Что такое конденсаторы: Конденсатор: устройство, принцип работы, применение

Что такое конденсатор, типы конденсаторов и их обозначение на схемах. Конденсаторы: назначение, устройство, принцип действия

Накопление и преобразование электрической энергии можно отнести к базовым задачам, которые решают вспомогательные элементы радиоаппаратуры. Конденсатор относится к пассивным компонентам и выступает своего рода емкостью для поступающего заряда. Конструкция стандартных устройств предусматривает наличие пластинчатых электродов, которые разделяются тонкими диэлектриками. Более сложные типы конденсаторов могут содержать несколько электродных слоев, формирующих цилиндрическую намотку. Есть и другие отличительные признаки, обуславливающие возможности применения элементов для той или иной аппаратуры.

Назначение конденсаторов

На сегодняшний день едва ли найдется область радиотехники, в которой бы не использовались данные устройства. Наиболее распространены комбинации конденсаторов с резисторами и катушками индуктивности, участвующие в построении электрических цепей. Такие узлы поддерживают функции частотных фильтров, колебательных контуров и линий с обратной связью. Еще одна их распространенная задача — сглаживание пульсаций напряжения, требуемое во вторичных источниках энергоснабжения. В лазерных установках, системах вспышки и магнитных ускорителях электрический конденсатор используется для выдачи разового заряда с большим показателем мощности. И напротив, электротехнические приборы оснащаются данными элементами с целью компенсации реактивной мощностной энергии. Хотя такие элементы нельзя рассматривать в качестве полноценных емкостных накопителей энергии, в некоторых системах они выступают и как носители информации.

Маркировка устройств

Для визуального определения принадлежности конденсатора к той или иной категории используются специальные обозначения. В первую очередь указывается емкостный потенциал, выражаемый микрофарадами (мкФ). Могут применяться и другие единицы измерения, о чем также будет свидетельствовать соответствующая маркировка. Не всегда отмечается тип используемого в конструкции материала — как правило, без маркировки выпускаются керамические и пленочные неполярные модели. В свою очередь, обозначение танталовых конденсаторов соответствует резисторам — за исключением наличия знака µ и цифр 104 или 107. Такие устройства могут иметь оранжевый, желтый или черный цвет. В знаковой маркировке также указываются размерные параметры и емкость. Высоковольтные и электролитические модели помечаются величиной максимального напряжения, а для переменных конденсаторов указывается диапазон емкости.

Основные характеристики

Главным рабочим параметром является емкость, от которой зависит способность конкретной модели накапливать заряд. Следует разделять номинальную и фактическую емкость, так как на практике использования вторая величина может быть меньше. Диапазон значений по объему может варьироваться от 1 до 50 мкФ, а в некоторых случаях максимум достигает и 10 000 мкФ. Важен и показатель энергетической плотности, во многом определяемый конструкцией изделия. Наибольшей плотностью характеризуются крупноформатные типы конденсаторов, у которых масса обкладки с электролитом существенно превышает вес корпуса. К примеру, при емкости в 10 000 мкФ с напряжением в 0,45 кВт и массой порядка 2 кг плотность может достигать 600-800 Дж/кг. Как раз такие модели выгодно использовать для длительного хранения энергии. Помимо этого, рабочие свойства конденсаторов определяются допуском. Речь идет как раз о погрешности в соотношении показателей реальной и номинальной емкости. Данная величина выражается в процентах и в среднем составляет 20-30 %. В некоторых направлениях радиотехники применяются изделия с 1 % допуска.

Керамические конденсаторы

Это устройства, базирующиеся на дисковых керамических элементах с диэлектриками из титаната бария. Такой конденсатор можно использовать в системах с напряжением до 50 000 В, но важно учитывать, что он имеет минимальную температурную стабильность и широкий спектр изменения емкости. Среди достоинств можно отметить небольшие утечки тока, скромные размеры (при большой емкости заряда) и способность работать на высокой частоте. Что касается назначения, то керамические конденсаторы применяются в цепях с пульсирующим, переменным и постоянным током. Чаще всего используют модели емкостью до 0,5 мкФ. В процессе работы конденсатор этого типа хорошо справляется с внешними нагрузками, среди которых механические удары. Нельзя сказать, что керамический корпус отличается большим эксплуатационным сроком и долговечностью, однако в заявленный период технические свойства поддерживает стабильно.

Полиэстеровые модели

На схемах устройства данного типа обозначаются маркировкой K73-17 или CL21. Их оболочку формирует металлизированная пленка, а для корпуса используется эпоксидный компаунд. Как раз наличие этого наполнителя в конструкции делает полиэстеровые конденсаторы устойчивыми к температурным, физическим и химическим воздействиям. Этот набор эксплуатационных качеств обусловил и широкое распространение конденсаторов типа K73-17 в производстве светотехнических приборов. Средняя емкость устройства составляет 15 мкФ при максимальном напряжении порядка 1500 В. Характеристики скромные, но это не мешает применять конденсатор в тех же цепях с импульсным и переменным током. К тому же и низкая стоимость устройства способствует его популярности на радиорынке.

Конденсатор на основе полипропилена

Тоже вариант относительно недорогого накопителя электрического заряда, который при этом отличается низким коэффициентом потерь и высокой диэлектрической прочностью. К плюсам можно отнести и оптимальную гигроскопичность. То есть один из главных врагов радиоэлементов в виде влажности полипропиленовым конденсаторам не страшен. В качестве изоляторов применяется металлизированная пленка или полоски фольги. В новейших версиях используют и технологию самовосстанавливающейся оболочки, что повышает надежность и долговечность конденсатора.

Устройство может работать на повышенных частотах с сохранением достаточной мощности. Это качество позволяет использовать конденсаторы в системах индукционного обогрева, дополненных водяным охлаждением. Распространено и применение таких элементов в оснастке электромоторов на 220 В. В данном случае они выступают как пусковые компоненты. Эту функцию лучше всего реализуют модели с рабочей емкостью в диапазоне 1-100 мкФ и напряжением в 440 В. Но и это не единственные накопители на синтетической основе. Какие бывают конденсаторы из термопластиков? Внимания заслуживают полисульфоновые и поликарбонатные элементы. Первые отличаются низким влагопоглощением и способностью поддерживать высокое напряжение при температурных перепадах, а вторые в процессе работы демонстрируют оптимальную электротехническую стабильность.

Танталовые конденсаторы

Основу устройства формирует пентоксид тантала с оксидным электролитическим наполнением. Конденсатор отличается высоким отношением емкости к объему, широким спектром поддерживаемых температур и компактностью. Используют такие компоненты в мелком приборостроении, компьютерах и другой вычислительной технике. В этом семействе можно выделить следующие типы конденсаторов: полярные и неполярные, твердотельные, жидкостные. Наиболее привлекательные по эксплуатационным качествам именно твердотельные устройства, так как они характеризуются способностью поддерживать большое напряжение. Однако в условиях критического превышения допустимой величины тока они могут выходить из строя. Емкость танталовых моделей составляет 1000 мкФ, но по сравнению с электролитическими аналогами их собственная индуктивность гораздо ниже, что допускает возможность применения элемента на высоких частотах.

Особенности высоковольтных моделей

Элементы такого типа могут применяться в системах с высокими показателями напряжения, достигающими 15 000 В. При этом емкость у высоковольтных конденсаторов небольшая — порядка 50-100 нФ. В качестве диэлектрического материала чаще используется керамика. Благодаря этой основе выдерживаются большие нагрузки напряжения, а корпус защищает начинку от пробоев пластин.

Распространены и стеклянные вакуумные изделия, также поддерживающие напряжение более 10 000 В. Они представляют собой колбы с концентрическими электродами, в процессе работы обеспечивающими небольшие частотные потери. Применяют высоковольтные конденсаторы такого типа для решения ответственных радиочастотных задач с индуктивным нагревом. Но стоят такие компоненты дороже, отличаются хрупкостью и большими размерами.

Многослойные и однослойные конструкции

Обычно данную классификацию применяют в отношении конденсаторов, выполненных из керамики. Так, однослойные конденсаторы (дисковые) имеют простое устройство, но это не сказывается на уменьшении размеров. В большинстве случаев они массивнее, чем многослойные аналоги. В итоге увеличивается емкость устройства, но крупные размеры все же ограничивают их распространение в отдельных областях.

Что касается многослойных элементов, то они по эксплуатационным качествам в целом схожи с дисковыми, но потенциал накопителей еще выше. Также существенное преимущество заключается в надежности и долговечности. Форм-фактор, в котором выполняются многослойные конденсаторы, делает их менее чувствительными к агрессивным средам, что расширяет область применения. Такие компоненты преимущественно используют в дорогой профессиональной аппаратуре.

Масляные конденсаторы с пропитками

Это отдельная группа радиотехнических элементов, в основе которых находятся бумажные наполнители. Они обрабатываются специальными растворами наподобие воска и эпоксидных смол. Какие бывают конденсаторы масляного типа? Принципиально отличаются модели для постоянного и переменного тока. Первые используются в целях частотной фильтрации, повышения напряжения и устранения электрической дуги. Конденсаторы на масляной пропитке для систем с переменным током применяют в промышленности. Такое устройство располагает большой емкостью и может справляться с большими пиковыми нагрузками. Как правило, его используют в качестве пускового компонента для электромоторов. К дополнительным функциям можно отнести разделение фаз, коррекцию мощности и выравнивание напряжения.

Негативные факторы применения конденсаторов

Одной из главных проблем использования конденсаторов является высокая вероятность взрыва при перегревах, которые происходят из-за больших утечек. Также повысить риск поломки элемента могут близко расположенные радиаторы с высоким тепловым излучением. Какие типы конденсаторов наиболее подвержены взрывам? Чаще всего это происходит с электролитическими устройствами, обеспеченными ненадежными корпусами. Оптимизация конструкции с целью уменьшения размеров изделия заставляет производителей использовать тонкие оболочки, поэтому может иметь место разлет частей конденсатора и разбрызгивание электролита при сильном перегреве или в условиях повышенного внутреннего давления.

Заключение

И простейшие однослойные, и многослойные высоковольтные модели конденсаторов выполняют важные для радиоаппаратуры задачи. Как минимум они корректируют параметры тока, что при схожих размерах не может обеспечить ни один другой технический компонент. В то же время электрический конденсатор вовсе не является идеальным решением, что обуславливает постоянные поиски новых форматов его исполнения. Производители сложной аппаратуры экспериментируют с конструкциями, наполнителями и физическими свойствами, стараясь предлагать оптимальные потребительские качества данного устройства. Среди наиболее важных целевых параметров в этом плане можно назвать устойчивость конденсатора к нагрузкам, широкие рабочие диапазоны, минимальное радиационное воздействие и высокий срок службы.

Конденсатор — это двухполюсник с определённым или переменным значением ёмкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами (из-за намотки).

Изобрел первую конструкцию-прототип электрического конденсатора «лейденскую банку» в 1745 году, в Лейдене, немецкий каноник Эвальд Юрген фон Клейст и независимо от него голландский физик Питер ван Мушенбрук.

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 течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора, замыкаясь так называемым током смещения.

Резонансная частота конденсатора равна: f

р

= 1/ (2∏ ∙ √

L

с ∙

C

)

.

При f > fp

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

Отечественные неполярные конденсаторы:

На электрических принципиальных схемах номинальная ёмкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах (1 мкФ = 1·10 6 пФ = 1·10 −6 Ф) и пикофарадах, но нередко и в нанофарадах (1 нФ = 1·10 −9 Ф). При ёмкости не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, то есть постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения. 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 мкФ x 10 В». Для переменных конденсаторов указывают диапазон изменения ёмкости, например так: «10 — 180».

Основные параметры конденсаторов:

1. Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость
   , характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. 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. Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до тысяч микрофарад. Однако существуют конденсаторы (ионисторы) с ёмкостью до десятков фарад.
2. 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.
3. Плотность энергии
   электролитического конденсатора зависит от конструктивного исполнения. Максимальная плотность достигается у больших конденсаторов, где масса корпуса невелика по сравнению с массой обкладок и электролита.
4. 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, что связано с увеличением тепловой скорости движения носителей заряда и, соответственно, снижению требований для образования электрического пробоя.
5. Полярность
   . 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.

Обозначение на схемах:

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:

1. Конденсаторы вакуумные (между обкладками находится вакуум).
2. Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
3. Конденсаторы с жидким диэлектриком.
4. Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.
5. Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.
6. Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего большой 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 спечённого порошка. Время наработки на отказ типичнного электролитического конденсатора 3000-5000 часов при максимально допустимой температуре, качественные конденсаторы имеют время наработки на отказ не менее 8000 часов при температуре 105°С. Рабочая температура — основной фактор, влияющий на продолжительность срока службы конденсатора. Если нагрев конденсатора незначителен из-за потерь в диэлектрике, обкладках и выводах, (например, при использовании его во времязадающих цепях при небольших токах или в качестве разделительных), можно принять, что интенсивность отказов снижается вдвое при снижении рабочей температуры на каждые 10 °C вплоть до +25 °C. Твердотельные конденсаторы — вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ ~50000 часов при температуре 85°С. ЭПС меньше чем у жидко-электролитических и слабо зависит от температуры. Не взрываются.

Вакуумный конденсатор:

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:

1. Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы).
2. 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 радиоприёмниках для перестройки частоты резонансного контура.
3. 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.

Два бумажных электролитических конденсатора 1930 года:

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, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Серебрянный конденсатор для аудио.

Также различают конденсаторы по форме обкладок:

Конденсаторы
(от лат. condenso — уплотняю, сгущаю) — это радиоэлементы с сосредоточенной электрической емкостью, образуемой двумя или большим числом электродов (обкладок), разделенных диэлектриком (специальной тонкой бумагой, слюдой, керамикой и т. д.). Емкость конденсатора зависит от размеров (площади) обкладок, расстояния между ними и свойств диэлектрика.

Важным свойством конденсатора является то, что для переменного тока он представляет собой сопротивление, величина которого уменьшается с ростом частоты
.

Основные единици измерения эмкости конденсаторов это: Фарад, микроФарад, наноФарад, пикофарад, обозначения на конденсаторах для которых выглядят соответственно как: Ф, мкФ, нФ, пФ.

Как и резисторы, конденсаторы разделяют на конденсаторы постоянной емкости, конденсаторы переменной емкости (КПЕ), подстроечные и саморегулирующиеся. Наиболее распространены конденсаторы постоянной емкости.

Их применяют в колебательных контурах, различных фильтрах, а также для разделения цепей постоянного и переменного токов и в качестве блокировочных элементов.

Конденсаторы постоянной емкости

Условное графическое обозначение конденсатора постоянной емкости —две параллельные липни — символизирует его основные части: две обкладки и диэлектрик между ними (рис. 1).

Рис. 1. Конденсаторы постоянной емкости и их обозначение.

Около обозначения конденсатора на схеме обычно указывают его номинальную емкость, а иногда и номинальное напряжение. Основная единица измерения емкости — фарад (Ф) — емкость такого уединенного проводника, потенциал которого возрастает на один вольт при увеличении заряда на один кулон.

Это очень большая величина, которая на практике не применяется. В радиотехнике используют конденсаторы емкостью от долей пикофарада (пФ) до десятков тысяч микрофарад (мкФ). Напомним, что 1 мкФ равен одной миллионной доле фарада, а 1 пФ — одной миллионной доле микрофарада или одной триллион-ной доле фарада.

Согласно ГОСТ 2.702—75 номинальную емкость от 0 до 9 999 пФ указывают на схемах в пикофарадах без обозначения единицы измерения, от 10 000 пФ до 9 999 мкФ — в микрофарадах с обозначением единицы измерения буквами мк (рис. 2).

Рис. 2. Обозначение единиц измерения для емкости конденсаторов на схемах.

Обозначение емкости на конденсаторах

Номинальную емкость и допускаемое отклонение от нее, а в некоторых случаях и номинальное напряжение указывают на корпусах конденсаторов.

В зависимости от их размеров номинальную емкость и допускаемое отклонение указывают в полной или сокращенной (кодированной) форме.

Полное обозначение емкости состоит из соответствующего числа и единицы измерения, причем, как и на схемах, емкость от 0 до 9 999 пФ указывают в пикофарадах (22 пФ, 3 300 пФ и т. д.), а от 0,01 до 9 999 мкФ —в микрофарадах (0,047 мкФ, 10 мкФ и т. д.).

В сокращенной маркировке единицы измерения емкости обозначают буквами П (пикофарад), М (микрофарад) и Н (нанофарад; 1 нано-фарад=1000 пФ = 0,001 мкФ).

При этом емкость от 0 до 100 пФ обозначают в пикофарадах
, помещая букву П либо после числа (если оно целое), либо на месте запятой (4,7 пФ — 4П7; 8,2 пФ —8П2; 22 пФ — 22П; 91 пФ — 91П и т. д.).

Емкость от 100 пФ (0,1 нФ) до 0,1 мкФ (100 нФ) обозначают в нанофарадах
, а от 0,1 мкФ и выше — в микрофарадах
.

В этом случае, если емкость выражена в долях нанофарада или микрофарада, соответствующую единицу измерения помещают на месте нуля и запятой
(180 пФ=0,18 нФ—Н18; 470 пФ=0,47 нФ —Н47; 0,33 мкФ —МЗЗ; 0,5 мкФ —МбО и т. д.), а если число состоит из целой части и дроби — на месте запятой (1500 пФ= 1,5 нФ — 1Н5; 6,8 мкФ — 6М8 и т. д.).

Емкости конденсаторов, выраженные целым числом соответствующих единиц измерения, указывают обычным способом (0,01 мкФ —10Н, 20 мкФ — 20М, 100 мкФ — 100М и т. д.). Для указания допускаемого отклонения емкости от номинального значения используют те же кодированные обозначения, что и для резисторов.

Особенности и требования к конденсаторам

В зависимости от того, в какой цепи используют конденсаторы, к ним предъявляют и разные требования
. Так, конденсатор, работающий в колебательном контуре, должен иметь малые потери на рабочей частоте, высокую стабильность емкости во времени и при изменении температуры, влажности, давления и т. д.

Потери в конденсаторах
, определяемые в основном потерями в диэлектрике, возрастают при повышении температуры, влажности и частоты. Наименьшими потерями обладают конденсаторы с диэлектриком из высокочастотной керамики, со слюдяными и пленочными диэлектриками, наибольшими — конденсаторы с бумажным диэлектриком и из сегнетокерамики.

Это обстоятельство необходимо учитывать при замене конденсаторов в радиоаппаратуре. Изменение емкости конденсатора под воздействием окружающей среды (в основном, ее температуры) происходит из-за изменения размеров обкладок, зазоров между ними и свойств диэлектрика.

В зависимости от конструкции и примененного диэлектрика конденсаторы характеризуются различным температурным коэффициентом емкости
(ТКЕ), который показывает относительное изменение емкости при изменении температуры на один градус; ТКЕ может быть положительным и отрицательным. По значению и знаку этого параметра конденсаторы разделяются на группы, которым присвоены соответствующие буквенные обозначения и цвет окраски корпуса.

Для сохранения настройки колебательных контуров при работе в широком интервале температур часто используют последовательное и параллельное соединение конденсаторов, у которых ТКЕ имеют разные знаки. Благодаря этому при изменении температуры частота настройки такого термокомпенсированного контура остается практически неизменной.

Как и любые проводники, конденсаторы обладают некоторой индуктивностью
. Она тем больше, чем длиннее и тоньше выводы конденсатора, чем больше размеры его обкладок и внутренних соединительных проводников.

Наибольшей индуктивностью обладают бумажные конденсаторы
, у которых обкладки выполнены в виде длинных лент из фольги, свернутых вместе с диэлектриком в рулон круглой или иной формы. Если не принято специальных мер, такие конденсаторы плохо работают на частотах выше нескольких мегагерц.

Поэтому на практике для обеспечения работы блокировочного конденсатора в широком диапазоне частот параллельно бумажному подключают керамический или слюдяной конденсатор небольшой емкости.

Однако существуют бумажные конденсаторы и с малой собственной индуктивностью. В них полосы фольги соединены с выводами не в одном, а во многих местах. Достигается это либо полосками фольги, вкладываемыми в рулон при намотке, либо смещением полос (обкладок) к противоположным концам рулона и пропайкой их (рис. 1).

Проходные и опорные конденсаторы

Для защиты от помех, которые могут проникнуть в прибор через цепи питания и наоборот, а также для различных блокировок используют так называемые проходные конденсаторы
. Такой конденсатор имеет три вывода, два из которых представляют собой сплошной токонесущий стержень, проходящий через корпус конденсатора.

К этому стержню присоединена одна из обкладок конденсатора. Третьим выводом является металлический корпус, с которым соединена вторая обкладка. Корпус проходного конденсатора закрепляют непосредственно на шасси или экране, а токоподводящий провод (цепь питания) припаивают к его среднему выводу.

Благодаря такой конструкции токи высокой частоты замыкаются на шасси или экран устройства, в то время как постоянные токи проходят беспрепятственно.

На высоких частотах применяют керамические проходные конденсаторы
, в которых роль одной из обкладок играет сам центральный проводник, а другой — слой металлизации, нанесенный на керамическую трубку. Эти особенности конструкции отражает и условное графическое обозначение проходного конденсатора (рис. 3).

Рис. 3. Внешний вид и изображение на схемах проходных и опорных конденсаторов.

Наружную обкладку обозначают либо в виде короткой дуги (а), либо в виде одного (б) или двух (в) отрезков прямых линий с выводами от середины. Последнее обозначение используют при изображении проходного конденсатора в стенке экрана.

С той же целью, что и проходные, применяют опорные конденсаторы
, представляющие собой своего рода монтажные стойки, устанавливаемые на металлическом шасси. Обкладку, соединяемую с ним, выделяют в обозначении такого конденсатора тремя наклонными линиями, символизирующими «заземление» (рис. 3,г).

Оксидные конденсаторы

Для работы в диапазоне звуковых частот, а также для фильтрации выпрямленных напряжений питания необходимы конденсаторы, емкость которых измеряется десятками, сотнями и даже тысячами микрофарад.

Такую емкость при достаточно малых размерах имеют оксидные конденсаторы
(старое название — электролитические
). В них роль одной обкладки (анода) играет алюминиевый или танталовый электрод, роль диэлектрика — тонкий оксидный слой, нанесенный на него, а роль другой сбкладки (катода) — специальный электролит, выводом которого часто служит металлический корпус конденсатора.

В отличие от других большинство типов оксидных конденсаторов полярны
, т. е. требуют для нормальной работы поляризующего напряжения. Это значит, что включать их можно только в цепи постоянного или пульсирующего напряжения и только в той полярности (катод — к минусу, анод — к плюсу), которая указана на корпусе.

Невыполнение этого условия приводит к выходу конденсатора из строя, что иногда сопровождается взрывом!

Полярность включения оксидного конденсатора
показывают на схемах знаком «+», изображаемым у той обкладки, которая символизирует анод (рис. 4,а).

Это Общее обозначение поляризованного конденсатора. Наряду с ним специально для оксидных конденсаторов ГОСТ 2.728—74 установил символ, в котором Положительная обкладка изображается узким прямоугольником (рис. 4,6), причем знак?+» в этом случае можно не указывать.

Рис. 4. Оксидные конденсаторы и их обозначение на принципиальных схемах.

В схемах радиоэлектронных приборов иногда можно встретить обозначение оксидного конденсатора в виде двух узких прямоугольников (рис. 4,в).Это символ неполярного оксидного конденсатора, который может работать в цепях переменного тока (т. е. без поляризующего напряжения).

Оксидные конденсаторы очень чувствительны к перенапряжениям, поэтому на схемах часто указывают не только их номинальную емкость, но и номинальное напряжение.

С целью уменьшения размеров в один корпус иногда заключают два конденсатора, но выводов делают только три (один — общий). Условное обозначение сдвоенного конденсатора наглядно передает эту идею (рис. 4,г).

Конденсаторы переменной емкости (КПЕ)

Конденсатор переменной емкости
состоит из двух групп металлических пластин, одна из которых может плавно перемещаться по отношению к другой. При этом движении пластины подвижной части (ротора) обычно вводятся в зазоры между пластинами неподвижной части (статора), в результате чего площадь перекрытия одних пластин другими, а следовательно, и емкость изменяются.

Диэлектриком
в КПЕ чаще всего служит воздух. В малогабаритной аппаратуре, например в транзисторных карманных приемниках, широкое применение нашли КПЕ с твердым диэлектриком, в качестве которого используют пленки из износостойких высокочастотных диэлектриков (фторопласта, полиэтилена и т. п.).

Параметры КПЕ с твердым диэлектриком несколько хуже, но зато они значительно дешевле в производстве и размеры их намного меньше, чем КПБ с воздушным диэлектриком.

С условным обозначением КПЕ мы уже встречались — это символ конденсатора постоянной емкости, перечеркнутый знаком регулирования. Однако из этого обозначения не видно, какая из обкладок символизирует ротор, а какая — статор. Чтобы показать это на схеме, ротор изображают в виде дуги (рис. 5).

Рис. 5. Обозначение конденсаторов переменной емкости.

Основными параметрами КПЕ, позволяющими оценить его возможности при работе в колебательном контуре, являются минимальная и максимальная емкость, которые, как правило, указывают на схеме рядом с символом КПЕ.

В большинстве радиоприемников и радиопередатчиков для одновременной настройки нескольких колебательных контуров применяют блоки КПЕ, состоящие из двух, трех и более секций.

Роторы в таких блоках закреплены на одном общем валу, вращая который можно одновременно изменять емкость всех секцйй. Крайние пластины роторов часто делают разрезными (по радиусу). Это позволяет еще на заводе отрегулировать блок так, чтобы емкости всех секций были одинаковыми в любом положении ротора.

Конденсаторы, входящие в блок КПЕ, на схемах изображают каждый в отдельности. Чтобы показать, что они объединены в блок, т. е. управляются одной общей ручкой, стрелки, обозначающие регулирование, соединяют штриховой линией механической связи, как показано на рис. 6.

Рис. 6. Обозначение сдвоенных конденсаторов переменной емкости.

При изображении КПЕ блока в разных, далеко отстоящих одна от другой частях схемы механическую связь не показывают, ограничиваясь тЬлько соответствующей нумерацией секций в позиционном обозначении (рис. 6, секции С 1.1, С 1.2 и С 1.3).

В измерительной аппаратуре, например в плечах емкостных мостов, находят применение так называемые дифференциальные конденсаторы
(от лат. differentia — различие).

У них две группы статорных и одна — роторных пластин, расположенные так, что когда роторные пластины выходят из зазоров между пластинами одной группы статора, они в то же время входят между пластинами другой.

При этом емкость между пластинами первого статора и пластинами ротора уменьшается, а между пластинами ротора и второго статора увеличивается. Суммарная же емкость между ротором и обоими статорами остается неизменной. Такие «конденсаторы изображают на схемах, как показано на рис 7.

Рис. 7. Дифференциальные конденсаторы и их обозначение на схемах.

Подстроечные конденсаторы
. Для установки начальной емкости колебательного контура, определяющей максимальную частоту его настройки, применяют подстроечные конденсаторы, емкость которых можно изменять от единиц пикофарад до нескольких десятков пикофарад (иногда и более).

Основное требование к ним — плавность изменения емкости и надежность фиксации ротора в установленном при настройке положении. Оси подстроечных конденсаторов (обычно короткие) имеют шлиц, поэтому регулирование их емкости возможно только с применением инструмента (отвертки). В радиовещательной аппаратуре наиболее широко применяют конденсаторы с твердым диэлектриком.

Рис. 8. Подстроечные конденсаторы и их обозначение.

Конструкция керамического подстроечного конденсатора (КПК) одного из наиболее распространенных типов показана на рис. 8,а. Он состоит из керамического основания (статора) и подвижно закрепленного на нем керамического диска (ротора).

Обкладки конденсатора—тонкие слои серебра — нанесены методом вжигания на статор и наружную сторону ротора. Емкость изменяют вращением ротора. В простейшей аппаратуре применяют иногда проволочные подстроечные конденсаторы.

Такой элемент состоит из отрезка медной проволоки диаметром 1 … 2 и длиной 15 … 20 мм, на который плотно, виток к витку, намотан изолированный провод диаметром-0,2… 0,3 мм (рис. 8,б). Емкость изменяют отматыванием провода, а чтобы обмотка не сползла, ее пропитывают каким-либо изоляционным составом (лаком, кЛеем и т. п.).

Подстроечные конденсаторы
обозначают на схемах основным символом, перечеркнутым знаком подстроечного регулирования (рис. 8,в).

Саморегулируемые конденсаторы

Используя в качестве диэлектрика специальную керамику, диэлектрическая проницаемость которой сильно зависит от напряженности электрического поля, можно получить конденсатор, емкость которого зависит от напряжения на его обкладках.

Такие конденсаторы получили название варикондов
(от английских слов vari (able) — переменный и cond(enser) —конденсатор). При изменении напряжения от нескольких вольт до номинального емкость вариконда изменяется в 3—6 раз.

Рис. 9. Вариконд и его обозначение на схемах.

Вариконды
можно использовать в различных устройствах автоматики, в генераторах качающейся частоты, модуляторах, для электрической настройки колебательных контуров и т. д.

Условное обозначение вариконда
— символ конденсатора со знаком нелинейного саморегулирования и латинской буквой U (рис. 9,а).

Аналогично построено обозначение термоконденсаторов, применяемых в электронных наручных часах. Фактор, изменяющий емкость такого конденсатора—температуру среды — обозначают символом t°(pис. 9, б). Вместе с тем что такое конденсатор часто ищут

Литература: В.В. Фролов, Язык радиосхем, Москва, 1998.

Все виды конденсаторов имеют одинаковое основное устройство, оно состоит из двух токопроводящих пластин (обкладок), на которых концентрируются электрические заряды противоположных полюсов, и слоя изоляционного материала между ними.

Применяемые материалы и величина обкладок с разными параметрами слоя диэлектрика влияют на свойства конденсатора.

Классификация

Конденсаторы делятся на виды по следующим факторам.

Назначению

• Общего назначения
  
  . Это популярный вид конденсаторов, которые используют в электронике. К ним не предъявляются особые требования.
• Специальные
  
  . Такие конденсаторы обладают повышенной надежностью при заданном напряжении и других параметров при запуске электродвигателей и специального оборудования.

Изменению емкости

• Постоянной емкости
  
  . Не имеют возможности изменения емкости.
• Переменной емкости
  
  . Они могут изменять значение емкости при воздействии на них температуры, напряжения, регулировки положения обкладок. К конденсаторам переменной емкости относятся:
  Подстроечные конденсаторы
  
  не предназначены для постоянной работы, связанной с быстрой настройкой емкости. Они служат только для одноразовой наладки оборудования и периодической подстройки емкости.
  Нелинейные конденсаторы
  
  изменяют свою емкость от воздействия температуры и напряжения по нелинейному графику. Конденсаторы, емкость которых зависит от напряжения, называются варикондами
  
  , от температуры – термоконденсаторами
  
  .

Способу защиты

• Незащищенные
  
  работают в обычных условиях, не имеют никакой защиты.
• Защищенные
  
  конденсаторы выполнены в защищенном корпусе, поэтому могут работать при высокой влажности.
• Неизолированные
  
  имеют открытый корпус и не имеют изоляции от возможного соприкосновения с различными элементами схемы.
• Изолированные
  
  конденсаторы выполнены в закрытом корпусе.
• Уплотненные
  
  имеют корпус, заполненный специальными материалами.
• Герметизированные
  
  имеют герметичный корпус, полностью изолированы от внешней среды.

Виду монтажа

• Навесные
  
  делятся на несколько видов с;
  — ленточными выводами;
  — опорным винтом;
  — круглыми электродами;
  — радиальными или аксиальными выводами.
• Конденсаторы с винтовыми выводами
  
  оснащены резьбой для соединения со схемой, применяются в силовых цепях. Подобные выводы проще фиксировать на охлаждающих радиаторах для снижения тепловых нагрузок.
• Конденсаторы с защелкивающимися выводами
  
  являются новой разработкой, при монтаже на плату они защелкиваются. Это очень удобно, так как нет необходимости использовать пайку.
• Конденсаторы, предназначенные для поверхностной установки
  ,
  имеют особенность конструкции: части корпуса являются выводами.
• Емкости для печатной установки
  
  изготавливают с круглыми выводами для расположения на плате.

По материалу диэлектрика

Сопротивление изоляции между пластинами зависит от параметров изоляционного материала. Также от этого зависят допустимые потери и другие параметры. Рассмотрим виды конденсаторов, которые имеют различные материалы диэлектрика.

• Конденсаторы с неорганическим изолятором
  
  из стеклокерамики, стеклоэмали, слюды. На диэлектрический материал нанесено металлическое напыление или фольга.
• Низкочастотные
  
  конденсаторы включают в себя изоляционный материал в виде слабополярных органических пленок, у которых диэлектрические потери зависят от частоты тока.
• Высокочастотные модели
  
  содержат пленки из фторопласта и полистирола.
• Импульсные модели высокого напряжения
  
  имеют изолятор из комбинированных материалов.
• В конденсаторах постоянного напряжени
  я
  в качестве диэлектрика используется политетрафторэлитен, бумага, либо комбинированный материал.
• Низковольтные
  
  модели работают при напряжении до 1,6 кВ.
• Высоковольтные
  
  модели функционируют при напряжении свыше 1,6 кВ.
• Дозиметрические
  
  конденсаторы служат для работы с малым током, имеют незначительный саморазряд и большое сопротивление изоляции.
• Помехоподавляющие
  
  емкости уменьшают помехи, возникающие от электромагнитного поля, имеют низкую индуктивность.
• Емкости с органическим изолятором
  
  выполнены с применением конденсаторной бумаги и различных пленок.
• Вакуумные, воздушные, газонаполненные
  
  конденсаторы обладают малыми диэлектрическими потерями, поэтому их применяют в аппаратуре с высокой частотой .

Форме пластин

• Сферические.
• Плоские.
• Цилиндрические.

Полярности

• Электролитические
  
  конденсаторы называют оксидными. При их подключении обязательным является соблюдение полярности выводов. Электролитические конденсаторы содержат диэлектрик, состоящий из оксидного слоя, образованный электрохимическим способом на аноде из тантала или алюминия. Катодом является электролит в жидком или гелеобразном виде.
• Неполярные

  конденсаторы могут включаться в схему без соблюдения полярности.

Конструктивные особенности

Рассмотренные выше виды конденсаторов далеко не все имеют большую популярность. Поэтому подробнее рассмотрим конструктивные особенности наиболее применяемых видов конденсаторов.

Воздушные виды конденсаторов

В качестве диэлектрика используется воздух. Такие виды конденсаторов хорошо зарекомендовали себя при работе на высокой частоте, в качестве настроечных конденсаторов с изменяемой емкостью. Подвижная пластина конденсатора является ротором, а неподвижную называют статором. При смещении пластин друг относительно друга, изменяется общая площадь пересечения этих пластин и емкость конденсатора. Раньше такие конденсаторы были очень популярны в радиоприемниках для настраивания радиостанций.

Керамические

Такие конденсаторы изготавливают в виде одной или нескольких пластин, выполненных из специальной керамики. Металлические обкладки изготавливают путем напыления слоя металла на керамическую пластину, затем соединяют с выводами. Материал керамики может применяться с различными свойствами.

Их разнообразие обуславливается широким интервалом диэлектрической проницаемости. Она может достигать нескольких десятков тысяч фарад на метр, и имеется только у такого вида емкостей. Такая особенность керамических емкостей позволяет создавать большие значения емкостей, которые сопоставимы с электролитическими конденсаторами, но для них не важна полярность подключения.

Керамика имеет нелинейную сложную зависимость свойств от напряжения, частоты и температуры. Из-за небольшого размера корпуса эти виды конденсаторов применяются в компактных устройствах.

Пленочные

В таких моделях в качестве диэлектрика выступает пластиковая пленка: поликарбонат, полипропилен или полиэстер.

Обкладки конденсатора напыляют или выполняют в виде фольги. Новым материалом служит полифениленсульфид.

Параметры пленочных конденсаторов

• Применяются для резонансных цепей.
• Наименьший ток утечки.
• Малая емкость.
• Высокая прочность.
• Выдерживают большой ток.
• Устойчивы к электрическому пробою (выдерживают большое напряжение).
• Наибольшая эксплуатационная температура до 125 градусов.

Полимерные

Эти модели имеют отличие от электролитических емкостей наличием полимерного материала, вместо оксидной пленки между обкладками. Они не подвергаются утечке заряда и раздуванию.

Параметры полимера обеспечивают значительный импульсный ток, постоянный температурный коэффициент, малое сопротивление. Полимерные модели способны заменить электролитические модели в фильтрах импульсных источников и других устройствах.

Электролитические

От бумажных моделей электролитические конденсаторы отличаются материалом диэлектрика, которым является оксид металла, созданный электрохимическим методом на плюсовой обкладке.

Вторая пластина выполнена из сухого или жидкого электролита. Электроды обычно выполнены из тантала или алюминия. Все электролитические емкости считаются поляризованными, и способны нормально работать только на постоянном напряжении при определенной полярности.

Если не соблюдать полярность, то может произойти необратимый химический процесс внутри емкости, которая приведет к выходу его из строя, или даже взрыву, так как будет выделяться газ.

К электролитическим можно отнести суперконденсаторы, которые называют ионисторами. Они обладают очень большой емкостью, достигающей тысячи Фарад.

Танталовые электролитические

Устройство танталовых электролитов имеет особенность в электроде из тантала. Диэлектрик состоит из пентаоксида тантала.

Параметры

• Незначительный ток утечки, в отличие от алюминиевых видов.
• Малые размеры.
• Невосприимчивость к внешним воздействиям.
• Малое активное сопротивление.
• Высокая чувствительность при ошибочном подключении полюсов.

Алюминиевые электролитические

Положительным выводом является электрод из алюминия. В качестве диэлектрика использован триоксид алюминия. Они применяются в импульсных блоках и являются выходным фильтром.

Параметры

• Большая емкость.
• Корректная работа только на низких частотах.
• Повышенное соотношение емкости и размера: конденсаторы других видов при одной емкости имели бы большие размеры.
• Большая утечка тока.
• Низкая индуктивность.

Бумажные

Диэлектриком между фольгированными пластинами служит особая конденсаторная бумага. В электронных устройствах бумажные виды конденсаторов обычно работают в цепях высокой и низкой частоты.

Металлобумажные конденсаторы

обладают герметичностью, высокой удельной емкостью, качественной электрической изоляцией. В их конструкции применяется вакуумное металлическое напыление на бумажный диэлектрик, вместо фольги.

Бумажные конденсаторы не обладают высокой механической прочностью. В связи с этим его внутренности располагают в металлическом корпусе, который защищает его устройство.

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “

Конденсаторы

Надо сказать, что конденсатор
, как и резистор, можно увидеть во многих устройствах. Как правило, простейший конденсатор
– это две металлических пластинки и воздух между ними
. Вместо воздуха может быть фарфор, слюда или другой материал, который не проводит ток. Если резистор пропускает постоянный ток, то через конденсатор он не проходит. А переменный ток через конденсатор проходит. Благодаря такому свойству конденсатор ставят там, где надо отделить постоянный ток от переменного
.

Конденсаторы бывают постоянные, подстроечные, переменные и электролитические
. Кроме этого, они отличаются материалом между пластинами и внешней конструкцией. Существуют конденсаторы воздушные
, слюдяные
, керамические, пленочные
и т.п. Применение тех или иных видов конденсаторов обычно описано в сопровождающей документации к принципиальной схеме. Некоторые конденсаторы постоянной емкости и их обозначение на принципиальной схеме показаны на Рис.1.

Основной параметр конденсатора – емкость
. Она измеряется
в микро
-, нано
— и пикофарадах
. На схемах Вы встретите все три единицы измерения. Обозначаются они следующим образом: микрофарады – мКф
или мF
, нанофарады – нф, Н
или п
, пикофарады – пф
или pf
. Чаще буквенное обозначение пикофарад не указывают ни на схемах, ни на самой радиодетали, т.е. обозначение 27, 510 подразумевают 27 пф, 510 пф. Чтобы проще разбираться в емкости, запомните следующее: 0,001 мкф = 1 нф, или 1000 пф.

В отечественной электронике применяется буквенно-цифровая маркировка
конденсаторов. Если емкость выражают целым числом, то буквенное обозначение емкости ставят после этого числа, например: 12П (12 пф) , 15Н (15 нф = 15 000 пф, или 0,015 мкф), ЮМ (10 мкф). Чтобы выразить номинальную емкость десятичной дробью, буквенное обозначение единицы емкости размещают перед числом: Н15 (0,15 нф = 150 пф) , М22 (0,22 мкф). Для выражения емкости конденсатора целым числом с десятичной дробью буквенное обозначение единицы ставят между целым числом и десятичной дробью, заменяя ее запятой, например: 1П2 (1,2 пф) , 4Н7 (4,7 нф = 4700 пф), 1М5 (1,5 мкф).

Буквенно-цифровая маркировка конденсаторов используется и в зарубежной электронике. Она нашла широкое применение на конденсаторах большой емкости. Например, надпись 0,47 |iF = 0,47 мкф. Не забыли разработчики и о цветовой маркировке
, которая может содержать полосы, кольца или точки
. Маркируемые параметры: номинальная емкость
; множитель
; допускаемое отклонение напряжения
; температурный коэффициент емкости (ТКЕ)
и (или) номинальное напряжение.
Определить емкость можно при помощи следующей таблицы.

Некоторые примеры цветовой маркировки постоянных конденсаторов показаны на Рис. 2.

Кроме буквенно-цифровой и цветовой маркировки применяется способ цифровой маркировки конденсаторов тремя или четырьмя цифрами
(международный стандарт). В случае трехзначной маркировки
первые две цифры обозначают значение емкости в пикофарадах (пФ), а последняя цифра – количество нулей
(здесь обращаю ваше внимание на маркировку конденсаторов емкостью менее 10 пикофарад: последней цифрой в этом случае может быть девятка):

(в таблице ошибка, должно быть: 100
– 10 пикофарад
– 0,01 нанофарада
—
0,00001 мкф(!)

)

При кодировании четырехзначным числом последняя цифра так же указывает количество нулей, а первые три — емкость в пикофарадах (pF):

Некоторые примеры цифровой маркировки конденсаторов представлены на Рис. 3.

Среди большого разнообразия конденсаторов постоянной емкости особое место занимают электролитические конденсаторы
. Сегодня чаще всего можно услышать название оксидные конденсаторы,
т.к. в них используется оксидный диэлектрик. Такие конденсаторы выпускают большой емкости – от 0,5 до 10000 мкф. Оксидные конденсаторы полярны
, поэтому на принципиальных схемах для них указывают не только емкость, но и знак ” + ” (плюс), а на самом конденсаторе: в зарубежном варианте нанесен знак “-“, в отечественном устаревшем – ” + ” . Кроме этого, на принципиальных схемах указывают и максимальное напряжение, на котором их можно использовать. Например, надпись 5,0×10 В означает, что конденсатор емкостью 5 мкф надо взять на напряжение не ниже 10 В.

Многие начинающие бояться применять конденсаторы на большее напряжение, чем указанное в схемах. А зря! Возьмем, к примеру, устройство с питанием 9В. Здесь необходимо использовать конденсатор на напряжение не ниже 10В, но лучше – 16В. Дело в том, что “питание” не застраховано от скачков. А для конденсаторов резкие перепады в сторону увеличения приравниваются к смерти. Поэтому, если Вы примените электролит на напряжение 50В, 160В или еще большее, хуже работать устройство не будет! Разве что размеры увеличатся: чем больше напряжение конденсатора, тем больше его размеры.

Оксидные конденсаторы обладают неприятным свойством терять емкость – “высыхать” , что является одной из основных причин отказов радиоаппаратуры, находящейся в длительной эксплуатации. Такой неприятной особенностью в частности обладают отечественные электролиты, особенно старые. Поэтому старайтесь ставить зарубежные новые конденсаторы.

Выпускают производители и неполярные оксидные конденсаторы
, хотя применяются они довольно редко. Существую еще и танталовые конденсаторы
, которые отличаются долговечностью, высокой стабильностью рабочих характеристик, устойчивостью к повышению температуры. При небольшом внешнем виде они могут обладать достаточно большой емкостью.

Линия, нанесенная на корпусе танталового конденсатора, означает плюсовой вывод, а не минус, как многие думают
.

Некоторые разновидности оксидных конденсаторов показаны на Рис. 4.

Особенностью подстроечных и переменных конденсаторов
есть изменение емкости при обращении оси, которая выступает наружу. Раньше они широко применялись радиоприемниках. Именно конденсатор переменной емкости крутили Ваши родители для настройки на нужную радиостанцию. Некоторые подстроечные и переменный конденсаторы показаны на Рис. 5.

Для подстроечных или переменных конденсаторов на схеме указывают крайние значения емкости, которые создаются, если вращать ось конденсатора от одного крайнего положения к другому или вертеть по кругу (как у подстроечных конденсаторов). Например, надпись 5-180 свидетельствует о том, что в одном крайнем положении оси емкость конденсатора составляет 5 пф, а в другом – 180 пф. При плавном возвращении с одного положения в другое емкость конденсатора также плавно будет изменяться от 5 до 180 пф или от 180 до 5 пф. Сегодня не используют конденсаторы переменной емкости, так как их вытеснили варикапы – полупроводниковый элемент, емкость которого зависит от приложенного напряжения
.

Чему не учат о конденсаторах

Davide Bortolami

|&nbsp Создано: 8 Февраля, 2021
&nbsp|&nbsp

Обновлено: 16 Июня, 2021

В инженерной деятельности мы часто применяем сотни эмпирических правил для упрощения тех аспектов, над которыми работаем.

Если бы мы запускали квантово-физическое моделирование всякий раз, когда необходимо поморгать светодиодом, мы бы никогда ничего не добились. Тем не менее, многие из этих правил были сформулированы в прошлом, когда индустрия электроники радикально отличалась от нынешней.

Сегодня мы собираемся забыть, чему нас учили о том, что такое конденсатор. Кроме того, мы рассмотрим, как использовать конденсаторы с учетом современной электроники.

Чем конденсатор больше не является

Одно из общераспространенных мнений состоит в том, что основная роль конденсатора заключается в хранении заряда, подобно тому, как ведро с водой наполняется одной чашкой и в то же время опустошается другой.

Если вы когда-либо вступали в дискуссию “протекает ли ток через конденсатор” и уходили больше в политику, чем в физику, вы знаете, что типовые аналогии не имеют особого смысла, когда речь идет о переменном токе. Конденсатор – это просто два проводника, разделенных диэлектриком, и нигде в основных физических объяснениях его свойств вы не найдете объяснения того, что с этим делать.

Хранение энергии – это лишь одно из множества применений конденсатора, таких как фильтрация, формирование и инвертирование электрических сигналов и импедансов. Мы привыкли думать, что это основное применение конденсатора, поскольку это было его первым применением на заре электричества постоянного тока и электроскопа Уильяма Гилберта, изобретенного в XV веке.

Назначение конденсатора

Такие термины, как развязывающий и байпасный (шунтирующий) конденсатор, часто используются как синонимы – я сам совершал эту ошибку бесчисленное количество раз.

Это приводит к большой путанице, поскольку для разных целей часто требуются конденсаторы с разными электрическими и физическими параметрами, такими как форм-фактор, номинальное напряжение, ESR (эквивалентное последовательное сопротивление), ESL (эквивалентная последовательная индуктивность) и профиль собственного резонанса.

Конденсаторы называют по-разному не только исходя из технологии, по которой они созданы (керамический, электролитический), но и их назначения.

В следующих разделах рассмотрено несколько из наиболее распространенных назначений конденсаторов.

Рис. 1. Конденсаторы на современной плате. Если присмотреться, вы заметите различные типы конденсаторов, используемые в цепях разного назначения. Изображение от Michael Dziedzic

Байпасный конденсатор

Назначением байпасного конденсатора является передача радиочастотной энергии (переменного тока достаточно высокой частоты) от одной части платы к другой. Соответственно, о хранении заряда речи не идет вообще. Байпасный конденсатор предназначен для проведения, а не для хранения.

Для этого необходим тщательный подбор конденсатора с минимально возможным импедансом на нужных частотах. Этого можно достичь максимально близким соответствием собственной резонансной частоты конденсатора и частоты сигнала.

Собственная резонансная частота – это частота, на которой резонирует емкость и паразитная индуктивность и на которой конденсатор имеет наименьшее возможное сопротивление. Математически емкость и индуктивность как будто пропадают и остается только эквивалентное последовательное сопротивление.

Для частот выше собственной резонансной частоты конденсатор начинает всё меньше работать как конденсатор и всё больше – как индуктивность.

Рис. 2. Зависимость импеданса от частоты для различных конденсаторов. Изображение от Elcap, Jens Both

На что следует обращать внимание

Одна из наиболее распространенных ошибок, которые допускаются при использовании байпасных конденсаторов для контроля электромагнитного излучения (особенно при шунтировании экранов земли), заключается в том, что их размещение ограничивается только источником шума, который нужно устранить.

Для постоянного тока это имело бы смысл – закоротить сигнал максимально близко к источнику, чтобы получить как можно более низкие его значения, минимизировать сопротивление (импеданс) между коротким замыканием (конденсатором) и источником.

Для переменного тока и особенно для радиочастотного диапазона, из-за волновой природы электрических сигналов быстрое увеличение импеданса между областью рядом с источником шума и остальной частью заземляющего слоя может быть источником отражений, т. е. энергии, отраженной из-за несоответствия импедансов. Опять же, это противоречит традиционному описанию “энергии, отраженной из-за рассогласования линий”, которое верно лишь отчасти.

При использовании байпасных конденсаторов нужно попытаться снизить импеданс экранов питания и земли, распределив конденсаторы по плате. В зависимости от используемой частоты, структуры слоев и диэлектрического материала платы, могут понадобиться конденсаторы в диапазоне от пикофарад до нанофарад

Развязывающий конденсатор

У линейных регуляторов, таких как широко используемый 7805, есть внутренний контур обратной связи, который сравнивает выходное и опорное напряжение и соответствующим образом регулирует ток для поддержания стабильного выходного сигнала.

Теоретически линейные регуляторы можно использовать без внешнего конденсатора – по крайней мере, если мы игнорируем любые проблемы, связанные с автоколебаниями. Чтобы получить стабильный выходной сигнал, требуемый ток должен изменяться с достаточно медленной скоростью нарастания, чтобы линейный регулятор мог успевать за ним. Учитывая, что большинство из них построено на технологии BJT начала 80-х годов, эти скорости нарастания совсем не высокие.

Рис. 3. Пример внутренней схемы типового линейного регулятора, подобного 7805

Аналогичным образом, импульсные преобразователи DC-DC имеют основную частоту переключения и не могут регулировать выходной сигнал быстрее этой частоты.

Многие современные цифровые устройства генерируют переходные процессы тока с частотными составляющими в сотни мегагерц, что намного больше, чем может обеспечить любой регулятор (если мы не говорим об экзотических драйверах лазерных диодов).

Развязывающие конденсаторы работают на границе между стабильным напряжением, регулируемым схемой источника питания постоянного тока, и потреблением прерывистого тока современными цифровыми устройствами.

Даже небольшой импеданс между источником питания и устройством быстро приведет к выходу напряжения питания за пределы допустимого диапазона при возникновении пика тока.

Развязывающие конденсаторы действуют как временные локализованные накопители энергии, что уменьшает импеданс источника для значений в диапазоне между нескольких мегагерц и нескольких сотен мегагерц.

Для частот выше сотен мегагерц большинство SMD-конденсаторов имеют высокий импеданс и являются неэффективными. Вместо этого необходимо использовать такие методы, как скрытая емкость (buried capacitance) в стеке слоев.

На что следует обращать внимание

Развязывающие конденсаторы полезны только в относительно узком частотном диапазоне, в основном из-за ограничений, связанных с их паразитными свойствами.

Главный параметр, на который следует обратить внимание – это, опять же, собственная резонансная частота. Разделительные конденсаторы эффективны только на частотах ниже их собственной резонансной частоты.

При выборе конденсатора часто бывает полезно придерживаться следующих эмпирических правил:

• От постоянного тока до килогерц – конденсатор не требуется, источник питания может работать сам по себе.
• От килогерц до мегагерц – электролитические конденсаторы высоких номиналов полезны для более низкого диапазона частот, но их высокое последовательное сопротивление ограничивает их работу из-за низкой резонансной частоты. В диапазоне МГц многие электролитические конденсаторы уже являются сильно индуктивными.
• От мегагерц до 200 МГц – керамические конденсаторы, в зависимости от диэлектрика, размера корпуса и технологии изготовления, обычно подходят для этого диапазона.
• Свыше 200 Мгц – керамические конденсаторы становятся неэффективными. В этих случаях, будет лучше использовать вместо них скрытую емкость.

Сглаживающий конденсатор

Сглаживающие конденсаторы используются для поддержания стабильного напряжения во время недостающих циклов линии питания и поддержки пикового тока. Для этого нужны конденсаторы высокой емкости, и поэтому они обычно являются электролитическими.

Их можно считать маленькими источниками бесперебойного питания.

Чему не учат о керамических конденсаторах

Керамические конденсаторы, несомненно, являются фундаментальными пассивными компонентами в современной электронной промышленности, и их удельная емкость увеличивается со скоростью, сравнимой с плотностью транзисторов в кремнии, что делает доступными многие современные конструкции с высокой плотностью.

Они действительно являются чудом техники, но у них также есть несколько особенностей, о которых нужно знать.

Чем меньше, тем лучше

Керамика – замечательный, но хрупкий материал. Керамические конденсаторы могут треснуть из-за изгиба печатной платы, например, при сборке больших плат (или панелей), неправильном разделении плат скрайбированием или неправильном обращении во время транспортировки.

Растрескивание при изгибе – опасное явление, поскольку если конденсатор используется в силовых устройствах с высокими токами, он зачастую может выйти из строя и вызвать возгорание.

Вопреки распространенному мнению, конденсатор меньшего размера имеет превосходные электрические и механические характеристики. Они с меньшей вероятностью треснут, и они имеют более высокую собственную резонансную частоту.

Если вашему продукту требуется высокая надежность при механических нагрузках, есть несколько методов, которые вы можете использовать для уменьшения соответствующих отказов:

• Не размещайте конденсаторы длинной стороной в том же направлении, в котором изгибается плата.
• Используйте конденсаторы минимально возможного размера, например 0402.
• Используйте конденсаторы типа “soft-terminated”, которые не замыкаются под нагрузкой, и/или керамические конденсаторы X2/Y2.
• Размещайте трассировку вокруг конденсаторов для снятия механического напряжения.
• Если вы выбрали конденсаторы, которые размыкаются, всегда используйте параллельно как минимум два из них, чтобы ваша схема могла иметь достаточную емкость для нормальной работы при выходе из строя одного из них.

Типы диэлектриков

C0G, X7R… У диэлектриков странные названия и набор самых разных свойств. Далее представлены их характеристики и случаи, когда их использовать лучше всего:

• C0G/NP0 – самые модные керамические конденсаторы на рынке. Обычно они доступны в диапазоне от 1 пФ до 100 нФ и имеют допуск 5%. NP0 означает “положительный-отрицательный-ноль”, для формы графика ТКЕ конденсатора, которая выглядит плоской во всем диапазоне температур. Именно их следует использовать, когда требуются точные значения и стабильность.
• X7R – современная рабочая лошадка. Они имеют отличные коэффициенты напряжения и температуры и популярны в диапазоне от 100 пФ до 22 мкФ. Они наиболее широко используются для развязки и имеют широкий диапазон температур от -55°C до 125°C.
• X5R – аналогичен X7R, но рассчитан на 85°C вместо 125°C.
• Y5V – может достигать чрезвычайно высокого значения емкости, но при низких отклонениях от номинального напряжения и температуры (допускается потеря до 82% емкости).
• Z5U – аналогично Y5V, конденсаторы Z5U имеют плохие характеристики по напряжению и температуре и стоят очень дешево. Допускается использование только до -10°C и применяются только для развязки в недорогом бытовом оборудовании.

На что следует обращать внимание

Использование конденсаторов с разными диэлектриками может привести к неожиданным результатам.

Например, конденсаторы Z5U очень дешевы и используют диэлектрик из титаната бария. Этот материал имеет высокую диэлектрическую постоянную, что обеспечивает отличное отношение емкости к объему, а также собственную резонансную частоту, обычно от 1 до 20 МГц.

Конденсаторы NP0 лучше работает на частотах выше 10 МГц, так почему бы не использовать их вместе для работы в более широком диапазоне частот?

К сожалению, когда конденсаторы Z5U и NP0 соединены параллельно, материал с более высокой диэлектрической проницаемостью снижает резонансную частоту NP0, и это сочетание приводит к худшим общим характеристикам, чем просто качественный Z5U.

Однако вопрос «почему» определенно выходит за рамки моей компетенции. Если вы понимаете это явление, пожалуйста, напишите мне.

Диэлектрические потери

Если вы закоротите выход заряженного конденсатора, то обнаружите, что полностью разряженный конденсатор сидит на скамейке и смотрит на вас печальными глазами. Однако это не всегда так. Почти все конденсаторы, за единственным заметным исключением вакуумных конденсаторов, сохраняют часть своего заряда после разрядки.

Это происходит потому, что случайно ориентированные молекулярные диполи со временем выравниваются электрическим полем, и их новая ориентация сохраняется даже в отсутствии этого поля.

Керамические конденсаторы могут удерживать до 0,6% заряженного напряжения для NP0 и до 2,5% для X7R.

Емкость, зависящая от напряжения

Конденсаторы Y5V могут терять до 82% своей емкости при номинальном напряжении, в то время как конденсаторы NP0 имеют практически горизонтальную характеристику.
Если у вас есть устройства, в которых нужно изменять выходное напряжение, например, с помощью настраиваемого источника напряжения, требуемого стандартом USB-PD, который Марк Харрис обсуждал в своей недавней статье, вы можете столкнуться с непредсказуемой работой схемы.

Инструменты проектирования в Altium Designer® включают в себя всё необходимое, чтобы идти в ногу с новыми технологиями. Поговорите с нами сегодня и узнайте, как мы можем улучшить ваш процесс проектирования.

Все о конденсаторах

Конденсатор — двухполюсник с постоянным или переменным значением ёмкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

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 лейденской банки, 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 электрического кабеля. 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.

Электролитический конденсатор

Наибольшей удельной емкостью (соотношение емкость / объем) обладают электролитические конденсаторы. 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 ионистор. 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.

Ранее ЭлектроВести писали, что в новом исследовании ученые создали микропленочный ультратонкий конденсатор для накопления энергии, который может приклеиваться к поверхности как стикер. Батарея прикрепляется с помощью ультракоротких лазерных импульсов, которые частично расплавляют ее, позволяя удерживаться почти на любой поверхности.

По материалам: electrik.info.

| Fluke

Talk to a Fluke sales expert

Связаться с Fluke по вопросам обслуживания, технической поддержки и другим вопросам»

What is your favorite color?

Имя *

Фамилия *

Электронная почта *

FörКомпанияetag *

Номер телефона *

Страна * — Пожалуйста, выберите значение -United States (Estados Unidos)CanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarticaAntigua and BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosБеларусь (Belarus)Belgien/Belgique (Belgium)BelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBonaireBosnia and HerzegovinaBouvet IslandBotswanaBrasil (Brazil)British Indian Ocean TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral African RepublicČeská republika (Czech Republic)ChadChile中国 (China)Christmas IslandCittà Di VaticanCocos (Keeling) IslandsCook IslandsColombiaComorosCongoThe Democratic Republic of CongoCosta RicaCroatiaCyprusCôte D’IvoireDanmark (Denmark)Deutschland (Germany)DjiboutiDominicaEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEspaña (Spain)EstoniaEthiopiaFaroese FøroyarFijiFranceFrench Southern TerritoriesFrench GuianaGabonGambiaGeorgiaGhanaGilbralterGreeceGreenlandGrenadaGuatemalaGuadeloupeGuam (USA)GuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard Island and McDonald IslandsHondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIraqIrelandIsraelIslas MalvinasItalia (Italy)Jamaica日本 (Japan)JordanKazakhstanKenyaKiribati대한민국 (Korea Republic of)KuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMéxico (Mexico)MicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMonserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNederland (Netherlands)Netherlands AntillesNepalNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorge (Norway)Norfolk IslandNorthern Mariana IslandsOmanÖsterreich (Austria)PakistanPalauPalestinePanamaPapua New GuineaParaguayPerú (Peru)PhilippinesPitcairn IslandPuerto RicoРоссия (Russia)Polska (Poland)Polynesia (French)PortugalQatarRepública Dominicana (Dominican Republic)RéunionRomânia (Romania)RwandaSaint HelenaSaint Pierre and MiquelonSaint Kitts and NevisSaint LuciaSaint Vincent and The GrenadinesSan MarinoSao Tome and PrincipeSaudi ArabiaSchweiz (Switzerland)SenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Georgia and The South Sandwich IslandsSouth SudanSri LankaSudanSuomi (Finland)SurinameSvalbard and Jan MayenSverige (Sweden)SwazilandTaiwanTajikistanTanzaniaThailandTimor-LesteTokelauTogoTongaTrinidad and TobagoTunisiaTürkiye (Turkey)TurkmenistanTurks and Caicos IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Arab EmiratesUnited KingdomUnited States Minor Outlying IslandsUruguayUzbekistanVanuatuVirgin Islands (British)Virgin Islands (USA)VenezuelaVietnamWallis and FutunaWestern SaharaWestern SamoaYemenZambiaZimbabwe

Почтовый индекс *

Интересующие приборы

iGLastMSCRMCampaignID

?Отмечая галочкой этот пункт, я даю свое согласие на получение маркетинговых материалов и специальных предложений по электронной почте от Fluke Electronics Corporation, действующей от лица компании Fluke Industrial или ее партнеров в соответствии с политикой конфиденциальности.

consentLanguage

Политика конфиденциальности

Конденсатор — урок. Физика, 9 класс.

Конденсатор — это устройство, предназначенное для накопления заряда и энергии электрического поля (от лат. kondensator — «уплотнять», «сгущать»).

Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых металлических пластин — обкладок — и  слоя диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами пластин.

На схемах электрических цепей  конденсатор обозначается:  .

Для зарядки конденсатора нужно присоединить его обкладки к полюсам источника тока. При зарядке обе обкладки получают заряды, равные по модулю, но противоположные по знаку. Под зарядом конденсаторов понимают модуль заряда одной из его обкладок. Свойство конденсатора накапливать электрический заряд характеризуется физической величиной — электроёмкостью.

Электроёмкость  обозначается буквой \(C\) и определяется по формуле:

C=qU, где  \(q\) — заряд конденсатора, \(U\) — напряжение между обкладками конденсатора.

Электроёмкость конденсатора зависит от площади перекрытия пластин и расстояния между ними, а также от свойств используемого диэлектрика:

C∼Sd, где \(S\) — площадь каждой обкладки, \(d\) — расстояние между обкладками.

За единицу электроёмкости в СИ принимается Фарад (Ф).   

Она названа в честь Майкла Фарадея — английского физика. \(1\) Фарад равен ёмкости конденсатора, при которой заряд \(1\) Кулон создаёт между его обкладками напряжение \(1\) Вольт:  1 Фарад=1 Кулон1 Вольт.

\(1\) Ф — это очень большая ёмкость для конденсатора. Чаще всего конденсаторы имеют электроёмкость, равную дольным единицам Ф: микрофарад (мкФ) — 10−6Ф,  пикофарад (пФ) — 10−12 Ф.

Для получения требуемой ёмкости конденсаторы соединяют в батареи.

Если конденсаторы соединены параллельно, то общая ёмкость равна сумме ёмкостей: Cоб=C1+C2+C3.

Если конденсаторы соединены последовательно, то общая ёмкость будет равна: 1Cоб=1C1+1C2+1C3.

При зарядке конденсатора внешними силами совершается работа по разделению положительных и отрицательных зарядов. По закону сохранения энергии работа внешних сил равна энергии поля конденсатора. При разрядке конденсатора за счёт этой энергии может быть совершена работа. Энергия конденсатора есть не что иное, как энергия заключённого внутри него электрического поля.

Энергию электрического поля конденсатора можно рассчитать по формуле: Eэл=q22C.

Из формулы видно, что энергия конденсатора данной электроёмкости тем больше, чем больше его заряд.

Конденсатор связи

По мере развития сети высоковольтных линий электропередачи, увеличения их протяженности и оснащения автоматикой возникает необходимость в надежной диспетчерской и административно-хозяйственной связи между отдельными пунктами, передаче сигналов телеизмерения, аварийного отключения выключателей, релейной защиты и других данных. Обычно такая связь осуществляется непосредственно по высоковольтным ЛЭП. Одним из элементов оборудования такой связи являются конденсаторы, которые отделяют аппаратуру связи от высокого напряжения частоты 50 Гц, пропуская сигналы высокой частоты по каналам связи. На основе этих же конденсаторов делаются устройства отбора мощности при частоте 50 Гц непосредственно от ЛЭП для питания измерительной аппаратуры и силового оборудования, а также измерительные устройства (делители, трансформаторы напряжения) — для измерения напряжения ЛЭП.

Назначение

• для обеспечения высокочастотной связи на частотах от 16 до 1500 кГц в линиях электропередачи номинальным напряжением 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750 кВ переменного тока частоты 50 и 60 Гц.
• для присоединения аппаратуры связи к линиям электропередачи от 6 до 35 кВ и грозозащитным тросам.
• конденсатор подвесного исполнения для отбора активной электрической мощности из сетей переменного тока частоты 50 Гц напряжением 110 кВ.

Конденсаторы изготовлены в фарфоровых покрышках и пропитаны экологически безопасной жидкостью.

Конструкция

• Конденсаторы изготавливаются с применением плёночного диэлектрика. По согласованию с заказчиком возможно изготовление конденсаторов на номинальное напряжение 110/√3 кВ с бумажно-плёночным диэлектриком. В этом случае в обозначении типономинала конденсатора указывают буквы «БП».
• Конденсаторы связи пропитаны экологически безопасной диэлектрической жидкостью, которая не входит в список запрещенных Стокгольмской конвенцией о стойких органических загрязнителях (2001 г.).

Дополнительную информацию по конденсаторам связи можно найти в каталоге ВЧ-связи

Что такое конденсатор, как он работает и для чего его назначение

Рубрика: Статьи обо всем, Статьи про радиодетали

Опубликовано 29.02.2020   ·  
Комментарии: 0
  ·  
На чтение: 5 мин
  ·  
Просмотры:

Post Views:
1 542

Конденсатор — это вторая по популярности радиодеталь после резистора. Он важен и незаменим, участвует в формировании сигналов и фильтрации питания. А ведь изначально, самым первым конденсатором была лейденская банка, которая была изобретена в 1745 году. С тех пор конденсаторы стали неотъемлемой частью электроники.

Общая концепция

Конденсатор состоит из двух проводящих обкладок и диэлектрика между ними. И все, больше ничего. С виду простая радиодеталь, но работает на высоких и низких частотах по-разному.

Обозначается на схеме двумя параллельными линиями.

Принцип работы

Эта радиодеталь хорошо демонстрирует явление электростатической индукции. Разберем на примере.

Если подключить к конденсатору постоянный источник тока, то в начальный момент времени ток начнет скапливаться на обкладках конденсатора. Это происходит за счет электростатической индукции. Сопротивление практически равно нулю.

Электрическое поле за счет электростатической индукции притягивает разноименные заряды на две противоположные обкладки. Это свойство материи называется емкостью. Емкость есть у всех материалов. И даже у диэлектриков, но у проводников она значительно больше. Поэтому обкладки конденсатора выполнены из проводника.

Чем больше емкость — тем больше может накопиться зарядов на обкладках конденсатора, т.е. электрического тока.

Основное свойство конденсатора — это емкость. Она зависит от площади пластин, расстояния между ними и материала диэлектрика, которым заполняют пространство между обкладками.

По мере накопления зарядов, поле начинает ослабевать, а сопротивление нарастает. Почему так происходит? Места на обкладках все меньше, одноименные заряды на них действуют друг на друга, а напряжение на конденсаторе становится равным источнику тока. Такое сопротивление называется реактивным, или емкостным. Оно зависит от частоты тока, емкости радиодеталей и проводов.

Когда на обкладках не останется места для электрического тока, то и ток в цепи прекратится. Электростатическая индукция пропадает. Теперь остается электрическое поле, которое держит заряды на своих обкладках и не отпускает их. А электрическому току некуда деваться. Напряжение на конденсаторе станет равным ЭДС (напряжению) источнику тока.

А что будет, если повысить ЭДС (напряжение) источника тока? Электрическое поле начнет все сильнее давить на диэлектрик, поскольку места на обкладках уже нет. Но если напряжение на конденсаторе превысит допустимые знания, то диэлектрик пробьет. И конденсатор станет проводником, заряды освободятся, и ток пойдет по цепи. Как тогда использовать конденсатор для высоких напряжений? Можно увеличить размер диэлектрика и расстояние между обкладками, но при этом уменьшается емкость детали.

Между обкладками находится диэлектрик, который препятствует прохождению постоянного тока. Это именно барьер для постоянного тока. Потому, что постоянный ток создает и постоянное напряжение. А постоянное напряжение может создавать электростатическую индукцию только при замыкании цепи, то есть, когда конденсатор заряжается.

Так конденсатор может сохранять энергию до тех пор, пока к нему не подключится потребитель.

Конденсатор и цепь постоянного тока

Добавим в схему лампочку. Она загорится только во время зарядки.

Еще одна важная особенность — когда происходит процесс зарядки током, то напряжение отстает от тока. Напряжение как бы догоняет ток, поскольку сопротивление нарастает плавно, по мере зарядки. Электрические зарядам нужно время, чтобы переместиться к обкладкам конденсатора. Так называется время зарядки. Оно зависит от емкости, частоты и напряжения.

По мере зарядки, лампочка начинает тусклее светиться.

Лампочка затухает при полной зарядке.

Постоянный электрический ток не проходит через конденсатор только после его зарядки.

Цепь с переменным током

А что если поменять полярность на источнике тока? Тогда конденсатор начнет разряжаться, и снова заряжаться, поскольку меняется полярность источника.

Электростатическая индукция возникает постоянно, если электрический ток переменный. Каждый раз, когда ток начинает менять свое направление, начинается процесс зарядки и разрядки.

Поэтому, конденсатор пропускает переменный электрический ток.

Чем выше частота — тем меньше реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора.

Назначение и функции конденсаторов

Конденсатор играет огромную роль как в аналоговой, так и цифровой технике. Они бывают электролитическими и керамическими, и отличаются своими свойствами, но не общей концепцией. Примеры использования:

• Фильтрует высокочастотные помехи;
• Уменьшает и сглаживает пульсации;
• Разделяет сигнал на постоянные и переменные составляющие;
• Накапливает энергию;
• Может использоваться как источник опорного напряжения;
• Создает резонанс с катушкой индуктивности для усиления сигнала.

Примеры использования

В усилителях обычно используются для защиты сабвуферов, фильтрации питания, термостабилизации и разделение постоянной составляющей от переменной. А электролитические в автономных схемах с микроконтроллерами могут долго обеспечивать питание за счет большой емкости.

В данной схеме транзистор VT1 постоянно открыт, чтобы усиливать звук без искажений. Но если вход замнется или на него поступи постоянный ток, то транзистор откроется, перейдет в насыщение и перегреется. Чтобы этого не допустить, нужен конденсатор. С1 позволяет отделить постоянную оставляющую от переменной. Переменный сигнал легко проходит на базу транзистора, а постоянный сигнал не проходит.

С2 совместно с резистором R3 выполняет функцию термостабилизации. Когда усилитель работает, транзистор нагревается. Это может внести искажения в сигнал. Поэтому, резистор R3 помогает удержать рабочую точку при нагреве. Но когда транзистор холодный и стабилизации не требуется резистор может уменьшить мощность усилителя. Поэтому, в дело вступает С2. Он проводит через себя усиленный сигнал шунтируя резистор, тем самым, не снижая номинальную мощность схемы. Если его емкость будет ниже расчетной, он начнет вносить фазовые искажения в выходной сигнал.

Чтобы схема качественно работала, обязательно хорошее питание. Когда схема в пиковые значения потребляет больше тока, то это всегда сильная нагрузка на источник питания. С3 фильтрует помехи по питанию и помогает снизить нагрузку. Чем больше емкость — тем лучше звук, но до определенных значений, все зависит от схемы.

А в блоках питания используется тот же принцип, как и в предыдущей схеме по питанию, но здесь емкость нужна гораздо больше. На этой схеме емкость элеткролита может быть как 1000 мкФ, так и 10 000 мкФ.

Еще на диодный мост можно параллельно включить керамические конденсаторы, которые будут шунтировать схему от высокочастотных наводок и шума сети 220 В.

Фазовые искажения

Конденсатор может искажать переменный сигнал по фазе. Это происходит из-за неверного расчета емкости, общего сопротивления и взаимодействия с другими радиодеталями. Не стоит забывать и о том, что любая радиодеталь имеет как реактивное, так и активное сопротивление.

Post Views:
1 542

Полное руководство по конденсаторам

Конденсатор — это электрический компонент, используемый для хранения энергии в электрическом поле. Он имеет два электрических проводника, разделенных диэлектрическим материалом, которые накапливают заряд при подключении к источнику питания. Одна пластина получает отрицательный заряд, а другая — положительный.

Конденсатор не рассеивает энергию, в отличие от резистора. Его емкость характеризует идеальный конденсатор. Это количество электрического заряда на каждом проводнике и разность потенциалов между ними.Конденсатор отключает ток в цепях постоянного и короткого замыкания в цепях переменного тока. Чем ближе два проводника и чем больше площадь их поверхности, тем больше его емкость.

Общие типы конденсаторов

• В керамических конденсаторах в качестве диэлектрического материала используется керамика. Керамический конденсатор заключен в капсулу с двумя выводами, которые выходят снизу и образуют диск. Керамический дисковый конденсатор не имеет полярности и подключается в любом направлении на печатной плате.В керамических конденсаторах относительно высокая емкость достигается при небольшом физическом размере из-за их высокой диэлектрической проницаемости. Его значение колеблется от пикофарад до одной или двух микрофарад, но его номинальное напряжение относительно низкое.

Трехзначный код, напечатанный на их корпусе, используется для определения емкости конденсатора в пикофарадах. Буквенные коды используются для обозначения их значений допуска, например: J = 5%, K = 10% или M = 20%. Например, керамический дисковый конденсатор выше с маркировкой 154 указывает на то, что имеется 15 и 4 нуля пикофарад, или 150 000 пФ (150 нФ).

Значение допуска керамического дискового конденсатора

• Электролитические конденсаторы часто используются, когда требуются большие значения емкости. Они обычно используются для уменьшения пульсаций напряжения или для приложений связи и развязки. Электролитические конденсаторы изготовлены из двух тонких пленок алюминиевой фольги с оксидным слоем в качестве изолятора. Они поляризованы и при неправильном подключении могут выйти из строя или взорваться. Этот тип конденсатора имеет большой допуск, но плохо работает на высоких частотах.

Конденсатор электролитический

• Танталовые конденсаторы обычно используются для средних значений емкости. Их лучше всего использовать, когда имеют значение размер и производительность, но они обычно не имеют высоких рабочих напряжений и не обладают очень высокой допустимой нагрузкой по току. Танталовые конденсаторы поляризованы и могут взорваться под нагрузкой. У них очень низкая терпимость к обратному смещению.

Маркировка танталовых конденсаторов с выводами

Маркировка танталовых конденсаторов SMD

Маркировка танталовых конденсаторов SMD обычно состоит из трех цифр.Последний — множитель, а первые два — значащие цифры. Его значения указаны в пикофарадах. Таким образом, танталовый конденсатор SMD, показанный выше, имеет значение 47 x 10 ⁶ пФ, что соответствует 47 мкФ.

Маркировка танталовых конденсаторов SMD

Танталовые конденсаторы

также могут иметь прямую маркировку, как показано на рисунке выше.

• Серебряные слюдяные конденсаторы используются во многих радиочастотных цепях, таких как генераторы и фильтры. Серебряная слюда дает очень высокие характеристики с жесткими допусками, но с небольшими изменениями температуры.В нем используются серебряные электроды, которые наносятся непосредственно на слюду. Несколько слоев помогают получить требуемый уровень емкости, и на эту емкость влияет площадь, покрытая электродами.

Серебряный слюдяной конденсатор

• В пленочных конденсаторах в качестве диэлектрика используется тонкая пластиковая пленка. Пленочные конденсаторы используются во многих приложениях из-за их стабильности, низкой индуктивности и низкой стоимости. Они не поляризованы, поэтому подходят для сигналов переменного тока и питания. Они также изготавливаются с очень точными значениями емкости и сохраняют ее дольше, чем любой другой тип конденсатора.

Пленочный конденсатор

• Конденсаторы переменной емкости — это конденсаторы с емкостью, которую можно изменять в зависимости от требований к определенному диапазону значений. Переменные конденсаторы состоят из металлических пластин. Среди этих пластин одна неподвижная, а другая подвижная. Их емкость может составлять от 10 до 500 пикофарад. Эти переменные резисторы находят множество применений, например, для настройки LC-цепей в радиоприемниках, для согласования импеданса в антеннах и т. Д.Есть два типа переменных конденсаторов — подстроечный конденсатор и подстроечный конденсатор.

Конденсатор настройки

Каркас в этом конденсаторе служит опорой для конденсатора из слюды и находящегося в нем «статора». С помощью вала ротор стремится вращаться, когда статор неподвижен. Когда пластины подвижного ротора входят в неподвижный статор, емкость, возможно, достигает максимального уровня. В противном случае значение емкости будет минимальным.

Подстроечный конденсатор

Конденсатор этого типа имеет три вывода.Один соединен с неподвижной частью, другой — с частью, которая отвечает за движение, называемое поворотным, а другой вывод является общим.

Поляризованные и неполяризованные конденсаторы

Когда дело доходит до хранения и разряда, поляризованные и неполяризованные конденсаторы ведут себя одинаково. Однако есть несколько факторов, которые отличают их друг от друга:

• Различные диэлектрики — Диэлектрик — это материал между двумя пластинами конденсатора.В поляризованных конденсаторах в качестве диэлектрика используется электролит, что дает им большую емкость, чем у других конденсаторов того же объема. Однако полярные конденсаторы, произведенные из разных материалов и процессов электролита, будут иметь разные значения емкости. Использование полярных и неполяризованных конденсаторов зависит от обратимых свойств диэлектрика.

• Различные конструкции — чаще всего используются электролитические конденсаторы круглой формы; квадратные конденсаторы встречаются редко.Существуют также невидимые конденсаторы или распределенные конденсаторы, которые нельзя игнорировать в устройствах высокой и промежуточной частоты.

• Условия использования и использование — внутренние материалы и конструкции обеспечивают большую емкость и высокочастотные характеристики полярных конденсаторов, что делает их очень подходящими для фильтров источников питания и т. п. Однако есть полярные конденсаторы с хорошими высокочастотными характеристиками — танталовый электролизный, который обычно не используется из-за своей дороговизны.

• Различная производительность — Максимальная производительность — одно из основных требований при выборе конденсатора. Если в источнике питания телевизора в качестве фильтра используется металлооксидный пленочный конденсатор, емкость и выдерживаемое напряжение должны соответствовать требованиям фильтра; внутри корпуса можно установить только блок питания. Следовательно, в фильтре можно использовать только полярные конденсаторы, а полярная емкость необратима. Обычно электролитические конденсаторы имеют емкость более 1 МФ; лучше всего использовать для связи, развязки, фильтрации источника питания и т. д.Неполярные конденсаторы, как правило, менее 1 MF, что включает только резонанс, связь, выбор частоты, ограничение тока и т. Д. Однако есть также неполярные конденсаторы большой емкости, высоковольтные, в основном используемые для компенсации реактивной мощности, двигателя. фазовый сдвиг и фазовый сдвиг мощности преобразования частоты.

• Различная емкость — конденсаторы одинакового объема имеют разную емкость в зависимости от их диэлектриков.

Общие области применения конденсаторов

• Связь по переменному току / блокировка по постоянному току — конденсатор позволяет только сигналам переменного тока проходить от одного участка цепи к другому, блокируя любое статическое напряжение постоянного тока.Они обычно используются для разделения компонентов переменного и постоянного тока в сигнале. В этом методе необходимо убедиться, что полное сопротивление конденсатора достаточно низкое. Номинальное напряжение конденсатора должно быть больше пикового напряжения на конденсаторе. Обычно конденсатор может выдерживать напряжение питающей шины с некоторым запасом для обеспечения надежности.

• Развязка источника питания — конденсатор используется для развязки одной части схемы от другой. Развязка выполняется, когда входящий линейный сигнал проходит через трансформатор и выпрямитель; результирующая форма волны не является гладкой. Оно варьируется от нуля до пикового напряжения. При применении к цепи маловероятно, что это сработает, потому что обычно требуется постоянное напряжение.

• Фильтрация шума переменного тока от цепей постоянного тока — любые сигналы переменного тока, которые могут быть в точке смещения постоянного тока, шине питания или других узлах, которые должны быть свободны от определенного изменяющегося сигнала, должны быть удалены конденсатором.Он также должен выдерживать напряжение питания, подавая и поглощая уровни тока, возникающие из-за шума на рельсе.

• Фильтрация аудиосигналов — необходимо учитывать ВЧ характеристики конденсатора. Эта производительность может отличаться на более низких частотах. Здесь обычно используются керамические конденсаторы, поскольку они имеют высокую частоту собственного резонанса, особенно конденсаторы для поверхностного монтажа, которые очень малы и не имеют выводов, которые могут вызвать какую-либо индуктивность.

Что такое суперконденсаторы?

Он также известен как двухслойный электролитический конденсатор или ультраконденсатор. Суперконденсатор может хранить большое количество энергии. В частности, от 10 до 100 раз больше энергии на единицу массы или объема по сравнению с электролитическими конденсаторами. Он имеет более низкие пределы напряжения, которые перекрывают разрыв между электролитическими конденсаторами и аккумуляторными батареями.

Некоторые общие области применения суперконденсаторов

• Ветряные турбины — суперконденсаторы помогают сгладить прерывистую энергию, вырабатываемую ветром.

• Двигатели, приводящие в движение электромобили, работают от источников питания, рассчитанных на сотни вольт, что означает, что для хранения нужного количества энергии в типичном рекуперативном тормозе необходимы сотни последовательно соединенных суперконденсаторов.

• Электрические и гибридные транспортные средства — суперконденсаторы используются в качестве временных накопителей энергии для рекуперативного торможения, при этом энергия транспортного средства, как правило, тратится впустую, когда дело доходит до остановки, ненадолго сохраняется, а затем повторно используется, когда он снова начинает движение.

Суперконденсаторы и кривая разряда батареи

Кривая разряда АКБ экспоненциальная. Как видите, экспоненциальный разряд обеспечивает стабильную мощность до конца. Энергия остается высокой на протяжении большей части заряда, а затем быстро падает по мере того, как заряд исчерпывает .

Кривая разряда суперконденсатора линейная. Как видите, линейный разряд препятствует полноценному использованию энергии. Он обеспечивает максимальную мощность в начале .

Спасибо за чтение и надеюсь, что это помогло вам лучше понять конденсаторы. Оставьте комментарий ниже, если у вас есть вопросы по чему-либо.

Как работают конденсаторы? — Объясни, что это за штука

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 12 октября 2021 г.

Посмотрите в небо большую часть времени, и вы увидите огромные конденсаторы
парит над твоей головой. Конденсаторы (иногда называемые конденсаторами)
устройства хранения энергии, которые широко используются в телевизорах,
радиоприемники и другое электронное оборудование.Настройте радио на
станции, сделайте снимок со вспышкой с помощью цифрового
камеру или щелкни
каналы на вашем HDTV, и вы хорошо
использование конденсаторов. В
конденсаторы, которые дрейфуют по небу, более известны как облака и,
хотя они совершенно гигантские по сравнению с конденсаторами, которые мы используем
в электронике они точно так же накапливают энергию. Давайте
подробнее рассмотрим конденсаторы и как они работают!

Фотография: Типичный конденсатор, используемый в электронных схемах.
Этот называется электролитическим конденсатором и имеет рейтинг 4.7 мкФ (4,7 мкФ),
с рабочим напряжением 350 вольт (350 В).

Что такое конденсатор?

Возьмем два электрических провода (то, что пропускает электричество
через них) и разделите их изолятором (материал
тот
не пропускает электричество очень хорошо) и вы делаете конденсатор:
то, что может хранить электрическую энергию.
Добавление электрической энергии
к конденсатору называется зарядный ; высвобождая энергию из
конденсатор известен как разрядный .

Фото: Маленький конденсатор в транзисторной радиосхеме.

Конденсатор немного похож на батарею,
но у него другая работа
делать. Батарея использует химические вещества для хранения электрической энергии и высвобождения
это очень медленно через цепь; иногда (в случае кварца
смотреть) это может занять несколько лет. Конденсатор обычно высвобождает
это
энергия намного быстрее — часто за секунды или меньше. Если вы берете
например, снимок со вспышкой, вам понадобится камера, чтобы
огромная вспышка света за доли секунды.Конденсатор прилагается
к вспышке заряжается в течение нескольких секунд, используя энергию вашего
батарейки фотоаппарата. (Для зарядки конденсатора требуется время, и это
почему обычно приходится немного подождать.)
Как только конденсатор полностью заряжен, он может высвободить всю эту энергию.
в мгновение ока через ксеноновую лампочку. Зап!

Конденсаторы

бывают всех форм и размеров, но обычно они
те же основные компоненты. Есть два проводника (известные как пластины, ,
в основном по историческим причинам) и между ними есть изолятор.
их (называемый диэлектриком ).Две пластины внутри конденсатора
подключены к двум электрическим
соединения на внешней стороне называются клеммами , которые похожи на
тонкие металлические ножки можно подключить в электрическую цепь.

Фото: Внутри электролитический конденсатор немного похож на швейцарский рулет. «Пластины» — это два очень тонких листа металла; диэлектрик — маслянистая пластиковая пленка между ними. Все это упаковано в компактный цилиндр и покрыто металлическим защитным футляром. ВНИМАНИЕ: вскрытие конденсаторов может быть опасным.Во-первых, они могут выдерживать очень высокое напряжение. Во-вторых, диэлектрик иногда состоит из токсичных или едких химикатов, которые могут обжечь кожу.

Изображение: как электролитический конденсатор изготавливается путем скатывания листов алюминиевой фольги (серого цвета) и диэлектрического материала (в данном случае бумаги или тонкой марли, пропитанной кислотой или другим органическим химическим веществом). Листы фольги подключаются к клеммам (синим) наверху, поэтому конденсатор можно подключить в цепь. Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США из патента США 2089683: Электрический конденсатор Фрэнка Кларка, General Electric, 10 августа 1937 г.

Вы можете зарядить конденсатор, просто подключив его к
электрическая цепь. При включении питания электрический заряд
постепенно накапливается на пластинах. Одна пластина получает положительный заряд
а другая пластина получает равный и противоположный (отрицательный) заряд. Если
вы отключаете питание, конденсатор держит заряд
(хотя со временем он может медленно вытекать). Но если подключить
конденсатор ко второй цепи, содержащей что-то вроде электрического
электродвигателя или лампочки-вспышки, заряд будет стекать с конденсатора через
двигатель или лампу, пока на пластинах не останется ничего.

Хотя конденсаторы фактически выполняют только одну работу (хранение
заряда), их можно использовать для самых разных целей в электротехнике.
схемы. Их можно использовать в качестве устройств отсчета времени (потому что для этого требуется
определенное предсказуемое количество времени для их зарядки), как фильтры
(схемы, которые пропускают только определенные сигналы), для сглаживания
напряжение в цепях, для настройки (в радиоприемниках и телевизорах), а также для
множество других целей. Большие суперконденсаторы также могут быть
используется вместо батареек.

Что такое емкость?

Количество электроэнергии, которое может хранить конденсатор, зависит от
его , емкость .Емкость конденсатора немного похожа на
размер ведра: чем больше ведро, тем больше воды оно может вместить;
чем больше емкость, тем больше электричества может выдержать конденсатор.
хранить. Есть три способа увеличить емкость
конденсатор. Один из них — увеличить размер тарелок. Другой —
сдвиньте пластины ближе друг к другу. Третий способ — сделать
диэлектрик как можно лучше изолятор. Конденсаторы используют
диэлектрики из всевозможных материалов. В транзисторных радиоприемниках
настройка осуществляется большим переменным конденсатором , который
между пластинами нет ничего, кроме воздуха.В большинстве электронных схем
конденсаторы представляют собой герметичные компоненты с диэлектриками из керамики.
такие как слюда и стекло, бумага, пропитанная маслом,
или пластмассы, такие как
майлар.

Фотография: Этот переменный конденсатор прикреплен к главной шкале настройки в транзисторном радиоприемнике. Когда вы поворачиваете циферблат пальцем, вы поворачиваете ось, проходящую через конденсатор. Это вращает набор тонких металлических пластин, так что они перекрываются в большей или меньшей степени с другим набором пластин, продетых между ними.Степень перекрытия пластин изменяет емкость, и это то, что настраивает радио на определенную станцию.

Как измерить емкость?

Размер конденсатора измеряется в единицах, называемых фарады
(F), названный в честь английского пионера электротехники Майкла Фарадея (1791–1867). Один
фарад — это огромная емкость
так что на практике большинство конденсаторов, с которыми мы сталкиваемся, просто
доли фарада — обычно микрофарады (миллионные доли фарада, пишется мкФ),
нанофарады (тысячные доли фарада, записанные нФ), и
пикофарады (миллионные доли фарада, написано пФ).Суперконденсаторы хранят гораздо большие заряды,
иногда оценивается в тысячи фарадов.

Почему конденсаторы накапливают энергию?

Если вы находите конденсаторы загадочными и странными, и они на самом деле не имеют для вас смысла,
вместо этого попробуйте подумать о гравитации. Предположим, вы стоите внизу какой-то ступеньки.
и вы решаете начать восхождение. Вы должны поднять свое тело против земного притяжения,
которая является притягивающей (тянущей) силой. Как говорят физики, чтобы подняться, нужно «работать».
лестница (работать против силы тяжести) и использовать энергию.Энергия, которую вы используете, не теряется,
но хранится в вашем теле в виде гравитационной потенциальной энергии, которую вы могли бы использовать для других целей
(например, спуск вниз по горке на уровень земли).

То, что вы делаете, когда поднимаетесь по ступеням, лестницам, горам или чему-то еще, работает против Земли.
гравитационное поле. Очень похожая вещь происходит с конденсатором. Если у вас положительный
электрический заряд и отрицательный электрический заряд, они притягиваются друг к другу, как противоположное
полюса двух магнитов — или как ваше тело и Земля.Если вы их разделите, вам придется «поработать» против этого электростатического заряда.
сила. Опять же, как и при подъеме по ступенькам, энергия, которую вы используете, не теряется, а накапливается зарядами, когда они
отдельный. На этот раз он называется электрической потенциальной энергией . И это, если вы не догадались
к настоящему времени это энергия, которую накапливает конденсатор. Две его пластины содержат противоположные заряды и
разделение между ними создает электрическое поле.
Вот почему конденсатор накапливает энергию.

Изображение: Разделение положительных и отрицательных зарядов сохраняет энергию. Это основная
принцип конденсатора.

Почему у конденсаторов две пластины?

Фото: Очень необычный регулируемый конденсатор с параллельными пластинами, который Эдвард Беннет Роса и Ноа Эрнест Дорси из Национального бюро стандартов (NBS) использовали для измерения скорости света в 1907 году. Точное расстояние между ними.
пластины можно регулировать (и измерять) с помощью микрометрического винта. Фотография любезно предоставлена ​​Национальным институтом стандартов и технологий цифровых коллекций, Гейтерсбург, Мэриленд 20899.

Как мы уже видели, конденсаторы имеют две токопроводящие пластины.
разделены изолятором. Чем больше тарелки, тем ближе они
являются, и чем лучше изолятор между ними, тем больше заряда
конденсатор можно хранить. Но почему все это правда? Почему бы не
у конденсаторов всего одна большая пластина? Попробуем найти простой и
удовлетворительное объяснение.

Предположим, у вас есть большой металлический шар, установленный на изоляционном
деревянная подставка. Вы можете хранить определенное количество электрического заряда на
сфера; чем он больше (чем больше радиус), тем больше заряда
вы можете хранить, и чем больше заряда вы храните, тем больше
потенциал (напряжение) сферы.Однако в конце концов вы достигнете
точка, в которой, если вы добавите хотя бы один дополнительный электрон (
наименьшая возможная единица заряда) конденсатор перестанет работать.
Воздух вокруг него разрушится, превратившись из изолятора в
проводник: заряд будет лететь по воздуху на Землю (землю) или
другой ближайший проводник в виде искры — электрического тока — в мини
заряд молнии. Максимальный заряд, который вы можете хранить на
сфера — это то, что мы подразумеваем под ее емкостью. Напряжение (В), заряд
(Q), и емкость связаны очень простым уравнением:

C = Q / V

Таким образом, чем больше заряда вы можете сохранить при данном напряжении, не вызывая
воздух для разрушения и искры, тем выше емкость.Если бы ты мог
как-то хранить больше заряда на сфере, не доходя до точки
там, где вы создали искру, вы бы эффективно увеличили ее
емкость. Как ты мог это сделать?

Забудьте о сфере. Предположим, у вас есть плоская металлическая пластина с
максимально возможный заряд, хранящийся на нем, и вы обнаружите, что пластина находится на
определенное напряжение. Если вы поднесете вторую идентичную тарелку поближе к
это, вы обнаружите, что можете хранить гораздо больше заряда на первой пластине для
такое же напряжение. Это потому, что первая пластина создает электрический
поле вокруг него, которое «индуцирует» равный и противоположный заряд
на второй тарелке.Таким образом, вторая пластина снижает напряжение.
первой пластины. Теперь мы можем хранить больше заряда на первой пластине
не вызывая искры. Мы можем продолжать делать это, пока не достигнем
исходное напряжение. С большим зарядом (Q), хранящимся точно так же
напряжение (В), уравнение C & равно; Q / V сообщает нам, что мы увеличили
емкость нашего устройства накопления заряда, добавив вторую пластину,
и именно поэтому конденсаторы имеют две пластины, а не одну.
На практике дополнительная пластина дает огромную разницу в , что
Вот почему все конденсаторы на практике имеют две пластины.

Как увеличить емкость?

Интуитивно очевидно, что если вы сделаете тарелки больше, вы сможете хранить
больше заряда (так же, как если бы вы сделали шкаф больше, вы можете набить больше
вещи внутри него). Так что увеличение площади пластин также
увеличивает емкость. Менее очевидно, если мы уменьшим расстояние
между пластинами, что также увеличивает емкость. Это
ведь чем короче расстояние между пластинами, тем больше эффект
пластины располагаются одна на другой.Вторая тарелка, будучи ближе,
еще больше снижает потенциал первой пластины, и это
увеличивает емкость.

Изображение: диэлектрик увеличивает емкость конденсатора за счет уменьшения электрического
поле между пластинами, таким образом уменьшая потенциал (напряжение) каждой пластины. Это означает, что вы можете хранить больше
заряд на пластинах при одинаковом напряжении. Электрическое поле в этом конденсаторе исходит от положительной пластины.
слева к отрицательной пластине справа.Поскольку противоположные заряды притягиваются, полярные молекулы (серые) диэлектрика выстраиваются в линию в противоположном направлении — и это то, что уменьшает поле.

Последнее, что мы можем сделать, чтобы увеличить емкость, это
изменить диэлектрик (материал между пластинами). Воздух работает неплохо, но
другие материалы даже лучше. Стекло как минимум в 5 раз больше
эффективнее воздуха, поэтому самые ранние конденсаторы (Leyden
банки, используя обычное стекло в качестве диэлектрика) работали так хорошо, но
это тяжело, непрактично, и его трудно втиснуть в небольшие помещения.Вощеный
бумага примерно в 4 раза лучше воздушной, очень тонкая, дешевая, легко
изготавливать крупными кусками и легко скатывать, что делает его отличным,
практический диэлектрик. Лучшие диэлектрические материалы сделаны из полярных
молекулы (с более положительным электрическим зарядом с одной стороны и
с другой стороны, больше отрицательного электрического заряда). Когда они сидят в
электрическое поле между двумя пластинами конденсатора, они совпадают со своими
заряды направлены напротив поля, что эффективно его уменьшает.
Это снижает потенциал на пластинах и, как и раньше, увеличивает
их емкость. Теоретически вода, состоящая из крошечных
полярные молекулы, будут отличным диэлектриком, примерно в 80 раз
лучше воздуха. На практике все не так хорошо (протекает и
высыхает и превращается из жидкости в лед или пар при относительно
умеренные температуры), поэтому в реальных конденсаторах он не используется.

Диаграмма: Различные материалы делают диэлектрики лучше или хуже в зависимости от того, насколько хорошо они изолируют пространство между пластинами конденсатора и уменьшают электрическое поле между ними.Измерение, называемое относительной диэлектрической проницаемостью, говорит нам, насколько хорошим будет диэлектрик. Вакуум является наихудшим диэлектриком, и его относительная диэлектрическая проницаемость равна 1. Другие диэлектрики измеряются относительно (путем их сравнения) с вакуумом. Воздух примерно такой же. Бумага примерно в 3 раза лучше. Спирт и вода, имеющие полярные молекулы, являются особенно хорошими диэлектриками.

Что такое конденсатор (C)

Что такое конденсатор и расчет конденсатора.

Что такое конденсатор

Конденсатор — это электронный компонент, который хранит
электрический заряд.Конденсатор состоит из двух замкнутых проводников (обычно пластин), которые
разделены диэлектрическим материалом. Пластины накапливаются
электрический заряд при подключении к источнику питания. Одна тарелка
накапливает положительный заряд, а другая пластина накапливает отрицательный заряд.

Емкость — это количество электрического заряда, который сохраняется в конденсаторе при напряжении 1 Вольт.

Емкость измеряется в единицах Фарад (Ф).

Конденсатор отключает ток в цепях постоянного (DC) и короткое замыкание в цепях переменного (AC).

Фотографии конденсатора

Обозначения конденсаторов

Емкость

Емкость (C) конденсатора равна электрическому заряду (Q), деленному на напряжение (В):

C — емкость в фарадах (Ф)

Q — это электрический заряд в кулонах (Кл), накопленный на конденсаторе

В — напряжение между пластинами конденсатора в вольтах (В)

Емкость пластин конденсатора

Емкость (C) пластин конденсатора равна диэлектрической проницаемости (ε), умноженной на площадь пластины (A), деленную на
зазор или расстояние между пластинами (d):

C — емкость конденсатора в фарадах (Ф).

ε — диэлектрическая проницаемость диалектического материала конденсатора в фарадах на метр (Ф / м).

А — площадь пластины конденсатора в квадратных метрах ( ² м).

d — расстояние между пластинами конденсатора в метрах (м).

Конденсаторы серийные

Суммарная емкость конденсаторов, включенных последовательно, C1, C2, C3, ..:

Конденсаторы параллельно

Суммарная емкость конденсаторов, включенных параллельно, C1, C2, C3 ,.. :

C _Итого = C ₁ + C ₂ + C ₃ + …

Ток конденсатора

Мгновенный ток конденсатора i _c (t) равен емкости конденсатора

раз производная мгновенного напряжения конденсатора v _c (t):

Напряжение конденсатора

Мгновенное напряжение конденсатора v _c (t) равно начальному напряжению конденсатора

плюс 1 / C, умноженный на интеграл мгновенного тока конденсатора i _c (t) за время t:

Энергия конденсатора

Накопленная энергия конденсатора E _C
в джоулях (Дж) равна емкости C в фарадах (Ф)

раз больше напряжения конденсатора квадратной формы В _C
в вольтах (В) разделенных на 2:

E _C = C × V _C ² /2

Цепи переменного тока

Угловая частота

ω = 2 π f

ω — угловая скорость, измеренная в радианах в секунду (рад / с)

f — частота, измеренная в герцах (Гц).

Реактивное сопротивление конденсатора

Импеданс конденсатора

Декартова форма:

Полярная форма:

Z _C = X _C ∟-90º

Типы конденсаторов

Конденсатор переменной емкости	Конденсатор переменной емкости с изменяемой емкостью
Конденсатор электролитический	Электролитические конденсаторы используются, когда требуется большая емкость.Большинство электролитических конденсаторов поляризованы
Конденсатор сферический	Сферический конденсатор сферической формы
Конденсатор силовой	Силовые конденсаторы используются в высоковольтных энергосистемах.
Керамический конденсатор	Керамический конденсатор имеет керамический диэлектрический материал. Имеет функцию высокого напряжения.
Танталовый конденсатор	Диэлектрический материал из оксида тантала. Имеет высокую емкость
Слюдяной конденсатор	Конденсаторы высокой точности
Конденсатор бумажный	Бумажный диэлектрический материал

См. Также:

Конденсаторы и емкость — Университетская физика, том 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните понятие конденсатора и его емкости
• Опишите, как оценить емкость системы проводов

Конденсатор — это устройство, используемое для хранения электрического заряда и электрической энергии.Он состоит как минимум из двух электрических проводников, разделенных расстоянием. (Обратите внимание, что такие электрические проводники иногда называют «электродами», но, точнее, они «обкладки конденсатора».) Пространство между конденсаторами может быть просто вакуумом, и в этом случае конденсатор будет известен как «Вакуумный конденсатор». Однако пространство обычно заполняется изолирующим материалом, известным как диэлектрик. (Вы узнаете больше о диэлектриках в разделах, посвященных диэлектрикам, далее в этой главе.) Объем накопителя в конденсаторе определяется свойством, называемым емкостью , , о котором вы узнаете больше чуть позже в этом разделе.

Конденсаторы

имеют различные применения: от фильтрации статического электричества, радиоприема до накопления энергии в дефибрилляторах сердца. Обычно в промышленных конденсаторах две проводящие части расположены близко друг к другу, но не соприкасаются, как показано на (Рисунок). В большинстве случаев между двумя пластинами используется диэлектрик. Когда клеммы батареи подключены к первоначально незаряженному конденсатору, потенциал батареи перемещает небольшой заряд величиной Q с положительной пластины на отрицательную.Конденсатор в целом остается нейтральным, но заряжается и находится на противоположных пластинах.

Оба конденсатора, показанные здесь, были изначально разряжены перед подключением к батарее. Теперь у них есть заряды и (соответственно) на своих тарелках. (a) Конденсатор с параллельными пластинами состоит из двух пластин противоположного заряда с площадью A , разделенных расстоянием d . (b) Катаный конденсатор имеет диэлектрический материал между двумя проводящими листами (пластинами).

Система, состоящая из двух идентичных параллельно проводящих пластин, разделенных расстоянием, называется конденсатором с параллельными пластинами ((Рисунок)).Величина электрического поля в пространстве между параллельными пластинами составляет, где обозначает поверхностную плотность заряда на одной пластине (напомним, что это заряд Q на площадь поверхности A, ). Таким образом, величина поля прямо пропорциональна Q .

Разделение зарядов в конденсаторе показывает, что заряды остаются на поверхности обкладок конденсатора. Линии электрического поля в конденсаторе с параллельными пластинами начинаются с положительных зарядов и заканчиваются отрицательными зарядами.Величина электрического поля в пространстве между пластинами прямо пропорциональна количеству заряда на конденсаторе.

Конденсаторы с разными физическими характеристиками (такими как форма и размер пластин) накапливают разное количество заряда для одного и того же приложенного напряжения В на своих пластинах. Емкость C конденсатора определяется как отношение максимального заряда Q , который может храниться в конденсаторе, к приложенному напряжению В на его пластинах.Другими словами, емкость — это наибольшая величина заряда на вольт, которая может храниться на устройстве:

Единица измерения емкости в системе СИ — фарад (Ф), названная в честь Майкла Фарадея (1791–1867). Поскольку емкость — это заряд на единицу напряжения, один фарад равен одному кулону на один вольт, или

.

По определению, конденсатор емкостью 1,0 мкФ может сохранять заряд 1,0 К (очень большой заряд), когда разность потенциалов между его пластинами составляет всего 1,0 В. Следовательно, один фарад является очень большой емкостью.Типичные значения емкости варьируются от пикофарад до миллифарад, включая микрофарады (). Конденсаторы могут быть изготовлены различных форм и размеров ((рисунок)).

Это некоторые типичные конденсаторы, используемые в электронных устройствах. Размер конденсатора не обязательно зависит от его емкости. (Источник: Windell Oskay)

Расчет емкости

Мы можем рассчитать емкость пары проводов с помощью следующего стандартного подхода.

Стратегия решения проблем: расчет емкости

1. Предположим, что конденсатор имеет заряд Q .
2. Определите электрическое поле между проводниками. Если в расположении проводников присутствует симметрия, вы можете использовать закон Гаусса для этого расчета.
3. Найдите разность потенциалов между проводниками из

   , где путь интеграции ведет от одного проводника к другому. Тогда величина разности потенциалов.

4. При известном В емкость можно получить непосредственно из (Рисунок).

Чтобы показать, как работает эта процедура, мы теперь вычисляем емкости параллельных пластин, сферических и цилиндрических конденсаторов. Во всех случаях мы предполагаем вакуумные конденсаторы (пустые конденсаторы) без диэлектрического вещества в пространстве между проводниками.

Конденсатор с параллельными пластинами

Конденсатор с параллельными пластинами ((Рисунок)) имеет две идентичные проводящие пластины, каждая из которых имеет площадь поверхности A , разделенных расстоянием d .Когда на конденсатор подается напряжение В , он сохраняет заряд Q , как показано. Мы можем увидеть, как его емкость может зависеть от A и d , рассматривая характеристики кулоновской силы. Мы знаем, что сила между зарядами увеличивается с увеличением заряда и уменьшается с расстоянием между ними. Следует ожидать, что чем больше пластины, тем больше заряда они могут хранить. Таким образом, C должно быть больше для большего значения A .Точно так же, чем ближе пластины друг к другу, тем сильнее на них притяжение противоположных зарядов. Следовательно, C должно быть больше для меньшего d .

В конденсаторе с параллельными пластинами с пластинами, разнесенными на расстояние d , каждая пластина имеет одинаковую площадь поверхности A .

Определим поверхностную плотность заряда на пластинах как

Из предыдущих глав мы знаем, что когда d мало, электрическое поле между пластинами довольно однородно (без учета краевых эффектов) и что его величина определяется как

.

, где постоянная — это диэлектрическая проницаемость свободного пространства, единица измерения Ф / м в системе СИ эквивалентна так как электрическое поле между пластинами однородно, разность потенциалов между пластинами равна

.

Следовательно (рисунок) дает емкость конденсатора с параллельными пластинами как

Обратите внимание на это уравнение, что емкость является функцией только геометрии и того, какой материал заполняет пространство между пластинами (в данном случае вакуум) этого конденсатора.Фактически, это верно не только для конденсатора с параллельными пластинами, но и для всех конденсаторов: емкость не зависит от Q или В . При изменении заряда соответственно изменяется и потенциал, так что Q / V остается постоянным.

Емкость и заряд, накопленный в конденсаторе с параллельными пластинами (a) Какова емкость пустого конденсатора с параллельными пластинами с металлическими пластинами, площадь каждой из которых составляет 1,00 мм? (б) Сколько заряда хранится в этом конденсаторе, если к нему приложено напряжение?

Стратегия Определение емкости C — это простое приложение (рисунок). Найдя C , мы сможем найти накопленный заряд, используя (Рисунок).

Решение

1. Ввод данных значений в (рисунок) дает

   Это небольшое значение емкости указывает на то, насколько сложно изготовить устройство с большой емкостью.

2. Инвертирование (рисунок) и ввод известных значений в это уравнение дает

Значение Этот заряд лишь немного больше, чем в типичных приложениях статического электричества.Поскольку воздух разрушается (становится проводящим) при напряженности электрического поля около 3,0 МВ / м, на этом конденсаторе больше не может храниться заряд при увеличении напряжения.

A 1-F конденсатор с параллельными пластинами. Предположим, вы хотите сконструировать конденсатор с параллельными пластинами емкостью 1,0 F. Какую площадь необходимо использовать для каждой пластины, если пластины разделены на 1,0 мм?

Переставляя решение (рисунок), получаем

Каждая квадратная пластина должна быть 10 км в поперечнике. Раньше было обычным розыгрышем — попросить студента пойти в склад лаборатории и попросить конденсатор с параллельными пластинами 1F, пока обслуживающий персонал не устанет от шуток.

Проверьте свое понимание Емкость конденсатора с параллельными пластинами составляет 2,0 пФ. Если площадь каждой пластины равна, каково расстояние между пластинами?

Проверьте свое понимание Убедитесь в этом и используйте те же физические единицы.

Цилиндрический конденсатор

Цилиндрический конденсатор состоит из двух концентрических проводящих цилиндров ((Рисунок)). Внутренний цилиндр радиуса может быть либо оболочкой, либо полностью твердым.Внешний цилиндр представляет собой оболочку внутреннего радиуса. Мы предполагаем, что длина каждого цилиндра составляет х и что избыточные заряды и находятся на внутреннем и внешнем цилиндрах, соответственно.

Цилиндрический конденсатор состоит из двух концентрических проводящих цилиндров. Здесь заряд на внешней поверхности внутреннего цилиндра положительный (обозначен значком), а заряд на внутренней поверхности внешнего цилиндра отрицательный (обозначен значком).

Если не учитывать краевые эффекты, электрическое поле между проводниками направлено радиально наружу от общей оси цилиндров.Используя гауссову поверхность, показанную на (Рисунок), мы имеем

Следовательно, электрическое поле между цилиндрами равно

Здесь — единичный радиальный вектор по радиусу цилиндра. Можно подставить в (рисунок) и найти разность потенциалов между цилиндрами:

Таким образом, емкость цилиндрического конденсатора

Как и в других случаях, эта емкость зависит только от геометрии расположения проводников. Важным применением (рисунок) является определение емкости на единицу длины коаксиального кабеля , который обычно используется для передачи изменяющихся во времени электрических сигналов. Коаксиальный кабель состоит из двух концентрических цилиндрических проводников, разделенных изоляционным материалом. (Здесь мы предполагаем наличие вакуума между проводниками, но физика качественно почти такая же, когда пространство между проводниками заполнено диэлектриком.) Эта конфигурация экранирует электрический сигнал, распространяющийся по внутреннему проводнику, от паразитных электрических полей, внешних по отношению к проводнику. кабель. Ток течет в противоположных направлениях во внутреннем и внешнем проводниках, при этом внешний провод обычно заземлен.Теперь, как показано на рисунке, емкость коаксиального кабеля на единицу длины равна

.

В практических приложениях важно выбирать конкретные значения C / l . Это может быть достигнуто за счет соответствующего выбора радиусов проводников и изоляционного материала между ними.

Проверьте свое понимание Когда цилиндрический конденсатор получает заряд 0,500 нКл, между цилиндрами измеряется разность потенциалов 20,0 В. а) Какова емкость этой системы? (b) Если длина цилиндров составляет 1,0 м, каково соотношение их радиусов?

Несколько типов практических конденсаторов показаны на (Рисунок). Обычные конденсаторы часто состоят из двух небольших кусочков металлической фольги, разделенных двумя небольшими кусочками изоляции (см. (Рисунок) (b)). Металлическая фольга и изоляция покрыты защитным покрытием, а два металлических вывода используются для подключения фольги к внешней цепи. Некоторые распространенные изоляционные материалы — это слюда, керамика, бумага и антипригарное покрытие Teflon ™.

Другой популярный тип конденсатора — электролитический конденсатор. Он состоит из окисленного металла в проводящей пасте. Основным преимуществом электролитического конденсатора является его высокая емкость по сравнению с другими распространенными типами конденсаторов. Например, емкость одного типа алюминиевого электролитического конденсатора может достигать 1,0 F. Однако вы должны быть осторожны при использовании электролитического конденсатора в цепи, потому что он работает правильно только тогда, когда металлическая фольга находится под более высоким потенциалом, чем проводящая паста. Когда возникает обратная поляризация, электролитическое действие разрушает оксидную пленку. Этот тип конденсатора не может быть подключен к источнику переменного тока, потому что в половине случаев переменное напряжение будет иметь неправильную полярность, поскольку переменный ток меняет свою полярность (см. Схемы переменного тока в цепях переменного тока).

Воздушный конденсатор переменной емкости ((Рисунок)) имеет два набора параллельных пластин. Один набор пластин закреплен (обозначен как «статор»), а другой набор пластин прикреплен к валу, который может вращаться (обозначается как «ротор»).Поворачивая вал, можно изменять площадь поперечного сечения в перекрытии пластин; следовательно, емкость этой системы может быть настроена на желаемое значение. Настройка конденсатора находит применение в любом типе радиопередачи и при приеме радиосигналов от электронных устройств. Каждый раз, когда вы настраиваете автомобильное радио на любимую станцию, думайте о емкости.

В конденсаторе переменного тока емкость можно регулировать, изменяя эффективную площадь пластин. (кредит: модификация работы Робби Спроул)

Символы, показанные на (Рисунок), представляют собой схемные изображения различных типов конденсаторов.Обычно мы используем символ, показанный на (Рисунок) (а). Символ на (Рисунок) (c) представляет конденсатор переменной емкости. Обратите внимание на сходство этих символов с симметрией конденсатора с параллельными пластинами. Электролитический конденсатор частично представлен символом (Рисунок) (b), где изогнутая пластина обозначает отрицательный вывод.

Здесь показаны три различных схемных представления конденсаторов. Символ в (а) является наиболее часто используемым. Символ в (b) представляет собой электролитический конденсатор.Символ в (c) представляет конденсатор переменной емкости.

Интересный прикладной пример модели конденсатора взят из клеточной биологии и имеет дело с электрическим потенциалом в плазматической мембране живой клетки ((рисунок)). Клеточные мембраны отделяют клетки от их окружения, но позволяют некоторым отобранным ионам проходить внутрь или из клетки. Разность потенциалов на мембране составляет около 70 мВ. Клеточная мембрана может иметь толщину от 7 до 10 нм. Рассматривая клеточную мембрану как конденсатор наноразмеров, оценка наименьшей напряженности электрического поля на его «пластинах» дает значение.

Этой величины электрического поля достаточно, чтобы вызвать электрическую искру в воздухе.

Полупроницаемая мембрана биологической клетки имеет разные концентрации ионов на внутренней поверхности, чем на внешней. Диффузия перемещает ионы (калия) и (хлорида) в показанных направлениях, пока кулоновская сила не остановит дальнейшую передачу. Таким образом, внешняя часть мембраны приобретает положительный заряд, а ее внутренняя поверхность приобретает отрицательный заряд, создавая разность потенциалов на мембране.Мембрана обычно непроницаема для Na + (ионов натрия).

Сводка

• Конденсатор — это устройство, которое накапливает электрический заряд и электрическую энергию. Количество заряда, которое может хранить вакуумный конденсатор, зависит от двух основных факторов: приложенного напряжения и физических характеристик конденсатора, таких как его размер и геометрия.
• Емкость конденсатора — это параметр, который говорит нам, сколько заряда может храниться в конденсаторе на единицу разности потенциалов между его пластинами.Емкость системы проводников зависит только от геометрии их расположения и физических свойств изоляционного материала, заполняющего пространство между проводниками. Единицей измерения емкости является фарад, где

Концептуальные вопросы

Зависит ли емкость устройства от приложенного напряжения? Зависит ли емкость устройства от заряда, находящегося на нем?

Не могли бы вы разместить пластины конденсатора с параллельными пластинами ближе друг к другу или дальше друг от друга, чтобы увеличить их емкость?

Значение емкости равно нулю, если пластины не заряжены. Правда или ложь?

Если пластины конденсатора имеют разные площади, будут ли они заряжаться одинаково, когда конденсатор подключен к батарее?

Зависит ли емкость сферического конденсатора от того, какая сфера заряжена положительно или отрицательно?

Проблемы

Какой заряд накапливается в конденсаторе при приложении к нему 120,0 В?

Найдите заряд, накопленный при подаче 5,50 В на конденсатор емкостью 8,00 пФ.

Рассчитайте напряжение, приложенное к конденсатору, когда он сохраняет заряд.

Какое напряжение необходимо подать на конденсатор емкостью 8,00 нФ для накопления заряда 0,160 мкКл?

Какая емкость необходима для хранения заряда при напряжении 120 В?

Какова емкость вывода большого генератора Ван-де-Граафа, учитывая, что он хранит 8,00 мКл заряда при напряжении 12,0 МВ?

Пластины пустого плоского конденсатора емкостью 5,0 пФ находятся на расстоянии 2,0 мм друг от друга. Какова площадь каждой пластины?

А 60.Вакуумный конденсатор 0 пФ имеет плоскую обкладку. Какое расстояние между его пластинами?

Набор параллельных пластин имеет емкость. Какой заряд нужно добавить к пластинам, чтобы разность потенциалов между ними увеличилась на 100 В?

Считайте Землю сферическим проводником радиусом 6400 км и рассчитайте ее емкость.

Если емкость на единицу длины цилиндрического конденсатора составляет 20 пФ / м, каково отношение радиусов двух цилиндров?

Пустой конденсатор с параллельными пластинами имеет емкость.Сколько заряда должно стечь с пластин, прежде чем напряжение на них снизится на 100 В?

Глоссарий

емкость

количество хранимого заряда на единицу вольт

конденсатор

Устройство, накапливающее электрический заряд и электрическую энергию

диэлектрик

изоляционный материал, используемый для заполнения пространства между двумя пластинами

конденсатор с параллельными пластинами

Система двух одинаковых параллельных проводящих пластин, разделенных расстоянием

Почему конденсаторы являются важными компонентами электронных схем

С развитием технологий конденсаторы стали важными компонентами почти каждого электронного устройства. Они способны накапливать электрический заряд, но ненадолго.

По Потшангбам июля

Подобно перезаряжаемой батарее, конденсаторы накапливают и выделяют энергию. Конденсаторы хранят потенциальную энергию в электрическом поле, тогда как батареи накапливают энергию в форме химической энергии, которая позже превращается в электрическую энергию. Конденсаторы обладают такими функциями, как возможность легкой зарядки-разрядки. Сегодня растет спрос на более качественные конденсаторы для носимых устройств, бытовой электроники и промышленного применения.

Важность конденсаторов
Конденсатор, также известный как конденсатор, является одним из основных компонентов, необходимых для построения электронных схем. Конструкция схемы является неполной или она не будет функционировать должным образом без основных компонентов, таких как резисторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы и т. Д. Основная функция конденсаторов заключается в хранении электростатической энергии в электрическом поле и передаче этой энергии в схему. , когда необходимо. Они пропускают переменный ток, но блокируют прохождение постоянного тока, чтобы избежать опасного выхода из строя цепи.

Хотя конденсаторы крошечные, они обеспечивают различные преимущества в электронных схемах.

• Они накапливают энергию непосредственно на пластинах, что значительно ускоряет процесс зарядки / разрядки.
• Они эффективны при фильтрации нежелательных частот.

Конденсаторы

• могут эффективно справляться с потерями мощности и делать производство электроэнергии более экономичным.
• Они менее чувствительны к температуре.
• Конденсаторы разряжают ток практически мгновенно.
• Конденсаторы предпочтительнее для приложений переменного тока.
• Они могут работать с приложениями с высоким напряжением и, следовательно, подходят для случаев использования с высокой частотой.

Конденсаторы

• имеют длительный срок службы почти от десяти до 15 лет.

Типы конденсаторов и их применение
Существует несколько типов конденсаторов разной конструкции, для разных применений и функций. Ниже приведены наиболее распространенные типы конденсаторов, используемых в электронных схемах.

Пленочные конденсаторы: К ним относятся полиэфирная пленка, металлизированная пленка, полипропиленовая пленка, пленка PTE и конденсаторы на основе полистирольной пленки. Что отличает их друг от друга, так это материал, используемый в качестве диэлектрика.

] Диэлектрик следует выбирать с осторожностью, исходя из его свойств. Пленочные конденсаторы обладают рядом преимуществ — они очень надежны и имеют длительный срок службы. Их предпочитают в условиях высоких температур.

Пленочные конденсаторы

используются в автомобильных электронных устройствах, поскольку они демонстрируют стабильность при работе при высоких температурах и в условиях вибрации.Широкое применение пленочных конденсаторов также можно объяснить их способностью выдерживать высокое напряжение.

Керамические конденсаторы: Эти конденсаторы не имеют полярности и имеют фиксированную емкость. В качестве диэлектрического материала они используют керамическое вещество. Обычно используются два типа керамических конденсаторов — многослойный керамический конденсатор (MLCC) и керамический дисковый конденсатор. Следует отметить, что керамические материалы плохо проводят электричество; поэтому электрические заряды не могут проходить через них.Обратной стороной керамических конденсаторов является то, что незначительное изменение температуры приводит к изменению их емкости.

Низкая индуктивность керамических конденсаторов делает их пригодными для высокочастотных приложений. Они бывают небольших размеров и используются в различных электронных продуктах, включая телевизоры, мобильные телефоны, цифровые видеокамеры, ноутбуки и т. Д.

Электролитические конденсаторы: Их можно разделить на две категории: материал электрода (алюминий, тантал или ниобий) и свойства электролитов (влажный, твердый или гибрид влажный / твердый).Большинство электролитических конденсаторов имеют полярность; поэтому при постоянном напряжении важно исправлять полярность на обоих концах. Из-за своего небольшого размера и большой емкости электролитические конденсаторы подходят для использования в цепях питания постоянного тока. Их применения — соединение и развязка. Недостатком электролитических конденсаторов является их относительно низкое напряжение.

Бумажные конденсаторы: Они сконструированы с использованием бумаги в качестве диэлектрика и способны накапливать достаточный электрический заряд.Диапазон емкости для них варьируется от 0,001 до 2 000 мкФ, а напряжение очень высокое — до 2000 В. Этот конденсатор поглощает влагу из воздуха, что снижает сопротивление изоляции диэлектрика. Бумажные конденсаторы используются в фильтрах. Их также можно использовать в приложениях, требующих высокого напряжения и большого тока.

Общие проблемы при использовании неподходящих конденсаторов
Плохой конденсатор может привести к различным проблемам. Когда в цепи используется неправильный конденсатор, он не может стабилизировать высокое напряжение, что может отрицательно повлиять на систему, вызывая ее выход из строя раньше ожидаемого срока службы. Следует помнить, что все конденсаторы не сделаны из одних и тех же материалов. Следовательно, использование конденсатора плохого качества или конденсатора с неправильным номиналом может серьезно повлиять на работу схемы.

Другие проблемы, которые возникают из-за неправильного выбора конденсаторов, — это ненужная потеря мощности и нестабильные цепи. Кроме того, неправильный физический размер и тип конденсатора могут вызвать такие проблемы, как нежелательный шум, механическое напряжение, отказ цепи и т. Д. Также следует учитывать толщину внешнего слоя диэлектрика конденсатора.На этом слое обычно появляются трещины; поэтому толщина диэлектрика имеет большое значение для увеличения механической прочности, а также увеличения срока службы изделий.

Также, когда конденсатор низкого качества или когда в цепи более высокое напряжение, высока вероятность протечки химического изолятора. В таких случаях на печатную плату воздействует слабореактивное соединение, которое, в свою очередь, может повлиять на близлежащие компоненты и медную фольгу печатной платы.

Некоторые конденсаторы, имеющиеся на рынке

Модель: Конденсаторы полипропиленовые пленочные; Производитель: Panasonic

В этих конденсаторах, специально разработанных для подавления помех, используется негорючий пластиковый корпус и негорючая смола; они полностью соответствуют требованиям RoHS. Серия оснащена механизмом безопасности , который соответствует требованиям UL / CSA и европейского стандарта безопасности класса X2. Основные характеристики Влагостойкость проверена при 240 В переменного тока при 85 ° C / 85% в течение 1000 часов (C <1.0 мкФ) Имеет номинальное напряжение 275 В переменного тока, номинальную емкость от 0,10 мкФ до 4,7 мкФ и допуск емкости ± 10% (K), ± 20% (M). Диапазон температур категории от -40 ° C до + 110 ° C Контакт: www.panasonic.eu

Модель: Серия пленочных конденсаторов EPCOS B3277X / Y / Z; Производитель: TDK

Серия подходит для использования в цепях промежуточного контура, в качестве фильтров постоянного тока, для коррекции коэффициента мощности в промышленных преобразователях, а также для источников питания с повышенными требованиями к надежности. Эти области применения включают рентгеновское оборудование, светодиодное уличное освещение, индукционные плиты и электрические зарядные устройства . Основные характеристики Разработан для напряжений от 500 В до 1200 В постоянного тока со стандартной емкостью от 1,5 до 170 мкФ Максимальный ток до 36,5 А Максимальная рабочая температура компонентов, совместимых с RoHS, составляет 105 ° C. Контакт: www.tdk-electronics.tdk.com

Модель: керамический конденсатор MLCC, 100 нФ; Производитель: Murata

Компания утверждает, что это самый маленький в мире керамический конденсатор MLCC 100 нФ для смартфонов 5G.Его максимальная емкость составляет 0,1 мкФ (100 нФ). Компания добилась площади монтажной поверхности, которая примерно на 50 процентов меньше, а объем — примерно на 80 процентов меньше, чем у ее собственных обычных продуктов (размер 2552,7 см) с емкостью 0,1 мкФ. Более того, емкость этого продукта примерно в десять раз больше, чем у других продуктов такого же размера (размер 20330,16 см), первоначально выпускаемых компанией серийно. Контакт: www.murata.com

Модель: Vishay BC Компоненты 257 серии PRM-SI; Производитель: Vishay Intertechnology

Эта серия миниатюрных вставных алюминиевых электролитических конденсаторов позволяет создавать конструкции с более высокой плотностью мощности.Серия представляет собой цилиндрический алюминиевый корпус, изолированный синей гильзой. Конденсаторы серии 257 PRM-SI имеют номинальное напряжение до 500 В в 25 компактных корпусах размером от 22 мм x 25 мм до 35 мм x 60 мм. Устройства, соответствующие требованиям RoHS, также доступны с защелкивающимися клеммами с 3-контактным ключом. Основные характеристики • Размер корпуса (Д x Д в мм): от 22 x 25 до 35 x 60 • Диапазон емкости: от 56 мкФ до 3300 мкФ • Допуск: ± 20% • Срок службы при + 85 ° C: 5 000 часов. vishay.com

Модель: серия KXF; Производитель: United Chemi-Con

Серия KXF включает сверхминиатюрные алюминиевые электролитические сквозные конденсаторы. Гарантия на эту серию составляет от 15 000 до 20 000 часов работы для цепей светодиодного освещения и других долговечных высоковольтных источников питания. Эти конденсаторы идеально подходят для высоконадежных приложений, таких как светодиоды, зарядные устройства, повышающие преобразователи и миниатюрные импульсные источники питания. Основные характеристики • Диапазон номинального напряжения от 160 В до 450 В постоянного тока • Диапазон емкости от 5,6 мкФ до 68 мкФ • Поляризованные конденсаторы, не устойчивые к растворителям • Диаметр от 10 до 18 мм • Соответствует RoHS2 Контакт: www.chemi-con.com

Роль конденсатора | Технология

Идеальный партнер для электроники

В большинстве электронных устройств используются конденсаторы, которые являются бесценной частью электронных продуктов. Конденсаторы очень популярны во многих приложениях, таких как электронные схемы, силовые цепи и блоки питания.
Конденсатор упоминается как «Большая тройка пассивных компонентов» вместе с сопротивлением и катушкой, которые составляют основу электронных схем. Пассивные компоненты — это электронная часть, которая получает энергию для потребления, хранения и поставки.

В отличие от интегральных схем (IC), у него нет активной операции, когда низкая мощность усиливается для постоянного вывода мощности. Вы также можете рассматривать конденсатор как простую деталь для приема и подачи электричества.Однако, что более важно, такие пассивные компоненты являются незаменимыми частями для точной работы активных компонентов.

Три пассивных компонента также называются LCR, что означает катушка, конденсатор и сопротивление.

Состоит из двух металлических пластин и изолятора, Базовая модель конденсатора

[Рис.1] Основная структура конденсатора

Конденсатор в основном состоит из изолятора и двух металлических пластин, прикрепленных с обеих сторон изолятора. Изоляторы не проводят ток.Изолятор, используемый для конденсаторов, называется диэлектриком. Пока электричество течет, положительные и отрицательные заряды переносятся внутри проводника.

Заряженный электричеством, поток заряда запускается, но он блокируется, поскольку между металлическими пластинами находится изолятор. Затем заряды накапливаются только на одной из двух металлических пластин. Между тем, другая металлическая пластина, прикрепленная к изолятору, имеет противоположный заряд.

Таким образом, конденсаторы имеют структуру для хранения электричества между двумя металлическими пластинами.В качестве изоляционных материалов используются газы, масла, керамика и смолы. Что касается форм металлических пластин, существует большое разнообразие типов с параллельными пластинами, пленкой, многослойной и т. Д. Количество накопленных зарядов, а также поддерживаемые частоты различаются в зависимости от типов изоляторов или конструкции конденсаторов. Итак, необходимо выбрать подходящий конденсатор, отвечающий вашим требованиям.

Значение конденсаторов

В принципе конденсаторы состоят из двух важных частей.

1. Накопление электрического заряда (электричества)
2. переменный ток протекает, но не постоянный ток

Подробнее о хранении электроэнергии см. В вышеупомянутой базовой конструкции конденсатора.
Поскольку электрический заряд накапливается между металлическими пластинами, передача электрического заряда прекращается, в результате чего постоянный ток перестает течь. Однако, другими словами, до тех пор, пока конденсаторы не будут полностью заряжены, даже постоянный ток может протекать в течение короткого периода времени. В случае переменного тока направление тока переключается с определенным интервалом, а затем конденсатор заряжается и разряжается.Таким образом, электричество выглядит как проходящее через конденсатор.
Соответственно, чем выше частота переменного тока, тем легче проходит через конденсаторы. Таким образом, конденсаторы играют в электронной схеме следующие три важные роли.

1) Зарядка и разрядка электрических зарядов

Конденсаторы могут заряжаться и разряжаться благодаря своей конструкции. Конденсаторы, обладающие электрическим зарядом и разрядом, также могут использоваться в качестве источника питания. Вспышки камеры используют эту особенность конденсаторов.
Чтобы получить сильный свет, к нему должно быть немедленно приложено высокое напряжение. Между тем, такое высокое напряжение в цепи для работы камеры не требуется. Кроме того, имеется подходящая конструкция конденсатора, в которой такое высокое излучение света обеспечивается за счет мгновенной разрядки электрического заряда, накопленного в конденсаторе.

2) Поддержание напряжения на прежнем уровне

Помимо вышеупомянутой особенности, конденсаторы также имеют функции для поддержания напряжения на определенном уровне.Конденсаторы полезны для уменьшения пульсации напряжения. Когда на параллельную цепь подается высокое напряжение, конденсатор заряжается, а с другой стороны, он разряжается низким напряжением.
В то время как электричество выходит переменным током, большинство электронных схем работает с постоянным током. Следовательно, переменный ток преобразуется в постоянный ток через схему выпрямителя, которая преобразует переменный ток в постоянный, но преобразованный постоянный ток представляет собой нестабильный ток с пульсациями на этой стадии. Чтобы справиться с этим, используется конденсатор для коррекции пульсаций и постоянного поддержания напряжения.

3) Удаление шума

Что касается шумоподавления, то функция конденсатора, пропускающего переменный ток, но постоянный ток, полезна для удаления шума. В общем, поскольку шум в постоянном токе является высокочастотной составляющей переменного тока, он имеет тенденцию легко проходить через конденсатор.
Путем вставки ответвленной цепи между входом и выходом формируется земля для подключения к конденсатору. После этого переменная составляющая проходит только через конденсатор, а затем постоянный ток течет в выходной цепи.

Типы конденсаторов

Алюминиевый электролитический конденсатор

Конденсатор изготовлен из алюминия и другого металла. Поскольку оксидная пленка блокирует электричество, она используется в качестве диэлектрического материала, образуя поверхность алюминия. Конденсаторы этого типа обладают большой емкостью по доступной цене. Поэтому он широко используется в качестве конденсатора большой емкости. Однако у него есть некоторые слабые места, такие как плохие частотные характеристики, больший размер, потеря диэлектрика из-за утечки жидкости.

Танталовый конденсатор

В конденсаторе в качестве анода используется тантал, а в качестве диэлектрического материала — пятиокись тантала. Он имеет относительно большую емкость, но меньше по размеру, чем алюминиевый электролитический конденсатор. Кроме того, конденсатор превосходит алюминиевый конденсатор по характеристикам тока утечки, частотным характеристикам, конденсаторам и температурным характеристикам.

Электрический двухслойный конденсатор

Конденсаторы с двойным электрическим слоем имеют чрезвычайно большую емкость.Он более чем в 1000–10 000 раз превосходит алюминиевые электролитические конденсаторы, и его можно использовать повторно в течение длительного периода без ограничений, таких как количество циклов заряда / разряда. Благодаря уникальной особенности конденсатор можно использовать многократно. Конденсаторы с двойным электрическим слоем имеют электрические заряды, ориентированные на границе электролита и электрода, который называется «двойным электрическим слоем» и имеет размер одной молекулы. Слой используется в качестве диэлектрического материала конденсаторов с двойным слоем.Цена на конденсаторы с двойным электрическим слоем относительно высока по сравнению с другими.

Керамический конденсатор

Конденсаторы в основном делятся на три типа в зависимости от типа керамики, используемой в качестве диэлектрического материала: тип с низкой диэлектрической проницаемостью, тип с высокой диэлектрической проницаемостью и тип полупроводника. Основная особенность конденсатора заключается в том, что увеличение напряжения приводит к изменению его емкости. Небольшой конденсатор термостойкий, хотя он хрупкий и может быть поврежден или сломан.

Пленочный конденсатор

В этом типе пленки, такие как полиэстер и полиэтилен, используются в качестве диэлектрического материала.Полиэфирные, полипропиленовые и другие пленки зажаты между электродной фольгой с обеих сторон и намотаны в цилиндрическую форму. Неполярный конденсатор, который больше керамического, имеет высокое сопротивление изоляции и отсутствие электрических потерь. Он также обеспечивает высокую надежность с отличными частотными и температурными характеристиками.

Конденсатор слюдяной

В качестве диэлектрического материала в конденсаторе используется слюда — природный минерал. Слюда идеально подходит для конденсатора, так как обладает высокими диэлектрическими свойствами и может отслаиваться.Слюдяные конденсаторы обладают превосходными характеристиками, такими как сопротивление изоляции, тангенс угла диэлектрических потерь, частотные и температурные характеристики, хотя есть некоторые недостатки в том, что они дороги и имеют большой размер.
Для получения дополнительной информации о типах конденсаторов перейдите по ссылке ниже.
Типы конденсаторов. Базовые знания компонентов

Соответствующие технические знания

ЧТО ТАКОЕ КОНДЕНСАТОРЫ? КАРТОЧКИ ИЗМЕНЕНИЯ

ЧТО ТАКОЕ КОНДЕНСАТОРЫ? КАРТОЧКИ ПЕРЕСМОТРА

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ УКАЗАТЕЛЬНОЙ СТРАНИЦЫ

ЧТО ТАКОЕ КОНДЕНСАТОРЫ? КАРТОЧКИ ИЗМЕНЕНИЙ

В.Райан
2013

ФАЙЛ PDF — НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ПЕЧАТИ РАБОЧЕГО ЛИСТА
ВВЕДЕНИЕ — КОНДЕНСАТОРЫ Конденсаторы — это компоненты, которые используются для хранения электрического заряда. Их часто используют в схемах таймера. Конденсатор можно использовать с резистор для создания таймера.Таймеры можно найти в большом количестве электронные устройства Иногда конденсаторы используются для сглаживания ток в цепи, так как они могут предотвратить ложное срабатывание других компоненты, такие как реле.		ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ Электролитические конденсаторы «поляризованы», что означает, что они имеют положительный и отрицательный выводы и должны быть расположены в цепи справа наоборот (положительный вывод должен идти к положительному полюсу цепи). Они имеют гораздо более высокую емкость, чем неэлектролитические. конденсаторы.
КЕРАМИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ Неэлектролитические конденсаторы обычно имеют низкую емкость по сравнению с электролитические конденсаторы. Они не поляризованы (не имеют положительный и отрицательный вывод) и могут быть помещены в цепь в любом случае. Обычно они используются для сглаживания тока (электрического тока) в цепь, чтобы цепь работала без сбоев.
ВОПРОСЫ
1.Вообще, почему в схемах часто встречаются конденсаторы? 3 марки
2. Чем отличаются электролитические конденсаторы от керамических? 4 марки
НАЖМИТЕ УКАЗАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНИКИ ЗДЕСЬ, СТР. alexxlab Посмотреть все записи автора alexxlab → Вам также может понравиться Замер сопротивления провода: Как измерить сопротивление изоляции кабеля 30.09.202104.11.2020 Категория размещения у3: УХЛ1, У1, УХЛ2, У2, УХЛ3, У3, УХЛ4, У4 и т.п. 09.02.197015.06.2021 Чему равна скорость света в км час: «Какова скорость света? » – Яндекс.Кью 24.10.197105.01.2022 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт