Конденсаторы что это такое: Страница не найдена

Электроника НТБ — научно-технический журнал — Электроника НТБ

ОСОБЕННОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ С НИЗКИМ ESR
До последнего времени четкое определение конденсатора с низким ESR отсутствовало. Такие стандарты, как JIS5141 и EIA395, касаются только процедур испытаний конденсаторов. Отсутствие стандартов заставило отдельных производителей самостоятельно определять, что же значит конденсатор с низким ESR. В итоге большинство поставщиков установили согласованный критерий, определяющий такие конденсаторы как элементы, у которых:
· срок службы больше, чем у стандартных конденсаторов;
· максимальный импеданс задается на частоте 100 кГц и остается неизменным в диапазоне температур +20…-10°С;
· пульсирующий ток определяется на частоте 100 кГц;
· повышенная температурная стабильность (температурный коэффициент импеданса).
Конденсаторы с низким ESR одного и того же номинала могут монтироваться в корпуса различных размеров.
Для лучшего понимания того, что же представляют собой конденсаторы с низким ESR и каковы их характеристики, необходимо сначала понять, что же значит низкое ESR и как оно влияет на рабочие характеристики схемы.

Эквивалентная схема конденсатора содержит четыре основных элемента (рис.1), причем значения трех – импеданса конденсатора (Z), эквивалентного последовательного сопротивления (ESR), эквивалентной последовательной индуктивности (ESL) – зависят от частоты. Значение Rp зависит от постоянного тока. Рассмотрим лишь зависящие от частоты характеристики конденсатора – ESL, ESR и Z.
ESL – сумма индуктивностей всех индуктивных элементов конденсатора. ESL = 2PIЧfЧL, где f – рабочая частота и L – индуктивность.
ESR, подобно ESL, – сумма всех резистивных элементов конденсатора. ESR = DF/(2PIЧfЧC)ЧХс, где DF – коэффициент рассеяния,
f – частота, С – емкость и Хс – емкостное сопротивление,
…
Z – импеданс конденсатора. Z = Ц(ESR)2 + (ESL – Xc)2.
Зависимости этих параметров от частоты приведены на рис.2.
Частотные зависимости параметров всех конденсаторов имеют одинаковый характер. Таким образом, для уменьшения ESR следует использовать конденсатор либо большей емкости, либо с меньшим коэффициентом рассеяния. Уменьшение ESR с увеличением емкости конденсатора хорошо понятно и не требует объяснений. Уменьшение ESR за счет применения диэлектрика с меньшим коэффициентом рассеяния наглядно иллюстрирует табл.1, из которой можно сделать несколько важных выводов.
Во-первых, если обратить внимание на частоты, для которых рассчитывалось значение ESR, можно отметить, что с увеличением частоты значение ESR уменьшается. Поэтому при задании в технических условиях на конденсатор с низким ESR требуемого значения эквивалентного последовательного сопротивления необходимо также указывать частоту, на которой ESR измеряется, в противном случае велика вероятность неправильного выбора конденсатора. На рис.3 приведена типовая зависимость ESR от частоты для танаталового конденсатора емкостью 22 мкФ на напряжение 25 В.
Важна и температура, которую необходимо учитывать при оценке конденсатора, особенно если он должен работать при минусовых температурах. Это в первую очередь существенно для алюминиевых электролитических конденсаторов. При очень низких температурах емкость этих конденсаторов может уменьшиться на 10–40%, а DF возрасти на порядок. Поэтому конденсаторы, которые должны работать при низких температурах окружающей среды, необходимо выбирать очень тщательно.
Во-вторых, у конденсаторов с различными диэлектриками различны и значения ESR. Меняя диэлектрик, можно изменять значение ESR. Следует обратить внимание на существенное различие между значениями ESR для алюминиевых электролитических и полипропиленовых конденсаторов.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Различны и значения ESR для пленочных и алюминиевых электролитических конденсаторов. Эти различия определяют предпочтительные области применения каждого типа. К достоинствам пленочных конденсаторов относятся, в первую очередь, независимая полярность конструкции, высокое рабочее напряжение, малые значения емкости, жесткие допуски на значение емкости, самовосстановление (только металлизированная конструкция), высокая безотказность, стойкость к большому току пульсации, разнообразие форм выводов и корпусов. Применяются пленочные конденсаторы, как правило, в системах, где требуется низкое ESR для подавления электромагнитных и радиопомех.
Алюминиевые электролитические конденсаторы широко используются в импульсных преобразователях напряжения. Выпускаются они различных, отличающихся по своим параметрам, типов (табл.2). Так, в сравнении со стандартными, алюминиевые электролитические конденсаторы с низким ESR характеризуются большими значениями емкости, большим сроком службы (более 5 тыс. часов) и долговечностью при полной нагрузке, способностью выдерживать более высокие токи пульсации, большим разнообразием размеров корпусов.
Самые большие различия получены для таких параметров, как долговечность при полной нагрузке, импеданс (Z) и ESR на частоте 100 кГц. Конденсаторы с малыми значениями ESR и импеданса широко используются в импульсных источниках питания для обеспечения стабильности их характеристик. Конденсаторы с высокими значениями ESR будут слишком нагреваться и не позволят стабилизировать ток. Очевидно, саморазогрев конденсаторов также приводит к сокращению их срока службы и, соответственно, к ухудшению характеристик и срока службы стабилизатора на токовых ключах. К тому же, максимальное значение тока пульсации низкоимпедансных конденсаторов больше, чем у стандартных, что позволяет сократить число используемых элемнтов и, тем самым, уменьшить размеры преобразователя.
В качестве примера на рис.4 приведена зависимость напряжения пульсаций на ИС от ESR конденсатора, используемого в цепи развязки по питанию. Комментарии, как говорится, излишни.
Таким образом, если в схеме необходимо использовать конденсаторы с низким ESR, в первую очередь следует определить допустимые пределы значения эквивалентного сопротивления и выбрать компоненты, «соответствующие» требованиям. При этом важно знать условия, при которых производитель проводил испытания, поскольку их характеристики существенно влияют на работу конденсатора в схеме. Серьезную техническую поддержку при выработке требований и рекомендаций по выбору нужного типа конденсатора оказывают разработчикам такие изготовители, как Teapo Electronics и Illinois Capacitor.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Ведущие мировые компании по производству конденсаторов уделяют очень большое внимание конденсаторам с низким ESR. Например, Teapo Electronic Corporation, специализирующаяся на выпуске высококачественных алюминиевых электролитических и пленочных конденсаторов, предлагает алюминиевые электролитические низкоимпедансные конденсаторы с низким ESR на рабочую температуру до 105°C серий SC (срок службы 3 тыс. ч при температуре 105°C ) и SX (5 тыс. ч при температуре 105°C ).
Но, пожалуй, нигде, кроме России, нельзя встретить столь вопиющее неcоответствие между назначением изделия и уровнем (откровенно низким) используемой элементной базы. Например, вряд ли где-либо еще в дорогой системе промышленной автоматики можно найти плохие «электролиты». И это не у одного какого-либо производителя. Это – общая беда российской электронной промышленности последних лет. Правда, сегодня ситуация меняется. Качественные конденсаторы, в том числе и с низким ESR, по цене лишь незначительно превосходящие стандартные, становятся доступными отечественному производителю. К тому же, меняется и его менталитет. И это дает надежду на то, что изделия с маркой «Сделано в России» в реальности, а не на бумаге, не будут уступать лучшим зарубежным аналогам.
Компания ПОЛИСЭТ представляет на российском рынке весь спектр высококачественных электролитических и пленочных конденсаторов фирмы Teapo Electronic, а также танталовые электролитические конденсаторы фирмы Samsung Electro-Mechanics.
Тел.: (095) 967-0591; www.poliset.ru; [email protected]

Литература
www.yageo.com
www.teapo.com.tw
www.sem.samsung.com/
Aluminium Electrolytic Capacitors Catalogue, 2001, Teapo Electronic Corporation.
R.W. Franklin, Equivalent Series Resistance of Tantalum Capacitors, AVX Limited, 2001
Passive Component Industry, September/October 2001
R.K. Keenan, Decoupling and layout of Digital Printed Circuits,198

Пролезет ли конденсатор в игольное ушко?
В конце октября 2001 года фирма Samsung Electro-Mechanics выпустила самый миниатюрный в мире многослойный керамический конденсатор для поверхностного монтажа (SMD MLCC) марки 0603MLCC. Размер конденсатора 0,6х0,3 мм, а объем составляет всего лишь одну пятую от объема его предшественника. Конденсатор столь мал, что практически не виден невооруженным глазом. Поэтому производственный процесс полностью автоматизирован. Фирма выпускает конденсатор двух типов: X7R (стандартный) и NPO (с низким эквивалентным последовательным сопротивлением).
Сейчас Samsung Electro-Mechanics ежемесячно выпускает около 30 млн. конденсаторов, в 2002 году объем их производства будет увеличен. Сегодня фирма Samsung Electro-Mechanics контролирует около 30% мирового рынка многослойных керамических конденсаторов и в ближайшее время намерена стать их крупнейшим производителем.

www.poliset.ru; www.sem.samsung.com

«Другой» анодный материал конденсаторы фирмы Vishay
Vishay Intertechnology выпустила новое семейство конденсаторов, в которых анод выполнен из ниобия, а не тантала. Переход к новому материалу был не прост. Пленки оксида ниобия более чувствительны к тепловым и электрическим воздействиям. К тому же, токи утечки ниобиевых компонентов до сих пор были выше, чем танталовых. Но в отличие от тантала, ниобий достаточно распространен в природе и, кроме того, он легче тантала, благодаря чему уменьшается масса конденсатора. Эти соображения и стимулировали разработку ниобиевых компонентов.
Фирма Vishay выпускает конденсаторы емкостью 10–100 мкФ на напряжения 6 и 10 В в разнообразных стандартных корпусах. Они рассчитаны на работу в диапазоне температур -55…85оС.

www.e-insite.net/edmag

Скорость передачи 10 Гбайт/с
По медным проводам
Утверждение, что скорость передачи 10 Гбайт/с доступна лишь для оптического волокна, опровергает соединитель модели Connector–X фирмы Winchester Electronics, способный поддерживать передачу 12 различных пар сигналов с такой скоростью. Это в три-четыре раза выше, чем у современных соединителей медных проводов. Плавкие кнопочные контакты соединителя, напоминающие миниатюрные стальные подушечки для чистки кастрюль, выдерживают 250 циклов сочленения. Для обеспечения контакта соединителя с токопроводящими линиями печатной платы (которая может выполняться на достаточно дешевом материале FC-4) не нужны отверстия, достаточны лишь две крепежные точки. Это позволяет снизить стоимость сборки, улучшить выход годных и предотвратить сбои в передаче сигнала. Цена соединителя длиной 1 дюйм (25,4 мм) – 250–300 долларов.

www.litton-wed.com

Процесс восстановления пластин GaAs
Старые не хуже новых
Фирма Exsil разработала процесс восстановления арсенидгаллиевых пластин для их повторного использования в производстве активных приборов и микросхем. Возможность применения таких пластин весьма перспективна, особенно если вспомнить, что стоимость “первичных” GaAs-пластин на порядок выше, чем кремниевых, – 350–450 долл. при диаметре150 мм. За восстановленную пластину нужно заплатить всего 85–100 долл. Линия фирмы предназначена для восстановления пластин GaAs диаметром 100 и 150 мм, которые по своим параметрами не уступают, а в некоторых случаях превосходят первичные пластины.

Electronic News, 2001, Nov.15.

Электроника движет ростом затрат на НИОКР
По данным отделения технологической политики Министерства торговли США, затраты на НИОКР в 2000 году (самые последние точные данные на сегодня) составили 162,7 млрд. долл., что на 9,3% больше, чем в предыдущем году (145, 6 млрд. долл.). Затраты на НИОКР могут служить серьезным индикатором потенциального роста экономики страны и тенденций развития технологии. Большая часть инвестиций (67%) сосредоточена в двух областях – производство и услуги информационной и электронной технологии и медицинские средства и устройства. При этом на НИОКР в области информационной и электронной технологии было затрачено 47,2% общих корпоративных средств, что на 16,3% больше, чем в 1999 году (в остальных секторах американской экономики рост составил всего 3,7%). Сократились затраты на НИОКР в области аэрокосмических исследований и химической промышленности.

www.e-insite.net

Свойства электролитического конденсатора.

Устройство и особенности.

Устройство и особенности электролитических конденсаторов

Главная особенность электролитических конденсаторов, наверняка, состоит в том, что они по сравнению с остальными обладают большой ёмкостью и довольно небольшими габаритами.

Широко распространённые алюминиевые конденсаторы по сравнению с другими имеют некоторые специфические свойства, которые следует учитывать при их использовании.

За счёт того, что алюминиевые обкладки электролитических конденсаторов скручивают для помещения в цилиндрический корпус, образуется индуктивность. Эта индуктивность во многих случаях нежелательна. Также алюминиевые электролитические конденсаторы обладают так называемым эквивалентным последовательным сопротивлением (ЭПС или на зарубежный манер, ESR). Чем ниже ESR конденсатора, тем он качественнее и более пригоден для работы в цепях, где требуется фильтрация высокочастотных пульсаций. Примером может служить рядовой импульсный блок питания компьютера или адаптер питания ноутбука.

В основном электролитические конденсаторы служат для сглаживания пульсаций тока в цепях выпрямителей переменного тока. Кроме этого они активно используются в звуковоспроизводящей технике для разделения пульсирующего тока (ток звуковой частоты + постоянная составляющая) на постоянную и переменную составляющую тока звуковой частоты, которая подаётся на следующий каскад усиления. Такие конденсаторы называют разделительными.

В практике ремонта можно встретить неисправность, когда разделительный конденсатор «высыхает», а, следовательно, теряет изначальную ёмкость. При этом он плохо разделяет ток звуковой частоты от пульсирующего и не пропускает звуковой сигнал на последующий каскад усиления. Амплитуда звукового сигнала в соответствующем каскаде усиления резко снижается либо вносятся существенные искажения. Поэтому при ремонте усилителей и прочей звуковоспроизводящей аппаратуры стоит внимательно проверять исправность разделительных электролитических конденсаторов.

В связи с тем, что электролитические конденсаторы имеют полярность, то при работе на их обкладках должно поддерживаться постоянное напряжение. Это является их недостатком. В результате их можно применять в цепях с пульсирующим или постоянным током.

Кроме алюминиевых электролитических конденсаторов в современной электронике легко обнаружить и танталовые. У них нет жидкого электролита, он у них твёрдотельный. Также танталовые конденсаторы имеют достаточно низкое ESR, благодаря чему активно применяются в высокочастотной электронике. Из минусов можно отметить высокую стоимость и низкое номинальное напряжение, обычно не превышающее 75V. Более подробно о танталовых конденсаторах я рассказывал здесь.

Устройство алюминиевого электролитического конденсатора.

Чтобы узнать, как устроены алюминиевые электролитические конденсаторы, давайте распотрошим одного из них. На фото показан разобранный экземпляр ёмкостью 470 мкФ и на номинальное напряжение 400V.

Взял я его из промышленного частотника. Надо сказать, весьма неплохой конденсатор с низким ESR.

Конденсатор состоит из двух тонких алюминиевых пластин, к которым крепятся выводы. Между алюминиевыми пластинами помещается бумага. Она служит диэлектриком. Но это ещё не всё. В данном случае получается обычный бумажный конденсатор с малой ёмкостью.

Для того чтобы получить большую ёмкость и уменьшить размеры готового прибора, бумагу пропитывают электролитом. На фотках можно разглядеть желтоватый электролит на дне алюминиевого стакана.

Далее, пропитанную электролитом бумагу помещают между алюминиевыми обкладками. В результате электрохимических процессов алюминиевая фольга окисляется под действием электролита. На поверхности фольги образуется тонкий слой окисла – оксида алюминия (Al₂O₃). На вид можно легко определить сторону обкладки с тонким слоем окисла — она темнее.

Оксид алюминия является отличным диэлектриком и обладает свойством односторонней проводимости. Поэтому электролитические конденсаторы полярны и способны работать лишь в цепях с пульсирующим, либо постоянным током.

А что будет, если на электролитический конденсатор подать напряжение обратной полярности?

Если так произойдёт, то начнётся бурная электрохимическая реакция, которая сопровождается сильным нагревом. Электролит моментально вскипает и конденсатор «бабахает». Именно поэтому при установке такого конденсатора в схему нужно строго соблюдать полярность его включения.

Кроме оксида алюминия (Al₂O₃), благодаря которому удаётся изготавливать конденсаторы с большой электрической ёмкостью, применяются и другие уловки, чтобы увеличить ёмкость и уменьшить размеры готового изделия. Известно, что ёмкость зависит не только от толщины слоя диэлектрика, но и от площади обкладок. Чтобы её увеличить применяют метод травления, аналогичный тому, что используют в своей практике радиолюбители для изготовления печатных плат. На поверхности алюминиевой обкладки вытравливают канавки. Размеры этих канавок малы и их очень много. За счёт этого активная площадь обкладки увеличивается, а, следовательно, и ёмкость.

Если присмотреться, то на алюминиевой обкладке можно заметить еле заметные полоски, наподобие дорожек на грампластинке. Это и есть те самые канавки.

В неполярных электролитических конденсаторах окисляются обе алюминиевые обкладки. В результате он становиться неполярным.

Особенности применения электролитических конденсаторов.

Нетрудно заметить, что на верхней части цилиндрического корпуса у большинства радиальных электролитических конденсаторов нанесена защитная насечка — клапан.

Дело в том, что если на электролит воздействует переменное напряжение, то конденсатор сильно разогревается и жидкий электролит начинает испаряться, давить на стенки корпуса. Из-за этого он может «хлопнуть». Поэтому на корпусе и наноситься защитный клапан, чтобы под действием избыточного давления он открылся и предотвратил «взрыв» конденсатора, выпустив закипающий электролит наружу.

«Взорвавшийся» электролитический конденсатор

Отсюда исходит правило, которое необходимо учитывать при самостоятельном конструировании электроники и ремонте радиоаппаратуры. При диагностике неисправности, а также при первом включении конструируемого или ремонтируемого аппарата, необходимо держаться на расстоянии от электролитических конденсаторов. В случае если при сборке в схеме была допущена ошибка, приводящая к завышению предельного рабочего напряжения конденсатора, либо воздействию на него переменного тока, конденсатор нагреется и «хлопнет». При этом сработает защитный клапан, и электролит под давлением рванёт наружу. Нельзя допускать, чтобы электролит попадал на кожу и тем более в глаза!

Выход из строя электролитического конденсатора не редкость. По внешнему виду можно сразу определить его неисправность. Вот лишь несколько примеров. Все эти конденсаторы пострадали из-за превышения допустимого напряжения.

Автомобильный усилитель. Как видим, «хлопнула» целая грядка электролитов во входном фильтре. Видимо на усилитель подали 24V вместо положенных 12.

Далее — жертва «сетевой атаки». В электросети 220V резко подскочило напряжение из-за обледенения вводов. Как результат, полная неработоспособность блока питания ноутбука. Кондик просто испустил пар. Насечка на корпусе вскрылась.

Маленькое отступление.

Помнится, в студенческую пору была распространена известная забава. Брался электролитический конденсатор, к его выводам подпаивались проводки и в таком виде конденсатор кратковременно подключался к розетке электроосветительной сети 220 Вольт. Он заряжался, накапливая заряд. Далее, ради «прикола» выводами кондёра касались руки ни в чем не подозревающего человека. Тот, естественно, ничего не подозревает и его дёргает небольшой электрический удар. Так вот, делать это крайне опасно!

Как сейчас помню, когда перед началом практики старший мастер строго запретил данную забаву, аргументировав это тем, что был случай, когда парнишке сильно повредило кисть руки, когда тот решил «зарядить» электролитический конденсатор от розетки 220 В. Конденсатор, не выдержав поданного переменного напряжения, взорвался в его руке!

Электролитический конденсатор может выдержать несколько «экспериментальных» попыток заряда от электросети, но может и хлопнуть в любой момент. Всё зависит как от конструкции конденсатора, так и от приложенного напряжения. Данная информация приведена лишь с целью предупредить о крайней опасности таких экспериментов, которые могут закончиться печально.

При ремонте радиоаппаратуры не стоит забывать о том, что после выключения прибора электролитические конденсаторы некоторое время сохраняют электрический заряд. Перед проведением работ их необходимо разряжать. Особенно это стоит учитывать при ремонте всевозможных импульсных блоков питания и выпрямителей, электролитические конденсаторы в которых имеют значительную ёмкость и рабочее напряжение, достигающее 100 – 400 вольт.

Если нечаянно коснуться его выводов, то можно получить неприятный электрический удар. Иногда после таких случаев можно заметить лёгкий ожог кожного покрова в месте касания электродов. О том, как разрядить конденсатор перед проведением работ или измерений уже упоминалось в статье как проверить конденсатор.

Мощные электролитические конденсаторы ёмкостью 10000 мкФ. в блоке питания усилителя Marantz

При использовании электролитических конденсаторов стоит помнить, что рабочее напряжение на них должно соответствовать 80% от номинального рабочего напряжения. Это правило стоит учитывать, если вы хотите обеспечить долгую и стабильную работу конденсатора. Так, если в схеме на конденсатор будет действовать напряжение в 50 вольт, то его стоит выбирать на рабочее напряжение 63 вольта или более. Если установить конденсатор с меньшим рабочим напряжением, то он скоро выйдет из строя.

Как и у любой другой радиодетали, у электролитического конденсатора есть допустимый диапазон рабочей температуры. На его корпусе обычно указывается верхний порог, например +85 или +105.

Для разных моделей конденсаторов диапазон рабочей температуры может простираться от -60 до +85⁰C. Или же от -25 до +105⁰С. Более конкретно узнать допустимый диапазон температур для конкретного изделия можно из документации на него.

Поскольку в электролитических конденсаторах присутствует жидкий электролит, то он со временем высыхает. При этом теряется его ёмкость. Именно поэтому их не рекомендуется размещать рядом с сильно нагревающимися элементами, например, радиаторами охлаждения или же в плохо вентилируемом корпусе.

Стоит отметить тот факт, что электролиты — это ахиллесова пята любой электроники. По своему опыту скажу, что это одна из самых ненадёжных, некачественных и, при этом, дорогих деталей. Качество во многом зависит от производителя. Но это уже другой разговор.

Кроме электролитических конденсаторов в аппаратуре можно встретить и другой элемент, который обладает куда большей ёмкостью и меньшими габаритами, чем классический электролит. Это — ионистор.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Конденсаторы. Что это и для чего они нужны.

Конденсатор – распространенное двухполюсное устройство, применяемое в различных электрических цепях. Он имеет постоянную или переменную ёмкость и отличается малой проводимостью, он способен накапливать в себе заряд электрического тока и передавать его другим элементам в электроцепи.
Простейшие примеры состоят из двух пластинчатых электродов, разделенных диэлектриком и накапливающих противоположные заряды. В практических условиях мы используем конденсаторы с большим числом разделенных диэлектриком пластин.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Назначение конденсатора и принцип его работы – это распространенные вопросы, которыми задаются новички в электротехнике. В электрических схемах данные устройства могут использоваться с различными целями, но их основной функцией является сохранение электрического заряда, то есть, такое устройство получает электрический ток, сохраняет его и впоследствии передает в цепь. Для лучшего понимания принципа работы посмотрите статью про то, как сделать простой конденсатор своими руками.

Заряд конденсатора начинается при подключении электронного прибора к сети. В момент подключения прибора на электродах конденсатора много свободного места, потому электрический ток, поступающий в цепь, имеет наибольшую величину. По мере заполнения, электроток будет уменьшаться и полностью пропадет, когда ёмкость устройства будет полностью наполнена.

В процессе получения заряда электрического тока, на одной пластине собираются электроны (частицы с отрицательным зарядом), а на другой – ионы (частицы с положительным зарядом). Разделителем между положительно и отрицательно заряженными частицами выступает диэлектрик, в качестве которого могут использоваться различные материалы.

В момент подключения электрического устройства к источнику питания, напряжение в электрической цепи имеет нулевое значение. По мере заполнения ёмкостей напряжение в цепи увеличивается и достигает величины, равной уровню на источнике тока.

При отключении электрической цепи от источника питания и подключении нагрузки, конденсатор перестает получать заряд и отдает накопленный ток другим элементам. Нагрузка образует цепь между его пластинами, потому в момент отключения питания положительно заряженные частицы начнут двигаться по направлению к ионам.

Начальный ток в цепи при подключении нагрузки будет равняться напряжению на отрицательно заряженных частицах, разделенному на величину сопротивления нагрузки. При отсутствии питания конденсатор начнет терять заряд и по мере убывания заряда в ёмкостях, в цепи будет снижаться уровень напряжения и величины тока. Этот процесс завершится только тогда, когда в устройстве не останется заряда.

На рисунке выше представлена конструкция бумажного конденсатора:
а) намотка секции;
б) само устройство.
На этой картинке:

1.    Бумага;

2.    Фольга;

3.    Изолятор из стекла;

4.     Крышка;

5.    Корпус;

6.    Прокладка из картона;

7.    Оберточная бумага;

8.    Секции.

Ёмкость конденсатора считается важнейшей его характеристикой, от него напрямую зависит время полной зарядки устройства при подключении прибора к источнику электрического тока. Время разрядки прибора также зависит от ёмкости, а также от величины нагрузки. Чем выше будет сопротивление R, тем быстрее будет опустошаться ёмкость конденсатора.

В качестве примера работы конденсатора можно рассмотреть функционирование аналогового передатчика или радиоприемника. При подключении прибора к сети, конденсаторы, подключенные к катушке индуктивности, начнут накапливать заряд, на одних пластинах будут собираться электроды, а на других – ионы. После полной зарядки ёмкости устройство начнет разряжаться. Полная потеря заряда приведет к началу зарядки, но уже в обратном направлении, то есть, пластины имевшие положительный заряд в этот раз будут получать отрицательный заряд и наоборот.

НАЗНАЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ

В настоящее время их используют практически во всех радиотехнических и различных электронных схемах.
В электроцепи переменного тока они могут выступать в качестве ёмкостного сопротивления. К примеру, при подключении конденсатора и лампочки к батарейке (постоянный ток), лампочка светиться не будет. Если же подключить такую цепь к источнику переменного тока, лампочка будет светиться, причем интенсивность света будет напрямую зависеть от величины ёмкости используемого конденсатора. Благодаря этим особенностям, они сегодня повсеместно применяются в цепях в качестве фильтров, подавляющих высокочастотные и низкочастотные помехи.

Конденсаторы также используются в различных электромагнитных ускорителях, фотовспышках и лазерах, благодаря способности накапливать большой электрический заряд и быстро передавать его другим элементам сети с низким сопротивлением, за счет чего создается мощный импульс.

Во вторичных источниках электрического питания их применяют для сглаживания пульсаций при выпрямлении напряжения.

Способность сохранять заряд длительное время дает возможность использовать их для хранения информации.

Использование резистора или генератора тока в цепи с конденсатором позволяет увеличить время заряда и разряда ёмкости устройства, благодаря чему эти схемы можно использовать для создания времязадающих цепей, не предъявляющих высоких требований к временной стабильности.

В светильниках применяется  для компенсации реактивной мощности.

Электрическая энергия, вырабатываемая генераторами электростанций, характеризуется их активной и реактивной мощностью. Активная мощность потребляется электроприемниками, преобразуясь в тепловую, механическую и другие виды энергии. Реактивная мощность характеризует электроэнергию, преобразуемую в энергию электрических и магнитных полей. В электрической сети и ее электроприемниках происходит процесс обмена энергией между электрическими и магнитными полями. Устройства, которые целенаправленно участвуют в этом процессе, называют источниками реактивной мощности(ИРМ). Такими устройствами могут быть не только генераторы электрических станций, но и синхронные компенсаторы, реакторы, конденсаторы, реактивной мощностью которых управляют по определенному закону регулирования с помощью специальных средств.

Реактивная мощность снижает эффективность использования всей энергосистемы, ее пытаются максимально снизить с помощью конденсаторных установок.

Электролитический конденсатор — это… Что такое Электролитический конденсатор?

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

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

Различные конденсаторы для объёмного монтажа

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

История

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

Свойства конденсатора

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

В терминах метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом

,

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

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

Резонансная частота конденсатора равна

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

Конденсатор может накапливать электрическую энергию. Энергия заряженного конденсатора:

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

Обозначение конденсаторов на схемах

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

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

Характеристики конденсаторов

Основные параметры

Ёмкость

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

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

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

или

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

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

или

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

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

Удельная ёмкость

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

Номинальное напряжение

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

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

Полярность

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

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

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

Паразитные параметры

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

Электрическое сопротивление изоляции конденсатора —

r

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

Эквивалентное последовательное сопротивление —

R

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

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

Эквивалентная последовательная индуктивность —

L

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

Тангенс угла потерь

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

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

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)

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

,

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

Диэлектрическое поглощение

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

Классификация конденсаторов

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

По виду диэлектрика различают:

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

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:

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

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

Применение конденсаторов

Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники.

• Так как конденсатор способен длительное время сохранять заряд, то его можно использовать в качестве элемента памяти или устройства хранения электрической энергии.

• Измерительный преобразователь (ИП) малых перемещений: малое изменение расстояния между обкладками очень заметно сказывается на ёмкости конденсатора.
• ИП влажности воздуха (изменение состава диэлектрика приводит к изменению емкости)
• ИП влажности древесины

• В схемах РЗиА конденсаторы используются для реализации логики работы некоторых защит. В частности, в схеме работы АПВ использование конденсатора позволяет обеспечить требуемую кратность срабатывания защиты.

Внешние ссылки

Смотри также

Ссылки

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

Практические аспекты применения конденсаторов

Добавлено 11 декабря 2019 в 00:19

Сохранить или поделиться

Конденсаторы, как и все электрические компоненты, имеют ограничения, которые необходимо учитывать для надежности и правильной работы схемы.

Рабочее напряжение конденсатора

Рабочее напряжение: поскольку конденсаторы представляют собой не более чем два проводника, разделенных изолятором (диэлектриком), вы должны обратить внимание на максимально допустимое на нем напряжение. Если приложено слишком высокое напряжение, номинальное значение «пробоя» диэлектрического материала может быть превышено, что приведет к внутреннему короткому замыканию конденсатора.

Полярность конденсатора

Полярность: некоторые конденсаторы изготавливаются таким образом, что они могут выдерживать приложенное напряжение только одной полярности, но не другой. Это связано с их конструкцией: диэлектрик представляет собой микроскопически тонкий слой изоляции, нанесенный во время изготовления на одну из пластин с помощью постоянного напряжения. Они называются электролитическими конденсаторами, и их полярность четко обозначена.

Рисунок 1 – Полярность конденсатора

Изменение полярности напряжения на электролитическом конденсаторе может привести к разрушению этого сверхтонкого диэлектрического слоя, что приведет к разрушению устройства. Однако толщина этого диэлектрика позволяет получать чрезвычайно высокие значения емкости при относительно небольшом размере корпуса. По той же причине электролитические конденсаторы имеют тенденцию иметь низкое номинальное напряжение по сравнению с другими типами конструкций конденсаторов.

Эквивалентная схема конденсатора

Эквивалентная схема: поскольку пластины в конденсаторе имеют некоторое сопротивление, и поскольку ни один диэлектрик не является идеальным изолятором, не существует такой вещи, как «идеальный» конденсатор. В реальной жизни конденсатор имеет как последовательное сопротивление, так и параллельное сопротивление (сопротивление утечки), взаимодействующие с его чисто емкостными характеристиками:

Рисунок 2 – Эквивалентная схема конденсатора

К счастью, относительно легко изготовить конденсаторы с очень маленьким последовательным сопротивлением и очень высоким сопротивлением утечки!

Физические размеры конденсатора

Для большинства применений в электронике минимальный размер является целью для разработки компонентов. Чем меньшие по размеру компоненты можно изготовить, тем большая схема может быть встроена в меньший корпус, при этом, как правило, также уменьшается вес. В случае конденсаторов существуют два основных ограничивающих фактора для минимального размера устройства: рабочее напряжение и емкость. И эти два фактора, как правило, противоречат друг другу. Для любого конкретного выбранного диэлектрического материала единственный способ увеличить номинальное напряжение конденсатора – это увеличить толщину диэлектрика. Однако, как мы видели, это приводит к уменьшению емкости. Емкость можно восстановить, увеличив площадь пластины, но это делает компонент больше. Вот почему вы не можете судить о емкости конденсатора в фарадах просто по размеру. Конденсатор любого заданного размера может быть относительно высоким по емкости и с низким рабочим напряжением, или наоборот, или иметь некоторый компромисс между двумя этими крайностями. Посмотрим для примера следующие две фотографии:

Рисунок 3 – Масляный конденсатор высокого напряжения

Это довольно большой конденсатор по физическим размерам, но он имеет довольно низкое значение емкости: всего 2 мкФ. Тем не менее, его рабочее напряжение довольно высокое: 2000 вольт! Если бы этот конденсатор был перепроектирован так, чтобы между его пластинами был более тонкий слой диэлектрика, то могло бы быть достигнуто, по крайней мере, стократное увеличение емкости, но за счет значительного снижения его рабочего напряжения. Сравните приведенную выше фотографию с приведенной ниже. Конденсатор, показанный на нижнем рисунке, представляет собой электролитический компонент, по размерам подобный приведенному выше, но с очень отличающимися значениями емкости и рабочего напряжения:

Рисунок 4 – Электролитический конденсатор

Более тонкий слой диэлектрика дает ему гораздо большую емкость (20000 мкФ) и резко снижает рабочее напряжение (постоянное напряжение 35 В, напряжение 45 В в пике).

Вот некоторые образцы конденсаторов разных типов, все по размеру меньше, чем показанные ранее:

Рисунок 5 – Керамические конденсаторыРисунок 6 – Пленочные конденсаторыРисунок 7 – Электролитические конденсаторыРисунок 8 – Танталовые конденсаторы

Электролитические и танталовые конденсаторы являются полярными (чувствительны к полярности) и всегда помечаются как таковые. У электролитических конденсаторов отрицательные (-) выводы отмечаются стрелками на корпусе. У некоторых полярных конденсаторов полярность обозначена на положительном выводе. У большого электролитического конденсатора на 20 000 мкФ, показанного выше, положительный (+) вывод помечен знаком «плюс». Керамические, майларовые, пленочные и воздушные конденсаторы не имеют маркировки полярности, потому что эти типы являются неполярными (они не чувствительны к полярности).

Конденсаторы являются очень распространенными компонентами в электронных схемах. Внимательно посмотрите на следующую фотографию – каждый компонент, обозначенный на печатной плате буквой «С», является конденсатором:

Рисунок 9 – Конденсаторы на сетевой карте

Некоторые конденсаторы на плате – это стандартные электролитические конденсаторы: C₃₀ (верхняя часть платы, в центре) и C₃₆ (левая сторона, 1/3 от вершины). Некоторые другие представляют собой особый вид электролитических конденсаторов, называемый танталовым, потому что именно этот тип металла используется для изготовления пластин. Танталовые конденсаторы имеют относительно высокую емкость для своих физических размеров. На плате, показанной выше, танталовые конденсаторы: C₁₄ (чуть ниже слева от C₃₀), C₁₉ (непосредственно под R₁₀, который ниже C₃₀), C₂₄ (нижний левый угол платы) и C₂₂ (внизу справа).

Примеры еще меньших по размеру конденсаторов можно увидеть на этой фотографии:

Рисунок 10 – Конденсаторы на жестком диске

Конденсаторы на этой печатной плате из соображений экономии места являются «устройствами поверхностного монтажа», как и все резисторы. В соответствии с соглашением о маркировке компонентов конденсаторы могут быть идентифицированы по меткам, начинающимся с буквы «C».

Оригинал статьи:

Теги

Алюминиевый электролитический конденсаторКерамический конденсаторКонденсаторТипы конденсаторовЭлектролитический конденсаторЭлектронные компоненты

Сохранить или поделиться

многослойные керамические конденсаторы (MLCC)

Многослойные керамические конденсаторы (MLCC — multilayer ceramic capacitor) это достаточно привычные компоненты РЭА, которые, несмотря на присущие им недостатки, широк используются для фильтрации, развязки, блокировки и подавлению помех, что крайне важно с точки зрения выполнения требований по электромагнитной совместимости (ЭМС).

В общем случае многослойные керамические конденсаторы, уже судя из своего названия представляют собой слоистую структуру в виде керамического пирога, «промазанного» токопроводящими слоями. Слои керамики выполняют роль диэлектрика, а металлизация между ними — обкладок (рис. 1).

Рис. 1. Типовая структура MLCC-конденсатора категории BME

Однако в таких конденсаторах есть существенное различие. Оно касается внутренних электродов и в меньшей степени терминалов. Что касается терминалов то они имею те или иные вариации, обусловленные техпроцессом изготовления, но, главное, что нас разработчиков интересует и касается напрямую, это то, что из-за необходимости соответствия Директиве RoHS, они могут иметь чисто оловянное покрытие (низкотемпературное) или SAC (высокотемпературное), но в настоящее время большая часть MLCC-конденсаторов имеет оловянное покрытие. Это позволяет повысить надежность их пайки, остальные проблемы [1] здесь уходят на второй план, так как современная электроника широкого применения, ввиду ее быстрого морального старения, не рассчитывается на длительный срок жизни.

Что касается внутренних электродов, то здесь мы имеем два варианта. Первый — это MLCC-конденсаторы обычного или базового исполнения, которые относятся к категории BME (Base Metal Electrode). Их электроды выполняются из никеля (Ni) или медно-никелевого (NiCu) сплава. Вторые — это конденсаторы с обкладками из благородных металлов — сплав AgPd, такие MLCC-конденсаторы относятся к категории NME (Noble Metal Electrode) и отличаются повышенной надежностью. Для первой категории никель иногда убирается даже и из терминалов. Конденсаторы категории BME — это не ширпотреб. Они обеспечивает более высокую нагрузочную способность по напряжению. В качестве основного диэлектрика для конденсаторов малой емкости используется метацирконат кальция, но в настоящее время более популярны MLCC-конденсаторы с диэлектриками типа X7R и X5R, которые основаны на титанате бария с такими добавками, как диоксид марганца [5]. Оба диэлектрика хорошо сочетаются с медно-никелевыми и никелевыми электродами.

Однако есть проблема. В настоящее время ряд объективных и субъективных причин привели к дефициту MLCC-конденсаторов на рынке (рис. 2) [9] и причин тут несколько. Во-первых, рост спроса. Современный смартфон содержит сотни, а электрический автомобиль более 10 тысяч MLCC. Это основные потребители MLCC-конденсаторов, в типичном смартфоне общая емкость керамических конденсаторов достигает 75 мкФ. Вторая причина дефицита кроется не только в росте потребления, ее можно было бы решить, нарастив мощности их выпуску, она еще и непосредственно в технологии изготовления самих конденсаторах. И делится на две — исчерпание возможностей наращивать объемы выпуска керамики, и рост дефицита на серебро (его добыча в 2018 году упала на 11%) и палладий, которые, как уже было сказано, используются в высококачественных MLCC. Как результат рынок MLCC исчерпал свои резервы и его рост почти остановился. Тренд это или временное явление? Жизнь покажет. Но пока мы имеем то, что имеем.

Рис. 2. Динамика поставок керамических конденсаторов в млрд. микрофарад в период 1990–2018 гг.

Поскольку резкого увеличения выпуска не предвидится, для разработчиков РЭА здесь один выход — оптимизировать использование MLCC и остановить свой выбор на поставках от известных брендов таких, как, например, Vishay Intertechnology (VISHAY) и EPCOS AG (EPCOS, ныне одна из компаний TDK Corporation). Применение таких конденсаторов даст гарантии получения заданных электрических характеристик и надежности конечного продукта, и позволит избежать необходимости чрезмерного резервировать MLCC-конденсаторов на плате.

В чем причина того, что мы даже в условиях настающего дефицита не можем кардинально уйти от использования MLCC-конденсаторов? Дело в том, что основная масса таких конденсаторов используется в цепях питания и именно для решения проблемы ЭМС, а чапаевский подход — в лоб, путем использования электролитических конденсаторов, эту проблему не решает. Подробное рассмотрение вопросов сравнения и особенностей использования конденсаторов разных технологий и их комбинаций выходит за рамки настоящей статьи (подробно см. [2, 3, 4]). Тем не менее, вкратце отметим ряд важных моментов.

Используя привычные для нас дешевые алюминиевые и более дорогие — танталовые и полимерные конденсаторы, мы можем решить проблему сокращения MLCC-конденсаторов, но лишь частично и далеко не везде. Кроме того, они при относительно малых номинальных емкостях имеют несравнимо большие габариты.

Алюминиевые электролитические конденсаторы в свете подавления высокочастотных электромагнитных помех (ЭМП) как основной элемент вообще не рассматриваются. Их задача обеспечить накопление энергии и справиться с пульсациями, и даже здесь они, сами по себе, бессильны и без MLCC-конденсаторов справиться не могут. Что касается алюминиевых полимерных конденсаторов, то они весьма перспективны, но эта замена пока еще дорогая, коммерчески доступный выбор таких конденсаторов ограничен и разработчики к ним еще не привыкли.

Что касается танталовых конденсаторов, то они не только дорогие, но и сами находятся в кризисе в части поставок, и как раз MLCC-конденсаторы помогли в свое время из него выйти [7]. Кроме того, им присущ ряд неприятных моментов, например, образование потенциальных локальных очагов возгорания. Как известно они изготавливаются на основе аморфного пентаоксида тантала (Ta₂O₅), а в качестве электролита обычно используется твердый диоксид марганца (MnO₂). Несоблюдение требований по максимальному рабочему напряжению и токам повышает температуру внутри конденсатора, которая приводит к деградации. Но главная проблема — это высокое содержание кислорода в MnO₂, что при пробое приводит к образованию потенциальных локальных очагов возгорания. Это тепло, в свою очередь, переводит аморфный пентаоксид тантала в кристаллическую форму, которая является хорошим проводником, со всеми вытекающими отсюда последствиями, а сам процесс выделения тепла становится уже лавинообразным. Имеются танталовые конденсаторы с полимерным диэлектриком, но они решают проблему не в полной мере, так как имеют малую емкость и большой ток утечки, особенно при включении и не широкодоступны.

Если обратиться к повседневной практике, то что греха таить, вопросу оптимального баланса при выборе комбинации входных и выходных конденсаторов для подавления пульсаций и помех DC/DC-преобразователей разработчики уделяют недостаточно внимания. Здесь обычно пользуются или традицией — «вали кулем, потом разберем», мол, все так делают или опытом, который, как известно, «сын ошибок трудных». В общем, как любят шутить украинские разработчики РЭА, здесь достаточно часто используется справочник «Стэля» (укр. стеля — это потолок), но такие потолочные подходы лучше оставить любителям и пользоваться инженерным анализом с математическими выкладками.

Однако, чтобы не приводить здесь громоздкие подтверждающие расчеты, только скажем, что общий пульсирующий ток в любом случае необходимо разделить между сглаживающими электролитическими и керамическими MLCC-конденсаторами. Это же касается и входных и выходных цепей. Так что, как бы нам не хотелось, без MLCC здесь никак.

На рис. 3 в качестве примера показано напряжение пульсации на выходе понижающего DC/DC-преобразователя при использовании алюминиевого полимерного конденсатора на выходе понижающего DC/DC-преобразователя совместно с керамическим многослойным конденсатором [8]. Комментарии тут, как говорится, излишни.

Рис. 3. Сравнение использования алюминиевых электролитических конденсаторов на выходе понижающего DC/DC-преобразователя с керамическим многослойным конденсатором (MLCC)

Кроме того не забываем, что одним из решений проблемы ЭМС является еще и оптимизация формы импульсов, а именно — уменьшение скорости нарастания. Точно положить фронт нам опять-таки помогут MLCC-конденсаторы, но на этот раз относительно малой емкости.

Основными же преимуществами современных MLCC-конденсаторов являются их высокая удельная емкость, эти конденсаторы доступны в очень небольших форм-факторах и их легко «рассыпать» по печатной плате. Кроме того, они предлагают нам широкий диапазон номинальных емкостей, широкий диапазон рабочих напряжений, стандартный набор и низкие значение эквивалентного последовательного сопротивления ESR (equivalent series resistance) с малой зависимостью от температуры, низкую собственную индуктивность ESL (Equivalent Series Inductance), сверхмалый ток утечки и высокую стабильность ТКЕ (температурный коэффициент емкости) для некоторой части диэлектриков, как правило, для конденсаторов небольшой номинальной емкости, для них же характерно малое отклонение и сдвинутый в область более высоких частот собственный резонанс. Как можно видеть — достоинств много.

Однако в этой бочке меда есть и ложка дегтя. Недостатки — малая механическая прочность и устойчивость к термоудару (при пайке требуют подогрев), высокая зависимость емкости от напряжения смещения, низкий ТКЕ и большое отклонение от номинальной емкости для конденсаторов больших номиналов, для них же сдвинутый в область более низких частот собственный резонанс, пьезоэффект (механические вибрация и удары превращаются в электрический сигнал) (причины и следствия см. [6]).

Взвесив все pro et contra можно сказать, что здесь нужен обдуманный подход, а реализовать его в полной мере помогут преимущества конденсаторов от известных брендов, поскольку в характеристиках их продуктов вы будете иметь уверенность на все 100%. С ними вы сможете принять меры к оптимизации схемных решений, обеспечив заданную надежность, избежав излишнего резервирования и, соответственно, лишних затрат.

Итак, что нам предлагается на рынке? Компании VISHAY и EPCOS предлагают нам широкий выбор многослойных керамических конденсаторов различного исполнения и разного применения.

Что касается компании VISHAY, то производством многослойных керамических конденсаторов MLCC занимается Vishay Vitramon, компания, входящая в состав Vishay с 1994 года. Компания производит конденсаторы для поверхностного монтажа двенадцати стандартных типоразмеров с использованием восьми различных диэлектрических материалов. Диапазон номинальных напряжений конденсаторов: 6,3-3000 В, а максимальная рабочая температура до 175 °C. Нам коммерчески доступны следующие основные варианты исполнения MLCC-конденсаторов [10]:

1. Vishay Vitramon Chip Capacitor: Конденсаторы серии VJ — это надежная замена конденсаторов для поверхностного монтажа с содержанием свинца. В серии доступны конденсаторы варианта BME для диэлектриков X7R/X5R/Y5V и варианта NME для диэлектрика NP0, а также высокодобротные конденсаторы типоразмера 0402.
2. High-Q Serie: C0G (NP0) сверхстабильные высокочастотные конденсаторы.
3. Medical Grade Capacitors: Для имплантируемых сердечно-сосудистых систем.
4. Automotive Grade Capacitors: Конденсаторы, соответствуют требованиям AEC Q200 для автомобильной электроники.
5. MIL-PRF‑55681: Соответствует требованиям спецификации Министерства обороны для конденсаторов военного класса.
6. High-Voltage Series: Для приложений с напряжениями выше 200 В.
7. С диэлектриком X8R: Стабилизированная емкость с надежным представлением до + 150 °C.
8. Серия Tip N Ring: Заменяет пленочные конденсаторы высокого напряжения в фильтрах телекоммуникационных линий.
9. Серия VTOP: Низкопрофильные, толщина менее 0,026″ (0,66 мм).
10. Серия Low Inductance (с низкой собственной индуктивностью): Имеют индуктивности в половину меньше, чем у стандартных продуктов.
11. Серия Cer-F: Альтернатива пленочным конденсаторам со стабильным температурным коэффициентом емкости.
12. Серия устойчивых к воздействиям чип-конденсаторов RuGGred: Усовершенствованный диэлектрик X7R, низкое энергопотребление, более высокое по сравнению со стандартными конденсаторами рабочее напряжение и отличные характеристики стойкости к тепловому удару.
13. Серия OMD-Cap: Снижает риск короткого замыкания и снижения сопротивления изоляции от трещин на конденсаторах из-за изгиба платы, отличатся высоким напряжением пробоя по сравнению со стандартными конденсаторами.
14. Серия HVArc Guard: Высоковольтные керамические SMD-конденсаторы большой емкости, разработанные для предотвращения образования поверхностной электрической дуги.

Кроме того, предлагаются исполнения конденсаторов с повышенной надежностью, предназначенные для требующей высокой гарантированной надежности аппаратуры, работающей в жестких условиях окружающей среды. Конденсаторы для требующей высокой гарантированной надежности аппаратуры с терминалами, имеющими покрытие матовым оловом с подслоем Sn/Pb с минимальным содержанием свинца 4% выводами. Конденсаторы устойчивые к механическим нагрузкам с гибкими терминалами. Конденсаторы высокой емкости на основе диэлектриков X5R и X7R (рабочая температура до + 125 °C), предназначенные для замены танталовых электролитических конденсаторов. В сериях доступны конденсаторы сверхмалых форм-факторов для миниатюрной электроники и конденсатор с высокой добротностью. Для некоторых типов аппаратуры интерес будут представлять немагнитные конденсаторы, которые выполняются без содержания никеля [10]. Конденсаторы представлены в серии VJ (Non-Magnetic Series) и доступны с диэлектриками C0G (NP0) с диапазоном емкостей 0,5 пФ … 39 нФ (рабочее напряжение 10–3000 В) и X7R/X5R с диапазоном емкостей 100 пФ … 6,8 мкФ (рабочее напряжение 6,3–3000 В).

Компания EPCOS так предлагает нам очень широкий выбор рассматриваемых конденсаторов. В том числе и MLCC выводного исполнения, что позволяет уменьшить механические напряжения и обеспечить повышенную электрическую прочность изоляции, увеличивая пути токов утечки (рис. 4) [11].

Рис. 4. MLCC выводного исполнения компании EPCOS позволяют уменьшить механические напряжения на конденсаторе и обеспечивают повышенную электрическую прочность изоляции

В настоящее время от EPCOS коммерчески доступны следующие основные серии MLCC конденсаторов [12]:

1. Для автомобильной промышленности:

• • Серия CGA— конденсаторы с номинальным напряжением до 75 В.
  • Серия CGA— конденсаторы с номинальным напряжением 100-630 В.
  • Серия CGA— конденсаторы с номинальным напряжением 1000 В и выше.
  • Серия CGA— конденсаторы с диапазоном рабочих температур до 150 °C.
  • Серия CKG— конденсаторы с двумя L‑образными направляющими.
  • Серия CGA— конденсаторы с мягкими терминалами.
  • Серия CNA— конденсаторы с мягкими терминалами и низким ESR, которое было достигнуто благодаря тому, что ток может проходить через слои с низким сопротивлением, токопроводящей смолой покрыты только места пайки.
  • Серия CEU— конденсаторы с двумя последовательно соединенными конденсаторами в одном керамическом корпусе и с полимерными терминалами.
  • Серия CGA— конденсаторы для монтажа с помощью токопроводящего клея.
  • Серия CGA— конденсаторы с терминалами по широкой стороне для снижения ESL.
  • Серия CGA3EA— конденсаторы для защиты от электростатических разрядов в соответствии с IEC 61000–4-2 (Уровень 4).

2.  Для коммерческого применения:

• • Серия C— конденсаторы с номинальным рабочим напряжением до 75 В.
  • Серия C — конденсаторы с номинальным рабочим напряжением 100-630 В.
  • Серия C— конденсаторы с номинальным рабочим напряжением 1000 В и выше.
  • Серия CGB— конденсаторы толщиной менее 0,22 мм.
  • Серия C — конденсаторы с диапазоном рабочих температур до 150 °C.
  • Серия CKG— конденсаторы двумя L-образными направляющими.
  • Серия CA— конденсаторы с низким профилем, низким ESR и высокой емкостью, благодаря структуре Inline (в линию), в которой MLCC-конденсаторы укладываются рядом друг с другом и оптимизируют заполнение металлического каркаса.
  • Серия C — конденсаторы с мягкими терминалами и низким ESR, которое было достигнуто благодаря тому, что ток может проходить через слои с низким сопротивлением, токопроводящей смолой покрыты только места пайки.
  • Серия C— конденсаторы с уникальным дизайном для уменьшения отказов по причине коротких замыканий.
  • Серия C— конденсаторы с терминалами по широкой стороне для снижения ESL.
  • Серия CLL— конденсаторы с несколькими терминалами и уникальным внутренним дизайном для снижения ESL.

Кроме того, доступны две серии конденсаторов CGJ с повышенной надежностью — конденсаторы с номинальным рабочим напряжением до 50 В и с номинальным рабочим напряжением 100-630 В.

Данная статья не имела целью подробно и в деталях расписать особенности и преимущества каждой серии многослойных керамических конденсаторов таких гигантов индустрии, как компании VISHAY и EPCOS, но, на что автор статьи очень надеется, она будет полезным гидом по их выбору. Применение качественных конденсаторов гарантирует надежность конечного продукта и вписывается в парадигму — лучше меньше (по количеству) да лучше (по качеству), избавляя разработчиков устанавливать лишние MLCC-конденсаторы с целью их резервирования.

И напоследок хочется отметить, поскольку одной из основных областей применения данной продукции так или иначе является решение проблем электромагнитных помех и выполнения требований в части электромагнитной совместимости, то читателям будет весьма целесообразно обратить свое внимание на серию статей, посвященную этой проблеме [13], поскольку она имеет исключительно и только комплексное решение.

Литература

1. Рентюк В. RoHS-директива: защита экологии или рынков? // Технологии в электронной промышленности, № 5’2013.
2. Richardson Christopher. ANP038 «Selecting and Combining Capacitor Types for High Ripple Switching Converter Input and Output Rails», Wurth Elektronik.
3. Рентюк В. Электролитические конденсаторы: традиционные или полимерные, вот в чем вопрос. // Компоненты и технологии, № 9’2017.
4. Фрэнк Пухане (Frank Puhane), перевод Владимир Рентюк. Алюминиевые конденсаторы: электролитический или полимерный? Полноценная реализация их преимуществ. Компоненты итехнологии, № 8’2018.
5. Richard Wilson. Capacitor reliability can be improved with the right materials.
6. MLCC solutions for suppressing acoustic noise in the battery lines of laptop computers.
7.  Скрипников А. Керамические конденсаторы: выход из танталового кризиса//Компоненты и технологии № 6’2001.
8. Guide to Replacing an Electrolytic Capacitor with an MLCC.
9. Dennis  Zogbi. MLCC Shortages Are Creating Challenges In Multiple End-Markets in 2018.
10. Surface-Mount Multilayer Ceramic Chip Capacitors for Non-Magnetic Applications.
11. Solution Guides.
12. Multilayer Ceramic Chip Capacitors.
13. Рентюк В. Рентюк В. Электромагнитная совместимость: проблема, от решения которой не уйти//Компоненты и технологии. 2017. № 7.

Конденсатор: зачем нужен и что это такое?

Представляя категорию электронных компонентов, конденсатор еще именуется как двухполюсник и может иметь не только переменные, но и постоянные значения. Также устройство отличается сравнительно небольшими показателями проводимости и служит базой для системного накопления заряда. Иными словами – это устройство предназначено для эффективного накопления электрического поля.

Электронный компонент и его предназначение

Подобрать нужный по емкости конденсатор доступно на этой странице zoom-ec.ru/elektronnye-komponenty/kondensatory/ сайта, где представлен широкий ассортимент самых разных моделей. Стоит заметить, что электронный компонент отличается высокой пассивностью и его емкость принято измерять в фарадах.

Если рассматривать заводскую сборку конструкции конденсатора, то:

• простейший электронный компонент состоит из пары электродов, имеющих форму стандартных пластин;
• они в свою очередь разделены расположенным между ними диэлектриком;
• конденсаторы содержат большое количество слоев диэлектрика;
• более сложные устройства имеют многослойные электроды;
• вся эта сборка, что сворачивается в намотку, помещается корпусы, что имеют форму параллелепипеда или цилиндра.

Выбирать подходящую модель рекомендуется по заводской маркировке изделий. Это позволит не ошибиться при подборе нужного количества компонентов, используемых в сборке современной электроники.

Ассортимент конденсаторов

Просматривая категории каталога, по которым распределен электронный компонент, необходимо оценить разнообразие наименований этого изделия. Кроме алюминиевых и высоковольтных, в ассортименте представлены обычные керамические и многослойные конструкции, а также есть в наличии пленочные, электролитические и проходные, включая танталовые выводные конденсаторы.

В зависимости от необходимости необходимого элемента, можно будет заказать необходимое количество с ориентиром на оригинальное название товара. Будет несложно выбрать изделия, просматривая категории конденсатора, что представлен раскладкой с указанием не только номенклатуры и артикула, а и производителя изделий. Есть сведения и о ценах на мелкий опт, а также описание технических характеристик, что сможет пригодиться профильным специалистам, которые разбираются во всех тонкостях маркировки и хотят приобрести универсальные электронные компоненты, используемые практически во всех сферах народного хозяйства, где есть электроника и автоматика.

Как работают конденсаторы? — Объясни, что материал

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 10 июля 2020 г.

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

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

Что такое конденсатор?

Фото: Маленький конденсатор в транзисторной радиосхеме.

Возьмем два электрических проводника (то, что пропускает электричество
через них) и разделите их изолятором (материал
который
не пропускает электричество очень хорошо), и вы делаете конденсатор:
то, что может хранить электрическую энергию.
Добавление электроэнергии
к конденсатору называется зарядка ; высвобождая энергию из
Конденсатор известен как разрядный .

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

Конденсаторы

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

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

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

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

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

Что такое емкость?

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

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

Как измерить емкость?

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

Почему конденсаторы накапливают энергию?

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

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

Почему у конденсаторов две пластины?

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

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

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

C = Q / V

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

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

Как увеличить емкость?

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

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

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

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

Что такое конденсатор? — Основы схемотехники

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

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

Общие типы конденсаторов

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

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

Значение допуска керамического дискового конденсатора

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

Конденсатор электролитический

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

Маркировка танталовых конденсаторов с выводами

Маркировка танталовых конденсаторов SMD

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

Маркировка танталовых конденсаторов SMD

Танталовые конденсаторы

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

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

Серебряный слюдяной конденсатор

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

Пленочный конденсатор

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

Конденсатор настройки

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

Подстроечный конденсатор

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

Поляризованные и неполяризованные конденсаторы

Когда дело доходит до хранения и разгрузки, оба они работают по одному и тому же принципу.Однако есть много факторов, которые отличают их друг от друга.

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

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

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

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

• Различная емкость — конденсаторы одинаковой емкости имеют разную емкость в зависимости от их диэлектриков.

Общие области применения конденсаторов

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

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

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

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

Что такое суперконденсаторы?

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

Некоторые общие области применения суперконденсаторов

• Ветряные турбины — суперконденсаторы помогают сгладить прерывистую энергию ветра.

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

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

Суперконденсаторы и кривая разряда батареи

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

Кривая разряда суперконденсатора линейная. Как видите, линейный разряд не позволяет полностью использовать энергию. Он обеспечивает самую высокую мощность в начале .

Explainer: Чем отличаются батареи и конденсаторы

переменный ток (в электричестве) Переменный ток, часто называемый переменным током, представляет собой поток электронов, который меняет направление на обратное через равные промежутки времени много раз в секунду.Большинство бытовых приборов питаются от сети переменного тока. Но многие портативные устройства, такие как музыкальные плееры и фонарики, работают от постоянного тока (DC), обеспечиваемого батареями.

анод Отрицательный вывод батареи и положительно заряженный электрод в электролитической ячейке. Он притягивает отрицательно заряженные частицы. Анод является источником электронов для использования вне батареи при ее разряде.

атом Основная единица химического элемента.Атомы состоят из плотного ядра, которое содержит положительно заряженные протоны и нейтрально заряженные нейтроны. Ядро вращается вокруг облака отрицательно заряженных электронов.

аккумулятор Устройство, способное преобразовывать химическую энергию в электрическую.

конденсатор Электрический компонент, используемый для хранения энергии. В отличие от батарей, которые накапливают энергию химически, конденсаторы накапливают энергию физически в форме, очень похожей на статическое электричество.

углерод Химический элемент с атомным номером 6. Это физическая основа всего живого на Земле. Углерод существует в свободном виде в виде графита и алмаза. Это важная часть угля, известняка и нефти, и она способна к самосвязыванию химически, образуя огромное количество химически, биологически и коммерчески важных молекул.

катод Положительный полюс батареи и отрицательно заряженный электрод в электролитической ячейке.Он притягивает положительно заряженные частицы. Во время разряда катод притягивает электроны извне батареи.

керамика Твердый, но хрупкий материал, полученный обжигом глины или другого неметаллического минерала при высокой температуре. Кирпич, фарфор и другие виды фаянса — образцы керамики. Многие высококачественные керамические материалы используются в промышленности, где материалы должны выдерживать суровые условия.

химический Вещество, состоящее из двух или более атомов, которые объединяются (становятся связанными вместе) в фиксированной пропорции и структуре.Например, вода — это химическое вещество, состоящее из двух атомов водорода, связанных с одним атомом кислорода. Его химический символ — H ₂ O. Химический также может быть прилагательным, описывающим свойства материалов, которые являются результатом различных реакций между различными соединениями.

химическая реакция Процесс, который включает перестройку молекул или структуры вещества в противоположность изменению физической формы (например, от твердого тела к газу).

схема Сеть, передающая электрические сигналы.В организме нервные клетки создают цепи, которые передают электрические сигналы в мозг. В электронике провода обычно направляют эти сигналы для активации какой-либо механической, вычислительной или другой функции.

компонент Элемент, который является частью чего-то еще, например, элементы, которые находятся на электронной плате.

проводник (в физике и технике) Материал, через который может протекать электрический ток.

current Жидкое тело — например, из воды или воздуха — которое движется в узнаваемом направлении.(в электричестве) Поток электричества или количество электричества, проходящее через некоторую точку за определенный период времени.

плотность Мера плотности объекта, определяемая делением массы на объем.

постоянный ток (в электричестве) Постоянный ток, часто называемый постоянным током, представляет собой односторонний поток электронов. Электроэнергия постоянного тока вырабатывается такими устройствами, как батареи, конденсаторы и солнечные элементы. Когда цепи требуется питание постоянного тока, некоторые электронные устройства могут преобразовывать мощность переменного тока (AC) в постоянный ток.

электронная сигарета Устройство с батарейным питанием, которое диспергирует никотин и другие химические вещества в виде крошечных частиц в воздухе, которые пользователи могут вдыхать. Первоначально они были разработаны как более безопасная альтернатива сигаретам, которую пользователи могли использовать, пытаясь постепенно избавиться от никотиновой зависимости, содержащейся в табачных изделиях. Эти устройства нагревают ароматизированную жидкость до тех пор, пока она не испарится, образуя пары. Люди используют эти устройства, известные как вейперы.

электрический заряд Физическое свойство, отвечающее за электрическую силу; он может быть отрицательным или положительным.

электрический ток Поток электрического заряда, называемый электричеством, обычно возникающий в результате движения отрицательно заряженных частиц, называемых электронами.

электрическое поле Область вокруг заряженной частицы или объекта, внутри которой сила будет действовать на другие заряженные частицы или объекты.

электричество Поток заряда, обычно возникающий в результате движения отрицательно заряженных частиц, называемых электронами.

электрический потенциал Обычно известный как напряжение, электрический потенциал является движущей силой для электрического тока (или потока электронов) в цепи. С научной точки зрения электрический потенциал — это мера потенциальной энергии на единицу заряда (например, электрона или протона), хранящуюся в электрическом поле.

электролит Неметаллическая жидкость или твердое тело, которое проводит ионы — электрически заряженные атомы или молекулы — для переноса электрических зарядов.(Определенные минералы в крови или других жидкостях организма могут служить ионами, перемещающимися для переноса заряда.) Электролиты также могут служить ионами, перемещающими положительные заряды внутри батареи.

электрон Отрицательно заряженная частица, обычно вращающаяся вокруг внешних областей атома; также носитель электричества в твердых телах.

плотность энергии Количество энергии, хранящейся в батарее, конденсаторе или другом запоминающем устройстве, деленное на его объем.

инженер Человек, который использует науку для решения проблем. Глагол «спроектировать» означает разработать устройство, материал или процесс, который решит какую-то проблему или неудовлетворенную потребность.

фактор То, что играет роль в определенном состоянии или событии; участник.

поле (в физике) Область в космосе, где действуют определенные физические эффекты, такие как магнетизм (созданный магнитным полем), гравитация (гравитационным полем), масса (поле Хиггса) или электричество (электрическое поле). поле).

частота Количество раз, когда заданное периодическое явление происходит в течение заданного интервала времени. (В физике) Число длин волн, возникающих за определенный промежуток времени.

графит Как и алмаз, графит — вещество, содержащееся в грифеле карандаша — представляет собой форму чистого углерода. В отличие от алмаза, графит очень мягкий. Основное различие между этими двумя формами углерода заключается в количестве и типе химических связей между атомами углерода в каждом веществе.

гибрид Организм, полученный путем скрещивания двух животных или растений разных видов или генетически различных популяций внутри одного вида. Такое потомство часто обладает генами, передаваемыми каждым родителем, что дает комбинацию черт, неизвестных предыдущим поколениям. Этот термин также используется по отношению к любому объекту, который представляет собой смесь двух или более вещей.

изолятор Вещество или устройство, которое плохо проводит электричество.

ion Атом или молекула с электрическим зарядом из-за потери или усиления одного или нескольких электронов.

литий Мягкий металлический элемент серебристого цвета. Это самый легкий из всех металлов и очень реактивный. Используется в батареях и керамике.

слюда Семейство минералов, многие из которых легко распадаются на мелкие блестящие хлопья.

минерал Кристаллообразующие вещества, такие как кварц, апатит или различные карбонаты, из которых состоит горная порода.Большинство пород содержат смешанные вместе несколько различных минералов. Минерал обычно является твердым и стабильным при комнатной температуре и имеет определенную формулу или рецепт (с атомами, встречающимися в определенных пропорциях) и определенную кристаллическую структуру (что означает, что его атомы организованы в определенные регулярные трехмерные структуры).

диапазон Полный объем или распространение чего-либо. Например, ареал растения или животного — это территория, на которой они существуют в природе.(в математике или для измерений) Степень, в которой возможны вариации значений. А также расстояние, на котором что-то может быть достигнуто или воспринято.

смартфон Сотовый (или мобильный) телефон, который может выполнять множество функций, включая поиск информации в Интернете.

суперконденсатор Конденсатор с двумя проводящими поверхностями или электродами (как и другие конденсаторы), на которых хранится заряд энергии.В отличие от обычных конденсаторов (но, как и батарей), два электрода разделяет электролит. В этом смысле суперконденсатор — это, по сути, гибрид батареи и конденсатора.

площадь поверхности Площадь поверхности некоторого материала. Как правило, более мелкие материалы и материалы с более шероховатой или более извилистой поверхностью имеют большую площадь внешней поверхности на единицу массы, чем более крупные предметы или предметы с более гладкой поверхностью. Это становится важным, когда на поверхности происходят химические, биологические или физические процессы.

терминал Конечная точка или последняя станция в некоторой системе, сети или процессе. Конец строки.

токсично Ядовито или способно повредить или убить клетки, ткани или целые организмы. Мерилом опасности такого яда является его токсичность.

tune (в технике) Настроить до нужного уровня.

турбина Устройство с удлиненными лопатками (часто изогнутыми) для улавливания движущейся жидкости — от газа или пара до воды — с последующим преобразованием энергии этого движения во вращательное движение.Часто это вращательное движение приводит в действие систему, вырабатывающую электричество.

напряжение Сила, связанная с электрическим током, которая измеряется в единицах, известных как вольты. Энергетические компании используют высокое напряжение для передачи электроэнергии на большие расстояния.

Объяснение

конденсаторов — Инженерное мышление

Объяснение конденсаторов

. Узнайте, как работают конденсаторы, где мы их используем и почему они важны.

Прокрутите вниз, чтобы просмотреть руководство по YouTube.

Помните, что электричество опасно и может привести к летальному исходу. Вы должны быть квалифицированными и компетентными для выполнения электромонтажных работ. Не прикасайтесь к клеммам конденсатора, так как это может вызвать поражение электрическим током.

Что такое конденсатор?

Конденсатор и батарея

Конденсатор накапливает электрический заряд. Это немного похоже на батарею, за исключением того, что она по-другому накапливает энергию. Он не может хранить столько энергии, хотя может заряжаться и высвобождать свою энергию намного быстрее. Это очень полезно, поэтому конденсаторы можно встретить практически на каждой печатной плате.

Как работает конденсатор?

Я хочу, чтобы вы сначала представили водопроводную трубу, по которой течет вода. Вода будет продолжать течь, пока мы не закроем вентиль. Тогда вода не сможет течь.

Если после клапана мы позволим воде течь в резервуар, тогда резервуар будет хранить часть воды, но мы продолжаем получать воду, вытекающую из трубы. Когда мы закроем клапан, вода перестанет поступать в резервуар, но мы все равно будем получать постоянный приток воды, пока резервуар не опустеет.Как только резервуар снова наполнится, мы можем открывать и закрывать клапан, и пока мы не опорожняем резервуар полностью, мы получаем непрерывную подачу воды из конца трубы. Таким образом, мы можем использовать резервуар для воды для хранения воды и сглаживания перебоев в подаче.

В электрических цепях конденсатор действует как резервуар для воды и накапливает энергию. Он может освободить его, чтобы сгладить перебои в подаче электроэнергии.

Если мы очень быстро выключим простую схему без конденсатора, то свет будет мигать.Но если мы подключим конденсатор в цепь, то свет будет оставаться включенным во время прерываний, по крайней мере, на короткое время, потому что теперь конденсатор разряжается и питает цепь.

Внутри основного конденсатора у нас есть две проводящие металлические пластины, которые обычно изготавливаются из алюминия или алюминия, как его называют американцы. Они будут разделены диэлектрическим изоляционным материалом, например керамикой. Диэлектрик означает, что материал поляризуется при контакте с электрическим полем.Мы скоро увидим, что это значит.

Внутри конденсатора

Одна сторона конденсатора подключена к положительной стороне схемы, а другая сторона — к отрицательной. На стороне конденсатора вы можете увидеть полоску и символ, указывающие, какая сторона у отрицательного, кроме того, отрицательная ветвь будет короче.

Если подключить конденсатор к аккумулятору. Напряжение подталкивает электроны от отрицательного вывода к конденсатору. Электроны накапливаются на одной пластине конденсатора, в то время как другая пластина, в свою очередь, высвобождает некоторые электроны.Электроны не могут проходить через конденсатор из-за изоляционного материала. В конце концов, конденсатор имеет то же напряжение, что и батарея, и электроны больше не будут течь.

Теперь с одной стороны скопилось скопление электронов, это означает, что мы накопили энергию и можем высвободить ее, когда это необходимо. Поскольку на одной стороне больше электронов по сравнению с другой, и электроны заряжены отрицательно, это означает, что у нас есть одна сторона, которая отрицательна, а другая сторона, которая положительна, поэтому между ними есть разница в потенциале или разница напряжений.Мы можем измерить это с помощью мультиметра.

Что такое напряжение?

Напряжение похоже на давление: когда мы измеряем напряжение, мы измеряем разность или разность потенциалов между двумя точками. Если вы представите трубу с водой под давлением, мы сможем увидеть давление с помощью манометра. Манометр также сравнивает две разные точки: давление внутри трубы по сравнению с атмосферным давлением снаружи трубы. Когда резервуар пуст, манометр показывает ноль, потому что давление внутри резервуара равно давлению снаружи резервуара, поэтому манометру не с чем сравнивать.Оба давления одинаковы. То же самое и с напряжением, мы сравниваем разницу между двумя точками. Если мы измеряем через батарею 1,5 В, то мы читаем разницу в 1,5 В между каждым концом, но если мы измеряем один и тот же конец, мы читаем ноль, потому что разницы нет, это то же самое.

Хотите изучить основы электричества? НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ

Возвращаясь к конденсатору, мы измеряем и считываем разницу напряжений между ними из-за скопления электронов. Мы все еще получаем это показание, даже когда отсоединяем аккумулятор.

Если вы помните, с магнитами противоположности притягиваются и притягиваются друг к другу. То же самое происходит с накоплением отрицательно заряженных электронов, они притягиваются к положительно заряженным частицам атомов на противоположной пластине, но никогда не могут добраться до них из-за изоляционного материала. Это притяжение между двумя сторонами представляет собой электрическое поле, которое удерживает электроны на месте, пока не появится другой путь.

Объяснение основ работы с конденсаторами

Если мы затем поместим в схему небольшую лампу, то теперь существует путь, по которому электроны могут пройти и достичь противоположной стороны.Таким образом, электроны будут проходить через лампу, питая ее, и электроны достигнут другой стороны конденсатора. Это будет длиться недолго, пока количество электронов не выровняется с каждой стороны. Тогда напряжение равно нулю, поэтому нет толкающей силы и нет потока электронов.
Как только мы снова подключим аккумулятор, конденсатор начнет заряжаться. Это позволяет нам прервать подачу питания, и конденсатор будет обеспечивать питание во время этих прерываний.

Примеры

Мы везде используем конденсаторы.Они выглядят немного иначе, но их легко заметить. На печатных платах они, как правило, выглядят примерно так, и мы можем видеть их представленными на инженерных чертежах вот так. Мы также можем получить конденсаторы большего размера, которые используются, например, в асинхронных двигателях, потолочных вентиляторах или установках кондиционирования воздуха, и мы можем даже получить такие огромные конденсаторы, которые используются для коррекции низкого коэффициента мощности в больших зданиях.

Пример обозначения конденсатора

На стороне конденсатора мы найдем два значения.Это будут емкость и напряжение. Мы измеряем емкость конденсатора в единицах фарад, которые мы показываем с заглавной буквы F, хотя обычно мы измеряем конденсатор в микрофарадах, поэтому у нас есть микро-символ непосредственно перед ним, который выглядит примерно как буква U с хвостом.

Пример емкости

Другое значение — это наше напряжение, которое мы измеряем в вольтах с заглавной буквой V, на конденсаторе значение напряжения — это максимальное напряжение, которое может выдержать конденсатор.

Этот конденсатор рассчитан на определенное напряжение, и если я превышу это значение, он взорвется.

Пример напряжения конденсатора

Большинство конденсаторов имеют положительную и отрицательную клеммы. Нам нужно убедиться, что конденсатор правильно включен в схему.

Пример платы конденсатора

Почему мы их используем

Одно из наиболее распространенных применений конденсаторов в больших зданиях — это коррекция коэффициента мощности. Когда в цепь помещается слишком много индуктивных нагрузок, формы сигналов тока и напряжения не будут синхронизироваться друг с другом, и ток будет отставать от напряжения.Затем мы используем батареи конденсаторов, чтобы противодействовать этому и вернуть их в соответствие.

Другое распространенное применение — сглаживание пиков при преобразовании переменного тока в постоянный.
Когда мы используем полный мостовой выпрямитель, синусоидальная волна переменного тока переворачивается, чтобы заставить отрицательный цикл протекать в положительном направлении, это заставит схему думать, что она получает постоянный ток.

через GIPHY

Но, одна из проблем этого метода — промежутки между пиками. Поэтому мы используем конденсатор, чтобы выделять энергию в цепь во время этих прерываний, и это сгладит подачу питания, чтобы она больше походила на постоянный ток.

Как измерить емкость мультиметром

Мы можем измерить емкость и накопленное напряжение с помощью мультиметра. Не все мультиметры имеют функцию измерения емкости.

Вы должны быть очень осторожны с конденсаторами, поскольку они накапливают энергию и могут удерживать высокие значения напряжения в течение длительного времени, даже когда они отключены от цепи. Чтобы проверить напряжение, мы переключаемся на постоянное напряжение на нашем измерителе, а затем подключаем красный провод к положительной стороне конденсатора, а черный провод к отрицательной стороне.Если мы получаем показание в несколько вольт или более, мы должны разрядить его, безопасно подключив клеммы к резистору, и продолжить считывание напряжения. Мы хотим убедиться, что он упал до диапазона милливольт, прежде чем обращаться с ним, иначе мы можем получить электрический ток.

Чтобы измерить емкость, мы просто переключаем измеритель на функцию конденсатора. Подключаем красный провод к положительной стороне, а черный провод к отрицательной стороне. После небольшой задержки счетчик покажет нам показания.Вероятно, мы получим значение, близкое к заявленному, но не точное.

Например, этот показатель рассчитан на 1000 микрофарад, но мы читаем около 946.

Пример показания 1000 мкФ на конденсаторе

Этот конденсатор рассчитан на 33 мкФ, но мы измеряем около 36.

Пример конденсатора

Почему конденсаторы являются важными компонентами электронных схем

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

По Potshangbam Июль

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

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

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

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

Конденсаторы

• могут эффективно справляться с потерями мощности и делать производство электроэнергии более экономичным.
• Они менее чувствительны к температуре.
• Конденсаторы разряжают ток практически мгновенно.
• Конденсаторы предпочтительнее для приложений переменного тока.
• Они могут работать с приложениями с высоким напряжением и, следовательно, подходят для высокочастотных применений.
• Конденсаторы имеют длительный срок службы почти от десяти до 15 лет.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Физика — Конденсаторы — Бирмингемский университет

Батарея накапливает электрическую энергию и высвобождает ее в результате химических реакций, это означает, что ее можно быстро зарядить, но разряжается медленно.В отличие от батареи, конденсатор — это компонент схемы, который временно накапливает электрическую энергию за счет распределения заряженных частиц на (обычно двух) пластинах для создания разности потенциалов. Конденсатору требуется меньше времени для зарядки, чем аккумулятору, и он может очень быстро высвободить всю энергию.

Сколько мы можем взимать?

При подключении к элементу или другому источнику питания электроны будут вытекать из отрицательного конца клеммы и накапливаться на одной пластине конденсатора.Другая пластина будет иметь чистый положительный заряд, поскольку электроны теряются в батарее, что приводит к разности потенциалов, эквивалентной напряжению элемента.

Конденсатор характеризуется своей емкостью ( C ), которая обычно выражается в единицах Фарад . Это отношение заряда ( Q ) к разности потенциалов ( V ), где C = Q / V

Чем больше емкость, тем больше заряда может удерживать конденсатор.Используя показанную установку, мы можем измерить напряжение во время зарядки конденсатора через резистор как функцию времени (t).

Как мы проверяем поведение конденсатора?

Как мы проверяем поведение конденсатора?

Как найти постоянную времени?

Здесь вы можете увидеть график зависимости напряжения от времени для зарядки и разрядки конденсатора.

Уравнения кривых V-t для заряда и разряда конденсатора являются экспоненциальными, где напряжение пропорционально начальному напряжению в зависимости от мощности времени.Таким образом, с помощью некоторых математических манипуляций мы можем построить логарифмический график напряжения разряда конденсатора от времени, чтобы легко получить постоянную времени ( τ = RC ) из градиента (-1 / RC ) и начальное напряжение от точки пересечения по оси y.

Очень важно, чтобы используемый конденсатор имел большее номинальное напряжение, чем у элемента, и чтобы он был подключен с правильной полярностью (отрицательная пластина должна быть подключена к отрицательной клемме элемента), в противном случае он может взорваться.Отрицательный конец обычно обозначается чертой на корпусе конденсатора и обычно является более коротким контактом. Обратите внимание, однако, что не все конденсаторы поляризованы (обычно меньшие мкФ ) и могут быть подключены любым способом. Еще одна важная вещь, о которой нужно позаботиться, — это проводить измерения напряжения через заданные промежутки времени. Один из вариантов — использовать осциллограф или конденсатор / резистор большего размера для увеличения времени зарядки / разрядки.

Что означают ваши измерения?

Конденсаторы являются обычным компонентом большинства электронных устройств и наиболее важны для накопления энергии.Поэтому разработка конденсаторов важна для технического прогресса батарей. Хотя в настоящее время накопление энергии в значительной степени зависит от аккумуляторов, это может измениться в будущем, поскольку они медленно заряжаются и разряжаются, а химические процессы обычно вызывают потерю энергии из-за тепла. Хотя конденсаторы должны быть намного больше, чем батареи, чтобы сохранять такое же количество заряда, они имеют значительные преимущества, включая гораздо более длительный срок службы и нетоксичные компоненты.Попытки заменить батареи этими суперконденсаторами и ультраконденсаторами — постоянная область исследований.

Ранее мы говорили, что конденсаторы, в отличие от батарей, могут очень быстро разряжаться. По этой причине они находят широкое применение в нашей повседневной жизни и встречаются почти во всех бытовых электронных устройствах. Они особенно полезны в устройствах, где требуется быстрый отклик, например в лазерах и вспышках фотоаппаратов.

В эксперименте в видео выше мы продемонстрировали использование осциллографа для измерения постоянной времени конденсатора и узнали о важности полярности.Если у вас будет время, было бы интересно добавить в схему дополнительные компоненты. Добавив амперметр, мы можем измерить заряд и, следовательно, проделанную работу.

Если мы добавим несколько конденсаторов последовательно, общая емкость составит 1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3 + … + 1 / CN Где CN — емкость N-го конденсатора. . Добавление дополнительных конденсаторов параллельно дает общую емкость C = C1 + C2 + C3 + … + CN

Следующие шаги

Эти ссылки предоставляются только для удобства и в информационных целях; они не означают одобрения или одобрения Бирмингемским университетом какой-либо информации, содержащейся на внешнем веб-сайте.Бирмингемский университет не несет ответственности за точность, законность или содержание внешнего сайта или последующих ссылок. Пожалуйста, свяжитесь с внешним сайтом для получения ответов на вопросы относительно его содержания.

Какова роль конденсатора в электронных компонентах? Внимание к механизму ｜ Matsusada Precision perfect for

Идеальный партнер для электроники

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

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

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

Состоит из двух металлических пластин и изолятора, базовая модель конденсатора

[Рис.1] Основная структура конденсатора

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

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

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

Значение конденсаторов

В принципе конденсаторы состоят из двух важных частей.

1. Накопление электрического заряда (электричества)
2. Переменный ток течет, но не постоянный ток

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

1) Зарядка и разрядка электрических зарядов

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

2) Поддержание напряжения на прежнем уровне

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

3) Удаление шума

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

Типы конденсаторов

Алюминиевый электролитический конденсатор

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

Танталовый конденсатор

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

Электрический двухслойный конденсатор

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

Керамический конденсатор

Конденсаторы в основном делятся на три типа в зависимости от типа керамики, используемой в качестве диэлектрического материала: тип с низкой диэлектрической проницаемостью, тип с высокой диэлектрической проницаемостью и тип полупроводника.