Зачем нужны конденсаторы в схемах: Для чего нужны конденсаторы? Подключение конденсатора

Содержание

Для чего нужны конденсаторы? Подключение конденсатора

Электрический конденсатор – это устройство, которое может накапливать заряд и энергию электрического поля. В основном он состоит из пары проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика. Толщина диэлектрика всегда намного меньше, чем размер обкладок. На электрических схемах замещения конденсатор обозначается 2-мя вертикальными параллельными отрезками (II).

Основные величины и единицы измерения

Существует несколько основных величин, определяющих конденсатор. Одна из них — это его емкость (латинская буква С), а вторая — рабочее напряжение (латинская U). Электроемкость (или же просто емкость) в системе СИ измеряется в фарадах (Ф). Причем как единица емкости 1 фарад — это очень много — на практике почти не применяется. Например, электрический заряд планеты Земля составляет всего 710 микрофарад. Поэтому электроемкость конденсаторов в большинстве случаев из­меряется в производных от фарада величинах: в пикофарадах (пФ) при очень маленьком значении емкости (1 пФ=1/106мкФ), в микрофарадах (мкФ) при достаточно большом ее значении (1 мкФ = 1/106 Ф). Для того чтобы рассчитать электроемкость, необходимо разделить величину заряда, накопленного между обкладками, на модуль разницы потенциалов между ними (напряжение на конденсаторе). Заряд конденсатора в данном случае – это заряд, накапливающийся на одной из обкладок рассматриваемого устройства. На 2-х проводниках устройства они одинаковы по модулю, но отличаются по знаку, поэтому сумма их всегда равняется нулю. Заряд конденсатора измеряется в кулонах (Кл), а обозначается буквой Q.

Напряжение на электроприборе

Одним из самых важных параметров рассматриваемого нами устройства является пробивное напряжение — разность значений потенциалов двух проводников конденсатора, приводящая к электрическому пробою слоя диэлектрика. Максимальное напряжение, при котором не происходит пробоя устройства, определяется формой проводников, свойствами диэлектрика и его толщиной. Условия работы, при которых напряжение на обкладках электроприбора близко к пробивному, недопустимы. Нормальное рабочее напряжение на конденсаторе меньше пробивного в несколько раз (в два-три раза). Поэтому при выборе следует обратить внимание на номинальное напряжение и емкость. В большинстве случаев значение этих величин указывается на самом устройстве или в паспорте. Включение конденсатора в сеть на напряжение, превышающее номинальное, грозит его пробоем, а отклонение значения емкости от номинального может привести к выбросу в сеть высших гармоник и перегреву устройства.

Внешний вид конденсаторов

Конструкция конденсато­ров может быть самой разнообразной. Она зависит от значения электроемкости устройства и его назначения. На параметры рассматриваемого устройства не должны влиять внешние факторы, поэтому обкладки имеют такую форму, при которой электрическое поле, созданное электрическими зарядами, сосредотачивается в небольшом зазоре между проводниками конденсатора. Поэтому они могут состоять из двух концентрических сфер, двух плоских пластин или двух коаксиальных цилиндров. Следовательно, конденсаторы могут быть цилиндрическими, сферическими и плоскими в зависимости от формы проводников.

Постоянные конденсаторы

По характеру изменения электроёмкости конденсаторы делят на устройства с постоянной, переменной ёмкостью или подстроечные. Разберем подробнее каждый из упомянутых типов. Приборы, чья ёмкость не меняется в процессе работы, то есть она является постоянной (значение емкости все-таки может колебаться в допустимых пределах в зависимости от температуры),- это постоянные конденсаторы. Существуют также электроприборы, меняющие свою электроемкость в процессе работы, они называются переменными.

От чего зависит С в конденсаторе

Электроемкость зависит от площади поверхности его проводников и расстояния между ними. Есть несколько способов изменения этих параметров. Рассмотрим конденсатор, который состоит из двух видов пластин: подвижных и неподвижных. Подвижные пластины перемещаются относительно неподвижных, в результате чего изменяется электроемкость конденсатора. Переменные аналоги используются для настроек аналоговых устройств. Причем емкость можно изменять в процессе работы. Подстроечные конденсаторы в большинстве случаев используют для настройки заводской аппаратуры, например для подбора емкости эмпирическим путем при невозможности расчета.

Конденсатор в цепи

Рассматриваемый прибор в цепи постоянного тока проводит ток только в момент включения его в сеть (при этом происходит заряд или перезаряд устройства до напряжения источника). Как только конденсатор полностью заряжается, ток через него не идет. При включении устройства в цепь с переменным током процессы разрядки и зарядки его чередуются друг с другом. Период их чередования равен периоду колебания приложенного синусоидального напряжения.

Характеристики конденсаторов

Конденсатор в зависимости от состояния электролита и материала, из которого он состоит, может быть сухим, жидкостным, оксидно-полупроводниковым, оксидно-металлическим. Жидкостные конденсаторы хорошо охлаждаются, эти устройства могут работать при значительных нагрузках и обладают таким важным свойством, как самовосстановление диэлектрика при пробое. У рассматриваемых электрических устройств сухого типа достаточно простая конструкция, немного меньше потери напряжения и ток утечки. На данный момент именно сухие приборы пользуются наибольшей популярностью. Основным достоинством электролитных конденсаторов являются дешевизна, компактные габариты и большая электроемкость. Оксидные аналоги — полярные (неверное подключение приводит к пробою).

Как подключается

Подключение конденсатора в цепь с постоянным током происходит следующим образом: плюс (анод) источника тока соединяется с электродом, который покрыт окисной пленкой. В случае несоблюдения этого требования может произойти пробой диэлектрика. Именно по этой причине жидкостные конденсаторы нужно подключать в цепь с переменным источником тока, соединяя встречно последовательно две одинаковые секции. Или нанести оксидный слой на оба электрода. Таким образом, получается неполярный электроприбор, работающий в сетях как с постоянным, так и с синусоидальным током. Но и в том и в другом случаях результирующая емкость становится в два раза меньше. Униполярные электрические конденсаторы обладают значительными размерами, зато могут включаться в цепи с переменным током.

Основное применение конденсаторов

Слово «конденсатор» можно услышать от работников различных промышленных предприятий и проектных институтов. Разобравшись с принципом работы, характеристиками и физическими процессами, выясним, зачем нужны конденсаторы, например, в системах энергоснабжения? В этих системах батареи широко применяют при строительстве и реконструкции на промышленных предприятиях для компенсации реактивной мощности КРМ (разгрузки сети от нежелательных ее перетоков), что позволяет уменьшить расходы на электроэнергию, сэкономить на кабельной продукции и доставить потребителю электроэнергию лучшего качества. Оптимальный выбор мощности, способа и места подключения источников реактивной мощности (Q) в сетях электроэнергетических систем (ЭЭС) оказывает существенное влияние на экономические и технические показатели эффективности работы ЭЭС. Существуют два типа КРМ: поперечная и продольная. При поперечной компенсации батареи конденсаторов подключаются на шины подстанции параллельно нагрузке и называются шунтовыми (ШБК). При продольной компенсации батареи включают в рассечку ЛЭП и называют УПК (устройства продольной компенсации). Батареи состоят из отдельных приборов, которые могут соединяться различными способами: конденсаторы последовательного подключения или параллельного. При увеличении количества последовательно включенных устройств увеличивается напряжение. УПК также используются для выравнивания нагрузок по фазам, повышения производительности и эффективности дуговых и рудотермических печей (при включении УПК через специальные трансформаторы).

На схемах замещения линий электропередачи с напряжением свыше 110кВ емкостная проводимость на землю обозначается в виде конденсаторов. ЕП линии обусловлена электроемкостями между проводниками разных фаз и емкостью, образованной фазным проводом и землей. Поэтому для расчетов режимов работы сети, параметров ЛЭП, определения мест повреждения электрической сети используются свойства конденсатора.

Еще о сферах применения

Также данный термин можно услышать от работников железных дорог. Зачем нужны конденсаторы им? На электровозах и тепловозах данные устройства используются для снижения искрения контактов электрических аппаратов, сглаживания пульсирующего тока, выдаваемого выпрямителями и импульсными прерывателями, а также для создания генерации симметричного синусоидального напряжения, используемого для питания электродвигателей.

Однако это слово чаще всего можно услышать из уст радиолюбителя. Зачем нужны конденсаторы ему? В радиотехнике их используют для создания электромагнитных колебаний высокой частоты, они входят в состав сглаживающих фильтров, блоков питания, усилителей и печатных плат.

В бардачке каждого автолюбителя можно найти пару-тройку этих электроприборов. Зачем нужны конденсаторы в автомобиле? Там они используются в усиливающей аппаратуре акустических систем для качественного воспроизведения звука.

Зачем нужны конденсаторы? Подключение конденсатора.

Что такое конденсатор и для чего он нужен

Во всех радиотехнических и электронных устройствах кроме транзисторов и микросхем применяются конденсаторы. В одних схемах их больше, в других меньше, но совсем без конденсаторов не бывает практически ни одной электронной схемы.

При этом конденсаторы могут выполнять в устройствах самые разные задачи. Прежде всего, это емкости в фильтрах выпрямителей и стабилизаторов. С помощью конденсаторов передается сигнал между усилительными каскадами, строятся фильтры низких и высоких частот, задаются временные интервалы в выдержках времени и подбирается частота колебаний в различных генераторах.

Свою родословную конденсаторы ведут от , которую в середине XVIII века в своих опытах использовал голландский ученый Питер ван Мушенбрук. Жил он в городе Лейдене, так что нетрудно догадаться, почему так называлась эта банка.

Собственно это и была обыкновенная стеклянная банка, выложенная внутри и снаружи оловянной фольгой — станиолем. Использовалась она в тех же целях, как и современная алюминиевая, но тогда алюминий открыт еще не был.

Единственным источником электричества в те времена была электрофорная машина, способная развивать напряжение до нескольких сотен киловольт. Вот от нее и заряжали лейденскую банку. В учебниках физики описан случай, когда Мушенбрук разрядил свою банку через цепь из десяти гвардейцев взявшихся за руки.

В то время никто не знал, что последствия могут быть трагическими. Удар получился достаточно чувствительным, но не смертельным. До этого не дошло, ведь емкость лейденской банки была незначительной, импульс получился очень кратковременным, поэтому мощность разряда была невелика.

Как устроен конденсатор

Устройство конденсатора практически ничем не отличается от лейденской банки: все те же две обкладки, разделенные диэлектриком. Именно так на современных электрических схемах изображаются конденсаторы. На рисунке 1 показано схематичное устройство плоского конденсатора и формула для его расчета.

Рисунок 1. Устройство плоского конденсатора

Здесь S — площадь пластин в квадратных метрах, d — расстояние между пластинами в метрах, C — емкость в фарадах, ε — диэлектрическая проницаемость среды. Все величины, входящие в формулу, указаны в системе СИ. Эта формула справедлива для простейшего плоского конденсатора: можно просто расположить рядом две металлические пластины, от которых сделаны выводы. Диэлектриком может служить воздух.

Из этой формулы можно понять, что емкость конденсатора тем больше, чем больше площадь пластин и чем меньше расстояние между ними. Для конденсаторов с другой геометрией формула может быть иной, например, для емкости одиночного проводника или . Но зависимость емкости от площади пластин и расстояния между ними та же, что и у плоского конденсатора: чем больше площадь и чем меньше расстояние, тем больше емкость.

На самом деле пластины не всегда делаются плоскими. У многих конденсаторов, например металлобумажных, обкладки представляют собой алюминиевую фольгу свернутую вместе с бумажным диэлектриком в плотный клубок, по форме металлического корпуса.

Для увеличения электрической прочности тонкая конденсаторная бумага пропитывается изолирующими составами, чаще всего трансформаторным маслом. Такая конструкция позволяет делать конденсаторы с емкостью до нескольких сотен микрофарад. Примерно так же устроены конденсаторы и с другими диэлектриками.

Формула не содержит никаких ограничений на площадь пластин S и расстояние между пластинами d. Если предположить, что пластины можно развести очень далеко, и при этом площадь пластин сделать совсем незначительной, то какая-то емкость, пусть небольшая, все равно останется. Подобное рассуждение говорит о том, что даже просто два проводника, расположенные по соседству, обладают электрической емкостью.

Этим обстоятельством широко пользуются в высокочастотной технике: в некоторых случаях конденсаторы делаются просто в виде дорожек печатного монтажа, а то и просто двух скрученных вместе проводков в полиэтиленовой изоляции. Обычный провод-лапша или кабель также обладают емкостью, причем с увеличением длины она увеличивается.

Кроме емкости C, любой кабель обладает еще и сопротивлением R. Оба этих физических свойства распределены по длине кабеля, и при передаче импульсных сигналов работают как интегрирующая RC — цепочка, показанная на рисунке 2.

Рисунок 2.

На рисунке все просто: вот схема, вот входной сигнал, а вот он же на выходе. Импульс искажается до неузнаваемости, но это сделано специально, для чего и собрана схема. Пока же речь идет о влиянии емкости кабеля на импульсный сигнал. Вместо импульса на другом конце кабеля появится вот такой «колокол», а если импульс короткий, то он может и вовсе не дойти до другого конца кабеля, вовсе пропасть.

Исторический факт

Здесь вполне уместно вспомнить историю о том, как прокладывали трансатлантический кабель. Первая попытка в 1857 году потерпела неудачу: телеграфные точки — тире (прямоугольные импульсы) искажались так, что на другом конце линии длиной 4000 км разобрать ничего не удалось.

Вторая попытка была предпринята в 1865 году. К этому времени английский физик У. Томпсон разработал теорию передачи данных по длинным линиям. В свете этой теории прокладка кабеля оказалась более удачной, сигналы принять удалось.

За этот научный подвиг королева Виктория пожаловала ученого рыцарством и титулом лорда Кельвина. Именно так назывался небольшой город на побережье Ирландии, где начиналась прокладка кабеля. Но это просто к слову, а теперь вернемся к последней букве в формуле, а именно, к диэлектрической проницаемости среды ε.

Немножко о диэлектриках

Эта ε стоит в знаменателе формулы, следовательно, ее увеличение повлечет за собой возрастание емкости. Для большинства используемых диэлектриков, таких как воздух, лавсан, полиэтилен, фторопласт эта константа практически такая же, как у вакуума. Но вместе с тем существует много веществ, диэлектрическая проницаемость которых намного выше. Если воздушный конденсатор залить ацетоном или спиртом, то его емкость возрастет раз в 15…20.

Но подобные вещества обладают кроме высокой ε еще и достаточно высокой проводимостью, поэтому такой конденсатор заряд держать будет плохо, он быстро разрядится сам через себя. Это вредное явление называется током утечки. Поэтому для диэлектриков разрабатываются специальные материалы, которые позволяют при высокой удельной емкости конденсаторов обеспечивать приемлемые токи утечки.

Именно этим и объясняется такое разнообразие видов и типов конденсаторов, каждый из которых предназначен для конкретных условий.

Наибольшей удельной емкостью (соотношение емкость / объем) обладают . Емкость «электролитов» достигает до 100 000 мкФ, рабочее напряжение до 600В. Такие конденсаторы работают хорошо только на низких частотах, чаще всего в фильтрах источников питания. Электролитические конденсаторы включаются с соблюдением полярности.

Электродами в таких конденсаторах является тонкая пленка из оксида металлов, поэтому часто эти конденсаторы называют оксидными. Тонкий слой воздуха между такими электродами не очень надежный изолятор, поэтому между оксидными обкладками вводится слой электролита. Чаще всего это концентрированные растворы кислот или щелочей.

На рисунке 3 показан один из таких конденсаторов.

Рисунок 3. Электролитический конденсатор

Чтобы оценить размеры конденсатора рядом с ним сфотографировался простой спичечный коробок. Кроме достаточно большой емкости на рисунке можно разглядеть еще и допуск в процентах: ни много ни мало 70% от номинальной.

В те времена, когда компьютеры были большими и назывались ЭВМ, такие конденсаторы стояли в дисководах (по-современному HDD). Информационная емкость таких накопителей теперь может вызвать лишь улыбку: на двух дисках диаметром 350 мм хранилось 5 мегабайт информации, а само устройство весило 54 кг.

Основным назначением показанных на рисунке суперконденсаторов был вывод магнитных головок из рабочей зоны диска при внезапном отключении электроэнергии. Такие конденсаторы могли хранить заряд несколько лет, что было проверено на практике.

Чуть ниже с электролитическими конденсаторами будет предложено проделать несколько простых опытов, чтобы понять, что может делать конденсатор.

Для работы в цепях переменного тока выпускаются неполярные электролитические конденсаторы, вот только достать их почему-то очень непросто. Чтобы как-то эту проблему обойти, обычные полярные «электролиты» включают встречно-последовательно: плюс-минус-минус-плюс.

Если полярный электролитический конденсатор включить в цепь переменного тока, то сначала он будет греться, а потом раздастся взрыв. Отечественные старые конденсаторы разлетались во все стороны, импортные же имеют специальное приспособление, позволяющее избежать громких выстрелов. Это, как правило, либо крестовая насечка на донышке конденсатора, либо отверстие с резиновой пробкой, расположенное там же.

Очень не любят электролитические конденсаторы повышенного напряжения, даже если полярность соблюдена. Поэтому никогда не надо ставить «электролиты» в цепь, где предвидится напряжение близкое к максимальному для данного конденсатора.

Иногда в некоторых, даже солидных форумах, начинающие задают вопрос: «На схеме означен конденсатор 470µF * 16V, а у меня есть 470µF * 50V, можно ли его поставить?». Да, конечно можно, вот обратная замена недопустима.

Конденсатор может накапливать энергию

Разобраться с этим утверждением поможет простая схема, показанная на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема с конденсатором

Главным действующим лицом этой схемы является электролитический конденсатор C достаточно большой емкости, чтобы процессы заряда — разряда протекали медленно, и даже очень наглядно. Это дает возможность наблюдать работу схемы визуально с помощью обычной лампочки от карманного фонаря. Фонари эти давно уступили место современным светодиодным, но лампочки для них продаются до сих пор. Поэтому, собрать схему и провести простые опыты очень даже просто.

Может быть, кто-то скажет: «А зачем? Ведь и так все очевидно, да если еще и описание почитать…». Возразить тут, вроде, нечего, но любая, даже самая простая вещь остается в голове надолго, если ее понимание пришло через руки.

Итак, схема собрана. Как она работает?

В положении переключателя SA, показанном на схеме, конденсатор C заряжается от источника питания GB через резистор R по цепи: +GB __ R __ SA __ C __ -GB. Зарядный ток на схеме показан стрелкой с индексом iз. Процесс заряда конденсатора показан на рисунке 5.

Рисунок 5. Процесс заряда конденсатора

На рисунке видно, что напряжение на конденсаторе возрастает по кривой линии, в математике называемой экспонентой. Ток заряда прямо-таки зеркально отражает напряжение заряда. По мере того, как напряжение на конденсаторе растет, ток заряда становится все меньше. И только в начальный момент соответствует формуле, показанной на рисунке.

Через некоторое время конденсатор зарядится от 0В до напряжения источника питания, в нашей схеме до 4,5В. Весь вопрос в том, как это время определить, сколько ждать, когда же конденсатор зарядится?

Постоянная времени «тау» τ = R*C

В этой формуле просто перемножаются сопротивление и емкость последовательно соединенных резистора и конденсатора. Если, не пренебрегая системой СИ, подставить сопротивление в Омах, емкость в Фарадах, то результат получится в секундах. Именно это время необходимо для того, чтобы конденсатор зарядился до 36,8% напряжения источника питания. Соответственно для заряда практически до 100% потребуется время 5* τ.

Часто, пренебрегая системой СИ, подставляют в формулу сопротивление в Омах, а емкость в микрофарадах, тогда время получится в микросекундах. В нашем случае результат удобнее получить в секундах, для чего придется микросекунды просто умножить на миллион, а проще говоря, переместить запятую на шесть знаков влево.

Для схемы, показанной на рисунке 4, при емкости конденсатора 2000мкФ и сопротивлении резистора 500Ω постоянная времени получится τ = R*C = 500 * 2000 = 1000000 микросекунд или ровно одна секунда. Таким образом, придется подождать приблизительно 5 секунд, пока конденсатор зарядится полностью.

Если по истечении указанного времени переключатель SA перевести в правое положение, то конденсатор C разрядится через лампочку EL. В этот момент получится короткая вспышка, конденсатор разрядится и лампочка погаснет. Направление разряда конденсатора показано стрелкой с индексом iр. Время разряда также определяется постоянной времени τ. График разряда показан на рисунке 6.

Рисунок 6. График разряда конденсатора

Конденсатор не пропускает постоянный ток

Убедиться в этом утверждении поможет еще более простая схема, показанная на рисунке 7.

Рисунок 7. Схема с конденсатором в цепи постоянного тока

Если замкнуть переключатель SA, то последует кратковременная вспышка лампочки, что свидетельствует о том, что конденсатор C зарядился через лампочку. Здесь же показан и график заряда: в момент замыкания переключателя ток максимальный, по мере заряда конденсатора уменьшается, а через некоторое время прекращается совсем.

Если конденсатор хорошего качества, т.е. с малым током утечки (саморазряда) повторное замыкание выключателя к вспышке не приведет. Для получения еще одной вспышки конденсатор придется разрядить.

Конденсатор в фильтрах питания

Конденсатор ставится, как правило, после выпрямителя. Чаще всего выпрямители делаются двухполупериодными. Наиболее распространенные схемы выпрямителей показаны на рисунке 8.

Рисунок 8. Схемы выпрямителей

Однополупериодные выпрямители также применяются достаточно часто, как правило, в тех случаях, когда мощность нагрузки незначительна. Самым ценным качеством таких выпрямителей является простота: всего один диод и обмотка трансформатора.

Для двухполупериодного выпрямителя емкость конденсатора фильтра можно рассчитать по формуле

C = 1000000 * Po / 2*U*f*dU, где C емкость конденсатора мкФ, Po мощность нагрузки Вт, U напряжение на выходе выпрямителя В, f частота переменного напряжения Гц, dU амплитуда пульсаций В.

Большое число в числителе 1000000 переводит емкость конденсатора из системных Фарад в микрофарады. Двойка в знаменателе представляет собой число полупериодов выпрямителя: для однополупериодного на ее месте появится единица

C = 1000000 * Po / U*f*dU,

а для трехфазного выпрямителя формула примет вид C = 1000000 * Po / 3*U*f*dU.

Суперконденсатор — ионистор

В последнее время появился новый класс электролитических конденсаторов, так называемый . По своим свойствам он похож на аккумулятор, правда, с несколькими ограничениями.

Заряд ионистора до номинального напряжения происходит в течение короткого времени, буквально за несколько минут, поэтому его целесообразно использовать в качестве резервного источника питания. По сути ионистор прибор неполярный, единственное, чем определяется его полярность это зарядкой на заводе — изготовителе. Чтобы в дальнейшем эту полярность не перепутать она указывается знаком +.

Большую роль играют условия эксплуатации ионисторов. При температуре 70˚C при напряжении 0,8 от номинального гарантированная долговечность не более 500 часов. Если же прибор будет работать при напряжении 0,6 от номинального, а температура не превысит 40 градусов, то исправная работа возможна в течение 40 000 часов и более.

Наиболее распространенное применение ионистора это источники резервного питания. В основном это микросхемы памяти или электронные часы. В этом случае основным параметром ионистора является малый ток утечки, его саморазряд.

Достаточно перспективным является использование ионисторов совместно с солнечными батареями. Здесь также сказывается некритичность к условию заряда и практически неограниченное число циклов заряд-разряд. Еще одно ценное свойство в том, что ионистор не нуждается в обслуживании.

Пока получилось рассказать, как и где работают электролитические конденсаторы, причем, в основном в цепях постоянного тока. О работе конденсаторов в цепях переменного тока будет рассказано в другой статье — .

В электротехнике и радиоэлектронике широкое распространение получили различные виды конденсаторов. Каждый из них представляет собой устройство с двумя полюсами, имеющее определенное или переменное значение емкости и очень малую проводимость. Самый простой вариант конденсатора включает в себя два электрода в виде пластин или обкладок, где накапливаются разряды с противоположным значением. Чтобы избежать замыкания, они разделяются между собой тонкими .

Стандартный выпускаемый конденсатор состоит из электродов в виде многослойного рулона лент, разделяемых диэлектриком. Конфигурация конденсатора, чаще всего, представляет собой параллелепипед или цилиндр.

Как работает конденсатор

В сравнении с обычной батареей, конденсатор имеет существенные отличия. У него совершенно другая максимальная емкость, а также скорость зарядки и разрядки.

При подключении к источнику питания в самом начале ток зарядки будет иметь максимальное значение. Однако, по мере того, как заряд накапливается, наблюдается постепенное уменьшение тока, который полностью пропадает при полном заряде. Напряжение во время зарядки, наоборот, увеличивается и по окончании процесса становится равным напряжению в источнике питания.

Обозначение конденсаторов на схеме.

В случае подключения нагрузки при отключенном источнике питания, конденсатор сам становится источником тока. В этот момент, между пластинами происходит образование цепи. Через нагрузку происходит движение отрицательно заряженных электронов к ионам, обладающим положительным зарядом. В данном случае, вступает в силу закон притяжения разноименных зарядов. При прохождении тока через нагрузку происходит постепенная потеря заряда и, в конечном итоге, разрядка конденсатора. Одновременно, снижается напряжение и ток. Процесс разрядки считается завершенным, когда напряжение на электродах будет равным нулю.

Время зарядки полностью зависит от величины , а время его разрядки находится в зависимости от величины подключаемой нагрузки.

Применение конденсаторов

Конденсаторы, так же как транзисторы и , нашли широкое применение для электронных и радиотехнических схем. В электрических цепях они играют роль емкостного сопротивления. Благодаря способности к быстрой разрядке и созданию импульсов, они применяются в конструкциях фотовспышек, лазерах и ускорителях электромагнитного типа.

Очень эффективны конденсаторы при переключении электродвигателя с 380 на 220 вольт. Во время переключения к третьему выводу, происходит сдвиг фазы на 90 градусов. Таким образом, появляется возможность подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть.

В мощных автомобильных аудиосистемах нередко можно встретить такой элемент как буферный конденсатор. Зачем он нужен и что собой представляет? Давайте разбираться.

А ОНО ВООБЩЕ НАДО?
Для начала давайте вспомним, что такое конденсатор вообще. Конденсатор — это устройство, которое может накапливать электрический заряд, держать его в себе, и при необходимости отдавать. Емкость конденсаторов измеряется в Фарадах. 1 Фарад — это, кстати, весьма приличная величина. Чтобы конденсатор работал, его необходимо подключить параллельно аккумулятору (плюс к плюсу и минус к минусу). Про такое подключение обычно говорят «включен в буфер с аккумулятором», отсюда и название — буферный конденсатор. Ставят их, как правило, поближе к усилителям.
Итак, зачем он нужен? Он не является дополнительным источником питания, а просто держит в себе электрический заряд, поэтому на первый взгляд вроде бы абсолютно бесполезен. Но, тем не менее, польза от него есть, и немалая.
В каждый момент времени усилитель потребляет разный ток. Например, когда лабух по бас-бочке шарахает или в клубной музыке сочные басовые удары отбивают ритм, то это сопровождается скачками потребления тока. Поскольку питающие кабели имеют определенное сопротивление (это мы подробно разжевали в прошлом номере), то из-за него в эти моменты напряжение на клеммах усилителя неизбежно подсаживается. Такая нестабильность питания — причина искажений звукового сигнала и всех остальных сопутствующих неприятностей.
Что же изменится, если мы подключим параллельно клеммам усилителя конденсатор? А изменится следующее — конденсатор будет накапливать от аккумулятора заряд в те моменты, когда усилитель потребляет маленький ток, и будет быстро отдавать его, когда усилителю понадобится большой ток, компенсируя этим самым просадку напряжения на кабеле. В итоге усилитель получает более стабильное питание, а, значит, и искажений становится меньше, бас сочнее, все счастливы.
Впрочем, тут, наверняка, последуют возражения, мол, если провод будет достаточно толстый, то и потерь на нем будет мало, и зачем тогда конденсатор? Но конденсатор и в этом случае окажется нелишним. Токопотребление усилителя обычно изменяется очень резко, а любой обычный аккумулятор относительно инертен. Он, несомненно, способен отдать большой заряд, но он не может делать это мгновенно, так, как это бывает нужно усилителю. Следствие этой тормознутости — опять же нехватка питания в самые начальные моменты резких пиков токопотребления. Конденсатор же способен отдавать заряд очень быстро, гораздо быстрее, чем аккумулятор. Он компенсирует эту аккумуляторную медлительность, и усилитель снова получает полноценное питание.

Конденсатор компенсирует негативное влияние сопротивления питающего кабеля, но для этого он должен быть установлен как можно ближе к самому усилителю, в идеале между ним и усилителем вообще должно быть не больше 10-20 см питающего провода. Иначе эффект от его применения сводится практически к нулю.


ИЗ ИСТОРИИ

Прародитель современных конденсаторов — лейденская банка, изобретенная в 1745 году голландским ученым Мушенбруком и его учеником Кюнеусом, живших в городе Лейден. Параллельно и независимо от них похожее устройство под названием „медицинская банка»изобрел немецкий учёный Клейст. Устройства были способны накапливать заряд, и с их помощью впервые удалось получить искусственным путем электрическую искру.

КСТАТИ
В одной из инсталляций мной было подсмотрено одно интересное решение — в непосредственной близости к усилителю установлена самодельная батарея из конденсаторов небольшой емкости. Для еще большего улучшения скорострельности они были шунтированы совсем мелкими конденсаторами, емкостью всего лишь 0,1-1 микрофарад. Система была рассчитана не на громкость, а на качество звука. Результат весьма впечатлил, конденсатор повлиял на звучание не только низких, но и даже средних частот.


Выбирая конденсатор для своей аудиосистемы, придерживайтесь правила — 1 фарад на каждые 1000 Вт RMS мощности усилителя.

Емкость конденсаторов измеряется в фарадах. 1 фарад — это очень большая емкость. Такой емкостью обладал бы шар, радиус которого был бы равен 13 (!) радиусам Солнца. Для сравнения, емкость нашей Земли (вернее шара размером с Землю, как отдельного уединенного проводника) составляет всего около 700 микрофарад.

ЛУЧШЕ МЕНЬШЕ, ДА ЛУЧШЕ
Рынок предлагает немало моделей -от относительно небольших „кондеров», емкостью 0,5 фарад, до монструозных агрегатов емкостью в десятки фарад. Какой выбрать? Всегда ли большая емкость — это хорошо?
Выбирать подходящий конденсатор нужно в соответствии с мощностью усилителей. Можно исходить из экспериментально установленного правила „1 фарад на 1000 Вт» (естественно, имеются ввиду не какие-нибудь максимальные 1000 Вт, измеренные черт знает как, а 1000 Вт RMS мощности). Скажем, питание одноканального басового усилителя мощностью 700 Вт вполне можно подпереть 1-фарадным конденсатором, а к 4-канальнику с номиналом 4×100 Вт вполне подойдет емкость 0,5 фарад.
А можно ли установить конденсатор большей емкости? Можно, но все дело в том, что большие конденсаторы обычно менее скорострельны — они больше будут похожи просто на еще один дополнительный медлительный аккумулятор, чем на быстрый конденсатор. Поэтому их есть смысл использовать, только если вы строите действительно мощную аудиосистему, рассчитанную на „колбасную» музыку с тяжелыми басами и не слишком быстрой атакой звука, например, клубной музыки. Способность конденсатора быстро отдавать заряд при этом отходит на второй план.
Правда, если вы собираетесь на соревнования по SPL (неограниченному звуковому давлению) или просто любитель громкой музыки с очень низкими и протяжными басами, то особо на поддержку конденсатора можете не рассчитывать. Ведь весь принцип его работы заключается в отдаче накопленного заряда в самый первый момент токопотребления усилителя. Дальше „пустая банка», включенная параллельно усилителю, может принести больше вреда, чем пользы.
Если же вы считаете, что большой конденсатор вам ну просто ужас как необходим, но вы не хотите терять в скорости его реакции на изменения сигнала, то нужную емкость можно набрать параллельным включением нескольких небольших конденсаторов.

КСТАТИ


В продаже можно встретить не только „чистые» конденсаторы, но и гибриды „конденсатор плюс небольшой аккумулятор». По задумке разработчиков аккумулятор должен обеспечить емкость как у больших конденсаторов, а входящий в состав устройства небольшой конденсатор должен обеспечить быстроту реакции устройства на изменяющееся токопотребление усилителя.

КАК ПРАВИЛЬНО ЗАРЯДИТЬ КОНДЕНСАТОР?
Не секрет, что ковыряться в проводке и подключать всякие девайсы нужно при скинутых с аккумулятора клеммах, это обычное правило безопасности. Но допустим, вы все установили, подключили и решили, что пора уже включать. И все бы ничего, но многие при этом забывают, что при самом первом включении конденсатор пока еще разряжен. А ведь это устройство, которое способно не только отдавать, но и накапливать заряд очень быстро. Так что как только клеммы коснутся аккумулятора, пустая „банка» сразу же начнет заряжаться, через конденсатор лотечет огромный ток, и на несколько секунд он просто станет перемычкой, закоротив „+» и „-» аккумулятора. Как минимум, пострадают клеммы, став на время подобием сварочных электродов, ну а о предохранителях, наверное, и вовсе уж говорить не стоит. Что же делать? Как правильно зарядить конденсатор, чтобы избежать этого?
Самый простой вариант- использовать любую 12-вольтовую лампочку. Перед тем, как накидывать клемму, просто на несколько секунд включите ее между аккумуляторной и накидываемой клеммами. Конденсатор начнет заряжаться, но резкого броска тока уже не произойдет. Конденсатор будет спокойно заряжаться через лампочку, по мере заряда она будет светить все тусклее и тусклее, и когда совсем погаснет, то это и будет означать, что конденсатор зарядился, и можно спокойно одевать и фиксировать клемму.

При параллельном включении конденсаторов их емкость складывается

КСТАТИ

Многие конденсаторы оснащены схемами „мягкого заряда». Они имеют неоспоримое преимущество -их не нужно заряжать через лампочку, схема исключает бросок тока при подключении „пустого» конденсатора. Удобно? Безусловно. Но такая схема — это лишнее сопротивление в силовой цепи, которое делает конденсатор, к сожалению, практически бесполезным. Однажды для журнала Car Music мы проводили сравнительный тест конденсаторов. Брали усилитель, подключали его заведомо тонким проводом, „грузили» его сложным сигналом (кому интересно — последовательности 50-герцовых импульсов с частотой 130 ударов в минуту) и следили, при каком уровне этого сигнала напряжение питания усилителя „просядет» до порога его отключения. Так вот, когда мы подключали конденсаторы с такой схемой soft charge, то разницы практически не было. Зато аскетичные „банки», у которых не было вообще ничего лишнего, позволяли повысить уровень сигнала, прежде, чем усилитель начнет вырубаться, до 2,5-3 дБ, а это почти в два раза! Так что десять раз подумайте, прежде чем купить „удобный кондер с наворотами», эти навороты могут принести больше вреда, чем пользы.

Текст и рисунки Антон Николаев, фото из разных источников.

Конденсатор, видимо, есть самый первый прибор, с помощью которого научились достаточно долго удерживать электрические заряды в одном месте.

Если зарядить какой-нибудь диэлектрик трением, например, ту же классическую расческу, потерев ее шерстью, то заряд на ее поверхности останется на некоторое время. Однако ни накопить его, ни как-то использовать не удастся: кроме пары-тройки фокусов с притягиванием к расческе всякого мусора, ничего не выйдет. Металл же зарядить трением вообще невозможно. Все заряды, которые были бы как-то им приняты, на поверхности не удерживаются, а разбегаются сразу по всей массе применяемого металла. Или сбегают с него, благодаря большой площади контакта с воздухом, всегда содержащим влагу, что делает задачу невозможной.

Удалось придумать накопление электричества благодаря свойству притяжения друг к другу зарядов разного знака. Если два листочка из фольги прижать друг к другу, проложив между ними тонкий слой хорошего диэлектрика, то такой сэндвич можно зарядить, прикоснувшись телами, содержащими заряды разного знака, к разным листочкам фольги. Заряды разного знака притягиваются друг к другу и обязательно побегут в фольге навстречу друг другу. Они бы и разрядились, не будь между слоями фольги диэлектрика. И заряды только растекутся каждый по своему листу фольги и, притягиваясь друг к другу, будут находиться в ней достаточно долго.

Вот это и называется конденсатор. Чем больше площадь фольги — тем больше емкость. Чтобы добиться большой площади, фольгу с изолятором сворачивают рулоном — две ленты фольги и две ленты бумаги — и помещают в банку, выводя наружу от каждой ленты по контакту. Снаружи банка запаивается, чтобы предотвратить поступление влаги внутрь. Вездесущая влага же и является причиной, по которой бумажную ленту пропитывают парафином.

а) устройство, б) внешний вид

1 – фольговые обкладки, 2 – внутренние выводы обкладок,
3 – парафинированная бумага, 4 – металлический корпус, 5 – провод

На рисунке изображено, как устроен простейший фольговый автомобильный конденсатор. У него один контакт выведен от одной обкладки наружу проводом, а другим является металлический корпус, внутри присоединенный ко второй обкладке.

Работа конденсатора в электрической цепи

Уже давно мы отошли от понимания электричества в терминах движения, действия зарядов и так далее. Теперь мы мыслим понятиями электрических цепей, где обычными вещами являются напряжения, токи, мощность. И к рассмотрению поведения зарядов прибегаем только, чтобы понять, как работает в цепи какое-нибудь устройство.

Например, конденсатор в простейшей цепи постоянного электрического тока является просто разрывом. Обкладки ведь не соприкасаются друг с другом. Поэтому, чтобы понять принцип действия конденсатора в цепи, придется все-таки вернуться к поведению зарядов.

Зарядка конденсатора

Соберем простую электрическую цепь, состоящую из аккумулятора, конденсатора, резистора и переключателя.

ε c – ЭДС аккумулятора, C – конденсатор, R – резистор, K – переключатель

Когда переключатель никуда не включен, тока в цепи нет. Если подключить его к контакту 1, то напряжение с аккумулятора попадет на конденсатор. Конденсатор начнет заряжаться настолько, насколько хватит его емкости. В цепи потечет ток заряда, который сначала будет довольно большим, а по мере зарядки конденсатора будет уменьшаться, пока совсем не сойдет на нуль.

Конденсатор при этом приобретет заряд такого же знака, как и сам аккумулятор. Разомкнув теперь переключатель К, получим разорванную цепь, но в ней стало два источник энергии: аккумулятор и конденсатор.

Разрядка конденсатора

Если теперь перевести переключатель в положение 2, то заряд, накопленный на обкладках конденсатора, начнет разряжаться через сопротивление R.

Причем, сначала, при максимальном напряжении, и ток будет максимальным, величину которого можно вычислить, зная напряжение на конденсаторе, по закону Ома. Ток будет течь, то есть конденсатор будет разряжаться, а напряжение его падать. Соответственно и ток будет все меньше и меньше. И когда в конденсаторе заряда совсем не останется, ток прекратится.

У ситуации, описанной в этих двух случаях, есть интересные особенности:

  1. Электрическая батарея постоянного напряжения, работая в цепи с конденсатором, дает, тем не менее, переменный ток: при зарядке он изменяется от максимального значения до 0.
  2. Конденсатор, имея некоторый заряд, при разряжении через резистор, даст тоже переменный ток, изменяющийся от максимального значения до 0.
  3. В обоих случаях после непродолжительного действия ток прекращается. Конденсатор в обоих случаях после этого демонстрирует разрыв в цепи — ток больше не течет.

Описанные процессы называются переходными. Они имеют место в электрических цепях с постоянным напряжением питания, когда в них установлены реактивные элементы. После прохождения переходных процессов реактивные элементы перестают влиять на режимы токов и напряжений в электрической цепи. Время, в течение которого переходный процесс завершается, зависит как от емкости конденсатора C, так и от активного сопротивления нагрузки R. Очевидно, что чем они больше, тем больше нужен и интервал времени, пока переходный процесс не завершится.

Параметр, характеризующий время переходного процесса, называется «постоянной времени» для данной схемы, обозначается греческой буквой «тау»:

Произведение сопротивления в омах на емкость в фарадах, если рассмотреть внимательно эти единицы измерения, действительно дает величину в секундах.

Однако переходный процесс разрядки конденсатора — это процесс плавный. То есть, грубо говоря, он не заканчивается никогда.

U c – напряжение на конденсаторе (вольт), U 0 – первоначальное напряжение заряженного конденсатора, t – время (сек)

На рисунке видно, что конденсатор будет разряжаться «всегда», так как чем меньше на нем остается зарядов, тем меньший ток будет бежать по цепи, следовательно, тем медленнее будет идти процесс разрядки. Процесс экспоненциальный. По времени отложены значения в секундах величин, кратных постоянной времени. С некоторых значений можно считать процесс практически законченным, например, при 5t, когда напряжения на конденсаторе осталось порядка 0,7%.

Режим, когда переходный процесс завершен, называется стационарным, или режимом постоянного тока.

Принцип работы на переменном напряжении

Так же, как в механике масса обладает свойством инерции, в электричестве заряд в конденсаторе тоже проявляет инерционность. Действительно, при любых электрических процессах он начинает подзаряжаться (если напряжение на его контактах имеет такую же полярность, как и заряд в нем) или разряжаться (если полярность противоположная). Это влияет на картину токов в цепи, а на синусоидальном токе проявляется как сдвиг фазы между напряжением и током.

Фактически в цепи переменного тока непрерывно происходит переходный процесс.

Переменное напряжение U то подзаряжает, то разряжает конденсатор, в результате этого в нем течет ток I, сдвинутый по времени на 90° от периода колебаний напряжения.

Считается, что конденсатор пропускает переменный ток, причем введен параметр «кажущееся сопротивление конденсатора». Он зависит от емкости конденсатора С и от частоты переменного напряжения ω.

Это реактивное сопротивление, которое используется в расчетах цепей, содержащих инерционные, реактивные компоненты. То есть везде, где применяются конденсаторы и катушки индуктивности.

Назначение компонента

Из рассмотренных свойств ясно, что нужны конденсаторы не как источники электрического питания, а именно как реактивные элементы схем, чтобы создавать определенные режимы переменного/импульсного тока.

Используются конденсаторы настолько многообразно, что здесь, на уровне «конденсатор для чайников», можно перечислить только бегло их применение:

  • В выпрямителях служат для сглаживания пульсаций тока.
  • В фильтрах (совместно с резисторами и/или индуктивностями) выступают в роли частотно зависимого элемента для выделения или гашения определенной полосы частот.
  • В колебательных контурах используется конденсатор, работающий при генерации синусоидального напряжения.
  • Несут функцию накопителя в устройствах, где нужно обеспечить мгновенное выделение большой энергии в виде импульса — например, в фотовспышках, лазерах и т.д.
  • Используются в схемах точного управления временными событиями с использованием простейших по строению RC-цепей — реле времени, генераторы одиночных импульсов и т.д.
  • Фазосдвигающий конденсатор применяется в схемах питания синхронных и асинхронных, а также однофазных и трехфазных двигателей переменного тока.

Кроме собственно прибора «конденсатор», вполне успешно используются в технике явления, в основе которых лежит электрическая емкость.

Уровень можно измерить, используя факт того, что жидкость, поднимаясь в датчике между проводниками, играющими роль обкладок, меняет диэлектрическую проницаемость среды, а, следовательно, и емкость прибора, что он и показывает как изменение уровня.

Аналогично этому, сверхмалые толщины можно измерять, меняя расстояние между двумя проводниками-обкладками или их эффективную площадь.

С тех пор, как фон Клейст – не военачальник, священник – решил ухватить рукой банку (бутылку), заполненную водой, с опущенным туда электродом, прошло немало времени. Конструкций конденсаторов сегодня великое множество. Бессильны обещать рассмотреть 100%, дадим понятие о принципах работы конденсатора, технических характеристиках. Надеемся, обзор выйдет удачным.

Осторожно, работает конденсатор: история лейденской банки

Проще начать статическим зарядом. Отмечено учеными, проводник способен накапливать поверхностью электричество. Плотность распределения одинакова по площади. Ключевое отличие металлов от диэлектриков, накапливающих заряд. Обживая кусок железа, носители тока стремятся занять крайнее положение, отталкиваясь взаимно. В результате скапливаются равномерно по поверхности.

На принципе созданы генераторы, способные копить заряд потенциалом единицы миллионов вольт. При прикосновении к токонесущей части человек попросту испепелится. Аналогично действуют конденсаторы. Сформированы проводниками, площадь которых сильно увеличена. Достигается различными методами. В электролитических конденсаторах алюминиевая фольга скатывается рулоном. Небольшой цилиндр содержит метры металлической ленты.

Поясним работу. Когда на металлической (проводящей поверхности) появляется заряд, начинается поверхностное распределение. В 1745 году священник-юрист Эвальд Юрген фон Клейст обнаружил: удерживая в руках банку с водой, запасает внутри электричество. Ладонь служит проводящей обкладкой, объем жидкости (по внешней поверхности) — другой. Стекло выступает диэлектрическим барьером. При опускании в воду электрода носители стремятся занять крайнее положение, бороздя поверхность. Через стекло поле действует на ладонь, ответно начинаются схожие процессы (заряд притягивает носители противоположного знака).

Позже емкость догадались обернуть фольгой, получилась лейденская банка – первый дееспособный конденсатор на Земле, изобретенный человеком. Произошло, когда Питер ван Мушенбрук впечатлился силой полученного в процессе опыта ударом электричества. Стало понятно: опыты небезопасны, руку следует заменить. Ученые писал: второй раз избегает испытывать судьбу ради королевства Франции. Датчанин Даниэль Гралат стал первым догадавшимся соединить лейденские банки параллельно, обеспечивая более высокую емкость системе. Напоминает современный свинцовый аккумулятор задумкой.

Смешно, подобные устройства использовались вплоть до 1900 года, входящая в обиход радиосвязь вынудила искать новые пути решения проблемы, использовались сравнительно высокие частоты электрических сигналов. В результате появились первые бумажные конденсаторы, маслянистое полотно отделяло друг от друга две обкладки свернутой цилиндром фольги. Постепенно с развитием производства в качестве изоляторов стали применяться иные материалы:

  1. Керамика;
  2. Слюда;
  3. Бумага.

Истинный прорыв в конструировании конденсаторов произошел, когда люди догадались диэлектрик заменить слоем оксида окисленной поверхности металла. Сказанное касается электролитических конденсаторов. Один цилиндр фольги покрыт оксидом. Чаще сегодня используется травление (намеренное окисление материала действием агрессивных сред), если требования технических характеристик велики, применяется анодирование. Позволяя получить гладкую поверхность, плотно прилегающую к электроду противоположного знака.

Обкладками выступают оксидированная фольга и бумага, пропитанная электролитом. Разделены тончайшим слоем оксида, позволяя получить потрясающие емкости, единицы-десятки микрофарад сравнительно малого объема. Технические характеристики конденсаторов просто потрясающие. Второй рулон алюминиевой фольги послужит простым проводником электричества, считается одним контактом. Оксид характеризуется удивительным свойством – проводит ток в одном направлении. При подключении электролитического конденсатора неправильной стороной происходит взрыв (разрушение диэлектрика, закипание электролита, образование пара, разрыв корпуса).

Отказываясь служить диэлектриком, разделяющий слой становится проводником. Из-за резкого повышения температуры области начинается лавинообразная реакция меж металлом и электролитом, конденсатор взбухает. Видели многие радиолюбители, избегаем рассказывать, процессе мало веселого предоставит внимательному зрителю.

Зачем конденсатору диэлектрик

Было замечено: если поместить меж пластинами конденсатора изолирующий материал, емкость возрастает. Долго ломали головы ученые мужи, было раскрыто понятие диэлектрической проницаемости. Оказывается, согласно теореме Гаусса можно связать с емкостью конденсатора напряженность поля обкладок. Получается, изолятор обеспечивает накопление зарядов металлами, собирая поверхностью носители противоположного знака. Полагаем, читатели догадались: те создают поле, направленное навстречу исходному, вызывая ослабление, повышающее вместимость конструкции.

Диэлектрик конденсатора

Таблицы показывают: бумага, керамика выглядят не лучшими материалами. Значения серной кислоты достигают 150 единиц, почти на два порядка выше. Причем в чистом виде вещество признано изолятором. Вероятно, настанет день, когда принцип действия конденсатора будет реализован не раствором, а серной кислотой. Известные свинцовые аккумуляторы по-другому запасают энергию (реакция). Рассмотренные варианты не единственные, распространены шире.

Глобально конденсаторы поделим двумя семействами:

  1. Электролитические (полярные).
  2. Неполярные.

Рассказывали обустройство первых. Разница ограничивается материалом обкладок. Оксид титана снабжен диэлектрической проницаемостью близкой сотне. Понятно, материал предпочтительней для создания высококлассных изделий. Стоимость кусается. Титанат бария демонстрирует диэлектрическую проницаемость повыше. Практически любой конденсатор сформирован обкладками. Диэлектрик добавляет емкости изделию. Чаще лучшие модели конденсаторов содержат ценные металлы: палладий, платину.

Маркировка, технические характеристики конденсаторов

Маркировка конденсаторов содержит параметр максимально допустимого рабочего напряжения. Обозначение приводится согласно ГОСТ 25486, затем уточнения достигают отраслевых стандартов. Например, номинал проставляется согласно ГОСТ 28364. Отдельного стандарта по электролитическим конденсаторам найти практически невозможно. Однако авторы сделали, читателям предлагаем проштудировать ГОСТ 27550. На корпусе любые виды конденсаторов содержат маркировку:

Маркировка корпуса

  • Логотип изготовителя.
  • Тип конденсатора.

Сложно сказать определенно, большинство электролитических конденсаторов снабжены маркировкой-литерой К, несколькими цифрами, часто разделенными дефисом. Следуя логике, найдем в интернете соответствующий стандарт либо другие материалы.

  • По правилам ГОСТ 28364, номинал состоит из 3-5 символов, присутствует буква.

П означает приставку пико, н – нано, мк – микро. Если номинал дополнен дробной частью, занимает последнее место, вослед литере. Емкостной ряд (неполный) значений приводится ГОСТ 28364 на примерах. Выполняются нормы этого стандарта практически? Не для электролитических конденсаторов. Вызвано, по-видимому, большими номиналами. Запросто на К50-6 встретите надпись наподобие 2000 мкФ. Согласно ГОСТ 28364, должно выглядеть наподобие 2м0. Для электролитических конденсаторов применяется ГОСТ 11076. Наряду с кодированными обозначениями (ГОСТ 28364) допускается традиционная запись (2000 мкФ). Видите, назначение конденсаторов часто определяет способ маркировки. Электролитические часто выступают составной частью фильтров цепи питания. Здесь нужен больший номинал, функциональность сильно отличается принципа действия конденсаторов разделительных ветвей цепей переменного тока.

  • Если по былым нормам рабочее напряжение маркировкой конденсатора ставилось на первое место, в современных моделях наоборот. Обозначение выражено вольтами.

Обозначения электролитического конденсатора

Подразумевается рабочее напряжение, не пробивное. Конденсаторные установки легко сгорают, сожженные повышенными значениями. Тоньше слой диэлектрика, проще происходит пробой. Существует противоречие между дистанцией, разделяющей обкладки (меньше — выше номинал) и желанием повысить рабочее напряжение.

  • Допустимое отклонение емкости чаще замалчиваются.

Процесс старения выводит номинал за рабочие пределы. Можно сказать, что то, для чего нужен конденсатор, не изготовишь при помощи просроченных изделий. Однако радиолюбители делают по-своему. Прозванивают конденсатор, определяют новый номинал, заручившись помощью тестера, пользуются.

  • Литера В стоит для конденсаторов всеклиматического исполнения.
  • Перед зарядкой конденсатора попробуйте понять, полярный ли (электролитический).

Изделие способно взорваться. Разумеется, полярный конденсатор нельзя включать в цепь переменного тока. Единого типа маркировки не предусмотрено, оговаривается бумаги: требования могут быть указаны отраслевыми техническими условиями. Например, знаки плюса/минуса. На импортных изделиях отрицательный полюс помечается светлой полосой темного корпуса.

  • Обозначение довершается датой выпуска (месяц, год), ценой.

Понятно, последнее при современных экономических условиях неактуально.

Обратите внимание, конденсатор способен долго хранить заряд. Чревато опасностью получить удар током. Любой ремонтник, работающий с радиоаппаратурой, знает: началу ремонта импульсного блока питания предшествует процесс разрядки конденсатора. Чаще делается при помощи запрещенной стандартами лампочки, вкрученной в патрон. Два оголенных провода замыкают на токонесущие части цепи, импульс на короткое время зажигает спираль. Кстати, конструкцию часто вставляют взамен предохранителей, чтобы понять, по-прежнему ли ток велик в цепи (означает наличие неисправности, вызывает необходимость дальнейшей диагностики).

Выявление неисправности конденсатора требует сноровки, при наличии специфических знаний осуществимо. Нужно иметь на руках простейший мультиметр. Уже рассказывали, как проверить конденсатор при помощи тестера, направляем читателей на соответствующий обзор, сами с позволения почтенной публики спешим откланяться.

Рекомендуем также

Конденсатор в цепи постоянного тока

Заряд конденсатора через резистор

При подключении конденсатора к источнику постоянного тока под действием электрического поля на нижнюю обкладку движутся электроны. В следствии, явления электростатической индукции с верхней обкладки конденсатора заряды уходят к положительному выводу источника питания в цепи возникает токток заряда по мере накопления зарядов в конденсаторе, растёт напряжение , а ток заряда уменьшается, и так, – конденсатор подключённый к источнику тока, заряжается до Uист.

Конденсатор в цепи постоянного тока

 

 

Кратковременный ток в цепи называется ток заряда, а так как он существует короткое время, то говорят, конденсатор постоянный ток не пропускает.

Считается что конденсатор заряжается если напряжение на нём составляет 0,63 от Uист и это происходит за время
равное Τ

ЕсЭДС ёмкости

Τ заряда – постоянная времени заряда конденсатора в секундах

Одна секунда – 1с = 103мс = 106мкс =1012нс

Rзар – сопротивление в Омах

С – ёмкость в Фарадах

Τ = Rзар × С

График заряда конденсатора

Разряд конденсатора через резистор

Работа конденсатора в цепи постоянного тока

Считается, что конденсатор разрядится если напряжение на нём составляет 0,37 от напряжения источника и это происходит за время Τ разряда.

Τразр = Rразр × С

График разряда конденсатора

Чистое питание для каждой микросхемы, часть 1: Понятие конденсаторов развязки

Добавлено 27 сентября 2018 в 15:50

Сохранить или поделиться

Полное понимание конденсаторов развязки (блокировочных конденсаторов) поможет вам правильно включать эти критически важные компоненты в ваши проекты.

Конденсаторы, конденсаторы везде

Не исключено, что увлеченный, успешный инженерный студент закончил колледж, почти ничего не узнав об одном из самых распространенных и важных компонентов, которые можно найти в реальных схемах: о блокировочном конденсаторе (конденсаторе развязки). Даже опытные инженеры могут не совсем понимать, почему они включают керамические конденсаторы на 0,1 мкФ рядом с каждым выводом питания каждой микросхемы на каждой печатной плате, которую они проектируют. В данной статье содержится информация, которая поможет вам понять, почему необходимы блокировочные конденсаторы, и как они улучшают производительность схемы, а следующая статья будет посвящена деталям, связанным с выбором конденсаторов развязки и методам компоновки печатных плат, которые максимизируют их эффективность.

Опасности переходного тока

Любой компонент, в котором выходные сигналы быстро переходят из одного состояния в другое, будет генерировать переходные токи. Когда эти переходные токи тянутся непосредственно от источника питания, в результате импеданса источника питания, а также паразитной индуктивности, связанной с проводами и проводниками на печатной плате, создаются переходные напряжения. Этот эффект становится всё более проблематичным, когда компонент должен управлять низкоомной или высокоемкостной нагрузкой: низкоомные нагрузки создают высокие амплитуды переходных процессов, а высокоемкостные нагрузки могут приводить к звону или даже значительным колебаниям в линии питания. Конечным результатом может быть что угодно: от неоптимальной производительности схемы до отказа системы.

Давайте кратко рассмотрим эту проблему переходного тока, используя очень простое моделирование.

Схема моделированияВременные диаграммы входного и выходного напряжений и тока источника питания

Эта схема – это известный CMOS инвертор, что подтверждается связью между входным и выходным напряжениями. Хотя чрезвычайно умная конструкция этого инвертора не требует стабильного напряжения, нам нужно помнить, что значительный переходной ток протекает, когда входное напряжение проходит через область, в которой оба транзистора проводят ток. Этот ток создает помехи для напряжения питания инвертора, соответствующие падению напряжения на сопротивлении источника (в этом моделировании используется 2 Ом, примерно столько можно ожидать от внутреннего сопротивления батареи 9 вольт).

Пульсации напряжения питания

Верно, что величина этих пульсаций будет очень мала, но помните, что интегральная микросхема может содержать сотни или тысячи или миллионы инверторов. Без надлежащей развязки кумулятивный эффект всех этих переходных токов привел бы к всерьез шумному (если к не катастрофически неустойчивому) источнику напряжения. Эксперименты, выполненные инженерами Texas Instruments, показали, что неправильно развязанная линия питания микросхемы, производящей коммутации на частоте 33 МГц, привела к тому, что амплитуда пульсаций достигала бы 2 вольт пик-пик на шине питания 5 вольт!

На следующем графике показано напряжение питания, когда схема симуляции расширяется, составляя теперь 8 инверторов, и включает паразитную индуктивность 1 нГн последовательно с внутренним сопротивлением источника.

Пульсации напряжения питания при восьми инверторах в схеме и паразитной индуктивности 1 нГн последовательно с сопротивлением источника

Величина переходных процессов увеличилась до почти 0,5 мВ, и оба возмущения проявляют некоторое колебательное поведение.

Пульсации напряжения питания при большем масштабе по оси времени

Цифровые схемы, безусловно, имеют особую склонность к снижению качества электропитания, но аналоговые микросхемы также нуждаются в развязке, чтобы компенсировать быстрые переходные процессы на выходе и защитить их от шума источника питания, создаваемого другими устройствами. Например, коэффициент подавления пульсаций напряжения питания операционного усилителя (ОУ) уменьшается по мере того, как шум источника питания увеличивается по частоте; это означает, что операционный усилитель с некорректной развязкой может создавать высокочастотные возмущения на линии питания, которые распространяются на собственный выходной сигнал ОУ.

Решение

Удобно, что такая серьезная проблема может быть эффективно разрешена с помощью простого, широкодоступного компонента. Но почему конденсатор? Простое объяснение заключается в следующем: конденсатор хранит заряд, который может быть подан на микросхемы через очень низкое последовательное сопротивление и очень низкую последовательную индуктивность. Таким образом, переходные токи могут подаваться от блокировочного конденсатора (через минимальные сопротивление и индуктивность). Чтобы лучше понять это, нам нужно рассмотреть некоторые базовые понятия, связанные с тем, как конденсатор влияет на схему.

Во-первых, короткая заметка о терминологии. Компоненты, обсуждаемые в данной статье, регулярно упоминаются и как «блокировочные конденсаторы», и как «конденсаторы развязки». Здесь есть тонкое различие: «развязка» относится к уменьшению степени, в которой одна часть схемы влияет на другую, а «блокирование» относится к обеспечению низкоимпедансного пути, который позволяет шуму «обходить» микросхему на своем пути к узлу земли. Оба термина могут быть правильно использоваться, поскольку блокировочный конденсатор / конденсатор развязки выполняет обе задачи. Однако в этой статье предпочтение отдается термину «блокировочный конденсатор», чтобы избежать путаницы с последовательным конденсатором развязки, используемым для блокирования постоянной составляющей сигнала.

Заряд и разряд

Основной эффект конденсатора заключается в хранении заряда и освобождении заряда таким образом, что он противостоит изменениям напряжения. Если напряжение внезапно уменьшается, конденсатор подает ток со своих заряженных пластин в попытке сохранить предыдущее напряжение. Если напряжение внезапно увеличивается, пластины конденсаторы сохраняют заряд от тока, созданного повышенным напряжением. Следующая симуляция может помочь вам визуализировать этот процесс.

Схема моделированияВременная диаграмма сглаживания конденсатором изменений напряжения

Обратите внимание, что ток является положительным (т.е. протекает от источника через R1 к C1), когда конденсатор заряжается, и отрицательным (т.е. протекает от C1 через R1 к источнику), когда конденсатор разряжается.

Это фундаментальное поведение заряда и разряда не меняется в зависимости от того, подвергается ли конденсатор воздействию низкочастотных или высокочастотных сигналов. Однако при обсуждении обхода источника питания полезно проанализировать влияние конденсатора двумя разными способами: один для низкочастотных случаев и один для высокочастотных случаев. В контексте низких частот или постоянного тока блокировочный конденсатор противостоит изменениям на линии напряжения путем заряда и разряда. Конденсатор функционирует как низкоомная батарея, которая может обеспечивать небольшую величину переходного тока. В контексте высоких частот конденсатор представляет собой низкоомный путь к земле, который защищает микросхему от высокочастотного шума на линии питания.

Стандартный подход

Приведенный выше анализ помогает понять классическую схему блокировки: конденсатор емкостью 10 мкФ находится в двух-пяти сантиметрах от микросхемы, а керамический конденсатор 0,1 мкФ находится как можно ближе к питающему выводу микросхемы.

Классическая схема блокировки пульсаций напряжения питания

Больший конденсатор сглаживает низкочастотные колебания напряжения питания, а меньший конденсатор более эффективно фильтрует высокочастотный шум на линии питания.

Если мы включим эти блокировочные конденсаторы в схему моделирования с 8-ю инверторами, рассмотренную выше, звон будет устранен, а величина возмущений напряжения будет уменьшена с 1 мВ до 20 мкВ.

Временная диаграмма напряжения питания после добавления блокировочных конденсаторов

Идеал и реальность

На этом этапе вам может стать интересно, зачем нам нужен конденсатор 0,1 мкФ в дополнение к конденсатору 10 мкФ. В чем разница между 10 мкФ и 10,1 мкФ? В этом месте обсуждение блокировочных конденсаторов усложняется. Эффективность конкретной схемы блокировки тесно связана с двумя неидеальными характеристиками выбранных конденсаторов: эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и эквивалентная последовательная индуктивность (ESL). В рассмотренном моделировании параллельные конденсаторы 10 мкФ и 0,1 мкФ являются идеальными и дают в результате не более чем идеальный конденсатор 10,1 мкФ. Чтобы сделать симуляцию более близкой к реальности, нам нужно включить обоснованные значения ESR и ESL. После этой модификации мы получим следующее.

Результаты моделирования после включения ESR и ESL конденсаторов

Несмотря на то, что это по-прежнему лучше, чем без использования блокировочных конденсаторов, эти результаты значительно хуже, чем мы видели с идеальными конденсаторами.

Эта простая симуляция не может учесть всех паразитных импедансов и других скрытых влияний, присутствующих в реальных микросхемах на реальных печатных платах (особенно те, что включают высокочастотные цифровые сигналы). Дело в том, чтобы продемонстрировать здесь, что проектирование цепи блокировки предполагает тщательное рассмотрение ESR и ESL конденсатора. Не менее важными являются и правильное размещение компонентов, и методы компоновки печатной платы. Все эти подробности мы рассмотрим в следующей статье.

Оригинал статьи:

Теги

Блокировочный конденсаторКонденсаторРазвязкаТипы конденсаторовЦелостность сигналов и питанияШумШум системы

Сохранить или поделиться

Подстроечный конденсатор — это… Что такое Подстроечный конденсатор?

Основа конструкции конденсатора — две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик

Слева — конденсаторы для поверхностного монтажа; справа — конденсаторы для объёмного монтажа; сверху — керамические; снизу — электролитические.

Различные конденсаторы для объёмного монтажа

Конденса́тор — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

История

В 1745 году в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку».

Свойства конденсатора

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течет, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора.

В терминах метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом

,

где — мнимая единица, — частота[1] протекающего синусоидального тока, — ёмкость конденсатора. Отсюда также следует, что реактивное сопротивление конденсатора равно: . Для постоянного тока частота равна нулю, следовательно, реактивное сопротивление конденсатора бесконечно (в идеальном случае).

При изменении частоты изменяются диэлектрическая проницаемость диэлектрика и степень влияния паразитных параметров — собственной индуктивности и сопротивления потерь. На высоких частотах любой конденсатор можно рассматривать как последовательный колебательный контур, образуемый ёмкостью , собственной индуктивностью и сопротивлением потерь .

Резонансная частота конденсатора равна

При конденсатор в цепи переменного тока ведёт себя как катушка индуктивности. Следовательно, конденсатор целесообразно использовать лишь на частотах , на которых его сопротивление носит ёмкостный характер. Обычно максимальная рабочая частота конденсатора примерно в 2—3 раза ниже резонансной.

Конденсатор может накапливать электрическую энергию. Энергия заряженного конденсатора:

где — напряжение (разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор.

Обозначение конденсаторов на схемах

В России условные графические обозначения конденсаторов на схемах должны соответствовать ГОСТ 2.728-74[2] либо международному стандарту IEEE 315-1975:

Обозначение
по ГОСТ 2.728-74
Описание
Конденсатор постоянной ёмкости
Поляризованный конденсатор
Подстроечный конденсатор переменной ёмкости

На электрических принципиальных схемах номинальная ёмкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах (1 мкФ = 106 пФ) и пикофарадах, но нередко и в нанофарадах. При ёмкости не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, т.е. постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения (пикоФарад). Для электролитических конденсаторов, а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах (В) или киловольтах (кВ). Например так: «10 мк x 10 В». Для переменных конденсаторов указывают диапазон изменения ёмкости, например так: «10 – 180». В настоящее время изготавливаются конденсаторы с номинальными ёмкостями из десятичнологарифмических рядов значений Е3, Е6, Е12, Е24, т.е. на одну декаду приходится 3, 6, 12, 24 значения, так, чтобы значения с соответствующим допуском (разбросом) перекрывали всю декаду.

Характеристики конденсаторов

Основные параметры

Ёмкость

Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q = CU). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до сотен микрофарад. Однако существуют конденсаторы с ёмкостью до десятков фарад.

Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью каждая, расположенных на расстоянии друг от друга, в системе СИ выражается формулой: , где — относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между пластинами (эта формула справедлива, лишь когда много меньше линейных размеров пластин).

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

или

Если у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшей площади.

При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна

или

Эта ёмкость всегда меньше минимальной ёмкости конденсатора, входящего в батарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможность пробоя конденсаторов, так как на каждый конденсатор приходится лишь часть разницы потенциалов источника напряжения.

Если площадь обкладок всех конденсаторов, соединённых последовательно, одинакова, то эти конденсаторы можно представить в виде одного большого конденсатора, между обкладками которого находится стопка из пластин диэлектрика всех составляющих его конденсаторов.

Удельная ёмкость

Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью — отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.

Номинальное напряжение

Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах.

Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается.

Полярность

Конденсаторы, разрушившиеся без взрыва из-за температуры и напряжения, не соответствующих рабочим.

Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.

Взрывы электролитических конденсаторов — довольно распространённое явление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения (актуально для импульсных устройств). Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают клапан или выполняют насечку на корпусе (часто можно заметить её в форме буквы X, K или Т на торце). При повышении внутреннего давления открывается клапан или корпус разрушается по насечке, испарившийся электролит выходит в виде едкого газа, и давление спадает без взрыва и осколков.

Паразитные параметры

Реальные конденсаторы, помимо ёмкости, обладают также собственными сопротивлением и индуктивностью. С высокой степенью точности, эквивалентную схему реального конденсатора можно представить следующим образом:

Электрическое сопротивление изоляции конденсатора —
r

Сопротивление изоляции — это сопротивление конденсатора постоянному току, определяемое соотношением r = U / Iут , где U — напряжение, приложенное к конденсатору, Iут — ток утечки.

Эквивалентное последовательное сопротивление —
R

Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR) обусловлено главным образом электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контакта(-ов) между ними, а также потерями в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор.

В большинстве случаев этим параметром можно пренебречь, но иногда (напр., в случае использования электролитических конденсаторов в фильтрах импульсных блоков питания) достаточно малое его значение может быть жизненно важным для надёжности устройства (см., напр., Capacitor plague(англ.)).

Эквивалентная последовательная индуктивность —
L

Эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. На низких частотах (до единиц килогерц) обычно не учитывается в силу своей незначительности.

Тангенс угла потерь

Тангенс угла потерь — отношение мнимой и вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости.

Потери энергии в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках. При протекании переменного тока через конденсатор векторы напряжения и тока сдвинуты на угол , где — угол диэлектрических потерь. При отсутствии потерь . Тангенс угла потерь определяется отношением активной мощности Pа к реактивной Pр при синусоидальном напряжении определённой частоты. Величина, обратная , называется добротностью конденсатора. Термины добротности и тангенса угла потерь применяются также для катушек индуктивности и трансформаторов.

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)

ТКЕ — относительное изменению емкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (Кельвина). Таким образом значение ёмкости от температуры представляется линейной формулой:

,

где ΔT — увеличение температуры в °C или °К относительно нормальных условий, при которых специфицировано значение ёмкости. TKE применяется для характеристики конденсаторов со значительной линейной зависимостью ёмкости от температуры. Однако ТКЕ определяется не для всех типов конденсаторов. Конденсаторы, имеющие нелинейную зависимость емкости от температуры, и конденсаторы с большими уходами емкости от воздействия температуры окружающей среды в обозначении имеют указание на относительное изменение емкости в рабочем диапазоне температур.

Диэлектрическое поглощение

Если заряженный конденсатор быстро разрядить до нулевого напряжения путём подключения низкоомной нагрузки, а затем снять нагрузку и наблюдать за напряжением на выводах конденсатора, то мы увидим, что напряжение медленно повышается. Это явление получило название диэлектрическое поглощение или адсорбция электрического заряда. Конденсатор ведёт себя так, словно параллельно ему подключено множество последовательных RC-цепочек с различной постоянной времени. Интенсивность проявления этого эффекта зависит в основном от свойств диэлектрика конденсатора. Подобный эффект можно наблюдать и на большинстве электролитических конденсаторов, но в них он является следствием химических реакций между электролитом и обкладками. Наименьшим диэлектрическим поглощением обладают конденсаторы с органическими диэлектриками: тефлон (фторопласт), полистирол, полиэтилентерефталат, поликарбонат.

Классификация конденсаторов

Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.

По виду диэлектрика различают:

  • Конденсаторы вакуумные (обкладки без диэлектрика находятся в вакууме).
  • Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
  • Конденсаторы с жидким диэлектриком.
  • Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.
  • Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.
  • Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего своей огромной удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах) или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спеченного порошка.

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:

  • Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы).
  • Переменные конденсаторы — конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термо­конденсаторы). Применяются, например, в радиоприемниках для перестройки частоты резонансного контура.
  • Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости.

В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляюшие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Применение конденсаторов

Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники.

  • Так как конденсатор способен длительное время сохранять заряд, то его можно использовать в качестве элемента памяти или устройства хранения электрической энергии.
  • Измерительный преобразователь (ИП) малых перемещений: малое изменение расстояния между обкладками очень заметно сказывается на ёмкости конденсатора.
  • ИП влажности воздуха (изменение состава диэлектрика приводит к изменению емкости)
  • ИП влажности древесины
  • В схемах РЗиА конденсаторы используются для реализации логики работы некоторых защит. В частности, в схеме работы АПВ использование конденсатора позволяет обеспечить требуемую кратность срабатывания защиты.

Внешние ссылки

Смотри также

Ссылки

  1. Частота в радианах в секунду.
  2. ГОСТ 2.728-74 (2002)

3. Конденсаторы — Условные графические обозначения на электрических схемах — Компоненты — Инструкции

Наряду с резисторами конденсаторы являются наиболее широко используемыми компонентами электрических цепей. Основные характеристики конденсатора — номинальная ёмкость и номинальное напряжение. Чаще всего в схемах используются постоянные конденсаторы, и гораздо реже — переменные и подстроенные. Отдельной группой стоят конденсаторы, изменяющие свою ёмкость под воздействием внешних факторов.

 

Общие условные графические обозначения конденсаторов постоянной ёмкости приведены на рис. 3.1 и их определяет соответствующий ГОСТ [2].
Номинальное напряжение конденсаторов (кроме так называемых оксидных) на схемах, как правило, не указывают. Только в некоторых случаях, например, в схемах цепей высокого напряжения рядом с обозначением номинальной ёмкости можно указывать и номинальное напряжение (см. рис. 3.1, С4). Для оксидных же конденсаторов (старое название электролитические) и особенно на принципиальных схемах бытовых электронных устройств это давно стало практически обязательным (рис. 3.2).

 

Подавляющее большинство оксидных конденсаторов — полярные, поэтому включать их в электрическую цепь можно только с соблюдением полярности. Чтобы показать это на схеме, у символа положительной обкладки такого конденсатора ставят знак «+», Обозначение С1 на рис. 3.2 — общее обозначение поляризованного конденсатора. Иногда используется.другое изображение обкладок конденсатора (см. рис.3.2, С2 и СЗ).

 
С технологическими целями   или при необходимости уменьшения габаритов в некоторых случаях в один корпус помещают два конденсатора, но выводов делают только три (один из них общий). Условное графическое обозначение

 

Для развязки цепей питания высокочастотных устройств по переменному току применяют так называемые проходные конденсаторы. У них тоже три вывода: два — от одной обкладки («вход» и «выход» ), а третий (чаще в виде винта) — от другой, наружной, которую соединяют с экраном или завёртывают в шасси. Эту особенность конструкции отражает условное графическое обозначение такого конденсатора (рис. 3.3, С1). Наружную обкладку обозначают короткой дугой, а также одним (С2) или двумя (СЗ) отрезками прямых линий с выводами от середины. Условное графическое обозначение с позиционным обозначением СЗ используют при изображении проходного конденсатора в стенке экрана. С той же целью, что и проходные, применяют опорные конденсаторы. Обкладку, соединяемую с корпусом (шасси), выделяют в обозначении такого конденсатора тремя наклонными линиями, символизирующими «заземление» (см. рис. 3.3, С4).

 

Конденсаторы переменной ёмкости (КПЕ) предназначены для оперативной регулировки и состоят обычно из статора и ротора. Такие конденсаторы широко использовались, например, для изменения частоты настройки радиовещательных приёмников. Как говорит само название, они допускают многократную регулировку ёмкости в определенных пределах. Это их свойство показывают на схемах знаком регулирования — наклонной стрелкой, пересекающей базовый символ под углом 45°, а возле него часто указывают минимальную и максимальную ёмкость конденсатора (рис. 3.4). Если необходимо обозначить ротор КПЕ, поступают так же, как и в случае проходного конденсатора (см. рис. 3.4, С2).
Для одновременного изменения ёмкости в нескольких цепях (например, в колебательных контурах) используют блоки, состоящие из двух, трех и большего числе КПЕ. Принадлежность КПЕ к одному блоку показывают на схемах штриховой линией механической связи, соединяющей знаки регулирования, и нумерацией секций (через точку в позиционном обозначении, рис. 3.5). При изображении КПЕ блока в разных, далеко отстоящих одна от другой частях схемы механическую связь не показывают, ограничиваясь только соответствующей нумерацией секций (см. рис. 3.5, С2.1, С2.2, С2.3).

 
Разновидность КПЕ — подстроенные конденсаторы. Конструктивно они выполнены так, что их ёмкость можно изменять только с помощью инструмента (чаще всего отвертки). В условном графическом обозначении это показывают знаком подстроечного регулирования — наклонной линией со штрихом на конце (рис. 3.6). Ротор подстроечного конденсатора обозначают, если необходимо, дугой (см. рис. 3.6, СЗ, С4).

 

 

 

Саморегулирумые конденсаторы (или нелинейные) обладают способностью изменять ёмкость под действием внешних факторов. В радиоэлектронных устройствах часто применяют вариконды (от английских слов vari(able) — переменный и cond(enser) — еще одно название конденсатора). Их ёмкость зависит от приложенного к обкладкам напряжения. Буквенный код варикондов — CU (U— общепринятый символ напряжения, см. табл. 1.1), УГО в этом случае — базовый символ конденсатора, перечеркнутый знаком нелинейного саморегулирования с латинской буквой U (рис. 3.7, конденсатор CU1).
Аналогично построено УГО термоконденсаторов. Буквенный код этой разновидности конденсаторов — СК (рис. 3,7, конденсатор СК2). Температура среды, естественно, обозначается символом tº

 

 

 

 

 

Роль конденсаторов в цепях электропитания и освещения

Конденсатор представляет собой электрическое устройство, в котором накапливаются заряды, которые могут сохраняться в течение определенного периода времени даже при отключении прилагаемого источника питания. Конденсаторы используются в каждой схеме в различных вариантах, поляризованные или неполяризованные, электролитические или керамические, тонкопленочные или танталовые, SMD (устройство поверхностного монтажа) или сквозное отверстие, цилиндрические или квадратные и т. д. Из средней школы мы узнали, что если подключить несколько конденсаторов параллельно, мы будем иметь большую емкость, которая является суммой их емкостей.Если соединить их последовательно, то получится меньшая емкость. Расчет емкости параллельных и последовательных конденсаторов показан ниже.

В последние десятилетия, по мере того как мы стали больше осознавать необходимость экономии энергии, нас заинтересовала функция хранения зарядов в конденсаторе. Это произошло из-за создания особого типа конденсаторов, суперконденсаторов или ультраконденсаторов, которые использовались так же, как батареи.

Конденсаторы широко используются для реализации многих электрических функций. Как один из пассивных компонентов конденсатора, его роль сводится к следующему:

1. Когда конденсатор используется в цепях электропитания, его основная функция заключается в выполнении роли обхода, развязки, фильтрации. и хранение энергии.

1) Фильтр
Фильтрация является важной частью роли конденсаторов. Он используется практически во всех силовых цепях.Теоретически, чем больше емкость, тем меньше импеданс и тем выше допустимая частота. Но на самом деле, за исключением танталовых конденсаторов, большинство конденсаторов, превышающих 1 мкФ, являются электролитическими конденсаторами, которые имеют большую составляющую индуктивности, поэтому импеданс будет увеличиваться на высокой частоте. Иногда я вижу электролитический конденсатор большей емкости, соединенный параллельно с маленьким конденсатором. В это время большой конденсатор пропускает низкую частоту, а маленький конденсатор пропускает высокую частоту.Функция конденсатора состоит в том, чтобы пропускать высокочастотные составляющие сигнала и блокировать низкочастотную часть. Чем больше емкость, тем легче проходит низкочастотный сигнал, а чем меньше емкость, тем легче проходит высокая частота. Конкретно используемый для фильтрации большой конденсатор (например, 470 мкФ) фильтрует низкие частоты, а небольшой конденсатор (например, 120 пФ) фильтрует высокие частоты.

Конденсатор фильтра часто сравнивают с «резервуаром». Поскольку напряжение на обоих выводах конденсатора резко не меняется, видно, что чем выше частота сигнала, тем больше затухание.Можно сказать, что конденсатор подобен пруду, и количество воды не изменится, вызванное добавлением или испарением нескольких капель воды. Он преобразует изменение напряжения в изменение тока, как показано ниже с помощью уравнений:

Теперь у нас есть:

или

или

У нас есть окончательная форма дифференциального уравнения первого порядка:

Мы решаем уравнение и иметь выражение для V (t), q ( t) и i(t):

                  Где V0 — напряжение источника питания.

Если мы построим три приведенных выше выражения, у нас будет такая же кривая без учета пропорциональных констант, как показано ниже. Это показывает, что RC-цепи требуется около 5 постоянных времени, чтобы разрядить почти все накопленные заряды.

2) Байпас

Байпасный конденсатор представляет собой устройство накопления энергии, которое обеспечивает энергией локальные устройства. Это может сделать выход регулятора напряжения плавным и уменьшить влияние нагрузки. Как и небольшая перезаряжаемая батарея, шунтирующий конденсатор можно заряжать и разряжать в устройстве.Чтобы свести к минимуму импеданс, шунтирующий конденсатор следует разместить как можно ближе к выводу источника питания и выводу заземления нагрузочного устройства. Это может предотвратить повышение потенциала земли и шум, вызванный чрезмерным входным значением. Отскок заземления — это падение напряжения, когда точка заземления проходит через большой всплеск тока.

3) Развязка

С точки зрения схемы ее всегда можно рассматривать как состоящую из источника возбуждения и ведомой нагрузки.Если емкость нагрузки относительно велика, схема возбуждения должна заряжать и разряжать конденсатор, чтобы завершить переход сигнала. Когда нарастающий фронт круче, ток относительно велик, поэтому ток возбуждения будет поглощать большую часть тока источника питания. Индуктивность и сопротивление, особенно индуктивность на выводе чипа, будут вызывать отскок, этот ток на самом деле является своего рода шумом по сравнению с нормальной ситуацией, который повлияет на нормальную работу предыдущего каскада.Эта ситуация называется сцеплением. Развязывающий конденсатор действует как батарея, чтобы компенсировать изменение тока цепи возбуждения и избежать помех связи. Комбинация обходных конденсаторов и развязывающих конденсаторов будет проще для понимания. Шунтирующий конденсатор фактически развязан, но байпасный конденсатор обычно относится к высокочастотному байпасу, который должен увеличить метод предотвращения утечки с низким импедансом для высокочастотного шума переключения. Конденсатор высокочастотного обхода обычно небольшой, и в зависимости от резонансной частоты обычно равен 0.1 мкФ или 0,01 мкФ и т. д., а развязывающий конденсатор, как правило, большой, например, 10 мкФ или больше, в зависимости от параметров распределения в цепи и изменения тока возбуждения. Байпас предназначен для фильтрации помех во входном сигнале, а развязка предназначена для фильтрации помех выходного сигнала, чтобы предотвратить возвращение сигнала помех в источник питания. В этом должно быть их существенное отличие.

4) Аккумулятор энергии

Конденсатор накопления энергии собирает заряд через выпрямитель и передает накопленную энергию на выход источника питания через кабель преобразователя.Чаще используются алюминиевые электролитические конденсаторы с номинальным напряжением от 40 до 450 В постоянного тока и емкостью от 220 до 150 000 мкФ (например, B43504 или B43505 EP43). В соответствии с различными требованиями к мощности устройства иногда используются последовательно, параллельно или в их комбинации.

Энергия, накопленная в конденсаторе, зависит от приложенного напряжения и количества зарядов, находящихся на пластинах. Следовательно, в статическом состоянии энергия в конденсаторе находится в виде электрического поля между двумя его проводящими пластинами.

Q = CV

Теперь предположим, что конденсатор начинает разряжаться с постоянной скоростью dQ при постоянном напряжении на клеммах V, поэтому энергия, которую он высвобождает, составляет: составляет:

 

2. Когда конденсатор применяется в сигнальных цепях, его роль в основном заключается в выполнении функций связи, генерации/синхронизации и постоянной времени:

1) Соединительный, развязывающий и шунтирующий конденсатор

Конденсатор блокирует сигнал постоянного тока, но пропускает сигнал переменного тока.Эта функция конденсатора может быть очень полезна, когда на выходе должен присутствовать сигнал переменного тока или наоборот. В следующей схеме усилителя NPN BJT мы можем найти не только конденсатор связи, но и шунтирующий конденсатор. В схеме усилителя на транзисторе NPN точка установившегося режима работы сильно зависит от тока базы и напряжения коллектора, которые определяются резистором смещения. Когда эмиттер усилителя с общим эмиттером имеет резистор смещения, коэффициент усиления по напряжению усилителя уменьшается и в то же время вызывает падение напряжения сигнала и обратную связь на входе для формирования связи входного и выходного сигналов.Этот резистор является компонентом, который создает связь. Конденсатор подключен параллельно резистору. Поскольку конденсатор соответствующей емкости имеет небольшой импеданс по отношению к сигналу переменного тока, это уменьшает эффект связи, вызванный сопротивлением, поэтому такой конденсатор называется развязывающим/шунтирующим конденсатором.

2) Генерация/синхронизация

В приведенной выше схеме усилителя BJT с общим эмиттером мы можем добавить петлю положительной обратной связи между входом и выходом, чтобы создать фазовращающий генератор, как показано ниже.Частота генератора определяется сопротивлением и емкостью компонентов R, C соответственно. Выходной сигнал генератора опережает входной на 60° плюс инверсия, вызванная BJT, поэтому общий фазовый сдвиг составляет 240°.

Где f — частота генератора в Гц, R — сопротивление в омах, C — емкость в Ф и N — номер каскада RC.

3) Постоянная времени

Это обычная интегральная схема, состоящая из R и C, соединенных последовательно.Когда напряжение входного сигнала подается на входную клемму, напряжение на конденсаторе (С) постепенно возрастает. Зарядный ток уменьшается по мере роста напряжения. Характеристики тока через сопротивление (R) и емкость (C) описываются формулой, которую мы ввели в предыдущем разделе:


Постоянная времени:

       

измеряет время, необходимое для зарядки и разрядки конденсатора.Согласно расчетам, конденсатор может быть заряжен примерно до 62,3% за время, эквивалентное одной постоянной времени, и для полной разрядки конденсатора требуется время, эквивалентное 5 постоянным времени.

Поделитесь тем, что вы узнали

Часть 3. Конденсатор — скрытая звезда электронных схем — роль № 2: блокирование постоянного тока и пропускание переменного тока|Понимание типов и функций конденсаторов в пяти статьях

Может ли ток течь через диэлектрик (изолятор) конденсатора?

Нетрудно понять, как конденсатор блокирует постоянный ток.Например, если вы подключите конденсатор к сухой батарее — источнику питания постоянного тока — ток будет течь на мгновение, но быстро прекратится. Как только источник питания полностью зарядит конденсатор, постоянный ток через него больше не течет. Поскольку пластины электродов конденсатора разделены изолятором (воздухом или диэлектриком), постоянный ток не может протекать, пока изоляция не разрушится. Другими словами, конденсатор блокирует постоянный ток. Почему же тогда конденсатор пропускает переменный ток?

Изменения в электрических полях эквивалентны протеканию тока

В переменном токе полярность постоянно меняется с положительной на отрицательную.Конденсаторы многократно заряжаются и разряжаются по мере того, как меняется полярность тока, позволяя протекать переменному току.

Давайте объясним это, используя основные законы электромагнетизма. Когда электрический ток течет по проводнику, линии магнитного потока генерируются по часовой стрелке в направлении тока (магнитный эффект электрического тока, открытый Гансом Эрстедом). Когда направление тока меняется на противоположное, меняется и направление линий потока.

Так что же происходит, когда вы подключаете конденсатор к источнику переменного тока? При изменении направления тока изменяется и направление электрического поля, создаваемого между электродными пластинами конденсатора.Осциллирующие электрические поля генерируют осциллирующие магнитные поля, которые считаются эквивалентными протеканию электрического тока (теории электромагнетизма Джеймса Максвелла). Поэтому допустимо считать, что переменный ток «течет» внутри диэлектрика конденсатора, хотя диэлектрик является изолятором. Так мы объясняем способность конденсаторов «проводить» переменный ток. Однако это не означает, что ток течет через диэлектрик конденсатора так же, как он течет по проводнику.Точнее, ток, протекающий через проводник, называется кондуктивным током, а ток, протекающий через изолятор, называется током смещения.

Конденсаторы легче пропускают переменный ток на более высоких частотах

Напряжение ( В ) = Сопротивление ( R ) x Ток ( I ).Это знаменитый закон Ома, который мы изучаем на уроках естествознания в школе. Закон также распространяется на переменный ток, протекающий через резистор. Конденсатор также ведет себя как резистор по отношению к переменному току — свойство, известное как емкостное реактивное сопротивление. Однако конденсатор не проводит все формы переменного тока одинаково: его емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте переменного тока.

Емкостное реактивное сопротивление ( Xc ) выражается как 1 / (2πfC) , где f — частота переменного тока, а C — емкость конденсатора.Другими словами, чем выше частота и чем больше емкость, тем меньше сопротивление (емкостное сопротивление) переменному току и, следовательно, тем легче проходит ток.

Причина, по которой конденсаторы используются для подавления шума

Конденсаторы, используемые для шумоподавления, лучше пропускают высокочастотные переменные токи.Поскольку шум в значительной степени представляет собой набор переменных токов на высоких частотах, для уменьшения шума можно использовать компонент, который плавно передает высокие частоты.

Например, при включении люминесцентного светильника в радио может быть слышен шум. Для освещения люминесцентной лампы требуется высокое напряжение (называемое ударным напряжением); он создается катушкой балласта и повторяющимся размыканием и замыканием контактов стартера выключателя накаливания. Когда свет включается и стартер начинает открываться и закрываться, ток течет и быстро останавливается.К таким резким изменениям относятся токи высокой частоты, которые мешают радиоприему и вызывают слышимые шумы. Чтобы облегчить проблему, параллельно пускателю подключен конденсатор для подавления помех. Неотъемлемое свойство конденсатора направляет шумы через конденсатор, уменьшая их внешнюю утечку.

Однако существует множество различных типов шума, и конденсаторы не могут устранить их все. Особенно в цепях, которые работают с небольшими токами и низкими напряжениями, шум может вызвать неисправности или даже повреждения.Вот почему принимается сложный набор мер противодействия шуму, таких как использование шумовых фильтров в сочетании с катушками индуктивности и электромагнитным экранированием.

Разнообразные LC-фильтры состоят из катушек индуктивности и конденсаторов

.

В электронных схемах свойство конденсаторов более плавно пропускать высокочастотные переменные токи используется множеством способов.Наиболее простой формой является схема, которая сочетает в себе конденсатор и резистор.

В цепи, когда конденсатор соединен параллельно, а резистор последовательно, высокочастотные компоненты переменного тока текут в землю (землю). По сути, это поведение фильтра нижних частот (ФНЧ) , который отсекает высокочастотные компоненты и пропускает низкочастотные компоненты (см. левую часть рисунка ниже).

И наоборот, когда конденсатор соединен последовательно, а резистор параллельно, компоненты постоянного тока блокируются, в то время как высокочастотные компоненты переменного тока проходят через цепь, эффективно создавая фильтр верхних частот (ФВЧ) (ФВЧ) , который обрезает низкие частоты. частотные компоненты и пропускает более высокие частоты (см. правую часть рисунка ниже).

В реальных ФНЧ и ФВЧ катушки индуктивности (катушки) используются вместо резисторов для улучшения частотных характеристик и получения более крутых кривых отклика. Все вместе они называются LC-фильтрами, включая полосовые фильтры (BPF) , которые пропускают только определенные частотные диапазоны, потому что все они сочетают в себе катушки индуктивности (обозначаются как L ) и конденсаторы ( C ).

 

Конденсаторы связи, байпаса и развязки

В схемах, включающих ИС, широко используются конденсаторы, позиционируемые как конденсаторы связи, шунтирующие конденсаторы и конденсаторы развязки.

На рисунке ниже показан пример обычной аналоговой схемы, в которой ток усиливается транзистором — ток слабого сигнала (AC) накладывается на постоянное напряжение и подается на следующий каскад. Однако, поскольку отдельные блоки схемы имеют разные условия работы, необходимо пропускать только сигнальный ток, блокируя постоянный ток, поэтому используется конденсатор. Это использование называется конденсатором связи.

Шунтирующий конденсатор используется для направления (шунтирования) помех и других компонентов переменного тока на землю.На схеме ниже он расположен между питанием и землей. Он обходит помехи, наложенные на источник питания постоянного тока, и подает стабильное напряжение на транзистор. Если напряжение, подаваемое на микросхему, колеблется, поведение схемы может стать нестабильным. Чтобы предотвратить это, между выводом питания микросхемы и землей помещается конденсатор (см. рисунок ниже). Это также пример обходного конденсатора. Его также называют развязывающим конденсатором, поскольку он отделяет переменный ток от постоянного, позволяя проходить только постоянному току.Иногда для улучшения характеристик в широком диапазоне частот конденсатор большой емкости подключают параллельно многослойному керамическому чип-конденсатору с устойчивыми высокочастотными характеристиками.

Новичкам может показаться, что терминология в этой статье трудна для понимания, но не стоит заморачиваться. Все они являются приложениями одного и того же основного свойства конденсатора: блокировать постоянный ток, позволяя пропускать переменный ток, и легче на более высоких частотах.

При этом в высокочастотном диапазоне резистивная и индуктивная (катушка) составляющие проводки и внутренних электродов становятся заметными, а сам конденсатор начинает вести себя как LC-фильтр. Другими словами, конденсатор показывает другое лицо в высокочастотной области — предмет, который мы рассмотрим в следующей статье.

Конденсаторы 101

Конденсаторы известны многим инженерам-электронщикам как «рабочая лошадка» в электрической цепи.Эти пассивные компоненты с двумя клеммами когда-то были известны как «конденсаторы», потому что первые предшественники современных компонентов использовались еще в 18 веке для конденсации пара в конструкциях паровых двигателей. По мере развития технологий на протяжении веков было разработано множество типов конденсаторов для использования в широком диапазоне электрических цепей во всех отраслях промышленности.

От крошечных конденсаторов на печатных платах, используемых в персональных электронных устройствах, до больших суперконденсаторов, используемых в гибридных электромобилях, конденсаторы бывают самых разных форм и размеров.Для предприятий OEM и EMS, которые хотят купить конденсаторы для своих проектов, будет полезно знать, какие типы конденсаторов доступны на рынке и как эти конденсаторы лучше всего использовать в электрических конструкциях. Вот наше подробное руководство по основам выбора и покупки конденсаторов.

Электролитические конденсаторы

Эти типы конденсаторов, также известные как электролитические конденсаторы или «электронные конденсаторы», используются, когда требуется большое значение емкости, например, в цепях питания постоянного тока.Электролитические конденсаторы обычно бывают трех различных форм: алюминиевые электролитические конденсаторы, танталовые электролитические конденсаторы и ниобиевые электролитические конденсаторы. Эти конденсаторы уникальны тем, что вместо использования тонких металлических слоев на обоих электродах в качестве катода обычно используется желеобразный или пастообразный полужидкий раствор.

Электролитические конденсаторы полярные, с четкой маркировкой, указывающей положительные и отрицательные клеммы. Диэлектрик, или изолирующий слой конденсатора, выполнен из оксидной пленки шириной менее 10 микрон.Из-за большой емкости и небольшого размера электролитические конденсаторы широко используются в цепях постоянного тока для уменьшения пульсаций напряжения. Поскольку электролитические конденсаторы в основном поляризованы, они имеют относительно низкое номинальное напряжение и не могут использоваться в источниках переменного тока.

Слюдяные конденсаторы

Эти типы конденсаторов получили свое название от природных кристаллических минералов, таких как мусковит и флогопит, которые используются в их составе. С годами слюдяные конденсаторы с зажимами устарели, и конденсаторы из серебряной слюды стали основным типом слюдяных конденсаторов на рынке.Конденсаторы из серебряной слюды являются одними из самых стабильных и надежных используемых конденсаторов из-за слоев слюдяных минералов, расположенных по всему компоненту.

Конденсаторы

Silver Mica сконструированы таким образом, что устраняются воздушные зазоры между слоями слюды и серебра, защищая их от влаги и коррозии, обеспечивая при этом постоянное значение емкости, которое редко колеблется. Известно, что они имеют низкое значение емкости при низких потерях, что делает стабильность их ключевой характеристикой.

Эти типы конденсаторов используются в силовых радиочастотных цепях и высокочастотных настраиваемых цепях, таких как фильтры и генераторы. Хотя они являются одними из самых стабильных конденсаторов на рынке, они также являются одними из самых дорогих. В некоторых схемах их можно заменить керамическими конденсаторами класса 1, но в некоторых приложениях, например, в радиопередатчиках, их нельзя заменить.

Бумажные конденсаторы

Как видно из названия, в этих типах конденсаторов в качестве диэлектрических слоев используется бумага, зажатая между полосами проводников из металлической фольги, например из алюминия.Для защиты диэлектрика от коронного разряда и перекрытий бумагу часто пропитывают маслом или воском. Однако существуют и другие типы бумажных конденсаторов, такие как металлизированные бумажные конденсаторы, в которых для защиты бумажного диэлектрического слоя используются покрытия из металлов, таких как цинк или медь.

Бумажные конденсаторы

идеально подходят для обеспечения фиксированной емкости цепи. Таким образом, они используются в высоковольтных и сильноточных приложениях, таких как радиочастотные передатчики и приемники. Эти типы конденсаторов экономичны, но подвержены повреждениям из-за пористой природы бумаги, которая может поглощать водяной пар из воздуха.Металлизированные бумажные конденсаторы лучше противостоят воздействию окружающей среды, но стоят дороже за единицу.

Пленочные конденсаторы

Конструкция этих типов конденсаторов аналогична бумажным, но диэлектрический слой выполнен из пластиковой пленки. Эти типы конденсаторов в основном используются в качестве заменителей бумажных конденсаторов, поскольку они более стабильны и способны противостоять факторам окружающей среды. Пленочные конденсаторы делятся на две категории: конденсаторы с пленочной фольгой и конденсаторы с металлизированной пленкой.

В пленочно-фольговой разновидности диэлектрические слои обычно изготавливаются из полиэстера, полипропилена, полиэтилентерефталата или полифениленсульфидных пластиков с электродами из алюминиевых листов. В металлизированных пленочных конденсаторах алюминиевые электроды заменены слоем металла, нанесенным в вакууме на слой пластиковой пленки. Это позволяет металлизированным пленочным конденсаторам быть более компактными, что делает их идеальными для цепей с малыми токами и высоким импедансом.

Керамические конденсаторы

Эти типы конденсаторов чаще всего используются в персональных электронных устройствах.Керамические конденсаторы были притчей во языцех полупроводниковой промышленности, потому что рынок в настоящее время во всем мире нехватка многослойных керамических конденсаторов . Тем не менее, керамические конденсаторы бывают однослойными и многослойными (MLCC). Диэлектрические слои этих конденсаторов состоят из керамических материалов с несколькими типами используемой геометрии. MLCC пользуются большим спросом, потому что они используются в персональных вычислительных устройствах, таких как смартфоны и ноутбуки. Наряду с электролитическими конденсаторами, керамические конденсаторы являются наиболее часто используемыми типами конденсаторов на рынке.

Покупка конденсаторов

Конденсаторы

бывают разных форм и размеров, и иногда их трудно отследить из-за нехватки. Sensible Micro имеет надежную сеть поставщиков и может поставлять широкий спектр электронных компонентов, включая все типы конденсаторов. Мы также можем предоставить нашим клиентам индивидуальные пакеты для хранения и планирования, которые сократят время изготовления компонентов и защитят от нехватки. Не говоря уже о нашей лаборатории тестирования и проверки компонентов на месте, которая каждый раз обеспечивает качественные поставки.Нужны конденсаторы? Поговорите с одним из наших экспертов по поиску сегодня.

Лазерные датчики смещения Protrak HD для 2D/3D профилирования

Введение

Конденсатор представляет собой пассивный электрический компонент, состоящий из двух выводов. И вместе с катушками индуктивности и резисторами они являются самыми основными компонентами, используемыми в электрических цепях. На самом деле довольно редко можно встретить схему без конденсатора.


Рис. 1: Различные типы конденсаторов
Источник:
Источник:
Eric Schrader из Сан-Франциско, CA, США, Конденсаторы (7189597135) , CC By-Sa 2 .0

Если вам интересно, конденсаторы довольно особенные, потому что они могут накапливать энергию, как полностью заряженная электрическая батарея. Колпачки , , как мы их обычно называем, имеют множество важных применений в цепях. Некоторые из их наиболее фундаментальных применений в схемах, такие как накопление энергии, подавление скачков напряжения и фильтрация сложных сигналов.

Разбивка учебника

В сегодняшнем уроке мы подробно рассмотрим все, что связано с конденсаторами, включая:

  • Как делают конденсаторы
  • Как работают конденсаторы
  • Емкостные единицы
  • Типы конденсаторов
  • Как определить конденсаторы?
  • Как соединить конденсаторы последовательно и параллельно
  • Популярные области применения конденсаторов

Однако вы должны иметь в виду, что это руководство основано на нескольких концепциях электроники, которые должны быть у вас под рукой для более легкого и быстрого понимания того, что мы рассмотрим сегодня.Итак, прежде чем вы углубитесь в детали этого руководства, вы должны уделить несколько минут, чтобы прочитать о следующих концепциях;

  • Что такое электричество?
  • Что такое цепь?
  • Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома
  • Различие между последовательными и параллельными цепями
  • Что такое мультиметр и как им пользоваться
  • Метрические префиксы

Символы и единицы измерения

Символы цепи

Конденсатор может быть представлен на принципиальной схеме двумя основными способами, и они всегда будут иметь две клеммы, которые подключены к цепи в целом.Символ конденсатора представлен двумя параллельными линиями, которые могут быть плоскими или изогнутыми; они расположены близко друг к другу, но не соприкасаются — что, по сути, указывает на то, как на самом деле сделан конденсатор. Вот краткий обзор символов конденсаторов, а также того, как они включены в базовую электрическую цепь.


Рис. 2: Обозначения конденсаторов
Источник: Загрузчик
Jwratner1 из английской Википедии.,  Типы конденсаторов CC0 1,0

Примечания:

  • Символ конденсатора (#b выше), который идет с изогнутой линией, указывает на поляризованный конденсатор; и, таким образом, это, скорее всего, электролитический конденсатор. Читайте дальше в разделах, которые следуют ниже.
  • Каждый конденсатор должен быть назван; C1, C2, C3 и так далее, а также значение, указывающее емкость конденсатора в фарадах — подробнее об этом в следующей части этого руководства!

Единицы измерения емкости

Как и резисторы и катушки индуктивности, конденсаторы производятся неодинаково.Каждый другой конденсатор имеет определенное значение емкости. И это значение позволит вам узнать количество заряда, которое конденсатор может хранить; чем выше значение емкости, тем больше емкость для хранения заряда.

Фарад является стандартной единицей измерения емкости и обозначается аббревиатурой Ф. скорее, конденсатор в один миллифарад (1 мФ) является довольно большим конденсатором.Таким образом, вы, как правило, сталкиваетесь с конденсаторами, рассчитанными на пикофарад (10 -12 ) и микрофарад (10 -6 ). В приведенной ниже таблице приведен краткий обзор единиц измерения емкости

.

Имя префикса

Сокращение

Вес

Эквивалент Фарад

Пикофарад

пФ

10 -12

0.000000000001 Ф

Нанофарад

нФ

10 -9

0,000000001 Ф

Микрофарад

мкФ

10 -6

0,000001 Ф

Милифарад

мФ

10 -3

0.001 Ф

Килофарад

кФ

10 3

1000 Ф

И, когда вы достигаете диапазона килофарад, вы теперь находитесь на уровне специальных конденсаторов, называемых конденсаторами ультра или супер-.

Теория конденсаторов

Как делают конденсаторы

Схематичное обозначение конденсаторов очень похоже на то, как оно было создано.По сути, конденсатор состоит из двух металлических пластин и изоляционного материала, называемого диэлектриком. Эти металлические пластины плотно прилегают друг к другу, и чтобы они не соприкасались, между пластинами помещается диэлектрик.


Рис. 3: Стандартный параллельный конденсатор-сэндвич — две проводящие пластины, разделенные изолирующим диэлектриком

Этот диэлектрик может быть изготовлен из любого типа изоляционного материала, такого как пластик, керамика, резина, стекло, бумага или любой другой материал, который может препятствовать протеканию тока.Пластины, с другой стороны, изготовлены из металлов, таких как серебро, тантал, алюминий или любых других хороших электрических проводников, и каждая из пластин подключена к клеммному проводу цепи.

Емкость конденсатора, измеряемая в фарадах, зависит от конструкции конденсатора. Чем больше конденсатор, тем выше емкость. Пластины с большей площадью поверхности с перекрывающимися пластинами будут иметь большую емкость, а с другой стороны, увеличение расстояния между пластинами приведет к уменьшению емкости.Кроме того, материал диэлектрика также влияет на количество фарад, которое будет иметь конденсатор. Имея все это в виду, вы можете рассчитать емкость конденсатора, используя это уравнение;

Где:

  • r = относительная диэлектрическая проницаемость (константа, значение которой будет зависеть от материала диэлектрика) диэлектрика.
  • A = площадь перекрывающихся пластин
  • d = расстояние между пластинами

Как работают конденсаторы

Поток электрического заряда создает электрический ток, и этот ток используется обычными электрическими компонентами для создания движения, света или любых других функций.Когда ток течет в колпачок, электрический заряд «прилипает» к пластинам, потому что они не проходят через диэлектрик, который является изолятором.

Отрицательно заряженные частицы (электроны) затем поглощаются одной из пластин, и в целом она становится отрицательно заряженной. Это огромное количество отрицательных зарядов на этой пластине затем выталкивает положительно заряженные частицы (протоны) на другую пластину, и таким же образом она становится положительно заряженной.


Рис. 4: Как работает конденсатор.
Источник:
Папа ноябрь , Схема конденсатора с диэлектриком , CC BY-SA 3.0

А поскольку противоположные заряды притягиваются, протоны и электроны на каждой из пластин притягиваются друг к другу. Однако благодаря изолирующему диэлектрику, расположенному между пластинами, заряды будут оставаться на соответствующей пластине, по крайней мере, до тех пор, пока у них не появится возможность перейти в другое место. Поскольку эти заряды остаются неподвижными, создается электрическое поле, что приводит к возникновению потенциальной энергии и напряжения.В результате колпачок может накапливать электрическую энергию, подобно тому, как химическая энергия хранится в батарее.

Зарядка и разрядка

Конденсатор заряжается, когда происходит слияние положительных и отрицательных зарядов. И оно способно удерживать этот заряд (электрическое поле), потому что они, в отличие от зарядов, притягиваются друг к другу с любой стороны диэлектрика, но никогда не соприкасаются.

Крышки, однако, могут дойти до точки, когда пластины полностью заряжены, так что больше нельзя будет принимать заряды; любые другие, которые пытаются присоединиться, отталкиваются.Именно здесь вступает в игру максимальный заряд, который может быть сохранен, и это значение указано в фарадах для представления емкости.

Чтобы разрядить конденсатор, в цепи должен быть другой путь, позволяющий зарядам соприкасаться. Когда заряды покидают конденсатор, он разряжается.

Возьмите в качестве примера схему, показанную ниже; Батарея индуцирует электрический потенциал на крышке, что приводит к накоплению одинаковых, но противоположных зарядов на каждой пластине до точки, в которой конденсатор настолько заполнен, что отталкивается больший ток, чтобы предотвратить его протекание в крышку.Светодиод, расположенный последовательно с конденсатором, обеспечивает новый путь для тока. Поэтому, следуя новому пути, энергия, запасенная в конденсаторе, течет, чтобы на короткое время зажечь светодиод.


Рис. 5: Простая диаграмма в формате GIF, демонстрирующая зарядку и разрядку конденсатора для включения светодиода
Источник: Learn.Sparkfun.Com:
2/д/5/1/519a737ece395fe042000002.gif

Расчет заряда, напряжения и тока

Емкость конденсатора, т.е.е. значение фарад, является показателем количества заряда, который может храниться на крышке. А количество заряда, которое конденсатор хранит в любой момент времени, зависит от напряжения (разности потенциалов) между пластинами. Эту связь между зарядом, емкостью и напряжением можно изобразить простым фундаментальным уравнением;

Где:

Q = заряд конденсатора

C = емкость

В = напряжение на конденсаторе

Емкость конденсаторов в данном случае является известной величиной, которая всегда является постоянной величиной.Таким образом, чтобы увеличить или уменьшить заряд конденсаторов, мы можем изменить напряжение. Повышение напряжения увеличивает заряд и наоборот.

Кроме того, приведенное выше уравнение является исключительным способом определения стоимости единицы фарад; Единица фарад (Ф) — это способность хранить единицу энергии (в кулонах) на единицу вольта.

Расчет тока

Теперь давайте перейдем к следующему шагу этого уравнения заряд/емкость/напряжение, чтобы мы могли определить, как на ток влияют напряжение и емкость, поскольку ток определяется как скорость потока заряда.По сути, соотношение между напряжением и током конденсатора таково; количество тока, протекающего через крышку, зависит от того, насколько быстро увеличивается или уменьшается напряжение, и от емкости конденсатора. Таким образом, быстрое увеличение напряжения на крышке вызывает в крышке огромный положительный ток. С другой стороны, более медленное увеличение напряжения на конденсаторе означает, что через него будет протекать гораздо меньший ток. И, наконец, при постоянном и фиксированном напряжении через конденсатор не будет протекать ток.

Имея это в виду, математика начинает немного усложняться, поскольку исчисление теперь используется для представления вещей в перспективе. Итак, чтобы рассчитать ток через цоколь, вы будете использовать приведенное ниже уравнение;

Где:

— скорость нарастания или падения напряжения с течением времени.

По сути, это уравнение означает, что если напряжение стабильно, dv (изменение напряжения) будет равно нулю, и, следовательно, ток также будет равен нулю.И именно поэтому конденсатор, поддерживающий постоянное напряжение постоянного тока, не пропускает через себя ток.

Типы конденсаторов

Существует много типов конденсаторов, с которыми вы будете сталкиваться через день, и каждый из типов будет иметь свои особенности и несколько недостатков, которые делают их более подходящими для различных приложений. Тип конденсатора обычно определяется в зависимости от таких факторов, как;

  • Размер: Это относится как к емкости, так и к физическому объему крышки.Они могут быть либо очень маленькими, либо даже быть самым большим компонентом схемы. И как мы уже говорили, чем больше конденсатор, тем выше емкость.
  • Максимальное напряжение: Каждый конденсатор поставляется с указанием максимального напряжения, которое он может выдержать. Если это максимальное напряжение будет превышено, крышка будет повреждена.
  • Ток утечки: Как и большинство электрических компонентов, крышки имеют некоторые недостатки. Каждый из них часто пропускает очень небольшое количество тока (наноампер или намного меньше) между клеммами через диэлектрик.И этот ток утечки постепенно вытянет из конденсатора всю накопленную энергию.
  • Допуск: Номинальная емкость конденсаторов никогда не бывает безупречно точной. Каждый отдельный конденсатор будет иметь номинальную номинальную емкость, но это значение может варьироваться от ±1% до ±20%, в зависимости от типа конденсатора.
  • ESR (эквивалентное последовательное сопротивление): Еще о недостатках, проводимость выводов конденсаторов не 100%. Обычно они имеют минимальное сопротивление (

1.Керамические конденсаторы

Это самый распространенный конденсатор, который вы там найдете, и, как следует из названия, диэлектрик сделан из конденсаторов. Эти конденсаторы обычно малы как по размеру, так и по емкости. Редко можно встретить керамический колпачок с номиналом более 10 мкФ. Вы часто найдете этот тип крышки для поверхностного монтажа в упаковке ± 0603 (0,6 мм x 0,3 мм). С другой стороны, керамические конденсаторы со сквозным отверстием будут напоминать крошечную лампочку с двумя выступающими выводами.


Рис. 6: Различные типы керамических конденсаторов
Источник:
Гленн , керамические конденсаторы , CC By-SA 3.0

По сравнению с электролитическими конденсаторами, которые столь же популярны, керамические конденсаторы, как правило, являются лучшим вариантом, особенно из-за их более низких токов утечки и ESR, даже если их миниатюрное значение емкости может быть ограничивающим. Кроме того, керамические колпачки также являются наиболее доступным выбором.Они исключительно подходят для таких приложений, как высокочастотная связь и развязка.

2.      Танталовые и алюминиевые электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы замечательны тем, что они могут удерживать большую емкость при довольно небольшом физическом объеме. Если вы ищете конденсатор емкостью 1 мкФ – 1 мФ, велика вероятность, что вы найдете конденсатор электролитического типа. Благодаря довольно высоким значениям максимального напряжения они особенно хороши для приложений, требующих высокого напряжения.

А среди электролитических конденсаторов, доступных сегодня, алюминиевый тип является наиболее распространенным, и они обычно напоминают крошечные жестяные банки, и оба вывода выходят из нижней части.


Рисунок 7: электролитические конденсаторы (алюминий и тантал)
Источник:
ELCAP , электролитические конденсаторы-P10

  • , СС0 1 .0

    Однако следует помнить, что электролитические конденсаторы часто бывают поляризованными; каждый поставляется с анодом (вывод +ve) и катодом (вывод -ve). При подаче напряжения на этот тип конденсатора анод должен быть расположен так, чтобы выдерживать большее напряжение по сравнению с катодом. Чтобы убедиться в этом, катод электролитического колпачка обычно маркируется отрицательным символом «-», а на корпусе имеется цветная полоска на стороне катода, чтобы отличить его от стороны анода. Кроме того, вывод анода также может быть немного длиннее, чем вывод катода, для облегчения идентификации.В результате, если вы подадите обратное напряжение, электролитический конденсатор тут же выйдет из строя с хлопком и взорвется, что является явным признаком необратимого повреждения. После этого крышка будет вести себя как короткозамкнутая цепь.

    К сожалению, электролитические конденсаторы также склонны к утечкам, и поэтому они не являются предпочтительным выбором для хранения энергии; это такой облом, тем более, что они имеют более высокие мощности и номинальное напряжение.

    3.Суперконденсаторы

    Ищете крышку, специально предназначенную для хранения энергии? Ваш лучший вариант — тип суперконденсатора. Они специально разработаны для работы с высокими значениями емкости в диапазоне фарад. Обычно они имеют диаметр около 1 см по основанию.

    Однако, несмотря на то, что суперконденсаторы способны хранить большое количество заряда, они не способны выдерживать более высокие напряжения. Например, суперконденсатор с емкостью 10F может иметь максимальный рейтинг 2.5 вольт. Следовательно, любое большее значение приведет к необратимому повреждению. Обычно суперконденсаторы располагают последовательно, чтобы они могли достигать более высоких значений напряжения, даже если это снижает общее значение емкости.


    Рис 8: One Farad 5.5V Электролитический суперконер
    Источник:
    XPixupload XPIXUPLOAD , OneFarad5.5521, общественное достояние, на Wikimedia Commons

    Что касается применения суперконденсаторов, то они лучше всего подходят для хранения и высвобождения энергии, как и батареи, которые являются их основными конкурентами.Однако, поскольку суперконденсаторы не могут содержать столько энергии, сколько батарея аналогичного размера, у них есть преимущество в том, что они могут высвобождать эту энергию намного быстрее и, как правило, служат дольше, чем батареи.

    4.      Другие типы конденсаторов

    80 % конденсаторов, которые вы можете достать, — это керамические и электролитические конденсаторы, и только 2 % — суперконденсаторы. Помимо этого, пленочный конденсатор является еще одним довольно популярным типом, и это замечательный выбор для работы с более высокими токами, главным образом потому, что он имеет исключительно низкие потери ESR.

    С другой стороны, есть много других менее популярных конденсаторов. Например, переменный конденсатор может стать подходящей заменой переменного резистора, поскольку он может генерировать диапазон значений емкости в цепи настройки. Печатные платы или витые провода также могут создавать емкость (что иногда может быть нежелательно) по той причине, что они в основном представляют собой два проводника, разделенных изоляционным материалом.

    Из всех типов конденсаторов ветеранами являются лейденские банки — стеклянная банка, оснащенная проводниками как внутри, так и снаружи банки.А для тех, кому хочется вернуться в старые добрые времена, можно попробовать использовать конденсаторы потока , представляющие собой необычную комбинацию катушки индуктивности и конденсатора.

    Конденсаторы параллельно и последовательно

    Точно так же, как и резисторы, колпачки могут быть расположены параллельно или последовательно для достижения комбинированного значения емкости. Однако вам будет интересно узнать, что при суммировании конденсаторов вы сделаете полную противоположность тому, что вы сделали бы для резисторов.

    a)      Конденсаторы, включенные параллельно

    Когда вы размещаете конденсаторы параллельно друг другу, вы получаете их общую емкость, в основном, суммируя все значения емкости; так же, как вы складываете резисторы, когда они расположены последовательно.


    Рис.

    Рис 9: Конденсаторы в параллельном
    Источник:
    Omegatron , Конденсаторы параллельно , CC By-SA 3.0

    C Итого = C 1 + C 2 + …… C n-1 + C n

    Таким образом, например, если у вас есть три конденсатора с емкостями 5 мкФ, 10 мкФ и 20 мкФ, расположенные параллельно, их общая емкость будет 5 + 10 + 20 = 35 мкФ.

    b)      Конденсаторы серии

    Подобно тому, как общее сопротивление является крепким орешком, когда резисторы расположены параллельно, конденсаторы также становятся болезненно упрямыми, когда они расположены последовательно. Общее значение емкости n конденсаторов, установленных последовательно, является обратной суммой обратного значения емкости каждого конденсатора. то есть


    Рис. 10: Конденсаторы расположены в серии
    Источник: 9022 Источник:
    Omegatron , Конденсаторы в серии , CC BY-SA 3.0

    1/C Итого = 1/C 1 + 1/C 2 + …… 1/C n-1 + 1/C n

    А в случае, если в цепи есть только два конденсатора, соединенных последовательно, вы можете упростить задачу, используя формулу «произведение на сумму», чтобы получить общую емкость.

    C всего =C 1 C 2 /C 1 +C 2

    Кроме того, для двух конденсаторов одинаковой емкости, соединенных последовательно, общее значение емкости составляет половину их суммы.Например, два суперконденсатора 16F, соединенные последовательно, будут генерировать значение общей емкости 8F, что, с другой стороны, будет иметь то преимущество, что удвоит их общее номинальное напряжение, например, с 3V до 6V.

    Применение конденсаторов

    Этот важный пассивный компонент может найти множество применений. Если вам интересно, как они используются, вот краткий обзор наиболее распространенных приложений;

    1)      Байпасные/развязывающие конденсаторы

    Большинство конденсаторов, которые вы найдете в цепях, особенно те, которые входят в ИС (интегральные схемы), предназначены для развязки.По сути, они устанавливаются для работы в качестве подавителей высокочастотных помех от сигналов источника питания. Проще говоря, этот тип конденсаторов устраняет небольшие пульсации напряжения из источника питания схемы, поскольку в противном случае эти пульсации напряжения могут привести к повреждению чувствительных ИС.

    Кроме того, они могут функционировать как крошечные локальные источники питания для интегральных схем, почти так же, как ИБП работают для компьютеров. В случае падения напряжения в источнике питания схемы (это часто случается для цепей, требования к нагрузке которых постоянно меняются), развязывающий колпачок кратковременно подает питание с требуемым напряжением.Неудивительно, что эти конденсаторы также известны как обходные конденсаторы; они могут действовать как временный источник питания, потому что они обходят основной источник питания схемы.

    Колпачки байпаса обычно подключаются между источником питания и землей. А иногда несколько конденсаторов с разными значениями (или даже разными типами) используются для обхода источника питания, поскольку некоторые значения конденсаторов имеют тенденцию лучше отсеивать определенные частоты шума по сравнению с другими.


    Рис. 11: Организм линейного напряжения LM7805 5V

    с 2 развязкой конденсаторов
    Источник:
    Dalva24 , LM7805 с развязкой конденсатора , CC BY-SA 4.0

    Несмотря на то, что это может привести к короткому замыканию источника питания на землю, следует помнить, что через крышку на землю могут проходить только высокочастотные сигналы. И именно по мере необходимости сигнал ДК будет приниматься ИС. Кроме того, другая причина, по которой эти типы конденсаторов известны как шунтирующие конденсаторы, связана с тем, что высокочастотные сигналы (в диапазоне от кГц до МГц) проходят через конденсатор на землю, а не через микросхему.Короче говоря, высокочастотные сигналы обходят микросхему.

    Имейте в виду, что при подключении перепускных колпачков они должны располагаться как можно ближе к микросхеме. В противном случае, чем дальше вы их разместите, тем менее эффективными они будут.

    И в соответствии с передовой инженерной практикой убедитесь, что каждая микросхема снабжена конденсатором емкостью 0,1 мкФ, 1 мкФ или 10 мкФ. Это очень доступный способ гарантировать, что микросхема не будет подвергаться сильным всплескам или провалам из-за колебаний напряжения.

    2)      Фильтрация блока питания

    Несмотря на то, что диодные выпрямители обычно используются для преобразования напряжения стены из переменного в постоянное, их преобразование не может быть настолько чистым, как необходимо, без добавления конденсаторов.


    Рис. 12: Половина волновой ректификации диаграммы с диодами Только
    Источник:
    Cuddlyable3 , Wart Wart открыта , отмечена как общественное достояние, более подробная информация о Wikimedia Commons

     Таким образом, в таких случаях к мостовому выпрямителю добавляется параллельный конденсатор.И, таким образом, сигнал преобразуется из переменного тока в почти ровный сигнал постоянного тока, как показано ниже;


    Рис. 13: R График возбуждения после введения конденсатора в цепь
    Источник: Оригинал: Xapxivos. Редактировать: Табби, идеализированный резервуар, помеченный как общественное достояние, через 
    Wikimedia Commons

    В то же время известно, что конденсаторы являются исключительно неподатливыми компонентами в цепи, поскольку они всегда пытаются противодействовать резким изменениям напряжения, что, конечно же, хорошо в данном случае.По мере роста выпрямленного напряжения фильтрующий колпачок заряжается, и как только это выпрямленное напряжение, проходящее через колпачок, начинает быстро падать, колпачок начинает постепенно разряжать накопленную энергию для питания нагрузки. И перед полной разрядкой конденсатора снова происходит нарастание входного выпрямленного сигнала, чтобы начать перезарядку конденсатора. Пока используется источник питания, этот процесс повторяется снова и снова в каждую секунду.


    Рис. 14: AC к постоянным питаниям Фильтрация электропитания Схема
    Источник: Jaunjimenez на Русский Wikipedia , actodcPowersupply, CC на 3.0

    Сорвите любой блок питания переменного тока в постоянный, и наверняка вы наткнетесь на одну или несколько массивных крышек. Взгляните на этот простой сетевой адаптер переменного тока в разобранном виде, вы видите что-нибудь знакомое из сегодняшнего обсуждения? Конденсатор хорошо виден!


    Рис. 15: Обычный адаптер переменного тока разобран, чтобы показать простую нерегулируемую линейную схему питания постоянного тока: четыре диода в мостовом выпрямителе, трансформатор и электролитический колпачок, который сглаживает форму волны
    Источник:
    Cuddlyable3 Настенная бородавка открыта , из  Wikimedia Commons

    3)      Хранение и поставка энергии

    Как вы уже знаете, кепки — довольно изящные источники хранения и подачи энергии.И, как мы уже говорили, они функционируют так же, как батареи в цепи, единственным недостатком которых является то, что их плотность энергии намного ниже, чем у химических батарей того же размера. Тем не менее, этот разрыв довольно быстро сокращается, и мы ожидаем, что лимиты наверстают упущенное в ближайшие годы.

    С экологической точки зрения конденсаторы намного лучше, чем батареи, поскольку их срок службы намного больше, чем у батарей, и, что еще лучше, они выдают накопленную энергию исключительно быстрее, чем батареи.В результате они являются замечательным выбором для использования в случаях, когда необходимы высокие, но короткие импульсы мощности. Например, вспышка вашей камеры может питаться от крышки, которая может быть заряжена батареей!

    4)      Фильтрация сигналов

    Колпачки

    могут блокировать постоянные или низкочастотные сигналы и одновременно пропускать более высокие частоты. Думайте о них как о вышибале высокочастотного VIP-клуба!

    Такое приложение очень эффективно для обработки сигналов, например, в радиоприемниках, помогая отсеивать нежелательные частоты.

    Другим прекрасным примером использования конденсаторов для фильтрации сигналов являются схемы пассивного кроссовера, которые можно найти в динамиках. Работа этой схемы заключается в разделении одного звукового сигнала, а благодаря последовательно расположенному конденсатору будут блокироваться низкие частоты, чтобы оставшиеся части сигналов с высокими частотами могли пройти на твитер динамика. С другой стороны, для передачи низкочастотных сигналов схема сабвуфера шунтирует высокочастотные сигналы на землю через конденсатор, который расположен параллельно схеме.

    Снижение номинальных характеристик

    Прежде всего, при использовании конденсаторов убедитесь, что в ваших схемах используются конденсаторы с более высоким классом допуска, чем максимально возможный потенциальный скачок напряжения в устройстве. На данном этапе вы уже знаете, что произойдет, если вы не уменьшите номинал конденсаторов и их максимальное напряжение будет превышено, верно?

    Рис. 16. Взорванный электролитический конденсатор после катастрофического отказа0

    Характеристики конденсатора

    Что такое конденсатор

    Зачем нужен конденсатор в цепи

    Этот пост о Что такое конденсатор , Зачем нам нужен конденсатор в цепи и Работа конденсатора . Конденсатор является вторым важным элементом в триаде пассивных электронных компонентов. Очень трудно найти любую электронную или электрическую схему без конденсатора. Конденсатор накапливает заряд и может действовать как батарея.Необходим в схемах фильтров для минимизации всплесков напряжения, сглаживания изменений напряжения. Как и резисторы, конденсаторы также могут создавать сеть делителей напряжения.

    Что такое емкость

    Емкость — это свойство, которое хранит входную энергию в форме электрического заряда и возвращает почти всю накопленную энергию другим элементам схемы. Конденсатор является пассивным электрическим компонентом, обладающим свойством емкости. Используя аналогию с водой, конденсатор похож на ведро с водой.Емкость определяет способность (способность) конденсаторов накапливать электрическую энергию, так же как емкость ведра удерживать воду. Чем больше емкость, тем больше емкость для накопления заряда. Количество электронов, хранящихся в конденсаторе, также известно как емкость. Единицей емкости является фарад (F) . Конденсатор емкостью 1 Ф очень редко встречается в цепях. Обычно конденсатор используется в диапазоне от микро до пико Фарада.

    Единицы измерения емкости
    Что такое конденсатор

    Конденсатор представляет собой пассивный компонент с двумя выводами, обладающий свойством емкости.Это свойство электризует (заряжает электричеством) конденсатор с входным напряжением. Поскольку конденсаторы конденсируют (хранят) электричество, они также известны как конденсатор .

    С этим определением мы можем определить емкость как

    Емкость, заряд и напряжение конденсатора

    Символ конденсатора выглядит как две параллельные линии, одна из которых кривая или плоская. Есть два типа символов цепи конденсатора; Неполяризованный и поляризованный .

    Символы схемы конденсатора

    (поляризованный компонент асимметричен.Полярность делает компонент однонаправленным. Это дает компоненту уникальную позицию размещения в цепи.)

    Как устроен конденсатор

    Основная конструкция конденсатора состоит из двух параллельных металлических фольг (очень тонких листов металла). Металлическая фольга действует как электрод. Диэлектрический материал используется в качестве изолятора для разделения металлических фольг. Термин «ди» в диэлектрике относится к размещению между двумя (ди) фольгами, а «электрический» означает, что он удерживает электрическое поле. Символ цепи конденсатора почти похож на базовую структуру конденсатора.

    Основная структура конденсатора

    В качестве диэлектрического материала используются изоляционные материалы, такие как стекло, резина, керамика, пластик, бумага и т. д. Материал, используемый в качестве металлической фольги, — тантал, алюминий, слюда и т. Д. Работа и структура конденсатора определяют его емкость в соответствии со следующими двумя соотношениями:

    Уравнение емкости конденсаторов

    Где ϵ (эпсилон) — диэлектрическая проницаемость (вид сопротивления, присутствующего при установлении электрического поля в среде), ϵ 0 — диэлектрическая проницаемость воздуха (вакуума) с постоянным значением 8.85 × 10–12 Фарад/метр, ϵ r – диэлектрическая проницаемость диэлектрического материала/относительная диэлектрическая проницаемость/диэлектрическая проницаемость. Типичные значения диэлектрической проницаемости для различных широко используемых диэлектрических материалов: вакуум = 1, воздух = 1,006, бумага = 3,85, слюда = 3–6, стекло = 3–10 и т. д. Кроме того, «A» обозначает площадь пластины, а «d». ‘ — расстояние между пластинами.

    Как работает конденсатор Работа конденсатора

    Электрический заряд является основой таких компонентов, как конденсатор.Конструкция конденсатора показывает, что между двумя металлическими фольгами есть зазор. Следовательно, при прохождении электрического тока через конденсатор из-за зазора заряд «застывает» на металлической фольге. Фольга с большим количеством электронов получает отрицательный заряд, а фольга с меньшим количеством электронов получает положительный заряд. Диэлектрический материал, присутствующий между металлическими фольгами, не позволяет зарядам притягиваться друг к другу. Следовательно, эти постоянные заряды образуют электрическое поле. Эта структура напоминает батарею. Следовательно, конденсатор действует как батарея.Конденсатор и батарея хранят электрическую энергию в виде электрического заряда и химической энергии соответственно.

    Зарядка и разрядка конденсатора

    Давайте рассмотрим простой пример, чтобы понять, как емкость позволяет конденсатору работать как батарея.

    Конденсатор как источник постоянного напряжения

    Два переключателя управляют двумя частями схемы. Конденсатор имеет цилиндрическую форму и выглядит как небольшая батарея постоянного тока. Смотрите анимацию внимательно..!!!
    Когда верхний переключатель замкнут, а нижний разомкнут, конденсатор соединяется с аккумулятором и изолируется от других элементов цепи.Это запускает зарядку конденсатора. Конденсатор некоторое время находится в состоянии зарядки, при этом внутри конденсатора создается определенное напряжение.

    В цепи присутствует светодиод, демонстрирующий разрядку конденсатора. Когда верхний переключатель разомкнут, а нижний замкнут, конденсатор изолируется от батареи и соединяется с другими элементами схемы. Теперь конденсатор действует как источник напряжения. Внимательно посмотрите на интенсивность света светодиода и падение напряжения на конденсаторе.При запуске конденсатор легко обеспечивает минимальное необходимое прямое напряжение для светодиода. Но когда напряжение конденсатора начинает уменьшаться; сила света светодиода также уменьшается. Наконец, светодиод выключается, но в конденсаторе все еще остается небольшое напряжение, которое меньше минимального прямого напряжения светодиода.

    Почему конденсатор блокирует постоянный ток и пропускает переменный ток

    Возможно, вы читали или слышали о странном поведении конденсаторов по отношению к постоянному сигналу. Говорят, что конденсаторы блокируют постоянный ток, на самом деле это следует писать как блоки конденсаторов постоянного тока .Возникает вопрос почему так? На этот вопрос есть два ответа. Если мы посмотрим на конструкцию конденсатора, то увидим, что между двумя проводящими материалами есть крошечный зазор. Этот зазор блокирует путь постоянного тока и не позволяет ему протекать через конденсатор. Это может показаться очень общим и простым объяснением. Но есть и математическое доказательство.
    Ток, протекающий через конденсатор, зависит как от емкости, так и от изменения напряжения. Математическое выражение для этого:

    Ток в конденсаторе

    В уравнении тока есть производная (изменяющаяся во времени) напряжения.В случае сигнала переменного тока напряжение непостоянно (непрерывно меняется), а в случае сигнала постоянного тока напряжение постоянно. По правилам производная устойчивой (постоянной) величины равна нулю. Следовательно, для сигнала постоянного тока приведенное выше уравнение дает значение I, равное нулю. Это причина того, что конденсатор блокирует постоянный ток, но пропускает переменный ток.

    Надеюсь, вам понравилось читать этот пост, и теперь вы знаете, что такое конденсатор и зачем он нужен в схеме. Конденсаторы являются ключевым компонентом фильтрующей части, присутствующей в каждой цепи питания.В следующем посте мы узнаем о постоянной времени и комбинациях конденсаторов. Спасибо за прочтение.

    Конденсатор — обзор | ScienceDirect Topics

    2.2.2 Ультра- или суперконденсаторы

    Конденсаторы представляют собой устройства накопления энергии, использующие заряд в качестве механизма накопления. Обычный конденсатор с зарядом + Q на одной пластине, − Q на другой и напряжением V между ними имеет запасенную энергию, равную 1/2 QV . Почти во всех конденсаторах между пластинами используется диэлектрический материал, который оптимизирует распределение заряда.Диэлектрические конденсаторы могут обеспечивать удельную мощность, во много раз превышающую 1 кВт/кг, и иметь очень длительный срок службы, в то время как батареи обеспечивают менее 0,2 кВт/кг и имеют меньшее количество циклов (обычно 100–1000). Однако диэлектрические конденсаторы имеют плотность энергии менее 1 Втч/кг, тогда как батареи могут обеспечить более 100 Втч/кг. Таким образом, применение диэлектрических конденсаторов явно ограничено конкретными задачами, требующими большой мощности при высоких напряжениях в течение очень коротких периодов времени (например, для лазеров).Сверхпроводящие индуктивные системы имеют аналогичные ограничения.

    Суперконденсаторы (капсы) или электрохимические конденсаторы (ЭК), емкость которых в 500 000 раз больше, чем у обычных конденсаторов, могут обеспечивать выходную мощность более 1 кВт/кг в сочетании с удельной энергией более 5 Втч/кг и высокой цикличностью в тысячи циклы перезарядки. Scaps, также известные как ультраконденсаторы или электрохимические двухслойные конденсаторы, состоят из углерода или других материалов с большой площадью поверхности в качестве проводника и электролита.Применения включают мощность ускорения для электрических и гибридных транспортных средств, накопление электрического рекуперативного торможения, силовые передачи, пусковую мощность для топливных элементов, импульсную мощность для мобильных и беспроводных телекоммуникаций, а также потребительские и промышленные электронные устройства.

    В отличие от аккумуляторов, скетчи должны быть связаны с системой электропитания. Их можно использовать в качестве буферов энергии, чтобы свести к минимуму ограничения энергоснабжения. В сочетании с батареями они могут снизить пиковую потребляемую мощность, продлить срок службы батареи и уменьшить энергопотребление (или размер) батареи.Аккумуляторы обеспечивают энергию, а аккумуляторы обеспечивают необходимую мгновенную мощность. В зависимости от конфигурации скэп-системы могут использоваться как в качестве источника энергии, так и в качестве буфера, либо применяться в качестве выравнивателя нагрузки для лифтов. Scaps работают в фотоэлектрических системах или стационарных промышленных энергетических установках; в качестве малообслуживаемой твердотельной альтернативы батареям для краткосрочного шунтирования в системах ИБП; или для буферизации пиковой нагрузки для повышения эффективности и уменьшения размера и стоимости стационарных систем.Ожидается, что по мере снижения материальных затрат недорогие блоки станут стандартным вариантом систем накопления энергии для рынков бытовой электроники, промышленности и транспорта.

    Что такое конденсатор? Руководство для начинающих

    Большинство электронных схем имеют некоторые электрические компоненты, называемые конденсаторами. Как и резисторы, конденсаторы также являются очень важными и популярными электронными компонентами. В основном они используются для хранения зарядов, фильтрации тока и сглаживания сигналов. Если вы очень мало знаете об этом конденсаторе, то эта статья для вас.В этой статье вы узнаете больше об этом конденсаторе. Здесь вы узнаете 

    1. Что такое конденсатор?

    2. Символ конденсатора

    3. Сколько типов конденсаторов?

    4. Что такое емкость конденсатора?

    5. Как измерить емкость конденсатора?

    6. Зарядка и разрядка конденсаторов.

    7. Как работает конденсатор?

    8. Что такое формулы конденсаторов?

    9. Каковы области применения конденсаторов?

    10.Как выбрать конденсаторы для цепей?

    Конденсатор представляет собой пассивный электронный компонент с двумя выводами, используемый для хранения электрической энергии в электрическом поле и служит в качестве батареи очень короткого времени в цепях. В виде конденсатора он состоит из двух проводящих параллельных металлических пластин, разделенных изолирующим материалом, называемым диэлектриком .

    Проводящие металлические пластины конденсатора могут иметь квадратную, круглую, прямоугольную, цилиндрическую и сферическую форму в зависимости от его применения и номинального напряжения.Диэлектрики могут быть стеклом, керамикой, пластиковой пленкой, воздухом, бумагой, слюдой и т. д. Эти диэлектрики увеличивают зарядную емкость конденсатора.

    Когда источник питания подключен к обкладкам конденсатора, то одна обкладка конденсатора накапливает положительные заряды, а другая обкладка накапливает отрицательные заряды. В результате в диэлектрике возникает электрическое поле. Таким образом, он действует как источник энергии в цепях.

    Условное обозначение конденсатора

    Для проектирования электронной схемы используется символ конденсатора.В электронной схеме используются различные типы символов для обозначения поляризованного, неполяризованного и переменного конденсатора.

    В поляризованном конденсаторе положительный и отрицательный знаки используются для обозначения полярности конденсатора, а в неполяризованном конденсаторе полярность отсутствует. У переменного конденсатора на символе показана стрелка.

    Сколько типов конденсаторов?


    Есть много типов конденсаторов, используемых в электронных схемах.В основном конденсаторы делятся на две общие группы, называемые постоянными конденсаторами и переменными конденсаторами.

    В фиксированном конденсаторе значение емкости не может быть изменено. Но в переменном конденсаторе можно изменить значение емкости. В этом уроке мы обсудим некоторые основные типы конденсаторов

    .

    1. Электролитический конденсатор.

    2. Керамический конденсатор.

    3. Пленочный конденсатор.

    4. Переменный конденсатор.

    1.Электролитический конденсатор:

    Электролитические конденсаторы — это тип конденсатора, который поляризован. Они могут быть размещены только в одну сторону в цепи. Этот тип конденсаторов наиболее популярен, поскольку они способны работать с высокими значениями емкости, обычно превышающими 1 мкФ.

    Они плохо работают на высоких частотах и ​​обычно не используются для частот выше 50–100 кГц. Этот тип конденсатора используется для создания источников питания, развязки, фильтрации и аудиосвязи.Существует много различных типов электролитических конденсаторов, таких как алюминиевые, танталовые, ниобиевые электролитические конденсаторы.

    2. Керамический конденсатор:

    В этом конденсаторе используется керамический диэлектрик, для использования этого керамического диэлектрика конденсатор называют керамическим конденсатором. В этом конденсаторе нет полярности. Этот тип конденсатора обладает многими свойствами, включая низкий коэффициент потерь и приемлемый уровень стабильности.

    Керамические диэлектрики не дают такого высокого уровня емкости на единицу объема.диапазон значений емкости керамического конденсатора от нескольких пикофарад до 0,1 мкФ. Конденсатор этого типа используется для развязки и во многих приложениях, от аудио до ВЧ.

    3. Пленочный конденсатор:

    Пленочный конденсатор также поставляется в комбинации форм и стилей корпуса. Они доступны практически любого номинала и напряжения до 1500 вольт.

    Электроды пленочного конденсатора могут быть выполнены из металлизированного алюминия или цинка, нанесенного на одну или обе стороны полиэтиленовой пленки.По этой причине конденсатор называется пленочным конденсатором.

    В электронных схемах используются различные типы пленочных конденсаторов, такие как полистирольные пленочные конденсаторы, полиэфирные пленочные конденсаторы и металлизированные полиэфирные пленочные конденсаторы.

    Пленочный конденсатор из полистирола:

    Этот тип конденсатора имеет трубчатую форму. Частотный диапазон этого типа конденсатора составляет несколько сотен кГц. Этот тип конденсатора используется при высоком напряжении.

    Полиэфирный пленочный конденсатор:

    Полиэфирный конденсатор основан на полиэфирном диэлектрике, таком как полиэтилентерефталат, ПЭТ.Полиэстер обладает высокой диэлектрической проницаемостью, что делает его недорогим продуктом, способным работать при высоких температурах до 125°C.

    Этот тип конденсатора используется для общей связи, развязки, блокировки по постоянному току, фильтрации и аудиоприложений.

    4. Переменный конденсатор:

    Переменный конденсатор сделан как емкость этого конденсатора очень либо электрически, либо механически. Есть много применений этих переменных резисторов, например, для настройки LC-цепей радиоприемников, для согласования импеданса в антеннах и т. д.

    Основными типами переменных конденсаторов являются конденсаторы настройки и конденсаторы триммера.

    Настроечный конденсатор:

    Подстроечные конденсаторы являются популярным типом переменных конденсаторов. Они содержат статор, ротор, раму, поддерживающую статор, и слюдяной конденсатор. Конденсатор настройки в основном используется в LC-цепях радиоприемников.

    Подстроечный конденсатор:

    Подстроечные конденсаторы меняются отверткой.Три вывода подстроечного конденсатора, один подключен к неподвижной пластине, один к поворотной, а другой общий. Подвижный диск имеет полукруглую форму.

    Какова емкость конденсатора?

    Если мы приложим напряжение V к двум выводам конденсатора, то количество накопленного заряда Q будет прямо пропорционально приложенному напряжению, т.е.

    .

    Где С — емкость конденсатора.

    Емкость:

    Емкость конденсатора определяется так, что если конденсатор имеет емкость 1F, то он сохраняет заряд 1C на пластинах при приложении напряжения 1V.-12F

    Как измерить емкость конденсатора?

    Измерение емкости с помощью мультиметра

    Для измерения емкости конденсатора сначала убедитесь, что конденсатор полностью разряжен. Если конденсатор обуглился, это может привести к поражению руки.

    Вы можете использовать резистор (2 кОм) или отвертку, чтобы разрядить конденсатор. После разрядки конденсатора его можно безопасно измерить. Здесь мы обсуждаем, как измерить полярные и неполярные конденсаторы с помощью мультиметра.

    Измерение полярного конденсатора

    Сначала установите счетчик в режим непрерывности или диапазон омов (установите его на аренду 1000 Ом = 1 кОм). После настройки счетчика подключите провода счетчика к клемме конденсатора. Красный щуп мультиметра подключается к большому электроду, а черный щуп – к маленькому электроду.

    После подключения выводов мультиметра он на секунду покажет какое-то число (обратите внимание на число), а затем сразу же вернется к OL (открытая линия), что означает, что конденсатор в хорошем состоянии.Если изменений нет, то конденсатор сдох.

    Измерение неполярного конденсатора

    В неполярном конденсаторе нет полярности, поэтому вы можете подключить выводы мультиметра к любым электродам конденсатора. Но в этом конденсаторе, если на мультиметре нет показаний, значит, конденсатор в хорошем состоянии, и если мультиметр показывает какие-то значения, значит, конденсатор разряжен.

    Зарядка и разрядка конденсатора

    Зарядка конденсатора

    Первоначально заряд на обкладках конденсатора равен нулю.Когда конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения, через конденсатор протекает ток, и заряд накапливается на пластинах конденсатора. Это накопление заряда называется зарядкой конденсатора.

    Разрядка конденсатора

    После зарядки конденсатора отключите питание от конденсатора и подключите внешнее устройство, например светодиодную лампочку, последовательно с заряженным конденсатором.

    Затем конденсатор действует как источник напряжения, и ток протекает через устройство или в цепях до тех пор, пока напряжение на конденсаторе снова не станет равным нулю.Это называется разрядкой конденсатора.

    Как работает конденсатор?

    Если мы подключим источник питания или батарею к металлическим пластинам конденсатора, потечет ток или электроны с пластины, подключенной к положительному выводу батареи, начнут двигаться к пластине, подключенной к отрицательному выводу батареи.

    Однако из-за диэлектрика между пластинами электроны не смогут пройти через конденсатор и начнут накапливаться на пластинах.

    Первая пластина приобрела суммарный отрицательный заряд, а вторая пластина приобрела равный суммарный положительный заряд, создавая между ними электрическое поле с силой притяжения, которая удерживает заряд конденсатора. В конденсаторе диэлектрик может увеличить емкость конденсатора.

    Диэлектрик содержит полярные молекулы, что означает, что они могут менять свою ориентацию в зависимости от зарядов на двух пластинах. Таким образом, молекулы выравниваются с электрическим полем, позволяя большему количеству электронов притягиваться к отрицательной пластине и отталкивать больше электронов от положительной пластины.

    Таким образом, когда конденсатор полностью заряжен, если мы вытащим аккумулятор, он будет удерживать электрический заряд в течение длительного времени, действуя как источник энергии.

    Что такое формулы конденсатора?

    Для проектирования цепей конденсатором используются некоторые формулы. Эти формулы приведены ниже

    1. Основная формула емкости

    Основная формула конденсатора

    .

    Где

    C = емкость конденсатора в фарадах

    Q = заряд конденсатора в

    кулонов.

    V = приложенное напряжение в вольтах

    2.Емкость конденсатора в последовательном соединении

    Если N конденсаторов соединены последовательно, то формула для эквивалентной емкости будет

    3. Емкость конденсатора при параллельном соединении

    Если N конденсаторов соединены параллельно, то формула для эквивалентного конденсатора будет

    4. Формула емкостного сопротивления

    Емкостное реактивное сопротивление (Xc) конденсатора изменяется в зависимости от приложенной частоты (f), и для него используется формула

    .

    Где

    f = частота в герцах.

    5. Формула энергии, запасенной в конденсаторе

    Энергию, запасенную в конденсаторе, можно рассчитать по формуле

    Где

    В = напряжение в вольтах.

    6. Формула собственной резонансной частоты

    Формула собственной резонансной частоты:

    .

    Где

    L = Индуктивность в Генри

    Некоторые другие формулы, используемые для изготовления конденсатора.Эти формулы приведены ниже

    7. Емкость плоского конденсатора

    Формула емкости плоского конденсатора:

    Где

    A = площадь каждой пластины

    d = расстояние между двумя пластинами

    𝜖 = Диэлектрическая проницаемость среды.

    8. Емкость сферического конденсатора

    Формула емкости сферического конденсатора:

    Где

    a = Радиус внутренней сферы

    b = радиус внешней сферы

    𝜖 = диэлектрическая проницаемость среды

    9.Емкость цилиндрического конденсатора

    Формула емкости цилиндрического конденсатора:

    Где

    a = Радиус внутренней сферы

    b = радиус внешней сферы

    𝜖 = диэлектрическая проницаемость среды

    Каково применение конденсатора?

    В электронных схемах конденсатор используется по-разному. Конденсаторы, используемые для связи, развязки или сглаживания или фильтрации, а также в качестве элемента накопления энергии.

    1. Использование конденсатора в качестве муфты

    В электронных схемах конденсатор используется для связи по переменному току.

    Муфта переменного тока

    Связь по переменному току состоит в использовании конденсатора для фильтрации сигнала постоянного тока из сигнала как переменного, так и постоянного тока. В усилителе, когда мы усиливаем какой-то сигнал, такой как звук, мы просто хотим, чтобы чистый сигнал переменного тока усиливал его.

    Но сигнал с переменным и постоянным током может вызвать искажение выходного сигнала, поэтому нам нужна связь по переменному току.В расположении конденсатора конденсатор должен быть последовательно с сигналом. По этой причине конденсатор используется в усилителе с RC-связью.

    2. Использование конденсатора в качестве развязки

    Развязывающий конденсатор действует как локальный резервуар электрической энергии. Конденсаторам, как и аккумуляторам, требуется время для зарядки и разрядки. При использовании в качестве развязывающих конденсаторов они препятствуют быстрым изменениям напряжения.

    Если входное напряжение внезапно падает, конденсатор обеспечивает достаточную энергию для поддержания стабильного напряжения.

    Точно так же, если есть всплеск напряжения, конденсатор поглощает избыточную энергию. По этой причине конденсатор используется в качестве компонента, сглаживающего напряжение. В расположении конденсатора конденсатор должен быть параллелен сигналу.

    При создании переменного источника питания после выпрямления вместе с сигналом приходит некоторая составляющая переменного тока, для удаления этой составляющей переменного тока из сигнала нам понадобился конденсатор. В этом процессе мы используем L-образные, T-образные и ℼ-образные фильтры.

    Как подобрать конденсаторы для цепей?

    Когда вы проектируете схемы с использованием конденсатора, вам в основном нужно смотреть на два значения конденсатора: номинальное напряжение и емкость (оба указаны на самом конденсаторе).

    Например, если вы собираетесь заряжать конденсатор напряжением 24 В, вам нужно убедиться, что ваш конденсатор выдержит это напряжение; поэтому вам понадобится конденсатор как минимум на 25 В (плюс погрешность).

    Емкость будет зависеть от того, сколько вам нужно в каждом экземпляре, сколько времени потребуется конденсатору для зарядки/разрядки и т. д.Когда вам нужны разные значения, вы можете комбинировать два из них.

    Например, два последовательно соединенных конденсатора емкостью 100 мкФ образуют конденсатор емкостью 50 мкФ, а два соединенных параллельно конденсатора емкостью 100 мкФ образуют конденсатор емкостью 200 мкФ. Таким образом, вы можете сделать любое значение, которое вам нужно.

    .
  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.