensator podłączony odwrotnie Zdarza się, że poprawnie wlutowany kondensator z czasem może przestać poprawnie działać. Objawia się to najczęściej spuchnięciem (wybrzuszeniem) elementu. Większe kondensatory wyposażone są w mechanizmy zabezpieczające w formie nacięć na górnej części zamknięcia. Należy rozumieć je, jako zawór bezpieczeństwa, który przy wzroście wewnętrznego ciśnienia rozszczelni się, zanim dojdzie do wybuchu. Przykładowy kondensator, w którym zadziałał opisywany mechanizm widoczny jest poniżej. Zabezpieczenie kondensatorów elektrolitycznych. Kondensatory bezbiegunowe Kondensatorów bezbiegunowych jest bardzo dużo, a ich zróżnicowanie wynika z materiałów, jakie są stosowane na dielektryki między okładkami. Używa się, między innymi: o ceramiki (kondensatory ceramiczne) o folii (kondensatory poliestrowe i polipropylenowe) Każda grupa ma różne zastosowania. Kondensatorów ceramicznych używa się w układach wielkiej częstotliwości. Kondensatorów foliowych w układach pracujących przy napięciu sieciowym z uwagi na dużą wytrzymałość napięciową (rzędu setek woltów) i małe straty. Do elektroniki opierającej się na mikrokontrolerach (oraz większości układów cyfrowych), wystarczą kondensatory ceramiczne. Kondensatory bezbiegunowe, w zależności od wykonania, występują również w różnych obudowach. Ceramiczne można spotkać jako małe, brązowe pastylki. Foliowe są z kolei znane jako prostopadłościenne kostki w różnych kolorach. 5

6 Kondensator foliowy Naruszona obudowa Rozwinięta folia Istnieją również kondensatory tantalowe, które łączą zalety kondensatorów elektrolitycznych (duże pojemności) i ceramicznych (brak wysychania, małe straty), ale nie są one rozpowszechnione wśród początkujących z uwagi na relatywnie wysokie ceny. Zapewne będziesz je wykorzystywał, gdy zaczniesz budować bardziej skomplikowane urządzenia. Kondensator tantalowy (góra) Kondensator tantalowy (spód) Już teraz zapamiętaj jednak bardzo ważną uwagę! W przypadku kondensatorów tantalowych kolorowy pasek na obudowie oznacza biegun dodatni! Jeśli wlutujesz te elementy w sposób odwrotny będą powodowały zwarcia! Pojemność kondensatorów Kondensatory cechują się dwiema podstawowymi parametrami: pojemnością i napięciem pracy. Ten pierwszy określa zdolność do gromadzenia ładunku (im większa, tym więcej) i wyraża się go w faradach, symbol F. Jest to bardzo duża jednostka, dlatego spotkasz się głównie z: o pikofaradami [pf] (1pF = 0, F) o nanofaradami [nf] (1nF = 0, F) o mikrofaradami [μf] (1μF = 0, F) Grecka litera mi [μ] jest problematyczna do napisania na komputerze, dlatego, przez podobieństwo, często stosuje się łacińską literę u. Napięcie pracy Ten parametr wyrażany jest w woltach [V] i określa, jakie napięcie może panować między okładkami kondensatora bez ryzyka jego uszkodzenia. Jest to wartość graniczna, dlatego należy stosować kondensatory na napięcia wyższe niż te, jakie są przewidywane w układzie. Najpopularniejsze wartości napięć to: 10V, 16V, 25V, 35V, 50V, 63V i 100V. Przykładowo, do układu zasilanego z akumulatora samochodowego (napięcie typowo 12,8V, maksymalnie 14,4V lub ponad 15V przy uszkodzonym układzie ładowania) można zastosować kondensatory na napięcie 16V, ale pozostanie bardzo mały margines. Lepiej będzie użyć kondensatorów przystosowanych do napięcia 25V. Nie ma jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, o ile większe ma być napięcie pracy kondensatora od przewidywanego, jakie na nim wystąpi w czasie pracy. Często przyjmuje się, co najmniej, 20% zapasu powyżej maksymalnego spodziewanego napięcia. Niektóre kondensatory elektrolityczne o małych pojemnościach, jak 1μF czy 2,2μF są produkowane na napięcia 50V i większe. Nie ma przeciwwskazań, by stosować je w układach zasilanych napięciami rzędu kilku woltów. Łączenie kondensatorów 6

7 Kondensatory, podobnie jak rezystory, można ze sobą łączyć. Również na dwa sposoby: szeregowo i równolegle. Odmienne są tylko skutki tych połączeń. Połączenie szeregowe zawsze daje kondensator o pojemności mniejszej niż najmniejsza użyta pojemność. Połączenie równoległe zawsze daje kondensator o pojemności większej niż największa użyta pojemność. Połączenie szeregowe i równoległe kondensatorów Połączenie szeregowe. Połączenie równoległe. Wzory do obliczenia wartości wypadkowych nie są trudne i warto mieć je pod ręką. Tutaj również należy zwracać uwagę na wielkości i ujednolicić je przed podstawieniem do wzoru! Niektóre* multimetry posiadają funkcję pomiaru pojemności. Mierzony kondensator należy wcześniej rozładować poprzez zwarcie jego wyprowadzeń, w przeciwnym razie miernik zostanie uszkodzony! *Niestety funkcja ta dostępna jest tylko w droższych modelach. Dlatego miernik dołączony do zestawu nie posiada takiej funkcji. Jednak mówiąc szczerze (z praktycznego punktu widzenia) funkcja ta wykorzystywana jest bardzo rzadko więc nie musisz żałować, że jej nie masz! Teraz, gdy wiesz w jaki sposób można łączyć kondensatory wróć do wcześniejszego przykładu. Spróbuj połączyć wszystkie kondensatory elektrolityczne jakie znajdują się w zestawie. Czy udało Ci się wydłużyć znacząco czas, po którym gaśnie dioda? Praktyczne zastosowania Jeżeli chodzi o technikę cyfrową, kondensatory są stosowane przede wszystkim do filtracji napięcia zasilającego. Układy cyfrowe w tym mikrokontrolery są wrażliwe na zakłócenia, które mogą powodować ich nieprawidłowe funkcjonowanie (np. zawieszanie się). Stąd, zasilanie każdego układu cyfrowego powinno być filtrowane (np.: przez kondensatory ceramiczne 100nF). Filtrowanie polega na włączeniu kondensatorów między linię zasilającą, a masę. Sprawdzają się one w tej roli, ponieważ nie przepuszczają prądu stałego (można je podłączyć do baterii bez obawy o jej zwarcie), za to przewodzą prąd zmienny. Dzięki temu, zakłócenia w postaci napięcia zmiennego, są zwierane do masy. Kondensatory elektrolityczne, mimo osiągania dużych pojemności, nie są skuteczne w filtrowaniu sygnałów o naprawdę wysokich częstotliwościach. Jest to spowodowane pewną ich niepożądaną cechą, zwaną indukcyjnością szeregową. Z kolei, kondensatory ceramiczne mają niewielkie pojemności, dlatego nie potrafią skutecznie odfiltrować zakłóceń o niewielkich częstotliwościach. Z wyżej wymienionych powodów, najskuteczniejsze jest równoległe połączenie obu rodzajów kondensatorów: elektrolitycznego i ceramicznego. Jakie wartości pojemności są stosowane? Nie ma tutaj jednoznacznej odpowiedzi. Jako kondensatory ceramiczne najczęściej są stosowane takie o pojemnościach około 100nF, ale nie jest to wartość krytyczna. Z kondensatorami elektrolitycznymi jest różnie, zależnie od miejsca jego zamontowania w układzie. Użyty tuż przy mikrokontrolerze, powinien mieć wartość około μF. Filtrujący zasilanie całego układu, może już mieć kilkaset mikrofaradów. Zbyt duża pojemność nie będzie tutaj, na ogół, szkodliwa. Duży symbol po prawej stronie schematu to przykładowy mikrokontroler (układ scalony). Na ten moment nie musisz zagłębiać się w informacje o tym elemencie. Najważniejsze, abyś zauważył, że zasilanie jest do niego doprowadzone przez filtr składający się z dwóch kondensatorów. Kondensatory w odpowiednim połączeniu z rezystorami tworzą filtry RC. Podsumowanie Kondensatory filtrujące zasilanie przy układzie scalonym W tej części kursu zapoznałeś się z kondensatorami. Pomimo prostoty działania, ich rola w elektronice nawet cyfrowej jest nadal istotna. Tak naprawdę zalety kondensatorów poznasz dopiero później, gdy zaczniesz budować układy wyposażone w mikrokontrolery, sterowniki silników i inne układy scalone. Tam, bez odpowiedniej ilości kondensatorów, nic nie będzie działało prawidłowo. Po tej lekcji szczególnie powinieneś zapamiętać jak działają kondensatory, że służą do filtrowania zasilania oraz sposób w jaki należy je podłączać. 7

8 Cewki oraz ich zastosowania w elektronice cyfrowej. W układach analogowych, w szczególności tych, które pracują na wielkich częstotliwościach, można znaleźć ich znacznie więcej. Niemniej jednak, warto poznać te podzespoły. Podstawowe informacje o cewkach Niektórzy elektronicy mówią, że z kondensatorem jest jak z cewką, tylko na odwrót. To prawda: kondensatory i cewki wykazują całkowicie odmienne zachowania. Oba elementy używane są do filtrowania napięcia. Jak już pewnie wiesz, z poprzedniej części kursu, kondensatory podłączane są do układu równolegle. Podczas pracy urządzenia ładują się ze źródła zasilania i stanowią takie pomocnicze akumulatorki, które niwelują zakłócenia. Pamiętasz przykład z diodą i dużym kondensatorem? Na górze: dławik dużej mocy, na dole mała cewka w obudowie przypominającej rezystor W przypadku cewek jest inaczej. Po pierwsze włączamy je do układu szeregowo. Dzięki właściwościom, o których przeczytasz dalej, stanowią one doskonałą filtrację dla zmiennych zakłóceń, a bez problemu przepuszczają stałe napięcie. W połączeniu z kondensatorami pozwalają one na stworzenie bardzo dobrego filtru. W ćwiczeniu 17a zależność prądu, oporu oraz napięcia została przedstawiona w analogii wodnej. Gdzie rezystor był regulowanym zaworem w tamie. Kondensator w takim układzie można przedstawić jako zbiornik magazynujący zapas wody, z którego uzupełniane są chwilowe braki. Natomiast dławik można by przedstawić jako rozpędzona turbinę, która po odcięciu zasilania czyli pompy, kręcąc się niczym koło zamachowe, nadal powoduje jej przepływ do urządzenia docelowego. Cewki występują w różnych obudowach. W technice cyfrowej najczęściej spotykać będziesz małe dławiki, które swoim wyglądem przypominają rezystory (przykład na powyższym zdjęciu). Dławiki takie od oporników, z wyglądu, odróżnia głównie kolor, który jest jasnozielony/turkusowy. Pojęcia cewka i dławik są często stosowane zamiennie. Cewka określa w ogólności element indukcyjny, a dławik to cewka użyta do filtracji zakłóceń. Należy być przygotowanym na spotykanie tych określeń używanych zamiennie. Budowa cewki powietrznej Cewka z rdzeniem Budowa cewki jest prosta. Składa się ona z odcinka drutu na spiralnie. Niekiedy, nawiniętego wewnątrz tej spirali może znajdować się: o rdzeń z materiału magnetycznego (np. czarny, matowy ferryt jak w górnym dławiku na zdjęciu), o powietrze, jeżeli drut jest na tyle sztywny, aby spirala się nie rozwinęła, o karkas z papieru lub tworzywa sztucznego (to też jest cewka powietrzna, ponieważ te materiały są magnetycznie obojętne). Karkas korpus cewki elektrycznej wykonany z materiału izolacyjnego 8

9 Dokładniej, budowa cewki widoczna jest na poniższym zdjęciu, gdzie wyraźnie widać czerwony drut, który został nawinięty spiralnie na czarny rdzeń ferrytowy. Cewki charakteryzują się indukcyjnością, wyrażaną w henrach [H]. W sprzedaży dostępne są cewki o indukcyjnościach rzędu nanohenrów [nh], mikrohenrów [μh] i milihenrów [mh]. Dzięki indukcyjności możemy zmierzyć zdolność obwodu do wytwarzania strumienia pola magnetycznego powstającego w wyniku przepływu przez obwód prądu elektrycznego. Rezystancja dławików pomiar małego oporu Dławiki, w przeciwieństwie do kondensatorów, włącza się szeregowo z zasilanym urządzeniem. Dzieje się tak, ponieważ dla prądu stałego cewka stanowi bardzo mały opór, a dla zmiennego znacznie większy. O tym, jaka jest rezystancja dławików dołączonych do zestawu, możesz przekonać się, wykonując następujące doświadczenie: o ustaw multimetr na pomiar rezystancji i wybierz najniższy możliwy zakres, o zewrzyj końcówki i zanotuj wynik, o zmierz rezystancję dławika, również zanotuj wynik, o rezystancja dławika to różnica między tymi wynikami. Przykład ilustrują te zdjęcia: Pomiar rezystancji przewodów. Pomiar rezystancji dławika. Wynik: 24,5Ω 0,3Ω = 24,2Ω Po co takie zabiegi? Mianowicie, przewody łączące multimetr z cewką również mają swoją rezystancję. Jest ona niewielka, ponieważ wykonuje się je na ogół z miedzi. Niemniej jednak, jeżeli chcemy poznać rezystancję jakiegoś obiektu, o którym wiemy, że rezystancja ta jest niewielka, wówczas wpływ przewodów zawyży wynik pomiaru. Stanie się tak, gdyż przewody te włączone są szeregowo z badanym obiektem. Aby się tego pozbyć, można wykonać dwa pomiary, jak w tym przykładzie. Opisuje to wzór: Sprawdź jaki opór wskaże pomiar na drugim dławiku (o innej indukcyjności). Jaką zależność zauważyłeś? Spostrzeżeniami podziel się w komentarzach! Prąd maksymalny cewki Kupując dławiki, spotkasz się z informacją o prądzie maksymalnym. Ponieważ ich uzwojenia mają pewną rezystancję (jak sprawdziliśmy to wcześniej), to przepływ prądu powoduje odkładanie się na niej pewnego napięcia (patrz: prawo Ohma). Z kolei, iloczyn tego napięcia i prądu określa wydzielaną moc. Gdyby ta moc była zbyt duża, wówczas uzwojenie uległoby przegrzaniu i przepaleniu. Szukając dławików pamiętaj o tym, by prąd przez nie płynący był mniejszy od maksymalnego. Dławiki o większej indukcyjności są nawijane cieńszym drutem niż te, których indukcyjność jest mniejsza. Robi się tak, ponieważ większa indukcyjność wymaga większej ilości zwojów, a rozmiary karkasu są ograniczone. Zatem prąd maksymalny jest tym mniejszy, im większa jest indukcyjność. Najmniejszym prądem maksymalnym cechują się takie dławiki jak ten dołączony do zestawu są one rzędu kilkudziesięciu miliamperów. Dławiki na większe prądy mają zdecydowanie większe gabaryty. 9

10 Filtracja zasilania Na początku wspomniałem, że dławiki są używane do filtracji zasilania. Oto, jak taki układ wygląda na przykładzie mikrokontrolera ATmega8. Na ten moment nie musisz rozumieć całego schematu. Skupmy się na pinach (nóżkach układu) opisanych jako AVCC i GND. Przykład odsprzęgania zasilania mikrokontrolera ATmega8. Rozdzielenie zasilania części analogowej (nóżka AVCC) i cyfrowej (VCC) przydaje się, kiedy chcemy korzystać z wbudowanego w układ przetwornika ADC. Elementy L1, C1 i C2 tworzą filtr LC, który bardzo skutecznie tłumi zakłócenia rozchodzące się po obwodzie zawierającym układy cyfrowe. Z kolei kondensatory C3 i C4 filtrują zasilanie części cyfrowej, jak opisano w poprzedniej części. Zasilanie całego mikrokontrolera przez dławik jest o tyle problematyczne, że trzeba uwzględnić maksymalny prąd, jaki ten może pobierać. Na szczęście powyższy układ nie pobiera dużego prądu, dlatego spokojnie zastosowanie znajdzie tam mały dławik. Wartości elementów (w tym indukcyjność dławika) nie są krytyczne. Do zestawu dołączony jest dławik o indukcyjności właśnie 1mH, zatem i taki znalazł się na schemacie. W uproszczeniu, im większa indukcyjność, tym lepsza filtracja. Jako umowne minimum można przyjąć wartość 10μH. Działanie tego filtru jest następujące: dławik stanowi przeszkodę dla prądu zmiennego, który przez niego przepływa. To, co przepłynie, jest wygładzane przez kondensatory. Dzięki temu, zasilanie przetwornika analogowo-cyfrowego pozbawione jest zakłóceń, które mogłyby mieć wpływ na wynik przetwarzania. Podsumowanie Dowiedziałeś się, do czego stosuje się dławiki i jaka jest ich rola w układach zawierających mikrokontrolery. Poznałeś podstawowe parametry, jak indukcyjność, rezystancja i dopuszczalny prąd maksymalny. Pamiętaj jednak, że elementy te są zdecydowanie bardziej popularne w układach wielkich częstotliwości (np.: radiowych, przetwornicach itd.). 10

11 Zespół Szkół Mechanicznych w Namysłowie Eksploatacja urządzeń elektronicznych Temat ćwiczenia: Kondensator i cewka w praktyce Imię i nazwisko Nr ćw 17 Data wykonania Klasa 2TEZ Grupa Zespół OCENY Przygotowanie Wykonanie Ogólna Cel ćwiczenia: Odpowiedz na pytania. 1. Wymień rodzaje kondensatorów. 2. Wymień parametry kondensatorów 3. Z jakich elementów zbudowany jest kondensator. 4. Z jakim elementem elektrycznym można porównać kondensator? 5. W jaki sposób sprawdzamy polaryzację kondensatorów? 6. O ile wyższe ma być napięcie kondensatora w stosunku do napięcia przewidzianego w układzie? 7. Jak zaznaczamy biegun ujemny na kondensatorach? 8. Przy czym mają zastosowanie kondensatory w technice cyfrowej. 9. Do czego służą kondensatory? 10. Do czego służy cewka a do czego dławik? Przykład praktyczny O tym, jak działa pojemność, możesz przekonać się wykonując poniższe doświadczenie. Potrzebne będą: o płytka stykowa o bateria 9V wraz z klipsem o rezystor o wartości 1kΩ o zielona dioda świecąca o kondensatory 1000μF, 220μF i 100nF o cewka o jeden przewód do płytki stykowej Schemat do przykładu Układ zamontowany na płytce stykowej Pamiętaj o prawidłowej polaryzacji kondensatora elektrolitycznego. Minus jest oznaczony pionowym paskiem na obudowie! Kondensator C=1000 μf C= 220μF C=100nF Czas świecenia diody Swoimi obserwacjami podziel się w komentarzu. 11

12 O tym, jaka jest rezystancja dławików dołączonych do zestawu, możesz przekonać się, wykonując następujące doświadczenie: o ustaw multimetr na pomiar rezystancji i wybierz najniższy możliwy zakres, o zewrzyj końcówki i zanotuj wynik, o zmierz rezystancję dławika, również zanotuj wynik, o rezystancja dławika to różnica między tymi wynikami. Cewki Cewka 1 Cewka 2 Narysuj schemat pomiarowy do wyznaczenia rezystancji cewki Rezystancja przewodu Rezystancja cewki Razem WNIOSKI I SPOSTRZEŻENIA 12