Kurs elektroniki – #4 – kondensatory, filtrowanie zasilania

[Strogg]

Jeśli kondensatory mają "wyrównywać" prąd w układzie to czy znaczy to, że gdy jakieś urządzenie/uklad elektroniczny nie domaga, ma spadki zasilania, może to wynikać z tego, że kondensator szwankuje I powoli kończy swój żywot albo po prostu jest źle dobrany? 

 

Czy gdybyśmy posiadali idealny układ elektroniczny w idealnym środowisku kondensator nie byłby potrzebny?

Edytowano Wrzesień 11, 2020 przez Strogg

[Treker (Damian Szymański)]

@Strogg oczywiście temat jest dużo bardziej złożony, ale posługując się dużymi uproszczeniami można przyjąć takie założenia 🙂 Zresztą nawet dość często urządzenia przestają działać, bo stare kondensatory elektrolityczne wysychają i tracą swoje właściwości. Czasami wymiana samych kondensatorów na nowe może już naprawić zepsute urządzenie.

[Strogg]

Dnia 11.09.2020 o 19:44, Treker napisał:

@Strogg oczywiście temat jest dużo bardziej złożony, ale posługując się dużymi uproszczeniami można przyjąć takie założenia 🙂 Zresztą nawet dość często urządzenia przestają działać, bo stare kondensatory elektrolityczne wysychają i tracą swoje właściwości. Czasami wymiana samych kondensatorów na nowe może już naprawić zepsute urządzenie.

A czy stosując układ kondensator - tranzystor można jakoś sterować rozładowywaniem kondensatora wykorzystując to jako backup zasilania lub przekierowywania prądu zmagazynowanego w kondensatorze wtedy, gdy zachodzi taka potrzeba?

[marek1707]

Oczywiście kondensatory stosuje się jako źródła awaryjnego zasilania - wszystko zależy od urządzenia, jego poboru mocy, wymaganego czasu podtrzymania, ograniczeń wielkości, czasu powrotu do stanu naładowanego itp itd. Gdzieś tam jest też miejsce na tranzystory, bo przecież mogą pracować jako klucze/wyłączniki.W najprostszym przypadku wystarcza jednak dioda i opornik. W ten sposób możesz np. tanim kosztem podtrzymać pracę zegarka RTC podczas kilkuminutowej wymiany baterii lub nawet popędzić z tego mały procesor. Im wymagania większe tym wymiary, koszty i stopień skomplikowania rosną. Kondensatory mają niestety paskudny parametr (nie jeden oczywiście) zwany upływnością i jest to prąd jakim ten element samodzielnie się rozładowuje. Prąd ten zależny jest od technologii wykonania czyli od jakości dielektryka między okładkami kondensatora. Jak łatwo się z tego domyślić, kondensatory jednego typu rozładowują się (same) w podobnym czasie, niezależnie od pojemności - po prostu większy ma większe powierzchnie okładzin więc i proporcjonalnie większy prąd upływu. Dopiero gdy prąd jaki pobiera Twój układ w czasie awarii głównego zasilania jest sporo większy niż prąd upływności kondensatora, jest sens zwiększać pojemność by wydłużyć czas pracy. Warto też przypomnieć sobie wzory na ładowanie/rozładowanie tj. o ile woltów zmieni się napięcie na kondensatorze o pojemności C pod wpływem prądu o natężeniu I płynącego przez czas t.No i warto też zauważyć, że kondensatorowi - w odróżnieniu od akumulatora - nie przeszkadza rozładowanie do zera. Aby jednak wykorzystać tę cenną cześć ładunku poniżej napięcia pracy naszego urządzenia trzeba już stosować wymyślne przetwornice. No i ładowanie od zera dużego kondensatora (np. 10 Faradów) może być sporym wzywaniem dla elektroniki, bo przecież proste podpięcie czegoś takiego do zasilacza to czyste zwarcie. Na wszystko są jednak sposoby 🙂

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Strogg]

27 minut temu, marek1707 napisał:

Oczywiście kondensatory stosuje się jako źródła awaryjnego zasilania - wszystko zależy od urządzenia, jego poboru mocy, wymaganego czasu podtrzymania, ograniczeń wielkości, czasu powrotu do stanu naładowanego itp itd. Gdzieś tam jest też miejsce na tranzystory, bo przecież mogą pracować jako klucze/wyłączniki.W najprostszym przypadku wystarcza jednak dioda i opornik. W ten sposób możesz np. tanim kosztem podtrzymać pracę zegarka RTC podczas kilkuminutowej wymiany baterii lub nawet popędzić z tego mały procesor. Im wymagania większe tym wymiary, koszty i stopień skomplikowania rosną. Kondensatory mają niestety paskudny parametr (nie jeden oczywiście) zwany upływnością i jest to prąd jakim ten element samodzielnie się rozładowuje. Prąd ten zależny jest od technologii wykonania czyli od jakości dielektryka między okładkami kondensatora. Jak łatwo się z tego domyślić, kondensatory jednego typu rozładowują się (same) w podobnym czasie, niezależnie od pojemności - po prostu większy ma większe powierzchnie okładzin więc i proporcjonalnie większy prąd upływu. Dopiero gdy prąd jaki pobiera Twój układ w czasie awarii głównego zasilania jest sporo większy niż prąd upływności kondensatora, jest sens zwiększać pojemność by wydłużyć czas pracy. Warto też przypomnieć sobie wzory na ładowanie/rozładowanie tj. o ile woltów zmieni się napięcie na kondensatorze o pojemności C pod wpływem prądu o natężeniu I płynącego przez czas t.No i warto też zauważyć, że kondensatorowi - w odróżnieniu od akumulatora - nie przeszkadza rozładowanie do zera. Aby jednak wykorzystać tę cenną cześć ładunku poniżej napięcia pracy naszego urządzenia trzeba już stosować wymyślne przetwornice. No i ładowanie od zera dużego kondensatora (np. 10 Faradów) może być sporym wzywaniem dla elektroniki, bo przecież proste podpięcie czegoś takiego do zasilacza to czyste zwarcie. Na wszystko są jednak sposoby 🙂

I co się dzieje z tą energią prądu, która się "upłynnia"?

[marek1707]

To prąd stały więc nie ma tu żadnych efektów "specjalnych" typu straty w dielektryku czy emisja fali EM. Energia wydziela się w postaci ciepła na rezystancji izolacji.

BTW: Nie musisz cytować całego postu żeby zadać proste pytanie. Jest oczywiste, że dotyczy ono tego co powyżej.

[Dawidowski]

A czy można prosić o jakiś najprostszy praktyczny schemat z zastosowanym kondensatorem. Chodzi mi o to aby było wyjaśnienie, że tu musi być wstawiony kondensator elektrolityczny ponieważ...  jak go nie będzie to...
Taki najprostszy praktyczny schemat.

Dziękuję

 

[Treker (Damian Szymański)]

@Dawidowski właściwie dotyczy to każdego układu, w którym pobierany jest jakiś większy prąd. Zerknij np. do kursu Arduino lub kursu elektroniki (poziom II) - do części, w których są używane serwomechanizmy. Przykład tutaj: https://forbot.pl/blog/kurs-elektroniki-ii-czujnik-przeszkod-sterownik-serwa-id8338 W tym kursie też, wrócimy jeszcze do tematu kondensatorów później, gdy pojawią się stabilizatory napięcia 🙂

[Leander]

Kolejny fajny odcinek za mną. Bardzo przyjemny, również dlatego, że coś widać. W poprzednich był tylko prąd, tu jest światło :), więc jest radość z namacalnego efektu. Pojawiło się kilka pytań, które zmusiły mnie do sprawdzenia "a co, jeśli zrobię tak".

Długości świecenia przy 1000mF to kilkanaście sekund wyraźnie, a do całkowitego zgaśnięcia grubo ponad pół minuty.

Ciekawe dla mnie było to, że wpięcie kondensatorów szeregowo, musi być w ramach "wrzucenia" ich w komplecie w element równoległy. I ta kwestia filtrowania i prądu stałego/zmiennego. No ale bez pytania się nie obędzie. Wpinając jeden kondensator tak jak na zdjęciu (+ do ścieżki z plusem, - na płytce do ścieżki, do której jest rezystor, potem dioda, a potem do minusa, na drugim zdjęciu inaczej wpiąłem, żeby było lepiej widać, tylko zdjęcie bez podpięcia do baterii), robię... no właśnie, co robię? Wpinam go szeregowo? Skoro kondensator nie przepuszcza prądu stałego (z baterii) to zbiera się on w kondensatorze. Po odłączeniu napięcia nie ma gdzie odpłynąć, bo do nóżki z plusem nic nie jest podpięte. Zgadza się? To dlaczego dioda świeci cały czas (słabo)? Wniosek byłby taki, że przez nóżki kondensatora coś płynie i powinien to być jakiś niewielki prąd zmienny (bo kondensator go przepuszcza), ale skąd?

[Treker (Damian Szymański)]

16 godzin temu, Leander napisał:

Kolejny fajny odcinek za mną. Bardzo przyjemny, również dlatego, że coś widać. W poprzednich był tylko prąd, tu jest światło :), więc jest radość z namacalnego efektu. Pojawiło się kilka pytań, które zmusiły mnie do sprawdzenia "a co, jeśli zrobię tak".

@Leander miło słyszeć, że kurs Cię wciągnął - kolejne części będą na pewno jeszcze ciekawsze 🙂

17 godzin temu, Leander napisał:

Ciekawe dla mnie było to, że wpięcie kondensatorów szeregowo, musi być w ramach "wrzucenia" ich w komplecie w element równoległy.

W tym przypadku o kondensatorze trzeba myśleć jak o drugiej baterii - gdybyś chciał podłączyć do obwodu drugą baterię 9 V to musiałbyś wpiąć ją w analogiczny sposób, czyli równolegle do pierwszej baterii 😉

17 godzin temu, Leander napisał:

Wpinam go szeregowo?

Tak, wpiąłeś go szeregowo, ale w takiej sytuacji nie ma to właściwie praktycznego sensu - to znaczy oczywiście mogłeś zrobić taki eksperyment, ale większego zastosowania praktycznego raczej tutaj nie znajdziemy dla takiego połączenia. W takim układzie, po włączeniu zasilania, kondensator pobiera prąd, bo musi zgromadzić ładunek (naładować się). A jeśli kondensator pobiera prąd to przez wszystkie elementy, które są z nim połączone szeregowo też płynie ten sam prąd (prawo Kirchhoffa). Dlatego dioda świeci, ale z czasem zaczyna gasnąć, bo kondensator potrzebuje coraz mniej prądu. Ostatecznie kończy się tak, że kondensator jest naładowany i w układzie praktycznie nie płynie prąd - tzn. płynie, ale bardzo, bardzo mały i właśnie dlatego dioda delikatnie świeci. Jest to jednak głównie zasługa tego, że nowoczesne diody świecące zaczynają świecić przy ekstremalnie małym prądzie.

[jugen07]

Zauważyłem, że w tym układzie po odłączeniu zasilania kondensator szybko się rozładowuje do ok. 2V i potem długie minuty je utrzymuje (mierzę napięcie na kondensatorze i diodzie). Ale jeżeli przyłożę sondy do rezystora to nie pokazuje mi żadnego spadku napięcia (okrągłe 0V). Dlaczego? (Najulubieńsze słowo moich dzieci 😀).

[Treker (Damian Szymański)]

@jugen07 w komentarzach przewijało się kilka wersji układu - daj proszę znać dla formalności na jakim układzie konkretnie robisz ten test. Chodzi Ci o takie połączenie jak to, które jest pokazane w kursie?

[jugen07]

Tak, chodzi o układ z kursu. 

[Sabre]

17 godzin temu, jugen07 napisał:

Zauważyłem, że w tym układzie po odłączeniu zasilania kondensator szybko się rozładowuje do ok. 2V i potem długie minuty je utrzymuje (mierzę napięcie na kondensatorze i diodzie). Ale jeżeli przyłożę sondy do rezystora to nie pokazuje mi żadnego spadku napięcia (okrągłe 0V). Dlaczego? (Najulubieńsze słowo moich dzieci 😀).

A mógłbyś zrobić zdjęcie swojego układu? Bo może pominąłeś rezystor, albo podłączyłeś coś inaczej niż na obrazku. Bo przy prawidłowym podłączeniu spadek napięcia na rezystorze musi jakiś być.

[marek1707]

Dopóki napięcie na kondensatorzse jest >2.6V złącze diody (zielonej) przewodzi prąd a więc pobiera energię i rozładowuje kondensator przez opornik. Poniżej tego napięcia w zasadzie pobór energii z kondensatora ustaje (prąd nie ma dokąd płynąć), złącze diody się "zamyka" a kondensator rozładowuje się już tylko swoim prądem upływu. Oczywiście sytuacja nie jest tak zero-jedynkowa i w rzeczywistości coś tam przez diodę kapie nawet poniżej progu, ale im mniej napięcia tym wolniej. Spróbuj z innym kolorem.