Конденсатор как обозначается: Условные обозначения конденсаторов

Условные обозначения конденсаторов

Основным параметром конденсатора является его номинальная емкость, измеряемая в фарадах ( Ф ) микрофарадах ( мкФ ) или пикофарадах ( пФ ).

Допустимые отклонения емкости конденсатора от номинального значения указаны в стандартах и определяют класс его точности. Для конденсаторов, как и для сопротивлений, чаще всего применяются три класса точности I ( E24 ), II ( Е12 ) и III ( E6 ), соответствующие допускам ±5 %, ±10 % и ±20 %.

Конденсаторы

По виду изменения емкости конденсаторы делятся на изделия с постоянной емкостью, переменной и саморегулирующиеся.
Номинальная емкость указывается на корпусе конденсатора. Для сокращения записи применяется специальное кодирование:

• П – пикофарады – пФ
• Н – одна нанофарада
• М – микрофарад – мкФ

Ниже в качестве примера приводятся кодированные обозначения конденсаторов:

• 51П – 51 пФ
• 5П1 – 5,1 пФ
• h2 – 100 пФ
• 1Н – 1000 пФ
• 1Н2 – 1200 пФ
• 68Н – 68000 пФ = 0,068 мкФ
• 100Н – 100 000 пФ = 0,1 мкФ
• МЗ – 300 000 пФ = 0,3 мкФ
• 3М3 – 3,3 мкФ
• 10М – 10 мкФ

Числовые значения ёмкостей 130 пФ и 7500 пФ

целые числа ( от 0 до 9999 пФ )

Конструкции конденсаторов постоянной емкости и материал, из которого они изготовляются, определяются их назначением и диапазоном рабочих частот.

Высокочастотные конденсаторы имеют большую стабильность, заключающуюся в незначительном изменении емкости при изменении температуры, малые допустимые отклонения емкости от номинального значения, небольшие размеры и вес. Они бывают керамическими (типов КЛГ, КЛС, КМ, КД, КДУ, КТ, КГК, КТП и др.), слюдяными ( КСО, КГС, СГМ ), стеклокерамическими ( СКМ ), стеклоэмалевыми ( КС ) и стеклянными ( К21У ).

Конденсатор с дробной ёмкостью

от 0 до 9999 Пф

Для цепей постоянного, переменного и пульсирующего токов низкой частоты требуются конденсаторы с большими емкостями, измеряемыми тысячами микрофарад. В связи с этим выпускаются бумажные (типов БМ, КБГ ), металлобумажные ( МБГ, МБМ ), электролитические ( КЭ , ЭГЦ, ЭТО, К50, К52, К53 и др. ) и пленочные ( ПМ, ПО, К73, К74, К76 ) конденсаторы.

Конструкции конденсаторов постоянной емкости разнообразны. Так, слюдяные, стеклоэмалевые, стеклокерамические и отдельные типы керамических конденсаторов имеют пакетную конструкцию. В них обкладки, выполненные из металлической фольги или в виде металлических пленок, чередуются с пластинами из диэлектрика (например, слюды).

Емкость конденсатора 0,015 мкФ

Конденсатор с ёмкостью 1 мкФ

Для получения значительной емкости формируют пакет из большого числа таких элементарных конденсаторов. Электрически соединяют между собой все верхние обкладки и отдельно – нижние. К местам соединений припаивают проводники, служащие выводами конденсатора. Затем пакет спрессовывают и помещают в корпус.

Применяется и дисковая конструкция керамических конденсаторов. Роль обкладок в них выполняют металлические пленки, нанесенные на обе стороны керамического диска.
Бумажные конденсаторы часто имеют рулонную конструкцию. Полосы алюминиевой фольги, разделенные бумажными лентами с высокими диэлектрическими свойствами, свертываются в рулон. Для получения большой емкости рулоны соединяют друг с другом и помещают в герметичный корпус.

В электролитических конденсаторах диэлектрик представляет собой оксидную пленку, наносимую на алюминиевую или танталовую пластинку, являющуюся одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка – электролит.

Электролитический конденсатор 20,0 × 25В

Металлический стержень ( анод ) должен подключаться к точке с более высоким потенциалом, чем соединенный с электролитом корпус конденсатора ( катод ). При невыполнении этого условия сопротивление оксидной пленки резко уменьшается, что приводит к увеличению тока, проходящего через конденсатор, и может вызвать его разрушение.

Такую конструкцию имеют электролитические конденсаторы типа КЭ. Выпускаются также электролитические конденсаторы с твердым электролитом ( типа К50 ).

Проходной конденсатор

Конденсатор переменной ёмкости от 9 пФ до 270 пФ

Площадь перекрытия пластин или расстояние между ними у конденсаторов переменной емкости можно изменять различными способами. При этом меняется и емкость конденсатора. Одна из возможных конструкций конденсатора переменной емкости ( КПЕ ) изображена на рисунке справа.

Конденсатор переменной ёмкости от 9 пФ до 270 пФ

Здесь емкость изменяется путем различного расположения роторных (подвижных) пластин относительно статорных (неподвижных). Зависимость изменения емкости от угла поворота определяется конфигурацией пластин. Величина минимальной и максимальной емкости зависит от площади пластин и расстояния между ними. Обычно минимальная емкость Смин, измеряемая при полностью выведенных роторных пластинах, составляет единицы (до 10 – 20) пикофарад, а максимальная емкость Смакс, измеряемая при полностью выведенных роторных пластинах, – сотни пикофарад.

В радиоаппаратуре часто используются блоки КПЕ, скомпонованные из двух, трех и более конденсаторов переменной емкости, механически связанных друг с другом.

Конденсатор переменной ёмкости от 12 пФ до 497 пФ

Благодаря блокам КПЕ можно изменять одновременно и на одинаковую величину емкость различных цепей устройства.

Разновидностью КПЕ являются подстроечные конденсаторы. Их емкость так же, как и сопротивление подстроечных резисторов, изменяют лишь с помощью отвертки. В качестве диэлектрика в таких конденсаторах могут использоваться воздух или керамика.

Конденсатор подстроечный от 5 пФ до 30 пФ

На электрических схемах конденсаторы постоянной емкости обозначаются двумя параллельными отрезками, символизирующими обкладки конденсатора, с выводами от их середин. Рядом указывают условное буквенное обозначение конденсатора – букву С (от лат. Capacitor – конденсатор).

После буквы С ставится порядковый номер конденсатора в данной схеме, а рядом через небольшой интервал пишется другое число, указывающее на номинальное значение емкости.

Емкость конденсаторов от 0 до 9999 пФ указывают без единицы измерения, если емкость выражена целым числом , и с единицей измерения – пФ, если емкость выражена дробным числом.

Подстроечные конденсаторы

Емкость конденсаторов от 10 000 пФ (0,01 мкФ) до 999 000 000 пФ (999 мкФ) указывают в микрофарадах в виде десятичной дроби либо как целое число, после которого ставят запятую и нуль. В обозначениях электролитических конденсаторов знаком «+» помечается отрезок, соответствующий положительному выводу – аноду, и после знака «х» – номинальное рабочее напряжение.

Конденсаторы переменной емкости (КПЕ) обозначаются двумя параллельными отрезками, перечеркнутыми стрелкой.

Если необходимо, чтобы к данной точке устройства подключались именно роторные пластины, то на схеме они обозначаются короткой дугой. Рядом указываются минимальный и максимальный пределы изменения емкости.

В обозначении подстроечных конденсаторов параллельные линии пересекаются отрезком с короткой черточкой, перпендикулярной одному из его концов.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Обозначение конденсаторов на схеме: как это происходит

Если требуется устройство для накопления заряда в схеме, используются конденсаторы. При рассмотрении элементов учитывается их удельная емкость, а также плотность энергии. Предусмотрено множество типов устройств, отличающихся по сборке и предназначению.

Описание

Конденсатор является двухполюсным элементом, которой служит уплотнителем. Основная задача — удержание переменной емкости в цепи. В момент подачи напряжения происходит перезарядка элемента. Далее осуществляется процесс накопления заряда и энергии электрического поля.

Конденсатор на схеме

Обозначение на схемах

Конденсатор на схеме может по-разному обозначаться в зависимости от цепи. Для понимания маркировки стоит рассмотреть распространённые типы элементов:

• с постоянной емкостью;
• поляризованные;
• танталовые;
• переменные;
• триммеры;
• ионисторы.

Обозначение конденсаторов на схеме связано с ГОСТом 2.728-74. Речь идет о межгосударственном стандарте, в котором прописана маркировка.

Поляризованные

Обозначение электролитических конденсаторов на схемах можно описать, как две горизонтальные полоски со знаком плюс. При рассмотрении товаров есть разделение на полярные и неполярные типы. Те и другие включаются в схему и отличаются по параметрам. Весь секрет заключается в процессе изготовления.

Поляризованный тип

Интересно! На примере алюминиевых моделей видно, что они производятся с обкладкой в фольге. Она выступает в качестве катода и является отличным проводником.

На схеме конденсатор может подсоединяться параллельно либо последовательно. Если взглянуть на цепь, на ней отображается постоянная, а также переменная емкость. Надписи пишутся сокращённо, однако по маркировке можно узнать точное значение. Представленные варианты отличаются высокой степенью стабильности, поэтому применяются в бытовой технике.

Отечественные аналоги продаются в замкнутых корпусах и являются компактными. Поляризованные конденсаторы могут быть пленочными либо керамическими. Учитывается электрика, а также показатель напряжения. Накопитель может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Полупроводниковые конденсаторы считаются наиболее распространёнными, и в цепи обозначаются с показателем предельной ёмкости. В промышленности востребованными остаются твердотельные компоненты, которые применяются в платах управления.

Танталовые

Элементы данного типа обозначаются двумя горизонтальными полосками. они производятся с покрытием диоксида марганца. Компоненты являются востребованными, поскольку обладают высокой мощностью, и по всем параметрам обходят алюминиевые элементы. Весь секрет кроется в использовании сухого электролита.

Танталовые модели

К основным особенностям стоит прописать такое:

• термостабильность,
• отсутствие утечек,
• высокое напряжение,
• значительный срок годности.

Вместе с тем в цепи конденсаторы страдают при повышенной температуре. У них низкий ток заряда, есть проблема с частотой. Электронная промышленность движется вперёд, поэтому танталовые типы всё чаще используются в платах управления.

Важно! Элементы востребованы по причинам компактных размеров и высокого напряжения.

Если рассматривать твердотельные модификации, они состоят из диэлектрика, защитного покрытия, а также катода с анодом. В цепи компоненты не бояться пониженных частот, поскольку учитывается высокое значение импеданса. Графический показатель рассчитывается, как отношение индуктивности к определенной емкости.

Дополнительно при рассмотрении схем конденсатора берется в расчет показатель фильтрации сигналов. Как правило, он не превышает 100 км. Чтобы элемент работал должным образом, определяется безопасный уровень тока и частоты.

Рассчитывается максимальная мощность компонента и уровень сопротивления, относительно рабочей частоты. В документации графической формы указывается параметр ESR, он демонстрирует мощность рассеивания. В цепи существует ряд факторов, влияющих на показатели:

• сигнал;
• максимальная температура;
• корректирующий множитель.

Чтобы просчитать среднюю частоту по схеме, рассчитывается среднеквадратичный ток. Для этого берется в расчет минимальное значение емкости и номинальная мощность. Если рассматривать печатные платы, конденсаторы могут обозначать значениями FR4, FR5, G10. Рядом с элементами подписывается параметр емкости.

Важно! При осмотре схемы учитываются размеры контактных зон.

Правила установки танталовых изделий:

• требуется паяльная паста;
• выбор места;
• доступные способы пайки.

Чтобы танталовый конденсатор эффективно работал на плате, подбирается паяльная паста и наносится толщиной в 0. 02 мм. Некоторые используют материалы с флюсом, такое также допускается. Основная проблема — это подбор оптимального режима пайки. При установке танталового конденсатора обращается внимание на маркировку, стоит обращать внимание на обозначение ёмкости.

Также показана полярность, номинальное напряжение. Проще всего восстанавливать конденсаторы стандартных типоразмеров. Процесс производится вручную либо на фабрике. Там с этой целью используются конвекционные либо инфракрасные печи. Помимо ручной пайки известным считается волновой метод.

Ручная пайка

Основное требование — поддержание оптимальной температуры для подогрева контакта. После пайки следует заняться чисткой. С этой целью подойдут растворы Prelete, Chlorethane, Terpene. Важное требование — это отсутствие такого элемента, как дихлорметан.

Переменные

Конденсаторы переменного типа изображены с перечеркнутыми двумя горизонтальными полосками. Особенность данного типа заключается в изменении емкости посредством воздействия механической силы. Напряжение на обкладке может изменяться, учитываются показатели в колебательных контурах.

Устройства применимы в схеме приемника либо передатчика. Элементы используются на пару со стабилизаторами, тримерами. Переменные конденсаторы, наравне с подстрочными элементами применяются в колебательных контурах. Их основная задача — измерение резонансной частоты. Как вариант, компоненты встречаются в цепях радиоприемника, используются на пару с усилителями.

Переменный тип

Если говорить об антенных устройствах, конденсаторы незаменимые для генераторов частоты. В качестве основы применяются твердые резисторы и органическая плёнка. На рынке представлены керамические варианты компактных размеров. Есть товары с одной или двумя секциями, у которых отличаются показатели емкости.

Если рассматривать многосекционные модели, они обозначаются, как 6 горизонтальных полосок в цепи. Также существует построечный тип для радиоаппаратуры. За основу элемента взят воздушный диэлектрик, который используется в цепи переменного тока. Конденсаторы применимы в блоках питания и фильтрах.

Важно! Радиолюбители знают о проблеме с низкой частотой и необходимостью подгонки ёмкости.

Конденсаторы-триммеры

Данный тип конденсаторов на схеме обозначен в виде двух горизонтальных полосок со стрелкой. Речь идёт о компактных элементах, использующихся в печатных платах. У них крайне низкие показатели емкости, учитывается незначительная частота. По структуре модель отличается от переменных конденсаторов.

Триммеры

Ионистор

Ионистор на схеме показан, как стандартный электролитический конденсатор — две горизонтальные полоски со знаком плюс. Элемент производится без диэлектрика и не обладает потенциальным зарядом. Знак «+» показывает полярность конденсатора на схеме.

По структуре ионистор содержит сепаратор, уплотнительный изолятор, а также электроды. Если смотреть параметры, учитывается такое:

• внутреннее сопротивление,
• предельный ток,
• номинальное напряжение,
• уровень саморазряда,
• предельная емкость,
• срок годности.

В принципиальной сети элемент используется в блоках питания. Также он подходит для таймера, других цифровых устройств. Даже если заглянуть в смартфон либо планшет, на плате найдётся данный элемент.

Ионистор

Температурный коэффициент

Когда изменяется температура окружающей среды, емкость конденсатора также меняется. Чтобы отслеживать данный коэффициент, берется в расчет показатель ТКЕ. По формуле он представляет собой соотношение начальной емкости и изменения температуры. Первоначально отслеживаются нормальные условия работы компонента.

При значительном повышении температуры используются линейные уравнения, в которых задаются показатели рабочих условий функционирования конденсатора. Также указывается стартовая ёмкость в качестве ориентира. Показатель ТКЕ необходим для подготовки описания к элементам.

Показатель ТКЕ

Если взглянуть на спецификацию, прописываются все параметры. При подборе компонентов пользователи желают знать, как устройство реагирует на изменение температуры. Чаще всего речь идет о постоянном показателе, поэтому стоит рассматривать график с диапазоном рабочих температур.

Маркировка

Если взглянуть на схему, отечественные компоненты отмечаются с набором характеристик:

• ёмкость,
• номинальное напряжение,
• дата выпуска,
• расположение маркировки на корпусе,
• цветовая маркировка отечественных радиоэлементов.

Важно разбираться в показателях, уметь расшифровывать аббревиатуры. Таким образом, получится точно определить тип конденсатора.

Маркировка отечественных радиоэлементов

Ёмкость

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (Ф), микрофарадах (мкФ) или пикофарадах (пФ) и прописываться рядом со значком элемента. На схемах учитывается постоянный, переменный, саморегулирующийся параметр. Номинальная емкость дублируется на корпусе конденсатора. Так, на элементе могут указываться обозначения:

• 5П1 — 5,1 пФ.
• h2 — 100 пФ.
• 1Н — 1000 пФ.

Номинальная емкость

Номинальное напряжение

Показатель номинального напряжения измеряется в вольтах, регулируется ГОСТом 9665 — 77. Если взглянуть на схему, встречается надпись С1 100В. В данном случае говорится о номинальном напряжении в 100 вольт. Таким образом, определяется электролитическая прочность компонента. Специалист способен рассчитать толщину диэлектрика, учитывая прочие факторы.

Номинальное напряжение

Зная показатель напряжения сети, открывается представление о сфере использования элемента. Если не учитывать данный параметр, конденсатор может не справится с возложенной на него нагрузкой. Весь секрет заключается в типе используемой обкладки. Также в расчет берутся рабочие температуры.

Дата выпуска

Если присмотреться к элементам, в конце маркировки оказывается 4 цифры. Они показывают год, а также месяц изготовления элемента. К примеру, на конденсаторе может быть указано «9608». Из этого следует, что элемент изготовлен в 1996 году, в августе месяце. Правила нанесения маркировки прописаны в ГОСТе 30668-2000.

Маркировки по ГОСТу 30668-2000

Расположение маркировки на корпусе

Чтобы быстро отыскать необходимую информацию на корпусе конденсатора, маркировка находится на передней стороне. Если рассмотреть плёночный компонент, либо другой тип, регламент четко прописан в ГОСТе и дублируется в технических инструкциях. Производитель обязательно использует цветовые индикаторы полосками. и цифровые обозначения.

Цветовая маркировка отечественных радиоэлементов

По цветовой маркировке можно узнать информацию о множителе, номинальной емкости и даже рабочей температуре.

• Золотистый цвет (указывает на низкий параметр множителя — 0.01 допуск составляет не более 5%).
• Серебристый (множитель 0.1, показатель допуска не больше 10%).
• Чёрный (множитель 1, допуск 20%).
• Коричневый (указывает на емкость 1 мкФ, множитель равняется 10, а допуск не более 1%).
• Красный (говорит о номинальной емкости 2 пф, множитель составлять 10 в квадрате, допуск около 2%).
• Оранжевый (это элемент с ёмкостью 3 пф, множитель 10 в третьей степени).
• Жёлтый цвет (элементы с емкостью 4 пф, множитель у них 10 в четвёртой степени).
• Зелёный цвет (элементы с множителем 10 в пятой степени, показатель 4 пф)
• Голубой цвет (на 6 пф, множитель 10 в 6 степени, отклонения 0. 25 процентов).
• Фиолетовый (допуск от 0.1 процентов, параметр множителя 10 в седьмой степени, а емкость 7 пФ).
• Серый (допуск 0.05 процентов, ёмкость 8 пф, множитель — 10 в восьмой степени).
• Белый (элемент на 9 пф, множитель 10 в девятой степени).

Цвета конденсаторов

Маркировка конденсаторов импортного производства

Рассматривая маркировку импортных конденсаторов, необходимо понимать, что первые цифры показывают емкости. Далее следует количество нолей и потом показателя ЕТК. Ниже указывается допустимое рабочее напряжение, к примеру, взять электролитический конденсатор с ёмкостью 100 пф, на нём будет обозначение «100n». Также прописывается допустимое напряжение, например, 120 вольт.

Выше подробно расписаны типы конденсаторов. Каждый из элементов имеет определённое обозначение на схеме. Чтобы разбираться в них, стоит изучить таблицу со значениями и цветами.

Маркировка конденсаторов – Altium Universe

Подробная справочная информация о маркировке конденсаторов.

Большинство конденсаторов имеют на корпусе ту или иную маркировку, обозначающую их электрические характеристики. Чаще всего указывают следующие основные параметры: ёмкость, номинальное напряжение и допуск по отклонению ёмкости.

На конденсаторах малых размеров обычно прописывают только ёмкость; если предполагается использовать такое устройство в условиях, где важны все три параметра, следует обратиться к технической спецификации производителя. На электролитических конденсаторах, для которых важна полярность, будет указан вывод положительной полярности (+).

Единицы измерения ёмкости

Прежде чем приступать непосредственно к расшифровке кодовых обозначений, стоит оговорить, в чём измеряется ёмкость. Несмотря на то, что основная единица её измерения — это фарад, большинство конденсаторов имеют ёмкость только в доли фарада. Исключение — суперконденсаторы/ионисторы, в которых ёмкость может достигать нескольких фарад.

Иногда вместо строчной буквы используются прописные, то есть, например, MF вместо mF (1 MF — 1 микрофарад), или вместо F — fd/FD (1 mmfd — 1 пикофарад).

Существует три вида маркировки — цифрами, комбинацией цифр и букв, а также цветом.

Цифровая маркировка конденсаторов

На конденсаторах, имеющих достаточно большие размеры (зачастую это электролитические конденсаторы), все характеристики указываются как есть. Например, 100 µF±20% 50V означает, что ёмкость конденсатора — 100 микрофарад; допуск — 20%, то есть реальная ёмкость составляет 80-120 микрофарад; напряжение — 50 вольт. Иногда допуск может быть неравнозначным, это обозначается так: 100 µF+20%/-10%, то есть реальная ёмкость будет лежать в диапазоне от 90 до 120 микрофарад.

Если позволяет место на корпусе, указывается и тип тока (AC/DC), и полярность (для электролитических конденсаторов, обозначается символами «+» и «-»), и рабочий диапазон температур, например, -40/+65 С, и дата изготовления, и логотип компании изготовителя. Важный момент — порядок маркировки в таком случае не стандартизирован, поэтому ориентироваться стоит не только на цифры, но и на единицы измерения.

Однако разместить такую чёткую и простую маркировку можно только на больших конденсаторах, поэтому на компонентах малых размеров (например, на миниатюрных керамических) используются другие обозначения. Чаще всего это три или четыре цифры; на конденсаторах специального назначения их может быть и пять, но можно увидеть и конденсаторы с одной или двумя цифрами.

Конденсаторы с только цифровой маркировкой всегда измеряются в пикофарадах. То есть обозначения, например, 5 и 10 расшифровываются как 5 и 10 пикофарад соответственно. Если указаны три цифры это значит, что значение ёмкости следует читать в экспоненциальном виде по основанию 10 в пикофарадах, первые две — это мантисса числа, а третья (от 0 до 6; цифра 7 обычно не используется) — порядок числа. Так, код 304 означает, что надо взять число 30 и дописать к нему справа 4 нуля; получится 300000 пикофарад или, если перевести в более крупные единицы, 300 нанофарад или 0,3 микрофарада. Если последняя цифра — 0, то нули дописывать не нужно, то есть 820 — это 82 пикофарада. Если же первая цифра — 0, то ёмкость конденсатора составляет менее 10 пикофарад: 010 = 1 пикофарад.

Если третья цифра 8, то первые две цифры надо умножить на 0,01. То есть, например, маркировка 318 означает ёмкость конденсатора в 0,31 пикофарад (31 х 0,01). Если третья цифра 9, то первые две цифры умножаются на 0,1. Например, маркировка 709 — это ёмкость в 7 пикофарад (70 х 0,1).

Для более точного указания ёмкости используются четыре цифры, например, 4753. Принцип тот же самый: последняя цифра — количество нулей, цифры перед ней — ёмкость, то есть 4753 — это 475000 пикофарад или 475 нанофарад.

Цифро-буквенная маркировка конденсаторов

Часто вместо просто цифровой используется цифро-буквенная маркировка. В этом случае важна не только сама буква в коде, но и её положение. Так, буква R используется в качестве десятичной запятой, например, код 0R5 (или R5) равен 0,5 пикофарад, код 4R7 — 4,7 пикофарада.

Буквы «p», «n» и «u», а также их прописные варианты тоже используются в качестве десятичной запятой, но вместе с тем обозначают и единицу измерения (пикофарад, нанофарад, микрофарад, соответственно). То есть код 5n6 означает 5,6 нанофарада, n56 — 0,56 нанофарада, 5u2 — 5,2 микрофарада, 4P7 — 4,7 пикофарада.

Прописные латинские буквы после трёхзначного числа (или трёхзначного числа + единица измерения) означают допуск:

То есть, например, код 223J читается как “22” + “000” = “22000” пикофарада -> 22 нанофарада с допуском ± 5%. 220nM — 220 нанофарадов с допуском ± 20%.

Если код состоит из пяти или шести значений, например, 1E504К, то его нужно разбить на три части. Первая — первая цифра и буква, означающие напряжение; вторая — обычный трёхзначный код; третья — буква допуска. То есть 1E504K — это конденсатор ёмкостью 504 нанофарада, номинальным напряжением 25 В и допуском ± 10%.

Распространённые обозначения напряжения

Если напряжение обозначается только одной буквой, то по умолчанию цифра перед ней — единица. Например, маркировка D1622K означает, что ёмкость конденсатора — 16,2 нанофарада, допуск — ±10%, напряжение — 20 В. Двойка же перед буквой означает, что напряжение, обозначенное буквой, умножается на 10. То есть 1А = 10 В, 2А = 100 В; 1E = 25 В, 2Е = 250 В.

Если маркировка на конденсаторе имеет вид “буква-цифра-буква”, то информация касается рабочих температур устройства. Первая буква означает минимальную температуру:

• Z = 10ºC,
• Y = -30ºC,
• X = -55ºC.

Цифра между буквами — максимальную температуру:

• 2 = 45ºC,
• 4 = 65ºC,
• 5 = 85ºC,
• 6 = 105ºC,
• 7 = 125ºC,
• 8 = 150ºC,
• 9 = 200ºC.

Вторая буква показывает процент изменения ёмкости конденсатора в пределах указанных температур:

• А = ±1,0%
• В = ±1,5%
• С = ±2,2%
• D = ±3,3%
• Е = ±4,7%
• F = ±7,5%
• Р = ±10%
• R = ±15%
• S = ±22%
• Т = +22%,-33%
• U = +22%,-56%
• V = +22%,-82%

Например, код X7R означает, что конденсатор будет работать в диапазоне температур от -55 до +125°C, а его ёмкость будет меняться в пределах ±15%.

Если маркировка имеет вид “буква-буква-цифра”, первая буква обозначает напряжение, вторая — ёмкость, а цифра — множитель.

Перед буквами может стоять цифра, указывающая диапазон напряжения:

• 0 — для напряжений до 10 В
• 1 — для напряжений 100 В
• 2 — для напряжений до 1000 В
• То есть если С = 16 В, то 0С = 1,6 В; 1С = С = 16 В; 2С = 160 В.

Таким образом, код АА7 будет читаться как 10 В, 10000000 пФ, то есть 10 микрофарад. Код JN6 — 6,3/7 В, 3,3 микрофарада.

Другие виды цифро-буквенных маркировок конденсаторов

В зависимости от типа конденсатора, страны и компании производителя, а также возраста компонента можно увидеть и другие обозначения — например, бывает указан тип диэлектрика: NP0 (C0G), X7R, Y5V (Z5U).

На старых отечественных конденсаторах допуск обозначался кириллицей, например, Л = ±2% (соответствует G), А — +80%, -20% (соответствует Z) и т.д. Иногда указывается ТКЕ — температурный коэффициент ёмкости; буквенный код в этом случае будет разным для конденсаторов с ненормируемым ТКЕ, конденсаторов с линейной и с нелинейной зависимостью от температуры.

При отсутствии маркировки или сомнениях в её расшифровке стоит обратиться к технической документации производителя или воспользоваться мультиметром с возможностью измерения ёмкости.

Цветовая маркировка конденсаторов

Хотя цветовая маркировка считается довольно устаревшей, такие конденсаторы встречаются и сейчас. Цветовой код может состоять из полос, колец и точек; меток, обозначающих различные параметры, может быть от трёх до шести.

Варианты цветовой маркировки

* В этом случае значение рабочего напряжения показывает цвет корпуса конденсатора

Таблица цветовой маркировки конденсаторов

• * Для ёмкостей меньше 10 пФ допуск ± 2,0 пФ
• ** Для ёмкостей меньше 10 пФ допуск ± 0,1 пФ

Примеры

• Конденсатор имеет 5 полос: жёлтую, фиолетовую, оранжевую, чёрную и коричневую. Ёмкость конденсатора — 47 нанофарад, допуск — 20%, напряжение — 250 В.
• Конденсатор имеет 4 точки: оранжевую, белую, коричневую и золотую. Ёмкость конденсатора — 390 пикофарад, допуск — 5%.

Количество маркеров может разниться в зависимости от типа конденсатора, а в некоторых из них (например, трубчатых конденсаторах), при наличии пяти полос первый цвет обозначает температурный коэффициент, а остальные — ёмкость.

Если есть сомнения в расшифровке маркировки, стоит обратиться к технической документации производителя или воспользоваться мультиметром с возможностью измерения ёмкости.

КОНДЕНСАТОР

Глава 20. Конденсаторы

Для накопления разноименных электрических зарядов служит устройство, которое называется конденсатором. Конденсатор — система двух изолированных друг от друга проводников (которые часто называют обкладками конденсатора), один из которых заряжен положительным, второй — таким же по величине, но отрицательным зарядом. Если эти проводники представляют собой плоские параллельные пластинки, расположенные на небольшом рас-стоянии друг от друга, то конденсатор называется плоским.

Для характеристики способности конденсатора накапливать заряд вводится понятие электроемкости (часто говорят просто емкости). Емкостью конденсатора называется отношение заряда конденсатора к той разности потенциалов , которая возникает между обкладками при их заряжении зарядами и (эту разность потенциалов проводников часто называют электрическим напряжением между обкладками и обозначают буквой ):

Поскольку величины и (или ) в формуле (20.1) зависимы, то емкость (20.1) не зависит от и , а является характеристикой геометрии системы проводников. Действительно, при сообщении проводникам зарядов и проводники приобретут потенциалы, разность которых будет пропорциональна заряду . Поэтому в отношении (20. 1) заряд сокращается.

Выведем формулу для емкости плоского конденсатора (эта формула входит в программу школьного курса физики). При заряжении параллельных пластин, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга, зарядами и , в пространстве между ними возникает однородное электрическое поле с напряженностью (см. гл. 18):

Разность потенциалов между пластинами равна

где — площадь пластин, — расстояние между ними. Отсюда, вычисляя отношение заряда к разности потенциалов (20.3), находим емкость плоского конденсатора

Если все пространство между обкладками заполнено диэлектриком с диэлектрической проницаемостью , то поле (20. 2) и разность потенциалов (20.3) убывает в раз, а емкость конденсатора в раз взрастает

Для конденсаторов, соединенных в батареи, вводится понятие эквивалентной емкости, как емкости одного конденсатора, который при заряжении его тем же зарядом, что и батарея дает ту же разность потенциалов, что и батарея конденсаторов. Приведем формулы для эквивалентной емкости, а также для заряда и электрического напряжения на каждом конденсаторе при последовательном и параллельном их соединении.

Последовательное соединение (см. рисунок). При сообщении левой пластине левого конденсатора заряда , а правой пластине правого заряда , на внутренних пластинах благодаря поляризации будут индуцироваться заряды (см. рисунок; значения индуцированных зарядов приведены под пластинами). Можно доказать, что в результате поляризации каждый конденсатор будет заряжен такими же зарядами и , как и заряды крайних пластин, напряжение на всей батарее конденсаторов равно сумме напряжений на каждом, а обратная эквивалентная емкость батареи — сумме обратных емкостей всех конденсаторов

Параллельное соединение (см. рисунок). В этом случае если сообщить левому проводнику заряд , правому сообщить заряд , заряд распределится между конденсаторами, вообще говоря, не одинаково, но по закону сохранения заряда .

Поскольку правые пластины всех конденсаторов соединены между собой, левые — тоже, то они представляют собой единые проводники, и, следовательно, разность потенциалов между пластинами каждого конденсатора будет одинакова: . Можно доказать, что при таком соединении конденсаторов эквивалентная емкость батареи равна сумме емкостей отдельных конденсаторов

Заряженный конденсатор обладает определенной энергией. Если конденсатор емкости заряжен зарядом , то энергия этого конденсатора (можно говорить энергия электрического поля конденсатора) равна

С помощью определения электрической емкости (20.1) можно переписать формулу (20.8) еще в двух формах:

Рассмотрим в рамках этого минимума сведений о конденсаторах типичные задачи ЕГЭ по физике, которые были предложены в первой части книги.

Электроемкость конденсатора — его геометрическая характеристика, которая при неизменной геометрии не зависит от заряда конденсатора (задача 20.1.1 — ответ 3). Аналогично не меняется емкость конденсатора при увеличении напряжения на конденсаторе (задача 20.1.2 — ответ 3).

Связь между единицами измерений (задача 20.1.3) следует из определения емкости (20.1). Единица электрической емкости в международной системе единиц измерений СИ называется Фарада. 1 Фарада — это емкость такого конденсатора, между пластинами которого возникает напряжение 1 В при зарядах пластин 1 Кл и -1 Кл (ответ 4).

Поскольку электрическое поле в плоском конденсаторе однородно, то напряженность поля в конденсаторе и напряжение между пластинами связаны соотношением (см. формулу (18.9)) , где — расстояние между пластинами. Отсюда находим напряженность поля между обкладками плоского конденсатора в задаче 20.1.4

(ответ 4).

Согласно определению электрической емкости имеем в задаче 20.1.5

(ответ 2).

Из формулы (20.4) для емкости плоского конденсатора заключаем, что при увеличении площади его пластин в 3 раза (задача 20.1.6) его емкость увеличивается в 3 раза (ответ 1).

При уменьшении в раз расстояния между пластинами емкость плоского конденсатора возрастет в раз. Поэтому новое напряжение на конденсаторе (задача 20.1.7) можно найти из следующей цепочки формул

где и — новый заряд конденсатора (ответ 3).

Так как конденсатор в задаче 20.1.8 подключен к источнику, то между его пластинами поддерживается постоянное напряжение независимо от расстояния между ними. Поэтому заряд конденсатора изменяется при раздвигании пластин так же, как изменяется его емкость. А поскольку при увеличении расстояния между пластинами вдвое емкость конденсатора уменьшается вдвое (см. формулу (20.4)), то вдвое уменьшается и заряд конденсатора (ответ 2).

В задаче 20.1.9 конденсатор отключен от источника в процессе сближения пластин. Поэтому не меняется их заряд. А поскольку напряженность электрического поля между пластинами определяется соотношением (20.2)

то напряженность электрического поля между пластинами также не изменяется (ответ 3). Этот же результат можно получить и через определение емкости с учетом того, что

произведение от расстояния между пластинами не зависит (см. формулу (20.4)).

Из формул (20. 8), (20.9) видим, что только одно из приведенных в качестве ответов к задаче 20.1.10 соотношений (а именно — 2) определяет энергию конденсатора.

При последовательном соединении конденсаторов (задача 20.2.1) одинаковыми будут их заряды независимо от значений их электрических емкостей (ответ 2). При параллельном соединении конденсаторов (задача 20.2.2) одинаковыми будут напряжения на каждом из них (ответ 3).

Поскольку конденсатор в задаче 20.2.3 отключен от источ-ника напряжения, его заряд не меняется в процессе раздвигания пластин. Поэтому для исследования изменения энергии конденсатора удобно воспользоваться формулой (20.8)

Так как при увеличении расстояния между пластинами в раз электрическая емкость конденсатора уменьшается в раз, то согласно формуле (1) энергия конденсатора увеличится в раз (ответ 1).

В задаче 20.2.4 не изменяется напряжение на конденсаторе. Поэтому воспользуемся первой из формул (20.9)

Из этой формулы заключаем, что при увеличении в раз расстояния между пластинами энергия конденсатора уменьшится в раз — ответ 2. (Разница с предыдущей задачей связана с тем, что здесь кроме внешних сил, совершающих работу при раздвигании пластин, совершает работу источник напряжения.)

В задаче 20.2.5 изменяют расстояние между пластинами (и, следовательно, емкость) и заряд конденсатора. Поэтому удобно воспользоваться формулой (20.8)

Из этой формулы заключаем, что при увеличении расстояния между пластинами в 2 раза и увеличении заряда конденсатора в 2 раза его энергия возрастет в 8 раз (ответ 4).

Поскольку в задаче 20.2.6 конденсаторы соединены последовательно, емкость батареи конденсаторов можно найти по формуле (20. 6), откуда находим емкость батареи конденсаторов (ответ 2).

В задаче 20.2.7 конденсаторы соединены параллельно, поэтому емкость батареи конденсаторов можно найти по формуле (20.7): (ответ 2).

Основной вопрос, на который нужно ответить в задаче 20.2.8, это как соединены конденсаторы? Последовательно, параллельно, по-другому? Попробуем по-другому расположить в пространстве и изменить длину соединительных проводов, чтобы схема стала более понятной. Очевидно, что можно соединить вершину 1 и вершину 3 («уменьшив» длину провода 1-3), а также вершины 2 и 4. При этом средний конденсатор разворачивается в пространстве, и схема приобретает вид, показанный на рисунке, откуда видно, что конденсаторы соединены параллельно. Поэтому (ответ 1).

Когда в заряженный плоский конденсатор вставляют металлическую пластинку (задача 20.2.9), параллельную обкладкам конденсатора, напряженность электрического поля внутри пластинки становится равным нулю, вне пластинки между обкладками конденсатора остается таким же, каким оно было в отсутствие пластинки , где — заряд конденсатора, — площадь его пластин. Поэтому напряжение между обкладками конденсатора определяется соотношением:

где — расстояние между обкладками конденсатора, — толщина пластинки. Отсюда находим емкость рассматриваемого конденсатора

(ответ 4).

Чтобы найти емкость сферического конденсатора (задача 20.2.10) сообщим его обкладкам заряды и , найдем напряжение между обкладками, вычислим отношение заряда к напряжению. Разность потенциалов двух концентрических сфер, заряженных зарядами и (напряжение между обкладками сферического конденсатора), определена в задаче 19.2.5., откуда находим электрическую емкость сферического конденсатора (ответ 3):

Урок 2.3 — Конденсаторы

Конденсатор

Конденсатор встречается в наборах Мастер Кит (да и вообще в электронных устройствах) почти так же часто, как и резистор. Поэтому важно хотя бы в общих чертах представлять его основные характеристики и принцип работы.

Принцип работы конденсатора

В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Чем больше отношение площади пластин к толщине диэлектрика – тем выше ёмкость конденсатора. Чтобы избежать физического увеличения размеров конденсатора до огромных размеров, конденсаторы изготавливают многослойными: например, сворачивают ленты пластин и диэлектриков в рулон.
Так как любой конденсатор имеет диэлектрик, то он не способен проводить постоянный ток, но он может сохранять электрический заряд, приложенный к его обкладкам, и в нужный момент отдавать его. Это важное свойство

Давайте договоримся: радиодеталь мы называем конденсатором, а его физическую величину – ёмкостью. То есть правильно сказать так: «конденсатор имеет ёмкость 1 мкФ», но некорректно сказать: «замени на плате вон ту ёмкость». Вас, конечно, поймут, но лучше соблюдать «правила хорошего тона».

Электрическая ёмкость конденсатора – это главный его параметр
Чем больше ёмкость конденсатора, тем больший заряд он может сохранить. Электрическая ёмкость конденсатора измеряется в Фарадах, обозначается F.
1 Фарад — очень большая ёмкость (земной шар имеет ёмкость менее 1Ф), поэтому для обозначения ёмкости в радиолюбительской практике используются следующие основные размерные величины — префиксы: µ (микро), n (нано) и p (пико):
• 1 микроФарад — 10-6 (одна миллионная часть), т.е. 1000000µF = 1F
• 1 наноФарад — 10-9 (одна миллиардная часть), т.е. 1000nF = 1µF
• p (пико) — 10-12 (одна триллионная часть), т.е. 1000pF = 1nF

Как и Ом, Фарад – это фамилия физика. Поэтому, как культурные люди, пишем прописную букву «Ф»: 10 пФ, 33 нФ, 470 мкФ.

Номинальное напряжение конденсатора
Расстояние между пластинами конденсатора (особенно конденсатора большой ёмкости) очень мало, и достигает единиц микрометра. Если приложить к обкладкам конденсатора слишком высокое напряжение, слой диэлектрика может быть нарушен. Поэтому каждый конденсатор имеет такой параметр, как номинальное напряжение. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Но лучше, когда номинальное напряжение конденсатора несколько выше напряжения в схеме. То есть, например, в схеме с напряжением 16В могут работать конденсаторы с номинальным напряжением 16В (в крайнем случае), 25В, 50В и выше. Но нельзя ставить в эту схему конденсатор с номинальным напряжением 10В. Конденсатор может выйти из строя, причём часто это происходит с неприятным хлопком и выбросом едкого дыма.
Как правило, в радиолюбительских конструкциях для начинающих не используется напряжение питания выше 12В, а современные конденсаторы чаще всего имеют номинальное напряжение 16В и выше. Но помнить о номинальном напряжении конденсатора очень важно.

Типы конденсаторов
О разнообразных конденсаторах можно написать много томов. Впрочем, это уже сделали некоторые другие авторы, поэтому я расскажу только самое необходимое: конденсаторы бывают неполярные и полярные (электролитические).

Неполярные конденсаторы
Неполярные конденсаторы (в зависимости от типа диэлектрика подразделяются на бумажные, керамические, слюдяные…) могут устанавливаться в схему как угодно – в этом они похожи на резисторы.
Как правило, неполярные конденсаторы имеют относительно небольшую ёмкость: до 1 мкФ.

Маркировка неполярных конденсаторов
На корпус конденсатора нанесён код из трёх цифр. Первые две цифры определяют значение ёмкости в пикофарадах (пФ), а третья – количество нулей. Так, на изображённом ниже рисунке на конденсатор нанесён код 103. Определим его ёмкость:
10 пФ + (3 нуля) = 10000 пФ = 10 нФ = 0,01 мкФ.

Конденсаторы ёмкостью до 10 пФ маркируются по-особенному: символ «R» в их кодировке обозначает запятую. Теперь Вы можете определить ёмкость любого конденсатора. Приведённая ниже табличка поможет Вам проверить себя.

Как правило, в радиолюбительских конструкциях допустима замена некоторых конденсаторов на близкие по номиналу. Например, вместо конденсатора 15 нФ набор может комплектоваться конденсатором 10 нФ или 22 нФ, и это не отразится на работе готовой конструкции.
Керамические конденсаторы не имеют полярности и могут устанавливаться в любом положении выводов.
Некоторые мультиметры (кроме самых бюджетных) имеют функцию измерения ёмкости конденсаторов, и Вы можете воспользоваться этим способом.

Полярные (электролитические) конденсаторы
Есть два способа увеличения ёмкости конденсатора: либо увеличивать размер его пластин, либо уменьшать толщину диэлектрика.
Чтобы минимизировать толщину диэлектрика, в конденсаторах большой ёмкости (выше нескольких микрофарад) применяется специальный диэлектрик в виде оксидной плёнки. Этот диэлектрик нормально работает только при условии правильно приложенного напряжения на обкладках конденсатора. Если перепутать полярность напряжения, электролитический конденсатор может выйти из строя. Метка полярности всегда маркируется на корпусе конденсатора. Это может быть либо значок «+», но чаще всего в современных конденсаторах полосой на корпусе маркируется вывод «минус». Другой, вспомогательный способ определения полярности: плюсовой вывод конденсатора длиннее, но ориентироваться на этот признак можно только до того, как выводы радиодетали обрезаны.
На печатной плате также присутствует метка полярности (как правило, значок «+»). Поэтому при установке электролитического конденсатора обязательно совмещайте метки полярности и на детали, и на печатной плате.
Как правило, в радиолюбительских конструкциях допустима замена некоторых конденсаторов на близкие по номиналу. Также допустима замена конденсатора на аналогичный с бОльшим значением допустимого рабочего напряжения. Например, вместо конденсатора 330 мкФ 25В набор можно применить конденсатор 470 мкФ 50В, и это не отразится на работе готовой конструкции.

Внешний вид электролитического конденсатора (правильно установленный на плату конденсатор)

Скачать урок в формате PDF

Конденсатор

Конденсатор

Конденсатор

Емкость

Конденсатор — это устройство для хранения разделенного заряда. Нет единого электронного компонента
сегодня играет более важную роль, чем конденсатор. Это устройство используется для
хранить информацию в памяти компьютера, регулировать напряжение в источниках питания,
для создания электрических полей, для хранения электрической энергии, для обнаружения и
производить электромагнитные волны и измерять время.Любые два проводника, разделенные изолирующей средой, образуют конденсатор.

А
Параллельно-пластинчатый конденсатор состоит из двух пластин, разделенных тонкой изоляционной
материал, известный как диэлектрик . В параллельной пластине
Электроны конденсатора переносятся с одной параллельной пластины на другую.

Мы уже показали, что
электрическое поле между пластинами постоянно с величиной E = σ / ε ₀
и указывает от положительной пластины к отрицательной.

Следовательно, разность потенциалов между отрицательной и положительной пластинами составляет
предоставлено

∆U = U _пол. — U _отриц. = -q ∫ _отриц. ^пол.
E · d r = q E d.

При интегрировании d r указывает от отрицательной к положительной пластине в
противоположном направлении от E . Следовательно, E · d r = -Edr, и
знаки минус отменяют.
Положительный
пластина имеет более высокий потенциал, чем отрицательная пластина.

Силовые линии и эквипотенциальные линии для
Постоянное поле между двумя заряженными пластинами показано справа. Одна пластина конденсатора удерживает положительный заряд Q, а другая —
отрицательный заряд -Q. Заряд Q на пластинах пропорционален потенциалу
разность V на двух пластинах.
емкость C — пропорциональная константа,

Q = CV, C = Q / V.

C зависит от геометрии конденсатора и типа диэлектрического материала
использовал. Емкость параллельного пластинчатого конденсатора с двумя пластинами площадью А
расстояние d и отсутствие диэлектрического материала между пластинами составляет

C = ε ₀ A / d.

(Электрическое поле E = σ / ε ₀ .
Напряжение V = Ed = σd / ε ₀ . Заряд Q = σA. Следовательно, Q / V =
σAε ₀ / σd = Aε ₀ / d.)
Единица измерения емкости в системе СИ:
Кулон / Вольт = Фарад (Ф).
Типичный
конденсаторы имеют емкость в диапазоне от пикофарад до микрофарад.

Емкость говорит нам, сколько заряда устройство хранит для данного
Напряжение. Диэлектрик между проводниками увеличивает емкость
конденсатор. Молекулы диэлектрического материала поляризованы в поле
между двумя проводниками. Весь отрицательный и положительный заряд
диэлектрик смещен на небольшую величину друг относительно друга.Этот
приводит к эффективному положительному поверхностному заряду на одной стороне диэлектрика.
и отрицательный поверхностный заряд на другой стороне диэлектрика. Эти
эффективные поверхностные заряды на диэлектрике создают электрическое поле, которое
противостоит полю, создаваемому поверхностными зарядами на проводниках, и, таким образом,
снижает напряжение между проводниками. Чтобы поддерживать напряжение, больше заряда
необходимо надеть на проводники. Таким образом, конденсатор сохраняет больше заряда на
заданное напряжение.Диэлектрическая проницаемость κ — это отношение
напряжения V ₀ между проводниками без диэлектрика до
напряжение V с диэлектриком, κ = V ₀ / V,
для данного количества заряда Q на проводниках.

На диаграмме выше такое же количество заряда Q на
проводников приводит к меньшему полю между пластинами конденсатора с
диэлектрик. Чем выше диэлектрическая проницаемость κ,
тем больше заряда может хранить конденсатор при заданном напряжении.Для параллельной пластины
конденсатор с диэлектриком между пластинами, емкость

C = Q / V = ​​κQ / V ₀ =
κε ₀ A / d = εA / d,

, где ε = κε ₀ .
Статическая диэлектрическая проницаемость любого материала всегда больше 1.

Типичная диэлектрическая проницаемость

Материал Диэлектрическая проницаемость Воздух 1. 00059 Силикат алюминия от 5,3 до 5,5 Бакелит 3,7 Пчелиный воск (желтый) 2,7 Бутилкаучук 2,4 Formica XX 4,00 Германий 16 Стекло 4-10 Гуттаперча 2.6 Масло Halowax 4,8 Кел-Ф 2,6 Люцит 2,8 Слюда 4-8 Микарта 254 от 3,4 до 5,4 Майлар 3,1 Неопреновый каучук 6,7 Нейлон 3.00

Материал Диэлектрическая проницаемость Бумага 1,5 по 3 Парафин от 2 до 3 Оргстекло 3,4 Полиэтилен 2,2 Полистирол 2,56 Фарфор 5-7 Стекло Pyrex 5. 6 Кварц от 3,7 до 4,5 Силиконовое масло 2,5 Стеатит от 5,3 до 6,5 Титанат стронция 233 тефлон 2,1 Tenite от 2,9 до 4,5 Вакуум 1,00000 Вазелин 2.16 Вода (дистиллированная) от 76,7 до 78,2 Дерево от 1,2 до 2,1

Если диэлектрик с диэлектрической проницаемостью κ
вставляется между пластинами параллельной пластины конденсатора, а
напряжение поддерживается постоянным аккумулятором, заряд Q на пластинах увеличивается
в κ раз.
Батарея перемещает больше электронов с положительной пластины на отрицательную.
Величина электрического поля между пластинами E = V / d остается неизменной.
такой же.

Если диэлектрик вставлен между пластинами параллельной пластины
конденсатор, и заряд на пластинах остается прежним, потому что конденсатор
отключается от АКБ, то напряжение V уменьшается в раз
из κ,
а электрическое поле между пластиной E = V / d уменьшается в 2 раза.
κ.

Энергия, запасенная в конденсаторе

Энергия U, запасенная в конденсаторе, равна работе
W сделано при разделении
заряды на проводниках.Чем больше заряда уже накоплено на пластинах, тем
необходимо проделать больше работы по разделению дополнительных сборов из-за сильного
отталкивание между одноименными зарядами. При заданном напряжении требуется бесконечно малое
объем работы ∆W = V∆Q для отделения дополнительной бесконечно малой суммы заряда
∆Q.
(Напряжение V — это количество работы на единицу заряда.)

Поскольку V = Q / C,
V увеличивается линейно с Q. Общая работа, проделанная при зарядке конденсатора
является

W = ∫ ₀ ^Qf
VdQ = ∫ ₀ ^Qf (Q / C) dQ = ½ (Q _f ² / C)
= ½VQ _F = V _{в среднем} Q _f
Используя Q = CV, мы также можем написать
U = ½ (Q ² / C) или
U = ½CV ² .

Задача:

Каждая ячейка памяти компьютера содержит конденсатор для хранения заряда.
Сохраняемый или не сохраняемый заряд соответствует двоичным цифрам 1
и 0. Для более плотной упаковки ячеек в
пластины конденсатора установлены вертикально вдоль стенок траншеи
выгравирован на кремниевом чипе. Если у нас емкость 50 фемтоФарад = 50 * 10 ^-15
F
и каждая пластина имеет площадь 20 * 10 ^-12 м ²
(траншеи микронного размера), что такое разделение пластин?

Решение:

• Рассуждение:
  Емкость параллельного пластинчатого конденсатора с двумя пластинами площадью А
  расстояние d и отсутствие диэлектрического материала между пластинами составляет C = ε ₀ A / d.
• Детали расчета:
  C = ε ₀ A / d, d =
  ε ₀ A / C = (8,85 * 10 ^-12 * 20 * 10 ^-12 / (50 * 10 ^-15 )) м
  = 3,54 * 10 ^-9 м.
  Типичные атомные размеры порядка 0,1 нм, поэтому траншея находится на
  порядка 30 атомов в ширину.

Ссылка:
PhET
Конденсаторная лаборатория (базовая)

Для любого изолятора существует максимальное поддерживаемое электрическое поле
без ионизации молекул.Для конденсатора это означает, что есть
максимально допустимое напряжение, которое может быть приложено к проводникам. Этот
максимальное напряжение зависит от диэлектрика в конденсаторе. Соответствующие
максимальное поле E _b называется диэлектрической прочностью
материала. Для более сильных полей конденсатор « выходит из строя » (аналогично
коронный разряд) и обычно разрушается. Большинство конденсаторов, используемых в электрических
схемы имеют как емкость, так и номинальное напряжение.Это напряжение пробоя В _б
относится к диэлектрической прочности E _b . Для параллельной пластины
конденсатор у нас _б В = _б д.

Последовательные или параллельные конденсаторы

Конденсатор — это устройство для хранения разделенного заряда и, следовательно, для хранения
электростатическая потенциальная энергия. Цепи часто содержат более одного конденсатора.

Рассмотрим два конденсатора, подключенных параллельно , как показано справа

Когда
батарея подключена, электроны будут течь до тех пор, пока потенциал точки А не станет равным.
такой же, как потенциал положительной клеммы аккумулятора и
потенциал точки B равен потенциалу отрицательной клеммы аккумулятора.
Таким образом, разность потенциалов между пластинами обоих конденсаторов составляет V _A — V _B = V _bat .Имеем C ₁ = Q ₁ / V _bat
и C ₂ = Q ₂ / V _bat , где Q ₁ —
заряд конденсатора C ₁ , а Q ₂ — заряд конденсатора
С ₂ . Пусть C — эквивалентная емкость двух конденсаторов.
параллельно, то есть C = Q / V _bat , где Q = Q ₁ + Q ₂ .
Тогда C = (Q ₁ + Q ₂ ) / V _bat = C ₁ + C ₂ .

Для конденсаторов, включенных параллельно, емкости складываются. Более двух
конденсаторы у нас
C = C ₁ + C ₂ + C ₃
+ С ₄ + ….

Рассмотреть
два конденсатора серии , как показано справа.
Пусть Q
представляют собой общий заряд на верхней пластине C ₁ , который затем вызывает
заряд -Q на его нижней пластине. Заряд на нижней пластине С ₂
будет -Q, что, в свою очередь, индуцирует заряд + Q на своей верхней пластине, как показано.
Пусть
V ₁ и V ₂ представляют собой разности потенциалов между
пластины конденсаторов С ₁ и С ₂ соответственно.
Затем V ₁
+ V ₂ = V _bat , или (Q / C ₁ ) + (Q / C ₂ )
= Q / C, или (1 / C ₁ ) + (1 / C ₂ ) = 1 / C.

Более двух
конденсаторы последовательно имеем
1 / C = 1 / C ₁ + 1 / C ₂ +
1 / С ₃ + 1 / С ₄ +. …
где C эквивалентно
емкость двух конденсаторов.
Для конденсаторов последовательно
величина, обратная их эквивалентной емкости, равна сумме обратных величин
их индивидуальные емкости.

Задача:

Какую общую емкость можно получить, подключив 5 мкФ и 8 мкФ
конденсатор вместе?

Решение:

• Рассуждение:
  Мы можем подключать конденсаторы последовательно или параллельно.
  Чтобы получить наибольшую емкость, мы
  необходимо подключить конденсаторы параллельно.
  Чтобы получить наименьшую емкость, мы должны подключить
  конденсаторы последовательно.
• Детали расчета:
  Параллельное подключение конденсаторов:
  C _{наибольший} = (5 + 8) мкФ
  = 13 мкФ.
  Последовательное соединение конденсаторов.
  1 / C _{наименьшее} = (1/5 + 1/8) (мкФ) ^-1 =
  13 / (40 мкФ) = 0,325 / мкФ.
  C _{наименьший} = 40/13 мкФ = 3.077 мкФ.

Модуль 5: Вопрос 2:

(a) Конденсатор с параллельными пластинами изначально имеет напряжение 12 В и
остается подключенным к батарее. Если теперь расстояние между пластинами увеличено вдвое, что
бывает?
(b) Конденсатор с параллельными пластинами первоначально подключается к батарее, и
пластины удерживают заряд ± Q. Затем аккумулятор отключается. Если расстояние между пластинами равно
теперь вдвое, что происходит?

Подсказка: аккумулятор является зарядным насосом.Может качать заряд с одной пластины
к другому, чтобы поддерживать постоянную разность потенциалов.
Нет батареи <--> нет зарядного насоса. Заряд не может перемещаться с одной пластины на
разное.

Обсудите это со своими однокурсниками на дискуссионном форуме!

Электролитические конденсаторы — Символы конденсаторов

При проектировании посадочных мест для электролитических конденсаторов важно разместить четкие указательные метки, чтобы показать ориентацию компонентов.Поскольку этот тип конденсаторов поляризован (они должны быть размещены в определенной ориентации), они должны иметь на печатной плате метки, помогающие определить, как их следует разместить. Четкость маркировки компонентов является ключом к тому, чтобы изготовление вашей конструкции проходило гладко и синий дым не выходил из ваших конденсаторов. Тем более, что электролитические конденсаторы сделаны из тантала, поскольку они имеют тенденцию к катастрофическим последствиям, когда они включаются в обратном направлении.

Электролитический конденсатор

Электролитические конденсаторы

— один из самых популярных типов конденсаторов, используемых в конструкции платы.Они дешевы и обеспечивают хороший баланс физического размера и емкости. Есть четыре физических вида электролитических конденсаторов; Банка SMT, корпус SMT, PTH радиальный и PTH осевой. Каждый стиль отмечен немного по-своему. Обычно они отмечены полосой на катодной стороне конденсатора, указывающей отрицательный вывод, но есть некоторые исключения. Это отличается от типичного схематического обозначения с положительной или анодной маркировкой!

Схематическое обозначение

Типичный поляризованный конденсатор будет выглядеть, как показано на схеме ниже. Положительная или анодная сторона конденсатора отмечена знаком «+». Поскольку электролитические конденсаторы поляризованы, я использую на схемах символ (показанный ниже).

Схематический символ поляризованных конденсаторов, изображенных на Eagle.

Электролитический конденсатор в форме банки для поверхностного монтажа

Эти конденсаторы отмечены на верхней части банки черной меткой. Однако цвет марки иногда зависит от производителя. Пластиковая основа конденсатора также имеет фаску с положительной или анодной стороны.

SMT Can Electrolytic Capactor: Маркировка указывает на отрицательную или катодную сторону.

Площадь основания типичного электролитического конденсатора SMT.

Электролитический конденсатор в корпусе SMT

Конденсаторы этого типа обычно имеют внутри тантал или ниобий, но есть несколько электролитических полимеров. Стиль корпуса означает, что он имеет форму резистора 0805 или керамического конденсатора. В отличие от других корпусов для конденсаторов, они обычно имеют положительную или анодную маркировку.

Электролитические компоненты типа корпуса

SMT обычно имеют анодную / положительную маркировку. Осторожно!

Место для электролитических конденсаторов в корпусе SMT.

Радиальный электролитический конденсатор PTH

Радиальные крышки имеют как анод, так и катод, выходящие на одну сторону конденсатора. В 99% случаев они отмечены контрастной лентой на катоде или отрицательной стороне конденсатора.

Маркировка радиально поляризованных электролитических конденсаторов PTH.

Посадочное место для радиальных электролитических конденсаторов PTH.

Осевой электролитический конденсатор PTH

Конденсаторы осевого типа

используются нечасто, но интересны тем, как они маркированы. Отрицательная или катодная полоса проходит по их стороне аналогично радиальному стилю, но на маркировке есть стрелка, указывающая, какая сторона отрицательная или катодная.

Электролитический осевой тип PTH. Катодная полоса направлена ​​на катод.

Площадь основания для электролитического конденсатора осевого типа PTH.

В следующий раз на файлах посадочных мест…

Самая важная вещь, о которой нужно помнить, — это свериться с таблицей данных детали и увидеть, как полярность обозначена на детали. Копирование внешнего вида детали на ваших платах шелкография гарантирует гораздо больший успех при сборке платы. Я надеюсь, что это улучшит ваши следы на доске и упростит создание ваших продуктов и прототипов. В следующий раз, когда речь идет о файлах посадочных мест, мы поговорим о танталовых конденсаторах.

Ознакомьтесь с предыдущей публикацией из этой серии: Файлы отпечатков — диоды

Был ли этот пост полезным? Хотите, чтобы мы обсудили еще какие-то темы? Если да, сообщите нам об этом в Твиттере.

Начни сегодня.

создать учетную запись

Электролитические конденсаторы определяют срок службы источника питания

Здравоохранение

Технологии

Полуфабрикат

Промышленные

Продолжительность жизни

Надежность

Источники питания AC-DC

Срок службы производителя важен, как и конкретное приложение.

Обзор:

• Электролитические конденсаторы в источниках питания переменного и постоянного тока имеют ограниченный срок службы.
• Производители предоставляют оценку своей вероятной долговечности, чтобы помочь покупателям выбрать наиболее подходящее решение.
• Другие переменные в различных приложениях также влияют на срок службы.
• Наш технический директор Гэри Бокок резюмирует расчеты производителя и рекомендует дополнительную проверку в процессе эксплуатации.

Электролитические конденсаторы являются важным компонентом источников питания переменного и постоянного тока. Они обеспечивают высокую емкость x напряжение (CV) и низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) в корпусах небольшого объема. Нет альтернативы, которая могла бы сделать работу рентабельно .

Определить срок службы блока питания

Срок службы этих электролитических конденсаторов становится все более важным параметром конструкции в источниках питания. Требования к удельной мощности растут, и электролитические конденсаторы являются единственным изнашивающимся компонентом источника питания.Итак, тип используемого в конструкции электролитического конденсатора определяет срок службы блока питания. Он также определяет срок службы или интервал обслуживания конечного применения в обслуживаемом оборудовании.

Топология и применяемый пульсирующий ток, проектная схема, расчетный срок службы конденсатора, номинальная температура конденсатора и эффект местного нагрева варьируются от одного продукта к другому. Они также могут изменяться при входных условиях низкого и высокого уровня.

Эффекты внешнего нагрева могут перевесить эффекты внутреннего нагрева, особенно в современных компактных конструкциях.Фактический срок службы также зависит от повышения температуры, которое может произойти при установке источника питания в приложении. Профиль миссии конечного оборудования — еще один фактор, определяющий среднюю рабочую температуру в течение срока службы оборудования и количество часов использования в день.

Разработчики электролитических конденсаторов учитывают все эти факторы при определении срока службы своей продукции. Давайте посмотрим, с какими расчетами они работают.

Расчетный срок службы при номинальной температуре

Производители электролитических конденсаторов указывают расчетный срок службы при максимальной номинальной температуре окружающей среды, обычно 105 ° C.Этот расчетный срок службы может варьироваться от 1000 часов до 10000 часов и более. Чем больше расчетный срок службы, тем дольше прослужит компонент при данном применении и температуре окружающей среды.

Производители предоставляют расчеты для определения срока службы в приложении. Они основаны на уравнении Аррениуса для температурной зависимости скорости реакции. Это определяет, что скорость реакции удваивается на каждые 10 ° C повышения температуры. Это означает, что срок службы удваивается на каждые 10 ° C снижения температуры, поэтому конденсатор, рассчитанный на 5000 часов при 105 ° C, будет иметь срок службы 10 000 часов при 95 ° C и 20 000 часов при 85 ° C.

Основное уравнение приведено ниже. Кривая отображает зависимость срока службы от температуры окружающей среды.

Прикладываемый пульсирующий ток и рабочая частота

Помимо температуры окружающей среды и эффектов местного нагрева, приложенные токи пульсации дополнительно нагревают сердечник конденсатора. Процессы переключения и выпрямления на входном и выходном каскадах источника питания генерируют токи пульсации. Это вызывает рассеяние мощности внутри электролитического конденсатора.

Величина и частота этих токов пульсаций зависят от топологии, разработанной для активной коррекции коэффициента мощности (PFC), где она используется. Они также зависят от силового каскада главного преобразователя, оба они варьируются от конструкции к конструкции. Мощность, рассеиваемая внутри конденсатора, определяется среднеквадратичным током пульсаций и ESR конденсатора на приложенной частоте.

Повышение температуры сердечника компонента связано с рассеиваемой мощностью, коэффициентом излучения корпуса компонентов и коэффициентом разницы температур или крутизной от сердечника к корпусу. Эти значения определяются производителем компонентов.

Максимальный ток пульсаций, который может быть приложен к конденсатору, обычно указывается при максимальной температуре окружающей среды и 100/120 Гц. Коэффициенты умножения могут применяться в зависимости от температуры окружающей среды при фактическом использовании и частоты применяемого пульсирующего тока: ESR уменьшается с увеличением частоты.

Преимущества систем охлаждения

Источники питания закрытого типа с собственными охлаждающими вентиляторами менее восприимчивы к среде конечного приложения при правильном развертывании.Температура окружающей среды должна оставаться в пределах спецификации, и должен быть достаточный зазор для охлаждения.

В приведенной ниже таблице указан расчетный срок службы конденсаторов с расчетным сроком службы 2 000 и 5 000 часов при различных температурах. Он предполагает круглосуточную работу без выходных при переводе часов работы в годы эксплуатации. Оборудование с менее интенсивным профилем миссии — например, восемь-десять часов в день, пять дней в неделю — будет иметь значительно более длительный срок службы.

Другие переменные могут влиять на долговечность силовых приложений

Производители блоков питания применяют правила снижения проектных характеристик, чтобы обеспечить достаточный срок службы изделия.

Но эти правила не учитывают профиль миссии, окружающую среду, ориентацию установки, расположение, окружающее пространство, приложенную нагрузку и устройства охлаждения или вентиляции системы после того, как источник питания установлен в конечном оборудовании.

Срок службы конденсатора, особенно в среде с конвекцией или естественным охлаждением, следует дополнительно оценить в зависимости от конкретной установки.Измерять применяемые пульсирующие токи непрактично, но измерение эффективной рабочей температуры даст точную оценку срока службы. Операторы могут измерить температуру корпуса и применить уравнение Аррениуса и профиль миссии к базовому сроку службы, указанному производителем компонента.

На приведенном ниже механическом чертеже показаны компоненты, а кривые показывают ожидаемый срок службы источника питания в зависимости от температуры двух конденсаторов (C6 и C23).

Во многих технических паспортах источников питания, например, для серии GCS XP Power, указаны ключевые компоненты, определяющие срок службы продукта. Сюда входят те, которым требуется оконечное оборудование для обеспечения внешнего охлаждения, и те, которые предназначены для систем с конвекционным охлаждением. Эта информация, наряду с данными об операционной среде приложения, помогает разработчикам системы более точно определять срок службы источника питания в конечном приложении.

РЕЗЮМЕ: для точного прогнозирования срока службы источника питания важно оценить его в вашем конкретном приложении, используя точки измерения и данные, предоставленные производителем, и применяя профиль миссии для конечного оборудования на основе средней температуры и использования в день .

Основное руководство по источникам питания — , независимо от того, разрабатываете ли вы источник питания переменного тока в постоянный или преобразователь постоянного тока в постоянный. Вся необходимая информация в одном простом справочнике.

ТОК СМЕЩЕНИЯ И УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА

ТОК СМЕЩЕНИЯ И УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА

Расчет магнитного поля распределения тока может, в
принципа, выполняется с использованием закона Ампера, который связывает интеграл по путям
магнитное поле вокруг замкнутого пути к току, перехваченному
произвольная поверхность, которая охватывает этот путь:

(35.1)

Закон Ампера не зависит от формы выбранной поверхности, пока
ток течет по непрерывной непрерывной цепи. Однако рассмотрим случай
в котором токовый провод оборван и подключен к конденсатору с параллельными пластинами
(см. рисунок 35.1). Во время зарядки по проводу будет течь ток.
процесс конденсатора. Этот ток будет генерировать магнитное поле, и если
мы далеко от конденсатора, это поле должно быть очень похоже на
магнитное поле, создаваемое бесконечно длинным непрерывным проводом. Тем не менее
ток, перехваченный произвольной поверхностью, теперь зависит от выбранной поверхности.
Например, поверхность, показанная на рисунке 35.1, не пропускает ток.
Ясно, что в этом случае закон Ампера не может быть применен для нахождения магнитного поля.
поле генерируется текущим.

Рисунок 35.1. Закон Ампера в конденсаторной цепи. Хотя поверхность, показанная на рисунке 35.1, не пересекает
любой ток он перехватывает электрический поток. Допустим, конденсатор идеальный
конденсатор, с однородным электрическим полем E между пластинами и без
электрическое поле вне пластин.В определенный момент t заряд на
обкладок конденсатора — Q. Если обкладки имеют площадь поверхности А, то электрическая
поле между пластинами равно

(35,2)

Электрическое поле вне конденсатора равно нулю. Электрический поток,
[Phi] _E , перехваченный поверхностью, показанной на рисунке 35.1, равен
на номер

(35,3)

Если по проводу течет ток I, то заряд конденсатора
тарелки будут зависеть от времени. Следовательно, электрический поток также будет временем
зависимая, а скорость изменения электрического потока равна

(35,4)

Магнитное поле вокруг провода теперь можно найти, изменив закон Ампера

(35,5)

где [Phi] _E — электрический поток через поверхность, обозначенную на
Рис. 35.1 В наиболее общем случае поверхность, покрываемая интегрированием
путь магнитного поля может перехватывать ток и электрический поток.В таком
В этом случае влияние электрического потока и электрического тока должно быть
вместе, и закон Ампера становится

(35,6)

Ток I — это ток, улавливаемый любой поверхностью, используемой в
расчет, и не обязательно совпадает с током в проводах.
Уравнение (35.6) часто записывается как

(35,7)

где I _d называется , ток смещения и определяется
как

(35.8)

Пример: Задача 35.8

Конденсатор с параллельными пластинами имеет круглые пластины площадью А, разделенные
расстояние d. Тонкая прямая проволока длиной d проходит по оси
конденсатор и соединяет две пластины. Этот провод имеет сопротивление R.
внешние выводы пластин подключены к источнику переменной ЭДС
с напряжением V = V ₀ sin (Омега) t.

а) Какой ток в тонком проводе?

б) Какой ток смещения через конденсатор?

в) Какой ток поступает на внешние выводы конденсатора?

г) Какое магнитное поле между обкладками конденсатора на расстоянии r от
ось? Предположим, что r меньше радиуса пластин.

а) Установку можно рассматривать как параллельную цепь резистора с
сопротивление R и конденсатор емкостью C (см. рисунок 35.2). Электрический ток
в тонкой проволоке можно получить по закону Ома

(35.9)

Рисунок 35.2. Принципиальная проблема 35.8.

б) Напряжение на конденсаторе равно внешней ЭДС. Электрический
поэтому поле между пластинами конденсатора равно

(35.10)

Следовательно, электрический поток через конденсатор равен

.

(35.11)

Ток смещения I _d можно получить, подставив
уравнение (35.11) в уравнение (35.8)

(35.12)

Ток на внешних выводах конденсатора является суммой тока
используется для зарядки конденсатора и тока через резистор. Заряд
на конденсаторе

(35.13)

Таким образом, зарядный ток равен

.

(35,14)

Таким образом, общий ток равен

.

(35,15)

г) Силовые линии магнитного поля внутри конденсатора будут образовывать концентрические круги,
с центром вокруг резистора (см. рисунок 35.3). Интеграл по путям
магнитное поле вокруг круга радиуса r равно

(35.16)

Рисунок 35.3. Петля Ампера, используемая для определения магнитного поля.
внутри конденсатора. Поверхность, которая будет использоваться для определения силы тока и электрического
Перехватываемый поток — это диск радиуса r, показанный на рис. 35.3. Электрический поток
через этот диск равно

(35,17)

Ток смещения, улавливаемый этой поверхностью, равен

.

(35.18)

Ток, перехваченный поверхностью, равен току через
резистор (ур.(35.9)). Таким образом, закон Ампера требует

(35,19)

Таким образом, сила магнитного поля равна

.

(35.20)

Основные уравнения, описывающие поведение электрических и магнитных
поля известны как уравнения Максвелла. Их

(35.21)

(35.22)

(35.23)

(35,24)

Уравнения Максвелла дают полное описание взаимодействия между
заряды, токи, электрические и магнитные поля. Все свойства
поля могут быть получены путем математических манипуляций с этими уравнениями.
Если дано распределение зарядов и токов, то эти уравнения
однозначно определить соответствующие поля.

Пример: Задача 35.10

Докажите, что уравнения Максвелла математически предполагают сохранение
электрический заряд; то есть доказать, что если электрический ток не течет в
При заданном объеме электрический заряд в этом объеме остается постоянным.

Уравнение (35.21) показывает, что вложенный заряд Q связан с электрическим
поток [Phi] _E :

(35,25)

Скорость изменения вложенного заряда может быть определена дифференцированием
уравнение (35.25) по времени

(35.26)

Замкнутая поверхность, используемая в уравнении (35.24) для определения магнитного потока и тока
перехваченный может быть заменен сумкой, рот которой сжался до нуля.Путь
поэтому интеграл магнитного поля вдоль устья равен нулю, и
уравнение (35.24) можно записать как

(35,27)

Используя уравнение (35.26), мы можем переписать уравнение (35.27) как

(35,28)

Другими словами, если ток не течет в замкнутом объеме и не выходит из него (I = 0)
тогда электрический заряд в этом объеме останется постоянным. Из этого следует
сохранение заряда.

Электрическое поле между пластинами конденсатора с параллельными обкладками равно
определяется внешней ЭДС. Если расстояние между пластинами равно d (см.
Рисунок 35.4), то электрическое поле между пластинами равно

(35.29)

Это зависящее от времени электрическое поле будет индуцировать магнитное поле с напряженностью
что может быть получено с помощью закона Ампера. Рассмотрим круговую амперовскую петлю из
радиус r. Интеграл по путям магнитного поля вокруг этой петли равен
на номер

(35.30)

Электрический поток через поверхность, охватываемую этим путем, равен

.

(35.31)

Рисунок 35.4. Колебательный конденсатор с параллельными пластинами. Таким образом, ток смещения равен

.

(35.32)

Используя закон Ампера, получаем для магнитного поля

(35,33)

Это зависящее от времени магнитное поле будет индуцировать электрическое поле. Общая
электрическое поле внутри конденсатора, следовательно, будет суммой постоянных
электрическое поле, создаваемое источником ЭДС и индуцированного электрического поля,
генерируется зависящим от времени магнитным полем. Сила наведенного
электрическое поле можно рассчитать с помощью закона индукции Фарадея. Учитывать
замкнутый путь, показанный на рисунке 35.4. Возьмем индуцированное электрическое поле
на оси конденсатора равен нулю. Интеграл по путям индуцированной электрической
поле вдоль указанного пути тогда равно

(35,34)

где E _ind считается положительным, если направлено вверх.
Магнитный поток через поверхность, охватываемую петлей, показанной на рисунке.
35.4 равно

(35,35)

Таким образом

(35,36)

Индуцированное электрическое поле E _ind может быть получено из закона Фарадея
индукции (уравнение (35.23)) и равно

(35,37)

Таким образом, полное электрическое поле равно

.

(35,38)

Но добавление индуцированного поля означает, что необходимо внести поправку.
приложено к магнитному полю, рассчитанному ранее (ур.(35.33)). Это, в свою очередь,
измените индуцированный ток, и этот процесс будет продолжаться вечно. Если мы пренебрегаем
дополнительные поправки, то уравнение (35.38) показывает, что электрическое поле
исчезает на радиусе R, если

(35,39)

или

(35,40)

Если мы создадим полость, заключив конденсатор в проводящий цилиндр из
радиуса R, тогда уравнение (35.40) можно использовать для определения частоты движения
ЭДС, которая вызовет стоячую волну.Эта частота называется резонансной.
частота и равна

(35,41)

Для резонатора с R = 0,5 м резонансная частота составляет 1,2 ГГц.
Электромагнитное излучение с частотой в этом диапазоне называется микроволновым.
излучения, а полость называется микроволновой печью.

Электрическое поле, создаваемое неподвижным зарядом, стационарно. Когда
заряд ускоряется, он создает дополнительные электрические и магнитные поля, которые перемещаются
наружу из положения заряда.Эти радиационные поля называются
электромагнитные волны . Они движутся со скоростью света (в
вакуума) и уносят энергию и импульс от заряда. Их свойства
определяются свойствами ускоренного заряда, и таким образом
предоставить средства для передачи информации со скоростью света в течение длительного времени
расстояния.

Рассмотрим сначала заряд q в состоянии покоя (при t <0). Между t = 0 и t = [tau], заряд ускоряется с ускорением a.После t = [tau] заряд движется с постоянной скоростью (v = a [тау]). Будем считать, что конечная скорость заряда мала по сравнению со скоростью света (v << c) и что период времени [тау], в течение которого заряд ускоряется короткий. Электрическое поле, создаваемое зарядом в момент времени t> [тау]
состоит из трех отдельных областей (см. рисунок 35.5). В области r> ct
линии поля будут линией точечного заряда, покоящегося в начале координат
(электромагнитные волны распространяются со скоростью света, и область с r
> ct может еще не знать, что заряд отошел от зародыша).В
сферическая область радиусом r Нарушение
произведенный ускоренным зарядом, ограничен областью между этими двумя
сферы и эффект ускорения — изгиб силовых линий. В
электрическое поле в этой области имеет две составляющие: радиальную составляющую и
поперечный компонент.

Радиальная составляющая определяется законом Гаусса.Рассмотрим сферическую
Гауссова поверхность, расположенная между двумя сферами, показана на рисунке 35.5. В
заряд, заключенный на этой поверхности, равен q. Электрический поток через это
поверхность зависит только от радиальной составляющей поля. Применение закона Гаусса
заключаем, что радиальная составляющая электрического поля — это просто обычная
Кулоновское поле

(35.42)

Рисунок 35.5. Силовые линии электрического поля, создаваемые ускоренным
обвинение. Связь между радиальной составляющей электрического поля
а поперечная составляющая электрического поля может быть определена как
внимательно исследуя одну линию поля (см. рисунок 35.6). Линия поля, показанная на
Рисунок 35. 6 образует угол [тета] с направлением движущегося заряда.
Соотношение между величиной поперечного электрического поля и радиального поля.
электрическое поле равно

(35,43)

Поскольку радиальное поле известно, уравнение.(35.42), мы можем использовать уравнение (35.43) для определения
поперечная составляющая электрического поля:

(35,44)

Расстояние r, на котором происходит перегиб, связано со временем t, на котором мы
посмотрите на поле:

(35,45)

Исключая зависимость от t в уравнении (35.44), получаем следующее
выражение для поперечной компоненты электрического поля:

(35.46)

Рисунок 35.6. Расчет поперечного электрического поля. Уравнение (35.46) показывает, что поперечное электрическое поле равно
прямо пропорционально ускорению a и обратно пропорционально
расстояние r. Кулоновская составляющая поля падает как 1 / r ² .
Это показывает, что поперечная составляющая, также называемая полем излучения,
остается значительным на расстояниях, где кулоновское поле практически
исчезает.

Уравнение для поперечного электрического поля (ур.(35.46)) действительно в
вообще, даже если ускорение не постоянное. Если заряд колеблется
вперед и назад с помощью простого гармонического движения с частотой [омега], затем
ускорение в момент t будет равно

(35,47)

Чтобы определить поле излучения в момент времени t и на расстоянии r, мы имеем
чтобы понять, что ускорение a, используемое в уравнении (35.46), должно быть
ускорение в момент времени t — r / c, где r / c — время, необходимое для того, чтобы сигнал
путешествовать на расстояние r.Поле излучения колеблющегося заряда равно
следовательно, равно

(35,48)

Пример: Задача 35.25

На радиоантенне (прямой кусок провода) электроны движутся назад и
вперед в унисон. Предположим, что скорость электронов v =
v ₀ cos ([omega] t), где v ₀ = 8,0 x 10 ^-3 м / с
и [омега] = 6,0 × 10 ⁶ рад / с.

а) Какое максимальное ускорение электронов?

б) В соответствии с этим максимальным ускорением, какова сила
поперечное электрическое поле, создаваемое одним электроном на расстоянии 1. 0 км от
антенну в направлении, перпендикулярном антенне? Сколько времени
задержка (или замедление) между моментом максимального ускорения и
момент, когда соответствующее электрическое поле достигает расстояния 1,0 км
?

в) На антенне 2,0 x 10 ²⁴ электронов. Что
коллективное электрическое поле, создаваемое всеми электронами, действующими вместе? Предполагать
антенна достаточно мала, так что все электроны вносят примерно
такое же электрическое поле на расстоянии 1.0 км.

а) Ускорение электронов можно получить, дифференцируя их
скорость относительно времени:

(35,49)

Таким образом, максимальное ускорение равно

.

(35,50)

б) Максимальное поперечное электрическое поле на расстоянии 1,0 км (= 1000 м), в
направление, перпендикулярное антенне ([theta] = 90deg.), может быть получено
используя уравнение (35.48):

(35.51)

Поскольку скорость распространения поля излучения равна скорости
свет, c, максимумы в поле излучения будут происходить за период времени [Delta] t
после максимумов ускорения электрона. Длина этого
период, [Delta] t, равен

(35,52)

в) Если предположить, что все электроны находятся в фазе, то максимальное суммарное
поперечное электрическое поле на расстоянии 1,0 км равно количеству
электронов, умноженных на максимальное поперечное электрическое поле, создаваемое одним
электрон.Таким образом

(35,53)

Когда заряд ускоряется из состояния покоя, он создает магнитное поле.
Изначально магнитное поле будет равно нулю (заряд в состоянии покоя). Как
в результате ускорения возмущение переместится наружу и изменит
магнитное поле от его начального значения (B = 0 Тл) до его конечного значения, в значительной степени
так же, как мы наблюдали для электрического поля. Магнитное поле может быть
полученный из электрического потока по закону Максвелла-Ампера, который гласит, что

(35.54)

Обратите внимание, что ток I не появляется в ур. (35,54). Поскольку мы ищем
в области, удаленной от движущегося заряда, ток, перехваченный поверхностью
на пути, используемом для вычисления интеграла по путям B, равна нулю.
Индуцированное магнитное поле будет зависеть от времени и, следовательно, будет вызывать
электрическое поле по закону Фарадея. Это индуцированное электрическое поле снова будет
зависит от времени и индуцирует другое магнитное поле, и этот процесс продолжается.Комбинированные электрические и магнитные поля излучения, создаваемые
Ускоряющий заряд называют электромагнитными волнами. Они есть
хозрасчетные; электрическое поле индуцирует магнитное поле, а индуцированное
магнитное поле индуцирует электрическое поле. Поскольку электрические и магнитные
поля естественно поддерживают друг друга, электромагнитная волна не требует
среда для его распространения, и он легко распространяется в вакууме. Максвелл
уравнения могут быть использованы, чтобы показать, что произведение u ₀ и
[epsilon] ₀ равно 1 / c ² .Или

(35,55)

Это уравнение было одним из величайших и ранних триумфов Максвелла.
электромагнитная теория света. Это показывает, что электричество и магнетизм
два разных аспекта одного и того же явления.

Отправляйте комментарии, вопросы и / или предложения по электронной почте на адрес [email protected] и / или посетите домашнюю страницу Фрэнка Вольфса.
Расчет кода конденсатора

— Загрузить диаграмму в формате PDF

В этой статье я объяснил, как рассчитать значение емкости на основе 3-значного кода конденсатора.Для керамических конденсаторов трехзначный код, нанесенный на конденсатор, указывает их значение емкости.

Что такое керамический конденсатор

Керамические конденсаторы — это конденсаторы с фиксированной величиной, в которых диэлектрик изготовлен из керамических материалов. Для любых керамических конденсаторов существует два или более чередующихся слоев керамики и металла, действующих как электроды.

Таблица кодов конденсаторов: Таблица

для кодов конденсаторов со значением емкости в пФ и нФ

Обучающее видео по коду конденсатора

Как вычислить код конденсатора 104

В наиболее распространенном коде используется первая цифра, вторая цифра, и схема умножения.

На этом рисунке я показал, как получить значение емкости из кода конденсатора 104.

Чтобы получить значение емкости, сначала запишите первую и вторую цифру. Третья цифра указывает количество нулей, которые вы должны написать после первых двух цифр.

Для кода 104 третья цифра — 4 , поэтому вам нужно написать 0000 (4 нуля) после 10 (первые две цифры).

Таким образом, значение емкости для 104 будет 100000 пикофарад, или 100 нанофарад, или 0.1 мкФ.

Код маркировки допуска

Дополнительные примеры:

Для некоторых конденсаторов значение емкости указано очень ясно .

Керамический конденсатор 22 пФ

Как вы можете видеть на рисунке для 22 пФ , на конденсаторе нанесена маркировка 22К . (K означает допуск 10%)

Дополнительные примеры:

Измерение емкости с помощью мультиметра

Вы также можете использовать мультиметр для проверки значения емкости конденсаторов. Здесь я тестирую керамический конденсатор 155J . В мультиметре можно значение емкости 1,5 мкФ .

Поделитесь своими отзывами об этом обучающем видео по конденсаторам, а также дайте мне знать, если у вас возникнут какие-либо вопросы.

Вы также можете посетить наш канал YouTube e l для получения дополнительных полезных руководств по базовой электронике.

Надеюсь, вам понравился этот урок. Спасибо за ваше время.

Диэлектрические конденсаторы с трехмерными встречно-штыревыми электродами нанометрового размера для накопления энергии

Перезаряжаемые накопители энергии являются ключевыми компонентами портативной электроники, вычислительных систем и электромобилей.Следовательно, очень важно создать высокопроизводительные системы хранения электроэнергии с высокой энергией и высокой плотностью мощности для наших будущих потребностей в энергии ( 1 , 2 ). Среди различных систем хранения диэлектрические конденсаторы, состоящие из двух металлических электродов, разделенных сплошной диэлектрической пленкой, широко считаются высокостабильными системами хранения энергии с самой высокой мощностью. Однако их способность аккумулировать энергию отстает, потому что можно использовать только ограниченные поверхностные заряды ( 3 , 4 ).Поэтому повышение плотности энергии диэлектрических конденсаторов в качестве альтернативы высокопроизводительным системам хранения данных привлекло внимание многих ученых ( 3 — 16 ). Текущая стратегия заключается в простом увеличении удельной поверхности электродов систем накопления энергии ( 3 — 16 ), где наноструктурированные материалы с большой удельной поверхностью открыли захватывающие возможности для устройств накопления электроэнергии с высокой плотностью энергии. .Например, «желобчатые» конденсаторы, содержащие стопки слоев металл-изолятор-металл (MIM), были изготовлены внутри нанопористых / микропористых материалов для хранения энергии ( 3 , 4 , 9 — 16 ). Посредством последовательного осаждения атомных слоев (ALD) слоев TiN, Al ₂ O ₃ и TiN были изготовлены нанотрубчатые MIM-конденсаторы в нанопористых мембранах из анодного оксида алюминия (AAO) с удельной емкостью ~ 10 мкФ / см ² для мембраны AAO толщиной 1 мкм ( 3 ) и плотности энергии 1. 5 Втч / кг ( 4 ). Однако в этих диэлектрических конденсаторах невозможно достичь высоких пробивных напряжений. Таким образом, для высокоэффективного диэлектрического конденсатора требуются стабильный диэлектрик и новые наноархитектурные электроды для увеличения пробивных напряжений и связанных с ними плотностей энергии. Нанопористые АОА образуются в результате электрохимического окисления алюминия в кислых растворах ( 17 ). Он широко используется в качестве шаблона для синтеза массивов нанопроволок ( 18 , 19 ), нанотрубок ( 20 ) и нанокабелей ( 21 ).Удивительные особенности нанопористого AAO, включая однородную толщину стенки пор, полусферические барьерные слои на дне поры и высокую диэлектрическую постоянную ( 22 ), могут быть применены в диэлектрических конденсаторах для улучшения характеристик. Кроме того, по сравнению с осажденными оксидами алюминия, такими как ALD, AAO может быть хорошим вариантом, особенно для MIM-структур, для достижения ожидаемой более низкой утечки тока и более высокого напряжения пробоя ( 23 ). 3D) встречно-штыревые электроды могут улучшить производительность систем накопления электроэнергии ( 24 ).Последовательно были изготовлены трехмерные встречно-штыревые микроэлектроды (на самом деле они представляют собой двумерные встречно-штыревые токоприемники) для повышения производительности суперконденсаторов ( 25 ) и батарей ( 26 , 27 ). Однако настоящие встречно-штыревые электроды в трехмерном наноразмерном масштабе никогда не были реализованы на практике и появились только при моделировании и имитационных исследованиях ( 24 ). Здесь мы демонстрируем уникальный диэлектрический конденсатор с встречно-штыревыми электродами в трехмерном наноразмерном масштабе, схематически показанный на рис.1А. В нашем новом конденсаторе в качестве диэлектрического материала действует нанопористая AAO-мембрана с уникальной структурой с двумя наборами встречно-штыревых и изолированных прямых нанопор большого и малого диаметров, выходящих на противоположные плоские поверхности. Два набора массивов углеродных нанотрубок (УНТ) с большим (обозначается как электрод I) и малым (обозначается как электрод II) диаметрами, выращенных в двух наборах нанопор однозначно структурированной мембраны AAO, действуют как встречно-гребенчатые положительный и отрицательный электроды, соответственно. .Таким образом достигается высокая плотность энергии около 2 Втч / кг, близкая к значению суперконденсаторов.

Чего нельзя делать с крышками

Неправильное использование конденсаторов

Недавно мы опубликовали заметку о схеме конденсатора и, как всегда, получили много отличных отзывов от наших читателей. Чтобы ответить на ваши вопросы, мы попросили нашу службу технической поддержки рассказать нам о конденсаторах. Они поделились ценными знаниями и рассказами из своего личного опыта. Тем временем наша команда по маркетингу продуктов решила, что показать вам, что именно происходит, когда вы меняете полярность конденсатора или подвергаете конденсатор воздействию перенапряжения, будет отличной возможностью для обучения.

Что такое конденсаторы и как они работают?

Конденсатор — это пассивный электрический компонент с двумя выводами. По сути, это два проводника, обычно с проводящими пластинами, разделенные изолятором, известным как диэлектрик. Он также имеет соединительные провода, которые подключаются к токопроводящим пластинам. Диэлектрик определяет тип конденсатора. Диэлектрический материал может быть разным, но он должен быть плохим проводником электричества.

Конденсатор предназначен для хранения энергии.Отрицательный вывод принимает электроны от источника питания, а положительный вывод теряет электроны. Конденсатор при необходимости высвобождает накопленную энергию. Он работает аналогично аккумулятору, но может полностью разрядить его за доли секунды.

Обычными типами конденсаторов являются керамические конденсаторы, бумажные или пленочные конденсаторы и электролитические конденсаторы. Существует также семейство суперконденсаторов с высокой емкостью.

Применение конденсатора

:

Конденсаторы имеют множество применений.Они играют важную роль в цифровой электронике, поскольку защищают микрочипы от шума в сигнале питания за счет развязки. Поскольку они могут быстро сбросить весь свой заряд, они часто используются в вспышках и лазерах вместе с настраиваемыми схемными устройствами и емкостными датчиками. Цепи с конденсаторами демонстрируют частотно-зависимое поведение, поэтому их можно использовать со схемами, которые выборочно усиливают определенные частоты.

Выбор конденсатора:

Выбор конденсатора во многом зависит от электронного устройства, с которым вы работаете, и от того, какой ток используется (переменный, постоянный и т. Д.).(-6), или одна миллионная фарада.

Напряжение конденсатора пропорционально заряду, накопленному в конденсаторе. Они способны блокировать сигналы постоянного тока при прохождении переменного тока. Конденсаторы также могут устранить рябь. Если линия, по которой проходит постоянное напряжение, имеет пульсации, конденсатор может выровнять напряжение, поглощая пики и заполняя впадины.

Напряжение на конденсаторе — это не номинал, а то, какое напряжение вы можете подвергнуть конденсатору. Например, если ваш источник напряжения составляет 9 вольт, вы должны выбрать конденсатор, который как минимум в два раза больше напряжения, 18 вольт или даже 27 вольт, чтобы быть в безопасности.

Электролитические конденсаторы переменного тока или биполярные конденсаторы имеют два анода, подключенных с обратной полярностью. Электролитические конденсаторы постоянного тока поляризованы в процессе производства и поэтому могут работать только с постоянным напряжением. Напряжения с обратной полярностью, напряжение или пульсирующий ток выше, чем указано, могут разрушить диэлектрик и конденсатор. Разрушение электролитических конденсаторов может иметь катастрофические последствия, такие как пожар или взрыв.
Если поляризованный конденсатор установлен неправильно, конденсатор со свистом взрывается. С другой стороны, неполяризованные конденсаторы в основном используются для фильтрации гармонических шумов почти в каждой цепи, более удобны в обращении.

«Некоторые большие электролитические конденсаторы могут сохранять заряд в течение длительного времени. Некоторые могут даже до некоторой степени заряжаться самостоятельно», — пояснил инженер технической поддержки Jameco. «Инженер-электронщик, с которым я работал, создавал прототип источника питания, настраивал схему, тестировал детали и т. Д. По своей привычке он вынул заглушку из схемы, чтобы заменить ее, и, не задумываясь, воткнул один из выводов. его рот.Конденсатор более или менее мгновенно разрядил всю свою нагрузку и фактически заставил его упасть со стула. Он был в порядке, но это было страшно. Через несколько месяцев ему пришлось вырвать зуб прямо в том месте, где выпала колпачок. Он ударил этот зуб электрическим током ».

Не забывайте работать осторожно при обращении с конденсаторами и всегда следуйте спецификациям вашего устройства или проекта.