Электрический конденсатор — это… Что такое Электрический конденсатор?

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

История

В 1745 году в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский физик Питер ван Мушенбрук случайно создали конструкцию-прототип электрического конденсатора — «лейденскую банку».

Свойства конденсатора

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

С точки зрения метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом

,

где j — мнимая единица, ω — циклическая частота (рад/с) протекающего синусоидального тока, f — частота в Гц, C — ёмкость конденсатора (фарад). Отсюда также следует, что реактивное сопротивление конденсатора равно: . Для постоянного тока частота равна нулю, следовательно, реактивное сопротивление конденсатора бесконечно (в идеальном случае).

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

Резонансная частота конденсатора равна

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

Конденсатор может накапливать электрическую энергию. Энергия заряженного конденсатора:

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

Обозначение конденсаторов на схемах

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

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

Характеристики конденсаторов

Основные параметры

Ёмкость

Основной характеристикой конденсатора является его

Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью S каждая, расположенных на расстоянии

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

или

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

При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы, так как от источника питания они поступают только на внешние электроды, а на внутренних электродах они получаются только за счёт разделения зарядов, ранее нейтрализовавших друг друга. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна

или

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

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

Удельная ёмкость

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

Плотность энергии

Плотность энергии электролитического конденсатора зависит от конструктивного исполнения. Максимальная плотность достигается у больших конденсаторов, где масса корпуса невелика по сравнению с массой обкладок и электролита. Например, у конденсатора EPCOS B4345 с ёмкостью 12 000 мкФ, максимально допустимым напряжением 450 В и массой 1,9 кг плотность энергии при максимальном напряжении составляет 639 Дж/кг или 845 Дж/л. Особенно важен этот параметр при использовании конденсатора в качестве накопителя энергии, с последующим мгновенным её высвобождением, например, в пушке Гаусса.

Номинальное напряжение

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

Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается, что связано с увеличением тепловой скорости движения носителей заряда и, соответственно, снижению требований для образования электрического пробоя.

Полярность

Опасность разрушения (взрыва)

Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают клапан или выполняют насечку на корпусе (часто можно заметить её в форме буквы X, K или Т на торце, иногда на больших конденсаторах она прикрыта пластиком). При повышении внутреннего давления открывается клапан или корпус разрушается по насечке, испарившийся электролит выходит в виде едкого газа и иногда даже жидкости, и давление спадает без взрыва и осколков.

Старые электролитические конденсаторы выпускались в герметичном корпусе и не имели никаких защит от взрыва. Взрывная сила частей корпуса может быть достаточно большой и травмировать человека.

В отличие от электролитических, взрывоопасность оксиднополупроводниковых (танталовых) конденсаторов связана с тем, что такой конденсатор фактически представляет собой взрывчатую смесь: в качестве горючего служит тантал, а в качестве окислителя — двуокись марганца, и оба этих компонента в конструкции конденсатора перемешаны в виде тонкого порошка. При пробое конденсатора или при его случайной переполюсовке выделившееся при протекании тока тепло инициирует реакцию между данными компонентами, протекающую в виде сильной вспышки с хлопком, что сопровождается разбрасыванием искр и осколков корпуса. Сила такого взрыва довольно велика, особенно у крупных конденсаторов, и способна повредить не только соседние радиоэлементы, но и плату. При тесном расположении нескольких конденсаторов возможен прожог корпусов соседних конденсаторов, что приводит к одновременному взрыву всей группы.

Паразитные параметры

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

Электрическое сопротивление изоляции конденсатора — r

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

Эквивалентное последовательное сопротивление — R

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

В большинстве случаев этим параметром можно пренебречь, но иногда (напр., в случае использования электролитических конденсаторов в фильтрах импульсных блоков питания) достаточно малое его значение может быть жизненно важным для надёжности устройства. В электролитических конденсаторах, где одним из электродов является электролит, этот параметр прогрессивно увеличивается по мере эксплуатации вследствие испарения и гидролиза электролита, довольно быстро в некачественных образцах (см. Capacitor plague (англ.)).

Некоторые схемы (например, стабилизаторы напряжения) могут требовать определенного диапазона ESR конденсаторов в своих цепях. Это связано с учетом этого параметра в фазочастотной характеристике (ФЧХ) цепи обратной связи стабилизатора, влияющей на устойчивость и качество переходных процессов.

Существуют специальные приборы (ESR-метры) для измерения этого достаточно важного параметра конденсатора, по которому можно часто определить пригодность его дальнейшего использования в определённых целях. Этот параметр, кроме собственно ёмкости (ёмкость — это основной параметр) — часто имеет решающее значение в исследовании состояния старого конденсатора, стоит ли использовать его в определённой схеме, или он прогнозируемо выйдет за пределы допустимых отклонений.

Эквивалентная последовательная индуктивность — L

Эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. Результатом этой распределенной паразитной индуктивности является превращение конденсатора в колебательный контур с характерной собственной частотой резонанса. Эта частота может быть измерена и обычно указывается в параметрах конденсатора либо в явном виде либо в виде рекомендованной максимальной рабочей частоты.

Саморазряд

Предварительно заряженный конденсатор с течением времени теряет запасённую энергию за счёт тока утечки, протекающего через слой диэлектрика между обкладками. Часто в справочниках на конденсаторы приводится параметр — постоянная времени саморазряда конденсатора, численно равная произведению ёмкости на сопротивление утечки. Это есть время, за которое начальное напряжение на отключённом конденсаторе уменьшится в e раз.

Тангенс угла диэлектрических потерь

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

Потери энергии в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках. При протекании переменного тока через конденсатор векторы напряжения и тока сдвинуты на угол где δ — угол диэлектрических потерь. При отсутствии потерь δ = 0. Тангенс угла потерь определяется отношением активной мощности P_а к реактивной P_р при синусоидальном напряжении определённой частоты. Величина, обратная tg δ, называется добротностью конденсатора. Термины добротности и тангенса угла потерь применяются также для катушек индуктивности и трансформаторов.

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)

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

,

где — увеличение температуры в °C или К относительно нормальных условий, при которых специфицировано значение ёмкости. TKE применяется для характеристики конденсаторов со значительной линейной зависимостью ёмкости от температуры. Однако ТКЕ определяется не для всех типов конденсаторов.

Конденсаторы, имеющие нелинейную зависимость ёмкости от температуры, и конденсаторы с большими уходами ёмкости от воздействия температуры окружающей среды в обозначении имеют указание на относительное изменение ёмкости в рабочем диапазоне температур.

Диэлектрическая абсорбция

Если заряженный конденсатор быстро разрядить до нулевого напряжения путём подключения низкоомной нагрузки, а затем снять нагрузку и наблюдать за напряжением на выводах конденсатора, то мы увидим, что напряжение на обкладках снова появится как если бы мы разрядили конденсатор не до нуля. Это явление получило название диэлектрическая абсорбция (диэлектрическое поглощение). Конденсатор ведёт себя так, словно параллельно ему подключено множество последовательных RC-цепочек с различной постоянной времени. Интенсивность проявления этого эффекта зависит в основном от свойств диэлектрика конденсатора.

Подобный эффект можно наблюдать практически на всех типах диэлектриков. В электролитических конденсаторах он особенно ярок и является следствием химических реакций между электролитом и обкладками. У конденсаторов с твердым диэлектриком (например, керамических и слюдяных) эффект связан с остаточной поляризацией диэлектрика. Наименьшим диэлектрическим поглощением обладают конденсаторы с неполярными диэлектриками: тефлон (фторопласт), полистирол, полипропилен и т.п.

Эффект зависит от времени зарядки конденсатора, времени закорочения, иногда от температуры. Количественное значение абсорбции принято характеризовать коэффициентом абсорбции, который определяется в стандартных условиях.

Особое внимание в связи с эффектом следует уделять измерительным цепям постоянного тока: прецизионным интегрирующим усилителям, устройствам выборки-хранения, некоторым схемам на переключаемых конденсаторах.

Пьезоэффект

Многие керамические материалы обладают пьезоэффектом — способностью генерировать разность потенциалов при механических деформациях. Диэлектрики некоторых керамических конденсаторов также могут обладать таким свойством. Обычно это проявляется в возникновении помех в электрических цепях вследствие шума или вибрации.

Самовосстановление

В некоторых типах конденсаторов в месте пробоя изоляции прогорают обкладки — и конденсатор продолжает работать с незначительно уменьшенной ёмкостью.

Классификация конденсаторов

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

По виду диэлектрика различают:

• Конденсаторы вакуумные (обкладки без диэлектрика находятся в вакууме).
• Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
• Конденсаторы с жидким диэлектриком.
• Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.
• Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.
• Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего большой удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах), или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спечённого порошка.
• Твердотельные конденсаторы — вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ ~50000 часов при температуре 85°С. ЭПС меньше чем у жидко-электролитических и слабо зависит от температуры. Не взрываются.

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:

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

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

Также различают конденсаторы по форме обкладок: плоские, цилиндрические, сферические и другие.

Сравнение конденсаторов постоянной ёмкости

Применение конденсаторов

Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники.

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

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

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

• Измерителя уровня жидкости. Непроводящая жидкость заполняет пространство между обкладками конденсатора, и ёмкость конденсатора меняется в зависимости от уровня

• Фазосдвигающего конденсатора. Такой конденсатор необходим для пуска, а в некоторых случаях и работы однофазных асинхронных двигателей. Так же он может применяться для пуска и работы трехфазных асинхронных двигателей при питании от однофазного напряжения.

• Аккумуляторов электрической энергии. В этом случае на обкладках конденсатора должно быть достаточно постоянное значения напряжения и тока разряда. При этом сам разряд должен быть значительным по времени. В настоящее время идут опытные разработки электромобилей и гибридов с применением конденсаторов. Так же существуют некоторые модели трамваев в которых конденсаторы применяются для питания тяговых электродвигателей при движении по обесточенным участкам.

См. также

Примечания

1. ↑ «Курс Физики» профессора физико-математических наук А.Гано, перевод Ф.Павленко В.Черкасова, 1882 год.
2. ↑ ГОСТ 2.728-74 (2002). Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 25 сентября 2009.
3. ↑ Аббревиатура «MF» использовалась в то время для обозначения микрофарад; «MMF» употреблялась для микро-микрофрад = 10⁻¹² Ф или пикофарад.

Литература

Ссылки

Конденсаторы [wiki.eduVdom.com]

Электростатическое поле потенциально.

Работа сил электростатического поля при перемещении заряженной частицы из одной точки в другую не зависит от формы траектории.

Точечный заряд +q, находящейся на расстоянии r от неподвижного точечного заряда +Q, обладает потенциольной энергией $$ W=\frac{1}{4\pi \varepsilon _{0}}\frac{Qq}{r} $$

Потенциал электростатического поля в данной точке — скалярная физическая величина, равная отношению потенциальной энергии, которой обладает пробный положительный заряд,помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда: $$ \varphi =\frac{W_{q_{0}}}{q_{0}} $$ Единица потенциала — вольт: 1 В =1 Дж/Кл

Потенциальная энергия заряда q в точке, имеющей потенциал $$ W_{q}=q\varphi $$

Эквипотенциальная поверхность — поверхность, во всех точках которой потенциал имеет одно и тоже значение.

Линии напряженности электростатического поля перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям и направлены от поверхности с большим потенциалом к поверхности с меньшим.{2}}{2} $$

Если конденсатор:

•отключен от источника питания, то при изменении емкости конденсатора, заряд конденсатора изменяться не будет, то есть

q1 = q2;

•подключен к источнику питания, то при изменении емкости конденсатора, напряжение на конденсаторе изменяться не будет, то есть

U1 = U2

Последовательное соединение конденсаторов

$$ \frac{1}{C}=\frac{1}{C_{1}}+\frac{1}{C_{2}}+\ldots+\frac{1}{C_{n}} $$ $$ U=U_{1}+U_{2}+\ldots+U_{n} $$ $$ q=q_{1}=q_{2}=\ldots=q_{n} $$ Параллельное соединение конденсаторов $$ C=C_{1}+C_{2}+\ldots+C_{n} $$ $$ U=U_{1}=U_{2}=\ldots=U_{n} $$ $$ q=q_{1}+q_{2}+\ldots+q_{n} $$

Wiki — Wiki.ROM.by

Global BIOS Catalog

 Где отремонтировать компьютер?
 Где восстановить данные?

Все биосы  тут!

• Кому нужна старая заглавная страница www.ROM.by (и ссылки с неё — все они остались) она здесь.

Статьи

Комп глючит — что делать? Пособие для начинающих.

Все статьи:

• Для начинающих — Азбука по ремонту материнских плат

Как измерить напряжение?

Как определить вздутые конденсаторы?

Как проверить полевой транзистор?

Как подобрать аналог полевого транзистора?

Как проверить — сгорел ли Южный Мост Intel?

Маркировка и совместимость микросхем FlashBIOS

В данной рубрике отобраны лишь «ремонты в картинках».

В данной рубрике можно найти таблицу посткодов, важной особенностью и удобством которой является, с одной стороны — «универсальность» — она подразумевается сразу все известные биосы, с другой стороны, рассматриваются лишь «полезные» («практические») посткоды, которые имеют место в реальной ремонтной практике.

Первая десятка неисправностей по популярности:

«Не запускается!»

Разные проблемы

Южный мост и его проблемы

POST 00

«Залипший» RESET и другие проблемы с ним (сигналом RESET#)

Конденсаторы и что из-за них бывает

Проблемы неработоспособности AGP-видеокарт на матплатах

Нет напряжения на процессоре

Проблемы с биосом

Проблемы с CMOS — сброс настроек Setup, отстающие часы, разрядка батареек и т.д.

Первая десятка производителей с примерами ремонтов:

Конденсатор — Викизнание… Это Вам НЕ Википедия!

Конденсатор — элемент электрической цепи, обладающий электрической ёмкостью.

Одно и то же количество электричества, будучи придано различным телам, вызовет в них неодинаковое повышение напряжения, подобно тому, как одно и то же количество тепла повысит температуру различных тел на различное число градусов. Обратно, чтобы повысить напряжение (потенциал) различных тел на одну и ту же величину, нужны различные количества электричества, для одних тел весьма малые, для других весьма большие. О первых телах говорят, что они обладают малой электрической емкостью, о вторых, что их электрическая емкость весьма велика. Вообще же, электроемкость тела определяется тем количеством единиц электричества — кулонов, которые следует придать телу, чтобы повысить его потенциал на единицу электрического потенциала — на один вольт. Поэтому за единицу электрической емкости принята емкость тела, которому нужно придать один кулон, чтобы повысить потенциал его на один вольт. Эта единица емкости в честь английского ученого Фарадея названа одной фарадой. Итак, если некоторому телу необходимо придать n кулонов для того, чтобы повысить его потенциал на 1 вольт, 2n — чтобы повысить на 2 вольта и т. д., то емкость этого тела будет n фарад. Емкость каждого отдельно взятого тела зависит от геометрической его формы и от его размеров, но нисколько не зависит ни от вещества, из которого оно приготовлено, ни от массы тела. Так, емкости свинцового и алюминиевого шара того же диаметра, массивных или полых, равны, но емкость свинцового шара изменится, когда мы его массу расплющим и придадим ей форму эллипсоида. Нет общего закона, который просто давал бы зависимость между формой и размерами тела и его емкостью. Наиболее простому закону следует шар, емкость которого пропорциональна его радиусу. Пользуясь этим, можно за единицу емкости принять емкость шара радиусом в 1 см. Эта единица емкости называется абсолютной теоретической единицей и в 900000000000 раз меньше одной фарады. Отсюда видим, что для емкости в 1 фараду был бы нужен шар радиусом в 9 млн. км., т. е. с диаметром, в 7 раз большим диаметра солнца. На практике принята за единицу емкости одна миллионная доля фарады — одна микрофарада, которая, таким образом в 900000 раз больше теоретической единицы. Электрич. емкость шара, равного земле, равна 708 микрофарадам. Емкость тел зависит, кроме того: 1) от природы непроводящей среды, окружающей тело. Все вышесказанное относится к случаю нахождения тела в пустоте (или приблиз. в воздухе). Если же тело окружено другим диэлектриком, то его емкость будет больше или меньше, чем в пустоте; число, дающее отношение емкости тела в данном диэлектрике к емкости того же тела в пустоте, называется диэлектрической постоянной этого вещества. У всех твердых и жидких изоляторов диэл. постоянная больше, чем у воздуха, у которого она весьма мало разнится от единицы. 2) От присутствия в близости рассматриваемого тела других тел, имеющих другой электр. потенциал. Таким образом, все сказанное выше относится вполне точно лишь к случаю одного проводящего тела, окруженного безграничной изолирующей средой. Емкость тел значительно увеличивается, если к ним приблизить другие проводящие тела, в особенности тела, имеющие всегда потенциал ноль, т. е. соединенные с землей. Увеличениe емкости будет тем более, чем ближе эти тела к заряженному телу и чем полнее они его окружают. Итак, если мы желаем какому-либо телу придать весьма большую емкость, то мы должны поместить его в среду с большой диэлектрической постоянной и возможно близко к нему поместить другое тело, соединенное с землей. Такая комбинация проводников и называется конденсатором. В простейшем виде К. представляют две металлические пластины А и В, весьма близкие друг к другу и разъединенные друг от друга какимлибо изолирующим слоем (обкладки): А. заряжаема электричеством от постоянного источника (машины, батареи) и назыв. собирателем, а В соединена с землей и наз. сгустителем. Если А заряжается положительным электричеством, то на В возбуждается отрицательное электричество; если затем разобщить соединение В с землей, II соединить А и В проводником, то К. разряжается. Емкость конденсатора зависит от формы и размеров собирателя и сгустителя, от их расстояния и от диэлектрической постоянной среды, между ними находящейся. В некоторых простейших случаях емкость К. можно вычислить: 1) обкладки представляют две весьма близкие концентрические шаровые поверхности, или две бесконечные пластины, очень близкие друг к другу. Если расстояние между обкладками равно 1 (в см.), поверхность собирателя равна S’ (в кв. см.), то емкость С равна

  микрофарад, где К - диэл. постоянная среды, а (отношение окружности к

диаметру (p= 3,1416). Например, К. из двух пластин в 1 кв. м., разделенных пластинкой стекла (К = 5) в1 мм., имеет емкость около 1/23 микрофарады. Если пластины имеют сравнительно небольшие размеры, то эта формула лишь приблизительно верна; более точные формулы для этого случая даны Кирхгоффом и Максвеллом. 2) Обкладки представляют два концентрических цилиндра радиусов R1 и R2 (в см.), разделенных средой с диэлектрической постоянной К. Тогда емкость равна

микрофарад где lg обозначает натуральный Неперов логарифм. Этот случай весьма важен в практике, так как непосредственно применим к подводным телеграфным кабелям, состоящим из внутренней жилы, окруженной гутаперчей, защищенной металлической броней. Собирателем служит жила, сгустителем броня, соприкасающаяся с водой. Сто километров такого кабеля с жилой в 2 мм. радиусом и 4 мм. внешнего радиуса, изолированный гутаперчей (К = 2,5), имеет емкость около 20 микрофарад. Значительная емкость длинных кабелей представляет главную помеху для быстрой передачи знаков по подводному кабелю .3) Одна обкладка — проволока радиуса r (в см.), другая — бесконечная плоскость, отстоящая от оси проволоки на h см. Емкость такого К. длины L (в см.) равна

  микрофарад
 

Такого рода К. представляет телеграфная проволока, протянутая над землей. Километр проволоки в 4 мм., протянутой на вышине 10 метр. от земли, имеет емкость (К. для воздуха=1) приблизительно 0,012 микрофарад. Чтобы получить К. весьма большой емкости, соединяют иногда несколько К. в одну батарею параллельно, т. е. берут целый ряд одинаковых К. (К. изображают схематически иобразной чертой, представляющей сгуститель, и входящей в нее прямой чертой, изображающей собиратель) и соединяют одним проводником все собиратели вместе, другим — все сгустители. Такая батарея заряжается как один К. и емкость ее равна сумме емкостей отдельных К. Если же соединить батарею К. последовательно, или, как говорят, каскадом, то емкость батареи будет во столько раз меньше емкости одного К., сколько в батарее всего К. Чтобы зарядить К., присоединяют собирательную обкладку К. с источником электричества постоянного потенциала, например, электрической машиной или гальванической батареей, а сгустительную обкладку с землей или с другим полюсом машины, или батареи. Приток электричества постепенно заряжает К. Если емкость К. есть С, и он заряжается батареей с разностью потенциалов на полюсах Е, а R есть сопротивление всей цепи помимо К., то через t секунд по замыкании цепи через нее течет заряжающий ток силой

  а разность потенциалов у зажимов К. в этот момент равна

  где е - основание Неперовых логарифмов (е=2,718),  время  выражено  в

секундах, величины V и Е в вольтах, R в омах, а С в фарадах. Отсюда видно, что, теоретически говоря, К. заряжается бесконечно долго, и никогда V не делается равным Е. Но уже через весьма короткий промежуток времени разница V — Е делается чрезвычайно малой. Разница между V и Е равна — от Е через время t = Crlog n, напр., при конденсаторе в 10 микрофарад в цепи сопротивления в 10 ом, заряд будет отличаться от полного на 0,1 через 0,00023 секунды, а на одну тысячную через 0,00069 секунд. Заряженный таким образом К. обладает запасенным в нем некоторым количеством энергии, на образование которой затрачена была работа в кг.-м., где С — емкость в фарадах, а V — разность потенциалов обкладов в вольтах. При разряде эта энергия освобождается и может совершить такую же работу. Заряжение К. сопровождается рядом явлений, происходящих внутри К. между его обкладками, в диэлектрике. Обкладки К., будучи противоположно наэлектризованы, притягивают друг друга с силой прямо пропорциональной 1) квадрату разности потенциалов, существующей между обкладками К., и 2) диэлектрической постоянной среды. На этой зависимости и опытном определении этой силы притяжения основаны способы определения разности потенциалов и диэлектр. постоянной. Диэлектрическая среда, находящаяся между обкладками, будучи подвержена действию электрических сил, претерпевает некоторые изменения, которые указывают нам на ту важную роль, которую играет непроводящая среда в электрических явлениях. Эти явления в среде следующие: 1) Остаточный заряд. Опыт показал, что через некоторое время после разряда К. с твердым диэлектриком, его обкладки оказываются снова слабо наэлектризованными и могут при соединении дать новый слабый разряд, за которым через некоторое время может следовать все более и более слабые третий, четвертый разряды и т. д. Предполагают, что это явление зависит от поглощения электричества слоем изолятора и медленного освобождения его после разряда. 2) Электрострикция. При заряде К. объем слоя диэлектрика слегка уменьшается, как показали Дютер (1878) и другие; после разряда диэлектрик принимает прежний объем. Причина явлений не вполне выяснена. 3) Двойное преломление. Прозрачный диэлектрик, как показал Керр (1875), между обкладками заряженного К. приобретает свойства двойного преломления, которые теряет после разряда К. Вполне изолированный К. может весьма долго сохранять свой заряд. Чтобы произвести разряд, необходимо соединить проводником обкладки К., при этом энергия, накопленная в К., освобождается. Разряд К. может быть либо обыкновенный, представляющий простое быстро ослабевающее течение электричества, а следовательно, явление, обратное заряду, либо колебательный, смотря по свойствам цепи, по которой проходит разряд. Энергия, освобождающаяся во время разряда, может совершать работу, в виде ли световых и тепловых, или механических, или химических действий. Световые действия в виде искры и тепловые в виде нагревания воздушного или металлического пути разряда всегда сопровождают явления разряда. Механические действия проявляются в виде пробивания слоя диэлектрика, помещенного между двумя шариками, соединенными с обкладками К. Иногда, когда К. заряжен до весьма высокого потенциала, пробивается сам диэлектрик между обкладками К., и этот последний приходит в негодность. Слабые химические действия, производимые разрядом по существу не отличаются от таковых, производимых гальванич. током; физиологические действия, обнаруживающиеся при пропускании разряда К. через тело человека или животного, вызывают сильные болевые ощущения и при достаточной энергии заряда могут причинить вред для здоровья и даже смерть. К. обыкновенно на практике придают форму либо лейденских банок, либо пластинчатых, К. Эти последние состоят обыкновенно из целого ряда тонких металлических пластин, проложенных тонким изолирующим слоем провощенной или парафинированной бумаги, слюды, эбонита и т. п. Четные пластинки b, d, f, h соединяются вместе и образуют одну обкладку, нечетные a, с, е, g — другую. Иногда, если К. должен служить для весьма больших разностей потенциалов, его всего погружают в ящик с маслом. К. имеют много применений в науке, а в последнее время и в технике. В опытных работах по статическому электричеству ими часто пользуются для скопления значительных количеств электрической энергии, а также применяют их к электроскопам для увеличения чувствительности последних, в катушках Румкорфа и т. д. В цепи постоянного тока К. не представляют особенных явлений, но весьма замечательные явления они представляют в цепи переменного тока. В цепи переменного тока К., включенный в цепь, не прерывает тока и действует лишь как сопротивление, ослабляя силу тока; в иных же случаях (в цепи проводники с самоиндукцией) может даже увеличить силу тока. Все увеличивающееся пользование переменными токами ввело пользование К. и в техническую практику. Teopию К. и их применений см.: проф. И. И. Боргман, «Основания учения об электрических и магнитных явлениях» (СПб., 1893) и Т. Г. Блекслей, «Переменные электрические токи» (СПб., 1894).

А. Г.

История завода | Новосибирский завод конденсаторов

Более полную историю создания НЗК, а также его первые шаги на пути становления общеизвестным всесоюзным заводом, можно найти в статье на Wikipedia.org.

Можете ли вы сделать неполярный электролитический конденсатор из двух обычных электролитических конденсаторов?

Резюме:

• Да, «поляризованные» алюминиевые «мокрые электролитические» конденсаторы могут быть законно подключены «спина к спине» (то есть последовательно с противоположными полярностями), чтобы сформировать неполярный конденсатор.

• C1 + C2 всегда равны по емкости и номинальному напряжению
  Эффективный = = C1 / 2 = C2 / 2

• Veffective = рейтинг C1 и C2.

• Смотрите «Механизм» в конце, чтобы узнать, как это (вероятно) работает.

Принято считать, что оба конденсатора имеют одинаковую емкость, когда это делается.
Результирующий конденсатор с половиной емкости каждого отдельного конденсатора.
например, если два x 10 мкФ конденсатора установлены последовательно, результирующая емкость будет 5 мкФ.

Я делаю вывод, что полученный конденсатор будет иметь такое же номинальное напряжение, что и отдельные конденсаторы. (Я могу ошибаться).

Я видел, как этот метод использовался много раз в течение многих лет, и что более важно, видел метод, описанный в примечаниях по применению от ряда производителей конденсаторов. Смотрите в конце для одной такой ссылки.

Понимание того, как отдельные конденсаторы становятся правильно заряженными, требует либо веры в заявления изготовителей конденсаторов («действуйте так, как если бы они были обойдены диодами», либо дополнительной сложности, НО, понимание того, как работает схема после ее запуска, легче).
Представьте себе две задние крышки с полностью заряженным Cl и полностью разряженным Cr.
Если через последовательное устройство пропускается ток, так что Cl затем разряжается до нулевого заряда, то обратная полярность Cr заставит его заряжаться до полного напряжения. Попытки подать дополнительный ток и дополнительно разрядить Cl, предполагая, что неправильная полярность приведет к тому, что Cr будет заряжаться выше его номинального напряжения. то есть это можно было бы попытаться, НО было бы вне спецификации для обоих устройств.

Учитывая вышеизложенное, можно ответить на конкретные вопросы:

Какие есть причины для подключения конденсаторов последовательно?

Можно создать биполярный колпачок из 2-х полярных колпачков.
ИЛИ может удвоить номинальное напряжение до тех пор, пока не будут приняты меры для балансировки распределения напряжения. Иногда для достижения баланса используются резисторы Paralleld.

«Оказывается, что то, что может выглядеть как два обычных электролитика, на самом деле не является двумя обычными электролитами».

Это можно сделать с помощью обычных электролизеров.

«Нет, не делайте этого. Он также будет выполнять роль конденсатора, но как только вы пропустите несколько вольт, он вырвет изолятор».

Работает нормально, если рейтинги не превышены.

Вроде как «вы не можете сделать BJT из двух диодов»

Причина сравнения отмечена, но не является действительной. Каждая половина конденсатора по-прежнему подчиняется тем же правилам и требованиям, что и в одиночестве.

«это процесс, который не может сделать тинкер»

Может Tinkerer — вполне законно.

Так неполярный (NP) электролитический колпачок электрически идентичен двум электролитическим колпачкам в обратной серии или нет?

Конечно, но производители обычно вносят изменения в производство, так что есть две анодные пленки, НО результат одинаков.

Разве это не переживает те же напряжения?

Номинальное напряжение соответствует уровню одной крышки.

Что происходит с крышкой с обратным смещением, когда на комбинацию подается большое напряжение?

При нормальной работе НЕТ обратного смещения крышки. Каждая крышка обрабатывает полный цикл переменного тока, эффективно видя половину цикла. Смотрите мое объяснение выше.

Есть ли практические ограничения, кроме физического размера?

Нет очевидного ограничения, о котором я могу думать.

Имеет ли значение какая полярность снаружи?

Нет. Нарисуйте то, что каждая шапка видит изолированно, без ссылки на то, что «снаружи». Теперь измените их порядок в цепи. То, что они видят, идентично.

Я не вижу, в чем разница, но многие люди думают, что есть одна.

Ты прав. Функционально с точки зрения «черного ящика» они одинаковы.

ПРИМЕР ПРОИЗВОДИТЕЛЯ:

В данном документе « Руководство по применению, алюминиевые электролитические конденсаторы» от Cornell Dubilier, компетентного и уважаемого производителя конденсаторов, говорится в нем (для возраста 2.183 и 2.184).

• Если два алюминиевых электролитических конденсатора одного и того же значения соединены последовательно, вплотную друг к другу с подключенными положительными клеммами или отрицательными клеммами, то получающийся в результате единственный конденсатор является неполярным конденсатором с половиной емкости.

  Два конденсатора выпрямляют приложенное напряжение и действуют так, как если бы они были обойдены диодами.

  При подаче напряжения конденсатор правильной полярности получает полное напряжение.

  В неполярных алюминиевых электролитических конденсаторах и алюминиевых электролитических конденсаторах с пусковым электродвигателем вторая анодная фольга заменяет катодную фольгу для достижения неполярного конденсатора в одном корпусе.

Для понимания общего действия важен этот комментарий на стр. 2.183.

• Хотя может показаться, что емкость находится между двумя фольгами, фактически емкость находится между анодной фольгой и электролитом.

  Положительная пластина — анодная фольга;

  диэлектрик представляет собой изолирующий оксид алюминия на анодной фольге;

  истинная отрицательная пластина — проводящий жидкий электролит, а катодная фольга просто соединяется с электролитом.

  Эта конструкция обеспечивает колоссальную емкость, потому что травление фольги может увеличить площадь поверхности более чем в 100 раз, а диэлектрик из оксида алюминия имеет толщину менее микрометра. Таким образом, полученный конденсатор имеет очень большую площадь пластины, и пластины очень близко друг к другу.

ДОБАВЛЕНО:

Как и Олин, я интуитивно чувствую, что необходимо обеспечить средства поддержания правильной полярности. На практике кажется, что конденсаторы хорошо справляются с учетом «граничных условий» запуска. Cornell Dubiliers «действует как диод», нуждается в лучшем понимании.

МЕХАНИЗМ:

Я думаю, что ниже описано, как работает система.

Как я описал выше, как только один конденсатор будет полностью заряжен в одной из крайностей формы волны переменного тока, а другой полностью разряжен, тогда система будет работать правильно, с зарядом, передаваемым во внешнюю «пластину» одного колпачка, напротив внутренней пластины этого крышка к другой крышке и «из другого конца». т. е. совокупность зарядов переносится между двумя конденсаторами и между ними и обеспечивает поток чистого заряда в двойную крышку и из нее. Пока проблем нет.

Правильно смещенный конденсатор имеет очень низкую утечку.
Конденсатор с обратным смещением имеет большую утечку и, возможно, намного выше.
При запуске один колпачок смещается в обратном направлении в каждом полупериоде и протекает ток утечки.
Поток заряда таков, что приводит конденсаторы к правильно сбалансированному состоянию.
Это и есть упомянутое «действие диода» — не формальное выпрямление, а утечка при неправильном смещении.
После ряда циклов баланс будет достигнут. Чем «утечка» крышки в обратном направлении, тем быстрее будет достигнут баланс.
Любые недостатки или неравенства будут компенсированы этим саморегулирующимся механизмом. Очень аккуратный.

Что такое и где применяются косинусоидные конденсаторы?

Косинусные конденсаторы представляют собой эффективное средство, с помощью которого (при должном применении) можно экономить на электропроводке, а также на тарифах за электроэнергию.

Означенный вид конденсаторов позволяет существенно увеличить такую величину, как коэффициент мощности (это работает только в сетях переменного тока).

Как использовать конденсаторы косинусоидного типа

На производственных мощностях используются батареи конденсаторов означенного типа. Этот приём позволяет разгрузить электрическую сеть. Речь идёт об индуктивной нагрузке.

Принимая этот факт во внимание, можно использовать провода меньшего сечения. Кроме того, потери будут значительно сокращены – платить по тарифу придётся гораздо меньше.

Список технических характеристик косинусных конденсаторов:

• Uном=0.23-0.67 кВ;
• μном = 50 Гц;
  максимальная перегрузка – 1,1
• диапазон допустимых температур: от -40 до +40 по Цельсию;
• климатическое исполнение (номенклатура по ГОСТу) – IPOO.

Эксплуатация косинусоидных конденсаторов

Означенный электротехнический элемент представляет собой цилиндр или параллелепипед. Чаще всего, означенный тип конденсаторов выполняется «сухим».

То есть пропитка специальной жидкостью отсутствует. Приведённый факт является существенным плюсом, так как риски взрыва и пожара сводятся к минимуму (практически к нулю).

Наиболее долговечными конденсаторами являются те, которые заполнены полиуретановой смолой. Даже при значительном превышении допустимой температуры, эти конденсаторы не выделяют испарений, ядовитых для человека.

Высокая степень теплоотвода увеличивает срок службы конденсаторной батареи в разы.

Сферой применения конденсаторных батарей служат электрические подстанции. Кроме того, конденсаторная батарея (КБ) позволит значительно снизить потери, необходимые на осуществление перемагничивания АД (асинхронного двигателя).

Фактически, с помощью КБ осуществляется высокоточная регулировка угла сдвига фаз sin φ.

Смотрите также:

Монтаж и подключение конденсаторных батарей необходимо осуществлять строго по прилагаемой производителем инструкции. Если Вы не имеет опыта подобных работ, обратитесь за помощью к профессиональным электрикам.

Специалист CHIPDIP подробно расскажет о способах компенсации реактивной мощности на предприятиях:

По материалам: http://vmtec.ru/kondensatory-dlya-kompensatsii/

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Конденсатор (также называемый конденсатором , что является более старым термином) — это электронное устройство, которое накапливает электрическую энергию. Он похож на батарею, но может быть меньше и легче, а конденсатор заряжается или разряжается намного быстрее. Конденсаторы сегодня используются во многих электронных устройствах и могут быть изготовлены из самых разных материалов. Лейденская банка была одним из первых изобретенных конденсаторов.

Конденсаторы обычно состоят из двух металлических пластин, которые расположены друг над другом и рядом друг с другом, но не соприкасаются друг с другом. При включении они позволяют аккумулировать энергию внутри электрического поля. Поскольку пластинам требуется много места для хранения даже небольшого количества заряда, пластины обычно свертывают в другую форму, например, в цилиндр. Иногда для специальных целей используются конденсаторы другой формы. Эффект, подобный конденсатору, может также возникнуть в результате того, что два проводника расположены близко друг к другу, независимо от того, хотите вы этого или нет. ^[1]

Тип используемого конденсатора зависит от области применения. Конденсаторы бывают разных размеров. Они могут быть маленькими, как муравей, или большими, как мусорный бак. Некоторые конденсаторы регулируются.

Все конденсаторы имеют два соединения или вывода. Большинство типов конденсаторов может легко заменить кто-нибудь, имеющий базовые навыки в области электроники. Однако один из наиболее мощных типов — электролитический конденсатор — необходимо использовать правильно, иначе они могут сильно взорваться.

В то время как конденсаторы могут накапливать энергию, как и батареи, конденсаторы могут высвобождать всю свою накопленную энергию очень быстро, даже быстрее, чем за секунду.Эту способность использует дефибриллятор или конденсатор фотовспышки. Он постепенно заряжается до тех пор, пока не перестанет заполняться, а затем быстро разряжает накопленную энергию на устройство, которому она нужна быстро.

Суперконденсаторы обладают большим зарядом, чем обычные конденсаторы. Они используются для хранения электроэнергии для двигателей и других целей, когда батареи не разряжаются достаточно быстро. ^[2]

Конденсатор этого типа не предназначен для использования в высокочастотных цепях, поскольку он имеет катушку внутри.Они могут заряжаться и разряжаться даже быстрее, чем другие конденсаторы. Они используются в схемах фильтров или схемах синхронизации, работающих на частоте несколько сотен кГц или меньше.

В электролитических конденсаторах используется проводящая поверхность внутри жидкого электролита. Они не заряжаются и разряжаются так быстро, как пленочные конденсаторы. У них есть полярность, поэтому они должны быть правильно прикреплены. Есть два вывода; у одного будет +, а у другого -. Это означает, что одно отведение — положительное , а другое — отрицательное .Существует два разных стиля: осевой, когда выводы подключаются к каждому концу, и радиальный, когда выводы подключаются к одному концу. Электролитические конденсаторы напечатаны с указанием емкости и номинального напряжения.

Поскольку номинальное напряжение может быть низким, важно убедиться, что электролитический конденсатор не перезаряжен. Конденсаторы можно отделить от батареи, а затем подключить последовательно. Поскольку конденсатор поляризован, положительный вывод должен быть подключен к отрицательному.Это создает правильную полярность через электрическую цепь и предотвращает поломку. ^[3]

Некоторые электролитические конденсаторы неполяризованы, что означает, что любая сторона может быть положительной или отрицательной. В основном они используются в громкоговорителях, чтобы блокировать попадание низкочастотных сигналов (басов) в высокочастотные драйверы (твитеры).

Пленочные конденсаторы не только для фильмов

Пленочные конденсаторы функционально аналогичны керамическим конденсаторам, поскольку оба они неполяризованы.Мы можем соединить их любым способом в среде постоянного тока. Пленочные диэлектрики обычно представляют собой полиэтиленовую пленку. Иногда они сочетают это с бумагой. Их цель — переносить электроны.

Как производители собирают пленочные конденсаторы

Поскольку размер имеет значение, производители сначала вытягивают диэлектрическую пленку до очень тонкой толщины в соответствии с желаемой электрической прочностью. Затем непосредственно наносят металлизированное алюминиевое или цинковое покрытие, чтобы сформировать проводящий слой.На практике пленочные конденсаторы состоят из нескольких слоев. Они могут иметь форму цилиндрических обмоток. Однако обычно они плоские, чтобы минимизировать монтажное пространство. Вот графическое изображение того, как это работает на практике.

Производство металлизированных пленочных конденсаторов: Википедия

Два разных типа пленочных конденсаторов

Выбор действительно сводится к тому, сколько скачков напряжения мы хотим, чтобы конденсатор выдерживал. Конденсаторы из пленки / фольги или металлической фольги могут выдерживать сильные скачки тока. Их двойные диэлектрики состоят из слоев металла, обычно алюминиевой фольги.Следовательно, такая конструкция упрощает прикрепление электродов, что делает их надежными. Таким образом, они просты и эффективны до тех пор, пока не потерпят неудачу.

Для сравнения, металлизированные пленочные конденсаторы имеют алюминиевую металлизацию на слоях пластиковой пленки, нанесенной в вакууме. Этому дизайну присущи свойства «самовосстановления». Следовательно, короткие замыкания между электродами не обязательно приводят к саморазрушению компонентов. Это приближает нас к конденсаторам с нулевым дефектом. Но проблема в том, что рейтинг помпажа ниже и они менее надежны.

Перекрывающиеся применения типов конденсаторов: Википедия

Пленочные конденсаторы имеют множество применений

Пленочные конденсаторы лучше подходят для общего и промышленного применения, чем их керамические и электролитические собратья. Они могут быть больше и дороже. Но конденсаторы из пленки / фольги или металлической фольги могут выдерживать сильные скачки тока и иметь более стабильные электрические параметры. Возможно, самое простое место, где его можно найти, — это осветительные балласты на потолке вашего любимого магазина.

Связанные

Что такое конденсатор

Типы конденсаторов, которые используются сегодня

Лабораторные заметки о конденсаторах [Analog Devices Wiki]

Функция:

Конденсатор — это электрическое устройство для хранения заряда. Как правило, конденсаторы состоят из двух или более пластин проводящего материала, разделенных слоем или слоями изоляторов.Конденсатор может накапливать энергию для возврата в цепь по мере необходимости. Емкость (C), определяется как отношение накопленного заряда (Q) к разности потенциалов ( В, ) между проводниками:

Емкость измеряется в фарадах (F), и

Энергия, запасенная в конденсаторе, может быть найдена с помощью любого из следующих трех уравнений, каждое из которых выражается в различных переменных:

Конденсаторы в сочетании с резисторами используются в схемах синхронизации и фильтрах.Они используются для сглаживания или фильтрации изменяющейся мощности постоянного тока, подаваемой переменным током в выпрямители постоянного тока, действуя в качестве накопителя заряда. Они также используются в определенных усилителях и схемах формирования сигналов, поскольку конденсаторы легко пропускают более высокочастотные сигналы переменного тока, но блокируют (постоянные) сигналы постоянного тока.

Емкость:

Это мера способности конденсатора накапливать заряд. Большая емкость означает, что будет сохраняться больше заряда на вольт. Емкость измеряется в фарадах, символ F.Один фарад — это очень большая емкость, поэтому для обозначения меньших значений используются префиксы. Используются три префикса (множители), µ (микро), n (нано) и p (пико):

• µ означает 10 ^-6 (миллионная), поэтому 1000 мкФ = 0,001 F

• n означает 10 ^-9 (миллиардная), поэтому 1000 нФ = 1 мкФ

• p означает 10 ^-12 (миллионная), поэтому 1000 пФ = 1 нФ

Значения конденсатора может быть очень сложно определить, просто взглянув на конденсатор, потому что существует много типов конденсаторов с различными системами маркировки.

Существует много типов конденсаторов, но их можно разделить на две группы: поляризованный и неполяризованный . Каждая группа имеет свой собственный символ цепи.

Поляризованные конденсаторы (обычно большие значения, => 1 мкФ)

Примеры:

Символ цепи:

Конденсаторы электролитические:

Электролитические конденсаторы поляризованы, и они должны быть подключены с правильной ориентацией. , по крайней мере, один из их выводов будет отмечен знаком + или -.Обычно они не повреждаются под воздействием тепла при пайке, но могут перегреться и выйти из строя при неправильной полярности подключения.

Есть две конструкции электролитических конденсаторов; осевой , где выводы прикреплены к каждому концу, и радиальный , где оба вывода находятся на одном конце. Радиальные конденсаторы, как правило, немного меньше по размеру и стоят на печатной плате вертикально, в то время как осевые конденсаторы могут иметь более низкий профиль на печатной плате, но могут занимать больше места.

Стоимость электролитических конденсаторов легко определить, потому что на них четко указаны их емкость и номинальное напряжение.Номинальное напряжение может быть довольно низким (например, 6 В), и его всегда следует проверять при выборе электролитического конденсатора. Если в списке деталей проекта не указано напряжение, выберите конденсатор с номиналом, превышающим напряжение источника питания проекта. 25 В — разумный минимум для большинства цепей батарей.

Танталовые конденсаторы с шариками

Конденсаторы с танталовыми шариками поляризованы и имеют низкое напряжение, подобное электролитическим конденсаторам. Они могут быть более дорогими, но очень маленькими, поэтому они используются там, где требуется большая емкость в небольшом пространстве.

Современные танталовые конденсаторы напечатаны с указанием их емкости и напряжения в полном объеме. Однако более старые используют систему цветового кода, которая имеет две полосы (для двух цифр) и пятно цвета для количества нулей, чтобы дать значение в мкФ. Используется стандартный цветовой код, но для пятна серый означает × 0,01, а белый означает × 0,1, так что могут отображаться значения менее 10 мкФ. Третья цветная полоса рядом с выводами показывает напряжение (желтый цвет 6.3V, черный 10V, зеленый 16V, синий 20V, серый 25V, белый 30V, розовый 35V). Например: синее, серое, черное пятно переводится в 68 мкФ
Например: синее, серое, белое пятно переводится в 6,8 мкФ
Например: синее, серое, серое пятно переводится в 0,68 мкФ

Неполяризованные конденсаторы (малые номиналы, до 1 мкФ)

Примеры:

Условное обозначение цепи:

Конденсаторы малой емкости неполяризованы и могут быть подключены любым способом.Они не повреждаются от нагрева при пайке, за исключением одного необычного вида (полистирол). Они имеют высокое номинальное напряжение не менее 50 В, обычно около 250 В. Может быть трудно найти номиналы этих небольших конденсаторов, потому что существует много их типов и несколько различных систем маркировки!

На многих конденсаторах малой емкости указано их значение, но без умножителя, поэтому вам нужно использовать опыт, чтобы определить, каким должен быть умножитель!

Например 0.1 соответствует 0,1 мкФ = 100 нФ.

Иногда вместо десятичной точки используется множитель:
Например: 4n7 переводится в 4,7 нФ.

Код номера конденсатора

Цифровой код часто используется на небольших конденсаторах, где печать затруднена:

1. 1-е число является 1-й цифрой,

2. 2-е число — 2-я цифра,

3. 3-е число — это количество нулей для определения емкости в пФ .

4. Любые буквы игнорировать — они обозначают допуск и номинальное напряжение.

Например: 102 преобразуется в 1000 пФ = 1 нФ (не 102 пФ!)
Например: 472J преобразуется в 4700 пФ = 4,7 нФ (J = 5% допуск).

Цветовой код конденсатора

Цветовой код, подобный цветовому коду резистора, использовался на полиэфирных конденсаторах в течение многих лет. Сейчас он более или менее устарел, но, конечно же, многие из них все еще существуют.Цвета должны читаться как код резистора, три верхние цветные полосы дают значение в пФ . Игнорируйте 4-й диапазон (допуск) и 5-й диапазон (номинальное напряжение).

Код цвета

Например:
коричневый, черный, оранжевый переводится в 10000 пФ = 10 нФ = 0.01 мкФ.

Обратите внимание, что между цветными полосами нет промежутков, поэтому две идентичные полосы фактически выглядят как одна широкая.

Например:
широкий красный, желтый соответствует 220 нФ = 0,22 мкФ.

Конденсаторы полистирольные

Этот тип сейчас используется редко. Их значение (в пФ, ) обычно печатается без единиц измерения. Конденсаторы из полистирола могут быть повреждены нагревом при пайке (он плавит полистирол!), Поэтому при пайке следует использовать радиатор (например, зажим из крокодиловой кожи) на выводе.прикрепите радиатор к проводу между конденсатором и паяным соединением.

Реальные значения конденсаторов (серии E3 и E6)

Возможно, вы заметили, что конденсаторы доступны не со всеми возможными значениями, например, 22 мкФ и 47 мкФ доступны, а 25 мкФ и 50 мкФ — нет.

Почему это? Представьте, что вы решили делать конденсаторы каждые 10 мкФ, давая 10, 20, 30, 40, 50 и так далее. Кажется, это нормально, но что произойдет, когда вы достигнете 1000? Было бы бессмысленно делать 1000, 1010, 1020, 1030 и так далее, потому что для этих значений 10 — это относительно небольшая разница, слишком мала, чтобы быть заметной в большинстве схем, и конденсаторы не могут быть изготовлены с такой точностью.

Чтобы получить разумный диапазон значений конденсатора, вам необходимо увеличивать размер «шага» по мере увеличения значения. Стандартные номиналы конденсаторов основаны на этой идее, и они образуют серию, которая следует той же схеме для каждого числа, кратного десяти.

Серия E3 (3 значения для каждого числа, кратного десяти) 10, 22, 47, … затем продолжается 100, 220, 470, 1000, 2200, 4700, 10000 и т. Д.

Обратите внимание, как размер шага увеличивается с увеличением значения (значения каждый раз примерно удваиваются). Серия E6 (6 значений для каждого числа, кратного десяти) 10, 15, 22, 33, 47, 68, … затем продолжается 100, 150, 220, 330, 470, 680, 1000 и т. Д. Обратите внимание, как это серия E3 с дополнительным значением в промежутках.

Серия E3 наиболее часто используется для конденсаторов, потому что многие типы не могут быть изготовлены с очень точными значениями.

Понимание паразитных эффектов в конденсаторах:

Определить правильный тип конденсатора для конкретной схемы не так сложно.Как правило, вы обнаружите, что большинство конденсаторов относятся к одной из четырех категорий применения:

1. Связь по переменному току, включая шунтирование (пропускание сигналов переменного тока при блокировке постоянного тока)

2. Развязка (фильтрация переменного тока или высоких частот, наложенных на постоянный или низкие частоты в силовых, опорных и сигнальных цепях)

3. Активные / пассивные RC-фильтры или частотно-избирательные сети

4. Аналоговые интеграторы и схемы выборки и хранения (получение и хранение заряда)

Рис.1.Применение конденсаторов.

Несмотря на то, что существует более десятка или около того популярных типов конденсаторов, включая полимерные, пленочные, керамические, электролитические и т. Д.- вы обнаружите, что, как правило, только один или два типа лучше всего подходят для конкретного применения, потому что явные недостатки или «паразитные эффекты» на производительность системы, связанные с другими типами конденсаторов, заставят их устранить.

В отличие от «идеального» конденсатора, «настоящий» конденсатор характеризуется дополнительными «паразитными» или «неидеальными» компонентами или поведением в виде резистивных и индуктивных элементов, нелинейности и диэлектрической памяти. Результирующие характеристики этих компонентов обычно указываются в паспорте производителя конденсатора.Понимание влияния этих паразитных факторов в каждом приложении поможет вам выбрать правильный тип конденсатора.

Рисунок 2 Модель «настоящего» конденсатора

Четыре наиболее распространенных эффекта — это утечка (параллельное сопротивление), эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), эквивалентная последовательная индуктивность (ESL) и диэлектрическое поглощение (память).

Capacitor Leakage, RP: Leakage — важный параметр в приложениях связи по переменному току, в устройствах хранения, таких как аналоговые интеграторы и держатели образцов, а также когда конденсаторы используются в цепях с высоким импедансом.

Рисунок 3 Утечка конденсатора

В идеальном конденсаторе заряд Q изменяется только в зависимости от внешнего тока. Однако в реальном конденсаторе сопротивление утечки позволяет заряду стекать со скоростью, определяемой постоянной времени R-C.

Конденсаторы электролитического типа (танталовые и алюминиевые), отличающиеся высокой емкостью, имеют очень высокий ток утечки (обычно порядка 5-20 нА на мкФ) из-за низкого сопротивления изоляции и не подходят для хранения или связи. .

Наилучшим выбором для соединения и / или хранения являются тефлон (политетрафторэтилен) и другие «поли» типы (полипропилен, полистирол и т. Д.).

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), RS: Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) конденсатора — это сопротивление выводов конденсатора, соединенных последовательно с эквивалентным сопротивлением пластин конденсатора. ESR заставляет конденсатор рассеивать мощность (и, следовательно, производить потери), когда протекают высокие переменные токи.Это может иметь серьезные последствия для ВЧ и конденсаторов развязки питания, несущих большие токи пульсации, но вряд ли окажет большое влияние на прецизионные низкоомные аналоговые схемы с высоким импедансом.

Конденсаторы с самым низким ESR включают как слюдяные, так и пленочные типы.

Эквивалентная последовательная индуктивность (ESL), LS: Эквивалентная последовательная индуктивность (ESL) конденсатора моделирует индуктивность выводов конденсатора последовательно с эквивалентной индуктивностью пластин конденсатора.Как и ESR, ESL также может быть серьезной проблемой на высоких (RF) частотах, даже если сама прецизионная схема может работать на постоянном токе или на низких частотах. Причина в том, что транзисторы, используемые в прецизионных аналоговых схемах, могут иметь коэффициент усиления, простирающийся до переходных частот (F _t ), составляющих сотни МГц или даже несколько ГГц , и могут усиливать резонансы с низкими значениями индуктивности. Это делает важным, чтобы клеммы источника питания таких цепей были должным образом развязаны на высокой частоте.

Электролитические, бумажные или пластмассовые пленочные конденсаторы — плохой выбор для развязки на высоких частотах; в основном они состоят из двух листов металлической фольги, разделенных листами пластикового или бумажного диэлектрика и скрученных в рулон. Такая структура имеет значительную самоиндукцию и действует больше как индуктор, чем конденсатор на частотах, превышающих всего несколько МГц и .

Более подходящим выбором для ВЧ развязки является монолитный конденсатор керамического типа, который имеет очень низкую последовательную индуктивность.Он состоит из многослойного сэндвича из металлических пленок и керамического диэлектрика, причем пленки соединены параллельно шинам, а не скручены последовательно.

Незначительным компромиссом является то, что монолитные керамические конденсаторы могут быть микрофонными (, то есть , чувствительными к вибрации), а некоторые типы могут даже быть саморезонансными со сравнительно высокой добротностью из-за низкого последовательного сопротивления, сопровождающего их низкую индуктивность. С другой стороны, дисковые керамические конденсаторы иногда бывают довольно индуктивными, хотя и менее дорогими.

Поскольку утечка, ESR и ESL почти всегда трудно поддаются описанию spec по отдельности, многие производители объединяют утечку, ESR и ESL в единую спецификацию, известную как коэффициент рассеяния, или DF, который в основном описывает неэффективность конденсатора. DF определяется как отношение энергии, рассеиваемой за цикл, к энергии, запасенной за цикл. На практике это равно коэффициенту мощности диэлектрика или косинусу фазового угла. Если рассеяние на высоких частотах в основном моделируется как последовательное сопротивление, на интересующей критической частоте отношение эквивалентного последовательного сопротивления, ESR, к общему емкостному реактивному сопротивлению является хорошей оценкой DF,

Фактор рассеяния также оказывается эквивалентом добротности конденсатора, или Q, которая также иногда указывается в технических характеристиках производителя.

Диэлектрическая абсорбция, RDA, CDA: Монолитные керамические конденсаторы отлично подходят для ВЧ развязки, но они обладают значительным диэлектрическим поглощением, что делает их непригодными для использования в качестве запоминающего конденсатора усилителя удержания образца (SHA). Диэлектрическая абсорбция — это гистерезисное внутреннее распределение заряда, которое заставляет конденсатор, который быстро разряжается, а затем размыкается, чтобы восстановить часть своего заряда. Поскольку количество восстановленного заряда является функцией его предыдущего заряда, это, по сути, зарядная память и вызовет ошибки в любом SHA, где такой конденсатор используется в качестве запоминающего конденсатора.

Рисунок 4 Диэлектрическая абсорбция

Конденсаторы, которые рекомендуются для этого типа применения, включают конденсаторы «поли» типа, о которых мы говорили ранее, , то есть , полистирол, полипропилен или тефлон. Эти типы конденсаторов имеют очень низкое диэлектрическое поглощение (обычно <0,01%).

* Общие характеристики конденсаторов приведены в таблице сравнения конденсаторов ниже.

Замечание о высокочастотной развязке в целом: Лучший способ обеспечить адекватную развязку аналоговой цепи как на высоких, так и на низких частотах — это использовать конденсатор электролитического типа, такой как танталовый шарик, параллельно с монолитным керамический.Комбинация будет иметь высокую емкость на низкой частоте и останется емкостной до довольно высоких частот. Обычно нет необходимости иметь танталовый конденсатор на каждой отдельной ИС, за исключением критических случаев; если между каждой ИС и танталовым конденсатором имеется менее 10 см достаточно широкой дорожки для ПК, можно использовать один танталовый конденсатор для нескольких ИС.

Еще одна вещь, которую следует помнить о высокочастотной развязке, — это фактическое физическое размещение конденсатора.Даже короткие отрезки провода имеют значительную индуктивность, поэтому устанавливайте ВЧ развязывающие конденсаторы как можно ближе к ИС и убедитесь, что выводы состоят из коротких широких дорожек ПК.

В идеале, ВЧ развязывающие конденсаторы должны быть частями для поверхностного монтажа, чтобы исключить индуктивность выводов, но конденсаторы с проволочным концом в порядке, при условии, что длина выводов устройства не превышает 1,5 мм.

Паразитная емкость:

Теперь, когда мы поговорили о паразитном влиянии конденсаторов как компонентов, давайте поговорим о другой форме паразитной емкости, известной как «паразитная» емкость.

Как и в конденсаторе с параллельными пластинами, паразитные конденсаторы образуются всякий раз, когда два проводника находятся в непосредственной близости друг от друга (особенно, если они идут параллельно), и не закорочены вместе и не экранированы проводником, служащим экраном Фарадея.

Паразитная или паразитная емкость обычно возникает между параллельными дорожками на печатной плате или между дорожками / плоскостями на противоположных сторонах печатной платы. Возникновение и влияние паразитной емкости, особенно на очень высоких частотах, к сожалению, часто упускается из виду при моделировании схемы и может привести к серьезным проблемам с производительностью, когда системная плата сконструирована и собрана; примеры включают больший шум, пониженную частотную характеристику, даже нестабильность.

Например, если формула емкости применяется к случаю следов на противоположных сторонах платы, то для материала печатной платы общего назначения (ER = 4,7, d = 1,5 мм) емкость между проводниками на противоположных сторонах платы составляет всего лишь менее 3 пФ / см2. На частоте 250 МГц , 3 пФ соответствует реактивному сопротивлению 212,2 Ом!

Вы никогда не сможете «устранить» паразитную емкость; Лучшее, что вы можете сделать, это предпринять шаги, чтобы минимизировать его влияние в цепи.

Один из способов минимизировать влияние паразитной связи — использовать экран Фарадея, который представляет собой просто заземленный проводник между источником связи и цепью, на которую воздействуют.

Посмотрите на рисунок 8; это эквивалентная схема, показывающая, как источник высокочастотного шума В _N связан с полным сопротивлением системы Z через паразитную емкость C. Если у нас мало или совсем нет контроля над В _n или расположение Z ₁ , следующим лучшим решением будет установка щита Фарадея:

Как показано ниже на рисунке 9, экран Фарадея прерывает электрическое поле связи.Обратите внимание, как экран заставляет шум и токи связи возвращаться к своему источнику, не протекая через Z ₁ .

Другой пример емкостной связи — керамические ИС с пайкой сбоку. Эти DIP-пакеты имеют небольшую квадратную токопроводящую крышку из ковара, припаянную к металлизированному краю на керамической верхней части корпуса. Производители упаковки предлагают только два варианта: металлизированный ободок можно соединить с одним из угловых штырей упаковки или оставить неподключенным.Большинство логических схем имеют вывод заземления в одном из углов корпуса, поэтому крышка заземлена. Но у многих аналоговых схем нет контакта заземления в углу корпуса, и крышка остается плавающей. Такие схемы оказываются гораздо более уязвимыми к шуму электрического поля, чем тот же чип в пластиковом корпусе DIP, где он неэкранирован.

Каким бы ни был уровень шума окружающей среды, для пользователя рекомендуется заземлять крышку любой паяной керамической микросхемы сбоку, если крышка не заземлена производителем.Это можно сделать с помощью проволоки, припаянной к крышке (это не повредит устройство, так как микросхема термически и электрически изолирована от крышки). Если пайка к крышке недопустима, можно использовать заземленный зажим из фосфористой бронзы для заземления или использовать токопроводящую краску для соединения крышки с контактом заземления. Никогда не пытайтесь заземлить такую ​​крышку, не убедившись, что она действительно не подключена. ; существуют типы устройств, крышка которых соединена с шиной питания, а не с землей!

Один случай, когда экран Фарадея неосуществим, — это между соединительными проводами интегральной микросхемы.Это имеет важные последствия. Паразитная емкость между двумя соединительными проводами микросхемы и связанными с ними выводами составляет порядка 0,2 пФ ; наблюдаемые значения обычно лежат между 0,05 и 0,6 пФ .

Рассмотрим преобразователь высокого разрешения (АЦП или ЦАП), который подключен к высокоскоростной шине данных. Каждая линия шины данных (которая будет переключаться при напряжении от 2 до 5 В, / нс, ) сможет влиять на аналоговый порт преобразователя через эту паразитную емкость; последующее объединение цифровых фронтов ухудшит характеристики преобразователя.

Этой проблемы можно избежать, изолировав шину данных, вставив заблокированный буфер в качестве интерфейса. Хотя это решение включает в себя дополнительный компонент, который занимает площадь на плате, потребляет электроэнергию и увеличивает стоимость, оно может значительно улучшить отношение сигнал-шум преобразователя.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ТАБЛИЦА КОНДЕНСАТОРОВ

Для получения дополнительной информации о пассивных компонентах см .:

| Инжиниринг | Fandom

Конденсатор — это устройство, которое накапливает энергию в электрическом поле, созданном между парой проводников, на которых размещены одинаковые, но противоположные электрические заряды.Иногда для обозначения конденсатора используется более старый термин конденсатор .

Конденсаторы различных типов

Конденсаторы SMD: электролитические внизу, керамические над ними; керамические и электролитические конденсаторы со сквозным отверстием справа для сравнения

История []

См. [1]

Физика []

Обзор []

Конденсатор состоит из двух электродов или пластин, каждая из которых накапливает противоположный заряд.Эти две пластины являются токопроводящими и разделены изолятором или диэлектриком . Заряд накапливается на поверхности пластин, на границе с диэлектриком. Поскольку каждая пластина хранит равный, но противоположный заряд, общий заряд и конденсатора всегда равен нулю.

Когда электрический заряд накапливается на пластинах, в области между пластинами создается электрическое поле, пропорциональное количеству накопленного заряда. Это электрическое поле создает разность потенциалов В, = Э · d между пластинами этого простого конденсатора с параллельными пластинами.

Электроны в молекулах перемещают или вращают молекулу к положительно заряженной левой пластине. Этот процесс создает противоположное электрическое поле, которое частично аннулирует поле, создаваемое пластинами. (Воздушный зазор показан для наглядности; в реальном конденсаторе диэлектрик находится в прямом контакте с пластиной.)

Емкость []

Емкость конденсатора ( C, ) является мерой количества заряда ( Q ), хранящегося на каждой пластине для данной разности потенциалов или напряжения ( В, ), который появляется между пластинами:

В единицах СИ конденсатор имеет емкость в один фарад (Ф), когда один кулон (Кл) заряда вызывает разность потенциалов на пластинах в один вольт (В).Поскольку фарад — очень большая единица измерения, значения конденсаторов обычно выражаются в микрофарадах (мкФ) x10 ⁻⁶ , нанофарадах (нФ) x10 ⁻⁹ или пикофарадах (пФ) x10 ⁻¹² .

Емкость пропорциональна площади поверхности проводящей пластины и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Он также пропорционален диэлектрической проницаемости диэлектрического (то есть непроводящего) вещества, разделяющего пластины.

Емкость конденсатора с параллельными пластинами определяется как:

[2]

где ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрика, A, — площадь пластин, а d — расстояние между ними.

Накопленная энергия []

Поскольку противоположные заряды накапливаются на пластинах конденсатора из-за разделения зарядов, на конденсаторе возникает напряжение из-за электрического поля этих зарядов. Все возрастающая работа должна выполняться против этого постоянно увеличивающегося электрического поля по мере отделения большего количества зарядов. Энергия (измеряется в джоулях, в СИ), запасенная в конденсаторе, равна количеству работы, необходимой для установления напряжения на конденсаторе и, следовательно, электрического поля.Запасенная энергия определяется по формуле:

где V — напряжение на конденсаторе.

Гидравлическая модель []

Поскольку электрическая схема может быть смоделирована потоком жидкости, конденсатор может быть смоделирован как камера с гибкой диафрагмой, отделяющей вход от выхода. Как можно определить интуитивно, а также математически, это обеспечивает правильные характеристики: давление на устройстве пропорционально интегралу тока, установившийся ток не может проходить через него, но может передаваться импульсный или переменный ток, емкость параллельно соединенных блоков эквивалентна сумме их индивидуальных емкостей; и т.п.

В электрических цепях []

Цепи с источниками постоянного тока []

Электроны не могут напрямую проходить через диэлектрик от одной пластины конденсатора к другой. Когда через конденсатор проходит ток, электроны накапливаются на одной пластине, а электроны удаляются с другой пластины. Этот процесс обычно называют «зарядкой» конденсатора, даже если конденсатор всегда электрически нейтрален. Фактически, ток через конденсатор приводит к разделению, а не к накоплению электрического заряда.Это разделение зарядов вызывает возникновение электрического поля между пластинами конденсатора, что приводит к возникновению напряжения на пластинах. Это напряжение V прямо пропорционально количеству разделенного заряда Q. Но Q — это просто интеграл по времени от тока I, протекающего через конденсатор. Математически это выражается как:

где

I — ток, текущий в обычном направлении, измеренный в амперах.

dV / dt — производная по времени от напряжения, измеренная в вольтах / с.

C — емкость в фарадах

Для цепей с источником постоянного (постоянного) напряжения напряжение на конденсаторе не может превышать напряжение источника. Таким образом, достигается равновесие, при котором напряжение на конденсаторе постоянное, а ток через конденсатор равен нулю. По этой причине обычно говорят, что конденсаторы блокируют постоянный ток.

Цепи с источниками переменного тока []

Ток конденсатора из-за переменного напряжения или источника тока периодически меняет направление.То есть переменный ток поочередно заряжает пластины в одном направлении, а затем в другом. За исключением момента, когда ток меняет направление, ток конденсатора всегда отличен от нуля в течение цикла. По этой причине обычно говорят, что конденсаторы «пропускают» переменный ток. Однако электроны никогда не пересекают пластины.

Поскольку напряжение на конденсаторе является интегралом тока, как показано выше, с синусоидальными волнами в цепях переменного тока или сигнальных цепях, это приводит к разности фаз 90 градусов, причем ток опережает фазовый угол напряжения.Можно показать, что переменное напряжение на конденсаторе находится в квадратуре с переменным током через конденсатор. То есть напряжение и ток «не совпадают по фазе» на четверть цикла. Амплитуда напряжения зависит от амплитуды тока, деленной на произведение частоты тока на емкость C. Отношение амплитуды напряжения к амплитуде тока называется реактивным сопротивлением конденсатора. Емкостное реактивное сопротивление определяется по формуле:

где

, угловая частота, измеренная в радианах в секунду

X _C = емкостное реактивное сопротивление, измеренное в омах

f = частота переменного тока в герцах

C = емкость в фарадах

и аналогична сопротивлению резистора.Ясно, что реактивное сопротивление обратно пропорционально частоте. То есть для очень высокочастотных переменных токов реактивное сопротивление приближается к нулю, так что конденсатор является почти коротким замыканием на очень высокочастотный источник переменного тока. И наоборот, для переменных токов очень низкой частоты реактивное сопротивление неограниченно возрастает, так что конденсатор представляет собой почти разомкнутую цепь для источника переменного тока очень низкой частоты.

Реактивность называется так потому, что конденсатор не рассеивает мощность, а просто накапливает энергию.В электрических цепях, как и в механике, есть два типа нагрузки: резистивная и реактивная. Резистивные нагрузки (аналогичные объекту, скользящему по шероховатой поверхности) рассеивают энергию, которая входит в них, в конечном итоге за счет электромагнитного излучения (см. Излучение черного тела), в то время как реактивные нагрузки (аналогичные пружине или движущемуся объекту без трения) сохраняют энергию.

Полное сопротивление конденсатора определяется по формуле:

где и — мнимая единица [3].

Следовательно, емкостное реактивное сопротивление является отрицательной мнимой составляющей импеданса.Отрицательный знак указывает, что ток опережает напряжение на 90 ° для синусоидального сигнала, в отличие от индуктора, где ток отстает от напряжения на 90 °.

Также важно то, что импеданс обратно пропорционален емкости, в отличие от резисторов и катушек индуктивности, для которых импедансы линейно пропорциональны сопротивлению и индуктивности соответственно. Вот почему формулы последовательного и шунтирующего импеданса (приведенные ниже) являются обратными для резистивного случая. Последовательно суммируются импедансы.Сумма проводимости шунта.

В настроенной цепи, такой как радиоприемник, выбранная частота является функцией индуктивности (L) и емкости (C) последовательно и определяется выражением:

Это частота, на которой возникает резонанс в последовательной цепи RLC.

Для идеального конденсатора ток конденсатора пропорционален скорости изменения напряжения на конденсаторе во времени, где константа пропорциональности — это емкость C:

Импеданс в частотной области можно записать как

.

Это показывает, что конденсатор имеет высокое сопротивление для низкочастотных сигналов (когда ω мало) и низкое сопротивление для высокочастотных сигналов (когда ω велико). Это частотно-зависимое поведение объясняет большинство применений конденсатора (см. «Применения» ниже).

При использовании преобразования Лапласа [4] в анализе схем емкостное сопротивление в области с представляется следующим образом:

Конденсаторы и ток смещения []

Физик Джеймс Клерк Максвелл [5] изобрел концепцию тока смещения, d D / dt, чтобы согласовать закон Ампера с сохранением заряда в тех случаях, когда заряд накапливается, как в конденсаторе.Он интерпретировал это как реальное движение зарядов даже в вакууме, где он предположил, что это соответствует движению дипольных [6] зарядов в светоносном эфире [7]. Хотя от этой интерпретации отказались, поправка Максвелла к закону Ампера остается в силе.

Конденсаторные сети []

Конденсатор может использоваться для блокировки постоянного тока, протекающего в цепи, и поэтому имеет важное применение при соединении сигналов переменного тока между каскадами усилителя, предотвращая прохождение постоянного тока.

Последовательное или параллельное расположение []

Основная статья: Последовательные и параллельные цепи

Конденсаторы в параллельной конфигурации имеют одинаковую разность потенциалов (напряжение). Их общая емкость ( C _экв. ) определяется по формуле:

Ток, проходящий через последовательно соединенные конденсаторы, остается неизменным, но напряжение на каждом конденсаторе может быть разным. Сумма разностей потенциалов (напряжения) равна общему напряжению.Их общая емкость определяется как:

Параллельно общий накопленный заряд представляет собой сумму зарядов в каждом конденсаторе. При последовательном подключении заряд каждого конденсатора одинаков.

Одной из возможных причин для последовательного подключения конденсаторов является увеличение общего номинального напряжения. На практике к каждому конденсатору можно подключить очень большой резистор, чтобы обеспечить правильное разделение общего напряжения для отдельных номиналов, а не по мельчайшим различиям в значениях емкости.Другое применение — использование поляризованных конденсаторов в цепях переменного тока; конденсаторы соединены последовательно с обратной полярностью, так что в любой момент времени один из конденсаторов не проводит ток.

Двойной конденсатор / индуктор []

С математической точки зрения, идеальный конденсатор можно рассматривать как инверсию идеальной катушки индуктивности, потому что уравнения напряжения-тока двух устройств могут быть преобразованы друг в друга путем обмена членами напряжения и тока.Так же, как две или более катушек индуктивности могут быть соединены магнитным полем для создания трансформатора, два или более заряженных проводника могут быть соединены электростатически, образуя конденсатор. Взаимная емкость двух проводников определяется как ток, протекающий в одном, когда напряжение на другом изменяется на единицу напряжения в единицу времени.

Приложения []

находят множество применений в электронных и электрических системах.

Накопитель энергии []

Конденсатор может накапливать электрическую энергию при отключении от цепи зарядки, поэтому его можно использовать как временный аккумулятор.Недавняя коммерческая доступность конденсаторов очень большой емкости, размером в один фарад и более, позволила таким компонентам заменять батареи в электронных устройствах без потери памяти, например, или для хранения энергии для доставки во время экстремальных пиковых нагрузок. как это часто бывает в чрезвычайно мощных автомобильных аудиосистемах.

Обработка сигналов []

Энергия, запасенная в конденсаторе, может использоваться для представления информации либо в двоичной форме, как в компьютерах, либо в аналоговой форме, как в схемах с переключаемыми конденсаторами и линиях задержки типа «ведро-бригада».Конденсаторы могут использоваться в аналоговых схемах в качестве компонентов интеграторов или более сложных фильтров, а также для стабилизации контура отрицательной обратной связи. В схемах обработки сигналов также используются конденсаторы для интеграции токового сигнала.

Применения источников питания []

обычно используются в источниках питания , где они сглаживают выход полнополупериодного или полуволнового выпрямителя. Они также могут использоваться в схемах накачки заряда в качестве элемента накопления энергии при генерировании более высоких напряжений, чем входное напряжение.Конденсаторы подключаются параллельно к силовым цепям большинства электронных устройств и более крупных систем (например, заводов), чтобы отводить и скрывать колебания тока от первичного источника питания, чтобы обеспечить «чистый» источник питания для сигнальных или управляющих цепей. Аудиооборудование, например, использует несколько конденсаторов таким образом, чтобы отводить гудение линии электропередачи до того, как он попадет в сигнальную цепь. Конденсаторы действуют как локальный резерв для источника постоянного тока и отводят переменные токи от источника питания.

Конденсаторы используются для коррекции коэффициента мощности. Такие конденсаторы часто представляют собой три конденсатора, подключенных к трехфазной нагрузке. Обычно значения этих конденсаторов указываются не в фарадах, а скорее как реактивная мощность в вольт-амперах реактивной мощности (ВАр). Цель состоит в том, чтобы согласовать индуктивную нагрузку оборудования, содержащего двигатели, чтобы нагрузка выглядела в основном резистивной.

Конденсаторы также используются параллельно для прерывания блоков высоковольтного выключателя с целью распределения напряжения между этими блоками.В этом случае их называют градуировочными конденсаторами. На принципиальных схемах конденсатор, используемый в основном для накопления заряда постоянного тока, часто изображен вертикально на принципиальных схемах с нижней, более отрицательной пластиной, изображенной в виде дуги. Прямая пластина указывает на положительный вывод устройства, если он поляризован (см. Электролитический конденсатор).

Неполяризованные электролитические конденсаторы, используемые для фильтрации сигналов, обычно имеют две изогнутые пластины. Остальные неполяризованные конденсаторы нарисованы двумя прямыми пластинами.

Настроенные схемы []

Конденсаторы и катушки индуктивности используются вместе в настроенных схемах для выбора информации в определенных частотных диапазонах. Например, радиоприемники полагаются на переменные конденсаторы для настройки частоты станции. В динамиках используются пассивные аналоговые кроссоверы, а в аналоговых эквалайзерах используются конденсаторы для выбора различных звуковых диапазонов.

Сигнальная муфта []

Поскольку конденсаторы пропускают переменный ток, но блокируют сигналы постоянного тока (когда заряжаются до приложенного постоянного напряжения), они часто используются для разделения компонентов переменного и постоянного тока в сигнале.Этот метод известен как муфта переменного тока . (Иногда для того же эффекта используются трансформаторы.) Здесь используется большое значение емкости, значение которой не нужно точно контролировать, но чье реактивное сопротивление мало на частоте сигнала. Конденсаторы для этой цели, предназначенные для установки через металлическую панель, называются проходными конденсаторами и имеют несколько иное схематическое обозначение.

Шумовые фильтры, пускатели двигателей и демпферы []

Когда индуктивная цепь разомкнута, энергия, запасенная в магнитном поле индуктивности, быстро падает, создавая большое напряжение в разомкнутой цепи переключателя или реле.Если индуктивность достаточно велика, энергия вызовет искру, в результате чего точки контакта будут окисляться, портиться или иногда свариваться вместе, или разрушать твердотельный переключатель. Демпферный конденсатор во вновь разомкнутой цепи создает путь для этого импульса, чтобы обойти точки контакта, тем самым сохраняя их жизнь; они обычно использовались, например, в системах зажигания с контактным выключателем. Точно так же в схемах меньшего размера искры может быть недостаточно, чтобы повредить переключатель, но все же будут излучаться нежелательные радиочастотные помехи (RFI), которые поглощает конденсатор фильтра .Демпферные конденсаторы обычно используются с последовательно включенным резистором с низким номиналом, чтобы рассеивать энергию медленнее и минимизировать радиопомехи. Такие комбинации резистор-конденсатор доступны в одном корпусе.

И наоборот, чтобы быстро инициировать ток через индуктивную цепь, требуется большее напряжение, чем требуется для его поддержания; в таких применениях, как большие двигатели, это может вызвать нежелательные пусковые характеристики, а пусковой конденсатор двигателя используется для накопления энергии, достаточной для того, чтобы дать току начальный толчок, необходимый для запуска двигателя.

Применения датчиков []

Хотя конденсаторы обычно поддерживают фиксированную физическую структуру, а их использование изменяет электрическое напряжение и ток, эффекты изменения физических и / или электрических характеристик диэлектрика при фиксированном электропитании также могут быть полезными. Конденсаторы с открытым пористым диэлектриком могут использоваться для измерения влажности воздуха. Конденсаторы с гибкой пластиной можно использовать для измерения деформации или давления. Конденсаторы используются в качестве преобразователя в конденсаторных микрофонах, где одна пластина перемещается под действием давления воздуха относительно фиксированного положения другой пластины.

Акселерометры []

В некоторых акселерометрах используются конденсаторы MEMS, выгравированные на микросхеме, для измерения величины и направления вектора ускорения. Они используются для обнаружения изменений в ускорении, например. в качестве датчиков наклона или для обнаружения свободного падения, в качестве датчиков срабатывания подушки безопасности и во многих других приложениях.

Применение оружия []

Неизвестное военное применение конденсатора — в ЭМИ-оружии. В качестве диэлектрика используется пластиковая взрывчатка.Конденсатор заряжается и взрывчатка взрывается. Емкость становится меньше, но заряд на пластинах остается прежним. Это создает высокоэнергетическую электромагнитную ударную волну, способную разрушить незащищенную электронику на многие мили вокруг.

Идеальные и неидеальные конденсаторы []

На практике эту идеальную модель конденсатора часто приходится модифицировать, чтобы отразить конструкцию и работу конденсатора в реальном мире. Наиболее очевидным примером являются электролитические конденсаторы, где конденсатор поляризован так, что при обратном подключении напряжения конденсатор действует как резистор.Однако аналогичные проблемы диэлектрической утечки являются постоянным усложнением всей конструкции конденсаторов и приводят к постоянным улучшениям в конструкции конденсаторов, поскольку материал, используемый для изготовления диэлектриков, изменился с промасленной бумаги на майлар и с керамики на тефлон. Это также решает связанную с этим проблему диэлектрической стабильности; Смазанная маслом или пропитанная электролитом бумага со временем высыхает, уменьшая емкость и увеличивая утечку, что в современных компонентах устраняет проблему.

С другой стороны, требования большой площади пластины для разумно полезных емкостей конденсатора, а также разумной упаковки привели к повсеместной практике свертывания сэндвича пластина / диэлектрик в цилиндр, который затем герметизировали.Однако этот процесс также создает индуктивность, последовательно соединенную с емкостью, точно так же, как введение спирального провода с аналогичными характеристиками последовательно с плоским конденсатором; в чувствительных цепях эту индуктивность необходимо учитывать либо путем использования конденсатора, имеющего более низкую индуктивность, либо путем обхода большого конденсатора меньшим, неиндуктивным. В последнее время эта практика стала более распространенной в продукции, ориентированной на аудиофилов, поскольку было продемонстрировано, что индуктивные проблемы в недорогих конденсаторах ухудшают точность воспроизведения высоких частот.

В компьютерах и сотовых (мобильных) телефонах используются многослойные конденсаторы для поверхностного монтажа, поскольку эти устройства не имеют выводов и, следовательно, индуктивности выводов. Когда пластины конденсатора устанавливаются под прямым углом к ​​плате схемы, индуктивность может быть очень низкой. Для дальнейшего уменьшения индуктивности используются широкие проводники и небольшие зазоры, и конденсатор имеет соответствующую форму.

Диэлектрические материалы могут вызывать нежелательные побочные эффекты. Например, диэлектрическая проницаемость титаната бария [8], используемого в керамических конденсаторах, изменяется в зависимости от температуры и давления.Такие конденсаторы чувствительны к вибрации и изгибу и могут вызывать модуляцию сигнала в электронных схемах, называемую микрофоникой .

Конденсатор: опасности и безопасность []

Конденсаторы могут сохранять заряд долгое время после отключения питания от цепи; этот заряд может вызвать поражение электрическим током (вплоть до поражения электрическим током) или повреждение подключенного оборудования. Поскольку конденсаторы имеют такое низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), они способны передавать большие токи в короткие замыкания; это может быть опасно.Перед обслуживанием содержащего его оборудования необходимо убедиться, что любой большой или высоковольтный конденсатор должным образом разряжен. В целях безопасности перед обращением с ними следует разрядить все конденсаторы большой емкости. Для конденсаторов на уровне платы это достигается путем размещения на выводах резистора для сброса напряжения , сопротивление которого достаточно велико, чтобы ток утечки не влиял на схему, но достаточно мало, чтобы разрядить конденсатор вскоре после отключения питания. Конденсаторы высокого напряжения следует хранить с закороченными клеммами для рассеивания накопленного заряда.

Большие заполненные маслом старые конденсаторы необходимо утилизировать надлежащим образом, поскольку некоторые из них содержат полихлорированные бифенилы [9] (ПХД). Известно, что отходы ПХД могут попадать в грунтовые воды под свалками. При употреблении с питьевой загрязненной водой ПХД являются канцерогенными [10], даже в очень незначительных количествах. Если конденсатор физически большой, он более опасен и может потребовать дополнительных мер предосторожности, помимо описанных выше. Новые электрические компоненты больше не производятся с печатными платами. Устранение неоднозначности: имейте в виду, что печатная плата в электронике обычно означает печатную плату, в отличие от химии, где она может использоваться, как показано выше.

См. Также []

Конденсатор (компонент) Шаблон: Wikibookspar

Внешние ссылки []

Список литературы []

«IEEE Spectrum», январь 2005 г. Том 42, № 1, издание для Северной Америки.

• «Справочник ARRL для радиолюбителей, 68-е изд.», Лига радиолюбителей, Ньюингтон, Коннектикут, США, 1991
• «Основная теория схем с цифровыми вычислениями», Лоуренс П. Хуэльсман, Прентис-Холл, 1972 г.
• Философские труды Королевского общества LXXII, приложение 8, 1782 г. (Вольта вводит слово конденсатор )
• А.К. Майни «Электронные проекты для начинающих», «Пустак Махал», 2-е издание: март 1998 г. (ИНДИЯ [11])
• Музей искры (фон Клейст и Мушенбрук)
• Биография фон Клейста

Типы и характеристики конденсаторов | Newark

Конденсаторы — это пассивные компоненты, накапливающие электрический заряд. Однако эту единственную функцию можно использовать по-разному в самых разных приложениях — переменного и постоянного тока, аналоговых и цифровых. Примеры включают схемы синхронизации и формирования сигналов, связь и развязку, фильтры и сглаживание формы сигналов, настройку телевидения и радио, генераторы и, с суперконденсаторами, накопители заряда для таких устройств, как лампы-вспышки для фотоаппаратов.Это разнообразие в сочетании с масштабированием для соответствия различным уровням мощности, тока и напряжения означает, что конденсаторы бывают разных форм, размеров и технологий изготовления.

В этой статье исследуются конденсаторы и значение электрической емкости. Затем он смотрит на свойства, помимо емкости, которые определяют производительность компонентов и влияют на их целевую схему. Далее показано, как эти свойства по-разному проявляются в различных типах конденсаторов, доступных в настоящее время, и как они влияют на выбор конструктора типа конденсатора.

Иногда, однако, очевидный первый выбор проекта может быть не лучшим путем; по какой-то причине может оказаться желательным заменить одну конденсаторную технологию на другую. Соответственно, статья завершается кратким примером того, как полимерные конденсаторы могут заменить многослойные керамические конденсаторы.

Что такое конденсатор?

Как показано на рисунке 1, конденсатор состоит из двух проводящих пластин, находящихся в непосредственной близости друг от друга, разделенных изолятором или диэлектриком.Подайте постоянный ток на пластины, и они будут накапливать равные и противоположные заряды; отрицательный на одной пластине и положительный на другой. Удалите источник питания, и пластины сохранят свой заряд, за исключением утечки. Затем, если пластины подключены к нагрузке, такой как лампа-вспышка камеры, они будут выделять в нее всю свою энергию для питания вспышки.

Рис.1 Символы конденсаторов — Правообладание на изображение Premier Farnell

Обратите внимание, что конструкция конденсатора означает, что он блокирует постоянный ток, но проводит переменный ток.Как правило, чем выше частота переменного напряжения, тем лучше конденсатор проводит переменный ток.

Количество энергии, которое может хранить конденсатор, определяется его емкостью, измеряемой в фарадах. Поскольку фарад — это непрактично большая единица емкости (за исключением суперконденсаторов), реальные компоненты оцениваются в одном из следующих диапазонов СИ:

• 1 мФ (миллифарад, одна тысячная (10−3) фарада)
• 1 мкФ (микрофарад, одна миллионная (10-6) фарада)
• 1 нФ (нанофарад, одна миллиардная (10-9) фарада)
• 1 пФ (пикофарад, одна триллионная (10-12) a фарад)

В любом случае емкость C в фарадах определяется уравнением:

Где q — заряд в кулонах (+ q и -q заряды на пластинах), а V — напряжение в вольтах на пластинах. .2

Первое из приведенных выше уравнений говорит нам, что увеличение емкости позволяет сохранять больший заряд для данного напряжения на конденсаторе. Емкость можно увеличить, увеличив размер пластин, сдвинув пластины ближе друг к другу или улучшив изоляционные свойства диэлектрика. Конденсаторы всех типов достигают заданных значений емкости, регулируя эти три переменные в соответствии с требованиями. Следовательно, если требуемое значение емкости может быть получено с различными типами конденсаторов, как нам решить, какой тип лучше всего подходит для любого конкретного применения?

Ответ заключается в том, что, хотя идеальные конденсаторы должны иметь только емкость, реальные устройства также имеют множество других параметров и характеристик, которые влияют на их производительность в рамках их целевого применения и на пригодность для них.Эти факторы зависят от используемой конденсаторной технологии, и все это необходимо учитывать при выборе оптимального решения.

Критерии включают рабочее напряжение, размер устройства, частотную характеристику, старение (высыхание влажного электролита), вызывающее потерю емкости, максимальную рекомендуемую рабочую температуру, воспламеняемость и свойства самовосстановления. Иногда чрезвычайно низкое паразитное сопротивление (известное как эквивалентное последовательное сопротивление или ESR) необходимо для минимизации потерь I2R в приложениях с высоким током.

Далее мы более внимательно рассмотрим эти и другие свойства конденсаторов, а затем то, как они отражаются в различных типах конденсаторов.

Свойства конденсатора

Публикация KEMET «Введение в конденсаторные технологии» содержит много полезной информации и дает основу для обсуждения свойств конденсаторов, приведенного ниже.

Диэлектрические характеристики и конденсатор CV

Диэлектрические свойства влияют на объемный КПД конденсаторов, т.е.е. количество емкости на данный объем. Это выражается в виде значения CV, где C = емкость, а V — напряжение. Значения CV являются важными факторами при проектировании портативных систем или очень плотно установленных печатных плат, где важна высокая емкость при минимальном объеме.

Некоторые диэлектрики, например тантал, известны своими высокими характеристиками CV. CV также можно увеличить за счет максимизации полезной площади поверхности электрода и минимизации накладных расходов на упаковку.

Проблемы с практической емкостью

Полезная емкость конденсатора может отличаться от его номинального значения из-за нескольких факторов.К ним относятся:

• Температура
• Влажность
• Напряжение переменного и постоянного тока
• Частота сигнала
• Возраст конденсатора
• Механический
• Пьезоэлектрический эффект

При выборе конденсатора для приложения необходимо учитывать его номинальные характеристики с учетом этих факторов. во внимание.

Допуски — еще одно важное соображение. Конденсаторы имеют коды допусков, наиболее распространенные коды:

• ± 20% = M
• ± 10% = K
• ± 5% = J
• ± 2.5% = H
• ± 2% = G
• ± 1% = F

Зависимость тока утечки от сопротивления изоляции

Диэлектрические материалы в конденсаторах не являются идеальными изоляторами; они могут пропускать небольшой постоянный ток утечки по разным причинам, характерным для каждого типа диэлектрика. Это приведет к медленному падению напряжения на клеммах заряженного конденсатора, поскольку ток утечки истощает его заряд.

Как правило, сопротивление изоляции имеет тенденцию к уменьшению с увеличением значений емкости.Ток утечки увеличивается с ростом температуры.

Связь между током утечки (LC) и сопротивлением изоляции диэлектрика конденсатора (IR) определяется простой формулой:

I (LC) = V / R (IR)

Заряд / разряд

Напряжение постоянного тока подается на конденсатор последовательно с резистором, конденсатор заряжается со скоростью, установленной приложенным напряжением, состоянием заряда относительно его конечного значения, последовательным сопротивлением и собственной емкостью.Произведение сопротивления и емкости, RC, известно как постоянная времени цепи. Точнее, постоянная времени RC — это время, необходимое для зарядки конденсатора на 63,2% разницы между начальным и конечным значениями. То же значение RC также определяет время, необходимое для разряда конденсатора через последовательный резистор.

Диэлектрическая прочность

Если напряжение на конденсаторе достаточно увеличивается, электрическое поле в конечном итоге вызовет пробой диэлектрика и проведение тока.С некоторыми диэлектриками эффект остается постоянным, поэтому конденсатор разрушается.

Однако некоторые диэлектрики могут самовосстанавливаться. Например, пленочные и бумажные конденсаторы с очень тонкими электродами могут самовосстанавливаться, поскольку большой ток пробоя нагревает электродные слои, заставляя металлы испаряться и окисляться вдали от пораженной области, тем самым изолируя путь короткого замыкания от остальной части конденсатора. Этот процесс может происходить даже в приложениях с очень большой мощностью до нескольких киловатт.

Рассеивание энергии

Когда переменное напряжение подается на конденсатор, ток течет через его диэлектрический материал и проводящие части. На практике часть этого тока рассеивается в небольшом сопротивлении внутри конденсатора. Это рассеяние проявляется в повышении температуры конденсатора. Общее сопротивление конденсатора, называемое эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR), представляет собой сумму двух элементов:

• Сопротивление диэлектрического материала
• Сопротивление проводящих частей

Индуктивность

Электроды и подводящие провода или выводы конденсатора металлические проводники, с которыми связана некоторая индуктивность.Эта индуктивность имеет тенденцию противостоять изменениям переменного тока через конденсатор. Он известен как эквивалентная последовательная индуктивность или ESL.

Описание эквивалентной схемы конденсатора

Проводящие части конденсатора имеют соответствующее омическое сопротивление, которое в сочетании с диэлектрическим сопротивлением образует эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Практический конденсатор можно описать с помощью так называемой эквивалентной схемы, как на рисунке 2, где резистор (ESR) и индуктор (ESL) включены последовательно с чистой емкостью параллельно с резистором, равным сопротивлению изоляции диэлектрик.

Рис. 2: Эквивалентная схема конденсатора с паразитной индуктивностью и сопротивлением — Изображение через KEMET

Различные типы конденсаторов

На Рис. 3 показаны различные типы конденсаторов, доступные в настоящее время. Ниже мы рассмотрим типы конденсаторов постоянной емкости.

Рис. 3: Иерархия типов конденсаторов — Изображение предоставлено Würth Elektronik

Caoacitorguide.com предоставляет подробные объяснения различных типов конденсаторов и их конструкции; приведенная ниже информация о типе конденсатора (кроме Glass и Feedthru) основана на этом содержании.

Пленочные

Пленочные конденсаторы используют тонкую пластиковую пленку в качестве диэлектрика; он может быть металлизирован или оставлен без обработки, в зависимости от требуемых свойств конденсатора. Эти типы обеспечивают стабильность, низкую индуктивность и низкую стоимость. Различные варианты пленки включают полиэфирную, металлизированную, полипропиленовую, PTFE и полистирол. Емкость колеблется от менее 1 нФ до 30 мкФ.

Эти типы конденсаторов неполяризованы, что делает их пригодными для передачи сигналов переменного тока и питания. Пленочные конденсаторы могут иметь очень высокие значения емкости конденсаторов, которые они сохраняют дольше, чем другие типы конденсаторов.Они очень надежны, имеют длительный срок хранения и срок службы, а процесс старения обычно происходит медленнее, чем у других типов, таких как электролитические. У них низкие значения ESR и ESL, следовательно, очень низкие коэффициенты рассеяния. Их можно сделать так, чтобы они выдерживали напряжения в диапазоне киловольт и могли обеспечивать очень сильные импульсы импульсного тока.

Доступны силовые пленочные конденсаторы, которые могут выдерживать реактивную мощность более 200 вольт-ампер. Они используются в устройствах силовой электроники, фазовращателях, рентгеновских вспышках и импульсных лазерах.Варианты с низким энергопотреблением используются в качестве развязывающих конденсаторов, фильтров и аналого-цифровых преобразователей. Другими известными приложениями являются предохранительные конденсаторы, подавление электромагнитных помех, балласты люминесцентных ламп и демпфирующие конденсаторы.

Рис.4: Конденсаторы из полиэфирной пленки — изображение с Wikimedia Commons

Керамика

В керамических конденсаторах в качестве диэлектрика используется керамический материал. Многослойный чип-конденсатор (MLCC) и керамический дисковый конденсатор являются наиболее часто используемыми типами в современной электронике.MLCC изготавливаются по технологии поверхностного монтажа (SMT) и широко используются из-за своего небольшого размера. Значения емкости обычно находятся в диапазоне от 1 нФ до 1 мкФ, хотя доступны значения до 100 мкФ. Они неполяризованы, поэтому могут использоваться в цепях переменного тока. Они обладают отличной частотной характеристикой благодаря низкому резистивному и индуктивному паразитным эффектам.

Сегодня доступны керамические конденсаторы двух классов: класс 1 и класс 2. Керамические конденсаторы класса 1 используются там, где требуются высокая стабильность и низкие потери.Они очень точны, а значение емкости стабильно в зависимости от приложенного напряжения, температуры и частоты.

Конденсаторы класса 2 имеют высокую емкость на единицу объема и используются для менее чувствительных приложений. Их термическая стабильность обычно составляет ± 15% в диапазоне рабочих температур, а допустимые отклонения от номинальных значений составляют около 20%.

MLCC предлагают высокую плотность упаковки для монтажа на печатной плате, хотя также доступны физически большие силовые керамические компоненты, которые могут выдерживать напряжения от 2 кВ до 100 кВ с номинальной мощностью выше 200 ВА.

Рис. 5: Керамический конденсатор — Изображение из Википедии

Электролитический

В электролитических конденсаторах используется электролит для обеспечения большей емкости, чем в конденсаторах других типов. Почти все электролитические конденсаторы поляризованы, поэтому их необходимо использовать в цепях постоянного тока и правильно смещать. Электролитические конденсаторы могут быть либо с жидким электролитом, либо с твердым полимером. Обычно их делают из тантала или алюминия. Алюминиевые конденсаторы обычно имеют емкость от 1 мкФ до 47 мФ с рабочим напряжением до нескольких сотен вольт постоянного тока.Однако суперконденсаторы, иногда называемые двухслойными конденсаторами, также доступны с емкостью в сотни или тысячи фарад.

К недостаткам относятся большие токи утечки, большие допуски значений, обычно составляющие 20%, эквивалентное последовательное сопротивление и ограниченный срок службы. Значения емкости также меняются со временем. Конденсаторы могут перегреться или даже взорваться при воздействии напряжений обратной полярности.

Электролитические конденсаторы используются в приложениях, где не требуются жесткие допуски и поляризация переменного тока, но требуются большие значения емкости.Примеры включают в себя этапы фильтрации в источниках питания для удаления пульсаций переменного тока или для сглаживания входа и выхода в качестве фильтра нижних частот для сигналов постоянного тока со слабой составляющей переменного тока.

Рис.6: Электролитический конденсатор — Изображение с flickr

Суперконденсаторы

Суперконденсаторы — это тип электролитических, как описано выше. Они могут накапливать чрезвычайно большое количество электроэнергии, используя два механизма; двухслойная емкость и псевдоемкость. Первый является электростатическим, а второй — электрохимическим, поэтому суперконденсаторы сочетают в себе характеристики обычных конденсаторов с характеристиками обычных батарей.

Фактически, они используются в качестве альтернативы батареям во многих приложениях, включая автомобильные системы рекуперации кинетической энергии (KERS), фотовспышки и статическую память RAM. Возможности будущего включают мобильные телефоны, ноутбуки и электромобили; их самым захватывающим преимуществом является очень высокая скорость перезарядки, что означает, что электромобиль можно зарядить за несколько минут.

Эта технология позволяет достичь значений емкости до 12000 F. Они имеют очень быстрое время зарядки и разрядки, сравнимое с обычными конденсаторами, из-за их низкого внутреннего сопротивления.Напротив, для полной зарядки аккумуляторов может потребоваться до нескольких часов. Суперконденсаторы также имеют удельную мощность в 5-10 раз больше, чем батареи; например, 10 кВт / кг по сравнению с 1–3 кВт / кг для литий-ионных аккумуляторов. Суперконденсаторы при неправильном обращении нагреваются не так сильно, как батареи, и имеют практически неограниченный срок службы по сравнению с 500+ циклами, типичными для батарей.

К недостаткам суперконденсаторов относятся низкая удельная энергия (Втч / кг), линейная характеристика напряжения разряда (суперконденсатор рассчитан на 2.Выходное напряжение 7 В упадет до 1,35 В при разряде 50%, например) и высокой стоимости. До сих пор это не позволяло суперконденсаторам заменять батареи в большинстве приложений.

Рис.7: Технологии суперконденсаторов — Изображение с Wikimedia Commons

Слюдяные

Слюдяные конденсаторы сегодня означают серебряные слюдяные конденсаторы, изготовленные из листов слюды, покрытых металлом с обеих сторон. Значения емкости небольшие, обычно от нескольких пФ до нескольких нФ, хотя самые крупные типы слюды могут достигать 1 мкФ.Номинальное напряжение обычно составляет от 100 до 1000 вольт, хотя некоторые конденсаторы рассчитаны на напряжение до 10 кВ для радиочастотных передатчиков. Они также используются в других высоковольтных устройствах из-за высокого напряжения пробоя.

Они обладают малыми потерями, позволяют использовать на высоких частотах, надежны, и их стоимость остается стабильной с течением времени. Конденсаторы также стабильны в широком диапазоне напряжения, температуры и частоты. Обычно они имеют относительно небольшую емкость. Они обеспечивают точность с допусками до +/- 1%.Однако конденсаторы громоздкие и дорогие.

Рис.7: Серебряные слюдяные конденсаторы — Изображение с Wikimedia Commons

Стекло

Стеклянные конденсаторы используются в ВЧ схемах, где требуется максимальная производительность. Они предлагают низкий температурный коэффициент без гистерезиса, нулевую скорость старения, отсутствие пьезоэлектрического шума, нулевую скорость старения и чрезвычайно низкие потери. Они также обладают высокой способностью к высокочастотному току с высокими рабочими температурами, часто до 200 ° C.

Feedthru

AVX предлагает линейку проходных конденсаторов, которые доступны как в стандартном размере 0805, так и в размере 1206.Эти конденсаторы — идеальный выбор для подавления электромагнитных помех, широкополосной фильтрации ввода / вывода или кондиционирования линии питания Vcc. Уникальная конструкция проходного конденсатора обеспечивает низкую параллельную индуктивность и обеспечивает отличную развязку для всех сред с высоким di / dt и обеспечивает значительное снижение шума в цифровых схемах до 5 ГГц. AVX предлагает проходные конденсаторы автомобильного класса, соответствующие стандарту AEC-Q200. Эти конденсаторы доступны в диэлектриках NP0 и X7R с вариантами заделки, включая никель и олово с гальваническим покрытием.

Взаимозаменяемость типов конденсаторов

Хотя различные типы конденсаторов оптимизированы для разных приложений, возможно или желательно заменить один тип другим. Например, Panasonic подготовила подробный технический документ, в котором показано, как полимерные конденсаторы могут заменить MLCC в различных приложениях. Информация из этой статьи представлена ​​ниже.

Современные разработки ИС и связанные с ними ожидания в отношении их производительности предъявляют более строгие требования к соответствующим компонентам, включая конденсаторы.Эта тенденция очевидна, например, в конструкциях преобразователей постоянного тока в постоянный. Это способствует повышению энергоэффективности, увеличению токов нагрузки, миниатюризации и повышению частоты переключения. Для таких тенденций требуются конденсаторы, способные выдерживать более высокие токовые нагрузки при меньшем объеме. Существует возрастающая потребность в сочетании высокой производительности и удельной мощности с длительным сроком службы, высокой надежностью и безопасностью.

Выходные конденсаторы необходимы для преобразователей постоянного тока в постоянный, потому что вместе с главной катушкой индуктивности они обеспечивают резервуар электрической энергии для выхода и сглаживают выходное напряжение.Входные конденсаторы должны хорошо работать с точки зрения рассеивания мощности и пульсаций. Они должны поддерживать напряжение и обеспечивать стабильное напряжение шины для инвертора.

Для этих входных и выходных ролей преобразователя постоянного тока в постоянный можно использовать различные типы конденсаторов. На рис.8 показаны некоторые варианты, в том числе электролитические конденсаторы, OSCON, SP-Cap, POS-Cap, пленочные конденсаторы и многослойные керамические конденсаторы (MLCC), и их производительность ранжируется в соответствии с каждой характеристикой. Хотя лучший выбор зависит от приложения, мы можем сравнить относительные характеристики каждого типа.

Рис. 8: Типы и характеристики конденсаторов — Изображение предоставлено Panasonic

В то время как электролитические конденсаторы обеспечивают наибольшее ESR, их характеристики емкости и тока утечки значительно ухудшаются при более высоких температурах и частотах. Керамические конденсаторы с очень низким ESR и ESL обеспечивают отличные переходные характеристики, но у них есть ограничения на снижение емкости. Они также могут работать при очень высоких токах пульсаций, но они склонны к отказу из-за старения и требуют более низких рабочих электрических полей.

Полимерные электролитические конденсаторы широко используются в источниках питания для схем ИС для функций буфера, байпаса и развязки, особенно в устройствах плоской или компактной конструкции. Поэтому они конкурируют с MLCC, но предлагают более высокие значения емкости и, в отличие от керамических конденсаторов классов 2 и 3, не проявляют микрофонного эффекта.

Для входных и выходных фильтров преобразователей DC-DC конденсаторы MLCC были наиболее широко используемым типом из-за их низкой стоимости и низкого ESR и ESL. Однако у них есть недостатки, в том числе:

• Малая емкость на единицу объема, особенно для диэлектрических материалов класса 1 (NO / COG)
• Большой размер корпуса, склонный к растрескиванию при изгибе печатной платы
• Нестабильность смещения постоянного тока
• Пьезоэффект (пение)

Именно здесь полимерные конденсаторы находят свое применение.Panasonic производит твердые полимерные алюминиевые конденсаторы: SP-Caps и OS-CON, тантал-полимерные конденсаторы (POS-CAP) и полимерные гибридные алюминиевые электролитические конденсаторы. Эти типы полимерных конденсаторов расширяют сферу применения. Они обладают большой емкостью и отличными характеристиками смещения, намного превосходящими характеристики MLCC, а также обладают чрезвычайно низкими характеристиками ESR и ESL.

Кроме того, полимерные конденсаторы обеспечивают очень высокую надежность и превосходные низкотемпературные характеристики за счет использования твердых полимерных материалов в качестве электролита.

Схема на рис. 9 ниже показывает пару примеров того, как различные полимерные конденсаторы могут улучшить характеристики конденсаторов MLCC.

Рис. 9: Пример схемы, сравнивающей MLCC и полимерные конденсаторы — Изображение предоставлено Panasonic

Источники конденсаторов

Различные типы конденсаторов с широким диапазоном рабочих характеристик можно найти на веб-сайте Farnell element14.

Заключение

В этой статье объясняется, что такое конденсатор и как чистая емкость функционирует в электрической цепи.Однако он также признает, что в реальном мире нет такой вещи, как чистый конденсатор. Соответственно, он исследовал различные физические и электрические характеристики, которые неизбежно составляют реальный конденсаторный компонент, и обсудил широкий диапазон типов конденсаторов и их изменяющиеся характеристики, доступные в настоящее время для различных приложений.

Также было рассмотрено, как иногда один тип конденсатора может быть заменен другим, на примере замены полимерного конденсатора для MLCC.

Типы и характеристики конденсаторов — Дата публикации: 15 октября 2018 г., Farnell element14

Конденсатор — Википедия

Емкость конденсатора (C) является мерой того, сколько напряжения (V) появляется на пластинах для данного заряда (Q), хранящегося в нем:

C = Q / V

Конденсатор имеет емкость в одну фараду, когда один кулон заряда вызывает разность потенциалов на пластинах в один вольт.Поскольку фарад — очень большая единица измерения, значения конденсаторов обычно выражаются в микрофарадах (мкФ), нанофарадах (нФ) или пикофарадах (пФ).

Когда напряжение на конденсаторе изменяется, конденсатор будет заряжаться или разряжаться. Соответствующий ток определяется выражением

i = C dV / dt

где i — ток, текущий в обычном направлении, а dV / dt — производная напряжения по времени.

Энергия (в джоулях), запасенная в конденсаторе, определяется выражением:

E = ½C · V²

Перемещение заряда Q через разность потенциалов V требует энергии QV; здесь заряд равен CV, но энергия не равна CV², а меньше (фактически половина от этого), потому что во время зарядки разность потенциалов еще не равна окончательному значению; поэтому для нахождения приведенной выше формулы требуется (простое) интегрирование.

Емкость конденсатора с параллельными пластинами примерно равна:

C = ε ₀ × ε _r × A / D

где C — емкость в фарадах, ε ₀ — электростатическая проницаемость вакуума или свободного пространства, ε _r — диэлектрическая проницаемость или относительная диэлектрическая проницаемость используемого изолятора, A — площадь каждой из двух пластин, D — расстояние между пластинами.

В настроенной цепи [?], Такой как радиоприемник, выбранная частота является функцией индуктивности (L) и емкости (C) последовательно, и определяется выражением

f = 1 / (2π√ (LC))

Это частота, на которой возникает резонанс в последовательной цепи RLC.

Электроны не могут переходить от одной пластины конденсатора к другой. Когда на конденсатор подается напряжение, ток течет к одной пластине, заряжая ее, а течет от другой пластины, заряжая ее в противоположном направлении.В случае постоянного напряжения (DC) вскоре достигается равновесие, когда заряд пластин соответствует приложенному напряжению, и в цепи больше не будет протекать ток. Следовательно, постоянный ток не может проходить. Однако эффективный переменный ток (AC) может: каждое изменение напряжения вызывает дальнейшую зарядку или разрядку пластин и, следовательно, ток. Величина «сопротивления» конденсатора переменному току известна как емкостное реактивное сопротивление и варьируется в зависимости от частоты переменного тока.Емкостное реактивное сопротивление определяется по этой формуле:

X _C = 1 / (2π × f × C)

куда:

Это называется реактивным сопротивлением, потому что конденсатор реагирует на изменение напряжения.

Таким образом, реактивное сопротивление обратно пропорционально частоте. Поскольку частота постоянного тока равна нулю, формула подтверждает, что конденсаторы полностью блокируют постоянный ток. Для высокочастотных переменных токов реактивное сопротивление достаточно мало, чтобы его можно было рассматривать как нулевое при приближенном анализе.

Импеданс конденсатора определяется как:

Z = -j / (2π × f × C)

Следовательно, емкостное реактивное сопротивление — это мнимая отрицательная составляющая импеданса.

Практические конденсаторы

Важными свойствами конденсаторов, помимо емкости, являются максимальное рабочее напряжение и количество энергии, теряемой в диэлектрике.Для конденсаторов большой мощности необходимо дополнительно учитывать максимальный ток пульсаций и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR).

Конденсаторы могут быть изготовлены в полупроводниковых интегральных схемах с использованием металлических линий и изоляторов на подложке. Такие конденсаторы используются для хранения аналоговых сигналов в фильтрах с переключаемыми конденсаторами и для хранения цифровых данных в динамической памяти с произвольным доступом (DRAM).

Конденсаторы переменной емкости

• Те, которые используют механическую конструкцию для изменения расстояния между пластинами или поверхности области перекрытия пластин. Эти устройства называются настроечными конденсаторами [?] Или просто «переменными конденсаторами» и используются в телекоммуникационном оборудовании для настройки и управления частотой.
• Те, которые используют тот факт, что толщина обедненного слоя диода изменяется в зависимости от напряжения постоянного тока на диоде. Эти диоды называются диодами переменной емкости, варакторами или варикапами.Любой диод демонстрирует этот эффект, но устройства, специально продаваемые как варакторы, имеют большую площадь перехода и профиль легирования, специально разработанный для максимизации емкости.

История

Блестящая вики по математике и науке

Слева: символ принципиальной схемы конденсатора. Справа: конденсатор, включенный последовательно с батареей.

Если напряжение приложено к конденсатору, где проводники больше не изолированы, а скорее соединены (например, проводом), заряды будут перемещаться через разность потенциалов, чтобы зарядить каждый отдельный проводник. Например, рассмотрим батарею, каждая клемма которой подключена к противоположным сторонам конденсатора с параллельными пластинами.Напряжение батареи вызывает ток, который создает отрицательный заряд на одной стороне конденсатора. Возникающее электрическое поле заставляет отрицательные заряды двигаться от противоположной стороны конденсатора, оставляя на нем чистый положительный заряд. Это перераспределение заряда создает напряжение в противоположном направлении, которое изменяет ток, протекающий в цепи, и, следовательно, изменяет скорость, с которой заряжается конденсатор. Ниже этот эвристический анализ выполнен количественно.

Рассмотрим схему, показанную на схеме выше, конденсатора емкости CCC, включенного последовательно с батареей напряжения VVV.Провод, соединяющий батарею с конденсатором, действует как резистор с сопротивлением RRR. Найдите ток, протекающий в функции, как функцию времени, предполагая, что конденсатор находится в незаряженном состоянии.

---

Напряжение на конденсаторе зависит от количества заряда, накопившегося на пластинах конденсатора. Этот заряд переносится на пластины конденсатора током, то есть:

I (t) = dQdt.I (t) = \ frac {dQ} {dt} .I (t) = dtdQ.

По закону Ома падение напряжения на резистивном проводе как функция времени равно V (t) = RI (t) V (t) = RI (t) V (t) = RI (t).Кроме того, напряжение на конденсаторе равно V (t) = Q (t) / CV (t) = Q (t) / CV (t) = Q (t) / C из определения емкости. Согласно закону напряжения Кирхгофа (замкнутые контуры), сумма напряжений в цепи, следовательно, равна

.

V − IR − Q / C = 0, V — IR — Q / C = 0. V − IR − Q / C = 0.

Обратите внимание на знаки в приведенном выше уравнении: на резисторе наблюдается падение напряжения, а напряжение на конденсаторе противоположно приложенному напряжению. Подставляя ток, мы получаем дифференциальное уравнение для заряда Q (t): Q (t): Q (t): RdQdt + 1CQ (t) = V.{\ frac {t} {RC}}. I (t) = RV eRCt.

Конденсатор изначально заряжается быстро, но со временем замедляется. Это соответствует ожиданиям: обратите внимание, что Q (t → ∞) → CVQ (t \ to \ infty) \ to CVQ (t → ∞) → CV. То есть в установившемся состоянии конденсатор заряжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе полностью не будет противодействовать напряжению батареи, которая управляет током, поэтому ток больше не течет в установившемся состоянии: полностью заряженный конденсатор действует как разомкнутая цепь. □ _ \ квадрат □

Лампы-вспышки, используемые в фотографии, работают путем зарядки конденсатора от батареи, а затем быстрой разрядки этого конденсатора через лампу-вспышку.2. U = 21 CV2.

Подключив 10 Дж10 \ text {J} 10 Дж для накопленной энергии и 15 В15 \ text {V} 15 В для равновесного напряжения на конденсаторе, получаем емкость:

C = 0,089 F. □ C = 0,089 \ text {F}. \ _ \ SquareC = 0,089 F. □

Это массивный конденсатор — небольшие конденсаторы, используемые в схемах, имеют масштаб от микрофарад до миллифарад.

Наиболее важные области применения конденсаторов не в цепях постоянного тока (DC), а в цепях переменного тока (AC).{i \ omega t} V (t) = eiωt. В этих рамках закон Ома преобразовывается в сложное уравнение:

V ~ = I ~ Z ~, \ tilde {V} = \ tilde {I} \ tilde {Z}, V ~ = I ~ Z ~,

, где тильды указывают комплексные величины. Физические величины извлекаются путем принятия действительной части уравнения. Величина Z ~ \ tilde {Z} Z ~, указанная выше, представляет собой полное сопротивление элемента схемы. Конденсаторы имеют импеданс

Z ~ C = 1iωC. \ Tilde {Z} _C = \ frac {1} {i \ omega C} .Z ~ C = iωC1.

На высоких частотах ω \ omegaω полное сопротивление конденсатора стремится к нулю.Таким образом, конденсаторы практически прозрачны для высокочастотного переменного тока. Это связано с тем, что высокочастотный переменный ток быстро меняет то, какая пластина конденсатора заряжается, поэтому конденсатор никогда не заряжается полностью, а напряжение на конденсаторе всегда остается незначительным. Это свойство конденсаторов позволяет им отфильтровывать частоты и настраивать цепи переменного тока на определенные частоты.

Конденсаторы серии и параллельные:

Основная статья: последовательные и параллельные конденсаторы

Если несколько конденсаторов расположены параллельно или последовательно в цепи, их соответствующие емкости не , а складываются так же, как сопротивления, а наоборот.Общая емкость CCC для двух конденсаторов C1C_1C1 и C2C_2C2, включенных последовательно или параллельно, составляет

ряд: 1C = 1C1 + 1C2 Параллельно: C = C1 + C2. \ begin {array} {rccc} \ textbf {series:} & \ frac {1} {C} & = & \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} \\ \ textbf {parallel:} & C & = & C_1 + C_2. \ end {массив} ряд: параллельный: C1 C == C1 1 + C2 1 C1 + C2.

Существует простой геометрический эвристический вывод этих фактов. Сначала рассмотрим два конденсатора с параллельными пластинами в параллельной цепи:

Объединение конденсаторов параллельно в один конденсатор большего размера с удвоенной площадью пластины.

Параллельно независимость электрического потенциала от пути означает, что потенциал на обоих конденсаторах одинаков. Следовательно, как указано выше, конденсаторы можно размещать рядом друг с другом, не влияя ни на ток, ни на напряжение. Фактически, это создает один конденсатор с параллельными пластинами большего размера с большей площадью пластин. Поскольку емкость конденсатора с параллельными обкладками равна

C = Aϵ0d, C = \ frac {A \ epsilon_0} {d}, C = dAϵ0,

и фактически новый конденсатор имеет площадь A1 + A2A_1 + A_2A1 + A2, новая емкость равна C1 + C2C_1 + C_2C1 + C2, что соответствует правилу сумм для параллельного подключения.

В серии вывод аналогичен. Подумайте об исключении провода, соединяющего нижнюю и верхнюю пластины каждого конденсатора:

Объединение конденсаторов последовательно в один конденсатор большего размера с удвоенным расстоянием между пластинами.

Поскольку внутренние пластины нейтрализуют друг друга, это по существу создает один конденсатор большего размера с большим расстоянием между пластинами. Из формулы для емкости конденсатора с параллельными пластинами, если новый конденсатор имеет расстояние между пластинами d1 + d2d_1 + d_2d1 + d2, новая емкость CCC удовлетворяет условию

1C = d1 + d2Aϵ0 = d1Aϵ0 + d2Aϵ0 = 1C1 + 1C2.\ frac {1} {C} = \ frac {d_1 + d_2} {A \ epsilon_0} = \ frac {d_1} {A \ epsilon_0} + \ frac {d_2} {A \ epsilon_0} = \ frac {1} { C_1} + \ frac {1} {C_2}. C1 = Aϵ0 d1 + d2 = Aϵ0 d1 + Aϵ0 d2 = C1 1 + C2 1.

Конденсаторы последовательно и параллельно

Каждый конденсатор на приведенной выше схеме имеет емкость CCC.{- \ frac {t} {RC}} — 1) Q0 (e − RCt −1)

Конденсатор емкости CCC заряжается до тех пор, пока на его пластинах не появится заряд ± Q0 \ pm Q_0 ± Q0. Затем он подключается в цепь к резистору с сопротивлением RRR и позволяет разрядиться, начиная с момента времени t = 0t = 0t = 0. Найдите заряд конденсатора как функцию времени Q (t) Q (t) Q (t).