Что представляет собой конденсатор: Что такое конденсатор

Полипропиленовые конденсаторы .

В конденсаторах этого типа в качестве диэлектрика применяется полипропиленовая плёнка, а их ёмкость может быть от 100pF до 10uF. Одним из главных преимуществ этого типа конденсаторов является высокое рабочее напряжение, которое может достигать 3000V, также преимуществом является возможность изготовления этого типа конденсаторов с допуском в 1%. На картинке изображён конденсатор ёмкость которого 5600pF, а максимальное рабочее напряжение равно 630V. Буква J после числа 562 обозначает допуск и в данном случае он равен 5%. Допуск можно определить, пользуясь таблицей, изображенной ниже.

Объясняя, что такое конденсатор, мы должны четко представлять физические основы работы и конструкцию этого незаменимого элемента каждого мало-мальски серьезного электронного устройства.

К недостаткам танталовых конденсаторов можно отнести чувствительность к пульсациям тока и перенапряжениям, а также относительную дороговизну этих изделий.

Силовые конденсаторы, как правило, используются в системах высокого напряжения. Они широко применяются для компенсации потерь в линиях электропередач, а также для улучшения коэффициента мощности в промышленных электроустановках. Изготавливаются из высококачественной металлизированной пропиленовой пленки с применением специальной пропитки нетоксичным изоляционным маслом.

Могут иметь функцию самоликвидации внутренних повреждений, что придает им дополнительную надежность и увеличивает срок службы.

Керамические конденсаторы имеют в качестве материала диэлектрика керамику. Отличаются высокой функциональностью по рабочему напряжению, надежностью, низкими потерями и дешевизной.

Диапазон емкостей их варьируется от нескольких пикофарад до примерно 0,1 мкФ. В настоящее время являются одним из наиболее широко используемых типов конденсаторов, используемых в электронном оборудовании.

Серебряные слюдяные конденсаторы пришли на смену широко распространенным ранее слюдяным элементам. Обладают высокой стабильностью, герметичным корпусом и большой емкостью на единицу объема.

Широкому применению серебряно-слюдяных конденсаторов мешает их относительная дороговизна.

У бумажных и металлобумажных конденсаторов обкладки изготовляются из тонкой алюминиевой фольги, а в качестве диэлектрика используется специальная бумага, пропитанная твердым (расплавленным) или жидким диэлектриком. Применяются в низкочастотных цепях радиоустройств при больших токах. Отличаются относительной дешевизной.

Для чего нужен конденсатор

Имеется целый ряд примеров использования конденсаторов в самых разнообразных целях. В частности, их широко применяют для хранения и и цифровых данных. используются в телекоммуникационной связи для регулировки частоты и настройки телекоммуникационного оборудования.

Типичным примером их применения является использование в источниках питания. Там эти элементы сглаживания (фильтрацию) выпрямленного напряжения на выходе этих устройств. Они также могут быть использованы в для генерации высокого напряжения, многократно превышающего входное напряжение. Конденсаторы широко применяются в различного рода преобразователях напряжения, устройствах бесперебойного питания для компьютерной техники и т.д.

Объясняя, что такое конденсатор, нельзя не сказать, что этот элемент может служить и отличным хранилищем электронов. Однако реально эта функция имеет определенные ограничения по причине неидеальности изоляционных характеристик используемого диэлектрика. Тем не менее конденсатор обладает свойством достаточно длительное время хранить электрическую энергию при отключении от цепи заряда, поэтому он может быть использован как временный источник питания.

Благодаря своим уникальным физическим свойствам эти элементы нашли настолько широкое применение в электронной и электротехнической промышленности, что сегодня редко какое электротехническое изделие не включает в себя по крайней мере один такой компонент для какой-либо цели.

Подводя итоги, можно констатировать, что конденсатор — это бесценная часть огромного множества электронных и электротехнических устройств, без которых был бы немыслим дальнейший прогресс в науке и технике.

Вот что такое конденсатор!

При сборке самодельных электронных схем поневоле сталкиваешься с подбором необходимых конденсаторов.

Притом, для сборки устройства можно использовать конденсаторы уже бывшие в употреблении и поработавшие какое-то время в радиоэлектронной аппаратуре.

Естественно, перед вторичным использованием необходимо проверить конденсаторы , особенно электролитические , которые сильнее подвержены старению.

При подборе конденсаторов постоянной ёмкости необходимо разбираться в маркировке этих радиоэлементов, иначе при ошибке собранное устройство либо откажется работать правильно, либо вообще не заработает. Встаёт вопрос, как прочитать маркировку конденсатора?

У конденсатора существует несколько важных параметров, которые стоит учитывать при их использовании.

Первое, это номинальная ёмкость конденсатора . Измеряется в долях Фарады.

Второе – допуск. Или по-другому допустимое отклонение номинальной ёмкости от указанной. Этот параметр редко учитывается, так как в бытовой радиоаппаратуре используются радиоэлементы с допуском до ±20%, а иногда и более. Всё зависит от назначения устройства и особенностей конкретного прибора. На принципиальных схемах этот параметр, как правило, не указывается.

Третье, что указывается в маркировке, это допустимое рабочее напряжение . Это очень важный параметр, на него следует обращать внимание, если конденсатор будет эксплуатироваться в высоковольтных цепях.

Итак, разберёмся в том, как маркируют конденсаторы.

Одни из самых ходовых конденсаторов, которые можно использовать – это конденсаторы постоянной ёмкости K73 – 17, К73 – 44, К78 – 2, керамические КМ-5, КМ-6 и им подобные. Также в радиоэлектронной аппаратуре импортного производства используются аналоги этих конденсаторов. Их маркировка отличается от отечественной.

Конденсаторы отечественного производства К73-17 представляют собой плёночные полиэтилентерефталатные защищённые конденсаторы. На корпусе данных конденсаторов маркировка наноситься буквенно-числовым индексом, например 100nJ, 330nK, 220nM, 39nJ, 2n2M.

Конденсаторы серии К73 и их маркировка

Правила маркировки.

Ёмкости от 100 пФ и до 0,1 мкФ маркируют в нанофарадах, указывая букву H или n .

Обозначение 100n – это значение номинальной ёмкости. Для 100n – 100 нанофарад (нФ) — 0,1 микрофарад (мкФ). Таким образом, конденсатор с индексом 100n имеет ёмкость 0,1мкФ. Для других обозначений аналогично. К примеру:
330n – 0,33 мкФ, 10n – 0,01 мкФ. Для 2n2 – 0,0022 мкФ или 2200 пикофарад (2200 пФ).

Можно встретить маркировку вида 47H C. Данная запись соответствует 47n K и составляет 47 нанофарад или 0,047 мкФ. Аналогично 22НС – 0,022 мкФ.

Для того чтобы легко определить ёмкость, необходимо знать обозначения основных дольных единиц – милли, микро, нано, пико и их числовые значения. Подробнее об этом читайте .

Также в маркировке конденсаторов К73 встречаются такие обозначения, как M47C, M10C.
Здесь, буква М условно означает микрофарад. Значение 47 стоит после М, т.е номинальная ёмкость является дольной частью микрофарады, т.е 0,47 мкФ. Для M10C — 0,1 мкФ. Получается, что конденсаторы с маркировкой M10С и 100nJ обладают одинаковой ёмкостью. Различия лишь в записи.

Таким образом, ёмкость от 0,1 мкФ и выше указывается с буквой M , m вместо десятичной запятой, незначащий ноль опускается.

Номинальную ёмкость отечественных конденсаторов до 100 пФ обозначают в пикофарадах, ставя букву П или p после числа. Если ёмкость менее 10 пФ, то ставиться буква R и две цифры. Например, 1R5 = 1,5 пФ.

На керамических конденсаторах (типа КМ5, КМ6), которые имеют малые размеры, обычно указывается только числовой код. Вот, взгляните на фото.

Керамические конденсаторы с нанесённой маркировкой ёмкости числовым кодом

Например, числовая маркировка 224 соответствует значению 220000 пикофарад, или 220 нанофарад и 0,22 мкФ. В данном случае 22 это числовое значение величины номинала. Цифра 4 указывает на количество нулей. Получившееся число является значением ёмкости в пикофарадах . Запись 221 означает 220 пФ, а запись 220 – 22 пФ. Если же в маркировке используется код из четырёх цифр, то первые три цифры – числовое значение величины номинала, а последняя, четвёртая – количество нулей. Так при 4722, ёмкость равна 47200 пФ – 47,2 нФ. Думаю, с этим разобрались.

Допускаемое отклонение ёмкости маркируется либо числом в процентах (±5%, 10%, 20%), либо латинской буквой. Иногда можно встретить старое обозначение допуска, закодированного русской буквой. Допустимое отклонение ёмкости аналогично допуску по величине сопротивления у резисторов .

Буквенный код отклонения ёмкости (допуск).

Так, если конденсатор со следующей маркировкой – M47C, то его ёмкость равна 0,047 мкФ, а допуск составляет ±10% (по старой маркировке русской буквой). Встретить конденсатор с допуском ±0,25% (по маркировке латинской буквой) в бытовой аппаратуре довольно сложно, поэтому и выбрано значение с большей погрешностью. В основном в бытовой аппаратуре широко применяются конденсаторы с допуском H , M , J , K . Буква, обозначающая допуск указывается после значения номинальной ёмкости, вот так 22nK , 220nM , 470nJ .

Таблица для расшифровки условного буквенного кода допустимого отклонения ёмкости.

Маркировка конденсаторов по рабочему напряжению.

Немаловажным параметром конденсатора также является допустимое рабочее напряжение. Его стоит учитывать при сборке самодельной электроники и ремонте бытовой радиоаппаратуры. Так, например, при ремонте компактных люминесцентных ламп необходимо подбирать конденсатор на соответствующее напряжение при замене вышедших из строя. Не лишним будет брать конденсатор с запасом по рабочему напряжению.

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

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

Таким образом, мы узнали, как определить ёмкость конденсатора по маркировке, а также по ходу дела познакомились с его основными параметрами.

Маркировка импортных конденсаторов отличается, но во многом соответствует изложенной.

Конденсаторы (от лат. condenso — уплотняю, сгущаю) — это радиоэлементы с сосредоточенной электрической емкостью, образуемой двумя или большим числом электродов (обкладок), разделенных диэлектриком (специальной тонкой бумагой, слюдой, керамикой и т. д.). Емкость конденсатора зависит от размеров (площади) обкладок, расстояния между ними и свойств диэлектрика.

Важным свойством конденсатора является то, что для переменного тока он представляет _ собой сопротивление, величина которого уменьшается с ростом частоты.

Как и резисторы, конденсаторы разделяют на конденсаторы постоянной емкости, конденсаторы переменной емкости (КПЕ), подстроечные и саморегулирующиеся. Наиболее распространены конденсаторы постоянной емкости. Их применяют в колебательных контурах, различных фильтрах, а также для разделения цепей постоянного и переменного токов и в качестве блокировочных элементов.

Конденсаторы постоянной емкости. Условное графическое обозначение конденсатора постоянной емкости-две параллельные липни — символизирует его основные части: две обкладки и диэлектрик между ними. Около обозначения конденсатора на схеме обычно указывают его номинальную емкость, а иногда и номинальное напряжение. Основная единица измерения емкости — фарад (Ф) — емкость такого уединенного проводника, потенциал которого возрастает на один вольт при увеличении заряда на один кулон. Это очень большая величина, которая на практике не применяется. В радиотехнике используют конденсаторы емкостью от долей пикофарада (пФ) до десятков тысяч микрофарад (мкФ).

Согласно ГОСТ 2.702-75 номинальную емкость от 0 до 9 999 пФ указывают на схемах в пикофарадах без обозначения единицы измерения, от 10 000 пФ до 9 999 мкФ — в микрофарадах с обозначением единицы измерения буквами мк.

Номинальную емкость и допускаемое отклонение от нее, а в некоторых случаях и номинальное напряжение указывают на корпусах конденсаторов .

В зависимости от их размеров номинальную емкость и допускаемое отклонение указывают в полной или сокращенной (кодированной) форме. Полное обозначение емкости состоит из соответствующего числа и единицы измерения, причем, как и на схемах, емкость от 0 до 9 999 пФ указывают в пикофарадах (22 пФ, 3 300 пФ и т. д.), а от 0,01 до 9 999 мкФ -в микрофарадах (0,047 мкФ, 10 мкФ и т. д.). В сокращенной маркировке единицы измерения емкости обозначают буквами П (пикофарад), М (микрофарад) и Н (нанофарад; 1 нано-фарад=1000 пФ = 0,001 мкФ). При этом емкость от 0 до 100 пФ обозначают в пикофарадах, помещая букву П либо после числа (если оно целое), либо на месте запятой (4,7 пФ — 4П7; 8,2 пФ -8П2; 22 пФ — 22П; 91 пФ — 91П и т. д.). Емкость от 100 пФ (0,1 нФ) до 0,1 мкФ (100 нФ) обозначают в на нофарадах, а от 0,1 мкФ и выше — в микрофарадах. В этом случае, если емкость выражена в долях нанофарада или микрофарада, соответствующую единицу измерения помещают на месте нуля и запятой (180 пФ=0,18 нФ-Н18; 470 пФ=0,47 нФ -Н47; 0,33 мкФ -МЗЗ; 0,5 мкФ -МбО и т. д.), а если число состоит из целой части и дроби — на месте запятой (1500 пФ= 1,5 нФ — 1Н5; 6,8 мкФ — 6М8 и т. д.). Емкости конденсаторов, выраженные целым числом соответствующих единиц измерения, указывают обычным способом (0,01 мкФ -ЮН, 20 мкФ — 20М, 100 мкФ — 100М и т. д.). Для указания допускаемого отклонения емкости от номинального значения используют те же кодированные обозначения, что и для резисторов.

Потери в конденсаторах , определяемые в основном потерями в диэлектрике, возрастают при повышении температуры, влажности и частоты. Наименьшими потерями обладают конденсаторы с диэлектриком из высокочастотной керамики, со слюдяными и пленочными диэлектриками, наибольшими — конденсаторы с бумажным диэлектриком и из сегнетокерамики. Это обстоятельство необходимо учитывать при замене конденсаторов в радиоаппаратуре. Изменение емкости конденсатора под воздействием окружающей среды (в основном, ее температуры) происходит из-за изменения размеров обкладок, зазоров между ними и свойств диэлектрика. В зависимости от конструкции и примененного диэлектрика конденсаторы характеризуются различным температурным коэффициентом емкости (ТКЕ), который показывает относительное изменение емкости при изменении температуры на один градус; ТКЕ может быть положительным и отрицательным. По значению и знаку этого параметра конденсаторы разделяются на группы, которым присвоены соответствующие буквенные обозначения и цвет окраски корпуса.

Для сохранения настройки колебательных контуров при работе в широком интервале температур часто используют последовательное и параллельное соединение конденсаторов , у которых ТКЕ имеют разные знаки. Благодаря этому при изменении температуры частота настройки такого термокомпенсированного контура остается практически неизменной.

Как и любые проводники, конденсаторы обладают некоторой индуктивностью. Она тем больше, чем длиннее и тоньше выводы конденсатора , чем больше размеры его обкладок и внутренних соединительных проводников.

Наибольшей индуктивностью обладают бумажные конденсаторы , у которых обкладки выполнены в виде длинных лент из фольги, свернутых вместе с диэлектриком в рулон круглой или иной формы. Если не принято специальных мер, такие конденсаторы плохо работают на частотах выше нескольких мегагерц. Поэтому на практике для обеспечения работы блокировочного конденсатора в широком диапазоне частот параллельно бумажному подключают керамический или слюдяной конденсатор небольшой емкости.

Однако существуют бумажные конденсаторы и с малой собственной индуктивностью. В них полосы фольги соединены с выводами не в одном, а во многих местах. Достигается это либо полосками фольги, вкладываемыми в рулон при намотке, либо смещением полос (обкладок) к противоположным концам рулона и пропайкой их

Для защиты от помех, которые могут проникнуть в прибор через цепи питания и наоборот, а также для различных блокировок используют так называемые проходные конденсаторы . Такой конденсатор имеет три вывода, два из.которых представляют собой сплошной токонесущий стержень, проходящий через корпус конденсатора. К этому стержню присоединена одна из обкладок конденсатора . Третьим выводом является металлический корпус, с которым соединена вторая обкладка. Корпус проходного конденсатора закрепляют непосредственно на шасси или экране, а токоподводящий провод (цепь питания) припаивают к его среднему выводу. Благодаря такой конструкции токи высокой частоты замыкаются на шасси или экран устройства, в то время как постоянные токи проходят беспрепятственно. На высоких частотах применяют керамические проходные конденсаторы , в которых роль одной из обкладок играет сам центральный проводник, а другой — слой металлизации, нанесенный на керамическую трубку.

С той же целью, что и проходные, применяют опорные конденсаторы , представляющие собой своего рода монтажные стойки, устанавливаемые на металлическом шасси. Обкладку, соединяемую с ним, выделяют в обозначении такого конденсатора тремя наклонными линиями, символизирующими «заземление»

Для работы в диапазоне звуковых частот, а также для фильтрации выпрямленных напряжений питания необходимы конденсаторы , емкость которых измеряется десятками, сотнями и даже тысячами микрофарад. Такую емкость при достаточно малых размерах имеют оксидные конденсаторы (старое название — электролитические). В них роль одной обкладки (анода) играет алюминиевый или танталовый электрод, роль диэлектрика — тонкий оксидный слой, нанесенный на него, а роль другой обкладки (катода) — специальный электролит, выводом которого часто служит металлический корпус конденсатора . В отличие от других большинство типов оксидных конденсаторов полярны, т. е. требуют для нормальной работы поляризующего напряжения. Это значит, что включать их можно только в цепи постоянного или пульсирующего напряжения и только в той полярности (катод — к минусу, анод — к плюсу), которая указана на корпусе. Невыполнение этого условия приводит к выходу конденсатора из строя, что иногда сопровождается мощнейшим взрывом.

Оксидные конденсаторы очень чувствительны к перенапряжениям, поэтому на схемах часто указывают не только их номинальную емкость, но и номинальное напряжение.

С целью уменьшения размеров в один корпус иногда заключают два конденсатора , но выводов делают только три (один — общий).

Конденсаторы переменной емкости (КПЕ). Конденсатор переменной емкости состоит из двух групп металлических пластин, одна из которых может плавно перемещаться по отношению к другой. При этом движении пластины подвижной части (ротора) обычно вводятся в зазоры между пластинами неподвижной части (статора), в результате чего площадь перекрытия одних пластин другими, а следовательно, и емкость изменяются. Диэлектриком в КПЕ чаще всего служит воздух. В малогабаритной аппаратуре, например в транзисторных карманных приемниках, широкое применение нашли КПЕ с твердым диэлектриком, в качестве которого используют пленки из износостойких высокочастотных диэлектриков (фторопласта, полиэтилена и т. п.). Параметры КПЕ с твердым диэлектриком несколько хуже, но зато они значительно дешевле в производстве и размеры их намного меньше, чем КПБ с воздушным диэлектриком.

Основными параметрами КПЕ, позволяющими оценить его возможности при работе в колебательном контуре, являются минимальная и максимальная емкость, которые, как правило, указывают на схеме рядом с символом КПЕ.

В большинстве радиоприемников и радиопередатчиков для одновременной настройки нескольких колебательных контуров применяют блоки КПЕ, состоящие из двух, трех и более секций. Роторы в таких блоках закреплены на одном общем валу, вращая который можно одновременно изменять емкость всех секций. Крайние пластины роторов часто делают разрезными (по радиусу). Это позволяет еще на заводе отрегулировать блок так, чтобы емкости всех секций были одинаковыми в любом положении ротора.

В измерительной аппаратуре, например в плечах емкостных мостов, находят применение так называемые дифференциальные (от лат. differentia — различие) конденсаторы . У них две группы статорных и одна — роторных пластин, расположенные так, что когда роторные пластины выходят из зазоров между пластинами одной группы статора, они в то же время входят между пластинами другой. При этом емкость между пластинами первого статора и пластинами ротора уменьшается, а между пластинами ротора и второго статора увеличивается. Суммарная же емкость между ротором и обоими статорами остается неизменной.

Подстроечные конденсаторы . Для установки начальной емкости колебательного контура, определяющей максимальную частоту его настройки, применяют подстроечные конденсаторы , емкость которых можно изменять от единиц пикофарад до нескольких десятков пикофарад (иногда и более). Основное требование к ним — плавность изменения емкости и надежность фиксации ротора в установленном при настройке положении. Оси подстроечных конденсаторов (обычно короткие) имеют шлиц, поэтому регулирование их емкости возможно только с применением инструмента (отвертки). В радиовещательной аппаратуре наиболее широко применяют конденсаторы с твердым диэлектриком.

Конструкция керамического подстроечного конденсатора (КПК) одного из наиболее распространена. Он состоит из керамического основания (статора) и подвижно закрепленного на нем керамического диска (ротора). Обкладки конденсатора -тонкие слои серебра — нанесены методом вжигания на статор и наружную сторону ротора. Емкость изменяют вращением ротора. В простейшей аппаратуре применяют иногда проволочные подстроечные конденсаторы . Такой элемент состоит из отрезка медной проволоки диаметром 1 … 2 и длиной 15 … 20 мм, на который плотно, виток к витку, намотан изолированный провод диаметром-0,2… 0,3 мм. Емкость изменяют отматыванием провода, а чтобы обмотка не сползла, ее пропитывают каким-либо изоляционным составом (лаком, клеем и т. п.).

Саморегулируемые конденсаторы . Используя в качестве диэлектрика специальную керамику, диэлектрическая проницаемость которой сильно зависит от напряженности электрического поля, можно получить конденсатор , емкость которого зависит от напряжения на его обкладках. Такие конденсаторы получили название варикондов (от английских слов vari (able) — переменный и cond(enser) -конденсатор). При изменении напряжения от нескольких вольт до номинального емкость вариконда изменяется в 3-6 раз.

Вариконды можно использовать в различных устройствах автоматики, в генераторах качающейся частоты, модуляторах, для электрической настройки колебательных контуров и т. д.

Условное обозначение вариконда — символ конденсатора со знаком нелинейного саморегулирования и латинской буквой U.

Аналогично построено обозначение термоконденсаторов, применяемых в электронных наручных часах. Фактор, изменяющий емкость такого конденсатора-температуру среды — обозначают символом t°.

Допускаемое отклонение емкости любого конденсатора от номинала обычно указывают в процентах, но на конденсаторах очень малых емкостей допускаемое отклонение от номинала обозначают в пикофарадах. Если на конденсаторе указано «100± 10%», это означает, что емкость его не может быть меньше 90,и больше 11О пФ. Если в маркировке допуск не указан, то у такого конденсатора допускаемое отклонение от номинала ±20%. На конденсаторах , изготовляемых только с одним, определенным допускаемым отклонением от номинала, например, оксидных (старое название — электролитические) конденсаторов серии КЭ, сегнетокерамических КДС, допуск также не указывается.

Следует, однако, иметь в виду, что запас по напряжению не должен слишком завышаться, так как у конденсаторов с большим номинальным напряжением обычно больше габариты, что приводит к увеличению габаритов всего устройства в целом, а также в конечном итоге к повышению стоимости устройства.

Оксидные конденсаторы (или как их ранее называли — электролитические) не рекомендуется использовать при напряжениях переменной составляющей, близких к половине рабочего напряжения конденсатора . Это объясняется особенностями устройства и режимом их работы.

При нормальной температуре фактическая емкость оксидного конденсатора может быть на 20% меньше и на 80% больше обозначенной на его корпусе. При максимальной рабочей температуре, которая для конденсатора широкого применения составляет 70 — 80°С, емкость может увеличиваться на 20 — 30% по сравнению с измеренной при нормальной температуре. У конденсаторов , предназначенных для бытовой аппаратуры, емкость при температуре — 10° С может уменьшиться в два раза но сравнению с емкостью при нормальной температуре (кондсенсаторы К50-6, К50-7). В аппаратуре для полевых, условий работы используются конденсаторы (К50-3, К50-ЗА, К50-ЗБ), у которых емкость снижается не более чем в два раза при температуре — 40 … — 60° С.

Оксидные конденсаторы полярны. Они хорошо работают в цепях постоянного и пульсирующего напряжения. Вместе с тем выпускаются и неполярные оксидные конденсаторы с алюминиевыми и танталовыми фольговыми электродами. Такие конденсаторы могут работать в цепях переменного тока.

Номинальные напряжения выпускаемых промышленностью оксидных конденсаторов находятся в пределах от 3 до 450 В, а номинальные емкости — от долей микрофарады до нескольких тысяч микрофарад, причем конденсаторы с большой емкостью, как правило, имеют меньшие номинальные напряжения.

Так как максимально допустимое напряжение включает в себя и амплитуду переменной составляющей, то для полярных оксидных конденсаторов с рабочим напряжением 100 — 450 В величина переменной составляющей не должна превышать 8% от этих напряжений. Чем больше емкость и номинальное напряжение, тем меньше допустимая амплитуда переменного тока. Если переменная составляющая имеет большую величину, оксидный конденсатор перегревается. В таких случаях оксидные конденсаторы следует заменять конденсаторами других типов, например, бумажными большой емкости.

К особенностям оксидных конденсаторов относится и то, что в фильтрах выпрямителей их можно применять лишь на частотах до 1000 Гц. При повышении частоты (выше 50 Гц) действующая емкость их будет становиться все меньше и меньше по отношению к номинальной, При более высоких частотах допустимая амплитуда переменной составляющей также уменьшается обратно пропорционально частоте. Так, при частоте 100 Гц допустимая амплитуда вдвое меньше, чем при частоте 50 Гц.

Оксидные конденсаторы имеют сравнительно низкое сопротивление изоляции. При номинальном для данного типа конденсаторов рабочем напряжении ток утечки может доходить до 0,1 мА на каждую микрофараду емкости. Утечка свыше этой нормы свидетельствует о плохом качестве конденсатора . Такой конденсатор необходимо заменить.

Оксидные конденсаторы применяют преимущественно в фильтрах блоков питания, в развязывающих фильтрах, а в транзисторной аппаратуре — в цепях связи между транзисторными каскадами и для шунтирования резисторов в цепях эмиттеров транзисторов.

Как и для других радиодеталей, требования к жесткости допускаемых отклонений емкости от номинального значения определяются для конденсаторов в зависимости от того, какую функцию они выполняют в том или другом аппарате. Так, для конденсаторов , шунтирующих резисторы в цепях катодов ламп усилителей ВЧ и ПЧ, конденсаторов фильтра и блокирующих в анодных и экранных цепях, емкости могут быть сколь угодно большие, но не меньше номинальной, указанной на схеме; для разделительных конденсаторов, применяемых в усилителях низкой частоты, отклонения от номинала могут составлять 20 — 30%. Емкость конденсаторов , применяемых в корректирующих цепях, улучшающих частотную характеристику усилителей низкой частоты, не должна отличаться более чем на ±10% от расчетной.

Тип диэлектрика, используемого в конденсаторе , играет решающую роль при определении области применения конденсатора . В колебательных контурах диапазона длинных и средних волн можно использовать практически конденсаторы самых разных типов, в том числе и со слюдяным диэлектриком, хотя такие конденсаторы не всегда обладают достаточно малыми потерями.

Во всех цепях токов высокой частоты можно применять керамические конденсаторы (при емкостях до 1000 — 5000 пФ) или безындукционные бумажные (при емкостях более 1000 — 5000 пФ).

В цепях экранирующих сеток ламп и в анодных фильтрах высокочастотных, каскадов для развязывания цепей допустимо применять безындукционные бумажные конденсаторы ; при этом должна быть заземлена или соединена с проводом общего минуса наружная обкладка конденсатора (этот вывод помечается соответствующим знаком на корпусе или торце безындукционных конденсаторов ). В низкочастотных каскадах все конденсаторы могут быть бумажные.

Конденсаторы переменной емкости для настройки колебательного контура приемников желательно иметь с воздушным диэлектриком. Еще в большей мере это от- носится к колебательным контурам измерительных приборов. Из подстроечных конденсаторов лучшими являются конденсаторы с воздушными и керамическими диэлектриками.

Основные неисправности конденсаторов : пробой изоляции (короткое замыкание между обкладками), большой ток утечки (плохая изоляция между обкладками), обрыв выводов, а у оксидных (электролитических) — и потеря емкости.

Проверка исправности конденсаторов . Неисправности конденсаторов , особенно большой емкости, такие, как потеря емкости, короткое замыкание и большой ток утечки, могут быть легко обнаружены с помощью мегаомметра, а также омметра или даже простейшего пробника.

Если конденсатор большой емкости исправен, то при подключении к нему пробника стрелка прибора сначала резко отклонится вправо, причем отклонение это будет тем больше, чем больше емкость конденсатора , а затем относительно медленно начнет возвращаться влево и установится над одним из делений в начале шкалы. Если же конденсатор неисправен, то есть потерял емкость или имеет утечку, то в первом случае стрелка прибора вообще не отклонится вправо, а во втором — отклонится почти на всю шкалу, а затем установится на одном из делений в конце ее в зависимости от величины сопротивления утечки. Проверяя конденсатор этим способом, следует всегда обращать внимание на то, не превышает ли напряжение питания прибора допустимого напряжения конденсатора , иначе в конденсаторе может произойти пробой изоляции уже при проверке.

Состояние изоляции у конденсаторов емкостью порядка микрофарад, а иногда и десятых долей микрофарады может быть оценено и по интенсивности искры, если конденсатор подключить сначала к источнику напряжения и зарядить, а затем замкнуть его выводы. Таким способом можно проверять конденсаторы любых типов (кроме электролитических).

В ряде случаев вызывает затруднение проверка конденсаторов малой емкости (порядка десятков и сотен пикофарад), у которых искра при разряде незначительна, а сопротивление утечки настолько велико, что конденсатор с обрывом вывода может быть легко принят за вполне исправный с высоким сопротивлением утечки.

С помощью омметра или авометра в режиме измерения сопротивлений можно в случае необходимости определить полярность оксидного конденсатора (типа К50-6 и др.). При подключении к конденсатору прибор в. зависимости от того, как подключены щупы, в одном положении покажет большее, а в другом меньшее сопротивление. Большее сопротивление соответствует тому случаю, когда плюсовой щуп прибора соединен с положительным полюсом конденсатора .

Оксидные (электролитические) конденсаторы , имеющие полярные выводы, также могут быть включены и параллельно и последователыю. Однако при последовательном их включении всегда следует принимать дополнительные меры для предотвращения пробоя изоляции. Особенно это важно, когда при отсутствии оксидных конденсаторов на нужные рабочие напряжения их заменяют конденсаторами меньше-го рабочего напряжения. Чтобы выровнять напряжения, параллельно каждому из последовательно соединенных конденсаторов подключают резисторы одинакового сопротивления (0,5 — 1,5 МОм). Потери, которые вызываются подключением таких резисторов, незначительны, и практически не отражаются на-работе выпрямителя. Общая емкость двух одинаковых по емкости конденсаторов , последовательно соединенных, равна половине емкости каждого из них.

При конструировании и ремонте электронной техники часто возникает необходимость в проверке радиоэлементов, в том числе и конденсаторов . О том, как с достоверной точностью проверить исправность конденсаторов перед их использованием и пойдёт речь.

Самым доступным и распространённым прибором, с помощью которого можно проверить практически любой конденсатор , является цифровой мультиметр, включенный в режим омметра.

Наиболее важным является проверка конденсатора на пробой.

Пробой конденсатора – это неисправность, связанная с изменением сопротивления диэлектрика между обкладками конденсатора вследствие превышения допустимого рабочего напряжения на обкладках конденсатора.

При значительном превышении рабочего напряжения на конденсаторе , между его обкладками происходит электрический пробой. На корпусе пробитых конденсаторов можно обнаружить потемнения, вздутия, тёмные пятна и другие внешние признаки неисправности элемента.

Поскольку конденсатор не пропускает постоянный ток, то сопротивление между его выводами (обкладками) должно быть очень большим и ограничиваться лишь так называемым сопротивлением утечки. В реальных конденсаторах диэлектрик, несмотря на то, что он является, по сути, изолятором, пропускает незначительный ток. Этот ток для исправного конденсатора очень мал и не учитывается. Он называется током утечки.

Данный способ подходит для проверки неполярных конденсаторов . В неполярных конденсаторах, в которых диэлектриком является слюда, керамика, бумага, стекло, воздух, сопротивление утечки бесконечно большое и если измерить сопротивление между выводами такого конденсатора цифровым мультиметром, то прибор зафиксирует бесконечно большое сопротивление.

Обычно, если у конденсатора присутствует электрический пробой, то сопротивление между его обкладками составляет довольно малую величину – несколько единиц или десятки Ом. Пробитый конденсатор , по сути, является обычным проводником.

На практике проверить на пробой любой неполярный конденсатор можно так:

Переключаем цифровой мультиметр в режим измерения сопротивления и устанавливаем самый большой из возможных пределов измерения сопротивления.
Далее подключаем измерительные щупы к выводам проверяемого конденсатора . При исправном конденсаторе прибор не покажет никакого значения и на дисплее засветиться единичка. Это свидетельствует о том, что сопротивление утечки конденсатора более 2 Мегаом. Этого достаточно, чтобы в большинстве случаев судить об исправности конденсатора . Если цифровой мультиметр чётко зафиксирует какое-либо сопротивление, меньшее 2 Мегаом, то, скорее всего, конденсатор неисправен.

Следует учесть, что держаться обеими руками выводов и щупов мультиметра при измерении нельзя. Так как в таком случае прибор зафиксирует сопротивление Вашего тела, а не сопротивление утечки конденсатора . Поскольку сопротивление тела человека меньше сопротивления утечки, то ток потечёт по пути наименьшего сопротивления, то есть через ваше тело по пути рука – рука. Поэтому не стоит забывать о правилах при проведении измерения сопротивления.

Проверка полярных электролитических конденсаторов с помощью омметра несколько отличается от проверки неполярных.

Сопротивление утечки полярных конденсаторов обычно составляет не менее 100 кОм. Для более качественных полярных конденсаторов это значение не менее 1 Мегаом. При проверке таких конденсаторов омметром следует сначала разрядить конденсатор , замкнув выводы накоротко.

Далее необходимо установить предел измерения сопротивления не ниже 100 килоОм. Для упомянутых выше конденсаторов это будет предел 200k (200.000 Ом). Далее соблюдая полярность подключения щупов, измеряют сопротивление утечки конденсатора . Так как электролитические конденсаторы имеют довольно высокую емкость, то при проверке конденсатор начнёт заряжаться. Этот процесс занимает несколько секунд, в течение которых сопротивление на цифровом дисплее будет расти, и будет расти до тех пор, пока конденсатор не зарядится. Если значение измеряемого сопротивления перевалило за 100 килоОм, то в большинстве случаев можно с достаточной уверенностью судить об исправности конденсатора .

Ранее, когда среди радиолюбителей были распространены стрелочные омметры, проверка конденсаторов проводилась аналогичным образом. При этом конденсатор заряжался от батареи омметра и сопротивление, показываемое стрелочным прибором росло, в конечном итоге достигая значения сопротивления утечки.

По скорости отклонения стрелки измерительного прибора от нуля и до конечного значения оценивали емкость электролитического конденсатора . Чем дольше проходила зарядка (дольше отклонялась стрелка прибора), тем соответственно, была больше ёмкость конденсатора . Для конденсаторов с небольшой ёмкостью (1 – 100 мкф) стрелка измерительного прибора отклонялась достаточно быстро, что свидетельствовало о небольшой ёмкости конденсатора , а вот при проверке конденсаторов с большой ёмкостью (1000 мкф и более), стрелка отклонялась значительно медленнее.
Проверка конденсаторов с помощью омметра является косвенным методом. Более точную и правдивую оценку об исправности конденсатора и его параметрах позволяет получить мультиметр с возможностью измерения ёмкости конденсатора.

При проверке электролитических конденсаторов необходимо перед проведением измерения ёмкости полностью разрядить проверяемый конденсатор . Особенно этого правила стоит придерживаться при проверке полярных конденсаторов , имеющих большую ёмкость и высокое рабочее напряжение. Если этого не сделать, то можно испортить измерительный прибор.

Например, часто приходиться проверять исправность конденсаторов , которые выполняют роль фильтрующих, и применяются в импульсных блоках питания. Их ёмкость и рабочее напряжение достаточно велики и при неполном разряде могут привести к порче измерительного прибора.

Поэтому такие конденсаторы перед проверкой следует разрядить, закоротив выводы накоротко (для низковольтных конденсаторов с малой ёмкостью), либо подсоединив к выводам резистор, сопротивлением 5-10 килоОм (для высоковольтных конденсаторов ). При проведении данной операции не стоит касаться руками выводов конденсатора , иначе можно получить неприятный удар током при разряде обкладок. При закорачивании выводов заряженного электролитического конденсатора проскакивает искра. Чтобы исключить появление искры, выводы высоковольтных конденсаторов и закорачивают через резистор.

Одной из существенных неисправностей электролитических конденсаторов является частичная потеря ёмкости, вызванная повышенной утечкой. В таких случаях ёмкость конденсатора заметно меньше, чем указанная на корпусе. Определить такую неисправность при помощи омметра довольно сложно. Для точного обнаружения такой неисправности, как потеря ёмкости потребуется измеритель ёмкости, который есть не в каждом мультиметре.

Также с помощью омметра трудно обнаружить такую неисправность конденсатора как обрыв. При обрыве конденсатор электрически представляет собой два изолированных проводника не имеющих никакой ёмкости.

Для полярных электролитических конденсатором косвенным признаком обрыва может служить отсутствие изменения показаний на дисплее мультиметра при замере сопротивления. Для неполярных конденсаторов малой ёмкости обнаружить обрыв практически невозможно, поскольку исправный конденсатор также имеет очень высокое сопротивление.

Обнаружить обрыв в конденсаторе возможно лишь с помощью приборов для измерения ёмкости конденсатора.

На практике обрыв в конденсаторах встречается довольно редко, в основном при механических повреждениях. Куда чаще при ремонте аппаратуры приходиться заменять конденсаторы , имеющие электрический пробой либо частичную потерю ёмкости.
Например, люминесцентные компактные лампы частенько выходят из строя по причине электрического пробоя конденсаторов в электронной схеме преобразователя.

Причиной неисправности телевизора может служить потеря ёмкости электролитического конденсатора в схеме источника питания.

Потеря ёмкости электролитическими конденсаторами легко обнаруживается при замере ёмкости таких конденсаторов с помощью мультиметров с функцией измерения ёмкости.
Неисправность конденсатора можно определить при внешнем осмотре, например, корпус электролитических конденсаторов имеет разрыв насечки в верхней части корпуса. Это свидетельствует о том, что на конденсатор действовало завышенное напряжение, вследствие чего и произошёл, так называемый «взрыв” конденсатора. Корпуса неполярных конденсаторов при значительном превышении рабочего напряжения имеют свойство раскалываться, на поверхности образуются расколы и трещины.

Такие дефекты конденсаторов появляются, например, при воздействии мощного электрического разряда на электронный прибор во время грозовых разрядов и сильных скачков напряжения электроосветительной сети.

Как работают конденсаторы? — Объясни, что материал

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 12 октября 2021 г.

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

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

Что такое конденсатор?

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

Фото: Маленький конденсатор в транзисторной радиосхеме.

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

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

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

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

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

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

Что такое емкость?

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

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

Как измерить емкость?

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

Почему конденсаторы накапливают энергию?

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

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

Работа: Разделение положительных и отрицательных зарядов сохраняет энергию. Это основная принцип конденсатора.

Почему у конденсаторов две пластины?

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

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

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

C = Q / V

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

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

Как увеличить емкость?

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

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

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

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

Как работают конденсаторы? — Объясни, что материал

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 12 октября 2021 г.

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

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

Что такое конденсатор?

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

Фото: Маленький конденсатор в транзисторной радиосхеме.

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

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

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

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

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

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

Что такое емкость?

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

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

Как измерить емкость?

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

Почему конденсаторы накапливают энергию?

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

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

Работа: Разделение положительных и отрицательных зарядов сохраняет энергию. Это основная принцип конденсатора.

Почему у конденсаторов две пластины?

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

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

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

C = Q / V

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

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

Как увеличить емкость?

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

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

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

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

Что такое конденсатор (C)

Что такое конденсатор и расчет конденсатора.

Что такое конденсатор

Конденсатор — это электронный компонент, который хранит электрический заряд. Конденсатор состоит из двух замкнутых проводников (обычно пластин), которые разделены диэлектрическим материалом. Пластины накапливаются электрический заряд при подключении к источнику питания. Одна тарелка накапливает положительный заряд, а другая пластина накапливает отрицательный заряд.

Емкость — это количество электрического заряда, которое сохраняется в конденсаторе при напряжении 1 Вольт.

Емкость измеряется в единицах Фарад (Ф).

Конденсатор отключает ток в цепях постоянного (DC) и короткое замыкание в цепях переменного (AC).

Фотографии конденсатора

Обозначения конденсаторов

Емкость

Емкость (C) конденсатора равна электрическому заряду (Q), деленному на напряжение (В):

C — емкость в фарадах (Ф)

Q — это электрический заряд в кулонах (Кл), накопленный на конденсаторе

В — напряжение между пластинами конденсатора в вольтах (В)

Емкость пластин конденсатора

Емкость (C) пластин конденсатора равна диэлектрической проницаемости (ε), умноженной на площадь пластины (A), деленную на зазор или расстояние между пластинами (d):

C — емкость конденсатора в фарадах (Ф).

ε — диэлектрическая проницаемость диалектического материала конденсатора в фарадах на метр (Ф / м).

А — площадь пластины конденсатора в квадратных метрах ( ² м).

d — расстояние между пластинами конденсатора в метрах (м).

Конденсаторы серии

Суммарная емкость конденсаторов, включенных последовательно, C1, C2, C3, ..:

Конденсаторы параллельно

Суммарная емкость конденсаторов, включенных параллельно, C1, C2, C3 ,.. :

C _Итого = C ₁ + C ₂ + C ₃ + …

Ток конденсатора

Мгновенный ток конденсатора i _c (t) равен емкости конденсатора

раз производная мгновенного напряжения конденсатора v _c (t):

Напряжение конденсатора

Мгновенное напряжение конденсатора v _c (t) равно начальному напряжению конденсатора,

плюс 1 / C, умноженный на интеграл мгновенного тока конденсатора i _c (t) за время t:

Энергия конденсатора

Накопленная энергия конденсатора E _C в джоулях (Дж) равна емкости C в фарадах (Ф)

раз больше напряжения конденсатора квадратной формы В _C в вольтах (В) разделенных на 2:

E _C = C × V _C ² /2

Цепи переменного тока

Угловая частота

ω = 2 π f

ω — угловая скорость, измеренная в радианах в секунду (рад / с)

f — частота, измеренная в герцах (Гц).

Реактивное сопротивление конденсатора

Импеданс конденсатора

Декартова форма:

Полярная форма:

Z _C = X _C ∟-90º

Типы конденсаторов

См. Также:

Что такое конденсатор ?. Введение в конденсатор… | автор: YoungWonks Content | YoungWonks — Блоги для детей, родителей и любознательных

Что такое конденсатор?

Это обычный электрический компонент, который используется в электрических цепях.По сути, конденсатор — это устройство с двумя выводами, которое используется для хранения электрического заряда. Конденсаторы защищают цепь от скачков тока, поэтому они используются для поддержания стабильного потенциала в цепи.

Из чего состоит конденсатор?

Конденсатор состоит по крайней мере из одной пары электрических проводников, часто в виде металлических пластин или поверхностей, разделенных изолятором (непроводящий материал). Проводник может быть фольгой, тонкой пленкой, металлическим валиком или электролитом.Непроводящий изолятор служит для увеличения емкости накопления заряда конденсатора.

Анод и катод

Положительная пластина конденсатора (показанная более длинной ветвью) называется анодом, поскольку она сделана из металла, который образует изолирующий оксидный слой посредством анодирования. Этот оксидный слой действует как изолятор конденсатора.

Твердый, жидкий или гелевый электролит покрывает поверхность этого оксидного слоя, действуя как отрицательная пластина конденсатора (как показано его более короткой ветвью).Это называется катодом.

Как работает конденсатор?

Теперь важно отметить, что конденсатор во многом похож на батарею, но это тоже не одно и то же. Батарея использует химические вещества для хранения электрической энергии и очень медленно высвобождает ее через цепь; иногда (например, часы) на это может уйти несколько лет. Конденсатор обычно расходует свою энергию намного быстрее — часто за секунды. Предположим, вы делаете снимок со вспышкой, и вам нужна камера, чтобы произвести огромную вспышку света за доли секунды.Конденсатор, прикрепленный к лампе-вспышке, заряжается в течение нескольких секунд, используя энергию батареек вашей камеры. (Для зарядки конденсатора требуется время, и поэтому вам обычно приходится немного подождать.) Как только конденсатор полностью заряжен, он может мгновенно высвободить всю эту энергию через лампу-вспышку.

Как заряжается конденсатор?

Вы можете зарядить конденсатор, просто подключив его к электрической цепи. Когда вы включаете питание, на пластинах постепенно накапливается электрический заряд.Одна пластина получает положительный заряд, а другая пластина — равный и противоположный (отрицательный) заряд.

Теперь при отключении питания конденсатор продолжает держать заряд. Итак, учитывая, что конденсатор все еще подключен к цепи, содержащей лампочку, заряд будет течь от конденсатора через лампочку, пока на пластинах не останется ничего. Другими словами, конденсатор быстро разрядится и включит лампочку.

Использование конденсаторов

Конденсаторы накапливают заряд, но они находят различное применение в электрических цепях.Их можно использовать как устройства синхронизации (поскольку для их зарядки требуется определенное предсказуемое время), как фильтры (схемы, пропускающие только определенные сигналы), для сглаживания напряжения в схемах, для настройки (в радиоприемниках и телевизорах). ) и для ряда других целей. Вместо батарей можно также использовать большие суперконденсаторы.

Этот блог был первоначально размещен в разделе «Блоги» на веб-сайте YoungWonks 24 июля 2018 г. Чтобы прочитать больше таких блогов и запросить бесплатный пробный курс программирования для своего ребенка, посетите: https: // www.youngwonks.com/

Блог написан: Team YoungWonks (Автор: Видья Прабху; Фото / анимация Леонела Круза)

Как работает конденсатор?

Вы часто задаетесь вопросом, «как работает конденсатор»?

По крайней мере, я спрашивал себя об этом много раз, когда был моложе.

Мне никогда не нравились «физические объяснения».

В нем говорится что-то вроде «конденсатор работает, накапливая энергию электростатически в электрическом поле» .

Не знаю, как вы, но это предложение не сделало меня мудрее, когда я только начинал заниматься электроникой.

Мне нравится отвечать на вопрос «как работает конденсатор?» говоря, что конденсатор работает как крошечная перезаряжаемая батарея с очень-очень низкой емкостью.

Время, необходимое для разряда конденсатора, обычно составляет доли секунды. Настало время подзарядить его.

БЕСПЛАТНЫЙ бонус: Загрузите основные электронные компоненты [PDF] — мини-книгу с примерами, которые научат вас, как работают основные компоненты электроники.

Что такое конденсатор?

Значит, конденсатор может накапливать заряд. И он может освободить заряд при необходимости. Но как это сделать? Как конденсатор работает на более глубоком уровне?

Конденсатор состоит из двух металлических пластин. С диэлектрическим материалом между пластинами.

Когда вы прикладываете напряжение к двум пластинам, создается электрическое поле. Положительный заряд будет накапливаться на одной пластине, а отрицательный — на другой.

И это то, что имеют в виду физики, когда говорят, что «конденсатор работает, накапливая энергию электростатически в электрическом поле».

Существует много разных типов конденсаторов.

Для чего нужен конденсатор?

А. Но что такое фильтрация?

Аналог батареи

Рассмотрим пример с аккумулятором.

Многие будильники получают питание от розетки на стене в доме. Иногда отключается электричество. У большинства будильников есть резервная батарея, которая берет на себя и питает будильник до тех пор, пока питание не вернется, чтобы время не сбрасывалось.

Ну, в электронных схемах точно так же можно использовать конденсаторы.

Конденсаторы развязки

Например, если у вас есть схема с микроконтроллером, на котором выполняется какая-то программа. Если напряжение на микроконтроллере падает всего на долю секунды, микроконтроллер перезапускается. А ты этого не хочешь.

При использовании конденсатора конденсатор может подавать питание на микроконтроллер за доли секунды, когда напряжение падает, так что микроконтроллер не перезапускается.Таким образом, он отфильтрует «шум» в линии электропередачи.

Этот тип фильтрации называется «развязкой». И конденсатор, используемый для этой цели, называется «развязывающим конденсатором». Его также называют «байпасным конденсатором».

Использование конденсаторов для фильтров

Вы также можете комбинировать конденсаторы и резисторы для формирования фильтров, нацеленных на определенные частоты. Например, в аудиосистеме вы можете настроить таргетинг на высокие частоты, чтобы удалить их (например, в сабвуфере).Это называется фильтром нижних частот.

Возврат из «Как работают конденсаторы?» в «Электронные компоненты онлайн»

Конденсатор

Конденсаторы

Емкость

Конденсатор — это устройство для хранения разделенного заряда. Нет единого электронного компонента сегодня играет более важную роль, чем конденсатор. Это устройство используется для хранить информацию в памяти компьютера, регулировать напряжение в источниках питания, для создания электрических полей, для хранения электрической энергии, для обнаружения и производить электромагнитные волны и измерять время.Любые два проводника, разделенные изолирующей средой, образуют конденсатор.

А Параллельно-пластинчатый конденсатор состоит из двух пластин, разделенных тонкой изоляционной материал, известный как диэлектрик . В параллельной пластине Электроны конденсатора переносятся с одной параллельной пластины на другую.

Мы уже показали, что электрическое поле между пластинами постоянно с величиной E = σ / ε ₀ и указывает от положительной пластины к отрицательной.

Следовательно, разность потенциалов между отрицательной и положительной пластинами равна предоставлено

∆U = U _pos — U _neg = -q Σ _neg ^pos E ∙ ∆ r = q E d.
При суммировании ∆ r указывает от отрицательной пластины к положительной в противоположном направлении от E .
Следовательно E ∙ ∆ r = -E∆r, а знаки минус отменяют.
Положительный пластина имеет более высокий потенциал, чем отрицательная пластина.

Силовые линии и эквипотенциальные линии для Постоянное поле между двумя заряженными пластинами показано справа. Одна пластина конденсатора удерживает положительный заряд Q, а другая — отрицательный заряд -Q. Заряд Q на пластинах пропорционален потенциалу разность V на двух пластинах. Модель емкость C — пропорциональная константа,

Q = CV, C = Q / V.

C зависит от геометрии конденсатора и типа диэлектрического материала. использовал. Емкость параллельного пластинчатого конденсатора с двумя пластинами площадью А расстояние d и отсутствие диэлектрического материала между пластинами составляет

C = ε ₀ A / d.

(Электрическое поле E = σ / ε ₀ . Напряжение V = Ed = σd / ε ₀ . Заряд Q = σA. Следовательно, Q / V = σAε ₀ / σd = Aε ₀ / d.)
Единица измерения емкости в системе СИ: Кулон / Вольт = Фарад (Ф).
Типичный конденсаторы имеют емкость в диапазоне от пикофарад до микрофарад.

Емкость говорит нам, сколько заряда устройство хранит для данного Напряжение. Диэлектрик между проводниками увеличивает емкость конденсатор. Молекулы диэлектрического материала поляризованы в поле между двумя проводниками. Весь отрицательный и положительный заряд диэлектрик смещен на небольшую величину относительно друг друга.Этот приводит к эффективному положительному поверхностному заряду на одной стороне диэлектрика. и отрицательный поверхностный заряд на другой стороне диэлектрика. Эти эффективные поверхностные заряды на диэлектрике создают электрическое поле, которое противостоит полю, создаваемому поверхностными зарядами на проводниках, и, таким образом, снижает напряжение между проводниками. Чтобы поддерживать напряжение, больше заряда необходимо надеть на проводники. Таким образом, конденсатор накапливает больше заряда в течение заданное напряжение.Диэлектрическая проницаемость κ — это отношение напряжения V ₀ между проводниками без диэлектрика к напряжение V с диэлектриком, κ = V ₀ / V, для данного количества заряда Q на проводниках.

На диаграмме выше такое же количество заряда Q на проводников приводит к меньшему полю между пластинами конденсатора с диэлектрик. Чем выше диэлектрическая проницаемость κ, тем больше заряда может хранить конденсатор при заданном напряжении.Для параллельной пластины конденсатор с диэлектриком между пластинами, емкость

C = Q / V = ​​κQ / V ₀ = κε ₀ A / d = εA / d,
, где ε = κε ₀ . Статическая диэлектрическая проницаемость любого материала всегда больше 1.

Типичная диэлектрическая проницаемость

Если диэлектрик с диэлектрической проницаемостью κ вставляется между пластинами параллельной пластины конденсатора, а напряжение поддерживается постоянным аккумулятором, заряд Q на пластинах увеличивается в κ раз. Батарея перемещает больше электронов с положительной пластины на отрицательную. Величина электрического поля между пластинами E = V / d остается неизменной. тем же.

Если диэлектрик вставлен между пластинами параллельной пластины конденсатор, и заряд на пластинах остается прежним, потому что конденсатор отключается от АКБ, то напряжение V уменьшается в раз из κ, а электрическое поле между пластиной E = V / d уменьшается в 2 раза. κ.

Модуль 2: Вопрос 2:

(a) Конденсатор с параллельными пластинами изначально имеет напряжение 12 В и остается подключенным к батарее.Если теперь расстояние между пластинами увеличено вдвое, что бывает?
(b) Конденсатор с параллельными пластинами первоначально подключается к батарее, а пластины удерживают заряд ± Q. Затем аккумулятор отключается. Если расстояние между пластинами равно теперь вдвое, что происходит?

Подсказка: аккумулятор является зарядным насосом. Может качать заряд с одной пластины к другому, чтобы поддерживать постоянную разность потенциалов.
Нет батареи <--> нет зарядного насоса. Заряд не может перемещаться с одной пластины на Другие.

Обсудите это со своими однокурсниками на дискуссионном форуме!

Ссылка: PhET Конденсаторная лаборатория (базовая)

Энергия, запасенная в конденсаторе

Энергия U, запасенная в конденсаторе, равна работе W сделано при разделении заряды на проводниках. Чем больше заряда уже накоплено на пластинах, тем необходимо проделать больше работы по разделению дополнительных сборов из-за сильного отталкивание между одноименными зарядами.При заданном напряжении требуется бесконечно малое объем работы ∆W = V∆Q для отделения дополнительной бесконечно малой суммы заряда ∆Q.
(Напряжение V — это количество работы на единицу заряда.)
Поскольку V = Q / C, V увеличивается линейно с Q. Общая работа, проделанная при зарядке конденсатора является

W = U = Σ V ∆Q = V _{в среднем} Q = ½VQ.
Используя Q = CV, мы также можем написать U = ½ (Q ² / C) или U = ½CV ² .

Проблема:

Каждая ячейка памяти компьютера содержит конденсатор для хранения заряда. Сохраняемый или не сохраняемый заряд соответствует двоичным цифрам 1 и 0. Для более плотной упаковки ячеек в траншейных конденсаторах часто используются пластины конденсатора установлены вертикально вдоль стенок траншеи выгравирован на кремниевом чипе. Если у нас емкость 50 фемтоФарад = 50 * 10 ^-15 F и каждая пластина имеет площадь 20 * 10 ^-12 м ² (траншеи микронного размера), что такое разделение пластин?

Решение:

• Рассуждение:
  Емкость параллельного пластинчатого конденсатора с двумя пластинами площадью А разделенные расстоянием d и отсутствие диэлектрического материала между пластинами C = ε ₀ A / d.
• Детали расчета:
  C = ε ₀ A / d, d = ε ₀ A / C = (8,85 * 10 ^-12 * 20 * 10 ^-12 / (50 * 10 ^-15 )) м = 3,54 * 10 ^-9 м.
  Типичные атомные размеры порядка 0,1 нм, поэтому траншея находится на порядка 30 атомов в ширину.

Для любого изолятора существует максимальное поддерживаемое электрическое поле без ионизации молекул. Для конденсатора это означает, что есть максимально допустимое напряжение, которое может быть приложено к проводникам.Этот максимальное напряжение зависит от диэлектрика в конденсаторе. Соответствующие максимальное поле E _b называется диэлектрической прочностью материала. Для более сильных полей конденсатор « выходит из строя » (аналогично коронный разряд) и обычно разрушается. Большинство конденсаторов, используемых в электрических схемы имеют как емкость, так и номинальное напряжение. Это напряжение пробоя V _b относится к диэлектрической прочности E _b .Для параллельной пластины конденсатор имеем V _b = E _b d.

Конденсаторы — обзор | Темы ScienceDirect

Конденсатор

Конденсатор — это устройство с двумя выводами, схематически описанное на рис.12.8.

Рис. 12.8. Символ конденсатора.

Емкость может быть определена как

(12.7) C = ε0εrAd

, где ε0 — диэлектрическая проницаемость вакуума, εr — относительная диэлектрическая проницаемость материала между пластинами, A — площадь пластин, а d — расстояние между пластинами.

Заряд конденсатора описывается как

(12,8) q (t) = Cv (t)

, где C — емкость в кулонах. Мы можем определить ток как

(12.9) i = dq (t) dt⇒i = Cdv (t) dt

, что является идеальным соотношением напряжения и тока конденсатора.

Как уже упоминалось, закон Тевенина гласит, что сумма напряжений в замкнутой цепи должна равняться нулю. Если мы хотим узнать заряд конденсатора в некоторый момент времени t для схемы на рис. 12.9, мы можем написать

рис. 12.9. RC-цепь.

(12.10) (Vs − QC) −IR = 0

(12.11) ∴ (Vs − QC) −dQdtR = 0

Это линейное дифференциальное уравнение первого порядка, которое может быть решено путем разделения частей; он имеет вид dydx + P (x) y = Q (x) с Q (x) = 0.

(12.12) ⇒dQdtR = (Vs − QC)

(12.13) dQdt = 1R (Vs − QC)

(12.14) dQdtC = 1R (VsC − Q)

Разделить по частям и взять определенный интеграл для обе стороны:

(12.15) dQ (VsC − Q) ≡ − 1RCdt

(12.16) ∫Q = 0Q = Q (t) dQ (VsC − Q) ≡ − 1RC∫t = 0tdt

Вызов ln (m / n) = ln (m) −ln (n)

(12,17) lnQ (t) −CVs − CVs = −tRC

(12,18) ∴Q (t) = CVs (1 − e − t / RC)

, который дает заряд конденсатора по прошествии времени t. Помня, что q (t) = Cv (t), мы также можем получить напряжение на нем.

Энергия, запасенная на конденсаторе, определяется как

(12.19) E = 12CV2

Конденсаторы в параллельной сети (рис. 12.10) эквивалентны по определению

рис. 12.10. Конденсатор последовательно и параллельно.

(12.20) Ceq = C0 + C1 + C2 + ⋯ Cn

Последовательные конденсаторы (рис. 12.10) эквивалентны

(12.21) 1Ceq = 1C0 + 1C1 + 1C2 + ⋯ + 1Cn

Конденсаторы бывают разными. параметров:

•

Емкость в фарадах (Ф), определенная ранее математически

•

Рабочее напряжение в вольтах (В), максимальное напряжение, которое можно безопасно приложить к клеммам устройства

•

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) в омах (Ом)

Конденсаторы также определяются их конструкцией, которая адаптирует их к их применению.Что не было упомянуто в списке параметров, так это материал диэлектрика, который определяет характеристики накопления энергии устройства.

Керамика

Керамические конденсаторы состоят из слоев керамики, разделенных слоями металла. Керамические конденсаторы имеют самое низкое эквивалентное последовательное сопротивление.

Электролитический алюминий

Электролитические алюминиевые конденсаторы могут быть изготовлены с большой емкостью. Пластины конденсатора могут быть покрыты очень тонким слоем оксида алюминия, который имеет очень высокую диэлектрическую проницаемость (~ 10).Таким образом, если мы посмотрим на уравнение. (12.21) мы видим, что мы можем построить большой диэлектрик, не занимая слишком много места и не слишком увеличивая расстояние между пластинами; это приравнивается к большей потенциальной емкости.

Электролитические конденсаторы имеют более высокий коэффициент рассеяния, чем другие конденсаторы. Коэффициент рассеяния — это совокупность всех потерь энергии в конденсаторе при неидеальной работе. Коэффициент рассеяния определяется как

(12,22) D = RsXc

, где Rs — последовательное эквивалентное сопротивление, а Xc — последовательное эквивалентное реактивное сопротивление, которое эквивалентно

(12.23) XcÀ1j2πfC

Именно по этой причине ток пульсаций является ограничивающим фактором как для алюминиевых, так и для танталовых конденсаторов (см. Далее). Переменный ток, возникающий из-за омических и диэлектрических потерь, вызывает повышение температуры в конденсаторе, что может значительно сократить срок его службы. Поэтому электролитическим конденсаторам часто дают номинальный пульсирующий ток, который нельзя превышать.

Тантал

Конденсаторы имеют конструкцию, аналогичную электролитическому алюминию, с точки зрения нанесенного тонкого слоя оксида тантала, который имеет высокую диэлектрическую проницаемость (приблизительно 27).Следовательно, танталовые конденсаторы, как правило, обладают теми же преимуществами большой емкости, что и электролитические алюминиевые конденсаторы.