Принцип работы и назначение конденсатора в электрической цепи

Данный элемент применяется практически в любых электронных приборах, поэтому, чтобы понять, в чем назначение конденсаторов, необходимо разобраться в их устройстве и принципах функционирования. Конденсатором называется одна из составных частей электрической цепи, у которой имеются две проводящие обкладки (одна обладает положительным зарядом, а другая – отрицательным). Чтобы исключить саморазрядку устройства, между обкладками помещают специальное вещество – диэлектрик, который препятствует перетоку заряда.

Конденсатор

Классификация устройств

Прежде, чем ответить на вопрос, для чего нужен конденсатор, следует разобраться, какие они бывают. Конденсаторы разделяются по следующим признакам:

• Предназначение и выполняемые функции;
• Рабочие условия;
• Тип вещества, разделяющего обкладки.

Конденсаторы активно используются в цепях, где необходима их способность копить и хранить электрический заряд (требуется наличие емкостного устройства). Для этого внутри него установлены две обкладки с разными знаками заряда. Между ними расположено вещество, препятствующее их соприкосновению и разрядке. В большинстве случаев в качестве диэлектрика используется тантал или алюминий, но могут применяться и керамические материалы, слюда или полистирол.

Основным достоинством алюминиевых устройств является их более низкая, по сравнению с танталовыми, стоимость, а также более широкая сфера применения. Вместе с тем, танталовые аналоги более эффективны в использовании и обладают более высокими техническими характеристиками, поэтому при выборе следует учитывать не только фактор цены.

Виды конденсаторов

Дополнительная информация. Конденсаторы из тантала отличаются повышенной надежностью, у них широкий рабочий диапазон температур, что позволяет эксплуатировать их практически в любых условиях. Наиболее широкое применение они нашли в электронике и сопутствующих отраслях промышленности, поскольку обладают большой емкостью и компактными габаритами. К недостаткам устройств данного типа специалисты относят их более высокую цену и чувствительность к колебаниям тока и напряжения.

Силовые элементы применяются чаще всего в цепях с высоким напряжением. Специальная конструкция позволяет обеспечивать большую емкость, а значит, они могут использоваться для стабилизации обеспечения электричеством по линиям электропередач (компенсируют потери энергии). Кроме того, они активно используются для повышения мощности промышленных электроустановок. Диэлектрик в таком устройстве – это пропитанная изоляционным маслом металлизированная пропиленовая пленка.

Самыми широко используемыми являются керамические. Их емкость может варьироваться в значительных пределах – от 1 пикофарада до 0,1 микрофарада. Для предотвращения саморазряда применяется керамика, а в качестве преимущества специалисты отмечают доступную цену, широкие функциональные возможности, высокий уровень надежности и низкий –потерь.

Несмотря на свою дороговизну, на практике применяются серебряно-слюдяные конденсаторы. Они работают крайне стабильно, поддерживают высокую емкость, их корпус полностью герметичен. Но широкому распространению мешает высокая цена.

Применяются и бумажные или металлобумажные элементы. Их обкладка изготовлена из алюминиевой фольги, а в качестве диэлектрика используется бумага, пропитанная специальным составом.

Типы конденсаторов

Принцип функционирования

Основная причина, по которой описываемый элемент включается в электрическую схему, состоит в том, чтобы копить заряд в периоды повышенного напряжения и обеспечивать питание цепи в периоды низкого.

Принцип работы конденсатора заключается в следующем. Когда электрический прибор подключен к сети питания, конденсатор заряжается. На одной его пластине накапливаются электроны (частицы с отрицательным зарядом), а на другой – ионы, которые заряжены положительно. Соприкосновению их мешает диэлектрик. Такое устройство конденсатора позволяет накопить заряд. Ведь, как только прибор подключается к источнику тока, напряжение в цепи равно нулю. Затем, по мере наполнения зарядами, напряжение становится равным тому, которое подается от источника.

После того, как прибор отключается от розетки или батареи, происходит разряд конденсатора. Нагрузка в электрической цепи сохраняется, для этого прибору нужны напряжение и ток, который передает устройство. Необходимость питания прибора заставляет электроны в конденсаторе двигаться к ионам, образуется ток, который передается к другим элементам.

Устройство конденсатора

Возможное применение устройств

Конденсаторы служат решению самых разнообразных задач. В частности, они активно используются при хранении аналоговых и цифровых данных, часто устанавливаются в телемеханических устройствах для регулирования сигналов в соответствующем оборудовании, что сохраняет его от различных повреждений и проблем.

Широко распространено применение конденсаторов в источниках бесперебойного питания, что позволяет сглаживать напряжение при подключении к приборам различного оборудования (компьютеры, оргтехника и так далее).

Обратите внимание! По такому же принципу устроен источник бесперебойного питания. Во время подключения к электрической цепи он накапливает заряд, который потом можно использовать в течение короткого времени, что делает возможным выключение техники без каких-либо сбоев, а это особенно актуально в современных условиях, когда информация имеет крайне большое значение.

Описываемые элементы нашли свое применение в различных преобразователях напряжения. В частности, их можно использовать для увеличения напряжения в сети, величина которого будет превышать входное значение.

Важно! Эксплуатация конденсатора в качестве временного источника питания имеет некоторые ограничения. Это объясняется наличием у диэлектрика хоть небольшой, но проводимости. Поэтому устройство со временем постепенно разряжается, следовательно, при необходимости иметь стабильный источник тока лучше воспользоваться аккумуляторной батареей.

Применение конденсаторов

Наличие возможности накопить заряд, а потом быстро его направить в сеть позволяет сделать устройство незаменимым элементом при изготовлении лазеров, вспышек для фотоаппаратов и других подобных приборов.

Таким образом, без использования описываемого устройства практически невозможно представить современную электронную и электротехническую промышленность. Благодаря пониманию того, как работает конденсатор, его активно применяют при производстве различных устройств, как промышленного, так и бытового назначения. Он помогает обеспечить безопасность электрической цепи и увеличивает срок службы различных приборов.

Видео

Оцените статью:

Конденсатор со стрелкой. Конденсаторы: назначение, устройство, принцип действия

Конденсатор представляет собой устройство, способное накапливать электрические заряды. Простейшим конденсатором являются две металлические пластины (электроды), разделенные каким-либо диэлектриком. Конденсатор 2 можно зарядить, если соединить его электроды с источником 1 электрической энергии постоянного тока (рис. 181, а).

При заряде конденсатора свободные электроны, имеющиеся на одном из его электродов, устремляются к положительному полюсу источника, вследствие чего этот электрод становится положительно заряженным. Электроны с отрицательного полюса источника устремляются ко второму электроду и создают на нем избыток электронов, поэтому он становится отрицательно заряженным. В результате протекания зарядного тока i3 на обоих электродах конденсатора образуются равные, но противоположные по знаку заряды и между ними возникает электрическое поле, создающее между электродами конденсатора определенную разность потенциалов. Когда эта разность потенциалов станет равной напряжению источника тока, движение электронов в цепи конденсатора, т. е. прохождение по ней тока i3 прекращается. Этот момент соответствует окончанию процесса заряда конденсатора.

При отключении от источника (рис. 181,б) конденсатор способен длительное время сохранять накопленные электрические заряды. Заряженный конденсатор является источником электрической энергии, имеющим некоторую э. д. с. ес. Если соединить электроды заряженного конденсатора каким-либо проводником (рис. 181, в), то конденсатор начнет разряжаться. При этом по цепи пойдет ток iр разряда конденсатора. Начнет уменьшаться и разность потенциалов между электродами, т. е. конденсатор будет отдавать накопленную электрическую энергию во внешнюю цепь. В тот момент, когда количество свободных электронов на каждом электроде конденсатора станет одинаковым, электрическое поле между электродами исчезнет и ток станет равным нулю. Это означает, что произошел полный разряд конденсатора, т. е. он отдал накопленную им электрическую энергию.

Емкость конденсатора. Свойство конденсатора накапливать и удерживать электрические заряды характеризуется его емкостью. Чем больше емкость конденсатора, тем больше накопленный им заряд, так же как с увеличением вместимости сосуда или газового баллона увеличивается объем жидкости или газа в нем.

Емкость С конденсатора определяется как отношение заряда q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов между его электродами (приложенному напряжению)U:

C = q / U (69)

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (Ф). Емкостью в 1 Ф обладает конденсатор, у которого при сообщении заряда

в 1 Кл разность потенциалов возрастает на 1 В. В практике преимущественно пользуются более мелкими единицами: микрофарадой (1 мкФ=10 -6 Ф), пикофарадой (1 пФ = 10 -12 мкФ).

Емкость конденсатора зависит от формы и размеров его электродов, их взаимного расположения и свойств диэлектрика, разделяющего электроды. Различают плоские конденсаторы, электродами которых служат плоские параллельные пластины (рис. 182, а), и цилиндрические (рис. 182,б).

Свойствами конденсатора обладают не только специально изготовленные на заводе устройства, но и любые два проводника, разделенные диэлектриком. Емкость их оказывает существенное влияние на работу электротехнических установок при переменном токе. Например, конденсаторами с определенной емкостью являются два электрических провода, провод и земля (рис. 183, а), жилы электрического кабеля, жилы и металлическая оболочка кабеля (рис. 183,6).

Устройство конденсаторов и их применение в технике. В зависимости от применяемого диэлектрика конденсаторы бывают бумажными, слюдяными, воздушными (рис. 184). Используя в качестве диэлектрика вместо воздуха слюду, бумагу, керамику и другие материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, удается при тех же размерах конденсатора увеличить в несколько раз его емкость. Для того чтобы увеличить площади электродов конденсатора, его делают обычно многослойным.

В электротехнических установках переменного тока обычно применяют силовые конденсаторы. В них электродами служат длинные полосы из алюминиевой, свинцовой или медной фольги, разделенные несколькими слоями специальной (конденсаторной) бумаги, пропитанной нефтяными маслами или синтетическими пропитывающими жидкостями. Ленты фольги 2 и бумаги 1 сматывают в рулоны (рис. 185), сушат, пропитывают парафином и помещают в виде одной или нескольких секций в металлический или картонный корпус. Необходимое рабочее напряжение конденсатора обеспечивается последовательным, параллельным или последовательно-параллельным соединениями отдельных секций.

Всякий конденсатор характеризуется не только значением емкости, но и значением напряжения, которое выдерживает его диэлектрик. При слишком больших напряжениях электроны диэлектрика отрываются от атомов, диэлектрик начинает проводить ток и металлические электроды конденсатора замыкаются накоротко (конденсатор пробивается). Напряжение, при котором это происходит, называют пробивным. Напряжение, при котором конденсатор может надежно работать неограниченно долгое время, называют рабочим. Оно в несколько раз меньше пробивного.

Конденсаторы широко применяют в системах энергоснабжения промышленных предприятий и электрифицированных железных дорог для улучшения использования электрической энергии при переменном токе. На э. п. с. и тепловозах конденсаторы используют для сглаживания пульсирующего тока, получаемого от выпрямителей и импульсных прерывателей, борьбы с искрением контактов электрических аппаратов и с радиопомехами, в системах управления полупроводниковыми преобразователями, а также для созда-

ния симметричного трехфазного напряжения, требуемого для питания электродвигателей вспомогательных машин. В радиотехнике конденсаторы служат для создания высокочастотных электромагнитных колебаний, разделения электрических цепей постоянного и переменного тока и др.

В цепях постоянного тока часто устанавливают электролитические конденсаторы. Их изготовляют из двух скатанных в рулон тонких алюминиевых лент 3 и 5 (рис. 185,б), между которыми проложена бумага 4, пропитанная специальным электролитом (раствор борной кислоты с аммиаком в глицерине). Алюминиевую ленту 3 покрывают тонкой пленкой окиси алюминия; эта пленка образует диэлектрик, обладающий высокой диэлектрической проницаемостью. Электродами конденсатора служат лента 3, покрытая окисной пленкой, и электролит; вторая лента 5 предназначена лишь для создания электрического контакта с электролитом. Конденсатор помещают в цилиндрический алюминиевый корпус.

При включении электролитического конденсатора в цепь постоянного тока необходимо строго соблюдать полярность его полюсов; электрод, покрытый окисной пленкой, должен быть соединен с положительным полюсом источника тока. При неправильном включении диэлектрик пробивается. По этой причине электролитические конденсаторы нельзя включать в цепи переменного тока. Их нельзя также использовать в устройствах, работающих при высоких напряжениях, так как окисная пленка имеет сравнительно небольшую электрическую прочность.

В радиотехнических устройствах применяют также конденсаторы переменной емкости (рис. 186). Такой конденсатор состоит из двух групп пластин: неподвижных 2 и подвижных 3, разделенных воздушными промежутками. Подвижные пластины могут перемещаться относительно неподвижных; при повороте оси 1 конденсатора изменяется площадь взаимного перекрытия пластин, а следовательно, и емкость конденсатора.

Способы соединения конденсаторов . Конденсаторы можно соединять последовательно и параллельно. При последовательном

соединении нескольких (например, трех), конденсаторов (рис. 187, а) эквивалентная емкость

1 /C эк = 1 /C 1 + 1 /C 2 + 1 /C 3

эквивалентное емкостное сопротивление

X C эк = X C 1 + X C 2 + X C 3

результирующее емкостное сопротивление

C эк = C 1 + C 2 + C 3

При параллельном соединении конденсаторов (рис. 187,б) их результирующая емкость

1 /X C эк = 1 /X C 1 + 1 /X C 2

+ 1 /X C 3

Включение и отключение цепей постоянного тока с конденсатором. При подключении цепи R-C к источнику постоянного тока и при разряде конденсатора на резистор также возникает переходный процесс с апериодическим изменением тока i и напряжения u c При подключении к источнику постоянного тока цепи R-C выключателем В1 (рис. 188,а) происходит заряд конденсатора. В начальный момент зарядный ток I нач =U /R. Но по мере накопления зарядов на электродах конденсатора напряжение его и с будет возрастать, а ток уменьшаться (рис. 188,б). Если сопротивление R мало, то в начальный момент подключения конденсатора возникает большой екачок тока, значительно превышающий номинальный ток данной цепи. При разряде конденсатора на резистор R (размыкается выключатель В1 на рис. 189, а) напряжение на конденсаторе u с и ток i постепенно уменьшаются до нуля (рис. 189,б).

Скорость изменения тока i и напряжения ис при переходном процессе отделяется постоянной времени

Чем больше R и С, тем медленнее происходит заряд конденсатора.

Процессы заряда и разряда конденсатора широко используют в электронике и автоматике. С помощью их получают периодаческие несинусоидальные колебания, называемые релаксационными , и, в частности, пилообразное напряжение, необходимое для работы систем управления тиристорами, осциллографов и других устройств. Для получения пилообразного напряжения (рис. 190) периодически подключают конденсатор к источнику питания, а затем к разрядному резистору. Периоды Т 1 и T 2 , соответствующие заряду и разряду конденсатора, определяются постоянными времени цепей заряда Т 3 и разряда Т р, т. е. сопротивлениями резисторов, включенных в эти цепи.

Конденсатор , кондер , кондюк — так его называют бывалые” специалисты один из самых распространенных элементов применяемое в различных электрических цепях. Конденсатор способен накапливать в себе заряд электрического тока и передавать его другим элементам в электроцепи.
Простейший конденсатор состоят из двух пластинчатых электродов, разделенных диэлектриком, на этих электродах накапливается электрический заряд разной полярности, на одной пластин будет положительный заряд на другой отрицательный.

Принцип работы конденсатора и его назначение — постараюсь кратко и предельно понятно ответить на эти вопросы. В электрических схемах данные устройства могут использоваться с различными целями, но их основной функцией является сохранение электрического заряда, то есть, конденсатор получает электрический ток, сохраняет его и впоследствии передает в цепь.

При подключении конденсатора к электрической сети на электродах конденсатора начинает накапливаться электрический заряд. В начале зарядки конденсатор потребляет наибольшую величину электрического тока, по мере зарядки конденсатора электроток уменьшается и когда емкость конденсатора будет наполнена ток пропадет совсем.

При отключении электрической цепи от источника питания и подключении нагрузки, конденсатор перестает получать заряд и отдает накопленный ток другим элементам, сам, как бы становится источником питания.

Основная техническая характеристика конденсатора, это емкость. Емкостью называется способность конденсатора накапливать электрический заряд. Чем больше емкость конденсатора, тем большее количество заряда он может накопить и соответственно отдать обратно в электрическую цепь. Емкость конденсатора измеряется в Фарадах. Конденсаторы различаются по конструкции, материалов из которых они изготовлены и области применения. Самый распространенный конденсатор это — конденсатор постоянной емкости, обозначается он так —

Конденсаторы постоянной емкости изготавливаются из самых различных материалов и могут быть — металлобумажными, слюдяными, керамическими. Такие конденсаторы как электрокомпонент используются во всех электронных устройствах.

Электролитический конденсатор

Следующий распространенный тип конденсаторов это — полярные электролитические конденсаторы , его изображение на электрической схеме выглядит так —

Электролитический конденсатор так же можно назвать постоянным конденсатором, потому, что их емкость не меняется.

Но электролитические конденсаторы имеют очень важно отличие, знак (+) возле одного из электродов конденсатора говорит о том, что это полярный конденсатор и при подключении его в цепь нужно соблюдать полярность. Плюсовой электрод необходимо подключить к плюсу источника питания, а минусовой (который без плюсика) соответственно к отрицательному — (на корпусе современных конденсаторов наносят обозначение минусового электрода, а вот плюсовой не обозначают никак).

Не соблюдение этого правила может привести к выходу конденсатора из строя и даже взрыву, сопровождающемуся разлетом бумаги фольги и нехорошим запахом (от конденсатора конечно…). Электролитические конденсаторы могут иметь очень большую емкость и соответственно накапливать, довольно большой потенциал. Поэтому электролитические конденсаторы даже после отключения питания таят в себе опасность, и при неосторожном обращении ты можешь получить сильный удар электрического тока. Поэтому после снятия напряжения для безопасной работы с электрическим устройством (ремонте электроники , настройке, и т.д.) электролитический конденсатор необходимо разрядить, замкнув накоротко его электроды, (делать это нужно специальным разрядником) особенно это касается конденсаторов большой емкости которые установлены на блоках питания, где есть высокое напряжение.

Конденсаторы переменной емкости.

Как ты понял из названия переменные конденсаторы могут изменять свою емкость — например при настройке радиоприемников. Еще совсем недавно для настройки радиоприемников на нужную станцию использовались только конденсаторы переменной емкости, вращая ручку настройки приемника тем самым изменяли емкость конденсатора. Переменные конденсаторы используются и посей день в простых недорогих моделях приемников и передатчиков. Конструкция переменного конденсатора очень простая. Конструктивно он состоит из статорных и роторных пластин, роторные пластины подвижные и входят в статорные е касаясь последних. Диэлектриком в таком конденсаторе является воздух. При входе статорных пластин в роторные емкость конденсатора увеличивается, при выходе роторных пластин емкость уменьшается. Обозначение переменного конденсатора выгляди так —

ПРИМЕНЕНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ

Конденсаторы нашли широкое применение во всех областях электротехники, они используются в различных электрических цепях.
В электроцепи переменного тока они могут служить в качестве ёмкостного сопротивления. Возьмем такой пример, при последовательном 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 качествам, конденсаторы применяются в качестве фильтров, в цепях подавляющих высокочастотные и низкочастотные помехи.

Конденсаторы также используются в различных импульсных схемах, где требуется быстрое накопление и отдача большого электрического заряда, в ускорителях, фотовспышках, импульсных лазерах, благодаря способности накапливать большой электрический заряд и быстро передавать его другим элементам сети с низким сопротивлением, создавая мощный импульс. Конденсаторы применяют для сглаживания пульсаций при выпрямлении напряжения. Способность конденсатора сохранять заряд длительное время дает возможность использовать их для хранения информации. И это только очень краткий перечень всего где может применяться конденсатор.

Продолжая занятия электротехникой, ты откроешь для себя еще много интересного в том числе и о работе и применению конденсаторов. Но, и этой информации, тебе будет достаточно для общего понимания и продвижения дальше.

Как проверить конденсатор

Для проверки конденсаторов необходим прибор, тестер или иначе мультиметр . Существуют специальные приборы измеряющие емкость (С), но эти приборы стоят денег, и зачастую нет смысла их приобретать для домашней мастерской, тем более на рынке есть недорогие китайские мультиметры с функцией измерения емкости. Если на твоем тестере нет такой функции, ты можешь воспользоваться обычной функцией прозвонки — к ак прозванивать мультиметром , как и при проверке резисторов — что такое резистор . Конденсатор можно проверить на “пробой” в этом случае сопротивление конденсатора очень большое, почти бесконечное (зависит от материала из которого изготовлен кондер). Электролитические конденсаторы проверяют следующим образом — Необходимо включить тестер в режим прозвонки, подключить щупы прибора к электродам (ножкам) конденсатора и следить за показанием на индикаторе мультиметра, показание мультиметра будет изменяться в меньшую сторону, пока не остановится совсем. После чего нужно щупы поменять местами, показания начнут уменьшаться почти до нуля. Если все произошло так как я описал, “кондер” исправен. Если нет изменений в показаниях или показания сразу становятся большими или прибор вовсе показывает ноль, конденсатор неисправен. Лично я предпочитаю проверять “кондюки” стрелочным прибором плавность движения стрелки легче отслеживать, чем мелькание цифр в окошке индикатора.

Емкость конденсатора измеряется в Фарадах, 1 фарад — это огромная величина. Такую ёмкость будет иметь металлический шар размеры которого будут превышать размеры нашего солнца в 13 раз. Шар размером в планету Земля будет иметь иметь емкость всего 710 микрофарад. Обычно, емкость конденсаторов которые мы применяем в электротехнических устройствах обзначается в микрофарадах (mF), пикофарадах (nF), нанофарадах (nF). Следует знать что, 1 микрофарад равен 1000 нанофарад. Соответственно, 0.1 uF равен 100 nF. Кроме главного параметра, на корпусе элементов отмечается допустимое отклонение реальной ёмкости от указанной и напряжение, на которое рассчитано устройство. При его превышении прибор может выйти из строя.

Этих знаний тебе будет вполне достаточно для начала и для того чтобы самостоятельно продолжить изучение конденсаторов и их физических свойств в специальной технической литературе. Желаю успеха и настойчивости!

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 металле, являющийся анодом. 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.
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.

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 распространенные низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляюшие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Они бывают полярные и неполярные. Различия их в том, что одни применяются в цепях постоянного напряжения, а другие в цепях переменного. Возможно, применение постоянных конденсаторов в цепях переменного напряжения при включении их последовательно одноименными полюсами, но они при этом показывают не лучшие параметры.

Конденсаторы неполярные

Неполярные, так же как и резисторы бывают постоянные, переменные и подстроечные.

Подстроечные конденсаторы применяются для настройки резонансных цепей в приемо-передающей аппаратуре.

Рис. 1. Конденсаторы КПК

Тип КПК. Представляют из себя посеребренные обкладки и керамический изолятор. Имеют емкость в несколько десятков пикофарад. Встретить можно в любых приемниках, радиолах и телевизионных модуляторах. Подстроечные конденсаторы также обозначаются буквами КТ. Затем следует цифра, указывающая тип диэлектрика:

1 — вакуумные; 2 — воздушные; 3 — газонаполненные; 4 — твердый диэлектрик; 5 — жидкий диэлектрик. Например, обозначение КП2 означает конденсатор переменной емкости с воздушным диэлектриком, а обозначение КТ4 — подстроечный конденсатор с твердым диэлектриком.

Рис. 2 Современные подстроечные чип-конденсаторы

Для настройки радиоприемников на нужную частоту применяют конденсаторы переменной емкости (КПЕ)

Рис. 3 Конденсаторы КПЕ

Их можно встретить только в приемо-передающей аппаратуре

1- КПЕ с воздушным диэлектриком, найти можно в любом радиоприемнике 60- 80-х годов.
2 — переменный конденсатор для УКВ блоков с верньером
3 — переменный конденсатор, применяется в приемной технике 90-х годов и по сей день, можно встретить в любом музыкальном центре, магнитофоне, кассетном плеере с приемником. В основном китайского производства.

Типов постоянных конденсаторов существует великое множество, в рамках этой статьи невозможно описать все их разнообразие, опишу лишь те, что в бытовой аппаратуре чаще всего встречаются.

Рис.10 Ом.

Рис. 5 Конденсаторы КТК

Конденсаторы КТК — Конденсатор трубчатый керамический В качестве диэлектрика используется керамическая трубка, обкладки из серебра. Широко применялись в колебательных контурах ламповой аппаратуры с 40-х по начало восьмидесятых годов. Цвет конденсатора означает ТКЕ(температурный коэффициент изменения емкости). Рядом с емкостью, как правило прописывается группа ТКЕ, которая имеет буквенное или цифровое обозначение (Таблица1.) Как видно из таблицы, самые термостабильные — голубые и серые. Вообще этот тип очень хорош для ВЧ техники.

Таблица 1. Маркировка ТКЕ керамических конденсаторов

При настройке приемников часто приходится подбирать конденсаторы гетеродинных и входных контуров. Если в приемнике используются конденсаторы КТК, то подбор емкости конденсаторов в этих контурах можно упростить. Для этого на корпус конденсатора рядом с выводом наматывают плотно несколько витков провода ПЭЛ 0,3 и один из концов этой спиральки подпаивают к выводу конденсаторов. Раздвигая и сдвигая витки спиральки, можно в небольших пределах регулировать емкость конденсатора. Может случиться, что, подключив конец спиральки к одному из выводов конденсатора, добиться изменения емкости не удается. В этом случае спираль следует подпаять к другому выводу.

Рис. 6 Керамические конденсаторы. Вверху советские, внизу импортные.

Керамические конденсаторы, их обычно называют «красные флажки», также иногда встречается название «глиняные». Эти конденсаторы широко применяются в высокочастотных цепях. Обычно эти конденсаторы не котируются и редко применяются любителями, поскольку конденсаторы одного и того же типа могут быть изготовлены из разной керамики и имеют различные характеристики. В керамических конденсаторах выигрывая в размерах, проигрывают в термостабильности и линейности. На корпусе обозначается емкость и ТКЕ (таблица 2.)

Таблица 2

Достаточно взглянуть на допустимое изменение емкости у конденсаторов с ТКЕ Н90 емкость может изменяться почти в два раза! Для многих целей это не приемлемо, но все же не стоит отвергать этот тип, при небольшом перепаде температур и не жестких требованиях ими вполне можно пользоваться. Применяя параллельное включение конденсаторов с разными знаками ТКЕ можно получить достаточно высокую стабильность результирующей емкости. Встретить их можно в любой аппаратуре, особенно любят китайцы в своих поделках.

Имеют на корпусе обозначение емкости в пикофарадах или нанофарадах, импортные маркируются числовой кодировкой. Первые две цифры указывают на значение емкости в пикофарадах (пФ), последняя — количество нулей. Когда конденсатор имеет емкость менее 10 пФ, то последняя цифра может быть «9». При емкостях меньше 1.0 пФ первая цифра «0». Буква R используется в качестве десятичной запятой. Например, код 010 равен 1.0 пФ, код 0R5 — 0.5 пФ. Несколько примеров собраны в таблице:

Маркировка цифробуквенная:
22р-22 пикофарада
2n2- 2.2 нанофарада
n10 — 100 пикофарад

Хотелось бы особо отметить керамические конденсаторы типа КМ, применяются в промышленном оборудовании и военных аппаратах, имеют высокую стабильность, найти весьма сложно, потому как содержат редкоземельные металлы, и если вы нашли плату, где применяется данный тип конденсаторов, то в 70 % случаев их вырезали до вас).

В последнее десятилетие очень часто стали применяться радиодетали для поверхностного монтажа, вот основные типоразмеры корпусов для керамических чип-конденсаторов

Конденсаторы МБМ – металлобумажный конденсатор(рис 6.), применялся как правило в ламповой звукоусилительной аппаратуре. Сейчас весьма ценятся некоторыми аудиофилами. Также к данному типу относятся конденсаторы К42У-2 военной приемки, но их иногда можно встретить и в бытовой вппаратуре.

Рис. 7 Конденсатор МБМ и К42У-2

Следует отметить отдельно такие типы конденсаторов как МБГО и МБГЧ(рис.8), любителями зачастую используются как пусковые конденсаторы для запуска электродвигателей. Как пример, мой запас на двигатель на 7кВт (рис 9.). Рассчитаны на высокое напряжение от 160 до 1000в, что им дает много различных применений в быту и промышленности. Следует помнить, что для использования в домашней сети, нужно брать конденсаторы, с рабочим напряжением не менее 350в. Найти такие конденсаторы можно в старых бытовых стиральных машинах, различных устройствах с электродвигателями и в промышленных установках. Часто применяются в качестве фильтров для акустических систем, имея для этого неплохие параметры.

Рис. 8. МБГО, МБГЧ

Рис. 9

Кроме обозначения, указывающего конструктивные особенности (КСО — конденсатор слюдяной спрессованный, КТК -керамический трубчатый и т. д.), существует система обозначений конденсаторов постоянной емкости, состоящая из ряда элементов: на первом месте стоит буква К, на втором месте -двухзначное число, первая цифра которого характеризует тип диэлектрика, а вторая — особенности диэлектрика или эксплуатации, затем через дефис ставится порядковый номер разработки.

Например, обозначение К73-17 означает пленочный полиэтилен-терефталатный конденсатор с 17 порядковым номером разработки.

Рис. 10. Различные типы конденсаторов

Рис. 11. Конденсатор типа К73-15

Основные типы конденсаторов, в скобочках импортные аналоги.

К10 -Керамический, низковольтный (Upa6 К50 -Электролитический, фольговый, Алюминиевый
К15 -Керамический, высоковольтный (Upa6>1600B)
К51 -Электролитический, фольговый, танталовый,ниобиевый и др.
К20 -Кварцевый
К52 -Электролитический, объемно-пористый
К21 -Стеклянный
К53 -Оксидо-полупроводниковый
К22 -Стеклокерамический
К54 -Оксидно-металлический
К23 -Стеклоэмалевый
К60- С воздушным диэлектриком
К31- Слюдяной малой мощности (Mica)
К61 -Вакуумный
К32 -Слюдяной большой мощности
К71 -Пленочный полистирольный(KS или FKS)
К40 -Бумажный низковольтный(ираб К72 -Пленочный фторопластовый (TFT)
К73 -Пленочный полиэтилентереф-талатный (KT ,TFM, TFF или FKT)
К41 -Бумажный высоковольт-ный(ираб>2 kB) с фольговыми обкладками
К75 -Пленочный комбинированный
К76 –Лакопленочный (MKL)
К42 -Бумажный с металлизированными Обкладками (MP)
К77 -Пленочный, Поликарбонатный (KC, MKC или FKC)
К78 – Пленочный полипропилен (KP, MKP или FKP)

Конденсаторы с пленочным диэлектриком в простонародье называют слюдяными, различные применяемые диэлектрики дают хорошие показатели ТКЕ. В качестве обкладок в пленочных конденсаторах используют либо алюминиевую фольгу, либо напыленные на диэлектрическую пленку тонкие слои алюминия или цинка. Они имеют достаточно стабильные параметры и применяются для любых целей (не для всех типов). Встречаются в бытовой аппаратуре повсеместно. Корпус таких конденсаторов может быть как металлическим, так и пластмассовым и иметь цилиндрическую или прямоугольную форму(рис. 10.) Импортные слюдяные конденсаторы(рис.12)

Рис. 12. Импортные слюдяные конденсаторы

На конденсаторах указывается номинальное отклонение от емкости, может быть показано в процентах или иметь буквенный код. В основном в бытовой аппаратуре широко применяются конденсаторы с допуском H, M, J, K. Буква, обозначающая допуск указывается после значения номинальной ёмкости конденсатора, вот так 22nK, 220nM, 470nJ.

Таблица для расшифровки условного буквенного кода допустимого отклонения ёмкости конденсаторов. Допуск в %

Э лектрические конденсаторы служат для накопления электроэнергии. Простейший конденсатор состоит из двух металлических пластин — обкладок и диэлектрика находящегося между ними. Если к конденсатору подключить источник питания, то на обкладках возникнут разноименные заряды и появится электрическое поле притягивающее их на встречу, друг к другу. Эти заряды остаются после отключения источника питания, энергия сохраняется в электрическом поле между обкладками. Параметр конденсатора Тип конденсатора Керамический Электролитический На основе металлизированной пленки От 2,2 пФ до 10 нФ От 100 нФ до 68000 мкФ 1 мкФ до 16 мкФ ± 10 и ±20 ±10 и ±50 ±20 50 — 250 6,3 — 400 250 — 600 Стабильность конденсатора Достаточная Плохая Достаточная От -85 до +85 От -40 до +85 От -25 до +85 В керамических конденсаторах диэлектриком является высококачественная керамика: ультрафарфор,тиконд,ультрастеатит и др. Обкладкой служит слой серебра, нанесенный на поверхность. Керамические конденсаторы применяются в разделительных цепях усилителей высокой частоты. В электролитических полярных конденсаторах диэлектриком служит слой оксида, нанесенный на металлическую фольгу. Другая обкладка образуется из пропитанной электролитом бумажной ленты. В твердотельных оксидных конденсаторах жидкий диэлектрик заменен специальным токопроводящим полимером. Это позволяет увеличить срок службы(и надежность). Недостатками твердотельных оксидных конденсаторов являются более высокая цена и ограничения по напряжению(до 35 в). Оксидные электролитические и твердотельные конденсаторы отличаются большой емкостью, при относительно малых размерах. Эта их особенность определяется тем, что толщина оксида — диэлектрика очень мала. При включении оксидных конденсаторов в цепь, необходимо соблюдать полярность. В случае нарушения полярности, электролитические конденсаторы взрываются, твердотельные — просто выходят из строя. Что бы полностью избежать возможности взрыва(у электролитических конденсаторов), некоторые модели снабжаются предохранительными клапанами(отсутствуют у твердотельных). Область применения оксидных (электролитических и твердотельных) конденсаторов — разделительные цепи усилителей звуковой частоты, сглаживающие фильтры источников питания постоянного тока. Конденсаторы на основе металлизированной пленки применяются в высоковольтных источниках электропитания. Таблица 2. Характеристики слюдяных конденсаторов и конденсаторов на основе полиэстера и полипропилена. Параметр конденсатора Тип конденсатора Слюдяной На основе полиэстера На основе полипропилена Диапазон изменения емкости конденсаторов От 2,2 пФ до 10 нФ От 10 нФ до 2,2 мкФ От 1 нФ до 470 нФ Точность (возможный разброс значений емкости конденсатора), % ± 1 ± 20 ± 20 Рабочее напряжение конденсаторов, В 350 250 1000 Стабильность конденсатора Отличная Хорошая Хорошая Диапазон изменения температуры окружающей среды, о С От -40 до +85 От -40 до +100 От -55 до +100 Слюдяные конденсаторы изготавливаются путем прокладывания между обкладками из фольги слюдяных пластин, или наоборот — металлизацией слюдяных пластин. Слюдяные конденсаторы находят применение в звуковоспроизводящих устройствах, фильтрах высокочастотных помех и генераторах. Конденсаторы на основе полиэстера — это конденсаторы общего назначения, а конденсаторы на основе полипропилена применяются в высоковольтных цепях постоянного тока. Таблица 3. Характеристики слюдяных конденсаторов на основе поликарбоната, полистирена и тантала. Параметр конденсатора Тип конденсатора На основе поликарбоната На основе полистирена На основе тантала Диапазон изменения емкости конденсаторов От 10 нФ до 10 мкФ От 10 пФ до 10 нФ От 100 нФ до 100 мкФ Точность (возможный разброс значений емкости конденсатора), % ± 20 ± 2,5 ± 20 Рабочее напряжение конденсаторов, В 63 — 630 160 6,3 — 35 Стабильность конденсатора Отличная Хорошая Достаточная Диапазон изменения температуры окружающей среды, о С От -55 до +100 От -40 до +70 От -55 до +85 Конденсаторы на основе поликарбоната используются в фильтрах, генераторах и времязадающих цепях. Конденсаторы на основе полистирена и тантала используются тоже, во времязадающих и разделительных цепях. Они считаются конденсаторами общего назначения. В металлобумажных конденсаторах общего назначения, обкладки изготавливаются путем напыления металла на бумагу пропитанную специальным составом и покрытые тонким слоем лака. Код Емкость(пФ) Емкость(нФ) Емкость(мкФ) 109 1,0(пФ) 0,001(нФ) 0,000001(мкФ) 159 1,5(пФ) 0,0015(нФ) 0,0000015(мкФ) 229 2,2(пФ) 0,0022(нФ) 0,0000022(мкФ) 339 3,3(пФ) 0,0033(нФ) 0,0000033(мкФ) 479 4,7(пФ) 0,0047(нФ) 0,0000047(мкФ) 689 6,8(пФ) 0,0068(нФ) 0,0000068(мкФ) 100 10(пФ) 0,01(нФ) 0,00001(мкФ) 150 15(пФ) 0,015(нФ) 0,000015(мкФ) 220 22(пФ) 0,022(нФ) 0,000022(мкФ) 330 33(пФ) 0,033(нФ) 0,000033(мкФ) 470 47(пФ) 0,047(нФ) 0,000047(мкФ) 680 68(пФ) 0,068(нФ) 0,000068(мкФ) 101 100(пФ) 0,1(нФ) 0,0001(мкФ) 151 150(пФ) 0,15(нФ) 0,00015(мкФ) 221 220(пФ) 0,22(нФ) 0,00022(мкФ) 331 330(пФ) 0,33(нФ) 0,00033(мкФ) 471 470(пФ) 0,47(нФ) 0,00047(мкФ) 681 680(пФ) 0,68(нФ) 0,00068(мкФ) 102 1000(пФ) 1(нФ) 0,001(мкФ) 152 1500(пФ) 1,5(нФ) 0,0015(мкФ) 222 2200(пФ) 2,2(нФ) 0,0022(мкФ) 332 3300(пФ) 3,3(нФ) 0,0033(мкФ) 472 4700(пФ) 4,7(нФ) 0,0047(мкФ) 682 6800(пФ) 6,8(нФ) 0,0068(мкФ) 103 10000(пФ) 10(нФ) 0,01(мкФ) 153 15000(пФ) 15(нФ) 0,015(мкФ) 223 22000(пФ) 22(нФ) 0,022(мкФ) 333 33000(пФ) 33(нФ) 0,033(мкФ) 473 47000(пФ) 47(нФ) 0,047(мкФ) 683 68000(пФ) 68(нФ) 0,068(мкФ) 104 100000(пФ) 100(нФ) 0,1(мкФ) 154 150000(пФ) 150(нФ) 0,15(мкФ) 224 220000(пФ) 220(нФ) 0,22(мкФ) 334 330000(пФ) 330(нФ) 0,33(мкФ) 474 470000(пФ) 470(нФ) 0,47(мкФ) 684 680000(пФ) 680(нФ) 0,68(мкФ) 105 1000000(пФ) 1000(нФ) 1,0(мкФ) 2. Второй вариант — маркировка производится не в пико, а в микрофарадах, причем вместо десятичной точки ставиться буква µ. 3.Третий вариант. У советских конденсаторов вместо латинской «р» ставилось «п». Допустимое отклонение номинальной емкости маркируется буквенно, часто буква следует за кодом определяющим емкость(той же строкой). Конденсаторы с линейной зависимостью от температуры. ТКЕ(ppm/²C) Буквенный код 100(+130….-49) A 33 N 0(+30….-47) C -33(+30….-80) H -75(+30….-80) L -150(+30….-105) P -220(+30….-120) R -330(+60….-180) S -470(+60….-210) T -750(+120….-330) U -500(-250….-670) V -2200 K Далее следует напряжение в вольтах, чаще всего — в виде обычного числа. Например, конденсатор на этой картинке промаркирован двумя строчками. Первая(104J) — означает, что его емкость составляет 0,1мкФ(104), допустимое отклонение емкости не превышает ± 5%(J). Вторая(100V) — напряжение в вольтах. Напряжение (В) Буквеный код 1 I 1,6 R 3,2 A 4 C 6,3 B 10 D 16 E 20 F 25 G 32 H 40 C 50 J 63 K 80 L 100 N 125 P 160 Q 200 Z 250 W 315 X 400 Y 450 U 500 V Маркировка СМД (SMD) конденсаторов. Размеры СМД конденсаторов невелики, поэтому маркировка их производится весьма лаконично. Рабочее напряжение нередко кодируется буквой(2-й и 3-й варианты на рисунке ниже) в соответствии с (вариант 2 на рисунке), либо с использованием двухзначного буквенно-цифровой кода(вариант 1 на рисунке). При использовании последнего, на корпусе можно обнаружить таки две(а не одну букву) с одной цифрой(вариант 3 на рисунке). Первая буква может является как кодом изготовителя(что не всегда интересно), так и указываеть на номинальное рабочее напряжение(более полезная информация), вторая — закодированным значением в пикоФарадах(мантиссой). Цифра — показатель степени(указывает сколько нулей необходимо добавить к мантиссе). Например EA3 может означать, что номинальное напряжение конденсатора 16в(E) а емкость — 1,0 *1000 = 1 нанофарада, BF5 соответсвенно, напряжение 6,3в(В), емкость — 1,6* 100000 = 0,1 микрофарад и.т.д. Буква Мантисса. A 1,0 B 1,1 C 1,2 D 1,3 E 1,5 F 1,6 G 1,8 H 2,0 J 2,2 K 2,4 L 2,7 M 3,0 N 3,3 P 3,6 Q 3,9 R 4,3 S 4,7 T 5,1 U 5,6 V 6,2 W 6,8 X 7,5 Y 8,2 Z 9,1 a 2,5 b 3,5 d 4,0 e 4,5 f 5,0 m 6,0 n 7,0 t 8,0 Использование каких — либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт

Буквенное обозначение

Важным является значение допустимого рабочего напряжения конденсатора, указывается после номинальной ёмкости и допуска. Обозначается в вольтах с буквы В (старая маркировка), и V (новая маркировка). Например, так: 250В, 400В, 1600V, 200V. В некоторых случаях, буква V опускается.

Иногда применяется кодирование латинской буквой. Для расшифровки следует пользоваться таблицей буквенного кодирования рабочего напряжения конденсаторов.

Номинальное напряжение, В	Буква обозначения

Поклонники Николы Тесла имеют частую потребность в высоковольтных конденсаторах, вот некоторые которые можно встретить, в основном в телевизорах в блоках строчной развертки.

Рис. 13. Высоковольтные конденсаторы

Конденсаторы полярные

К полярным конденсаторам относятся все электролитические, которые бывают:

Алюминиевые электролитические конденсаторы обладают высокой емкостью, низкой стоимостью и доступностью. Такие конденсаторы широко применяются в радиоприборостроении, но имеют существенный недостаток. Со временем электролит внутри конденсатора высыхает и они теряют емкость. Вместе с емкостью увеличивается эквивалентное последовательное сопротивление и такие конденсаторы уже не справляются с поставленными задачами. Это как правило служит причиной неисправности многих бытовых приборов. Использование б/у конденсаторов не желательно, но все же если возникло желание их использовать, нужно тщательно измерить емкость и esr, чтоб потом не искать причину неработоспособности прибора. Перечислять типы алюминиевых конденсаторов не вижу смысла, поскольку особых отличий в них нет, кроме геометрических параметров. Конденсаторы бывают радиальные(с выводами с одного торца цилиндра)и аксиальные(с выводами с противоположных торцов), встречаются конденсаторы с одним выводом, в качестве второго-используется корпус с резьбовым наконечником(он же и является крепежом), такие конденсаторы можно встретить в старой ламповой радиотелевизионной технике. Также стоит заметить, что на материнских платах компьютеров, в импульсных блоках питания часто встречаются конденсаторы с низким эквивалентным сопротивлением, так называемые LOW ESR, так вот они имеют улучшенные параметры и заменяются только на подобные, иначе при первом включении будет взрыв.

Рис. 14. Электролитические конденсаторы. Снизу — для поверхностного монтажа.

Танталовые конденсаторы, лучше чем алюминиевые, за счет использования более дорогой технологии. В них применяется сухой электролит, поэтому им не свойственно «высыхание» алюминиевых конденсаторов. Кроме того, танталовые конденсаторы имеют более низкое активное сопротивление на высоких частотах (100 кГц), что важно при использовании в импульсных источниках питания. Недостатком танталовых конденсаторов является относительно большое уменьшение емкости с увеличением частоты и повышенная чувствительность к переполюсовке и перегрузкам. К сожалению, этот тип конденсаторов характеризуется невысокими значениями емкости (как правило, не более 100 мкФ). Высокая чувствительность к напряжению заставляет разработчиков делать запас по напряжению Увеличенным в два и более раз.

Рис. 14. Танталовые конденсаторы. Первые три отечественные, предпоследний импортный, последний импортный для поверхностного монтажа.

Основные размеры танталовых чип-конденсаторов:

К одной из разновидностей конденсаторов (на самом деле это полупроводники и с обычными конденсаторами имеют мало общего, но упомянуть их все же имеет смысл) относятся варикапы. Это особый вид диодо-конденсатора, который изменяет свою емкость в зависимости от приложенного напряжения. Применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др.

Рис. 15 Варикапы кв106б, кв102

Также весьма интересны «суперконденсаторы» или ионисторы. При малых размерах они обладают колоссальной емкостью и часто используются для питания микросхем памяти, и иногда ими подменяют электрохимические батареи. Ионисторы могут работать и в буфере с батареями в целях защиты их от резких скачков тока нагрузки: при низком токе нагрузки батарея подзаряжает суперконденсатор, и если ток резко возрастет, ионистор отдаст запасенную энергию, чем уменьшит нагрузку на батарею. При таком варианте использования его размещают либо непосредственно возле аккумуляторной батареи, либо внутри ее корпуса. Их можно встретить в ноутбуках в качестве элемента питания для CMOS.

К недостаткам можно отнести:
Удельная энергия меньше, чем у аккумуляторов (5-12 Вт·ч/кг при 200 Вт·ч/кг для литий-ионных аккумуляторов).
Напряжение зависит от степени заряженности.
Возможность выгорания внутренних контактов при коротком замыкании.
Большое внутреннее сопротивление по сравнению с традиционными конденсаторами (10…100 Ом у ионистора 1 Ф × 5,5 В).
Значительно больший, по сравнению с аккумуляторами, саморазряд: порядка 1 мкА у ионистора 2 Ф × 2,5 В.

Рис. 16. Ионисторы

Все виды конденсаторов. Электрическое сопротивление изоляции конденсатора

В электронике используется множество различных деталей, которые вместе позволяют осуществлять целый ряд действий. Одной из них является конденсатор. И в рамках статьи будет вестись речь о том, что это за механизм, как работает, для чего нужен конденсатор и что он делает в схемах.

Что называется конденсатором?

Конденсатор — это пассивное электрическое устройство, которое в схемах может выполнять различные задачи благодаря умению копить заряд и энергию электрического поля. Но главный спектр применения — это в фильтрах выпрямителей и стабилизаторов. Так, благодаря конденсаторам осуществляется передача сигнала между усилительными каскадами, задаются временные интервалы для выдержки времени, строят фильтры высоких и низких частот. Благодаря своим свойствам он также используется для подборки частоты в разных генераторах.

Данный вид конденсаторов может похвастаться емкостью, которая составляет несколько сотен микрофарад. По подобному принципу устроены и другие представители семейства этой детали электроники. А как проверить конденсатор и убедиться, что реальное положение дел соответствует надписям? Наиболее простой способ — воспользоваться цифровым мультиметром. Также ответ на вопрос, как проверить конденсатор, может дать омметр.

Принцип действия и для чего нужен конденсатор

Из обозначения и схематического изображения можно сделать заключение, что в качестве простейшего конденсатора могут выступить даже две металлические пластины, расположенные рядом. В качестве диэлектрика при этом справится воздух. Теоретически нет никакого ограничения на площадь пластин и расстояние между ними. Поэтому даже при разводе на огромные расстояния и уменьшении их размера, пускай и незначительная, но какая-то емкость сохраняется.

Такое свойство нашло использование в высокочастотной технике. Так, их научились делать даже в виде обычных дорожек печатного монтажа, а также просто скручивая два провода, которые находятся в полиэтиленовой изоляции. При использовании кабеля емкость конденсатора (мкф) увеличивается вместе с длиной. Но следует понимать, что если передаваемый импульс короткий, а провод длинный, то он может просто не дойти до точки назначения. Может использоваться конденсатор в цепи постоянного и переменного тока.

Накопление энергии

При увеличении емкости конденсатора такие процессы, как заряд и разряд протекают медленно. Напряжение на данном электрическом устройстве растёт по кривой линии, которая в математике называется экспонентой. Со временем напряжение конденсатора увеличится от значения в 0В до уровня источника питания (если не перегорит из-за слишком высоких значений последнего).

Электролитический конденсатор

На данный момент самой большой удельной емкостью при соотношении этого показателя и объема детали могут похвастаться электролитические конденсаторы. Их показатель вместимости достигает значений в 100 тысяч микрофарад, а рабочее напряжение до 600 В. Но работают они хорошо исключительно на низких частотах. Для чего нужен конденсатор такого типа? Основная сфера применения — фильтры Электролитические конденсаторы в схемы всегда включаются с соблюдением полярности. Электроды делают из тонкой пленки (которая сделана из оксида металлов). Так как тонкий слой воздуха между ними не является достаточно хорошим изолятором, то также сюда добавляется слой электролита (в качестве него выступают концентрированные растворы щелочей или кислот).

Суперконденсатор

Это новый класс электролитических конденсаторов, который называют ионисторами. Его свойства делают его похожим на аккумулятор, хотя и накладываются определённые ограничения. Так, их преимущество заключается в коротком времени заряда (обычно несколько минут). Для чего нужен конденсатор такого типа? Ионисторы используются как резервные источники питания. При изготовлении они получаются неполярными, и где плюс, а где минус, определяется первой зарядкой (на заводе-производителе).

Значительное влияние на работоспособность оказывает температура и номинальное напряжение. Так, при 70˚C и 0,8 мощности дадут только 500 часов работы. При уменьшении напряжения до 0,6 от номинала, а температуры до 40 градусов срок его службы увеличится до 40 тысяч часов. Найти ионисторы можно в микросхемах памяти или электронных часах. Но вместе с этим имеют неплохие перспективы их использования в солнечных батареях.

Очень широко применяются в электронных, радиотехнических устройствах и приборах. Они по количеству и ёмкости в электронных схемах может различаться, но они есть практически везде. Столь широкое использование приборов объясняется тем, что в схемах такие устройства могут выполнять различные функции и задачи.

В первую очередь, конденсаторы используются в фильтрах различных стабилизаторов и выпрямителей напряжения , кроме того, с их помощью осуществляется передача сигнала между каскадами, работают высокочастотные и низкочастотные фильтры, подбирается частота колебаний и интервалы выдержки времени на разных генераторах. Чтобы лучше разобраться в особенностях и применении таких устройств, следует подробно разобрать существующие типы и характеристики конденсаторов.

Характеристики и параметры

Исчерпывающую информацию о типе и технических характеристиках конденсатора любой пользователь может получить на корпусе устройства, где также иногда указывается производитель прибора и дата его изготовления.

Важнейшим параметром любого конденсатора является его номинальная ёмкость . Правила обозначения номиналов ёмкости описываются в действующих нормативах ГОСТа. Согласно положениям ГОСТа, номинальная ёмкость конденсаторов до 9999 пФ обозначается на схемах без указания единицы измерения. Ёмкость устройств номиналом более 9999 пФ и до 9999 мкФ обозначается на схемах с указанием единицы измерения. Следующая характеристика, указываемая на корпусе устройства – допустимое отклонение от номинальных значений.

Второй по важности величиной конденсатора является его номинальное напряжение . Они могут быть предназначены для работы в сетях с разным напряжением: от 5 до 1000 В и более. Специалисты рекомендуют выбирать устройства с запасом по номинальному напряжению. Использование устройств низкого номинала может приводить к возникновению пробоев диэлектрика и выходу из строя приборов.

Остальные параметры считаются дополнительными и не всегда важными, потому на корпусах некоторых устройств описание может ограничиваться ёмкостью и номинальным напряжением. Если дополнительные технические характеристики указаны, то на корпусе можно найти также рабочую температуру устройства, рабочий номинальный ток и другие данные.

Следует учитывать также, что представленные сегодня на рынке конденсаторы могут быть трехфазными и однофазными, предназначенными для внешней или внутренней установки.

Какие типы конденсаторов бывают?

Существуют различные варианты классификации конденсаторов, используемых в электронных схемах. Чаще всего такие устройства разделяют на типы по виду используемого в них диэлектрика. По особенностям диэлектрика можно выделить следующие типы:

• с жидкими диэлектриками.
• вакуумные, в которых отсутствует диэлектрик.
• с твердым органическим диэлектриком.
• с газовым диэлектриком.
• электролитические или оксид-полупроводниковые с электрлитом или оксидным металлическим слоем.
• с твердым неорганическим диэлектриком.

Второй вариант классификации – по вероятности колебания величины ёмкости. По этой характеристике можно выделить следующие устройства:

• Переменные – которые могут менять ёмкость из-за воздействия напряжения или температурных условий.
• Постоянные – величина ёмкости не изменяется на протяжении срока службы.
• Подстроечные – с изменяемой ёмкостью, используемые для периодической или разовой подстройки схем.

По сфере эксплуатации все конденсаторы разделяются на следующие типы:

• Низковольтные, используемые в сетях с малым напряжением.
• Высоковольтные, применяемые в сетях высокого напряжения.
• Импульсные – способные выделять краткосрочный импульс.
• Пусковые – для стартового запуска электрического мотора.
• Помехоподавляющие.

Существуют и другие классы по сферам применения, но на практике они встречаются крайне редко.

В таблице ниже представлены наиболее распространенные конденсаторы и их обозначения на схемах.

Если вы регулярно занимаетесь созданием электрических схем, вы наверняка использовали конденсаторы. Это стандартный компонент схем, такой же, как сопротивление, который вы просто берёте с полки без раздумий. Мы используем конденсаторы для сглаживания пульсаций напряжения/тока, для согласования нагрузок, в качестве источника энергии для маломощных устройств, и других применений.

Но конденсатор – это не просто пузырёк с двумя проводочками и парой параметров – рабочее напряжение и ёмкость. Существует огромный массив технологий и материалов с разными свойствами, применяемых для создания конденсаторов. И хотя в большинстве случаев для любой задачи сгодится практически любой конденсатор подходящей ёмкости, хорошее понимание работы этих устройств может помочь вам выбрать не просто нечто подходящее, а подходящее наилучшим образом. Если у вас когда-нибудь была проблема с температурной стабильностью или задача поиска источника дополнительных шумов – вы оцените информацию из этой статьи.

Начнём с простого

Лучше начать с простого и описать основные принципы работы конденсаторов, прежде чем переходить к настоящим устройствам. Идеальный конденсатор состоит из двух проводящих пластинок, разделённых диэлектриком. Заряд собирается на пластинах, но не может перетекать между ними – диэлектрик обладает изолирующими свойствами. Так конденсатор накапливает заряд.

Ёмкость измеряется в фарадах: конденсатор в один фарад выдаёт напряжение в один вольт, если в нём находится заряд в один кулон. Как и у многих других единиц системы СИ, у неё непрактичный размер, поэтому, если не брать в расчёт суперконденсаторы, о которых мы здесь говорить не будем, вы скорее всего встретитесь с микро-, нано- и пикофарадами. Ёмкость любого конденсатора можно вывести из его размеров и свойств диэлектрика – если интересно, формулу для этого можно посмотреть в Википедии. Запоминать её не нужно, если только вы не готовитесь к экзамену – но в ней содержится один полезный факт. Ёмкость пропорциональна диэлектрической проницаемости ε r использованного диэлектрика, что в результате привело к появлению в продаже различных конденсаторов, использующих разные диэлектрические материалы для достижения больших ёмкостей или улучшения характеристик напряжения.

Алюминиевые электролитические

Алюминиевые электролитические конденсаторы используют анодно-оксидированный слой на алюминиевом листе в качестве одной пластины-диэлектрика, и электролит из электрохимической ячейки в качестве другой пластины. Наличие электрохимической ячейки делает их полярными, то есть напряжение постоянного тока должно прикладываться в одном направлении, и анодированная пластина должна быть анодом, или плюсом.

На практике их пластины выполнены в виде сэндвича из алюминиевой фольги, завёрнутой в цилиндр и расположенной в алюминиевой банке. Рабочее напряжение зависит от глубины анодированного слоя.

У электролитических конденсаторов наибольшая среди распространённых ёмкость, от 0,1 до тысяч мкФ. Из-за плотной упаковки электрохимической ячейки у них наблюдается большая эквивалентная последовательная индуктивность (equivalent series inductance, ESI, или эффективная индуктивность), из-за чего их нельзя использовать на высоких частотах. Обычно они используются для сглаживания питания и развязывания, а также связывания на аудиочастотах.

Танталовые электролитические

Танталовый конденсатор поверхностного размещения

Танталовые электролитические конденсаторы изготавливаются в виде спечённого танталового анода с большой площадью поверхности, на которой выращивается толстый слой оксида, а затем в качестве катода размещается электролит из диоксида марганца. Комбинация большой площади поверхности и диэлектрических свойств оксида тантала приводит к высокой ёмкости в пересчёте на объём. В результате такие конденсаторы выходят гораздо меньше алюминиевых конденсаторов сравнимой ёмкости. Как и у последних, у танталовых конденсаторов есть полярность, поэтому постоянный ток должен идти в строго одном направлении.

Их доступная ёмкостью варьируется от 0,1 до нескольких сотен мкФ. У них гораздо меньше сопротивление утечки и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), в связи с чем они используются в тестировании, измерительных приборах и высококачественных аудиоустройствах – там, где эти свойства полезны.

В случае танталовых конденсаторов необходимо особенно следить за состоянием отказа, бывает, что они загораются. Аморфный оксид тантала – хороший диэлектрик, а в кристаллической форме он становится хорошим проводником. Неправильное использование танталового конденсатора – например, подача слишком большого пускового тока может привести к переходу диэлектрика в другую форму, что увеличит проходящий через него ток. Правда, репутация, связанная с возгораниями, появилась у более ранних поколений танталовых конденсаторов, и улучшенные методы производства привели к созданию более надёжной продукции.

Полимерные плёнки

Целое семейство конденсаторов использует полимерные плёнки в качестве диэлектриков, а плёнка либо находится между витыми или перемежающимися слоями металлической фольги, либо имеет металлизированный слой на поверхности. Их рабочее напряжение может доходить до 1000 В, но высокими ёмкостями они не обладают – это обычно от 100 пФ до единиц мкФ. У каждого вида плёнки есть свои плюсы и минусы, но в целом всё семейство отличается более низкими ёмкостью и индуктивностью, чем у электролитических. Посему они используются в высокочастотных устройствах и для развязывания в электрически шумных системах, а также в системах общего назначения.

Полипропиленовые конденсаторы используются в схемах, требующих хорошей тепловой и частотной стабильности. Также они используются в системах питания, для подавления ЭМП, в системах, использующих переменные токи высокого напряжения.

Полиэстеровые конденсаторы, хотя и не обладают такими температурными и частотными характеристиками, получаются дешёвыми и выдерживают большие температуры при пайке для поверхностного монтажа. В связи с этим они используются в схемах, предназначенных для использования в некритичных приложениях.

Полиэтилен-нафталатовые конденсаторы. Не обладают стабильными температурными и частотными характеристиками, но могут выдерживать гораздо большие температуры и напряжения по сравнению с полиэстеровыми.

Полиэтилен-сульфидовые конденсаторы обладают температурными и частотными характеристиками полипропиленовых, и в дополнение выдерживают высокие температуры.

В старом оборудовании можно наткнуться на поликарбонатные и полистиреновые конденсаторы, но сейчас они уже не используются.

Керамика

История керамических конденсаторов довольно длинная – они использовались с первых десятилетий прошлого века и по сей день. Ранние конденсаторы представляли собою один слой керамики, металлизированной с обеих сторон. Более поздние бывают и многослойными, где пластины с металлизацией и керамика перемежаются. В зависимости от диэлектрика их ёмкости варьируются от 1 пФ до десятков мкФ, а напряжения достигают киловольт. Во всех отраслях электроники, где требуется малая ёмкость, можно встретить как однослойные керамические диски, так и многослойные пакетные конденсаторы поверхностного монтажа.

Проще всего классифицировать керамические конденсаторы по диэлектрикам, поскольку именно они придают конденсатором все свойства. Диэлектрики классифицируют по трёхбуквенным кодам, где зашифрована их рабочая температура и стабильность.

C0G лучшая стабильность в ёмкости по отношению к температуре, частоте и напряжению. Используются в высокочастотных схемах и других контурах высокого быстродействия.

X7R не обладают такими хорошими характеристиками по температуре и напряжению, посему используются в менее критичных случаях. Обычно это развязывание и различные универсальные приложения.

Y5V обладают гораздо большей ёмкостью, но характеристики температуры и напряжения у них ещё ниже. Также используются для развязывания и в различных универсальных приложениях.

Поскольку керамика часто обладает и пьезоэлектрическими свойствами, некоторые керамические конденсаторы демонстрируют и микрофонный эффект. Если вы работали с высокими напряжениями и частотами в аудиодиапазоне, например, в случае ламповых усилителей или электростатики, вы могли услышать, как «поют» конденсаторы. Если вы использовали пьезоэлектрический конденсатор для обеспечения частотной стабилизации, вы могли обнаружить, что его звук модулируется вибрацией его окружения.

Как мы уже упоминали, статья не ставит целью охватить все технологии конденсаторов. Взглянув в каталог электроники вы обнаружите, что некоторые технологии, имеющиеся в наличии, здесь не освещены. Некоторые предложения из каталогов уже устарели, или же имеют такую узкую нишу, что с ними чаще всего и не встретишься. Мы надеялись лишь развеять некоторые тайны по поводу популярных моделей конденсаторов, и помочь вам в выборе подходящих компонентов при разработке собственных устройств. Если мы разогрели ваш аппетит, вы можете изучить нашу статью по катушкам индуктивности.

Об обнаруженных вами неточностях и ошибках прошу писать через

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

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

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

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

Резонансная частота конденсатора равна: f р = 1/ (2∏ ∙ √ L с ∙ C ) .

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

Отечественные неполярные конденсаторы:

На электрических принципиальных схемах номинальная ёмкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах (1 мкФ = 1·10 6 пФ = 1·10 −6 Ф) и пикофарадах, но нередко и в нанофарадах (1 нФ = 1·10 −9 Ф). При ёмкости не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, то есть постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения. Для электролитических конденсаторов, а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах (В) или киловольтах (кВ). Например так: «10 мкФ x 10 В». Для переменных конденсаторов указывают диапазон изменения ёмкости, например так: «10 — 180».

Основные параметры конденсаторов:

1. Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость , характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками. Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до тысяч микрофарад. Однако существуют конденсаторы (ионисторы) с ёмкостью до десятков фарад.
2. Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью — отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.
3. Плотность энергии электролитического конденсатора зависит от конструктивного исполнения. Максимальная плотность достигается у больших конденсаторов, где масса корпуса невелика по сравнению с массой обкладок и электролита.
4. Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах. Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается, что связано с увеличением тепловой скорости движения носителей заряда и, соответственно, снижению требований для образования электрического пробоя.
5. Полярность . Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.

Обозначение на схемах:

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

По виду диэлектрика различают:

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

Вакуумный конденсатор:

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:

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

Два бумажных электролитических конденсатора 1930 года:

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

Серебрянный конденсатор для аудио.

Также различают конденсаторы по форме обкладок:

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

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

Классификация

Конденсаторы делятся на виды по следующим факторам.

Назначению

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

Изменению емкости

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

Способу защиты

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

Виду монтажа

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

По материалу диэлектрика

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

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

Форме пластин

• Сферические.
• Плоские.
• Цилиндрические.

Полярности

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

Конструктивные особенности

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

Воздушные виды конденсаторов

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

Керамические

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

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

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

Пленочные

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

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

Параметры пленочных конденсаторов

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

Полимерные

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

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

Электролитические

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

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

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

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

Танталовые электролитические

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

Параметры

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

Алюминиевые электролитические

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

Параметры

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

Бумажные

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

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

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

Услуги электрика Воронеж — Электрическая емкость и конденсаторы

Способность проводников накапливать электрическая заряды нызвается электрической емкостью.

Единицей измерения емкости является фарада (ф). Фарада — очень крупная единица измерения, поэтому в технике обычно пользуются более мелкими единицами измерения емкости, являющимися долями фарады:

1 микрофарада (мкф) = 1/1 000 000 ф;

1 пикофарада (пф) = 1/1 000 000 000 000 ф.

Соотношение между емкостью и зарядом определяется формулой

где С — емкость, ф;
Q — заряд, к;
U — напряжение между проводниками, в.

Емкость зависит от размеров проводников, расстояния между ними и материала разделяющего их диэлектрика.

Конденсатор — это устройство для накопления электрических зарядов, состоящее из проводников, разделенных диэлектриками.

Устройство простейшего конденсатора показано на рис. 1. Конденсатор состоит из двух пластин, разделенных слоем воздуха или иного диэлектрика. При подводе напряжения к обкладкам конденсатора на них накапливается заряд:

Q=UC

После снятия напряжения заряд конденсатора сохраняется. Таким образом, конденсатор обладает способностью не только накапливать электрические заряды, но и сохранять их в течение некоторого времени.

Конструкция конденсаторов

В зависимости от типа диэлектрика конденсаторы делятся на бумажные, слюдяные, керамические, электролитичексие и воздушные.

Для увеличения емкости конденсаторы соединяют параллельно. При таком соединении (рис. 1) напряжение на каждом параллельно соединенным конденсаторе равно напряжению источника.

Суммарный заряд всех параллельно соединенных конденсаторов равен сумме зарядов каждого, т.е.

Q_общ = Q₁+Q₂

Общая емкость параллельно соединенных конденсаторов равна сумме емкостей отдельных конденсаторов:

С_общ = С₁+С₂

Если параллельно соединены конденсаторы одинаковой емкости, то общая емекость

С_общ = Сn,

Где С — емкость одного конденсатора
n — количество параллельно соединенных конденсаторов.

Последовательно соединение конденсаторов применяют для снижения напряжения на конденсаторах. Одновременно будет уменьшаться общая емкость. Последовательным называется соединение (рис. 2), при котором один из выводов первого конденсатора соединяют с одним из выводов второго, а другой вывод второго конденсатора — с одним из выводов третьего и т.д. Провода от источника тока подводят к свободным выводам первого и последнего конденсаторов.

Если последовательно соединенные конденсаторы подключить к источнику постоянного тока, то обкладки каждого конденсатора получат равные по величине и противоположные по знаку заряды, равные общему заряду.

Если емкости конденсаторов не равны между собой, то напряжения на них будут различными. Сумма напряжений на конденсаторах равна общему напряжению источника тока, т.е.

U_общ = U₁+U₂.

Общая емкость двух последовательно соединенных конденсаторов определяется выражением:

Это выражение может быть преобразовано:

Если последовательно соединены не два конденсатора, а n конденсаторов, то

При конденсаторах равной емкости

Напряжение на любом из последовательно соединенных конденсаторов определяется по формуле

U_n=U_общ*(C_общ/C_n),

где U_n — напряжение на соответствующем конденсаторе
C_n — емкость этого конденсатора.

При последовательном соединении n конденсаторов равной емкости напряжения на них будут равными и могут быть определены по формуле:

U_n=U_общ/n,

Сопротивление заряженного конденсатора. Конденсаторы: назначение, устройство, принцип действия

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

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

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

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

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

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

Как устроен конденсатор

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

Рисунок 1. Устройство плоского конденсатора

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

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

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

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

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

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

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

Рисунок 2.

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

Исторический факт

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

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

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

Немножко о диэлектриках

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

Но подобные вещества обладают кроме высокой ε еще и достаточно высокой проводимостью, поэтому такой конденсатор заряд держать будет плохо, он быстро разрядится сам через себя. Это вредное явление называется током утечки. Поэтому для диэлектриков разрабатываются специальные материалы, которые позволяют при высокой удельной емкости конденсаторов обеспечивать приемлемые токи утечки. Именно этим и объясняется такое разнообразие видов и типов конденсаторов, каждый из которых предназначен для конкретных условий.

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

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

На рисунке 3 показан один из таких конденсаторов.

Рисунок 3. Электролитический конденсатор

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

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

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

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

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

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

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

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

Конденсатор может накапливать энергию

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

Рисунок 4. Схема с конденсатором

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

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

Итак, схема собрана. Как она работает?

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

Рисунок 5. Процесс заряда конденсатора

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

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

Постоянная времени «тау» τ = R*C

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

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

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

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

Рисунок 6. График разряда конденсатора

Конденсатор не пропускает постоянный ток

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

Рисунок 7. Схема с конденсатором в цепи постоянного тока

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

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

Конденсатор в фильтрах питания

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

Рисунок 8. Схемы выпрямителей

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

Для двухполупериодного выпрямителя емкость конденсатора фильтра можно рассчитать по формуле

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

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

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

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

Суперконденсатор — ионистор

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

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

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

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

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

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

Подключен к резистору, то ток и напряжение в цепи в любой точке временной диаграммы будут пропорциональны друг другу. Это означает, что кривые тока и напряжения будут достигать «пикового» значения одновременно. При этом мы говорим, что ток и напряжение находятся в фазе.

Рассмотрим теперь, как будет себя вести конденсатор в цепи переменного тока.

Если к источнику переменного напряжения подключен конденсатор, максимальное значение напряжения на нем будет пропорционально максимальному значению тока, протекающего в цепи. Однако пик волны синусоиды напряжения не будет наступать в то же самое время, что и максимум тока.

В этом примере мгновенное значение тока достигает своего максимального значения на четверть периода (90 эл.град.) раньше, чем это сделает напряжение. В таком случае говорят, что «ток опережает напряжение на 90◦».

В отличие от от ситуации в цепи постояннго тока, значение V/I здесь не является постоянным. Тем не менее, отношение V max/I max является весьма полезной величиной и в электротехнике называется емкостным сопротивлением (Хс) компонента. Поскольку эта величина по-прежнему отображает отношение напряжения к току, т.е. в физическом смысле является сопротивлением, ее единицей измерения является Ом. Значение Хс конденсатора зависит от его емкости (С) и частоты переменного тока (f).

Так как на конденсатор в цепи переменного тока подается среднеквадратичное значение напряжения, в этой цепи протекает такой же переменный ток, который ограничивается конденсатором. Это ограничение обусловлено конденсатора.

Поэтому значение тока в цепи, не содержащей никаких других компонентов, кроме конденсатора, определяется альтернативной версией Закона Ома

I RMS = U RMS / X C

Где U RMS — среднеквадратическое (действующее) значение напряжения. Обратите внимание, что X с заменяет величину R в версии закона Ома для

Теперь мы видим, что конденсатор в цепи переменного тока ведет себя совсем не так, как постоянный резистор, и ситуация здесь, соответственно, обстоит сложнее. Для того чтобы лучше понять процессы, происходящие в такой цепи, полезно ввести такое понятие, как вектор.

Основная идея вектора — это представление о том, что комплексное значение изменяющегося во времени сигнала может быть представлено ​​как произведение (которое не зависит от времени) и некоего комплексного сигнала, являющегося функцией времени.

Например, мы можем представить функцию A cos(2πνt + θ) просто как сложную постоянную A∙e jΘ .

Так как векторы представлены величиной (или модулем) и углом, то графически они представляются стрелкой (или вектором), вращающейся в плоскости XY.

С учетом того, что напряжение на конденсаторе «запаздывает» по отношению к току, представляющие их векторы расположены в комплексной плоскости так, как показано на рисунке выше. На этом рисунке векторы тока и напряжения вращаются в направлении, противоположном движению часовой стрелки.

В нашем примере ток на конденсаторе обусловлен его периодическим перезарядом. Поскольку конденсатор в цепи переменного тока обладает способностью периодически накапливать и сбрасывать электрический заряд, между ним и источником питания происходит постоянный обмен энергией, которая в электротехнике называется реактивной.

VI. Зависимость емкости конденсаторов от времени и от температуры

V. Поляризация диэлектриков

IV. Номинальная емкость и допускаемые отклонения

III. Емкость

Система условных обозначений и маркировка конденсаторов

II. Классификация конденсаторов

В зависимости от назначения различают конденсаторы общего и специального назначения. Группа общего назначения включает в себя широко применяемые конденсаторы, используемые в большинстве видов и классов аппаратуры (низковольтные конденсаторы). Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, пусковые, дозиметрические и др.

По характеру изменения емкости различают конденсаторы постоянной емкости, переменной емкости и подстроечные. У конденсаторов постояннойемкости – емкость является фиксированной, и в процессе эксплуатации не изменяется. Конденсаторы переменной емкости – допускают изменение емкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление емкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды) и температурой (термоконденсаторы). Емкость подстроечных конденсаторов изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры.

По характеру защиты от внешних факторов конденсаторы выполняются незащищенные, защищенные, неизолированные, изолированные, уплотненные и герметизированные. Незащищенные конденсаторы допускают эксплуатацию в условиях повышенной влажности только в составе герметизированной аппаратуры. Защищенные конденсаторы допускают эксплуатацию в аппаратуре любого исполнения. Неизолированные конденсаторы – не допускают касания своим корпусом шасси аппаратуры. Изолированные конденсаторы имеют хорошее изоляционное покрытие (компаунды, пластмассы и т.д.) и допускают касания корпусом шасси или токоведущих частей аппаратуры. Уплотненные конденсаторы – имеют уплотненную органическими материалами конструкцию корпуса. Герметизированные конденсаторы – имеют герметичную конструкцию корпуса, который исключает возможность сообщения окружающей среды с его внутренним пространством. Герметизация осуществляется с помощью керамических и металлических корпусов или стеклянных колб.

Система условных обозначений и маркировка конденсаторов может быть сокращенной и полной.

В соответствии с действующей системой сокращенное условное обозначение состоит из букв и цифр.

Первый элемент – буква или сочетание букв, обозначающее подкласс конденсаторов: К – постоянной емкости; КТ – подстроечные; КП – переменной емкости; КС – конденсаторные сборки.

Второй элемент – цифра, обозначает группу конденсатора в зависимости от материала диэлектрика.

Третий элемент – цифра, пишется через дефис и обозначает регистрационный номер конкретного типа конденсатора. В состав третьего элемента может входить так же буквенное обозначение.

Полное условное обозначение конденсатора состоит из сокращенного обозначения, обозначения и величины основных параметров и характеристик, необходимых для заказа и записи конструкторской документации, обозначения климатического исполнения и документа на поставку.

Например:

Керамический конденсатор постоянной емкости на номинальное напряжение до 1600 В с регистрационным номером 17 имеет сокращенное условное обозначение К10-17;

Подстроечный керамический конденсатор с регистрационным номером 25 сокращенно обозначается КТ4-25;

Конденсатор керамический К10-7В, всеклиматического исполнения с температурным коэффициентом емкости равным , номинальной емкостью 27пФ, с допуском ±10%, поставляемый по ГОСТ 5.621-70 имеет полное условное обозначение:

К10-7В-М47-27пФ±10% ГОСТ 5.621-70

Кодированные обозначения предназначены для маркировки малогабаритных конденсаторов и для записи на малоформатных многоэлементных электрических схемах. Полное обозначение состоит из значения номинальной емкости (цифра) и обозначения единицы измерения (пФ, мкФ, Ф). Например: 1.5 пФ (1П5 или 1p5), 0.1 мкФ, 10 Ф.

Основное свойство конденсатора – его емкость, то есть способность накапливать на обкладках электрический заряд. Выражается соотношением:

N Для шарового конденсатора:

[Ф] ,

где r – радиус сферического конденсатора [м].

Эти формулы справедливы для однородного поля, и не учитывают его искажения у края конденсаторных обкладок. Если учитывать искажения, то вводят поправку на краевую емкость .

Конденсаторы соединяют в группы – параллельно, последовательно и смешанно.

При параллельном соединении конденсаторов общая емкость равна сумме емкостей:

При последовательном соединении величина обратная общей емкости группы равна сумме обратных величин отдельных емкостей.

Details 16 April 2017

Господа, в сегодняшней статье я хотел бы рассмотреть такой интересный вопрос, как конденсатор в цепи переменного тока . Эта тема весьма важна в электричестве, поскольку на практике конденсаторы повсеместно присутствуют в цепях с переменным током и, в связи с этим, весьма полезно иметь четкое представление, по каким законам изменяются в этом случае сигналы. Эти законы мы сегодня и рассмотрим, а в конце решим одну практическую задачу определения тока через конденсатор.

Господа, сейчас для нас наиболее интересным моментом является то, как связаны между собой напряжение на конденсаторе и ток через конденсатор для случая, когда конденсатор находится в цепи переменного сигнала.

Почему сразу переменного? Да просто потому, что конденсатор в цепи постоянного тока ничем не примечателен. Через него течет ток только в первый момент, пока конденсатор разряжен. Потом конденсатор заряжается и все, тока нет (да-да, слышу, уже начали кричать, что заряд конденсатора теоретически длится бесконечно долгое время, да еще у него может быть сопротивление утечки, но пока что мы этим пренебрегаем). Заряженный конденсатор для постоянного тока – это как разрыв цепи . Когда же у нас случай переменного тока – тут все намного интереснее. Оказывается, в этом случае через конденсатор может протекать ток и конденсатор в этом случае как бы эквивалентен резистору с некоторым вполне определенным сопротивлением (если пока забить забыть про всякие там сдвиги фазы, об этом ниже). Нам надо каким-нибудь образом получить связь между током и напряжением на конденсаторе.

Пока мы будем исходить из того, что в цепи переменного тока находится только конденсатор и все. Без каких-либо других компонентов типа резисторов или индуктивностей. Напомню, что в случае, когда у нас в цепи находится исключительно одни только резисторы, подобная задача решается очень просто: ток и напряжения оказываются связанными между собой через закон Ома . Мы про это уже не один раз говорили. Там все очень просто: делим напряжение на сопротивление и получаем ток. А как же быть в случае конденсатора? Ведь конденсатор-то это не резистор. Там совсем иная физика протекания процессов, поэтому вот так вот с наскока не получится просто связать между собой ток и напряжение. Тем не менее, сделать это надо, поэтому давайте попробуем порассуждать.

Сперва давайте вернемся назад. Далеко назад. Даже очень далеко. К самой-самой первой моей статье на этом сайте. Старожилы должно быть помнят, что это была статья про силу тока . Вот в этой самой статье было одно интересное выражение, которое связывало между собой силу тока и заряд, протекающий через сечение проводника. Вот это самое выражение

Кто-нибудь может возразить, что в той статье про силу тока запись была через Δq и Δt – некоторые весьма малые величины заряда и времени, за которое этот заряд проходит через сечение проводника. Однако здесь мы будем применять запись через dq и dt – через дифференциалы. Такое представление нам потребуется в дальнейшем. Если не лезть глубоко в дебри матана, то по сути dq и dt здесь особо ничем не отличаются от Δq и Δt . Безусловно, глубоко сведущие в высшей математике люди могут поспорить с этим утверждением, но да сейчас я не хочу концентрировать внимание на данных вещах.

Итак, выражение для силы тока мы вспомнили. Давайте теперь вспомним, как связаны между собой емкость конденсатора С , заряд q , который он в себе накопил, и напряжение U на конденсаторе, которое при этом образовалось. Ну, мы же помним, что если конденсатор накопил в себе какой-то заряд, то на его обкладках неизбежно возникнет напряжение. Про это все мы тоже говорили раньше, вот в этой вот статье . Нам будет нужна вот эта формула, которая как раз и связывает заряд с напряжением

Давайте-ка выразим из этой формулы заряд конденсатора:

А теперь есть очень большой соблазн подставить это выражение для заряда конденсатора в предыдущую формулу для силы тока. Приглядитесь-ка повнимательнее – у нас ведь тогда окажутся связанными между собой сила тока, емкость конденсатора и напряжение на конденсаторе! Сделаем эту подстановку без промедлений:

Емкость конденсатора у нас является величиной постоянной . Она определяется исключительно самим конденсатором , его внутренним устройством, типом диэлектрика и всем таким прочим. Про все это подробно мы говорили в одной из прошлых статей . Следовательно, емкость С конденсатора, поскольку это константа, можно смело вынести за знак дифференциала (такие вот правила работы с этими самыми дифференциалами). А вот с напряжением U нельзя так поступить! Напряжение на конденсаторе будет изменяться со временем . Почему это происходит? Ответ элементарный: по мере протекания тока на обкладках конденсатора, очевидно, заряд будет изменяться. А изменение заряда непременно приведет к изменению напряжения на конденсаторе. Поэтому напряжение можно рассматривать как некоторую функцию времени и его нельзя выносить из-под дифференциала. Итак, проведя оговоренные выше преобразования, получаем вот такую вот запись:

Господа, спешу вас поздравить – только что мы получили полезнейшее выражение, которое связывает между собой напряжение, приложенное к конденсатору, и ток, который течет через него. Таким образом, если мы знаем закон изменения напряжения, мы легко сможем найти закон изменения тока через конденсатор путем простого нахождения производной.

А как быть в обратном случае? Допустим, нам известен закон изменения тока через конденсатор и мы хотим найти закон изменения напряжения на нем. Читатели, сведущие в математике, наверняка уже догадались, что для решения этой задачи достаточно просто проинтегрировать написанное выше выражение. То есть, результат будет выглядеть как-то так:

По сути оба этих выражений про одно и тоже. Просто первое применяется в случае, когда нам известен закон изменения напряжения на конденсаторе и мы хотим найти закон изменения тока через него, а второе – когда нам известно, каким образом меняется ток через конденсатор и мы хотим найти закон изменения напряжения. Для лучшего запоминания всего этого дела, господа, я приготовил для вас поясняющую картинку. Она изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Поясняющая картинка

На ней, по сути, в сжатой форме изображены выводы, которые хорошо бы запомнить.

Господа, обратите внимание – полученные выражения справедливы для любого закона изменения тока и напряжения. Здесь не обязательно должен быть синус, косинус, меандр или что-то другое. Если у вас есть какой-то совершенно произвольный, пусть даже совершенно дикий, не описанный ни в какой литературе, закон изменения напряжения U(t) , поданного на конденсатор, вы, путем его дифференцирования можете определить закон изменения тока через конденсатор. И аналогично если вы знаете закон изменения тока через конденсатор I(t) то, найдя интеграл, сможете найти, каким же образом будет меняться напряжение.

Итак, мы выяснили как связать между собой ток и напряжение для абсолютно любых, даже самых безумных вариантов их изменения. Но не менее интересны и некоторые частные случаи. Например, случай успевшего уже нам всем полюбиться синусоидального тока. Давайте теперь разбираться с ним.

Пусть напряжение на конденсаторе емкостью C изменяется по закону синуса вот таким вот образом

Какая физическая величина стоит за каждой буковкой в этом выражении мы подробно разбирали чуть раньше . Как же в таком случае будет меняться ток? Используя уже полученные знания, давайте просто тупо подставим это выражение в нашу общую формулу и найдем производную

Или можно записать вот так

Господа, хочу вам напомнить, что синус ведь только тем и отличается от косинуса, что один сдвинут относительно другого по фазе на 90 градусов. Ну, или, если выражаться на языке математики, то . Не понятно, откуда взялось это выражение? Погуглите формулы приведения . Штука полезная, знать не помешает. А еще лучше, если вы хорошо знакомы с тригонометрическим кругом , на нем все это видно очень наглядно.

Господа, отмечу сразу один момент. В своих статьях я не буду рассказывать про правила нахождения производных и взятия интегралов. Надеюсь, хотя бы общее понимание этих моментов у вас есть. Однако даже если вы не знаете, как это делать, я буду стараться излагать материал таким образом, чтобы суть вещей была понятна и без этих промежуточных выкладок. Итак, сейчас мы получили немаловажный вывод – если напряжение на конденсаторе изменяется по закону синуса, то ток через него будет изменяться по закону косинуса. То есть ток и напряжение на конденсаторе сдвинуты друг относительно друга по фазе на 90 градусов. Кроме того, мы можем относительно легко найти и амплитудное значение тока (это множители, которые стоят перед синусом). Ну то есть тот пик, тот максимум, которого ток достигает. Как видим, оно зависит от емкости C конденсатора, амплитуды приложенного к нему напряжения U m и частоты ω . То есть чем больше приложенное напряжение, чем больше емкость конденсатора и чем больше частота изменения напряжения, тем большей амплитуды достигает ток через конденсатор. Давайте построим график, изобразив на одном поле ток через конденсатор и напряжение на конденсаторе. Пока без конкретных цифр, просто покажем качественный характер. Этот график представлен на рисунке 2 (картинка кликабельна).

Рисунок 2 – Ток через конденсатор и напряжение на конденсаторе

На рисунке 2 синий график – это синусоидальный ток через конденсатор, а красный – синусоидальное напряжение на конденсаторе. По этому рисунку как раз очень хорошо видно, что ток опережает напряжение (пики синусоиды тока находятся левее соответствующих пиков синусоиды напряжения, то есть наступают раньше ).

Давайте теперь проделаем работу наоборот. Пусть нам известен закон изменения тока I(t) через конденсатор емкостью C . И закон этот пусть тоже будет синусоидальным

Давайте определим, как в таком случае будет меняться напряжение на конденсаторе. Воспользуемся нашей общей формулой с интегральчиком:

По абсолютнейшей аналогии с уже написанными выкладками, напряжение можно представить вот таким вот образом

Здесь мы снова воспользовались интересными сведениями из тригонометрии, что . И снова формулы приведения придут вам на помощь, если не понятно, почему получилось именно так.

Какой же вывод мы можем сделать из данных расчетов? А вывод все тот же самый, какой уже был сделан: ток через конденсатор и напряжение на конденсаторе сдвинуты по фазе друг относительно друга на 90 градусов. Более того, они не просто так сдвинуты. Ток опережает напряжение. Почему это так? Какая за этим стоит физика процесса? Давайте разберемся.

Представим, что незаряженный конденсатор мы подсоединили к источнику напряжения. В первый момент никаких зарядов в конденсаторе вообще нет: он же разряжен. А раз нет зарядов, то нет и напряжения. Зато ток есть, он возникает сразу при подсоединении конденсатора к источнику. Замечаете, господа? Напряжения еще нет (оно не успело нарасти), а ток уже есть . И кроме того, в этот самый момент подключения ток в цепи максимален (разряженный конденсатор ведь по сути эквивалентен короткому замыканию цепи). Вот вам и отставание напряжения от тока. По мере протекания тока, на обкладках конденсатора начинает накапливаться заряд, то есть напряжение начинает расти а ток постепенно уменьшаться. И через некоторое время накопится столько заряда на обкладках, что напряжение на конденсаторе сравняется с напряжением источника и ток в цепи совсем прекратится.

Теперь давайте этот самый заряженный конденсатор отцепим от источника и закоротим накоротко. Что получим? А практически то же самое. В самый первый момент ток будет максимален, а напряжение на конденсаторе останется таким же, какое оно и было без изменений. То есть снова ток впереди, а напряжение изменяется вслед за ним. По мере протекания тока напряжение начнет постепенно уменьшаться и когда ток совсем прекратится, оно тоже станет равным нулю.

Для лучшего понимания физики протекающих процессов можно в который раз уже использовать водопроводную аналогию . Представим себе, что заряженный конденсатор – это некоторый бачок, полный воды. У этого бачка есть внизу краник, через который можно спустить воду. Давайте этот краник откроем. Как только мы его откроем, вода потечет сразу же. А давление в бачке будет падать постепенно, по мере того, как вода будет вытекать. То есть, грубо говоря, ручеек воды из краника опережает изменение давления, подобно тому, как ток в конденсаторе опережает изменение напряжения на нем.

Подобные рассуждения можно провести и для синусоидального сигнала, когда ток и напряжения меняются по закону синуса, да и вообще для любого. Суть, надеюсь, понятна.

Давайте проведем небольшой практический расчет переменного тока через конденсатор и построим графики.

Пусть у нас имеется источник синусоидального напряжения, действующее значение равно 220 В , а частота 50 Гц . Ну, то есть все ровно так же, как у нас в розетках. К этому напряжению подключают конденсатор емкостью 1 мкФ . Например, пленочный конденсатор К73-17 , рассчитанный на максимальное напряжение 400 В (а на меньшее напряжение конденсаторы ни в коем случае нельзя подключать в сети 220 В), выпускается с емкостью 1 мкФ. Чтобы вы имели представление, с чем мы имеем дело, на рисунке 3 я разместил фотографию этого зверька (спасибо Diamond за фото )

Рисунок 3 – Ищем ток через этот конденсатор

Требуется определить, какая амплитуда тока будет протекать через этот конденсатор и построить графики тока и напряжения.

Сперва нам надо записать закон изменения напряжения в розетке. Если вы помните, амплитудное значение напряжения в этом случае равно около 311 В. Почему это так, откуда получилось, и как записать закон изменения напряжения в розетке, можно прочитать вот в этой статье . Мы же сразу приведем результат. Итак, напряжение в розетке будет изменяться по закону

Теперь мы можем воспользоваться полученной ранее формулой, которая свяжет напряжение в розетке с током через конденсатор. Выглядеть результат будет так

Мы просто подставили в общую формулу емкость конденсатора, заданную в условии, амплитудное значение напряжения и круговую частоту напряжения сети. В результате после перемножения всех множителей имеем вот такой вот закон изменения тока

Вот так вот, господа. Получается, что амплитудное значение тока через конденсатор чуть меньше 100 мА. Много это или мало? Вопрос нельзя назвать корректным. По меркам промышленной техники, где фигурируют сотни ампер тока, очень мало. Да и для бытовых приборов, где десятки ампер не редкость – тоже. Однако для человека даже такой ток представляет большую опасность! Отсюда следует вывод, что хвататься за такой конденсатор, подключенный к сети 220 В не следует . Однако на этом принципе возможно изготовление так называемых источников питания с гасящим конденсатором. Ну да это тема для отдельной статьи и здесь мы не будем ее затрагивать.

Все это хорошо, но мы чуть не забыли про графики, которые должны построить. Надо срочно исправляться! Итак, они представлены на рисунке 4 и рисунке 5. На рисунке 4 вы можете наблюдать график напряжения в розетке, а на рисунке 5 – закон изменения тока через конденсатор, включенный в такую розетку.

Рисунок 4 – График напряжения в розетке

Рисунок 5 – График тока через конденсатор

Как мы можем видеть из этих рисунков, ток и напряжение сдвинуты на 90 градусов, как и должно быть. И, возможно, у читателя возникла мысль – если через конденсатор течет ток и на нем падает какое-то напряжение, вероятно, на нем должна выделяться и некоторая мощность . Однако спешу предупредить вас – для конденсатора дело обстоит совершенно не так . Если рассматривать идеальный конденсатор, то мощность на нем не будет вообще выделяться, даже при протекании тока и падении на нем напряжения. Почему? Как же так? Об этом – в будущих статьях. А на сегодня все. Спасибо что читали, удачи, и до новых встреч!

На рис. 4.11 показана цепь электрического генератора, содержащая конденсатор. После включения цепи вольтметр, включенный в цепь, покажет полное напряжение генератора. Стрелка амперметра установится на нуле — ток через изоляцию конденсатора протекать не может.

Но проследим внимательно за стрелкой амперметра при включении незаряженного конденсатора. Если амперметр достаточно чувствителен, а емкость конденсатора велика, то нетрудно обнаружить колебание стрелки: сразу после включения стрелка сойдет с нуля, а затем быстро вернется в исходное положение.

Рис. 4.11. Цепь электрического генератора, содержащая конденсатор

Этот опыт показывает, что при включении конденсатора (при его зарядке) в цепи протекал ток — в ней происходило передвижение зарядов: электроны с пластины, присоединенной к положительному полюсу источника, перешли на пластину, присоединенную к отрицательному полюсу.

Как только конденсатор зарядится, движение зарядов прекращается.

Отключая генератор и повторно замыкая его на конденсатор, мы уже не обнаружим движения стрелки: конденсатор остается заряженным, и при повторном включении движения зарядов в цепи не происходит.

Для того чтобы вновь наблюдать отклонение стрелки, нужно замыкать генератор на разряженный конденсатор. С этой целью, предварительно отключив генератор, замкнем пластины конденсатора проволокой, при этом между зажимами конденсатора и подносимой к ним проволокой проскочит искра, тем самым легко убедиться, что при разряде конденсатора в его цепи опять протекал ток.

Если замыкание проволокой произвести так, чтобы путь зарядов проходил через амперметр, то легко увидеть, что его стрелка кратковременно отклонится. Отклонение стрелки теперь должно происходить, конечно, в другую сторону.

После разряда конденсатора можно повторить первый опыт — стрелка амперметра вновь покажет, что в цепи конденсатора передвигаются электрические заряды (проходит ток).

Попытаемся вычислить ток, протекающий в проводах, присоединенных к конденсатору.

Если за промежуток времени напряжение конденсатора увеличивается на , то, значит, за это же время его заряд увеличится на

т. е. заряд конденсатора возрастает на произведение емкости и приращения напряжения.

Предположим, что напряжение на конденсаторе емкостью возросло на 50 В за время в одну десятую долю секунды . В таком случае за это же время заряд положительной пластины конденсатора увеличился на

Но для того чтобы такой заряд прошел по проводам за время с, нужно, чтобы по ним протекал средний ток

Заряд конденсатора через резистор. Представим себе, что генератор с постоянным напряжением замыкается через резистор с сопротивлением на незаряженный конденсатор емкостью (рис. 4.12, а).

В начальный момент, пока еще конденсатор не заряжен, его напряжение равно нулю.

Значит все напряжение источника приходится на сопротивление R. А это значит, что по закону Ома в цепи будет протекать ток

С течением времени, напротив, конденсатор зарядится, его напряжение будет равно напряжению генератора, в цепи не будет тока, на резисторе не будет никакого напряжения.

Рис. 4.12. а — заряд конденсатора С через резистор с сопротивлением Слева показана электрическая схема, на которой применено общепринятое изображение конденсатора, справа показано, как с течением времени нарастает напряжение на конденсаторе «с и как постепенно убывает ток г. Эти графики построены в предположении, что конденсатор емкостью 100 мкФ заряжается от источника постоянного напряжения 100 В через сопротивление 10 000 Ом. В этом случае заряд происходит очень медленно. Если бы емкость составила всего 1 мкФ, а сопротивление 1 Ом, все происходило бы в миллион раз скорее. Для того чтобы приведенные графики оказались пригодными и для второго случая, нужно считать, что время выражено не в секундах, а в миллионных долях секунды (в общем случае при любых R и С указанные на графике значения времени следует умножить на произведение С и Я). Если напряжение источника остается 100 В, то значения тока должны быть увеличены в 10 000 раз. Например, в начальный момент будет протекать ток не 10 мА, а 100 А. Длительность и характер процесса не зависят от напряжения источника; б — разряд конденсатора С через резистор сопротивлением R. Слева показана электрическая схема. После заряда конденсатор отключается. Справа показано, как изменяются ток и напряжение конденсатора с течением времени. Графики построены для случая . Уменьшение емкости и сопротивления до значений и 1 Ом увеличило бы скорость разряда в миллион раз. Начальное; значение тока (при неизменности начального напряжения) при этом возросло бы в 10 000 раз и составило бы 100 А вместо 10 мА. При других значениях R и С время, показанное на графике, нужно умножить на произведение

При этом заряд конденсатора должен быть равен

Поставим такой вопрос: как скоро заряд в одну сотую кулона может быть сообщен конденсатору?

Если бы в цепи ток не уменьшался, а оставался равным т. е. 10 мА, то для этого потребовалось бы время, равное всего лишь 1 с:

Но сообразим, может ли долго протекать такой ток, как Если бы такой ток протекал четверть секунды, он уже сообщил бы конденсатору четверть полного заряда, а значит, поднял бы его напряжение до четверти от полных 100 В.

Но когда напряжение конденсатора возрастет до 25 В, ток должен уменьшиться до 7,5 мА. В самом деле, если напряжение генератора 100 В, а напряжение на конденсаторе 25 В, то разность между ними приходится на резистор.

Опять же по закону Ома

Но такой ток будет заряжать конденсатор медленнее, чем его заряжал ток в 10 мА.

Из приведенного рассуждения ясно, что:

нарастание напряжения на конденсаторе будет происходить, постепенно замедляясь;

ток, достигнув наибольшего значения в начальный момент, потом постепенно уменьшится;

чем больше емкость (больше заряд) и чем больше сопротивление цепи, тем медленнее происходит заряд конденсатора.

Разряд конденсатора на резистор. Если отключить генератор и через резистор с сопротивлением R замкнуть пластины конденсатора, начнется процесс его разряда. На рис. 4.12, б приведены кривые тока и напряжения конденсатора при его разряде.

Энергия электрического поля в конденсаторе. Заряженный конденсатор обладает определенным запасом энергии, заключенной в его электрическом поле.

Об этом можно судить по тому, что заряженный конденсатор, отключенный от сети, способен некоторое время поддерживать электрический ток — об этом можно судить и по искре, наблюдаемой при разряде конденсаторов.

Энергия, заключенная в конденсаторе, подводится к нему в то время, когда он заряжается от генератора. В самом деле, во время его заряда в цепи течет ток и к его зажимам приложено напряжение, а это значит, что ему сообщается энергия. Полное количество энергии, запасенной конденсатором, может быть выражено формулой

Энергия равна половине квадрата напряжения, умноженного на емкость.

Если напряжение выражено в вольтах, а емкость — в фарадах, то энергия окажется выраженной в джоулях.

Так, энергия, запасенная в конденсаторе емкостью 100 мкФ при напряжении 1000 В,

Это, конечно, не очень большая энергия (такая энергия поглощается лампочкой 50 Вт за каждую секунду). Но если конденсатор быстро разряжается (скажем, за одну тысячную долю секунды), то мощность происходящего разряда энергии, конечно, очень велика:

Поэтому понятно, что при разряде большого конденсатора звук похож на выстрел.

Быстрым разрядом энергии, запасенной в конденсаторе, иногда пользуются для сварки маленьких металлических изделий.

При разряде конденсатора на резистор энергия, заключавшаяся в электрическом конденсаторе, переходит в тепло нагреваемого резистора.

Применение конденсаторов. Применения конденсаторов в электротехнике очень разнообразны.

Рассмотрим здесь некоторые из них.

1. Конденсаторы широко применяют для целей изоляции двух цепей по постоянному напряжению при сохранении связи между ними на переменном токе. Конденсаторы изолируют постоянное напряжение, не пропуская постоянный ток. В то же время малейшее изменение напряжения изменяет их заряд и, следовательно, пропускает через них соответствующий переменный ток (рис. 4.13).

Рис. 4.13. На входе схемы между точками а и б приложено постоянное напряжение и маленькое, изменяющееся во времени напряжение — его форма Соответствует передаваемому сигналу. Конденсатор не пропускает постоянный ток (соответствующий ). Маленькое изменяющееся напряжение А и меняет заряд конденсатора. Протекающий зарядный ток создает падение напряжения на большом сопротивлении цепи. Это падение напряжения очень близко к значению переменного напряжения Таким образом, напряжение на выходе схемы между точками в и г приблизительно равно

2. На свойствах конденсатора пропускать ток под действием изменяющегося напряжения и не пропускать ток под действием постоянного напряжения основаны сглаживающие устройства (фильтры, не пропускающие переменное напряжение). На рис. 4.14 показано такое устройство — переменный ток проходит через первый резистор и конденсатор, но благодаря большой емкости конденсатора колебание напряжения на нем очень мало. На выходе схемы напряжение сглажено — оно близко к постоянному.

Еще более сильное сглаживание можно получить, включая вместо резисторов индуктивные катушки L.

Рис. 4.14. Сглаживающее устройство, содержащее R и С. Колебания напряжения на входе схемы не передаются на выход. Напряжение на выходе близко к постоянному

Как было показано в гл. 2, при протекании изменяющегося тока в них наводится ЭДС, препятствующая колебаниям тока. Такое сглаживающее устройство показано на рис. 4.15.

3. На рис. 4.16 схематически показано устройство для зажигания горючей смеси в цилиндрах автомобильного двигателя.

Рис. 4.15. Сглаживающее устройство, содержащее L и С. На вход подано напряжение, заметно колеблющееся во времени. Напряжение на нагрузке почти постоянно

Ток от батареи проходит через первичную обмотку катушки. В нужный момент он прерывается специальными подвижными контактами. Быстрое изменение тока наводит ЭДС взаимоиндукции во вторичной обмотке катушки. Число витков вторичной обмотки очень велико, и разрыв тока производится быстро. Поэтому ЭДС, наводимая во вторичной обмотке, может достигать 10-12 тыс. В. При таком напряжении происходит искровой разряд между электродами «свечи», воспламеняющей рабочую смесь в цилиндре. Прерывание контакта происходит очень часто: так, в четырехцилиндровом двигателе один разрыв контактов происходит за каждый оборот двигателя.

На схеме на рис. 4.16 показан конденсатор, присоединенный к зажимам прерывателя.

Объясним его назначение.

При отсутствии конденсатора разрыв цепи сопровождался бы образованием искры между контактами прерывателя.

Рис. 4.16. Схема цепи, служащей для электрического зажигания горючей смеси в цилиндрах автомобильного двигателя: — прерыватель. Внизу показан разрез цилиндра с поршнем, над которым смесь воздуха с бензином воспламеняется электрической искрой, проскакивающей между электродами свечи

Не говоря уже о том, что часто появляющаяся искра быстро привела бы к износу контактов, наличие искры препятствует резкому разрыву тока: ток, после того как контакты разойдутся, еще остается замкнутым через искру и лишь постепенно спадает до нуля.

Если между контактами прерывателя включен конденсатор (как это показано на рис. 4.16), картина будет иной. Когда контакты начинают расходиться, цепь тока не разрывается — ток замыкается через еще не заряженный конденсатор. Но конденсатор быстро заряжается, и дальнейшее протекание тока оказывается невозможным.

Напряжение на заряженном конденсаторе может намного превысить 12 В, так как уменьшение тока в первичной обмотке катушки наводит в ней большую ЭДС самоиндукции.

Несмотря на это между контактами прерывателя искра уже не возникает, так как к этому моменту контакты прерывателя успевают достаточно далеко отойти один от другого.

Когда контакты прерывателя вновь замкнутся, конденсатор быстро разрядится и будет готов к работе при новом разрыве контактов.

Таким образом, конденсатор предохраняет контакты от обгорания и улучшает работу системы зажигания.

На схеме на рис. 4.16 рядом с конденсатором может быть включено добавочное сопротивление. Его назначение станет ясным после того, как мы рассмотрим электрические колебания в системе индуктивность — конденсатор.

Рис. 4.17. Разряд конденсатора на индуктивность. В такой цепи возникают электрические колебания (см. рис., 4.18)

4. Одно из очень важных применений конденсаторы находят в цепях переменного тока (улучшение «косинуса фи»). Оно рассмотрено в гл. 6.

О применении конденсаторов в колебательных контурах генераторов рассказано в гл. 8.

Эти применения конденсаторов основаны на электрических колебаниях в системе LC (индуктивность и емкость).

Разряд конденсатора на индуктивность. Электрические колебания. Рассмотрим, что произойдет, если заряженный конденсатор замкнуть на катушку, обладающую индуктивностью и очень малым сопротивлением (рис. 4.17).

Возьмем конденсатор С, заряженный до напряжения в его электрическом поле при этом запасена энергия

Замкнем конденсатор на индуктивную катушку. Очевидно, что конденсатор начнет разряжаться. Однако благодаря возникающей ЭДС самоиндукции ток в катушке возрастает постепенно (§ 2.16 и 2.18). Ток первоначально был равен нулю, постепенно он возрастает. По мере протекания тока разряжается конденсатор; его напряжение при этом уменьшается.

Но мы знаем, что скорость нарастания тока — или вообще скорость изменения тока — в индуктивности пропорциональна приложенному к ней напряжению (внимательно рассмотрите, если нужно, § 2.16).

По мере уменьшения напряжения на конденсаторе уменьшеется скорость нарастания тока.

Мы сказали, что уменьшается скорость нарастания тока, но это вовсе не значит, что уменьшается сам ток.

Рис. 4.18. Изменения напряжения на конденсаторе и разрядного тока в цепи, изображенной на рис. 4.17. Приведенные здесь значения тока и напряжения соответствуют разряду конденсатора емкостью С=4мкФ, предварительно заряженного до напряжения . Индуктивность катушки L = 1,6 мГн. Этим данным соответствует период

Действительно, рассмотрим графики напряжения на конденсаторе и тока, представленные на рис. 4.18.

Сначал ток был равен нулю, но возрастал он очень быстро (это видно по крутизне подъема кривой линии, изображающей зависимость тока от времени). В конце разряда конденсатора, когда его напряжение стало равным нулю, ток перестал возрастать — он достиг наибольшего значения и уже не возрастает дальше.

Мы можем всё сказанное выразить таким уравнением:

Напряжение на конденсаторе всегда равное напряжению на индуктивности, равно скорости нарастания тока умноженной на индуктивность L.

Конденсатор разрядился.

Энергия, заключенная в электрическом поле конденсатора, покинула конденсатор. Но куда она перешла?

В случае разряда конденсатора на сопротивление энергия перешла в тепло нагретого сопротивления. Но в рассматриваемом сейчас примере сопротивление цепи ничтожно (мы пренебрегли им вовсе). Где же теперь энергия, заключавшаяся в конденсаторе?

Энергия перешла из электрического поля конденсатора в магнитное поле индуктивности.

В самом деле, в начале процесса тока в индуктивности не было; когда ток в индуктивности достиг величины в ее магнитном поле появилась энергия

На основании закона сохранения энергии нетрудно найти то наибольшее значение которое достигается током в момент равенства нулю напряжения на конденсаторе.

В этот момент в конденсаторе нет энергии, значит, вся первоначально запасенная в нем энергия перешла в энергию магнитного поля. Приравнивая их выражения, находим

Очевидно, что в любой момент времени, когда напряжение на конденсаторе меньше, чем а ток меньше, чем общая энергия равна сумме энергий электрического и магнитного полей:

Итак, мы объяснили, что происходит за промежуток времени, понадобившийся для полного разряда конденсатора.

На рис. 4.18 этому соответствуют кривые тока и напряжения, относящиеся к промежутку, обозначенному цифрой I (время от 0 до 125 мкс).

Но дело на этом не кончается. Хотя конденсатор разрядился полностью, в цепи протекает большой ток. Этот ток не может сразу исчезнуть, так как его существование связано с энергией магнитного поля.

Этот ток продолжает протекать в цепи и перезаряжает конденсатор: он продолжает уносить электроны с отрицательных пластин и переносить их на пластины положительные, точнее — переносить с пластин, которые были отрицательными, на пластины, которые были положительными. Знак заряда на пластинах теперь изменяется.

На конденсаторе появляется напряжение, препятствующее дальнейшему протеканию тока, и ток постепенно начинает уменьшаться.

К концу промежутка времени, обозначенного цифрой II (к моменту времени 250 мкс), ток спадает до нуля. Но к этому моменту конденсатор опять окажется полностью заряженным; вся энергия, перешедшая в магнитное поле, теперь вновь превратилась в энергию электрического поля.

Ток равен нулю. Конденсатор имеет такое же напряжение, как вначале (только другого знака). Все начинается снова, так, как было рассказано: конденсатор начинает разряжаться, ток начинает возрастать и т. д.

Разница только в знаке напряжения на конденсаторе и соответственно в направлении тока: ток остается отрицательным в течение промежутков времени, обозначенных цифрами III и IV.

В конце промежутка IV (т. е. после того как пройдет 500 мкс) все вернется к исходному состоянию — конденсатор заряжен положительно и тока нет.

Начиная с этого момента все повторяется сначала.

Рассмотренная картина и представляет собой электрические колебания в цепи LC.

Время, требующееся на то, чтобы после начала разряда все вернулось к исходному состоянию, называется периодом (Т).

При значениях емкости и индуктивности, для которых построены графики на рис. 4.18, один период составляет 500 мкс. Чем больше индуктивность и емкость, тем больше период колебаний.

Связь между этими тремя величинами выражается равенством

Рассмотренные колебания называют свободными (в отличие от вынужденных), так как они происходят при отсутствии постороннего источника энергии, который мог бы заставить изменяться напряжение по какому-либо другому закону.

Такие колебания будут рассмотрены ниже, в.гл. 5 и 6. Там будет показано следующее: один источник (генератор) дает напряжение, изменяющееся по закону, подобному показанному на рис. 4.18, и если к источнику подключена катушка индуктивности, то в ней будет протекать ток

Это равенство имеет тот же смысл, что и равенство (А).

Небольшой приведенный здесь расчет показывает, до какой степени электрику нужно знать математику и иметь сноровку в проведении алгебраических действий.

Мы рассмотрели колебания, происходящие при разряде конденсатора, пренебрегая сопротивлением цепи. На самом деле в любом колебательном контуре сопротивление нельзя считать равным нулю.

Наличие небольшого сопротивления цепи приводит к постепенному затуханию колебаний, так как в сопротивлении происходит рассеяние энергии электромагнитного поля — она превращается в тепло в соответствии с законом Джоуля — Ленца.

Рис. 4.19. Затухающий колебательный разряд. Приведенный график напряжения на конденсаторе соответствует данным: , начальное напряжение на конденсаторе .

Поэтому каждый раз, когда вся энергия вновь сосредоточивается в электрическом поле конденсатора, напряжение на конденсаторе оказывается меньше:

На рис. 4.19 показана кривая напряжения на конденсаторе в цепи RLC (т. е. в цепи, содержащей кроме индуктивности и емкости также и сопротивление).

При достаточно большом сопротивлении в цепи колебания вообще не возникают. Разряд конденсатора происходит, как говорят, апериодически. Такой разряд показан на рис. 4.20. Разряд может быть сделан апёриодическйм и посредством подключения сопротивления параллельно конденсатору.

Понятие о разнообразных применениях колебательной системы (колебательного контура) будет дано в гл. 6 и 8.

Рис. 4.20. Апериодический разряд конденсатора. На графике изображены напряжения и ток в цепи конденсатора при тех же индуктивности и емкости (L = 1,6 МГн, С=4 мкФ) и при сопротивлении цепи, равном 64 Ом

Сейчас мы ограничимся указанием на то, что наличие конденсатора между контактами прерывателя в автомобиле (рис. 4.16) может служить источником колебаний, мешающих радиоприему. Эти колебания могут «гаситься», если ввести добавочный резистор (в соответствии со схемой на рис. 4.20).

§52. Конденсаторы, их назначение и устройство. Конденсатор воздушный, электролитический, пленочный, слюдяной, керамический, бумажный, масляный, полипропиленовый особенности, характеристики, применение

Конденсатор представляет собой устройство, способное накапливать электрические заряды. Простейшим конденсатором являются две металлические пластины (электроды), разделенные каким-либо диэлектриком. Конденсатор 2 можно зарядить, если соединить его электроды с источником 1 электрической энергии постоянного тока (рис. 181, а).

При заряде конденсатора свободные электроны, имеющиеся на одном из его электродов, устремляются к положительному полюсу источника, вследствие чего этот электрод становится положительно заряженным. Электроны с отрицательного полюса источника устремляются ко второму электроду и создают на нем избыток электронов, поэтому он становится отрицательно заряженным. В результате протекания зарядного тока i3 на обоих электродах конденсатора образуются равные, но противоположные по знаку заряды и между ними возникает электрическое поле, создающее между электродами конденсатора определенную разность потенциалов. Когда эта разность потенциалов станет равной напряжению источника тока, движение электронов в цепи конденсатора, т. е. прохождение по ней тока i3 прекращается. Этот момент соответствует окончанию процесса заряда конденсатора.

Обе группы существенно различаются по своей структуре и свойствам, а следовательно, и по своей судьбе. На рисунке 6 подробно показана конструкция алюминиевого электролитического конденсатора. Вещество, используемое на электродах, является очень чистой алюминиевой электрохимической диэлектрической алюминиевой фольгой для получения больших расширений.

Электроды накладываются специальным изоляционным веществом с высоким поглощением, насыщенным электролитом. В качестве электролита используют, например, гликоль, водный раствор оксида бария с аммиаком. Все помещается в металлический или пластиковый корпус и выходит из кончика обоих электродов. Алюминиевые электролитические конденсаторы характеризуются огромными потерями, очень высокими токами утечки, низким диапазоном рабочих температур, широким диапазоном допуска, низкой химической стабильностью и трудоемкими крупными размерами; показывают большую зависимость параметров от температуры.

При отключении от источника (рис. 181,б) конденсатор способен длительное время сохранять накопленные электрические заряды. Заряженный конденсатор является источником электрической энергии, имеющим некоторую э. д. с. ес. Если соединить электроды заряженного конденсатора каким-либо проводником (рис. 181, в), то конденсатор начнет разряжаться. При этом по цепи пойдет ток iр разряда конденсатора. Начнет уменьшаться и разность потенциалов между электродами, т. е. конденсатор будет отдавать накопленную электрическую энергию во внешнюю цепь. В тот момент, когда количество свободных электронов на каждом электроде конденсатора станет одинаковым, электрическое поле между электродами исчезнет и ток станет равным нулю. Это означает, что произошел полный разряд конденсатора, т. е. он отдал накопленную им электрическую энергию.

Благодаря техническим параметрам алюминиевые электролитические конденсаторы можно разделить на. Высокопрочные конденсаторы, характеризующиеся большой стабильностью параметров и долговечностью, используются для работы на профессиональных станках. В настоящее время более благоприятными параметрами являются танталовые электролитические конденсаторы, но они намного дороже из-за более высокой стоимости производства. Они используются в качестве фольги или спекаются. Конденсаторы из фольги с танталом имеют структуру, похожую на структуру конденсаторов из алюминиевой фольги.

Емкость конденсатора. Свойство конденсатора накапливать и удерживать электрические заряды характеризуется его емкостью. Чем больше емкость конденсатора, тем больше накопленный им заряд, так же как с увеличением вместимости сосуда или газового баллона увеличивается объем жидкости или газа в нем.

Емкость С конденсатора определяется как отношение заряда q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов между его электродами (приложенному напряжению)U:

Электролит в жидких танталовых конденсаторах. Представляет собой раствор серной кислоты. Конденсаторы из тантала из-за их высокой цены и огромных размеров выводятся из производства, поэтому основным титаном электролитических конденсаторов тантала являются конденсаторы с жидким или твердым электролитом.

Отожженный анод тантала сильно пористый, без загрязнения, и поэтому имеет в несколько раз большую емкость, чем анод из танталовой фольги. Электролит во влажных агломерационных конденсаторах представляет собой раствор серной кислоты, который, к сожалению, нуждается в очень хорошем уплотнении конденсатора.

C = q / U (69)

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (Ф). Емкостью в 1 Ф обладает конденсатор, у которого при сообщении заряда

в 1 Кл разность потенциалов возрастает на 1 В. В практике преимущественно пользуются более мелкими единицами: микрофарадой (1 мкФ=10 -6 Ф), пикофарадой (1 пФ = 10 -12 мкФ).

Емкость конденсатора зависит от формы и размеров его электродов, их взаимного расположения и свойств диэлектрика, разделяющего электроды. Различают плоские конденсаторы, электродами которых служат плоские параллельные пластины (рис. 182, а), и цилиндрические (рис. 182,б).

В современных типах агломерационных конденсаторов мокрый электролит выполнен в виде геля, который предотвращает утечку и увеличивает долговечность и надежность конденсатора. Очень неблагоприятные параметры имеют сухие конденсаторы тантала, они намного дешевле. Роль электролита в этих конденсаторах встречается с оксидом марганца, который покрыт в начале графитового слоя, а затем металлическим слоем, который образует весь катодный электрод конденсатора. Метод инкапсуляции является отличительной чертой сухих конденсаторов тантала для конкретных типов: капельки, прессования в рулоне, инкапсулированных в металлические чашки, без инкапсулированного бесконечного чипа для поверхностного монтажа.

Свойствами конденсатора обладают не только специально изготовленные на заводе устройства, но и любые два проводника, разделенные диэлектриком. Емкость их оказывает существенное влияние на работу электротехнических установок при переменном токе. Например, конденсаторами с определенной емкостью являются два электрических провода, провод и земля (рис. 183, а), жилы электрического кабеля, жилы и металлическая оболочка кабеля (рис. 183,6).

Танталовые электролитические конденсаторы используются для низковольтных профессиональных электронных схем. Номинальное напряжение конкретных конденсаторов тантала обычно не превышает пятидесяти вольт, но ведущие мировые компании предлагают несколько типов конденсаторов до ста двадцати пяти вольт. Конденсаторы тантала используются в электронных схемах в качестве развязывающих конденсаторов, которые блокируют, сохраняют энергию и во временных системах, где наиболее важной особенностью является низкая утечка.

Огромным недостатком конденсаторов тантала является идея Тенденции Тенденции, обычно формулируемая непосредственно, которая подчиняет мир представленной песне. предвзятый роман. Прочитайте словарь литературных терминов для короткого замыкания, когда напряжение или температура превышают предельные значения. Это может привести к разрыву конденсатора.

Устройство конденсаторов и их применение в технике. В зависимости от применяемого диэлектрика конденсаторы бывают бумажными, слюдяными, воздушными (рис. 184). Используя в качестве диэлектрика вместо воздуха слюду, бумагу, керамику и другие материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, удается при тех же размерах конденсатора увеличить в несколько раз его емкость. Для того чтобы увеличить площади электродов конденсатора, его делают обычно многослойным.

Переменный конденсатор обычно называют конденсатором, емкость которого способна непрерывно изменяться в определенной степени. На рисунке 8 показана конструкция переменного конденсатора и его емкостных характеристик. Конденсатор, показанный на фиг. 8, является одним из типов регулируемого конденсатора, так называемого. вращающийся конденсатор, где емкость изменяется путем изменения вращения электродов при вращении. Поскольку регулируемые конденсаторы являются наиболее распространенными типами переменных конденсаторов, на практике оба термина можно считать взаимозаменяемыми.

В электротехнических установках переменного тока обычно применяют силовые конденсаторы. В них электродами служат длинные полосы из алюминиевой, свинцовой или медной фольги, разделенные несколькими слоями специальной (конденсаторной) бумаги, пропитанной нефтяными маслами или синтетическими пропитывающими жидкостями. Ленты фольги 2 и бумаги 1 сматывают в рулоны (рис. 185), сушат, пропитывают парафином и помещают в виде одной или нескольких секций в металлический или картонный корпус. Необходимое рабочее напряжение конденсатора обеспечивается последовательным, параллельным или последовательно-параллельным соединениями отдельных секций.

Электроды регулируемых, стационарных и подвижных конденсаторов изготавливаются из алюминиевого листа, иногда только из медного сплава. В зависимости от конструкции электродной системы, связанной с емкостной установкой, мы различаем типы регулируемых конденсаторов: коаксиальный, пластинчатый, трубчатый, зажимной и диск. Например, коаксиальные конденсаторные электроды образуют коаксиальную цилиндрическую поверхность, которая скользит относительно друг друга, в то время как пластинчатые конденсаторные электроды — круглое пластинчатое устройство, перемещающееся параллельно друг другу.

Всякий конденсатор характеризуется не только значением емкости, но и значением напряжения, которое выдерживает его диэлектрик. При слишком больших напряжениях электроны диэлектрика отрываются от атомов, диэлектрик начинает проводить ток и металлические электроды конденсатора замыкаются накоротко (конденсатор пробивается). Напряжение, при котором это происходит, называют пробивным. Напряжение, при котором конденсатор может надежно работать неограниченно долгое время, называют рабочим. Оно в несколько раз меньше пробивного.

Подробнее Биологический словарь для газа и даже вакуум. Характеристики переменного конденсатора очень зависят от конструкции и типа вещества, используемого для конструкции компонентов. В частности, отсечка роторных пластин определяет форму характеристики емкости конденсатора С, т.е. изменение емкости С конденсатора в зависимости от угла поворота ротора. Типичные смолы регулируемых пластин конденсаторов и соответствующие характеристики показаны на рисунке. Конденсаторы с линейными изменениями емкости обычно используются в измерительных машинах, например, в мостовых системах.

Конденсаторы широко применяют в системах энергоснабжения промышленных предприятий и электрифицированных железных дорог для улучшения использования электрической энергии при переменном токе. На э. п. с. и тепловозах конденсаторы используют для сглаживания пульсирующего тока, получаемого от выпрямителей и импульсных прерывателей, борьбы с искрением контактов электрических аппаратов и с радиопомехами, в системах управления полупроводниковыми преобразователями, а также для созда-

Другие типы переменных конденсаторов используются в основном в радиотехнике для настройки вибрационных цепей, что дает возможность получать определенные линейные длины волны или частоты колебаний от угла поворота. Рисунок 9 Типичные рисунки протектора для основных типов регулируемых конденсаторов и соответствующих характеристик.

Классификация переменных конденсаторов. В основной классификации переменных конденсаторов используется независимое разделение конденсаторов на тюнинг и настройку, а также класс 1 и класс 2. Конденсаторы настройки используются для частых изменений емкости, в то время как триммеры и триммерные конденсаторы — для случайной настройки или в других подобных целях. Наиболее важными параметрами переменных конденсаторов являются.

Наивысшая номинальная емкость конденсаторов настройки, прежде всего, не превышает нескольких сотен пикселей, а рабочее напряжение — несколько сотен вольт. В несколько раз более низкие значения емкости предоставляются конденсаторами и триммерами, в частности, не более дюжины пикников. Переменные конденсаторы очень часто используются как кратные; Их мощности меняются одновременно с помощью общего механизма регулировки.

Конденсатор, имеющий два статора и один ротор, характеризуется тем, что одна емкость при вращении ротора уменьшается, а другая — дифференциальным конденсатором. Специальные функции — триммеры для ручных электронных часов. Их основное свойство дизайна — малый размер — условие, необходимое для того, чтобы конденсатор входил в часы. Наибольшая миниатюризация достигается с использованием конкретных строительных решений и диэлектриков с большой электрической проницаемостью. Важнейшей электрической особенностью этого конденсатора является максимальная стабильность значения емкости — любое изменение емкости уменьшает точность часов.

ния симметричного трехфазного напряжения, требуемого для питания электродвигателей вспомогательных машин. В радиотехнике конденсаторы служат для создания высокочастотных электромагнитных колебаний, разделения электрических цепей постоянного и переменного тока и др.

В цепях постоянного тока часто устанавливают электролитические конденсаторы. Их изготовляют из двух скатанных в рулон тонких алюминиевых лент 3 и 5 (рис. 185,б), между которыми проложена бумага 4, пропитанная специальным электролитом (раствор борной кислоты с аммиаком в глицерине). Алюминиевую ленту 3 покрывают тонкой пленкой окиси алюминия; эта пленка образует диэлектрик, обладающий высокой диэлектрической проницаемостью. Электродами конденсатора служат лента 3, покрытая окисной пленкой, и электролит; вторая лента 5 предназначена лишь для создания электрического контакта с электролитом. Конденсатор помещают в цилиндрический алюминиевый корпус.

Трехфазные силовые конденсаторы используются для коррекции коэффициента мощности в низковольтных энергосистемах. Они находят применение в индивидуальной или групповой компенсации. Они также используются для непрерывной работы или автоматического управления. Чтобы получить правильную работу при наличии более высоких гармоник в сети, необходимо использовать специальные системы фильтрации.

Однофазный конденсатор выполнен в виде алюминиевой чашки, в середине которой наносится полипропиленовая пленка, покрытая тонким слоем металла. Главным преимуществом этой пленки является сама регенерация. Это связано с непосредственным испарением металлического слоя вокруг короткого замыкания, которое выделяется этими способами, в то время как конденсатор с низкой потерей мощности способен работать дальше.

При включении электролитического конденсатора в цепь постоянного тока необходимо строго соблюдать полярность его полюсов; электрод, покрытый окисной пленкой, должен быть соединен с положительным полюсом источника тока. При неправильном включении диэлектрик пробивается. По этой причине электролитические конденсаторы нельзя включать в цепи переменного тока. Их нельзя также использовать в устройствах, работающих при высоких напряжениях, так как окисная пленка имеет сравнительно небольшую электрическую прочность.

Важной деталью является защита от взрыва. В случае отказа конденсатора из-за внезапного увеличения давления в центре чашки его конструкция в определенном месте продлевается. Это приводит к разрыву внутреннего шнура питания, что в свою очередь может навсегда отключить один конденсатор от напряжения. Дефектная чашка может легко заменить новый и недорогой трехфазный конденсатор.

Примеры использования конденсаторов. В качестве конденсатора связи, который непрерывно блокирует напряжение, а затем передает переменное напряжение. Как блокирующий конденсатор, имеющий переменное напряжение, которое вместе с постоянным напряжением. В фильтрах и резонансных схемах, где очень часто вместе с индуктором или резистором, есть резонансный контур или схема фильтра, например, в осцилляторе или изолирующем фильтре колонок.

В радиотехнических устройствах применяют также конденсаторы переменной емкости (рис. 186). Такой конденсатор состоит из двух групп пластин: неподвижных 2 и подвижных 3, разделенных воздушными промежутками. Подвижные пластины могут перемещаться относительно неподвижных; при повороте оси 1 конденсатора изменяется площадь взаимного перекрытия пластин, а следовательно, и емкость конденсатора.

Например, источник питания представляет собой конденсатор для хранения энергии, который используется для фильтрации напряжения постоянного тока. Временные схемы используют зарядку и разрядку конденсатора в течение определенного времени. Например, астровибратор-мультивибратор.

Для больших переменных токов он часто используется для емкостных делителей напряжения. Они не имеют таких огромных потерь, как резистивные делители напряжения. Емкость: — номинальная — это сумма, выраженная в Фарадах, которая определяет количество заряда, которое может накапливаться на крышках конденсаторов. Емкость сконфигурирована на конденсаторе. — Фактическое — Точное значение емкости, которое имеет конденсатор. Емкости конденсаторов стандартизируются производителями и нормализуются к определенным значениям. Число, указывающее заданное число, определяет количество емкостей, которые содержатся в течение десятилетия, то есть, например, от 10 до 100 фарадов. Каждая серия определяет так называемые. допуском, который описывает, какой диапазон мощности может охватывать определенный диапазон. Каждая последующая серия становится все более толерантной, т.е. больший диапазон емкости может быть получен с помощью конденсаторов, принадлежащих к этой серии. Емкость зависит прежде всего от расстояния между крышками, поверхностью этих крышек, а также от типа диэлектрика, который может быть размещен между крышками. Из способности диэлектрика принимать положительные заряды вблизи отрицательного покрытия и соответствующего отрицательного заряда вблизи положительного покрытия, зависит от степени, в которой емкость влияет на расстояние между крышками. Напряжение — это параметр, который является классом точности конденсатора. Существование этого параметра связано с тем, что производимые конденсаторы очень часто имеют реальную мощность, отличную от номинальной. В результате производственных дефектов появляются различные отклонения. Толерантность определяет точность конденсаторов и задается в процентах от номинальной емкости. Номинальное напряжение — это максимальное напряжение, которое может быть применено к крышке конденсатора. Использование более высокого напряжения от этого значения прорвется через диэлектрик и приведет к замыканию конденсатора. Величина этого напряжения в основном зависит от типа диэлектрика между крышкой и ее толщиной. Чем толще диэлектрический слой, тем выше значение номинального напряжения. При работе с цепью, в которой напряжение должно быть выше номинального напряжения присутствующего в нем конденсатора, можно решить эту проблему, используя последовательный конденсатор вместо одного подключенного последовательно конденсатора. Тогда номинальное напряжение конденсаторной схемы представляет собой сумму номинальных напряжений его компонентов. Ток утечки — это ток проводимости, возникающий, когда конденсатор подается на напряжение постоянного тока. Угол потери конденсатора δ является значением, определяющим отношение активной мощности, создаваемой в конденсаторе в момент приложения к нему переменного напряжения, характеризующегося синусоидальным ходом фиксированной частоты. В случае идеального конденсатора при приложении такого напряжения к крышкам ток обгоняет напряжение на 90 градусов. Этот конденсатор немного меньше для реальных конденсаторов. Конденсаторная емкость — это фактор, который определяет, как изменяется емкость конденсатора в зависимости от температуры подложки. Резистор, последовательный — это общая характеристика сопротивления конденсаторных элементов, и сама оболочка, а также электрическое сопротивление диэлектрика, которое возникает в результате напряжения, приложенного к нему. Значение этого параметра зависит от частоты напряжения и температуры. Альтернативная индуктивность, последовательная — это общая индуктивность, которая характеризует выводы и крышку. В результате переменного напряжения ток протекает через подачу и крышку, и в результате существования сопротивления создается определенная мощность. Чем больше плотность тока течения, тем больше внутреннее сопротивление, и поэтому потери мощности возрастают. Когда текущий ток слишком высок, крышка конденсатора может гореть и испаряться. Это, в свою очередь, может привести к давлению фатального газа. Переменное напряжение также способствует диэлектрическим потерям, что также способствует увеличению температуры конденсатора. Поэтому важно определить максимальную частоту, с которой напряжение, приложенное к конденсатору, может изменяться. Сопротивление импульсным напряжениям — это значение так называемого. каталог и его ценность также зависят от условий, в которых он изучался. Он определяется изготовителем данного конденсатора. . Если мы начнем наше приключение с электроникой, конденсатор будет знаком с уроками физики, и мы можем удивиться магазину электроники, когда нас спросят: электролит?

Способы соединения конденсаторов . Конденсаторы можно соединять последовательно и параллельно. При последовательном

соединении нескольких (например, трех), конденсаторов (рис. 187, а) эквивалентная емкость

1 /C эк = 1 /C 1 + 1 /C 2 + 1 /C 3

эквивалентное емкостное сопротивление

X C эк = X C 1 + X C 2 + X C 3

результирующее емкостное сопротивление

C эк = C 1 + C 2 + C 3

При параллельном соединении конденсаторов (рис. 187,б) их результирующая емкость

1 /X C эк = 1 /X C 1 + 1 /X C 2 + 1 /X C 3

Включение и отключение цепей постоянного тока с конденсатором. При подключении цепи R-C к источнику постоянного тока и при разряде конденсатора на резистор также возникает переходный процесс с апериодическим изменением тока i и напряжения u c При подключении к источнику постоянного тока цепи R-C выключателем В1 (рис. 188,а) происходит заряд конденсатора. В начальный момент зарядный ток I нач =U /R. Но по мере накопления зарядов на электродах конденсатора напряжение его и с будет возрастать, а ток уменьшаться (рис. 188,б). Если сопротивление R мало, то в начальный момент подключения конденсатора возникает большой екачок тока, значительно превышающий номинальный ток данной цепи. При разряде конденсатора на резистор R (размыкается выключатель В1 на рис. 189, а) напряжение на конденсаторе u с и ток i постепенно уменьшаются до нуля (рис. 189,б).

Скорость изменения тока i и напряжения ис при переходном процессе отделяется постоянной времени

Чем больше R и С, тем медленнее происходит заряд конденсатора.

Процессы заряда и разряда конденсатора широко используют в электронике и автоматике. С помощью их получают периодаческие несинусоидальные колебания, называемые релаксационными , и, в частности, пилообразное напряжение, необходимое для работы систем управления тиристорами, осциллографов и других устройств. Для получения пилообразного напряжения (рис. 190) периодически подключают конденсатор к источнику питания, а затем к разрядному резистору. Периоды Т 1 и T 2 , соответствующие заряду и разряду конденсатора, определяются постоянными времени цепей заряда Т 3 и разряда Т р, т. е. сопротивлениями резисторов, включенных в эти цепи.

Э лектрические конденсаторы служат для накопления электроэнергии. Простейший конденсатор состоит из двух металлических пластин — обкладок и диэлектрика находящегося между ними. Если к конденсатору подключить источник питания, то на обкладках возникнут разноименные заряды и появится электрическое поле притягивающее их на встречу, друг к другу. Эти заряды остаются после отключения источника питания, энергия сохраняется в электрическом поле между обкладками. Параметр конденсатора Тип конденсатора Керамический Электролитический На основе металлизированной пленки От 2,2 пФ до 10 нФ От 100 нФ до 68000 мкФ 1 мкФ до 16 мкФ ± 10 и ±20 ±10 и ±50 ±20 50 — 250 6,3 — 400 250 — 600 Стабильность конденсатора Достаточная Плохая Достаточная От -85 до +85 От -40 до +85 От -25 до +85 В керамических конденсаторах диэлектриком является высококачественная керамика: ультрафарфор,тиконд,ультрастеатит и др. Обкладкой служит слой серебра, нанесенный на поверхность. Керамические конденсаторы применяются в разделительных цепях усилителей высокой частоты. В электролитических полярных конденсаторах диэлектриком служит слой оксида, нанесенный на металлическую фольгу. Другая обкладка образуется из пропитанной электролитом бумажной ленты. В твердотельных оксидных конденсаторах жидкий диэлектрик заменен специальным токопроводящим полимером. Это позволяет увеличить срок службы(и надежность). Недостатками твердотельных оксидных конденсаторов являются более высокая цена и ограничения по напряжению(до 35 в). Оксидные электролитические и твердотельные конденсаторы отличаются большой емкостью, при относительно малых размерах. Эта их особенность определяется тем, что толщина оксида — диэлектрика очень мала. При включении оксидных конденсаторов в цепь, необходимо соблюдать полярность. В случае нарушения полярности, электролитические конденсаторы взрываются, твердотельные — просто выходят из строя. Что бы полностью избежать возможности взрыва(у электролитических конденсаторов), некоторые модели снабжаются предохранительными клапанами(отсутствуют у твердотельных). Область применения оксидных (электролитических и твердотельных) конденсаторов — разделительные цепи усилителей звуковой частоты, сглаживающие фильтры источников питания постоянного тока. Конденсаторы на основе металлизированной пленки применяются в высоковольтных источниках электропитания. Таблица 2. Характеристики слюдяных конденсаторов и конденсаторов на основе полиэстера и полипропилена. Параметр конденсатора Тип конденсатора Слюдяной На основе полиэстера На основе полипропилена Диапазон изменения емкости конденсаторов От 2,2 пФ до 10 нФ От 10 нФ до 2,2 мкФ От 1 нФ до 470 нФ Точность (возможный разброс значений емкости конденсатора), % ± 1 ± 20 ± 20 Рабочее напряжение конденсаторов, В 350 250 1000 Стабильность конденсатора Отличная Хорошая Хорошая Диапазон изменения температуры окружающей среды, о С От -40 до +85 От -40 до +100 От -55 до +100 Слюдяные конденсаторы изготавливаются путем прокладывания между обкладками из фольги слюдяных пластин, или наоборот — металлизацией слюдяных пластин. Слюдяные конденсаторы находят применение в звуковоспроизводящих устройствах, фильтрах высокочастотных помех и генераторах. Конденсаторы на основе полиэстера — это конденсаторы общего назначения, а конденсаторы на основе полипропилена применяются в высоковольтных цепях постоянного тока. Таблица 3. Характеристики слюдяных конденсаторов на основе поликарбоната, полистирена и тантала. Параметр конденсатора Тип конденсатора На основе поликарбоната На основе полистирена На основе тантала Диапазон изменения емкости конденсаторов От 10 нФ до 10 мкФ От 10 пФ до 10 нФ От 100 нФ до 100 мкФ Точность (возможный разброс значений емкости конденсатора), % ± 20 ± 2,5 ± 20 Рабочее напряжение конденсаторов, В 63 — 630 160 6,3 — 35 Стабильность конденсатора Отличная Хорошая Достаточная Диапазон изменения температуры окружающей среды, о С От -55 до +100 От -40 до +70 От -55 до +85 Конденсаторы на основе поликарбоната используются в фильтрах, генераторах и времязадающих цепях. Конденсаторы на основе полистирена и тантала используются тоже, во времязадающих и разделительных цепях. Они считаются конденсаторами общего назначения. В металлобумажных конденсаторах общего назначения, обкладки изготавливаются путем напыления металла на бумагу пропитанную специальным составом и покрытые тонким слоем лака. Код Емкость(пФ) Емкость(нФ) Емкость(мкФ) 109 1,0(пФ) 0,001(нФ) 0,000001(мкФ) 159 1,5(пФ) 0,0015(нФ) 0,0000015(мкФ) 229 2,2(пФ) 0,0022(нФ) 0,0000022(мкФ) 339 3,3(пФ) 0,0033(нФ) 0,0000033(мкФ) 479 4,7(пФ) 0,0047(нФ) 0,0000047(мкФ) 689 6,8(пФ) 0,0068(нФ) 0,0000068(мкФ) 100 10(пФ) 0,01(нФ) 0,00001(мкФ) 150 15(пФ) 0,015(нФ) 0,000015(мкФ) 220 22(пФ) 0,022(нФ) 0,000022(мкФ) 330 33(пФ) 0,033(нФ) 0,000033(мкФ) 470 47(пФ) 0,047(нФ) 0,000047(мкФ) 680 68(пФ) 0,068(нФ) 0,000068(мкФ) 101 100(пФ) 0,1(нФ) 0,0001(мкФ) 151 150(пФ) 0,15(нФ) 0,00015(мкФ) 221 220(пФ) 0,22(нФ) 0,00022(мкФ) 331 330(пФ) 0,33(нФ) 0,00033(мкФ) 471 470(пФ) 0,47(нФ) 0,00047(мкФ) 681 680(пФ) 0,68(нФ) 0,00068(мкФ) 102 1000(пФ) 1(нФ) 0,001(мкФ) 152 1500(пФ) 1,5(нФ) 0,0015(мкФ) 222 2200(пФ) 2,2(нФ) 0,0022(мкФ) 332 3300(пФ) 3,3(нФ) 0,0033(мкФ) 472 4700(пФ) 4,7(нФ) 0,0047(мкФ) 682 6800(пФ) 6,8(нФ) 0,0068(мкФ) 103 10000(пФ) 10(нФ) 0,01(мкФ) 153 15000(пФ) 15(нФ) 0,015(мкФ) 223 22000(пФ) 22(нФ) 0,022(мкФ) 333 33000(пФ) 33(нФ) 0,033(мкФ) 473 47000(пФ) 47(нФ) 0,047(мкФ) 683 68000(пФ) 68(нФ) 0,068(мкФ) 104 100000(пФ) 100(нФ) 0,1(мкФ) 154 150000(пФ) 150(нФ) 0,15(мкФ) 224 220000(пФ) 220(нФ) 0,22(мкФ) 334 330000(пФ) 330(нФ) 0,33(мкФ) 474 470000(пФ) 470(нФ) 0,47(мкФ) 684 680000(пФ) 680(нФ) 0,68(мкФ) 105 1000000(пФ) 1000(нФ) 1,0(мкФ) 2. Второй вариант — маркировка производится не в пико, а в микрофарадах, причем вместо десятичной точки ставиться буква µ. 3.Третий вариант. У советских конденсаторов вместо латинской «р» ставилось «п». Допустимое отклонение номинальной емкости маркируется буквенно, часто буква следует за кодом определяющим емкость(той же строкой). Конденсаторы с линейной зависимостью от температуры. ТКЕ(ppm/²C) Буквенный код 100(+130….-49) A 33 N 0(+30….-47) C -33(+30….-80) H -75(+30….-80) L -150(+30….-105) P -220(+30….-120) R -330(+60….-180) S -470(+60….-210) T -750(+120….-330) U -500(-250….-670) V -2200 K Далее следует напряжение в вольтах, чаще всего — в виде обычного числа. Например, конденсатор на этой картинке промаркирован двумя строчками. Первая(104J) — означает, что его емкость составляет 0,1мкФ(104), допустимое отклонение емкости не превышает ± 5%(J). Вторая(100V) — напряжение в вольтах. Напряжение (В) Буквеный код 1 I 1,6 R 3,2 A 4 C 6,3 B 10 D 16 E 20 F 25 G 32 H 40 C 50 J 63 K 80 L 100 N 125 P 160 Q 200 Z 250 W 315 X 400 Y 450 U 500 V Маркировка СМД (SMD) конденсаторов. Размеры СМД конденсаторов невелики, поэтому маркировка их производится весьма лаконично. Рабочее напряжение нередко кодируется буквой(2-й и 3-й варианты на рисунке ниже) в соответствии с (вариант 2 на рисунке), либо с использованием двухзначного буквенно-цифровой кода(вариант 1 на рисунке). При использовании последнего, на корпусе можно обнаружить таки две(а не одну букву) с одной цифрой(вариант 3 на рисунке). Первая буква может является как кодом изготовителя(что не всегда интересно), так и указываеть на номинальное рабочее напряжение(более полезная информация), вторая — закодированным значением в пикоФарадах(мантиссой). Цифра — показатель степени(указывает сколько нулей необходимо добавить к мантиссе). Например EA3 может означать, что номинальное напряжение конденсатора 16в(E) а емкость — 1,0 *1000 = 1 нанофарада, BF5 соответсвенно, напряжение 6,3в(В), емкость — 1,6* 100000 = 0,1 микрофарад и.т.д. Буква Мантисса. A 1,0 B 1,1 C 1,2 D 1,3 E 1,5 F 1,6 G 1,8 H 2,0 J 2,2 K 2,4 L 2,7 M 3,0 N 3,3 P 3,6 Q 3,9 R 4,3 S 4,7 T 5,1 U 5,6 V 6,2 W 6,8 X 7,5 Y 8,2 Z 9,1 a 2,5 b 3,5 d 4,0 e 4,5 f 5,0 m 6,0 n 7,0 t 8,0 Использование каких — либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт

Емкостные датчики уровня и положения, устройство и принцип действия

Электрическая емкость проводника характеризует его способность накапливать электрический заряд, приобретая при этом определенный потенциал. Но теоретические основы электротехники в этой статье мы рассматривать не будем.

Более того, количество любой теории будет сведено к минимуму, необходимому для общего понимания содержания.

Принцип работы емкостного датчика заключается в контроле изменения емкости его чувствительного элемента – конденсатора. В самом привычном значении конденсатор – это радиоэлектронный компонент, состоящий из двух электропроводящих обкладок, разделенных слоем диэлектрика.

Они могут иметь различную форму, что кстати, используется при создании емкостных датчиков различного назначения.

Давайте рассмотрим от чего зависит емкость на примере простейшего конденсатора, состоящий из двух обкладок в форме пластин (рис.1).

Это:

• площадь пластин;
• расстояние между ними;
• диэлектрическая проницаемость среды между обкладками.

Кстати, в заряженном конденсаторе присутствует электрическое поле Е, мы вернемся к нему когда будем рассматривать как работает емкостной датчик.

ЕМКОСТНОЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ (ПРИБЛИЖЕНИЯ)

Итак, мы имеем классический плоский конденсатор (С). Давайте развернем его пластины, как показано на рисунке 2. Изменится конфигурация поля Е.

Если будет изменяться диэлектрическая проницаемость среды, через которую проходят линии этого поля (будем называть это зоной обнаружения), то будет изменяться емкость конденсатора.

То есть появление в этой зоне инородного предмета (или вещества) вызовет изменение емкости С. Электронная схема устройства это изменение отслеживает и формирует соответствующий сигнал.

На этом принципе основана работа емкостных датчиков положения. При появлении в зоне обнаружения любого предмета детектор срабатывает.

Дальность обнаружения, она, кстати, невелика – от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, и размер контролируемого объекта определяются чувствительностью детектора. Эти параметры должны оговариваться в техническом описании (паспорте) на изделие.

Безусловным достоинством такого датчика является обнаружение объектов из любых материалов, а не только металлических, как у индуктивных.

Емкостной принцип обнаружения какого либо события, помимо детекции положения используется достаточно широко.

Это:

Про последний тип устройств стоит написать несколько подробнее.

Дело в том, что в качестве одной обкладок конденсатора можно использовать металлический предмет, а в качестве другой – землю (а в частном случае пол помещения).

Таким образом при приближении к металлическому сейфу или шкафу, оборудованному емкостным охранным датчиком будет формироваться сигнал тревоги.

Используются такие извещатели, правда, не часто. Дело в том, что любой датчик, использующий в своей работе емкостной принцип действия чувствителен к воздействию электромагнитных помех.

Это следует учитывать при принятии решения о применении таких устройств в условиях конкретного объекта.

ЕМКОСТНЫЕ ДАТЧИКИ УРОВНЯ

Еще одна область применения детекторов такого принципа действия – определения уровня, причем как жидкостей, например, воды или топлива, так и сыпучих материалов (рис.3).

Чувствительный элемент в этом случае представляет:

• две протяженные пластины, расположенные параллельно;
• соосно расположенные цилиндры;
• стержни (штыри).

Поскольку контролируемая среда имеет диэлектрическую проницаемость иную чем у воздуха, то при погружении части детектора в контролируемое вещество соответствующим образом изменяется емкость чувствительного элемента.

При этом, можно реализовать не только пороговое управление исполнительными устройствами (включено- выключено), но и получать информацию о численных значениях, причем, с достаточно высокой степенью точности, чем не могут похвастаться некоторые другие типы датчиков уровня.

Как видно, подобные устройства достаточно универсальны и здесь перечислены еще не все их возможности.

Например, на описываемом принципе реализуются датчики крена. Измерение угла наклона достигается за счет перемещения между пластинами конденсатора жидкости. При изменении угла наклона меняется рабочая площадь обкладок, соответственно, емкость.

Используя вращающиеся вокруг общей оси пластины, изменяющие площадь перекрытия в зависимости от угла, получаем датчик поворота, а при желании, скорости вращения.

Таким образом, емкостные датчики, в части касающейся области применения достаточно универсальны, хотя используют непростую схемотехнику.

  *  *  *

© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

Explainer: Чем отличаются батареи и конденсаторы

переменный ток (в электричестве) Переменный ток, часто сокращенно называемый переменным током, представляет собой поток электронов, который меняет направление на обратное с регулярными интервалами 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 полюс 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 химически самосвязываться с образованием огромного количества 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. Кирпичи, фарфор и другие виды фаянса — образцы керамики.Многие высококачественные керамические материалы используются в промышленности, где материалы должны выдерживать суровые условия.

химический Вещество, образованное двумя или более атомами, 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, определенные электронные устройства могут преобразовывать мощность переменного тока (AC) в постоянный ток.

электронная сигарета Устройство с батарейным питанием, которое распыляет 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, использующий 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 признаков, 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 серебристый металлический элемент.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.

Почему важна емкость? + Пример

Емкость — это мера устройства, известного как конденсатор, для удержания напряжения. или разность потенциалов в заряде в равновесии. В своей простейшей форме конденсатор состоит из двух проводящих параллельных пластин, разделенных произвольно малым расстоянием dx. Однако конденсатор действительно бесполезен, пока он не будет включен в цепь с батареей или источником питания, обеспечивающим заданное напряжение.

В цепи постоянного тока ток будет течь от батареи к одной из пластин.Поскольку электроны накапливаются на пластине, их электрические поля будут отталкивать электроны на второй пластине и одновременно притягивать положительные заряды и заставлять их накапливаться на противоположной пластине. Поскольку пластины не соприкасаются, электрическое равновесие не может быть достигнуто, и в результате возникает электрическое поле между пластинами.

Когда электроны от второй пластины отталкиваются, они вынуждены возвращаться по цепи, пока не встретятся с теми же электронами, которые отталкивали их в первую очередь.В этот момент электроны снова поменяют направление, пока не будет достигнуто равновесие. Это аналогично движению массы, подвешенной на пружине, подпрыгивающей вверх и вниз, пока, наконец, масса не достигнет точки равновесия. Когда достигается равновесие, напряжение на конденсаторе теоретически будет соответствовать напряжению от исходного источника.

Когда конденсатор удаляется из источника питания, цепь разрывается, и конденсатор поддерживает разность потенциалов на пластинах до тех пор, пока не будет введен в другую цепь.Это свойство конденсаторов чрезвычайно полезно в электрических устройствах, потому что оно позволяет доставить заряд в нужный момент.

Один олдскульный образец конденсатора можно увидеть на фотографии со вспышкой. Когда был сделан снимок, заряд конденсатора быстро высвободился, в результате чего нить накала ярко горела и освещала лица людей, в то время как пленка фиксировала изображение!

Конденсатор — обзор | Темы ScienceDirect

12.1.1 Конденсатор — интересный компонент в текстиле

Конденсатор — это пассивный электрический компонент, который имеет свойство накапливать электрический заряд, то есть электрическую энергию, в электрическом поле.В основном конденсатор состоит из двух электродов, разделенных диэлектриком. При использовании источника постоянного напряжения и последовательно подключенного сопротивления электрический ток протекает через конденсатор, что обеспечивает создание электрического поля в пространстве между двумя электродами. Сила электрического поля пропорциональна создаваемому напряжению. Однако для выравнивания напряжения на конденсаторе с источником постоянного напряжения требуется определенное время. Это описывается постоянной тау.Тау определяется как время, необходимое конденсатору для достижения 67% уровня напряжения источника постоянного напряжения [22].

Существуют разные типы конструкций, которые различаются как по форме, так и по используемым материалам. В дополнение к классическому пластинчатому конденсатору, описанному ранее, существуют также цилиндрические конденсаторы, у которых есть проводящий сердечник, окруженный диэлектриком. Затем он закрывается проводящей оболочкой для создания конденсатора. Аналогично сконструированы сферические конденсаторы, с той разницей, что они состоят из двух изолированных сферических металлических поверхностей [22,23].

Материалы, из которых изготовлены конденсаторы, различаются в зависимости от области применения. Керамические конденсаторы производятся, как следует из названия, с керамическим диэлектриком. Преимущество керамики — это электрическая прочность до 100 кВ, которая может быть достигнута соответствующим выбором керамики. Поэтому они в основном используются в высокочастотных фильтрах, а также в качестве накопителей энергии. Конденсаторы с пластиковыми пленками отличаются тем, что они изготовлены из пластиковых пленок.Для этого пленки либо объединяются с металлической фольгой в качестве электродов, и в этом случае пластик используется в качестве диэлектрика, либо пленки осаждаются из паровой фазы с металлом с одной стороны. Преимущество этого типа конденсатора заключается в том, что фольга самовосстанавливается в случае скачка напряжения, поскольку дуга, создаваемая повреждением, обеспечивает плавление металла вокруг дефекта обратно в фольгу. Металлизированные бумажные конденсаторы похожи на пленочные конденсаторы, за исключением того, что вместо пластиковых пленок используется изоляционная бумага, которая также осаждена из паровой фазы с металлом.Готовый конденсатор пропитывают изоляционным маслом для достижения высокой диэлектрической прочности и снижения потерь. Поэтому они хорошо подходят для использования в силовой электронике или в качестве конденсаторов для подавления помех. Кроме того, они, как и пленочные конденсаторы, самовосстанавливающиеся. Электролитические конденсаторы составляют последнюю группу. Он состоит из анода, который сделан из алюминия, тантала или ниобия, и катода, который может быть либо жидким, либо твердым электролитом. Из-за полярности важно правильно подключить конденсатор, иначе это может привести к взрыву.Диэлектрик образован оксидом анодного материала, который не является электропроводным. Если электролит может поставлять кислород, этот тип конденсатора также является самовосстанавливающимся. Из-за возможных комбинаций материала анода и катода электролитический конденсатор может использоваться для множества применений, таких как частотные развязки, сглаживание напряжения и буферизация [22,23].

Помимо классических конденсаторов, которые могут иметь емкость от пикофарад до фарад, существуют также так называемые суперконденсаторы, которые могут иметь емкость до нескольких килофарад [24].Они делятся на конденсаторы с двойным слоем и псевдоконденсаторы, при этом смесь двух типов конденсаторов называется гибридным конденсатором. Двухслойный конденсатор состоит из двух электродов, которые пространственно разделены жидким или твердым электролитом, но при этом электрически соединены друг с другом. При приложении напряжения на каждом из двух электродов образуется так называемый двойной слой Гельмгольца. Это означает, что на аноде образуется очень тонкий слой анионов электролита. Это относится и к катоду.Анод и анионы образуют двойной слой, который служит диэлектриком. Таким образом может сохраняться высокий электрический заряд [25].

Кроме того, существует псевдемкостный эффект, который никогда не возникает сам по себе. Этот эффект возникает, когда ионы электролита могут преодолевать двойной слой и непосредственно контактировать с электродом. Происходит перезарядка Фарадея, окислительно-восстановительная реакция, в которой химическое соединение не образуется. Сила псевдоемкости сильно зависит от используемых материалов.Например, полианилин (PANI) хорошо подходит для использования в псевдоконденсаторах [26]. Конденсатор, состоящий из разных волокон, может быть сконструирован аналогично цилиндрическому конденсатору [22]. Во-первых, требуется проводящий материал сердечника, например, волокно из проводящего полимера или тонкая проволока из металла, такого как медь или серебро. Вокруг этого сердечника нанесен диэлектрик или проводящий полимер, который служит твердым электролитом. В качестве последнего слоя снова требуется проводящее волокно в качестве электрода для завершения конденсатора.

Лаборатория 4 — Зарядка и разрядка конденсатора

Введение

Конденсаторы — это устройства, которые могут накапливать электрический заряд и энергию. Конденсаторы имеют несколько применений, например, в качестве фильтров в источниках питания постоянного тока и в качестве аккумуляторов энергии для импульсных лазеров. Конденсаторы пропускают переменный ток, но не постоянный, поэтому они используются для блокировки постоянной составляющей сигнала, чтобы можно было измерить переменную составляющую. Физика плазмы использует способность конденсаторов накапливать энергию.В физике плазмы часто требуются короткие импульсы энергии при чрезвычайно высоких напряжениях и токах. Конденсатор можно медленно заряжать до необходимого напряжения, а затем быстро разряжать для обеспечения необходимой энергии. Можно даже зарядить несколько конденсаторов до определенного напряжения, а затем разрядить их таким образом, чтобы получить от системы большее напряжение (но не больше энергии), чем было вложено. В этом эксперименте используется схема RC , которая является одной из простейших схем, в которой используется конденсатор.Вы изучите эту схему и способы изменения ее эффективной емкости, комбинируя конденсаторы последовательно и параллельно.

Обсуждение принципов

Конденсатор состоит из двух проводов, разделенных небольшим расстоянием. Когда проводники подключены к зарядному устройству (например, к батарее), заряд передается от одного проводника к другому до тех пор, пока разность потенциалов между проводниками из-за их равного, но противоположного заряда не станет равной разности потенциалов между клеммами. зарядного устройства.Количество заряда, накопленного на любом из проводников, прямо пропорционально напряжению, а константа пропорциональности известна как емкость , . Это записывается алгебраически как Заряд C измеряется в единицах кулонов (C), напряжение

ΔV

в вольтах (В) и емкость C в единицах фарад (F). Конденсаторы — физические устройства; Емкость — свойство устройств.

Зарядка и разрядка

В простой RC-цепи резистор и конденсатор соединены последовательно с батареей и переключателем. См. Рис.1.

Рисунок 1 : Простая RC-цепь

Когда переключатель находится в положении 1, как показано на рис. 1 (а), заряд на проводниках через некоторое время достигает максимального значения. Когда переключатель переведен в положение 2, как показано на рис. 1 (b), аккумулятор больше не является частью цепи и, следовательно, заряд конденсатора не может быть восполнен.В результате конденсатор разряжается через резистор. Если мы хотим исследовать зарядку и разрядку конденсатора, нас интересует, что происходит сразу, после того, как переключатель перемещается в положение 1 или положение 2, а не дальнейшее поведение схемы в ее установившемся состоянии. Для схемы, показанной на рис. 1 (а), уравнение петли Кирхгофа можно записать как Решение уравнения. (2) является

(3)

Q = Q _f 1 — e ^{(−t / RC)} где

Q _f

представляет собой окончательный заряд конденсатора , который накапливается через бесконечный промежуток времени, R — сопротивление цепи, а C — емкость конденсатора.Из этого выражения вы можете видеть, что заряд растет экспоненциально во время процесса зарядки. См. Рис. 2 (а). Когда переключатель перемещается в положение 2, для схемы, показанной на рис. 1 (b), уравнение петли Кирхгофа теперь имеет вид Решение уравнения. (4) является

(5)

Q = Q ₀ e ^{(−t / RC)}

где

Q ₀

представляет начальный заряд конденсатора в начале разряда, то есть при

t = 0.

Из этого выражения видно, что заряд экспоненциально спадает при разряде конденсатора и что для полной разрядки требуется бесконечное количество времени. См. Рис. 2 (b).

Рисунок 2 : График изменения во времени

Постоянная времени

τ Продукт

RC

(имеющий единицы времени) имеет особое значение; это называется постоянной времени цепи. Постоянная времени — это время, необходимое для повышения заряда зарядного конденсатора до 63% от его конечного значения.Другими словами, когда

t = RC,

(6)

Q = Q _f 1 — e ^-1 а также

(7)

1 — e ⁻¹ = 0,632.

Другой способ описать постоянную времени — сказать, что это количество секунд, необходимое для того, чтобы заряд на разряжающемся конденсаторе упал до 36,8%

(e ^-1 = 0,368)

от своего начального значения.Мы можем использовать определение

(I = dQ / dt)

тока через резистор и уравнение. (3) Q = Q _f 1 — e ^{(−t / RC)} и уравнение. (5)

Q = Q ₀ e ^{(−t / RC)}

, чтобы получить выражение для тока во время процессов зарядки и разрядки.

(8)

зарядка: I = + I ₀ e ^{−t / RC}

(9)

разгрузка: I = −I ₀ e ^{−t / RC}

где в формуле.(8)

зарядка: I = + I ₀ e ^{−t / RC}

и уравнение. (9)

разряд: I = −I ₀ e ^{−t / RC}

— максимальный ток в цепи в момент времени t = 0. Тогда разность потенциалов на резисторе будет выражена следующим образом.

(10)

зарядка: ΔV = + ΔV _f e ^{−t / RC}

(11)

нагнетание: ΔV = — ΔV ₀ e ^{−t / RC}

Обратите внимание, что во время процесса разрядки ток будет течь через резистор в обратном направлении.Следовательно, I и

ΔV

в уравнении. (9)

разряда: I = −I ₀ e ^{−t / RC}

и уравнение. (11)

разряд: ΔV = — ΔV ₀ e ^{−t / RC}

отрицательны. Это напряжение как функция времени показано на рис.3.

Рисунок 3 : Напряжение на резисторе как функция времени

Полезно описывать зарядку и разрядку в терминах разности потенциалов между проводниками (т.е.е., «напряжение на конденсаторе»), поскольку напряжение на конденсаторе можно измерить непосредственно в лаборатории. Используя соотношение

Q = C ΔV,

Eq. (3) Q = Q _f 1 — e ^{(−t / RC)} и уравнение. (5)

Q = Q ₀ e ^{(−t / RC)}

, которые описывают зарядку и разрядку конденсатора, можно переписать в терминах напряжения. Просто разделите оба уравнения на

C,

, и отношения станут следующими.

(12)

зарядка: ΔV = ΔV _f 1 — e ^{(−t / RC)}

(13)

нагнетание: ΔV = ΔV ₀ e ^{(−t / RC)}

Обратите внимание, что эти два уравнения похожи по форме на формулу. (3) Q = Q _f 1 — e ^{(−t / RC)} и уравнение. 5

Q = Q ₀ e ^{(−t / RC)}

.График зависимости напряжения на конденсаторе от времени показан на рисунке 4 ниже.

Рисунок 4 : Напряжение на конденсаторе как функция времени

Переставив уравнение. (12) зарядка: ΔV = ΔV _f 1 — e ^{(−t / RC)} получаем Возьмите натуральный логарифм (ln) от обеих частей этого выражения и умножьте на –1, чтобы получить

(15)

−ln =.

График зависимости

−ln ((ΔV _f — ΔV) / ΔV _f )

от времени даст прямолинейный график с наклоном 1/ RC . Точно так же для процесса разряда уравнение. 13

разрядка: ΔV = ΔV ₀ e ^{(−t / RC)}

можно переписать, чтобы получить Возьмите натуральный логарифм (ln) от обеих частей этого выражения и умножьте на –1, чтобы получить

(17)

−ln =.

График зависимости

−ln (ΔV) / ΔV ₀ )

от времени даст прямолинейный график с наклоном 1/ RC .

Использование прямоугольной волны для имитации роли переключателя

В этом эксперименте вместо переключателя мы будем использовать генератор сигналов, который может генерировать периодические волновые формы различной формы, такие как синусоидальная волна, треугольная волна и прямоугольная волна. Также можно регулировать как частоту, так и амплитуду формы волны. Здесь мы будем использовать генератор сигналов для создания изменяющегося во времени напряжения прямоугольной формы на конденсаторе, аналогичного показанному на рис.5.

Рисунок 5 : Прямоугольная волна с периодом Τ

Выходное напряжение генератора сигналов изменяется назад и вперед от постоянного положительного значения до постоянного нуля вольт через равные интервалы времени t . Время

T = 2t

— это период прямоугольной волны. В течение первой половины цикла, когда напряжение положительное, это похоже на то, что переключатель находится в положении 1. Во второй половине цикла, когда напряжение равно нулю, это то же самое, что переключатель в положении 2. .Таким образом, прямоугольная волна, представляющая собой напряжение постоянного тока, которое периодически включается и выключается, служит одновременно аккумулятором и переключателем в схеме, показанной на рис.1. Генератор сигналов позволяет выполнять это переключение многократно, и можно оптимизировать сбор данных, регулируя частоту повторения. Эта частота будет зависеть от постоянной времени RC-цепи. Когда время t больше постоянной времени τ RC-цепи, у конденсатора будет достаточно времени для зарядки и разрядки, и напряжение на конденсаторе будет таким, как показано на рис.4.

Объектив

В этом эксперименте (смоделированный компьютером) осциллограф будет использоваться для отслеживания разности потенциалов и, таким образом, косвенно, заряда конденсатора. Измерения напряжения будут использоваться двумя разными способами для вычисления постоянной времени цепи. Наконец, конденсаторы будут подключены параллельно, чтобы проверить их эквивалентную емкость.

Оборудование

• Печатная плата PASCO
• Сигнальный интерфейс с выходной мощностью
• Соединительные провода
• Программное обеспечение Capstone

Процедура

Распечатайте лист для этой лабораторной работы.Этот лист понадобится вам для записи ваших данных.

Настройка RC-цепи

Печатная плата RLC, которую вы будете использовать, среди других элементов состоит из трех резисторов и двух конденсаторов. См. Рис. 6 ниже. Теоретически вы можете использовать разные комбинации резисторов и конденсаторов. В этом эксперименте вы будете использовать резисторы 33 и 100 Ом и два конденсатора.

Рисунок 6 : Печатная плата RLC

1

Подключите крайнюю правую выходную клемму сигнального интерфейса к резистору 33 Ом в точке 2.

2

Чтобы обойти индуктор, подключите провод от точки 8 к точке 9.

3

Подключите точку 6 ко второй выходной клемме сигнального интерфейса, чтобы замкнуть цепь.

4

Подключите пробник напряжения к аналоговому каналу A.

5

Чтобы измерить напряжение на конденсаторе, подключите черный провод датчика напряжения к точке 6, а красный провод — к точке 9. Убедитесь, что земля интерфейса (вывод «-») подключена к той же стороне конденсатора, что и земля генератора сигналов (выход мощности).Подключение вашей схемы должно выглядеть так, как показано на рис.7.

Рисунок 7 : Принципиальная схема

Контрольная точка 1:
Попросите своего технического специалиста проверить соединения вашей цепи.

Процедура A: Постоянная времени контура

В этом эксперименте мы будем использовать компьютер для эмуляции осциллографа.

6

Откройте файл Capstone, связанный с этой лабораторной работой.Отобразится экран, аналогичный показанному на рис. 8.

Рисунок 8 : Начальный экран файла Capstone

7

Настройте генератор сигналов на создание положительной прямоугольной волны, выбрав положительную прямоугольную волну в окне генератора сигналов, как показано на рисунке 9 ниже.

Рисунок 9 : Окно генератора сигналов

8

Если это еще не было установлено при открытии файла Capstone, настройте генератор сигналов на создание прямоугольной волны амплитудой 5 В с частотой 20 Гц и установите смещение напряжения на 5 В.

9

Включите генератор сигналов, щелкнув ON в окне генератора сигналов.

10

Чтобы контролировать сигнал, нажмите кнопку START в главном окне. Потребуется настроить шкалу времени и напряжения, чтобы получить кривую сигнала, подобную показанной на рис. 10. Это позволит вам наблюдать, как напряжение на конденсаторе изменяется как функция времени. Для этого установите курсор на любое значение вдоль оси, которую вы хотите увеличить, и переместите курсор влево-вправо или вверх-вниз по мере необходимости.При правильном увеличении у вас будет только одна длина волны на графике, как на кривой на рис.10.

Рисунок 10 : Трасса сигнала

Если в любой момент вы захотите удалить записанный набор данных, нажмите кнопку Delete Last Run под графиком.

11

Нажмите кнопку Показать координаты из кнопок над графиком. См. Рис.11.

Рисунок 11 : Показать координаты

Когда активна функция отображения координат, показания напряжения и времени отображаются, куда бы вы их ни перетащили, как на рис.11. Используя этот инструмент, определите и запишите время начала (то есть, когда линия начала расти с 0 вольт) на рабочем листе.

12

Вычислите 63,2% максимального напряжения,

ΔV _f ,

(которое должно быть 5 В), настройку амплитуды генератора сигналов. Используя Show Coordinates , определите и запишите время начала (то есть, когда кривая начиналась от 0 вольт вверх) на рабочем листе.

13

Из этих двух значений времени определите и запишите время, необходимое для перехода сигнала от Δ V = 0 до Δ V = 0.632

ΔV _f .

Это ваше экспериментальное значение для RC .

14

В рабочем листе введите принятые значения сопротивления и емкости, которые напечатаны на печатной плате.

15

Вычислите экспериментальное значение емкости, используя свое экспериментальное значение для RC и принятое значение R . Запишите это на листе.

16

Вычислите ошибку в процентах, используя два значения емкости.См. Приложение Б.

Контрольная точка 2:
Попросите своего технического специалиста проверить ваши данные и расчеты, прежде чем продолжить.

Процедура B: Расчет емкости графическими методами

17

Запишите максимальное напряжение на листе.

18

Из записанных данных найдите с помощью интеллектуального инструмента моменты времени, когда Δ V = 1, 2, 3 и 4 вольта на восходящей части кривой.Запишите эту информацию в Таблицу данных 1 на рабочем листе. Примечание : Возможно, вам придется сильно увеличить масштаб, чтобы получить необходимую точность при использовании интеллектуального инструмента.

19

Выполните необходимые вычисления, чтобы заполнить Таблицу данных 1.

20

Используя Excel, постройте график зависимости

−ln ((ΔV _f — ΔV) / ΔV _f )

от времени. См. Приложение G.

21

Используйте параметр линии тренда в Excel, чтобы нарисовать линию, наиболее подходящую для ваших данных, определить наклон линии и записать это значение на листе.См. Приложение H.

22

По значению крутизны определите постоянную времени и емкость. Запишите эти значения на листе.

23

Вычислите ошибку в процентах между этим значением емкости и принятым значением.

Контрольная точка 3:
Попросите своего технического специалиста проверить ваши данные, график и расчеты, прежде чем продолжить.

Процедура C: Измерение эффективной емкости

Емкость увеличивается непосредственно при параллельном подключении конденсаторов и в обратном порядке при последовательном подключении.Это противоположно правилу для резисторов. Для конденсаторов, подключенных параллельно, эффективная емкость определяется выражением

(18)

C _eff = C ₁ + C ₂ + C ₃ +. . .

а для конденсаторов, включенных последовательно, эффективная емкость равна

24

Подключите второй конденсатор (330 мк Ф) параллельно конденсатору, используемому в процедуре A, подключив провод от точки 6 к точке 7.

25

Переключите резистор на резистор 10 Ом, переместив соединение из точки 2 в точку 1.

26

Запишите другой набор данных, щелкнув START в главном окне. После того, как вы записали второй набор данных, вы можете захотеть отобразить только эти данные на графике и удалить набор данных 1. Для этого удалите первый прогон (см. Примечание к шагу 10). На графике вы будете видеть только одну длину волны.

27

В этой части эксперимента вы будете рассматривать разрядную часть кривой. Теперь начальное напряжение

ΔV ₀

будет наивысшим значением пика перед тем, как график начнет спадать.Запишите это значение на листе.

28

Из записанных данных найдите с помощью интеллектуального инструмента моменты времени, когда Δ V = 1, 2, 3 и 4 вольта на спадающей части кривой. ( Примечание : вам может потребоваться большое увеличение, чтобы получить необходимую точность при использовании интеллектуального инструмента). Запишите эту информацию в Таблицу данных 2 на рабочем листе.

29

Выполните необходимые вычисления, чтобы заполнить Таблицу данных 2.

30

Используя Excel, постройте график зависимости

−ln (ΔV) / ΔV ₀ )

от времени.

31

Используйте параметр линии тренда в Excel, чтобы нарисовать линию, наиболее подходящую для ваших данных, определить наклон линии и записать это значение на листе.

32

По значению наклона определите постоянную времени и запишите это значение в рабочий лист.

33

Вычислите

C _eff ,

эффективную емкость параллельной комбинации, используя принятое значение для R .

34

Сравните это экспериментальное значение с тем, что вы получили из уравнения.18

C _eff = C ₁ + C ₂ + C ₃ +. . .

и принятые значения емкости путем вычисления ошибки в процентах между двумя значениями.

Контрольная точка 4:
Попросите своего технического специалиста проверить ваши данные и расчеты, прежде чем продолжить.

Copyright © 2012 Advanced Instructional Systems, Inc. и Государственный университет Северной Каролины | Кредиты

Основные понятия емкости »Электроника

Емкость — одна из основных концепций электроники, и она широко используется, о чем свидетельствует количество конденсаторов, используемых в электронных схемах

---

Емкостное руководство Учебное пособие включает:
Емкость Формулы конденсаторов Емкостное реактивное сопротивление Параллельные и последовательные конденсаторы Диэлектрическая проницаемость и относительная диэлектрическая проницаемость Коэффициент рассеяния, тангенс угла потерь, ESR Таблица преобразования конденсаторов

---

Сопротивление, емкость и индуктивность — это три основных параметра, связанных с электрическими и электронными цепями.

В отличие от двух других, емкость связана с накоплением электрического заряда, а атрибуты используются в электронных компонентах, называемых конденсаторами, и, в свою очередь, они используются во многих электрических цепях и практически в каждой конструкции электронных схем.

Влияние емкости можно использовать по-разному в схемах, от электродвигателей до конструкций электронных схем, таких как источники питания, аудиосхемы, ВЧ-схемы, логические и цифровые схемы и многое другое.

Ввиду этого емкость является особенно важным параметром, который используется во многих областях.

Что такое емкость

При рассмотрении емкости сначала необходимо точно определить, что это такое. Емкость — это фактически способность накапливать заряд. В простейшем виде конденсатор состоит из двух параллельных пластин. Обнаружено, что когда батарея или любой другой источник напряжения подключен к двум пластинам, как показано, ток течет в течение короткого времени, и одна пластина получает избыток электронов, а другая — слишком мало.

Таким образом, одна пластина с избытком электронов заряжается отрицательно, а другая — положительно.

Заряд сохраняется на двух пластинах конденсатора.

Если аккумулятор удален, конденсатор сохранит свой заряд. Однако, если резистор помещен поперек пластин, ток будет течь до тех пор, пока конденсатор не разрядится.

Соответственно можно определить, что такое емкость:

Определение емкости:

Емкость — это способность компонента или схемы собирать и накапливать энергию в виде электрического заряда.Это количество электрического заряда, накопленного на проводнике для указанной разности электрических потенциалов.

Чем больше пластины, тем больше заряда может храниться, а также чем ближе они друг к другу, тем больше заряда они накапливают. Накопление заряда также зависит от материала между двумя пластинами.

Единицы или емкость

Необходимо уметь определять «размер» конденсатора. Емкость конденсатора — это мера его способности накапливать заряд, а основной единицей емкости является Фарад, названный в честь Майкла Фарадея.

Следует определить Фарад, который является основной единицей измерения емкости.

Емкость: определение по Фараду:

Конденсатор имеет емкость в один фарад, когда разность потенциалов в один вольт заряжает его одним кулоном электричества (то есть одним ампером в течение одной секунды).

Конденсатор с емкостью в один Фарад слишком велик для большинства электронных приложений, и обычно используются компоненты с гораздо меньшими значениями емкости. Используются три префикса (множители), µ (микро), n (нано) и p (пико):

Префиксы и множители единиц емкости
Префикс	Множитель	Терминология
µ	10 -6 (миллионная)	1000000 мкФ = 1Ф
n	10 -9 (миллионная)	1000 нФ = 1 мкФ
п.	10 -12 (миллионно-миллионная)	1000 пФ = 1 нФ

Электрические поля и диэлектрики

Поскольку на обкладках конденсатора есть потенциал, возникает соответствующее электрическое поле.В случае параллельных пластин силовые линии электрического поля обычно параллельны друг другу и расположены под прямым углом к ​​пластинам.

Пластины конденсатора с линиями электрического поля

Конденсаторам требуется какой-либо изолятор между двумя пластинами, иначе заряд не мог бы оставаться на пластинах, он рассеивался бы через среду между двумя пластинами.

Хотя воздух является хорошим изолятором, часто пластины конденсатора необходимо разделять жестким изолятором той или иной формы.

Упрощенный вид конструкции конденсатора, показывающий пластины и изолирующий диэлектрик.

Материал между двумя пластинами называется диэлектриком.Это не только действует как изолятор, но также определяет многие другие свойства. Мера, известная как диэлектрическая проницаемость, влияет на уровень емкости, достижимый для данного размера и расстояния между пластинами конденсатора.

Высокий уровень относительной диэлектрической проницаемости / диэлектрической проницаемости может многократно увеличить емкость.

Тема относительной диэлектрической проницаемости, диэлектрической проницаемости и т. Д. Является самостоятельной темой, и, хотя ее легко понять, возможно, ее следует рассматривать отдельно.

Зарядка и разрядка конденсаторов

Также можно посмотреть напряжение на конденсаторе, а также заряд. Ведь легче измерить на нем напряжение простым измерителем. Когда конденсатор разряжен, на нем нет напряжения. Точно так же, если он полностью заряжен, ток не течет от источника напряжения, и поэтому он имеет то же напряжение на нем, что и источник.

В идеальной схеме без паразитного сопротивления или индуктивности, когда на конденсатор подается напряжение, он мгновенно заряжается, и напряжение на нем будет таким же, как у источника электрического потенциала.

На самом деле в цепи всегда будет какое-то сопротивление, и поэтому конденсатор будет подключен к источнику напряжения через резистор. Это означает, что для зарядки конденсатора потребуется определенное время, а повышение напряжения не произойдет мгновенно.

Было обнаружено, что скорость нарастания напряжения вначале намного выше, чем после некоторой зарядки. В конце концов, он достигает точки, когда он практически полностью заряжен и ток почти не течет.

Теоретически конденсатор никогда не заряжается полностью, так как кривая имеет асимптотический характер. Однако на самом деле он достигает точки, когда его можно считать полностью заряженным или разряженным и ток не течет.

Напряжение конденсатора при его зарядке и разряде

Точно так же конденсатор всегда будет разряжаться через сопротивление. По мере того, как заряд конденсатора падает, напряжение на пластинах уменьшается. Это означает, что ток будет уменьшен, и, в свою очередь, скорость, с которой уменьшается заряд, падает.

Это означает, что напряжение на конденсаторе падает экспоненциально, постепенно приближаясь к нулю.

Скорость нарастания или спада напряжения зависит от сопротивления в цепи. Чем больше сопротивление, тем меньше передаваемый заряд и тем больше времени требуется для заряда или разряда конденсатора.

Применение переменного сигнала к конденсатору

До сих пор рассматривался случай, когда батарея была подключена для зарядки конденсатора и отключена, а для его зарядки был применен резистор.Если к конденсатору приложить переменную форму волны, которая по своей природе постоянно меняется, то он будет постоянно заряжаться и разряжаться.

Для этого в цепи должен протекать ток. Таким образом, конденсатор пропускает переменный ток, но блокирует постоянный ток. В качестве таких конденсаторов используются для передачи сигнала переменного тока между двумя цепями, которые находятся с разными установившимися потенциалами.

Формы тока и напряжения для идеального конденсатора
Примечание: ток опережает форму волны напряжения на 90 °.

Было обнаружено, что когда сначала применяется синусоидальная волна, скорость изменения напряжения максимальна, и это означает, что заряд увеличивается с максимальной скоростью, и, следовательно, ток, протекающий в конденсатор, будет в лучшем виде. Другими словами, ток максимален.

По мере увеличения напряжения на конденсаторе скорость изменения напряжения уменьшается и, как следствие, увеличивается заряд и, следовательно, падает ток. В конце концов, пик синусоиды напряжения достигается там, где нет изменения напряжения, и, соответственно, ток в этой точке равен нулю.

После пика напряжения напряжение начинает падать, и соответственно уровень заряда падает, а это означает, что ток течет из конденсатора с этой точки.

Остальная часть сигнала следует аналогичным образом. В результате видно, что напряжение и ток не совпадают по фазе друг с другом. Ток отстает от напряжения на четверть цикла, то есть на 90 °.

Отношение тока и напряжения для идеального конденсатора можно выразить как:

Vt = sin (ωt)

It = sin (ωt + 90)

Конденсаторы реальные

Конденсаторы — это электронные компоненты, которые обеспечивают необходимую емкость в электрических и электронных схемах.

Конденсаторы

бывают самых разных форм, каждый со своими свойствами. Физические конденсаторы могут быть либо для поверхностного монтажа, либо с традиционными выводами, а также иметь различные форм-факторы и электрические характеристики.

Примечание о типах конденсаторов:

Существует много различных типов конденсаторов. Хотя емкость является универсальной мерой, разные конденсаторы имеют разные характеристики с точки зрения таких элементов, как максимальный ток, частотная характеристика, размер, напряжение, стабильность, допуск и тому подобное.Для соответствия этим параметрам некоторые типы конденсаторов в некоторых приложениях лучше, чем другие,

Подробнее о типах конденсаторов .

Выбор подходящего конденсатора — это не только вопрос выбора правильного уровня емкости, но и многих других аспектов, включая диэлектрик, размер, уровни эквивалентного последовательного сопротивления и многое другое.

Принимая во внимание все эти требования, существует очень широкий выбор этих электронных компонентов, доступных для использования в электрических и электронных схемах и т. Д.

Емкость — один из основных параметров, связанных с электротехникой и электроникой. Уравнения и расчеты емкости используются каждый день при проектировании электронных схем и во многих других областях, и емкость не является мерой, которая связана только с конденсаторами, могут быть уровни емкости во многих других электронных компонентах, включая резисторы, катушки индуктивности, провода, печатные платы. и многое другое.

Дополнительные концепции и руководства по основам электроники:
Voltage Текущий Власть Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Законы Кирхгофа Q, добротность Радиочастотный шум
Вернуться в меню «Основные понятия электроники».. .

Конденсатор — MagLab

Конденсатор похож на батарею тем, что оба хранят электрическую энергию. Но на самом деле конденсатор не может производить новые электроны; он только хранит их.

Но конденсатор — гораздо более простое устройство, которое не может производить новые электроны; он только хранит их. Как и батарея, конденсатор имеет две клеммы — положительную и отрицательную. Внутри конденсатора клеммы соединяются с двумя металлическими пластинами, разделенными диэлектриком (изолирующее вещество, такое как керамика или стекло, обладающее высокой устойчивостью к электрическому току), который не позволяет пластинам соприкасаться друг с другом и позволяет им удерживать противоположные заряды. поддержание электрического поля.

В приведенном ниже руководстве показано, как конденсатор работает в цепи постоянного тока, питающей электродвигатель , используемый для подъема небольшого груза. Учебное пособие иллюстрирует одну из причин, по которой конденсаторы полезны. Как вы увидите, если вы удалите конденсатор из этой схемы, одна батарея будет плохо справляться с питанием двигателя — даже если напряжения на обоих равны.

Начните с перемещения ползунка Switch Position вправо, пока не дойдете до положения Battery.Это закроет ножевой переключатель и создаст цепь, которая включает конденсатор и батарею . Обратите внимание, что электронов (показаны здесь как желтые частицы) текут от отрицательной клеммы батареи к конденсатору, где они хранятся. (Электроны текут в направлении, противоположном направлению обычного тока.) Для каждого электрона, хранящегося на этой пластине конденсатора, противоположная пластина конденсатора должна потерять один (течь к положительной клемме батареи), чтобы поддерживать конденсатор в равновесии.В учебном пособии красные частицы появляются на левой (положительной) стороне пластины конденсатора, чтобы обозначить положительный заряд, оставленный каждым разделяющим электроном. Таким образом, конденсатор продолжает заряжаться, пока не достигнет напряжения заряжающей его батареи.

Затем переместите ползунок дальше вправо в положение Motor , чтобы создать новую цепь. Электроны на отрицательной клемме конденсатора притягиваются к положительной клемме; они мчатся по уже открытой тропе, которая ведет туда, прямо через мотор.Этот электрический ток заставляет шкив поднимать груз до тех пор, пока заряд не рассеется. Обратите внимание: когда электроны достигают противоположной пластины, положительные заряды исчезают.

Повторите процесс, используя ползунок, чтобы поднять груз еще немного. Нажмите синюю кнопку Reset , чтобы начать процесс заново.

Сама по себе батарея не могла вызвать сильное смещение веса, потому что батареи разряжаются медленно и постепенно. Конденсаторы, с другой стороны, быстро разряжаются, обеспечивая больший ток в течение более короткого периода времени — в нашем примере тока достаточно, чтобы поднять вес.Эта особенность конденсаторов делает их полезными, например, для питания лампочек-вспышек в камерах.

Первым конденсатором была лейденская банка, изобретенная в 1745 году. Первоначально единицами измерения емкости были «банки», но теперь они измеряются в фарадах в честь великого английского физика-экспериментатора Майкла Фарадея .

Можно ли подключить телефон к конденсатору?

Недавно появилась новость о проекте подростка по использованию суперконденсатора в качестве быстрозарядного накопителя энергии.Основное утверждение заключается в том, что с его помощью можно полностью зарядить телефон всего за 30 секунд.

Том Свонсон («Лебеди на чае») написал отличную статью о проблемах с этой новостью. Вот его основные моменты:

• В новостях на самом деле не говорится, сколько энергии может хранить запоминающее устройство.
• В обычном аккумуляторе телефона хранится 1500 мАч энергии. Если вы зарядите его за 30 секунд, это потребует 670 Вт. Что-то наверное растаяло бы в телефоне.

В статье упоминается, что студент использовал суперконденсатор вместо обычного конденсатора.Согласно Википедии, термин «суперконденсатор» может использоваться для нескольких различных устройств. Некоторые из них на самом деле не конденсаторы. Но я думаю, что это все же отличная возможность поговорить о конденсаторах.

Что такое конденсатор?

Практически на каждом вводном курсе физики вы будете рассматривать конденсаторы. Самый простой конденсатор для начала — это конденсатор с параллельными пластинами, заполненный воздухом. Это просто две проводящие пластины, которые очень близко расположены друг к другу.Положительный заряд находится на одной пластине, а отрицательный заряд — на другой пластине.

Но почему? Кого волнуют конденсаторы? Во вводном курсе физики конденсаторы обычно вводятся по одной основной причине: электрическое поле внутри конденсатора по существу постоянно. Постоянный — это хорошо. Это позволяет создавать ситуации, связанные с электрическими зарядами с постоянными силами (из-за постоянного электрического поля) и простыми изменениями электрического потенциала.

Конечно, есть и другие типы конденсаторов, кроме вашей простой старой параллельной пластины с воздухом посередине.Но ты получил идею.

Для чего нужен конденсатор?

Поскольку внутри конденсатора есть электрическое поле, в конденсаторе также хранится энергия (можно использовать плотность энергии электрического поля). Очевидно, что конденсатор можно использовать для хранения энергии. Однако есть и другие полезные применения. Конденсаторы оказываются чрезвычайно важными в приложениях, которые связаны с изменением токов — например, преобразователи переменного тока в постоянный или любой тип радио. Если вы подключите обычную батарею постоянного тока к конденсатору, на пластинах начнет накапливаться заряд.Когда это происходит, между пластинами также возникает разность электрических потенциалов. Это означает, что будет меньше тока, выходящего из батареи, и меньше заряда, идущего к пластинам. Технически, чтобы конденсатор полностью зарядился, потребуется целая вечность. Может быть, я смогу показать это на красивом графике. Вот заряд конденсатора как функция времени после подключения к батарее постоянного тока.

Надеюсь, что это поможет. Но что произойдет, если у вас будет изменяющийся ток? В этом случае происходит зарядка конденсатора, и он ведет себя по-разному.Чем выше частота изменения тока, тем меньше разность электрических потенциалов на конденсаторе.