Коротше кажучи, конденсатори - це два електропровідні об'єкти, часто невеликі пластини, розділені тим, що ізолює, відомим як діелектрик. Настільки ж, як статичне нарощування, яке виникає, якщо натерти повітряну кулю на руці і прикласти до волосся, протилежні заряди накопичуються на будь-якій тарілці, що дозволяє їй накопичувати енергію у вигляді заряду. Є ще два ключові фактори, які впливають на поведінку конденсаторів і роблять їх настільки корисними. -Заряд заряджають експоненціально, а не лінійно. Скажімо, я заряджаю конденсатор постійною напругою і вимірюю напругу в конденсаторі (що відповідає заряду, що знаходиться в ньому) щоразу, 5 секунд. Скажімо, 0,1 кожні 5 секунд. Натомість вона збільшується на встановлений відсотокзагальної ємності за одиницю часу. Це фактично той самий принцип (за винятком зворотного) радіоактивного розпаду - "період напіввиведення" - це інтуїтивна концепція, що відповідає часу, необхідному для зменшення до 50% від того, що було - але не для того, щоб воно втратило задана кількість (тобто це не 50 молекул в секунду, це 50% в секунду). Це виглядає приблизно так:
Як бачите, вона заряджається швидко на початку, але потім сповільнюється, оскільки заряд накопичується.
-Друге - це наслідки цього накопичення заряду. Зі збільшенням напруги струм «через» конденсатора падає - очевидно, збільшується електричний опір конденсатора. Однак, якби ми змінили полярність вхідного джерела живлення, перемикаючи їх навколо, це призведе до "зменшення" опору - заряд, замість того, щоб стискати його в конденсатор, може легко витікати і фактично ефективно підсилювати ефективна напруга. Основним наслідком цього є те, що конденсатор чинить опір постійному струму, але дозволяє змінного струму. Конкретніше, чим вище частота перемикання полярності напруги (тобто змінного струму), тим менше конденсатор буде перешкоджати потоку струму в ланцюзі. Конденсатор можна розглядати як електричну пружину. Ви натискаєте на нього, символізуючи струм, що впадає в нього. Спочатку він надає невеликий опір. Однак, як ви продовжуєте натискати, пружина відштовхується сильніше, поки ви не зможете ефективно натиснути. Це еквівалентно напрузі в конденсаторі (знову еквівалентному заряду, що зберігається в ньому), наближеному до вхідної напруги - подібно силі вгору пружини, що врівноважується проти ваги. Тепер, що станеться, якщо натиснути в зворотному напрямку? Весна працюєз вами, а не проти вас, збільшуючи силу виходу за межі того, що ви могли б сподіватися, щоб досягти лише м’язів і ваги.
То як ми можемо це використати? Існує два основні типи використання конденсаторів залежно від того, як вони розташовані в ланцюзі, - "з'єднання", де конденсатор є послідовно, і "роз'єднання", конденсатор паралельно. Обидва використовують ці вищезгадані принципи.
З'єднання використовуються при блокуванні постійного струму - це найчастіше зустрічається в обробці сигналів і радіо. Чим менший конденсатор, тим вище частота перешкоджає (чим швидше він заряджається), тому, регулюючи ємність, ми можемо регулювати заблоковані частоти. Використовуючи індуктор (діаметральний протилежний конденсатору) - найбільш релевантною властивістю якого є блокування ВИСОКИХ частот, ми можемо обмежити сигнали в певній «смузі» частот - ланцюзі «смуги пропускання». Це важливо для радіостанцій для передачі або прийому на потрібній частоті.
З'єднувальні конденсатори також використовуються в ланцюгах синхронізації - оскільки транзистори (електронні вимикачі) включаються з відомою напругою, а конденсатори заряджаються з відомою швидкістю, їх можна використовувати лише для включення транзистора в певний час (або частоту).
Роз'єднувальні конденсатори використовують або для накопичення енергії, або для електричного «демпфування». Знову ж таки, це допомагає думати про це з точки зору весни.
Пружина в гранульованому пістолеті чудово показує накопичення енергії. Пружина відтягується назад, аналогічно зарядженому конденсатору, потім вивільняється, що дозволяє йому розряджати свою енергію на «навантаження» - механічно кажучи, гранула (або інші боєприпаси), електрично, компонент, скажімо, світло. Конденсатори ідеально підходять для ситуацій, коли потрібно багато енергії за короткий проміжок часу, оскільки вони розряджаються надзвичайно швидко - наприклад, дефібрилятором. Сам акумулятор не міг би так швидко розрядити всю необхідну енергію, тому внутрішній конденсатор замість цього накопичує його та звільняє, як потрібно.
Для демпфування найкраще думати про аналогію конденсатора / пружини як про пружину в підвісці автомобіля. Підвіска автомобіля захищає автомобіль (і пасажирів) від пошкоджень, поглинаючи частину енергії вертикального руху автомобіля. Якщо колесо підштовхується дуже швидко, переходячи великий камінь, решта машини менше впливає завдяки підвісці, яка поглинає енергію, а потім вивільняє її повільно, штовхаючи автомобіль. Таким же чином конденсатор роз'єднання може «згладити» електричні сигнали або імпульси. Аналогічно камені, іноді характер вироблення електричної енергії або несправності можуть спричинити «сплески напруги». Навіть дуже короткі сплески напруги можуть завдати серйозної шкоди деякому обладнанню. Роз'єднаний конденсатор здатний поглинути цей "удар" і зменшити ймовірність виникнення пошкоджень. На додачу,
Сподіваюся, що це допомагає. Вибачте, якщо це трохи дослівно, але я прагну бути всебічним.