Как работает конденсатор: Принцип работы конденсатора — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Как работает конденсатор — пояснение простым языком | ASUTPP

Конденсатор – небольшой элемент, присутствующий практически в любой электронной схеме. Его значимость безусловна, но вот принцип работы описать могут не многие. Но основной функционал стандартного конденсатора можно описать вполне простыми словами, и сперва необходимо понять, что такое конденсатор, и из чего он состоит.

Рисунок 1: Маркировка конденсаторов и обозначение электродов

Из чего состоит простой конденсатор?

Временно отложив в сторону сложные, многофункциональные конденсаторы, применяющиеся в промышленности и автоматизации некоторых система, необходимо ответить на простой вопрос: «Из каких элементов состоит конденсатор»?

Рисунок 3: Структура конденсатора

Структура конденсатора:

Первая металлическая пластина, к которой подаётся «+».
Диэлектрический материал. Это такой материал, который не проводит электрический ток. К наиболее популярным диэлектрикам относятся: стекло, картон, фарфор, резина, некоторые виды смол, дерево.
Вторая металлическая пластина, на которую приходит «-».

Современный конденсатор по своей форме представляет небольшой бочонок с двумя выводами. При выборе такого бочонка необходимо точно знать его ёмкость – основной рабочий параметр любого конденсатора.

Как работает конденсатор?

При подаче напряжения на конденсатор создаётся электрическое поле на металлических пластинах и элемент заряжается как аккумуляторная батарея небольшой ёмкости. Совсем небольшой ёмкости. Диэлектрик, расположенный между пластинами, не позволяет замкнуть цепь и соединиться зарядам. Получается, что каждый конденсатор является накопительным элементам, так как после отключения напряжения, заряды некоторое время остаются на металлических пластинах.

Рисунок 2: Пример простого полимерного конденсатора

Чтобы высвободить накопившийся заряд, выводы обкладок (металлических пластин) конденсатора необходимо замкнуть.

Современные конденсаторы только внешне могут быть выполнены в виде бочонков, но внутри пластины имеют часто очень разнообразную форму. Например, уникальные спиралевидные или сферические обкладки. Такая форма пластин позволяет в несколько раз увеличить ёмкость элемента без изменения его внешних габаритов.

Зачем применяют конденсаторы

Если устройство и принцип действия конденсатора стали немного понятны, то вопрос «зачем?» остаётся открытым.

Конденсаторы применяются с целью:

Поддержания разницы потенциалов на другом элементе. Например, есть микроконтроллер – элемент, очень чувствительный к просадкам напряжения и если вольтаж падает, то он автоматически перезапускается. Конденсатор способен поддерживать напряжение именно в такие моменты, продолжая работу микроконтроллера без перерывов.
Фильтрования. Данный вопрос куда сложнее предыдущего, так как здесь чаще всего задействованы низкие и высокие частоты. Сказать можно одно: конденсаторы применяются с целью фильтрования как высоких, так и низких частот.

Конденсаторы применяются практически во всех современных электронных изделиях. От простого блока питания для смартфона или небольшой коробки управления ёлочной гирляндой и до автоматических шкафов управления серьёзными производственными конвейерами. Следует сразу уточнить, что при неисправности электронной схемы, первое место, куда необходимо обратить своё внимание – это именно конденсаторы.

Чтобы более подробно ознакомиться с работой конденсаторов, надо более глубоко окунуться в дебри электроники, но лучше всего познакомиться с другими элементами, такими как резисторы и диоды. Достаточно сказать, что стоимость конденсатора минимальна, но починка всего устройства иногда выходит в очень крупную сумму.

P.S. Более подробнее в моей новой статье — https://www.asutpp.ru/chto-takoe-kondensator.html

как работает и зачем нужен в цепи переменного и постоянного тока

Практически во всех электронных устройствах, от самых простых до высокотехнологичных, таких как материнские платы компьютеров, можно встретить один неизменно присутствующий элемент, являющийся пассивным компонентом. Но к сожалению, мало кто знает как устроен и для чего нужен конденсатор, и какие виды этого накопителя бывают.

Просто о сложном

Итак, это небольшое устройство для накопления электрического поля или заряда похоже на обычную банку, ту, в которой маринуют помидоры или хранят муку. Она точно так же в себе накапливает сухое вещество или жидкость, которую в неё поместят. Аналогия проста: по цепи бегут электроны, а на своей дороге встречают проводников, которые ведут их в «банку», где они и накапливаются, усиливая заряд.

Для того чтобы выяснить, много ли элекрончиков так можно собрать, и в какой момент накопление прекратится (банка лопнет), электрический процесс обычно сравнивают с водопроводом. Если представить трубу, в которой течёт вода, закачиваемая туда насосом, то где-то в центре трубопровода нужно вообразить мягкую мембрану, растягивающуюся под давлением жидкости. Очевидно, что она будет растягиваться до определённого предела, пока не разорвётся или, если попалась очень крепкая, не уравновесит силу насоса.

Такой пример показывает, как работает конденсатор, только мембрана заменяется электрическим полем, которое увеличивается по мере зарядки накопителя (работы насоса), уравновешивая напряжение источника питания. Очевидно, что этот процесс не бесконечный, и предельный заряд существует, по достижении которого «банка» выйдет из строя и перестанет выполнять свои функции.

Устройство и принцип работы

Конденсатор — устройство, состоящее из двух пластин (обкладок), имеющих между собой пустоту. Напряжение к нему подаётся через проводки, подсоединённые к пластинкам. Современные приборы, по сути, не сильно отличаются от макетов на уроках физики, они также состоят из диэлектрика и обкладок. Следует отметить, что именно вещество или его отсутствие (вакуум), плохо проводящее электричество, изменяет характеристики накопителя.

Суть принципа работы конденсатора проста: дали напряжение, и заряд начал накапливаться. Для примера следует рассмотреть как ведёт себя накопитель в двух вариантах электрической цепи:

Постоянный ток. Если в цепь с подключённым к ней конденсатором подать ток, то можно увидеть, что стрелка на амперметре начнёт двигаться, а потом быстро вернётся в исходное положение. Это объясняется просто: устройство быстро зарядилось, то есть источник питания был уравновешен обкладками накопителя, и тока не стало. Поэтому часто говорят, что в условиях постоянного тока конденсатор не работает. Такое утверждение неправильное, всё функционирует, но очень непродолжительное время.
Переменный ток — это когда электроны двигаются сначала в одну, а затем в другую сторону. Если представить такую цепь с подключённым к ней накопителем, то на обеих обкладках конденсатора будут попеременно накапливаться положительные и отрицательные заряды. Это говорит о том, что переменный ток свободно протекает через устройство.

Поскольку конденсатор задерживает постоянный ток, но пропускает переменный, отсюда формируются и сферы его назначения, например, для устройств, в которых нужно убрать постоянную составляющую в сигнале. Вполне очевидно, что накопитель обладает сопротивлением, а вот мощность на нём не выделяется, поэтому он не греется.

Основные виды

Рядовой пользователь не всегда знает о том, каким конденсатором снабжено его устройство. А ведь каждый вид имеет свои недостатки и преимущества, а также эксплуатационные особенности. Существуют две большие группы этих устройств, предназначенные для электрической цепи с переменным и постоянным током. Но всё-таки основная классификация ведётся по типу диэлектрика, который находится между облатками конденсатора.

Основные виды:

Керамические. Имеют маленький размер, малый ток утечки и небольшую индуктивность. Отлично работают в условиях высоких частот, в цепях пульсирующего, постоянного и переменного тока. Представлены в различном диапазоне напряжений и ёмкостей, в зависимости от того, для чего конденсатор предназначен.
Слюдяные. В настоящее время почти не используются и не выпускаются. В накопителях такого типа диэлектриком служит слюда. Рабочее напряжение таких конденсаторов в диапазоне — 200−1500 В.
Бумажные. В алюминиевых облатках заключена конденсаторная бумага. Выдерживают напряжение 160−1500 В.
Полиэстеровые. Максимальная ёмкость не превышает 15 мФ, рабочее напряжение — 50−1500 В.
Полипропиленовые. Выгодно выделяются на фоне остальных собратьев двумя преимуществами. Первое — маленький допуск ёмкости (+/- 1%), второе — до 3 кВ рабочего напряжения.

Отдельно стоит отметить электролитические конденсаторы. Главное их отличие от других видов — подключения только к цепи постоянного или пульсирующего тока. Такие накопители имеют полярность — это особенность их конструкции, поэтому неправильное подключение ведёт к вздутию или взрыву устройства. Они обладают большой ёмкостью, что делает конденсатор электролитический пригодным для применения в выпрямительных цепях.

Сферы применения

Можно смело сказать, что конденсаторы используют практически во всех электронных и радиотехнических схемах. Чтобы иметь представление о том, где и зачем нужен конденсатор, следует вспомнить его способность сохранять заряд и разряжаться в нужное время, а также пропускать переменный ток и не пропускать постоянный. А это значит, что такие устройства используются во многих технических сферах, например:

телефонии;
в производстве счётных и запоминающих устройств;
автоматике;
при создании измерительных приборов и многих других.

Электрические накопители можно встретить как в телевизорах, так и в приборах радиолокации, где необходимо формировать импульс большой мощности, для чего и служит конденсатор. Невозможно встретить блок питания без этих устройств или сетевой фильтр.

Нужно сказать, что накопители применяют и в сферах, не связанных с электрикой, например, в производстве металла и добыче угля, где используют конденсаторные электровозы.

Что такое конденсатор? Принцип работы, назначение и устройство конденстатора

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

Принцип действия

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

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

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

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

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

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

На рисунке выше представлена конструкция бумажного конденсатора:

а) намотка секции;
б) само устройство.
На этой картинке:

Бумага;
Фольга;
Изолятор из стекла;
Крышка;
Корпус;
Прокладка из картона;
Оберточная бумага;
Секции.

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

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

Назначение и использование конденсаторов

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

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

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

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

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

В различной электрической технике и в фильтрах высших гармоник данный элемент применяется для компенсации реактивной мощности.

Как работает конденсатор?

Прежде, чем ответить на вопрос как работает конденсатор, скажем, что это устройство, которое обладает постоянной или переменной емкостью , имеет небольшую проводимость, предназначенное для сосредоточения, накопления и передачи электрического заряда. В простом случае конденсатор состоит из двух проводящих обкладок, которые и собирают заряды равные по величине и противоположные по знаку. Обкладки разделяет диэлектрик относительно небольшой толщины.
Конденсатор немного похож на батарейку, однако сильно разнится с ней по скорости и принципу заряда (разряда) и емкости.
При подключении полностью разряженного конденсатора к источнику тока, места на электродах в этот момент много, ток максимален. При этом на одной обкладке конденсатора локализуются электроны, на другой положительные ионы. Диэлектрик, разделяющий обкладки является препятствием для перехода электронов на пластину с ионами и наоборот. С течением времени заряд на обкладках конденсатора накапливается, ток уменьшается до нуля в момент полной зарядки. Разность потенциалов между обкладками конденсатора увеличивается в ходе зарядки от нуля до напряжения на источнике питания. Время, требуемое для зарядки конденсатора пропорционально его емкости (). После отключения заряженного конденсатора от источника питания и подключения его к сопротивлению, конденсатор становится источником тока. При соединении конденсатора с сопротивлением возникает цепь между пластинами. Электроны начинают перемещаться через сопротивление к обкладке с положительным зарядом. Когда сопротивление только подключили первоначальный ток (в соответствии с законом Ома) равен:

где — напряжение источника питания, — сопротивление, присоединенное к конденсатору. С течением времени конденсатор теряет заряд (разряжается через нагрузку ). При этом уменьшается напряжение и сила тока. После того как разность потенциалов между обкладками конденсатора станет равна нулю, процесс разрядки завершится. Время разрядки конденсатора связано с размером . С увеличением уменьшается сила тока разрядки. Как используют конденсаторы см. в разделе «Для чего нужен конденсатор?».

Как работает выносной конденсатор

Принцип работы выносного конденсатора

Выносной конденсатор относится к классу неавтономных систем кондиционирования и предназначен для совместной работы с водоохладителями – чиллерами без конденсаторов, или с другим оборудованием. В большинстве случаев чиллер устанавливается внутри здания – в эксплуатационном помещении, в то время как выносной конденсатор устанавливается снаружи здания: на крыше или прилегающей территории. Чиллер и выносной конденсатор соединяются между собой с помощью межблочных фреоновых коммуникаций. Основной задачей выносного конденсатора является отвод тепловой энергии, выделяемой в процессе конденсации объединенным холодильным контуром чиллера и выносного конденсатора. На рисунке №1 показана схема работы системы кондиционирования, источником холода в которой является чиллер без конденсатора, работающий совместно с выносным конденсатором. Принцип работы такой системы кондиционирования заключается в переносе тепловой энергии из здания на улицу, или другими словами в переносе холода из улицы в здание. Перенос тепловой энергии осуществляется посредством термодинамического процесса, протекающего в объединенном холодильном контуре чиллера и выносного конденсатора. Такой термодинамический процесс имеет две важные стадии. Первая стадия – это процесс испарения фреона, который протекает в теплообменнике испарителя чиллера. Во время этого процесса фреон испаряется (Переходит из жидкого состояния в газообразное). В результате этого процесса теплообменная поверхность испарителя охлаждается, что приводит к охлаждению воды протекающей в гидравлическом контуре системы кондиционирования через теплообменник испарителя. Второй важной стадией является процесс конденсации фреона, который протекает в теплообменнике выносного конденсатора. Во время этого процесса фреон конденсируется (Переходит из газообразного состояния в жидкое), что приводит к нагреву теплообменной поверхности выносного конденсатора. При этом тепло, выделяемое в процессе конденсации, отводится в окружающее пространство, а холод поглощается хладагентом.

Рисунок №1 Схема работы системы конд-ия на базе выносного конденсатора

Функциональные элементы выносного конденсатора

Выносной конденсатор включает следующие функциональные компоненты:

Теплообменник конденсатора является элементом объединенного фреонового контура чиллера и выносного конденсатора. В теплообменнике конденсатора происходит конденсация — хладагента и выделение тепловой энергии, удаляемой на улицу.
Осевые вентиляторы конденсатора предназначены для организации циркуляции наружного воздуха через теплообменную поверхность выносного конденсатора.
Регулятор скорости вращения вентиляторов предназначен для управления работой вентиляторов выносного конденсатора.

Рисунок №2 Функциональные элементы выносного конденсатора производства компании Fincoil
1) Корпус. 2) Вентиляторы конденсатора. 3) Теплообменник конденсатора. 4) Регулятор скорости вращения вентиляторов. 5) Ножки

Как работает выносной конденсатор

Как было сказано ранее, основной задачей выносного конденсатора является удаление в воздух, находящийся снаружи здания тепловой энергии, образуемой в процессе конденсации в объединенном холодильном контуре чиллера и выносного конденсатора. При этом главным функциональным элементом выносного конденсатора является непосредственно теплообменник конденсатора, в котором происходит процесс конденсции. Горячий хладагент (В газообразном состоянии), из компрессора чиллера под высоким давлением, поступает в теплообменник выносного конденсатора. Конденсируясь хладагент выделяет тепло, тем самым нагревая теплообменную поверхность конденсатора с другой стороны. Осевые вентиляторы, организуя циркуляцию воздуха через теплообменник конденсатора, охлаждают его с другой стороны. Таким образом тепло удаляется в окружающее пространство а холод поглощается хладагентом. Теплообменная поверхность выносного конденсатора состоит из медных труб, внутри которых протекает процесс конденсации фреона, а также алюминиевых ламелей – пластин, предназначенных для увеличения поверхности теплосъема теплообменника. В зависимости от температуры наружного воздуха, количество воздуха, необходимое для охлаждения теплообменной поверхности различно. Поэтому регуляторы вентиляторов, уменьшают или увеличивают скорость вращения вентиляторов в зависимости от значения температуры или давления конденсации.

Рисунок №3 Схема работы выносного конденсатора

Информация взята с сайта www.ecvest.ru

Как работает сглаживающий фильтр (конденсатор)

Применение диодных выпрямителей позволяет производить преобразование переменного напряжения в постоянное. Но у такого метода преобразования есть существенный недостаток – значительные пульсации выпрямленного напряжения. Эти пульсации возникают от того, что форма кривой переменного напряжения близка к синусоидальной и выпрямленное напряжение имеет от неё определённую зависимость.

Рисунок 1. Работа ёмкостного фильтра при однофазном однополупериодном выпрямлении.

Для сглаживания пульсаций постоянного напряжения в качестве фильтра часто применяют сглаживающий конденсатор, подключаемый параллельно нагрузке. Во время роста напряжения по кривой синусоиды происходит не только питание нагрузки, но и заряд конденсатора. После достижения напряжения максимального (амплитудного) значения начинается спад. При этом, пока напряжение на выходе выпрямителя падает, конденсатор начинает разряжаться на нагрузку, таким образом в некоторой степени поддерживая напряжение на ней. Так происходит сглаживание пульсаций напряжения на выходе выпрямителя.

Для примеров рассмотрим базовые схемы выпрямителей. На рисунке 1 верхняя диаграмма отображает напряжение питающей сети. Ниже показана схема однополупериодного однофазного выпрямителя и соответствующая ей диаграмма выпрямленного напряжения на нагрузке. Внизу представлена схема выпрямителя с ёмкостным фильтром C1 и соответствующая ей диаграмма выпрямленного напряжения на нагрузке.

По аналогии приведены сравнительные схемы и диаграммы и для других вариантов на рисунках 2, 3 и 4.


Рисунок 2. Фильтр в двухполупериодном выпрямителе.	Рисунок 3. Фильтр в однополупериодном 3-фазном выпрямителе.	Рисунок 4. Фильтр в двухполупериодном 3-фазном выпрямителе.

Основы электроники. Часть 2. Как работают конденсаторы. Параметры конденсаторов

Часть 1. Заряды, потенциалы, напряжение, ток, сопротивление…
Часть 2. Как работают конденсаторы. Основные параметры конденсаторов.

Итак, конденсатор — это элемент электрической цепи, предназначенный для накопления зарядов. Сразу возникает вопрос: а зачем вообще накапливать заряды? Если вы внимательно читали первую часть, то знаете ответ на этот вопрос: потому что заряды как раз являются источником электрического поля и если в каких-то точках соотношения положительных и отрицательных зарядов разные, то между этими точками будет существовать разность потенциалов. То есть заряженный конденсатор (когда он накопил некоторый заряд) — это как бы мини источник ЭДС, который может отдавать накопленные заряды, поддерживая в цепи электрический ток (при этом сам он, естественно, будет разряжаться). Его принципиальное отличие от источника ЭДС (в котором сторонние силы, обусловленные химической реакцией, переменным магнитным полем или ещё чем-то, разделяют заряды и поддерживают разность потенциалов на его выводах) в том, что в конденсаторе нет сторонних сил (т.е. он сам внутри себя заряды не разделяет) и разность потенциалов между его выводами обеспечивается только теми зарядами, которые он накопил в процессе зарядки (то есть теми зарядами, которые пришли к нему извне).

И ещё одно. Что значит «накапливает заряд»? На самом деле выражение «накапливает» в данном случае означает перераспределение зарядов между обкладками конденсатора и внешней цепью. То есть если заряды на обкладках перераспределятся таким образом, что суммарный заряд на положительной обкладке будет на величину Q больше, чем на отрицательной, то говорят, что конденсатор накопил заряд Q. Куда заряды будут втекать и откуда утекать зависит от того, какая в начальный момент была разность потенциалов между соответствующим выводом конденсатора и той точкой внешней цепи, к которой этот вывод подключили. Короче говоря, главное, что в результате вот этого «накопления» разность зарядов между положительной и отрицательной обкладками станет равна Q.

Важнейшие характеристики конденсатора — это ёмкость и номинальное напряжение.

Итак, сначала ёмкость. Ёмкость — это параметр, который устанавливает связь между изменением заряда на обкладках и изменением напряжения между выводами конденсатора. Ёмкость показывает насколько сильно будет изменяться заряд на обкладках конденсатора при изменении напряжения между его выводами. Ну и, соответственно, от неё же зависит насколько сильно будет изменяться напряжение между выводами при изменении заряда на обкладках. Математически эта связь описывается такой формулой: C=dQ/dU, где dQ — изменение заряда, dU — изменение напряжения между выводами конденсатора. То есть численное значение ёмкости (то, что написано на вашем кондёре) показывает: на сколько Кулон нужно изменить заряд конденсатора, чтобы напряжение между его выводами изменилось на 1 В.

Чтобы было понятнее, можно привести такую аналогию:

Будем считать, что давление воздуха аналогично потенциалу, а количество воздуха (не важно, количество вещества или масса) аналогично заряду. Вполне законное сравнение, если учесть, что давление воздуха в каком-то замкнутом пространстве стремится выровняться по всему объёму и при этом воздух перемещается из областей с высоким давлением в области с низким давлением, причём чем больше разность давлений, тем, при прочих равных условиях, он это делает быстрее (помните, чем больше разность потенциалов — тем больше сила тока, при одинаковом сопротивлении?).

Далее, представьте, что у нас есть закрытая крышкой банка (это будет аналог конденсатора), в которую через дырку в крышке вставлена трубка. Если давление снаружи и внутри банки равно атмосферному, то разности давлений нет, то есть напряжение равно нулю и воздух не будет выходить из банки наружу и не будет заходить снаружи в банку. Теперь представьте, что мы подключили трубку к компрессору, который создаёт на выходе некоторое избыточное давление Pк (избыточное, — то есть на величину Pк больше атмосферного). Компрессор в данном случае будет аналогичен источнику ЭДС. При этом все я думаю прекрасно понимают, что если открыть вентиль, то воздух по трубке начнёт закачиваться в банку, то есть количество воздуха в банке начнёт увеличиваться. Или можно сказать, что наш конденсатор начнёт заряжаться (банка же у нас — это конденсатор). Но по мере увеличения в банке количества воздуха — у нас будет расти и давление в банке, соответственно будет расти разность между давлением в банке и атмосферным давлением (в нашем примере эта разность — аналог напряжения). Давление в банке будет расти до тех пор, пока не сравняется с давлением, создаваемым компрессором. После того, как это произойдёт — ток воздуха по трубке прекратится.

Так вот, величиной, аналогичной электрической ёмкости, в данном случае будет не объём банки (первая ассоциация с ёмкостью, которая приходит на ум, да?), а величина, показывающая на сколько нужно изменить массу воздуха в банке, чтобы давление в ней изменилось на 1 Паскаль. То есть ёмкость в данном случае будет связывать изменение количества воздуха в банке (изменение массы, а не объёма, он у нас постоянный, банка стеклянная и не растягивается) с изменением давления в ней. Математически это выглядело бы вот так C=dM/dP.

Надеюсь с ёмкостью всё понятно, поэтому перейдём ко второй важнейшей характеристике конденсатора — номинальному напряжению. Тут вообще всё просто. Рассмотрим опять аналогию с банкой. Понятно, что если накачивать и накачивать в неё воздух, то давление в ней будет расти, расти и в конце концов банка не выдержит и лопнет. То есть при превышении определённой разницы давлений внутри и снаружи (или можно сказать при превышении напряжения) нашу банку-конденсатор просто разорвёт на части. Точно также обстоят дела и с электрическим конденсатором. Если зарядить его выше некоторого напряжения, то произойдёт пробой, конденсатор разрушится и перестанет функционировать. Обычно в маркировке для конденсатора указывают номинальное напряжение — такое, при котором он может в течение всего срока службы эксплуатироваться без опасений, что произойдёт пробой, разрушение или ещё какие-то его повреждения. В принципе, конденсаторы могут выдерживать некоторые перенапряжения (величина зависит от типа конденсатора, материала диэлектрика и т.д), но тем не менее заряжать конденсатор до напряжения выше номинального крайне не рекомендуется, потому что в этом случае производитель уже не даст гарантии, что параметры конденсатора не ухудшатся и он не разрушится.

Давайте рассуждать дальше. Итак, мы знаем, что напряжение между выводами конденсатора увеличивается вследствие перераспределения зарядов между обкладками и внешней цепью и напрямую связано с количеством накопленного конденсатором заряда. Но заряды у нас не перемещаются мгновенно, следовательно, для того, чтобы конденсатор зарядился и напряжение между его выводами выросло — требуется некоторое время. Точно так же и давление воздуха в банке не вырастает мгновенно при подключении к ней компрессора, а постепенно растёт по мере увеличения количества закачанного воздуха. От чего же зависит скорость заряда конденсатора? Очевидно, что она зависит от того, насколько быстро перераспределяются заряды (то есть от силы тока).

Теперь давайте эти логические рассуждения подкрепим математикой. Возьмём формулу, связывающую ёмкость, заряд и напряжение и перепишем её в таком виде: dQ=C*dU, а затем обе части продифференцируем по времени, получится: dQ/dt=C*dU/dt. В левой части я думаю все узнали выражение для силы тока, поэтому заменив dQ/dt на I, окончательно получим: I=C*dU/dt — выражение, связывающее ёмкость и мгновенные значения силы тока и напряжения на конденсаторе.

«Ну и зачем нам эта формула?», — спросят некоторые товарищи, и будут очень сильно неправы, потому что это вообще-то основная формула, которая используется в расчётах цепей с конденсаторами.

Что нам ещё интересно? Интересно, например, сколько энергии накоплено в конденсаторе и где эта энергия сосредоточена. Как это узнать? Всё так же просто, как и с источником ЭДС, о котором мы говорили в первой части. Раз на обкладках накапливаются заряды и обкладки разделены диэлектриком, значит между обкладками существует электрическое поле. В этом-то электрическом поле и сосредоточена энергия конденсатора. Как её оценить? Очевидно так же, по величине работы, которую это поле может совершить по перемещению зарядов.

Представим, что у нас есть полностью заряженный конденсатор (при этом напряжение на его выводах равно U₁) и мы замкнули его выводы между собой (не важно через какое сопротивление). Какая мгновенная мощность будет при этом выделяться в нашей цепи? Как мы знаем мгновенная мощность определяется выражением P=U*dQ/dt. Работа за какой-то промежуток времени — это определённый интеграл от мгновенной мощности на этом промежутке времени. Очевидно, что для того, чтобы посчитать всю запасённую конденсатором энергию, надо измерять работу за промежуток времени от момента, когда мы замкнули полностью заряженный конденсатор до момента его полного разряда, то есть от момента, когда напряжение на конденсаторе было равно U₁ до момента, когда напряжение на нём станет равным нулю. Это мы запомним. Изменение напряжения и изменение заряда связаны соотношением dU=dQ/C, отсюда dQ=dU*C. Подставив это выражение в формулу для мощности, получим: P=C*U*dU/dt. Перенесём dt в левую часть и проинтегрируем. В левой части получим работу, а в правой определённый интеграл от напряжения. Какие пределы напряжения брать для вычисления этого определённого интеграла? А вот теперь вспоминайте то, что чуть выше запомнили: «от момента, когда напряжение на конденсаторе было равно U₁ до момента, когда напряжение на нём станет равным нулю». Значит в правой части интеграл надо брать от U₁ до нуля. В итоге получится A=C*U₁²/2. Эта работа как раз и равна энергии, запасённой конденсатором. Ровно столько энергии он забирает из внешней цепи, когда заряжается, и ровно столько же энергии отдаёт во внешнюю цепь при разряде.

Ладно, с основными параметрами мы разобрались, где сосредоточена энергия и какова её величина — нашли, теперь переходим к неосновным параметрам, которые характеризуют различные потери на конденсаторе и при определённых условиях бывают очень важны, но значения которых бывает не так просто отыскать.

Первый такой важный параметр — это эквивалентное последовательное сопротивление (обычно употребляют английскую аббревиатуру от equivalent serial resistance — ESR). Что это вообще такое? Дело в том, что при движении по обкладкам и по металлическим выводам конденсаторов электроны испытывают точно такое же сопротивление, как и при движении по любому другому проводнику. Поэтому если мы хотим учесть ESR, то наш конденсатор следует рассматривать как элемент, который обладает не только ёмкостью (обычно именно так представляют идеальный конденсатор), но и последовательно соединённым с ней сопротивлением. Куда девается энергия, отнимаемая у упорядоченно движущихся зарядов в результате наличия сопротивления? Она точно так же, как и в обычном резисторе идёт на нагрев, только в данном случае нагреваются выводы и обкладки конденсатора. Итак, первое, почему важно учитывать ESR — потому, что это основной параметр, определяющий потери энергии в конденсаторе (следовательно от него зависит нагрев конденсатора, если токи заряда/разряда достаточно большие, то нагрев может быть значительным), кроме того, ESR влияет на сглаживающие способности конденсатора.

Именно из-за увеличения ESR при старении обычно вздуваются конденсаторы в блоках питания (ну и ещё из-за уменьшения сопротивления изоляции, но об этом ниже). Можно ли как-то уменьшить это негативное влияние ESR? Да легко, для этого надо подключить параллельно несколько конденсаторов, при этом сопротивления тоже окажутся включенными параллельно. В мощных блоках питания так и делают — ставят целые ряды параллельно включенных конденсаторов, хотя в принципе их можно было бы заменить всего одним или двумя, но большей ёмкости. На рисунке показано как уменьшается ESR при параллельном подключении двух одинаковых конденсаторов. Так что, как видите, включить два конденсатора по 470 мкФ может быть более выгодно, чем один на 1000 мкФ.

Второй важный параметр — это сопротивление изоляции. Этот параметр важен потому, что он позволяет оценить так называемые токи утечки. Что это такое? В принципе у нас обкладки конденсатора разделены диэлектриком, который не пропускает электрический ток, но это в идеале. Реально же сопротивление изоляции не бесконечно велико и, соответственно, когда между обкладками конденсатора есть напряжение, то через изоляцию текут так называемые токи утечки (пусть и очень очень маленькие). С учётом сопротивления изоляции конденсатор можно представить как ёмкость, шунтированную резистором. Каков эффект протекания этих токов? Они естественно тоже влияют на нагрев и сглаживающие свойства конденсатора. Обычно сопротивление изоляции всё таки огромно и токи утечки настолько мизерные, что их вообще не учитывают, но по мере старения конденсатора сопротивление изоляции может ослабнуть и токи утечки могут многократно возрасти. Иногда даже можно услышать: «появились токи утечки», как бы подчёркивая, что раньше они были настолько малы, что их вообще не брали в расчёт. Токи утечки, в свою очередь тоже ведут к повышенному нагреву конденсатора. В этом случае конденсатор просто выкидывают и ставят новый.

Ещё одним важным параметром является эквивалентная последовательная индуктивность — ESI. Она так же как и ESR обусловлена собственной индуктивностью выводов и обкладок конденсатора. Этот параметр начинает оказывать заметное влияние с ростом частоты. Помните, реактивное сопротивление ёмкости с ростом частоты уменьшается, а индуктивности, наоборот, увеличивается. Соответственно, при определённой частоте паразитная индуктивность может начать оказывать большее влияние, чем собственно, ёмкость. Именно поэтому, например, большие толстые электролиты, имеющие большую ESI, крайне плохо справляются с фильтрацией высокочастотных помех, а мелкая керамика, у которой ESI маленькая, — отлично. Хотя по логике, чем больше ёмкость — тем меньше реактивное сопротивление на одной и той же частоте, но в том-то и дело, что на высоких частотах главную роль играет уже не ёмкость, а паразитная индуктивность и ESR. Эквивалентная схема реального конденсатора с учётом ESI приведена на рисунке. Из этой схемы вытекает ещё одно интересное наблюдение. Если мы для борьбы с ESR включили несколько конденсаторов параллельно, то ESR мы конечно уменьшим, но при этом ESI такой сборки — увеличится. Это тоже может быть важным. Ну и хотелось бы добавить, что на нормальных платах ряды электролитов обычно шунтированы такими же рядами керамики (имеющей низкие ESI и ESR), как раз для фильтрации ВЧ помех, которые остаются незамеченными электролитами (с их высокими ESI и ESR).

Идём дальше. Ещё один такой параметр, который очень трудно найти, но тем не менее он существует и иногда его надо учитывать — это максимально допустимый пульсирующий ток через конденсатор, или сокращённо RCR (ripple current ratio, что можно перевести как «величина пульсирующего тока» или «размер токовых пульсаций»).

Ну и наконец последнее, на чём хочется остановиться — это тангенс угла потерь (tgd). Этот параметр равен отношению активной мощности, выделяемой на конденсаторе к реактивной мощности. Активная мощность — это понятное дело в основном мощность обусловленная ESR и сопротивлением изоляции. Реактивная мощность обусловлена ёмкостью и паразитной индуктивностью. Я думаю вполне понятно, что tgd также очень сильно зависит от частоты (потому что компоненты, которые определяют этот параметр зависят от частоты), поэтому сравнивать tgd у разных конденсаторов имеет смысл только когда они измерены для одной и той же частоты. Обычно есть стандартные частоты, на которых измеряют tgd. Буржуины иногда выражают этот параметр в % и называют DF (dissipation factor — фактор рассеяния или фактор потерь) или просто D. А поскольку они очень дотошные товарищи, то у них иногда можно найти даже график зависимости DF от частоты (один раз такой видел).

Обычно если у производителей конденсаторов и можно что-то найти, то это ESR или tgd (DF), но тем не менее надо помнить и про паразитную индуктивность, и про возможность появления токов утечки, и про максимальный ток.

Cпособы маркировки конденсаторов.

Часть 1. Заряды, потенциалы, напряжение, ток, сопротивление…
Часть 2. Как работают конденсаторы. Основные параметры конденсаторов.

Конденсаторы

— learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 76

Теория конденсаторов

Примечание : Материал на этой странице не совсем критичен для понимания новичками в электронике … и к концу все становится немного сложнее. Мы рекомендуем прочитать раздел Как делается конденсатор , остальные, вероятно, можно было бы пропустить, если они вызывают у вас головную боль.

Как делается конденсатор

Условное обозначение конденсатора на самом деле очень похоже на то, как он сделан.Конденсатор состоит из двух металлических пластин и изоляционного материала, называемого диэлектриком . Металлические пластины расположены очень близко друг к другу, параллельно, но между ними находится диэлектрик, чтобы они не соприкасались.

Ваш стандартный конденсаторный сэндвич: две металлические пластины, разделенные изолирующим диэлектриком.

Диэлектрик может быть изготовлен из всех видов изоляционных материалов: бумаги, стекла, резины, керамики, пластика или всего, что препятствует прохождению тока.

Пластины изготовлены из проводящего материала: алюминия, тантала, серебра или других металлов. Каждый из них подключен к клеммному проводу, который в конечном итоге подключается к остальной части схемы.

Емкость конденсатора — сколько в нем фарад — зависит от его конструкции. Для большей емкости требуется конденсатор большего размера. Пластины с большей площадью перекрытия поверхности обеспечивают большую емкость, а большее расстояние между пластинами означает меньшую емкость. Материал диэлектрика даже влияет на то, сколько фарад имеет колпачок.Полная емкость конденсатора может быть рассчитана по формуле:

где ε _r — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика (постоянное значение, определяемое материалом диэлектрика), A — площадь перекрытия пластин друг с другом, а d — расстояние между пластинами.

Как работает конденсатор

Электрический ток — это поток электрического заряда, который электрические компоненты используют, чтобы загораться, вращаться или делать то, что они делают.Когда ток течет в конденсатор, заряды «застревают» на пластинах, потому что они не могут пройти через изолирующий диэлектрик. Электроны — отрицательно заряженные частицы — засасываются одной из пластин, и она становится в целом отрицательно заряженной. Большая масса отрицательных зарядов на одной пластине отталкивает, как заряды, на другой пластине, делая ее заряженной положительно.

Положительный и отрицательный заряды на каждой из этих пластин притягиваются друг к другу, потому что это то, что делают противоположные заряды.Но с диэлектриком, сидящим между ними, как бы они ни хотели соединиться, заряды навсегда останутся на пластине (до тех пор, пока им не будет куда-то идти). Стационарные заряды на этих пластинах создают электрическое поле, которое влияет на электрическую потенциальную энергию и напряжение. Когда заряды группируются на таком конденсаторе, крышка накапливает электрическую энергию так же, как батарея может накапливать химическую энергию.

Зарядка и разрядка

Когда на пластинах конденсатора сливаются положительный и отрицательный заряды, конденсатор становится на заряженным .Конденсатор может сохранять свое электрическое поле — удерживать свой заряд, потому что положительный и отрицательный заряды на каждой из пластин притягиваются друг к другу, но никогда не достигают друг друга.

В какой-то момент пластины конденсатора будут настолько заряжены, что просто не смогут больше принимать их. На одной пластине достаточно отрицательных зарядов, чтобы они могли отразить любые другие, которые попытаются присоединиться. Здесь вступает в игру емкость (фарад) конденсатора, которая говорит вам о максимальном количестве заряда, которое может хранить конденсатор.

Если в цепи создается путь, который позволяет зарядам найти другой путь друг к другу, они выйдут из конденсатора, и он разрядит .

Например, в схеме ниже можно использовать батарею для создания электрического потенциала на конденсаторе. Это вызовет нарастание одинаковых, но противоположных зарядов на каждой из пластин, пока они не станут настолько полными, что оттолкнут ток от протекания. Светодиод, расположенный последовательно с крышкой, может обеспечивать путь для тока, а энергия, запасенная в конденсаторе, может использоваться для кратковременного освещения светодиода.

Расчет заряда, напряжения и тока

Емкость конденсатора — сколько в нем фарад — говорит вам, сколько заряда он может хранить. Сколько заряда в конденсаторе хранит в настоящее время , зависит от разности потенциалов (напряжения) между его пластинами. Эта взаимосвязь между зарядом, емкостью и напряжением может быть смоделирована следующим уравнением:

Заряд (Q), накопленный в конденсаторе, является произведением его емкости (C) и приложенного к нему напряжения (V).

Емкость конденсатора всегда должна быть постоянной известной величиной. Таким образом, мы можем регулировать напряжение для увеличения или уменьшения заряда крышки. Больше напряжения означает больше заряда, меньше напряжения … меньше заряда.

Это уравнение также дает нам хороший способ определить значение одного фарада. Один фарад (F) — это способность хранить одну единицу энергии (кулоны) на каждый вольт.

Расчет тока

Мы можем пойти дальше по уравнению заряда / напряжения / емкости, чтобы выяснить, как емкость и напряжение влияют на ток, потому что ток — это скорость потока заряда.Суть отношения конденсатора к напряжению и току такова: величина тока , проходящего через конденсатор , зависит как от емкости, так и от того, как быстро напряжение растет или падает . Если напряжение на конденсаторе быстро растет, через конденсатор будет индуцироваться большой положительный ток. Более медленный рост напряжения на конденсаторе означает меньший ток через него. Если напряжение на конденсаторе стабильное и неизменное, через него не будет проходить ток.

(Это некрасиво, и это касается вычислений. Это не все, что нужно, пока вы не перейдете к анализу во временной области, разработке фильтров и другим грубым вещам, поэтому переходите к следующей странице, если вам не нравится это уравнение .) Уравнение для расчета тока через конденсатор:

Часть этого уравнения dV / dt является производной (причудливый способ сказать мгновенной скорости ) напряжения во времени, это эквивалентно тому, «насколько быстро напряжение растет или падает в этот самый момент».Большой вывод из этого уравнения заключается в том, что если напряжение стабильно, , производная равна нулю, что означает, что ток также равен нулю . Вот почему ток не может течь через конденсатор, поддерживающий постоянное постоянное напряжение.

← Предыдущая страница
Условные обозначения и единицы

Работа конденсатора — определение, основные схемы конденсатора, преимущества

Определение

Конденсатор — это электронное устройство, которое используется для хранения электрической энергии.Они используются только для хранения электронов и не способны их производить.

Изобретение конденсатора

За изобретением конденсатора стоит много историй. Известно, что немецкий ученый по имени Эвальд Георг фон Клейст изобрел конденсатор в ноябре 1745 года. Но у него не было никаких подробных записей или записей о своем изобретении. Таким образом, ему была приписана эволюция конденсатора. Спустя несколько месяцев голландский профессор Питер ван Мушенбрук обнаружил похожее устройство под названием Лейденская банка.Ученые подтвердили, что это первый конденсатор. Спустя годы оба ученых получили равное признание за изобретение конденсатора.

Спустя годы Бенджамин Франклин экспериментировал с лейденской банкой и смог сделать конденсатор меньшего размера, названный в его честь Площадь Франклина. Позже английский химик Майкл Фарадей начал эксперименты с лейденской банкой и изобрел первый коммерческий конденсатор. Этот конденсатор был сделан из больших бочек с маслом. Позже это было развито таким образом, что электроэнергия могла доставляться на очень большие расстояния.Нажмите здесь, чтобы узнать больше об истории изобретения конденсатора .

Лейденская банка

Лейденская банка в основном состоит из стеклянной банки, облицованной изнутри и снаружи металлической фольгой, обычно сделанной из свинца. Стеклянная банка была наполовину заполнена водой. Стеклянная банка использовалась в качестве диэлектрика. Сверху стеклянной банки вводится латунный стержень. Затем в сосуд подавали статический заряд от латунного стержня. Когда это доставлено, банка будет хранить два равных, но противоположных заряда в равновесии, которые переходят на землю, если дан заземляющий провод.Фигура лейденской банки приведена ниже.

: Лейденская банка

Работа конденсатора

Конденсатор состоит из двух металлических пластин, разделенных непроводящим веществом или диэлектриком. Взгляните на приведенный ниже рисунок, чтобы узнать о диэлектрике в конденсаторе.

: работа конденсатора

Хотя любое непроводящее вещество может быть использовано в качестве диэлектрика, практически некоторые специальные материалы, такие как фарфор, майлар, тефлон, слюда, целлюлоза и так далее.Конденсатор определяется типом выбранного диэлектрика. Он также определяет применение конденсатора.
В зависимости от размера и типа используемого диэлектрика, конденсатор может использоваться как для высокого, так и для низкого напряжения.
Для применений в схемах радионастройки в качестве диэлектрика обычно используется воздух. для применения в схемах таймера майлар используется в качестве диэлектрика. Для высоковольтных приложений обычно используется стекло. Для применения в рентгеновских аппаратах и аппаратах МРТ в основном предпочтительна керамика.
Металлические пластины разделены расстоянием «d», и между пластинами помещен диэлектрический материал.
Диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика = e0e ……………… e0 — диэлектрик воздуха.

Диэлектрический материал является основным веществом, которое помогает сохранять электрическую энергию.

Определение емкости

В основном есть две концепции определения емкости. Электрическая концепция представлена ниже.
Емкость называется накопительным потенциалом конденсатора.Другими словами, для существующей разности потенциалов или напряжения «V» на пластинах емкость называется величиной заряда «Q», накопленного между пластинами.

Емкость, C = Q / V
Физическая концепция емкости заключается в том, что емкость определяется физическими характеристиками двух пластин, так что емкость равна отношению между квадратной площадью пластины и расстоянием между пластинами, умноженное на за счет диэлектрика материала между пластинами

Емкость, C = e0e A / d

Работа конденсатора — видео

Фарад

Емкость конденсатора измеряется в единицах, называемых фарадами.
Говорят, что конденсатор имеет емкость 1 Фарад, когда конденсатор может удерживать 1 ампер-секунду электронов при 1 вольте при скорости потока электронов 1 кулон электронов в секунду. Поскольку 1 Фарад — большое значение, конденсаторы обычно указываются в микрофарадах.

Базовые схемы конденсаторов

1. Конденсатор, подключенный к батарее

Конденсатор, подключенный к батарее, показан ниже.

: Конденсатор подключен к батарее

Напряжение «V» появляется на конденсаторе, создавая емкость «C» и ток «I».Напряжение, создаваемое батареей, принимается пластиной, которая подключена к минусу батареи. Точно так же пластина на конденсаторе, которая прикрепляется к положительной клемме батареи, теряет электроны в батарее. Таким образом, конденсатор начинает заряжаться по уравнению

dq = C * dV, где dQ — небольшое изменение заряда, а dV — небольшое изменение напряжения.
Таким образом, ток можно выразить как
I = C * dV / dt.
Когда конденсатор полностью заряжен, он будет иметь такое же напряжение, как и батарея.

2. Конденсатор, включенный последовательно

Конденсаторы C1 и C2, соединенные последовательно, показаны на рисунке ниже.

: конденсатор последовательной цепи

Когда конденсаторы подключены последовательно, общее напряжение «V» от батареи делится на V1 и V2 на конденсаторах C1 и C2. Общий заряд «Q» будет зарядом общей емкости.
Напряжение V = V1 + V2

Как и в любой последовательной цепи, ток I одинаков на всем

Следовательно, общая емкость цепи Ctotal = Q / V = Q / (V1 + V2)

Это можно дополнительно рассчитать как 1 / Ctotal = 1 / C1 + 1 / C2

Таким образом, для схемы с числом последовательно соединенных «n» конденсаторов

1 / Cобщ. = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3 + …… + 1 / Cn

3.Конденсатор подключен параллельно

Как показано на рисунке, два конденсатора C1 и C2 включены параллельно. Напряжение на обоих конденсаторах будет одинаковым, «В». Заряд конденсатора C1 равен Q1, а заряд конденсатора C2 равен Q2. Таким образом, мы можем записать уравнения как
C1 = Q1 / V и C2 = Q2 / V.
Общая емкость, Ctotal = (Q1 + Q2) / V = Q1 / V + Q2 / V = C1 + C2

Если имеется «n» конденсаторов, включенных параллельно, то общая емкость может быть записана как

Cобщ. = C1 + C2 + C3 +… + Cn

: конденсатор параллельной цепи

Преимущества

Поскольку конденсатор может разрядиться за доли секунды, он имеет очень большое преимущество.Конденсаторы используются в приборах, требующих высокой скорости, например, во вспышках фотоаппаратов и в лазерных технологиях.
Конденсаторы используются для удаления пульсаций путем удаления пиков и заполнения впадин.
А пропускает переменное напряжение и блокирует постоянное напряжение. Это использовалось во многих электронных приложениях.

Конденсатор: что это такое, что он делает и как работает, апрель 1960 г. Популярная электроника

Апрель 1960 г. Популярная электроника

Стол содержания

Воск, ностальгирующий по истории ранней электроники.См. Статьи с Популярная электроника, опубликовано с октября 1954 года по апрель 1985 года. Настоящим подтверждаются все авторские права.

Вот очень красивый грунт на конденсаторах, которые появились в апрельском выпуске журнала Popular Electronics за 1960 год. Охватывается много вопросов, включая историю, форм-факторы, типы диэлектриков (керамические упоминается как новая разновидность в то время), приложения и т. д. Интересно, что единицы пикофарад (пФ) все еще назывались мкфарадами.Фактически, поскольку не еще много работы было сделано в области гигагерц (ГГц), было не так много используйте для pF, кроме, возможно, настройки отклика фильтра. Автор Кен Гилмор раскрывает смысл юмора при написании ранних экспериментов с емкостью, как он говорит: «Поскольку они не могли думать о многом, что делать с лейденской банкой, кроме как стоять и шокировать друг друга, у них не было необходимости в точной системе измерения накопленного заряда, или емкость банки.«

Конденсатор: что это такое, для чего он нужен и как работает

Кен Гилмор,

Конденсатор был изобретен в 1745 году экспериментаторами, искавшими способ чтобы «конденсировать» и хранить это недавно открытое любопытство, электричество. Хотя многие их идеи были ошибочными, они были очень близки к тому, чтобы сделать то, что намеревались сделать! Сегодняшние конденсаторы бывают тысяч разных размеров, форм и цветов. Это жизненно важно в эксплуатации всего, от семейного автомобиля до управляемые ракеты; но он делает то же самое и работает по тому же принципу как его далекий предок обнаружил в лаборатории Лейденского университета над два века назад.

Хранение заряда — что такое конденсатор?

Огромная молния падает на землю с оглушительным раскатом грома. Возможно, это. самая яркая демонстрация емкости в действии.

Управляемая ракета устремляется в небеса на столбе пламени. Без конденсаторов выполняя сотни различных работ над системами наведения, управления и стрельбы, он никогда не оторвался бы от земли.

Ваши радиоприемники и телевизоры изобилуют конденсаторами, которые используются в десятках различных способами.Радиостанции и телеканалы используют тысячи из них.

Ни ваш электрический холодильник, ни ваш машина заводилась без конденсаторов; ваши флуоресцентные лампы останутся темными.

Конденсаторы выделяют лампы-вспышки фотографов, помогают эффективно подавать электроэнергию к вашему дому, автоматически запускайте фонтаны с водой и открывайте двери при приближении их.

Что это за странное явление емкости, которое окружает нас повсюду? Как это работает? Что вызывает это? Что оно делает?

Ответ кажется слишком простым.Конденсатор — это устройство, которое может хранить электрический заряд. Благодаря этому, казалось бы, скромному достижению, он может выполнять удивительное разнообразие рабочих мест и является одним из самых важных в нашей электротехнической и электронные слуги.

Емкостный режим — Принцип работы конденсатора

Вы когда-нибудь ходили по ковру в прохладный и сухой день и чувствовали, как из него прыгает искра? ваши пальцы на дверной ручке, когда вы потянулись, чтобы открыть дверь? Знали ли вы это или нет, ваше тело было частью заряженного конденсатора; стены комнаты — включая дверь и дверную ручку — были другой частью.Вы создали электрическую зарядить, пройдя по коврику. Трение между вашей обувью и ковриком отложилось избыток электронов на вашем теле, каждый из которых помогает накапливать все больше и больше отрицательный заряд. Одновременно положительный заряд точно такой же силы скапливался на стенах.

Когда вы подошли к двери, конденсатор разрядился. Избыточные электроны в вашем теле перепрыгнул через пространство между пальцами и дверной ручкой, чтобы нейтрализовать заряд.

Конденсатор, образованный вашим телом и комнатой, очень отличается от тех. используется в радио, но работает точно так же. Радиоконденсатор обычно изготовлены из двух и более металлических пластин, параллельных друг другу, но не соприкасающихся. Они заряжаются, а не тереться о ковер (это можно было бы сделать так, но есть способ получше), но подключив их к батарее переключателем как показано на диаграмме справа.

Зарядка конденсатора

При разомкнутом переключателе нет заряда тарелки.Когда переключатель замкнут, положительный полюс батареи начинает притягивают свободные электроны от присоединенной к ней пластины, в то же время отрицательный вывод начинает вытеснять большое количество лишних электронов на пластину подключен к нему. Все больше и больше электронов накапливаются на пластине, заставляя ее непрерывно Батарею еще труднее насаживать на нее. Таким образом, одна тарелка занимает на отрицательном заряде, другой — на положительном.

Вскоре батарея переместила все электроны, на которые она могла.Поток прекращается; конденсатор полностью заряжен. Если бы теперь он был отключен и измерялось напряжение на нем, с помощью измерителя с очень высоким импедансом оно будет равно напряжению батареи.

Конденсатор фактически накапливает энергию в своем диэлектрике, то есть в изоляционном материал между металлическими пластинами. Диэлектрик может быть воздушным или любым другим изолятором.

Практические конденсаторы производятся с десятками различных видов диэлектриков, Это теоретическое представление показывает, как хранится заряд.В незаряженном конденсаторе количество свободных электронов в обеих пластинах одинаково. Электроны в молекулах диэлектрика можно увидеть, вращаясь вокруг своих ядер.

При подаче заряда картинка меняется. На отрицательной пластине теперь есть все свободных электронов. Поскольку это основной закон электричества, который как заряд отталкиваются друг от друга и, в отличие от зарядов, притягиваются, вращающиеся электроны в диэлектрике отталкиваются отрицательной пластиной и притягиваются к положительной.Они двигаются как можно дальше к положительной пластине, которая растягивает молекулы диэлектрик не по форме. Эти деформированные молекулы подобны пружинам, находящимся под напряжением: они пытаются вернуться к своей нормальной форме.

Пока подано напряжение зарядки, они ничего не могут сделать. Но если проводник Между двумя пластинами проходит путь, молекулы диэлектрика отрываются, выталкивание лишних электронов из отрицательной пластины и разряд конденсатора.

Способность конденсатора сохранять напряжение называется емкостью. Вы можете иногда слышу, что это называется емкостью, но емкость грамматически верна.

Сжигание лампы-вспышки

Какая практическая польза от способности конденсатора накапливать заряд? Фотографов используйте его одним из самых простых и очевидных способов. В одном из типов вспышек они зарядите конденсатор, затем подключите лампу-вспышку к заряженным пластинам.Все электроны, накопленные на отрицательной стороне, пытаются за один раз устремиться к положительной пластине, через лампу-вспышку. Этот всплеск тока зажигает лампочку. (См. Схемы вверху следующей страницы.)

Почему бы не подключить аккумулятор напрямую к лампочке? Это можно было бы сделать, если бы большой было использовано достаточно батареи. Такая сверхмощная батарея могла обеспечить достаточный ток для включения лампы-вспышки. Но гораздо более легкое и компактное устройство, весящее всего несколько единиц. унции можно заставить делать ту же работу с помощью конденсатора.

Батарея, способная выдавать лишь небольшую струйку тока — гораздо меньшую, чем могла бы Требуется зажечь лампочку — можно использовать. Через некоторое время струйка накапливает мощный заряд на конденсаторе так же, как крошечный поток воды может в конечном итоге заполнить большой резервуар. Когда конденсатор полностью заряжен, он может подавать импульс тока даже более мощный, чем тяжелая батарея, и таким образом легко зажгите лампу-вспышку.

Положительные и отрицательные

О «положительном» и «отрицательном» заряде сказано много.Но Вы когда-нибудь задумывались, почему один полюс батареи называется положительным, а другой отрицательный? На самом деле это все ошибка, потому что то, что мы называем отрицательным, — это на самом деле положительный, и тот, который мы называем положительным, это … Но, может быть, нам стоит начать с начала.

Старый Бен Франклин совершил первоначальную ошибку. Никто точно не знал, в каком направлении ток потек. Так предположил Франклин. Он назвал один полюс положительным, другой отрицательным, основанный на рассуждениях, что ток идет от положительного полюса, который он визуализировал как имеющий избыток тока, к отрицательному полюсу, который имел недостаток.

У него был пятьдесят на пятьдесят шансов угадать, но удача была против него. Много спустя годы было установлено, что ток действительно течет в обратном направлении. К тому времени положительная и отрицательная терминология утвердилась и стала решил, что никаких изменений вноситься не будет.

Независимо от того, правильные или неправильные этикетки, важно учитывать полярность. во многих конденсаторных цепях. Например, электролитические конденсаторы, используемые в расходные материалы будут испорчены, если они будут подключены с неправильной полярностью.

Конденсаторы в блоках питания

Емкостные «фильтры» часто используются в источниках питания для сглаживания пульсирующий постоянный ток, выход из выпрямительной цепи переменного тока, что позволяет ток, который нужно преобразовать в постоянный ток.

Без емкостного фильтра источник питания вырабатывает пульсирующий постоянный ток. Нынешние Луки только в одну сторону, но не стабильно. Картина пульсирующего d.c. от двухполупериодного блока питания выглядит так:

Но радио- и ТВ-приемникам нужен источник чистого постоянного тока, который повышается до определенного уровень напряжения и остается там.

Конденсатор, подключенный к источнику питания, дает именно этот эффект. Как напряжение повышается до максимума, конденсатор заряжается. Когда напряжение источника питания снова падает до нуля, конденсатор начинает разряжаться и помогает поддерживать напряжение близко к максимальному уровню до следующего скачка напряжения питания, который заряжает конденсатор снова для следующего цикла.

Вы можете заметить, что напряжение не остается точно на максимальном уровне во время разряда конденсатора. Но если компоненты схемы правильных значений выбран, он остается достаточно близко, так что разница не имеет значения.

Легко определить, когда конденсатор фильтра (или конденсаторы) в вашем радио идет плохо. Когда конденсатор начинает падать во время работы, пульсация становится больше. и больше. Вскоре это начинает сказываться на работе всего комплекта, и вы слышите громкий гул.По мере того, как становится хуже, речь и музыка искажаются или искажаются; тогда тяжелый гул — это все, что вы можете услышать.

Приложения в цепях переменного тока

Два упомянутых выше примера использования конденсаторов — фотовспышка и фильтр — иметь дело с d.c. напряжения и токи. Но функция конденсатора переменного тока схемы возможно даже более важно. Чтобы понять, как это работает, давайте взглянем на две пластины и снова установка батареи.Только на этот раз их связывает — двухполюсный двухпозиционный переключатель, то есть переключатель, который может быстро реверсировать полярность зарядного тока, подаваемого на конденсатор.

При повороте переключателя влево конденсатор заряжается. Откройте переключатель и конденсатор сохраняет заряд.

Теперь переключатель повернут вправо. Это подключает конденсатор к батарее. снова, но с обратной полярностью; отрицательная пластина теперь подключена к положительный полюс аккумуляторной батареи и наоборот.

Электроны быстро проходят через батарею от отрицательной пластины к положительный, разряжающий конденсатор. Затем он снова заряжается, но на этот раз с противоположная полярность. Показанный амперметр, соединенный последовательно с одной пластиной, покажет текущий поток во время этого процесса.

Если переключатель находится влево, счетчик будет показывать протекающий ток, в то время как конденсатор заряжается. Когда переключатель перевернут, измеритель показывает ток в обратном направлении, в то время как конденсатор разряжает свой старый заряд и берет по новой.Если переключатель поворачивать вперед и назад достаточно быстро, глюкометр будет показать, что ток течет все время — сначала в одном направлении, затем в другом.

Таким образом, ясно, что даже если постоянный ток не может протекать в конденсаторе цепь (кроме кратковременного периода зарядки), переменный ток может быть включен течь непрерывно, поочередно заряжая и разряжая конденсатор. Положить Иначе говоря, конденсатор «блокирует» постоянный ток, но «пропускает» переменный ток.Этот способности используются бесчисленными способами. Вот, например, упрощенный усилитель схема, демонстрирующая эффект.

Сигнал вводится в цепь сетки лампы, усиливается и уходит. через пластинчатый контур. Чтобы трубка работала, тарелку нужно держать на высоком положительное напряжение — скажем, 200 вольт — в то время как сетка должна быть немного отрицательной.

Поскольку электронные лампы обычно работают с высоким положительным напряжением на пластинах и низкое отрицательное напряжение в сети, очевидно, возникает проблема: как трубки должны быть соединены между собой пластина-сетка без нарушения их соответствующих d, c, рабочие уровни?

Конденсатор изготавливается на заказ для этой работы.Поскольку усиливаемый сигнал это переменный ток, он легко пройдет через конденсатор, в то время как постоянный ток, рабочее напряжение будет заблокирован.

Конденсатор, используемый таким образом, называется конденсатором связи или разделительным конденсатором. Или имя правильное.

Способность конденсатора пропускать переменный ток. блокируя постоянный ток, также полезен в другом вид связи. Например, сигналы часто появляются там, где они не нужны. Конденсатор может «замкнуть» такой нежелательный сигнал на землю, оставляя цепь d.c, напряжение не изменилось. Это называется «обход».

Неограниченная универсальность — значения, типы, использование конденсаторов

Конденсатор был изобретен еще в октябре 1745 года деканом Э. Г. фон Клейстом из Камминский собор в Померании. Через несколько месяцев — в январе 1746 года — Питер фон Мушенбрук, профессор Лейденского университета, сделал такое же открытие. все сначала. Каким-то образом Musschenbroek получил признание, и первые конденсаторы были назвал Лейденские банки в честь своего университета.Возможно, вы видели его в физике лаборатория; их до сих пор иногда используют для демонстрации принципа емкости.

Лейденская банка — это просто бутылка, у которой примерно три четверти внутреннего а внешние поверхности покрыты металлической фольгой. Два куска фольги изолированы. друг от друга стеклянным диэлектриком. Латунный стержень проходит через стопор и контактирует с внутренней фольгой.

Ранние экспериментаторы использовали сосуд, потому что они искали способ «уплотнить» и хранить электричество.Поскольку они думали об электричестве как о жидкости, они полагали, что банка была бы как раз тем, что могло бы его вместить. Название конденсаторное, которое до сих пор часто использованный вместо конденсатора, происходит из этих ранних попыток конденсировать электричество.

Мушенбрук и его соратники обнаружили, что если они коснутся медного стержня от лейденской банки до «электрической машины» (у них был примитивный электростатический генератор), банка сохранила заряд. Вы можете получить шок, удерживая внешнюю фольгу одной рукой и касаясь стержня другой.

Так как они не могли придумать ничего общего с лейденской банкой, кроме как стоять рядом и шокируют друг друга, им не нужна была точная система измерения накопленный заряд или емкость емкости.

По мере развития науки об электричестве стало очевидно, что система измерение было необходимо. Итак, была выбрана основная единица измерения емкости. Он был назван Фарад, после Майкла Фарадея, одного из великих пионеров электротехники.

Фарад представляет собой определенное количество «запасаемой мощности» или емкости. Фактически использования, фарада оказалась слишком большой единицей, поэтому практичные конденсаторы обычно измеряется в микрофарадах (mf.) — одна миллионная фарада, и в микрофарадах (ммф.) — одна миллионная микрофарада. (Согласно одной системе обозначений, В аббревиатуре «μ» заменено на «m». Таким образом, «мф.» становится «μf.» и «ммф.» становится «μμf». Значение в обоих случаях одно и то же.) Другими словами:

1 мф. (или мкФ) = 0,000001 фарад

1 ммс. (или мкФ) = 0,00000000000001 фарад

Переменные конденсатора

Емкость любого конденсатора определяется четырьмя факторами. Возьмем посмотрите на каждого.

1. Размер тарелок. Большие пластины могут удерживать больший заряд (больше электронов) чем маленькие тарелки.

2. Разделение тарелок. Чем ближе пластины друг к другу (без касаясь), тем больший заряд они могут хранить.

3. Количество пластин. Чем больше пластин, тем больше емкость.

4. Диэлектрическая проницаемость. Каждый диэлектрический материал имеет свои собственная диэлектрическая проницаемость. Воздух имеет произвольно назначенную константу, равную 1. Слюда имеет константа около 7. Это означает, что слюда будет хранить примерно в семь раз больше заряда этот воздух может справиться со всеми остальными факторами.Бумага имеет диэлектрическую проницаемость их около 5, а некоторых видов керамики более 1000! У разных веществ разные константы, потому что каждая молекула имеет разную «естественную эластичность», что позволяет одни для хранения значительно большего количества энергии, чем другие. Среди часто используемых диэлектрики — пластмассы различных видов, воздух, слюда, бумага.

Типы конденсаторов

Вот некоторые из наиболее распространенных типов конденсаторов, классифицированных в соответствии с диэлектрический материал.

Бумажные конденсаторы состоят из длинных полосок алюминиевой фольги, плотно обернутых в рулон, разделенный бумажным диэлектриком. Чтобы бумага стала лучше изолятором (чтобы предотвратить пробой конденсатора при подаче высокого напряжения на его обкладки), обычно его пропитывают маслом, воском или пластиком.

Пластиковые конденсаторы аналогичны, но в них используются тонкие листы пластика — майлар а другие — как диэлектрик. У них одинаковое применение и примерно одинаковый размер. как бумажные конденсаторы.

Металлизированные бумажные конденсаторы — еще один вариант той же базовой тип. Вместо полосок алюминиевой фольги обкладки этого конденсатора микроскопически тонкие слои металла, нанесенные методом напыления на диэлектрическую бумагу. Поскольку пластины такие тонкие, конденсатор можно свернуть в гораздо меньший размер. корпус, чем стандартный конденсатор той же емкости.

Все эти варианты бумажного конденсатора широко используются в связке, байпасе, и схемы регулировки тембра.Обычно они трубчатые, а их емкость варьируется от около 250 мкФ. до 1,0 мкФ. или больше. Они имеют номинальное напряжение до 1600 вольт. — то есть выдерживают 1600 вольт без пробоя напряжения через диэлектрик и разрушающий конденсатор. Однако чаще всего используются конденсаторы в Диапазон 400-600 вольт.

Между различными типами существуют незначительные различия. Пластиковые конденсаторы могут быть легче сконструировать, чтобы выдерживать более высокие напряжения. Металлизированные, как уже говорилось ранее, меньше и стоят дороже.За этими исключениями три типа обычно взаимозаменяемые.

Печатная полоса вокруг одного конца этих трубчатых конденсаторов показывает, какой вывод соединяется с внешним слоем фольги. Как правило, провод, отмеченный таким образом, должен быть подключен к «низкой» стороне цепи. Другими словами, подключите его к заземление, если возможно, или на сторону цепи, электрически ближайшую к земле потенциал. Полоса не указывает полярность подключений.Когда конденсатор используется таким образом, внешний слой фольги служит электростатическим экраном, поэтому что на работу конденсатора не будут влиять другие паразитные поля в пределах схема.

Масляные конденсаторы также используют слой бумаги в качестве диэлектрика; бумага пропитан специальным маслом, что придает ему высокую емкость и высокое напряжение. Обычно они используются как фильтры высоковольтных источников питания. Емкость варьируется от 1.0 мкФ. до 20,0 мкФ. или больше.

Масляные конденсаторы обычно помещаются в тяжелую канистру и могут иметь номинал 1000. вольт или больше.

Конденсаторы слюдяные

изготавливаются из ряда плоских металлических полос (олово, медь, алюминий, и др.), разделенные листами слюды. Чередующиеся пластины соединяются вместе, и Вся сборка отлита в блок из пластика или керамики.

Их емкость варьируется от 10 мкФ. к .01 мкф. Слюда необычно хороший изолятор, поэтому конденсаторы со слюдяным диэлектриком могут быть построены с номинальными характеристиками до 5000 вольт и более и используются в высоковольтных передающих цепях.

В керамических конденсаторах нового типа в качестве диэлектрика используются листы керамики. В пластины обычно представляют собой серебро, наплавленное из паровой фазы. Керамический конденсатор обычно имеет только две пластины — по одной с каждой стороны керамического диска или одна на внешней стороне и одна на внутренняя поверхность керамической трубки.

Поскольку керамика имеет очень высокую диэлектрическую проницаемость, до 1200, относительно большая значения емкости могут быть получены с небольшими конденсаторами. Также утеплитель качество керамики отличное, поэтому эти агрегаты могут быть легко сконструированы для работы на несколько тысяч вольт. Они широко используются на телевидении, в военных и спутниковых сетях. оборудование связи и другие критические цепи.

Благодаря передовым технологиям производства стоимость керамики снизилась примерно до такой же диапазон, как у бумаги.У них есть один недостаток: они не так легко доступны. в больших общих ценностях.

Электролитические конденсаторы содержат наибольшую емкость в самое маленькое пространство. Они бывают размером до нескольких тысяч микрофарад, с рабочее напряжение до 600 вольт. Банки диаметром не менее дюйма и от четырех до шести дюймов длиной, которые устанавливаются поверх почти каждого шасси радио и телевизора электролитические конденсаторы. Обычно они используются в качестве фильтров источника питания.

Электролитики имеют чрезвычайно высокие значения емкости, поскольку диэлектрик толщиной всего несколько миллионных дюйма. Конденсатор изготавливается методом окунания. алюминиевый лист в электролитический раствор и создание тока от раствор алюминия. Под действием тока образуется слой оксида. на тарелке. Когда слой полностью сформирован, алюминий готов к работе. положительная пластина конденсатора. Диэлектрик — оксидное покрытие — уже на месте.Агрегат запечатан в канистре, наполненной проводящей жидкостью, которая становится отрицательная пластина готового конденсатора.

Это описание так называемого «мокрого» электролита. Также существует «сухой» электролитический. Единственная разница в том, что «мокрый» использует реальный раствор, а «сухой» имеет пропитанный слой марли между пластинами. На практике практически исчезли мокроты, потому что сухие удобнее производить, хранить, и пользуйся.

Электролитики, как и большинство других компонентов, становятся все меньше и меньше в этот век миниатюризации. Недавно разработанный тип — травленный алюминиевый электролит. — упаковывает еще большую емкость в меньший объем за счет использования пластины с были приданы шероховатости химическим травлением. Сильно увеличенное поперечное сечение травленого алюминий можно сравнить с обычной полированной поверхностью вот так:

Очевидно, протравленная пластина имеет гораздо большую площадь поверхности, контактирующей с электролитом, и, следовательно, имеет большую емкость.Травленый алюминиевый конденсатор включен. на рынке, но значительно дороже обычного электролитического. Его дополнительная стоимость, конечно, стоит разницы в таких разнообразных приложениях как слуховые аппараты и ракеты, где очень важны вес и размер.

У электролитиков

есть несколько недостатков. Во-первых, ток утечки больше чем для любого другого типа. Во-вторых, у электролита есть положительный и отрицательный отрицательный терминал.Поэтому его нельзя использовать при изменении полярности (в переменном токе, схемы, например). Необходимо внимательно следить за тем, чтобы он был правильно подключен. Даже несколько секунд воздействия напряжения неправильной полярности могут испортить электролит. или даже заставить его взорваться.

Переменные воздушные конденсаторы используются в каждой радиостанции для настройки на разные станции.

Один из комплектов пластин закреплен на раме и называется статором.В другой набор, который движется, называется ротором. Естественно, как и во всех конденсаторах. в два набора тарелок расположены близко друг к другу, но не соприкасаются. Емкость варьируется изменение размера сетки пластин. (Есть постоянные воздушные конденсаторы. Но они редки.)

Переменные воздушные конденсаторы имеют размер от долей мкФ. до 1200 мкФ. или больше. Те, которые используются в низковольтных приемных цепях, могут иметь от 10 до 30 отдельных пластин. менее чем на одну сотую дюйма.Крупные типы передачи могут иметь от 80 до 100 тарелки. разделенные полдюйма или более.

Переменные воздушные конденсаторы часто собираются вместе. Это означает, что несколько независимых конденсаторы расположены вдоль одного вала так, что они вращаются вместе. В этом случае, одновременно можно настраивать несколько контуров.

Хотя мы упомянули только фиксированную слюду, бумагу, масло, керамику и пластик. конденсаторы, есть переменные конденсаторы, в которых также используются некоторые из этих диэлектриков.Но в большинстве переменных конденсаторов в качестве диэлектрика используется воздух. Единственное распространенное исключение к этому относится небольшой слюдяной «подстроечный» конденсатор, который есть в большинстве радиоприемников. Эти блоки с емкостью всего несколько мкФ регулируются отверткой. Они используются для внесения незначительных изменений в схемы, в которых величина емкости имеет решающее значение. Например, гетеродин в супергетеродинном приемнике настроен на точную частоту с помощью слюдяного триммера.

Пока что перечислены только основные типы конденсаторов.Здесь очень много другие: вакуум, стекло, стекловидная эмаль, полистирол, тантал, Milinex и даже один с потрясающим названием политетрафторэтлен. У каждого свое преимущество и специальное использование. А некоторые, например тантал, становятся все более популярными.

Готовая рабочая лошадка

Многочисленные упомянутые до сих пор способы использования конденсаторов практически не царапают поверхность работ, для которых подходит этот универсальный компонент.Каждое радио, Например, телевизор или передатчик или приемник связи должны работать на определенной заранее заданной частоте. Сигнал, отправляемый передатчиком, должен колебаться или вибрировать с определенной скоростью — столько раз в секунду. Получатели должны настроиться на эту точную частоту, чтобы уловить сигнал. Конденсаторы играют важную роль участие в цепях, определяющих рабочую частоту. Измените емкость и частота меняется. Когда вы настраиваете радио, вы регулируете емкость цепей настройки.

Еще одна важная функция конденсатора — формирование волны. Наиболее распространенная форма волны это синусоида.

Электроэнергия, которая поступает в наши дома, находится в этой форме; это тоже форма выхода обычного генератора. Но для определенных целей — радар, телевидение, телеметрия, и это лишь некоторые из них — должны производиться сигналы самых разных форм.

Эти и тысячи других форм волны могут быть сформированы путем соединения конденсаторов. в различных комбинациях с другими компонентами.

Небесные заряды

О, да, еще кое-что. Какое отношение емкость имеет к молнии? В ненастная погода, стремительно поднимаются воздушные потоки. Частицы водяного пара в облаках проносится мимо других неподвижных частиц, и заряд накапливается за счет трения, просто как это происходит, когда обувь трутся о ковер. Заряд на облаках, сначала небольшой, быстро накапливается. В то же время подобный, но противоположный заряд накапливается. на земле под облаком.Когда облако мчится по небу, заряд движется по земле — его можно измерить с помощью подходящего оборудования.

Все выше и выше накапливается заряд, по мере того как проносятся все больше частиц водяного пара, каждое добавление к заряду. Сначала его можно измерить в вольтах, потом миллионах, потом триллионы вольт от облака до земли. Наконец, гигантский конденсатор — облако образуя одну плиту, земля другую — «ломается». Заряд дуги над изолирующий диэлектрик (воздух) и ослепляющая вспышка освещает небеса.Мамонт конденсатор разряжается яркой вспышкой молнии.

Емкость — простая способность двух тел накапливать электрический заряд. — таким образом, отвечает за один из наших самых полезных электрических компонентов, а также в то же время, для одного из самых зрелищных представлений природы.

Опубликовано 3 февраля 2020 г. (оригинал 05.07.2012)

Construction and Working — Analyze A Meter

Сегодня мы узнаем о другом важном пассивном электронном компоненте.В нашей предыдущей статье мы узнали о резисторе, теперь поговорим подробнее о конденсаторе.

Электронные компоненты бывают двух типов: активные и пассивные компоненты. Транзисторы, туннельные диоды являются активными компонентами, а резисторы, конденсаторы и т. Д. Являются пассивными компонентами.

В этой статье вы узнаете:

Что такое конденсатор

Конденсатор можно определить как

Конденсатор — это пассивное устройство с двумя выводами, используемое для хранения энергии в виде электрического заряда .Он состоит из двух параллельных пластин, которые отделены друг от друга воздухом или каким-либо другим изолирующим устройством, например бумагой, слюдой, керамикой и т. Д.

В этом уроке мы собираемся добавить тень на емкость , символ, маркировка, конструкция, и как она работает и т. д. .

Перед тем, как узнать о его работе, необходимо знать символы и маркировку конденсаторов.

Конструкция конденсатора:

Как показано на рисунке ниже, ясно видно, что конденсатор обычно конструируется с использованием двух или более параллельных проводящих пластин, которые отделены друг от друга изоляционным материалом.Этот изоляционный материал известен как диэлектрик .

Проводящие металлические пластины конденсатора могут иметь любую форму, например квадратную, круглую или прямоугольную, цилиндрическую или сферическую, в зависимости от области применения и номинального напряжения. Когда мы подаем постоянное напряжение через конденсатор, конденсатор блокирует постоянный ток и позволяет электрическим зарядам присутствовать на пластинах.

Эти заряды представляют собой положительные заряды в виде протонов, которые отложились на одной пластине, и отрицательные заряды в виде электронов, которые отложились на другой пластине.Основная формула конденсатора с параллельными пластинами :

C = ϵ ₀ A / D

Где A = площадь конденсатора

D = расстояние между пластинами

ϵ ₀ = диэлектрическая проницаемость свободное пространство

Как показано, емкость прямо пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Это означает, что чем больше площадь пластин и меньше расстояние между ними, тем выше значение емкости.Поэтому перед конструкцией конденсаторов всегда учитывались эти два фактора.

Диэлектрик конденсатора

Это наиболее важный фактор, который влияет на общую емкость устройства. Для получения разных результатов мы предпочитаем разные типы конденсаторов, потому что все они имеют разный диэлектрический материал между проводящими пластинами.

Проводящие пластины конденсатора изготовлены из металлической фольги, что позволяет электронам проходить через нее, когда он возбуждается любым источником питания, но диэлектрик, находящийся между ними, препятствует прохождению потока электронов.Диэлектрический материал состоит из большого количества изоляционных материалов, таких как бумага, слюда, керамика и т. Д.

Диэлектрическая постоянная

Диэлектрическая проницаемость материала позволяет оценить его влияние на конденсатор. Это в основном увеличивает общую емкость устройства, на которую влияет диэлектрический материал.

Это безразмерная величина относительно свободного пространства, и предпочтительно, чтобы диэлектрический материал с высокой диэлектрической проницаемостью был лучшим изолятором, чем диэлектрический материал с более низкой диэлектрической проницаемостью.

Диэлектрическая проницаемость между пластинами равна произведению диэлектрической проницаемости свободного пространства (₀) и относительной диэлектрической проницаемости (ϵ _r) материала, используемого в качестве диэлектрика, и составляет задано как:

ϵ = ϵ ₀ x ϵ _r

Что такое емкость

Конденсатор состоит из двух проводников, разделенных диэлектриком. Диэлектрик может быть разных типов, вы можете использовать любой из диэлектрического материала между пластинами конденсатора в соответствии с вашими потребностями.Количество электрической энергии, хранящейся в конденсаторе, называется его емкостью.

Емкость конденсатора прямо пропорциональна емкости конденсатора для хранения заряда, например Чем больше резервуар, тем больше воды он может вместить, аналогично, чем больше емкость, тем больше заряда он может хранить. Увеличить емкость конденсатора можно тремя способами:

путем увеличения размера пластин.
За счет уменьшения расстояния между пластинами.
Сделайте диэлектрик не хуже изолятора.

Единица емкости:

Емкость конденсатора измеряется в Фарад, и обозначается как F .

Он определяется как то, что конденсатор имеет емкость в один фарад, когда один кулон электрического заряда сохраняется в проводнике при приложении разности потенциалов в один вольт.

Не имеет отрицательных единиц, всегда положительные. Заряд, накопленный в конденсаторе, определяется следующим образом:

Q = CV

Где Q: заряд, накопленный конденсатором

C: Значение емкости конденсатора

В: Напряжение, приложенное к конденсатору

Мы можем подключить конденсатор либо в серии , либо параллельно в соответствии с требованиями, следует помнить, что формула отличается для последовательного или параллельного расчета.

Если мы подключили конденсатор последовательно, то формула емкости будет следующей:

1 / C _с = 1 / C ₁ + 1 / C ₂ + 1 / C ₃ +… + 1 / C _n

Если мы подключили конденсатор параллельно, то формула емкости будет следующей:

C _p = C ₁ + C ₂ + C ₃ +… + C _n

Как работает конденсатор

Когда электрический ток начинает течь через конденсатор, он получает препятствия из-за диэлектрического материала, находящегося между проводящими пластинами конденсатора.В результате заряды прилипали к пластинам конденсатора.

Отрицательный заряд в виде электронов оседает на одной пластине конденсатора и из-за своей большой массы отталкивает аналогичные заряды к другой пластине, делая ее положительно заряженной в виде протонов.

По закону, эти противоположные заряды начинают притягивать друг друга, но когда они приближаются друг к другу, они навсегда застревают на пластинах из-за присутствия между ними диэлектрика .Канцелярские заряды на этих пластинах создают электрическое поле, которое влияет на разность электрических потенциалов и энергию.

На рынке доступны различные типы конденсаторов , вам необходимо выбрать подходящий для вашей работы.

Основное явление конденсатора

(a) Зарядка:

Когда конденсатор подключен к цепи с источником постоянного тока, происходят два процесса, а именно зарядка и разрядка конденсатора.

Когда конденсатор подключен к источнику постоянного тока и начинает течь ток, то начинается зарядка конденсатора.Во время зарядки обе пластины получают положительный и отрицательный заряды, которые дополнительно создают разность потенциалов .

Конденсатор считается полностью заряженным, если напряжение на выводах конденсатора равно подаваемому напряжению. Когда это происходит, ток автоматически перестает течь по цепи, что указывает на окончание фазы зарядки.

(b) Разрядка:

Когда фаза зарядки закончена, конденсатор действует как разомкнутая цепь для постоянного тока, и значение сопротивления стремится к бесконечности.Как показано на рисунке ниже, когда конденсатор отключен от источника питания, конденсатор начинает разряжаться через резистор R _D, и напряжение между пластинами постепенно падает до нуля.

(c) Диэлектрическое поглощение

Это один из факторов, который вызывает ошибку в приложениях, основанных на зарядке и разрядке конденсаторов. Диэлектрическое поглощение также известно как пропитывание и изучалось более ста лет. Это хорошо известное явление в конденсаторах, которое проявляется в медленном восстановлении части его потерянного напряжения после полной разрядки конденсатора путем кратковременного закорачивания его клемм. .

Это происходит из процессов поляризации и деполяризации, происходящих в диэлектрическом материале во время зарядки конденсатора. Величина диэлектрического поглощения зависит от свойств диэлектрического материала, присутствующего между проводящими пластинами конденсатора, и остаточные заряды, полученные в наших измерениях, обеспечивают прямую количественную меру этого эффекта.

Перед покупкой всегда помните о 7 вещах, таких как температурный коэффициент, поляризация, ток утечки и т. Д.Для получения подробной информации прочтите нашу подробную статью Руководство по покупке конденсатора

Расчеты напряжения, тока и заряда:

Измерение напряжения и заряда:

Самый простой способ создать заряд — зарядить конденсатор. Как хорошо известно, конденсатор C заряжен до напряжения V, как известно, хранит заряд, эквивалентный:

Q = C x V

Где Q = заряд в кулонах,

C = емкость в фарадах,

В = напряжение на конденсаторе в вольтах.

С помощью этого уравнения вы можете легко вычислить заряд и напряжение с известным значением любого из двух. Подобно тому, как с известными значениями заряда и емкости вы можете легко вычислить напряжение или с известными значениями напряжения и емкости, вы можете легко вычислить заряд.

Измерение тока:

Уравнение для расчета тока через конденсатор:

I = C dV / dt

Часть dV / dt этого уравнения является производной от напряжения во времени.Зная значение напряжения и емкости, вы можете легко рассчитать ток.

Главный вывод из этого уравнения заключается в том, что если напряжение стабильно, производная равна нулю, что означает, что ток также равен нулю. Вот почему ток не может течь через конденсатор, поддерживающий постоянное постоянное напряжение.

Обозначение конденсатора и единицы измерения

Обозначение конденсатора:

Его символ состоит из двух параллельных линий, разделенных друг от друга, т.е. Плоская, изогнутая или через него проходит стрелка .Плоская линия указывает, что конденсатор не поляризован, изогнутая линия указывает, что он поляризован, а тип стрелки указывает, что он имеет переменный тип.

Маркировка конденсаторов:

Конденсаторы маркируются по-разному, в зависимости от их цветового кода, кода напряжения, кода допуска, температурного коэффициента и т. Д. Здесь мы объясним значение и значения всех таких кодов, отмеченных на различных типах конденсаторов.

Цветовой код:

Для разных типов конденсаторов используются разные схемы.В настоящее время этот тип маркировки конденсаторов используется реже, но он доступен на некоторых старых компонентах.

Код допуска:

Некоторые конденсаторы имеют код допуска в зависимости от материала диэлектрика. Ниже приводится следующий рейтинг толерантности.

[supsystic-tables id = ”1 ″]
Температурный коэффициент:
На некоторых конденсаторах маркировка или код указывает температурный коэффициент конденсатора . Все эти коды стандартизированы EIA (Electronics Industries Alliance), эти коды обычно используются для керамических и пленочных конденсаторов.
[supsystic-tables id = ”4 ″]
Коды напряжения:
Рабочее напряжение — ключевой параметр любого электронного компонента . Иногда конденсаторы имеют меньшие размеры и невозможно написать весь код поверх них, поэтому для этой цели мы пишем только один символ.
Обозначает определенные значения напряжения. Ниже мы приводим таблицу, в которой указаны конкретные значения напряжения конденсатора.
[supsystic-tables id = ”5 ″]
Числовой код:
Большинство конденсаторов имеют номер, напечатанный на корпусе, который указывает на их электрические свойства .Конденсаторы, такие как электролитические, больше по размеру, обычно отображают фактическую емкость вместе с единицей, например 120 мкФ, в то время как конденсаторы, такие как керамические, меньше по размеру, используют короткие обозначения из трех цифр и букв, где цифра указывает значение емкости в пФ, а буква указывает допуск.
Например, давайте рассмотрим текст 343M 220V на корпусе конденсатора. Он обозначает 34 x 10 ³ пФ = 34 нФ (± 20%) с рабочим напряжением 220В. Чтобы предотвратить риск разрушения диэлектрического слоя, всегда используйте максимальное рабочее напряжение.
Приложения:
Конденсаторы широко используются в электронной промышленности. Следующие его приложения:
Он используется для соединения двух каскадов цепи.
Используется в фильтрующих сетях.
Используется для сглаживания выходных сигналов цепей питания.
Используется для приложения задержки, как в микросхеме таймера 555, управляющей зарядкой и разрядкой.
Используется для чередования фаз.
В цепях вспышки фотоаппарата накапливает заряды.
Надеюсь, вам всем понравится эта статья. Для любых предложений, пожалуйста, прокомментируйте ниже. Мы всегда ценим ваши предложения.
BU-209: Как работает суперконденсатор?
Узнайте, как суперконденсатор может улучшить аккумулятор.
Суперконденсатор, также известный как ультраконденсатор или двухслойный конденсатор, отличается от обычного конденсатора очень высокой емкостью.Конденсатор накапливает энергию за счет статического заряда, в отличие от электрохимической реакции. Применение разности напряжений к положительной и отрицательной обкладкам заряжает конденсатор. Это похоже на накопление электрического заряда при ходьбе по ковру. Прикосновение к объекту высвобождает энергию через палец.
Существует три типа конденсаторов, самый простой из которых — электростатический конденсатор с сухим сепаратором. Этот классический конденсатор имеет очень низкую емкость и в основном используется для настройки радиочастот и фильтрации.Размер варьируется от нескольких пикофарад (пФ) до низких микрофарад (мкФ).
Электролитический конденсатор обеспечивает более высокую емкость, чем электростатический конденсатор, и рассчитан на микрофарады (мкФ), что в миллион раз больше, чем пикофарад. Эти конденсаторы используют влажный сепаратор и используются для фильтрации, буферизации и передачи сигналов. Подобно батарее, электростатическая емкость имеет положительный и отрицательный стороны, которые необходимо учитывать.
Третий тип — это суперконденсатор с номиналом в фарадах, что в тысячи раз выше, чем у электролитического конденсатора.Суперконденсатор используется для накопления энергии, подвергаясь частым циклам зарядки и разрядки при высоком токе и короткой продолжительности.
Фарад — единица измерения емкости, названная в честь английского физика Майкла Фарадея (1791–1867). Один фарад сохраняет один кулон электрического заряда при приложении одного вольта. Один микрофарад в миллион раз меньше фарада, а один пикофарад снова в миллион раз меньше микрофарада.
Инженеры General Electric впервые экспериментировали с ранней версией суперконденсатора в 1957 году, но коммерческих приложений не было.В 1966 году Standard Oil вновь открыла эффект двухслойного конденсатора случайно, работая над экспериментальными конструкциями топливных элементов. Двойной слой значительно улучшил способность накапливать энергию. Компания не стала коммерциализировать изобретение и передала его по лицензии NEC, которая в 1978 году представила технологию как «суперконденсатор» для резервного копирования памяти компьютера. Только в 1990-х годах достижения в области материалов и методов производства привели к повышению производительности и снижению стоимости.
Суперконденсатор эволюционировал и перешел в аккумуляторную технологию с использованием специальных электродов и электролита.В то время как основной электрохимический двухслойный конденсатор (EDLC) зависит от электростатического воздействия, в асимметричном электрохимическом двухслойном конденсаторе (AEDLC) используются электроды, похожие на аккумуляторные, для получения более высокой плотности энергии, но это имеет более короткий срок службы и другие проблемы, которые разделяются с аккумулятор. Графеновые электроды обещают усовершенствовать суперконденсаторы и батареи, но до таких разработок еще 15 лет.
Было опробовано несколько типов электродов, и наиболее распространенные в настоящее время системы построены на электрохимическом двухслойном конденсаторе на основе углерода, с органическим электролитом и простом в производстве.
Все конденсаторы имеют ограничения по напряжению. В то время как электростатический конденсатор может быть выполнен так, чтобы выдерживать высокое напряжение, суперконденсатор ограничен 2,5–2,7 В. Возможны напряжения 2,8 В и выше, но с сокращенным сроком службы. Чтобы получить более высокие напряжения, несколько суперконденсаторов соединены последовательно. Последовательное соединение снижает общую емкость и увеличивает внутреннее сопротивление. Для цепочек из более чем трех конденсаторов требуется балансировка напряжения, чтобы предотвратить перенапряжение любой ячейки.Литий-ионные аккумуляторы имеют аналогичную схему защиты.
Удельная энергия суперконденсатора колеблется от 1 Втч / кг до 30 Втч / кг, что в 10–50 раз меньше, чем у литий-ионных. Кривая нагнетания — еще один недостаток. В то время как электрохимическая батарея обеспечивает стабильное напряжение в используемом диапазоне мощности, напряжение суперконденсатора уменьшается в линейном масштабе, сокращая спектр полезной мощности. (См. BU-501: Основы разрядки.)
Возьмите источник питания 6 В, который может разряжаться до 4.5V до отключения оборудования. К тому времени, когда суперконденсатор достигает этого порога напряжения, линейный разряд дает только 44% энергии; остальные 56% зарезервированы. Дополнительный преобразователь постоянного тока в постоянный помогает восстанавливать энергию, находящуюся в диапазоне низкого напряжения, но это увеличивает затраты и приводит к потерям. Для сравнения, батарея с плоской кривой разряда обеспечивает от 90 до 95 процентов своего запаса энергии до достижения порогового значения напряжения.
На рисунках 1 и 2 показаны вольт-амперные характеристики при заряде и разряде суперконденсатора.При зарядке напряжение линейно увеличивается, а ток по умолчанию падает, когда конденсатор полон, без необходимости в схеме обнаружения полного заряда. Это верно для источника постоянного тока и предельного напряжения, подходящего для номинального напряжения конденсатора; превышение напряжения может повредить конденсатор.
Рисунок 1: Профиль заряда суперконденсатора.
Напряжение линейно увеличивается при зарядке постоянным током.Когда конденсатор заполнен, ток по умолчанию падает.
^{Источник: PPM Power}
Рисунок 2: Профиль разряда суперконденсатора.
Напряжение линейно падает при разряде. Дополнительный преобразователь постоянного тока в постоянный поддерживает уровень мощности, потребляя более высокий ток при падении напряжения.
^{Источник: PPM Power}

Время заряда суперконденсатора составляет 1–10 секунд.Зарядная характеристика аналогична электрохимической батарее, а зарядный ток в значительной степени ограничен способностью зарядного устройства выдерживать ток. Первоначальная зарядка может быть произведена очень быстро, а дополнительная зарядка займет дополнительное время. Необходимо предусмотреть ограничение пускового тока при зарядке пустого суперконденсатора, так как он будет всасывать все, что может. Суперконденсатор не подлежит перезарядке и не требует обнаружения полного заряда; ток просто перестает течь, когда он наполняется.
В таблице 3 сравнивается суперконденсатор с типичным литий-ионным.
Функция
Суперконденсатор
Литий-ионный (общий)
Время зарядки
Срок службы батареи
Вт · ч 950 кг Удельная мощность (Вт / кг)
Стоимость 1 кВтч
Срок службы (промышленный)
Температура заряда
Температура нагнетания
1–10 секунд
1 миллион или 30 000 часов
2.От 3 до 2,75 В
5 (номинал)
До 10 000
10 000 долларов США (типичный)
10-15 лет
от –40 до 65 ° C (от –40 до 149 ° F)
от –40 до 65 ° C (от –40 до 149 ° F)
10–60 минут
500 и выше
Номинальное напряжение 3,6 В
120–240
1000–3000
250–1000 долларов США (большая система)
от 5 до 10 лет
от 0 до 45 ° C (от 32 ° до 113 ° F)
от –20 до 60 ° C (от –4 до 140 ° F)
Таблица 3: Сравнение характеристик суперконденсатора и Li- ион.
Источник: Maxwell Technologies, Inc.

Суперконденсатор можно заряжать и разряжать практически неограниченное количество раз. В отличие от электрохимической батареи, которая имеет определенный срок службы, при циклической работе суперконденсатора происходит небольшой износ. Возраст также благоприятнее для суперконденсатора, чем для батареи. В нормальных условиях суперконденсатор теряет первоначальную 100-процентную емкость до 80 процентов за 10 лет. Применение более высокого напряжения, чем указано, сокращает срок службы.Суперконденсатор не боится высоких и низких температур, а батареи не могут удовлетворить его одинаково хорошо.
Саморазряд суперконденсатора существенно выше, чем у электростатического конденсатора, и несколько выше, чем у электрохимической батареи; Этому способствует органический электролит. Суперконденсатор разряжается от 100 до 50 процентов за 30-40 дней. Для сравнения, свинцовые и литиевые батареи саморазряжаются примерно на 5 процентов в месяц.
Суперконденсатор vs.Аккумулятор
Сравнение суперконденсатора с аккумулятором имеет свои достоинства, но полагаться на сходства не позволяет более глубокому пониманию этого отличительного устройства. Вот уникальные различия между батареей и суперконденсатором.
Химический состав батареи определяет рабочее напряжение; заряд и разряд — это электрохимические реакции. Для сравнения, конденсатор не является электрохимическим, и максимально допустимое напряжение определяется типом диэлектрического материала, используемого в качестве разделителя между пластинами.Присутствие электролита в некоторых конденсаторах увеличивает емкость, что может вызвать путаницу.
Так как суперконденсатор нехимический, напряжение может расти до тех пор, пока не выйдет из строя диэлектрик. Часто это происходит в виде короткого замыкания. Избегайте повышения напряжения выше указанного.
Приложения
Суперконденсатор часто понимают неправильно; это не замена батареи для длительного хранения энергии. Если, например, время зарядки и разрядки превышает 60 секунд, используйте аккумулятор; если короче, то суперконденсатор становится экономичным.
Суперконденсаторы
идеальны, когда требуется быстрая зарядка для удовлетворения кратковременной потребности в электроэнергии; в то время как батареи выбраны для длительного использования энергии. Объединение этих двух аккумуляторов в гибридную батарею удовлетворяет обе потребности и снижает нагрузку на аккумулятор, что отражается на более длительном сроке службы. Такие батареи стали доступны сегодня в семействе свинцово-кислотных аккумуляторов.
Суперконденсаторы наиболее эффективны для устранения перебоев в питании, длящиеся от нескольких секунд до нескольких минут, и их можно быстро перезаряжать.Маховик предлагает аналогичные качества, и приложение, в котором суперконденсатор конкурирует с маховиком, — это испытание на Лонг-Айлендской железной дороге (LIRR) в Нью-Йорке. LIRR — одна из самых загруженных железных дорог Северной Америки.
Чтобы предотвратить провал напряжения во время разгона поезда и снизить потребление пиковой мощности, батарея суперконденсаторов мощностью 2 МВт проходит испытания в Нью-Йорке в сравнении с маховиками, обеспечивающими мощность 2,5 МВт. Обе системы должны обеспечивать непрерывное питание в течение 30 секунд при соответствующей мощности в мегаваттах и одновременно полностью заряжаться.Цель состоит в том, чтобы добиться регулирования в пределах 10 процентов от номинального напряжения; обе системы не требуют особого обслуживания и прослужат 20 лет. (Власти считают, что маховики более надежны и энергоэффективны для этого применения, чем батареи. Время покажет.)
В Японии также используются большие суперконденсаторы. Системы мощностью 4 МВт устанавливаются в коммерческих зданиях, чтобы снизить потребление энергии в сети в периоды пиковой нагрузки и облегчить загрузку. Другие приложения — запускать резервные генераторы во время перебоев в подаче электроэнергии и обеспечивать питание до стабилизации переключения.
Суперконденсаторы также широко используются в электрических силовых агрегатах. Благодаря сверхбыстрой зарядке во время рекуперативного торможения и выдаче большого тока при ускорении суперконденсатор идеально подходит в качестве усилителя пиковой нагрузки для гибридных транспортных средств, а также для приложений на топливных элементах. Широкий температурный диапазон и долгий срок службы дают преимущество перед батареей.
Суперконденсаторы имеют низкую удельную энергию и дороги с точки зрения стоимости ватта. Некоторые инженеры-конструкторы утверждают, что деньги на суперконденсатор лучше потратить на батарею большего размера.В таблице 4 приведены преимущества и ограничения суперконденсатора.
Преимущества
Практически неограниченный срок службы; можно повторять миллионы раз
Высокая удельная мощность; низкое сопротивление обеспечивает высокие токи нагрузки
Заряжается за секунды; окончание зарядки не требуется
Простая зарядка; рисует только то, что ему нужно; не подлежит завышению
Сейф; простит при злоупотреблении
Отличные характеристики заряда и разряда при низких температурах
Ограничения
Низкая удельная энергия; удерживает долю обычного аккумулятора
Линейное напряжение разряда не позволяет использовать весь энергетический спектр
Высокий саморазряд; выше, чем у большинства батарей
Низкое напряжение ячеек; требует последовательного подключения с балансировкой напряжения
Высокая стоимость ватта
Таблица 4: Преимущества и ограничения суперконденсаторов.
Основы работы с конденсаторами [Урок 1] Как работают конденсаторы?
Направляющая конденсатора
14.01.2011
Это техническая статья, цель которой — объяснить основы конденсаторов.
В первом уроке дается обзор конденсаторов.
[Урок 1: Обзор конденсаторов]
Разговор об электрических схемах
Начнем с электрических цепей и конденсаторов.
<Трасса подобна дороге; заряд как автомобиль.>
Если мы думаем о кругообороте как о дороге, то движение заряда похоже на движение машин по дороге.
<Резистор подобен ухабистой дороге.>
В случае неровной дороги скорость автомобилей снижается, но они продолжают двигаться к месту назначения. В случае электрической цепи тепло выделяется резистором, что приводит к потере энергии. так как это информация базового уровня, я бы удалил эту ссылку на джоулев тепло, поскольку это слишком технически.
<Источники питания (батареи) - это устройства, обеспечивающие разность потенциалов.>
Источник питания — это устройство, которое обеспечивает разность потенциалов E [В] на двух концах, к которым он подключен. Это то же самое, что автомобиль, который автоматически поднимается лифтом на высоту t [м] без использования собственной энергии. (Каково основное значение t (м)
Так что же такое конденсаторы?
Теперь поговорим о случаях подключения конденсаторов к блокам питания.
<Конденсатор похож на парковку.>
Конденсатор накапливает заряд. Если мы используем ту же аналогию схемы и дороги, конденсатор будет стоянкой. На положительной и отрицательной сторонах электронной схемы всегда хранится одинаковое количество зарядов.
<Какова емкость конденсатора для хранения зарядов, т. Е. Электростатическая емкость?>
Индикатор, используемый для выражения степени, в которой конденсатор может накапливать заряд, известен как электростатическая емкость, и ее можно рассчитать с помощью уравнения (1).
Как ясно из уравнения (1), электростатическая емкость может быть увеличена за счет <1> увеличения площади S поверхности электрода, <2> уменьшения расстояния между электродами и <3> использования материалов с высокой диэлектрической постоянной.
Согласно Международной системе единиц (СИ), F (фарад) используется в качестве единицы электростатической емкости. Емкость, возникающая при накоплении заряда в 1C (кулон), когда на проводник подается напряжение 1V (разность потенциалов), определяется как 1F.
<Как работает конденсатор>
Что происходит с зарядом, накопленным в конденсаторе, так это то, что когда переключатель S1 установлен в положение OFF, а переключатель S2 установлен в положение ON, ток будет течь к нагрузке.
Благодаря наличию конденсатора лампочка будет гореть стабильно даже при нестабильном питающем напряжении.
<Конденсаторы блокируют прохождение постоянного тока и пропускают переменный ток.>
Конденсатор не позволяет постоянному току проходить через него, но когда зарядка и разрядка повторяются, зарядный ток и разрядный ток постоянно протекают к конденсатору. Когда это явление наблюдается снаружи конденсатора, создается впечатление, что через конденсатор течет ток.
—
Благодаря этим характеристикам в схемах используется большое количество конденсаторов. Необходимо выбрать элементы, оптимально подходящие для предполагаемого применения.
ответственное лицо: Murata Manufacturing Co., Ltd. Y.I ＆ K.M
Сопутствующие товары
Конденсатор
Статьи по теме
14.01.2011
Будьте в курсе!
Получайте электронные письма от Мураты с последними обновлениями на этом сайте.
Информационный бюллетень Murata (электронный информационный бюллетень)
mail_outline
Для чего нужны ТВ-конденсаторы?
Конденсаторы ТВ выполняют множество функций.
В схемах телевизора есть сотни электронных компонентов, включая транзисторы, резисторы и конденсаторы. Конденсатор действует как резервуар для электрического заряда, накапливая и выделяя электричество в точных количествах. В телевизоре есть десятки видов конденсаторов, используемых в качестве соединителей между цепями, в качестве компонентов синхронизации и электронных фильтров.
Конденсатор
Конденсатор — это простое устройство, состоящее из пары металлических фольг, разделенных тонким изолятором, например пластиковым.Проволока, прикрепленная к каждой фольге, переносит к ней электрические заряды. Когда вы подключаете провода конденсатора к источнику тока, например к батарее, заряды перетекают в фольгу. Когда фольга полностью заряжена, ток перестает течь. Если вы затем подключите конденсатор к электрической нагрузке, такой как резистор или транзистор, заряды будут стекать обратно из фольги, пока они не станут пустыми. Конденсаторы бывают самых разных емкостей, измеряемых в фарадах. Конденсаторы, имеющие небольшую емкость, быстро заполняются; большие конденсаторы заполняются дольше.
Источник питания
Большинство телевизоров имеют источник питания, преобразующий 110-вольтный переменный ток из бытовой розетки в низковольтный постоянный ток. В цепях питания используются конденсаторы большой емкости в качестве своего рода электронного «глушителя», удаляющего электрические помехи от постоянного тока. Поскольку конденсаторы удерживают электрический заряд, они действуют как демпферы, замедляя резкие движения тока, включая шум. Без конденсаторов в блоке питания на телевизоре было бы шумное изображение и постоянное низкое гудение в динамиках.
Фильтр
В сочетании с резисторами и катушками конденсаторы образуют схемы фильтров, удаляя одни частоты из сигнала и подчеркивая другие. Цепи фильтров работают с радио или аудиосигналами, например, с усилением низких звуковых частот. Фильтр радиосигнала использует конденсаторы в диапазоне пикофарад, а звуковой фильтр имеет конденсаторы микрофарад, которые намного больше, хотя и меньше, чем те, которые используются в источниках питания.
Сцепление и разъединение
Конденсатор пропускает сигналы переменного тока и блокирует постоянный ток.Это важно для телевизионных цепей, где входящий постоянный ток вызывает искажения. Конденсатор, добавленный в качестве компонента связи ко входу схемы, удалит любой входящий постоянный ток и предотвратит искажения. Разделительные конденсаторы соединяют в цепь положительный и заземляющий провода. Когда вы включаете телевизор, эти конденсаторы поглощают часть внезапного скачка тока, стабилизируя цепь. Они работают только в течение первых нескольких секунд работы; в противном случае они не влияют на схему.
.

Как работает конденсатор — пояснение простым языком | ASUTPP

Из чего состоит простой конденсатор?

Как работает конденсатор?

Зачем применяют конденсаторы

как работает и зачем нужен в цепи переменного и постоянного тока

Просто о сложном

Устройство и принцип работы

Основные виды

Сферы применения

Что такое конденсатор? Принцип работы, назначение и устройство конденстатора

Принцип действия

Назначение и использование конденсаторов

Как работает конденсатор?

Как работает выносной конденсатор

Как работает сглаживающий фильтр (конденсатор)

Основы электроники. Часть 2. Как работают конденсаторы. Параметры конденсаторов

— learn.sparkfun.com

Теория конденсаторов

Как делается конденсатор

Как работает конденсатор

Зарядка и разрядка

Расчет заряда, напряжения и тока

Расчет тока

Работа конденсатора — определение, основные схемы конденсатора, преимущества

Определение

Изобретение конденсатора

Лейденская банка

Работа конденсатора

Определение емкости

Работа конденсатора — видео

Фарад

Базовые схемы конденсаторов

1. Конденсатор, подключенный к батарее

2. Конденсатор, включенный последовательно

3.Конденсатор подключен параллельно

Преимущества

Конденсатор: что это такое, что он делает и как работает, апрель 1960 г. Популярная электроника

Construction and Working — Analyze A Meter

Что такое конденсатор

Конструкция конденсатора:

Диэлектрик конденсатора

Что такое емкость

Единица емкости:

Как работает конденсатор

Основное явление конденсатора

(a) Зарядка:

(b) Разрядка:

(c) Диэлектрическое поглощение

Расчеты напряжения, тока и заряда:

Измерение напряжения и заряда:

Измерение тока:

Обозначение конденсатора и единицы измерения

Обозначение конденсатора:

Маркировка конденсаторов:

Цветовой код:

Код допуска:

Температурный коэффициент:

Коды напряжения:

Числовой код:

Приложения:

BU-209: Как работает суперконденсатор?

Суперконденсатор vs.Аккумулятор

Приложения

Основы работы с конденсаторами [Урок 1] Как работают конденсаторы?

[Урок 1: Обзор конденсаторов]

Сопутствующие товары

Конденсатор

Статьи по теме

Будьте в курсе!

Для чего нужны ТВ-конденсаторы?

Конденсатор

Источник питания

Фильтр

Сцепление и разъединение

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики