• Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками. Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до тысяч микрофарад. Однако существуют конденсаторы (ионисторы) с ёмкостью до десятков фарад.
• 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 электролитического конденсатора зависит от конструктивного исполнения. Максимальная плотность достигается у больших конденсаторов, где масса корпуса невелика по сравнению с массой обкладок и электролита.
• 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. Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.

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 (между обкладками находится вакуум).
• 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. Время наработки на отказ типичного электролитического конденсатора 3000-5000 часов при максимально допустимой температуре, качественные конденсаторы имеют время наработки на отказ не менее 8000 часов при температуре 105°С. Рабочая температура — основной фактор, влияющий на продолжительность срока службы конденсатора. Если нагрев конденсатора незначителен из-за потерь в диэлектрике, обкладках и выводах, (например, при использовании его во времязадающих цепях при небольших токах или в качестве разделительных), можно принять, что интенсивность отказов снижается вдвое при снижении рабочей температуры на каждые 10 °C вплоть до +25 °C. Твердотельные конденсаторы — вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ ~50000 часов при температуре 85°С. ЭПС меньше чем у жидко-электролитических и слабо зависит от температуры. Не взрываются.

Последовательное соединение конденсаторов.

При последовательном соединении конденсаторов уменьшается общая емкость и увеличивается общее напряжение конденсаторов. Общая емкость при последовательном соединении конденсаторов будет вычисляться по формуле:

Общее напряжение будет равняться сумме напряжений всех конденсаторов.

Например: мы имеем три конденсатора по 30 мкФ x 100 В каждый. При их последовательном соединении общий конденсатор будет иметь следующие данные: 10 мкФ x 300 В.

Параллельное соединение конденсаторов.

При параллельном соединении общая емкость конденсаторов складывается, а допустимое напряжение всего набора будет равно напряжению конденсатора, имеющего самое низкое значение допустимого напряжения из всего набора.

Например: мы имеем три конденсатора 30 мкФ x 100 В, соединённые параллельно. Параметры всего набора конденсаторов в этом случае будут следующие: 90 мкФ x 100 В.

Соединение более двух конденсаторов последовательно редко встречается в реальных схемах. Хотя для увеличения общего напряжения такой набор может встретиться в высоковольтных источниках питания. А вот в низковольтных источниках довольно часто встречается параллельное соединение нескольких конденсаторов для сглаживания пульсаций после выпрямления при больших токах потребления.

Обратите внимание, формулы вычисления емкости последовательного и параллельного соединения конденсаторов в точности обратны формулам вычисления сопротивления при последовательном и параллельном соединении резисторов.

Понравилась статья? Не забудь поделиться с друзьями в соц. сетях. А также подписаться на наш канал на YouTube, вступить в группу Вконтакте, в группу на Facebook.

До встречи в следующем уроке. Спасибо за внимание!

Технологии начинаются с простого!

Принцип работы и устройство конденсатора

Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассказывал о методах расчёта электрических цепей, в которых основным элементом является резистор. Резистор представляет собой один из элементов с сосредоточенными параметрами, в данном случае таким параметром является сопротивление. Однако кроме сопротивления ещё одними из основных параметров элементов цепи являются ёмкость и индуктивность, которые представлены элементами конденсатор и индуктивными элементами (различные дросселя, катушки, трансформаторы и т.д.). В данной статье я рассмотрю такой элемент с сосредоточенными параметрами, как конденсатор.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Проводник в электрическом поле

Помещая проводник в электрическое поле, носители заряда внутри проводника начинают перемещаться. Причем данное перемещение подчиняется двум правилам:

1. Напряжённость электрического поля внутри проводника должно равняться нулю

   Это означает, что потенциал внутри проводника остается постоянным (φ = const).

2. Напряжённость поля на поверхности проводника направлена перпендикулярно к самой поверхности данного проводника. Или другими словами поверхность проводника становится эквипотенциальной, то есть все точки данной поверхности имеют одинаковый потенциал.

Из этих двух правил следует, что когда проводник вносится в электрическое поле его носители заряда (в металлах это электроны, а в жидкостях – ионы) приходят в движение, причем положительные по направлению напряжённости электрического поля, а отрицательные в противоположную сторону. Результатом движения зарядов в проводнике является возникновение зарядов противоположного знака на концах проводника, такие заряды называют

Распределение носителей зарядов проводника в электрическом поле.

Таким образом, нейтральный проводник, помещённый в электрическое поле, как бы разрывает часть линий электрического поля, а индуцированные заряды распределяются по поверхности проводника.

Практический интерес представляет следующая ситуация, когда внутри проводника имеется некоторая полость. Так как индуцирование зарядов происходит на поверхности проводника, то внутри этого проводника, а значит и во внутренней полости электрическое поле обращается в нуль. На данном явлении основана электростатическая защита, когда необходимо защитить какой-нибудь прибор от воздействия электрического поля, то его помещают внутрь экрана из проводника. Индуцированные заряды на поверхности экрана скомпенсируют электростатическое поле. Вместо сплошного экрана часто используют экран из электропроводящей сетки, что тоже позволяет создать защиту от электростатического поля.

Электроемкость

Если на проводник переместить некоторый заряд q, то он как мы уже знаем, распределится по всей поверхности проводника, так чтобы напряженность электрического поля внутри него была равна нулю. Однако относительно любой точки пространства данный проводник будет обладать некоторым потенциалом φ. Если на данный заряженный проводник переместить ещё один заряд, то опять же он равномерно распределится по всей поверхности проводника, а величина потенциала вырастит на некоторую величину.

Таким образом, между величиной заряда проводника и его потенциалом существует связь, которая определяется следующим выражением

где q – величина заряда, сообщенная проводнику,

φ – потенциал проводника относительно любой точки пространства,

С – коэффициент пропорциональности, называемый электроемкостью проводника, или просто емкостью.

Исходя из этого, электроемкость проводника может быть вычислена из следующего выражения

Таким образом, электроемкость численно равна заряду, передача которого проводнику повышает его потенциал на единицу. Единица измерения электроемкости называется Фарада (обозначается Ф).

Однако емкость уединенного проводника невелика, так емкостью в 1 Ф обладает шар радиусом 9*10⁹ м, что почти в 1500 раз больше радиуса Земли. Поэтому на практике используют специальные устройства для накопления зарядов и обладающие большой емкостью при минимальных размерах. Такие устройства называются конденсаторами.

Конденсаторы

Принцип действия конденсатора основывается на явлении индуцирования зарядов на проводнике в электрическом поле или на свойстве диэлектрика поляризоваться под воздействием электрического поля, а также возрастания электроемкости проводника при приближении к нему других тел. Рассмотрим подробнее.

Как известно из предыдущего параграфа, что если к заряженному телу, вокруг которого существует электрическое поле поднести проводник, то на поднесенном проводнике начнут индуцироваться заряды, в результате чего потенциал заряженного проводника будет уменьшаться, а, следовательно, электроемкость возрастать. Поэтому конденсаторы делают в виде двух близкорасположенных проводников, называемых обкладками конденсатора.

Чтобы ограничить влияние посторонних предметов на электрическое поле конденсатора, а следовательно и его емкость, обкладки изготавливают такими, чтобы электрическое поле создаваемое ими было полностью сосредоточенно внутри конденсатора. Такому условию соответствуют плоские, цилиндрические и сферические конденсаторы.

Так как обкладки расположены очень близко, то практически весь заряд обкладок будет сосредоточен на их внутренних поверхностях, то есть обращённых друг к другу, поэтому емкость конденсатора будет определяться следующим выражением

где q – заряд одной из обкладок конденсатора,

φ₁ и φ₂ – потенциалы обкладок конденсатора.

Самым простым является плоский конденсатор, его мы и рассмотрим в качестве примера.

Плоский конденсатор

Плоский конденсатор представляет собой две одинаковые пластины площадью S, расположенные параллельно, расстояние между пластинами d очень незначительно по отношению к размерам самих пластин, поэтому практически всё электрическое поле сосредоточенно между пластинами-обкладками. Кроме этого между пластинами расположен диэлектрик, который имеет диэлектрическую проницаемость ε, зависящую от свойств диэлектрика.

Плоский конденсатор.

Тогда разность потенциалов между обкладками конденсатора будет определяться следующим выражением

где S – площадь обкладки конденсатора,

d – расстояние между обкладками,

ε₀ – электрическая постоянная, ε

ε – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, зависящая от его свойств.

Тогда емкость плоского конденсатора будет определяться по следующей формуле

На этом с физикой, пожалуй, закончим и приступим к электронике.

Реальный конденсатор

В прошлой статье я рассказал об идеальных элементах электрических схем (я рассматривал сопротивление, как идеальный резистор). Идеальный элемент конденсатор отличается от реального конденсатора наличием паразитных характеристик, для определения этих характеристик рассмотрим эквивалентную схему реального конденсатора изображённую ниже

Эквивалентная схема замещения конденсатора.

Кроме непосредственно емкости конденсатора можно выделить следующие параметры, которые являются паразитными и в некоторых схемах не позволяют использовать конденсаторы некоторых типов.

Сопротивление утечки R_ут конденсатора определяется как отношение постоянного напряжения, до которого заряжен конденсатор U

эквивалентную схему реального конденсатора изображённую ниже

Ток утечки существует в любом случае, так как сопротивление изоляции и диэлектрика не может быть бесконечным. Вследствие этого заряженный конденсатор с течением времени теряет некоторый заряд. Поэтому часто в документации на конденсаторы вводится параметр постоянная времени саморазряда конденсатора Т = R_утС₀.

Современные высококачественные конденсаторы имеют постоянную времени саморазряда несколько сотен тысяч часов.

Эквивалентная последовательная индуктивность L_ЭПИ или ESL, данный параметр обусловлен, прежде всего, индуктивностью обкладок конденсатора и его выводов. Данный паразитный параметр вместе с емкостью конденсатора образует последовательный колебательный контур с собственной частотой резонанса. Поэтому для конденсаторов нормируется максимальная частота работы.

Тангенс угла потерь конденсатора tgδ характеризует работу конденсатора при переменном напряжении. В идеальном конденсаторе, в котором отсутствуют паразитные параметры tgδ = 90°. Но в реальных конденсаторах часть энергии рассеивается на сопротивлении обкладок и в диэлектрике, то есть на R_ЭПС вследствие чего tgδ отличается от 90° в меньшую сторону. Тангенс угла потерь вычисляется по следующему выражению

В следующих статьях я расскажу о работе конденсаторов при переменном напряжении, где проявляются основные свойства данного электронного компонента.

Теория это хорошо, но необходимо отрабатывать это всё практически ПОПРОБОВАТЬ МОЖНО ЗДЕСЬ

Принцип работы конденсатора — StudiousGuy

Конденсатор — это электронное устройство, которое используется для хранения электрического заряда. Это одно из самых важных электронных устройств в схемотехнике. Конденсатор — это пассивный компонент, способный накапливать как отрицательные, так и положительные заряды. По этой причине он может временно вести себя как батарея. В зависимости от дизайна, конструкции, размера и емкости конденсатора его можно использовать в различных приложениях. Свойство хранения зарядов, связанных с конденсаторами, известно как емкость. Емкость определяется как отношение электрических зарядов, накопленных на проводящих пластинах конденсатора, к существующей между ними разности потенциалов. Емкость измеряется в фарадах, названных в честь английского физика Майкла Фарадея.

Указатель статей (щелкните, чтобы перейти)

Плоский конденсатор имеет самую простую конструкцию из всех конденсаторов. Он состоит из двух проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу и разделенных диэлектриком. Диэлектрический материал, присутствующий между двумя пластинами, действует как изолятор, препятствующий прохождению тока между пластинами. Размер и форма пластин конденсатора варьируются в зависимости от применения. Диэлектрическая среда, используемая между двумя пластинами конденсатора, может быть воздухом, керамикой, полимером, бумагой и т. д.

Первоначально проводящие пластины конденсатора состоят из равного количества положительных и отрицательных зарядов; поэтому пластины считаются электрически нейтральными. Когда батарея подключена через конденсатор, пластина, подключенная к положительной клемме батареи, накапливает на себе положительный заряд, а равное количество отрицательного заряда осаждается на другой пластине, подключенной к отрицательной клемме батареи. Диэлектрический материал, присутствующий между двумя пластинами, действует как барьер, препятствующий дальнейшему прохождению зарядов. Из-за наличия зарядов на обеих пластинах вокруг конденсатора создается электрическое поле, прямо пропорциональное разности потенциалов и обратно пропорциональное расстоянию между двумя пластинами. Когда конденсатор развивает потенциал, равный потенциалу, развиваемому подключенной к нему батареей, он считается полностью заряженным. Время, необходимое конденсатору для накопления максимального количества заряда на своих пластинах, называется временем зарядки. Когда батарея удалена, конденсатор действует как источник энергии. После подключения заряженного конденсатора к нагрузке заряды покидают пластины конденсатора, вызывая протекание тока в цепи. Этот процесс продолжается до тех пор, пока пластины конденсатора не приобретут электрически нейтральное состояние, и называется разрядкой конденсатора.

Конденсатор Символ

В каждой стране есть свой способ символического обозначения конденсаторов. Некоторые из стандартных обозначений конденсаторов представлены следующим образом:

Как название указывает на то, что фиксированный конденсатор — это тип конденсатора, который производит фиксированное количество емкости. Это означает, что он способен хранить в себе только заданное количество зарядов. Другие фиксированные конденсаторы можно классифицировать по диэлектрическому материалу, используемому между проводящими пластинами, например, бумажный конденсатор, пластиковый конденсатор, керамический конденсатор и т. д.

Поляризованные конденсаторы — это конденсаторы с предопределенной полярностью контактов. Перед подключением полярного конденсатора к цепи важно помнить о полярности контактов конденсатора. Наиболее распространенными поляризованными конденсаторами являются электролитические конденсаторы.

Неполярные или неполярные конденсаторы — это конденсаторы, которые можно подключать в цепь независимо от полярности контактов. Это означает, что неполярные конденсаторы не имеют предполагаемой полярности контактов. Они также известны как биполярные конденсаторы.

Конденсаторы, емкость которых может изменяться электронным или механическим способом, называются переменными конденсаторами. Переменный конденсатор состоит из неподвижной пластины и переменной пластины. Изменяя расстояние между двумя пластинами, можно изменять емкость. Эти конденсаторы используются в антеннах для согласования импеданса.

Подстроечный конденсатор или подстроечный конденсатор состоит из статора, ротора и корпуса. Статор является неподвижной частью, а ротор движется с помощью подвижного вала. Когда лопасти ротора входят в паз статора, они действуют как пластины конденсатора. Значение емкости максимально, когда лопасти ротора входят в пазы статора, а значение емкости минимально, когда лопасти находятся вдали от пазов. Емкость подстроечных конденсаторов колеблется от нескольких пикофарад до нескольких десятков пикофарад. В основном они используются в LC-цепях радиоприёмников.

Конденсаторы триммера состоят из трех контактов; один подключен к неподвижной пластине, один к поворотной пластине, а другой является общим штифтом. Емкость подстроечного конденсатора можно изменять с помощью отвертки. Подвижная пластина конденсатора имеет полукруглую форму. Емкость зависит от площади, противоположной подвижному полукруглому диску и неподвижной пластине. Когда противоположная площадь больше, значение емкости будет выше, тогда как с уменьшением противоположной области емкость соответственно уменьшается.

Первый электрод электролитического конденсатора состоит из тонкой металлической пленки, тогда как второй электрод или катод состоит из полужидкого раствора электролита, который представляет собой желе или пасту. форма. Между двумя электродами образуется тонкий слой оксида, который действует как диэлектрическая среда. Электролитический конденсатор используется в приложениях, где требуются высокие значения емкости.

Керамические конденсаторы представляют собой конденсаторы, в которых в качестве диэлектрической среды между двумя электродами используется керамика. Как правило, они имеют низкое значение емкости и являются неполярными конденсаторами. Керамический конденсатор обычно имеет круглую форму и оранжевый цвет.

В пленочных конденсаторах в качестве диэлектрического материала используется пластиковая пленка. Они чаще всего используются в приложениях, где желательны стабильность, низкая индуктивность и низкая цена. Кроме того, пленочные конденсаторы можно разделить на полиэфирную пленку, металлизированную пленку, полипропиленовую пленку, пленку PTE и пленочные конденсаторы из полистирола.

Слюда — это минерал, естественным образом присутствующий в горных породах на поверхности земли. Благодаря отличным изоляционным свойствам слюда используется в качестве диэлектрической среды в конденсаторах. Слюдяные конденсаторы имеют высокие индуктивные и резистивные потери, поэтому они способны проявлять высокочастотные свойства. Конструкция слюдяного конденсатора состоит из тонкого листа слюды, наложенного на тонкий лист серебра, помещенного между двумя электродами. Диапазон слюдяных конденсаторов лежит между несколькими пФ и несколькими нФ. Они обладают высокой точностью и достаточно стабильны по своей природе.

Бумажный конденсатор состоит из двух алюминиевых электродных пластин, разделенных бумагой в качестве диэлектрической среды. Бумажные конденсаторы обеспечивают высокие токи утечки и имеют значение емкости в диапазоне от 500 пФ до 50 нФ. Эти конденсаторы чаще всего используются в таких приложениях, как автомобильные аудиосистемы, аналоговые эквалайзеры, радиоприемники и т. д.0010

Вы, должно быть, заметили, что во время устранения неполадок вентилятора техник приближается к цилиндрическому электронному устройству, подключенному к внутреннему механизму вентилятора. Это цилиндрическое устройство на самом деле является конденсатором. Конденсатор используется в потолочных вентиляторах, чтобы помочь вентилятору запуститься, а также помогает вентилятору вращаться. Магнитный поток, создаваемый конденсатором, используется для создания крутящего момента. Крутящий момент дополнительно помогает вращать вентилятор.

Одним из основных применений конденсаторов является фильтрация помех. Схемы фильтрации сигналов имеют определенную временную характеристику, которая помогает отсеивать частоты выше или ниже определенного порогового уровня. В первую очередь фильтрация сигналов применяется в громкоговорителях, низкочастотных динамиках, твиттерах и т. д.

Конденсаторы могут временно действовать как источник энергии. Энергия, выдаваемая конденсатором, ниже, чем у батареи с аналогичными характеристиками; однако они имеют сравнительно долгий срок службы. Кроме того, конденсатор подает энергию с большей скоростью, что делает его наиболее подходящим для приложений, где требуется всплеск мощности.

Диодные выпрямители в основном используются для преобразования переменного тока в постоянный; однако работа таких схем во многом зависит от конденсаторов. Выход выпрямителя представляет собой пульсирующую форму волны. Следовательно, зарядку и разрядку конденсатора можно использовать для преобразования пульсирующего сигнала в устойчивый постоянный ток.

Время зарядки и разрядки конденсаторов можно легко определить путем расчета постоянной времени RC. Следовательно, их можно легко использовать в качестве часовых устройств. В таких схемах, как схемы с временной задержкой, также используются конденсаторы.

Конденсатор с параллельными пластинами: особенности, принцип работы и применение

Конденсатор с плоскими пластинами определяется как конденсатор, который может быть создан с использованием расположения электродов и изоляционного материала, такого как диэлектрик. В конденсатор включены две проводящие пластины, разделенные диэлектрическим материалом. Проводящие пластины здесь действуют как электроды.

Каталог