Применение конденсатора: Применение конденсаторов и их видов кратко – в физике и технике, примеры (10 класс)

Содержание

Конденсаторы виды свойства применение. Конденсаторы: назначение, устройство, принцип действия

— один из самых распространенных электронных компонентов. Существует множество разных типов конденсаторов, которые классифицируют по различным свойствам.

В основном типы конденсаторов разделяют:

  • По характеру изменения емкости — постоянной емкости, переменной емкости и подстроечные.
  • По материалу диэлектрика — воздух, металлизированная бумага, слюда, тефлон, поликарбонат, оксидный диэлектрик (электролит).
  • По способу монтажа — для печатного или навесного монтажа.

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы или керамические дисковые конденсаторы сделаны из маленького керамического диска, покрытого с двух сторон проводником (обычно серебром).

Карамические конденсаторы

Благодаря довольно высокой относительной диэлектрической проницаемости (от 6 до 12) керамические конденсаторы могут вместить достаточно большую емкость при относительно малом физическом размере.

Диапазон емкости этого типа конденсаторов — от нескольких пикоФарад (пФ или pF) до нескольких микроФарад (мФ или uF). Однако их номинальное напряжение, как правило, невысокое.

Маркировка керамических конденсаторов обычно представляет собой трехзначный числовой код, обозначающий значение емкости в пикофарадах. Первые две цифры указывают значение емкости. Третья цифра указывает количество нулей, которые нужно добавить.


Например, маркировка 103 на керамическом конденсаторе означает 10 000 пикоФарад или 10 наноФарад. Соответственно, маркировка 104 будет означать 100 000 пикоФарад или 100 наноФарад и.т.д. Иногда к этому коду добавляют буквы, обозначающие допуск. Например, J = 5%, K = 10%, M = 20%.

Емкость конденсатора зависит от площади обкладок . Для того чтобы компактно вместить большую площадь, используют пленочные конденсаторы. Здесь применяют принцип «многослойности». Т.е. создают много слоев диэлектрика, чередующегося слоями обкладок. Однако с точки зрения электричества, это такие же два проводника разделенные диэлектриком, как и у плоского керамического конденсатора.

В качестве диэлектрика пленочных конденсаторов обычно используют тефлон, металлизированную бумагу, майлар, поликарбонат, полипропилен, полиэстер. Диапазон емкости этого типа конденсаторов составляет примерно от 5pF (пикофарад) до 100uF (микрофарад). Диапазон номинального напряжения пленочных конденсаторов достаточно широк. Некоторые высоковольтные конденсаторы этого типа достигают более 2000 вольт.

Различают два вида пленочных конденсаторов по способу размещения слоев диэлектрика и обкладок – радиальные и аксиальные .


Радиальный и аксиальный тип пленочных конденсаторов

Маркировка емкости пленочных конденсаторов происходит по тому же принципу что и керамических. Это трехзначный числовой код, обозначающий значение емкости в пикофарадах. Первые две цифры указывают значение емкости. Третья цифра указывает количество нулей, которые нужно добавить. Иногда к этому коду добавляют буквы, обозначающие допуск. Например, J = 5%, K = 10%, M = 20%.

Например 103J означает 10 000 пикоФарад +/- 5% или 10 наноФарад +/-5%.

Однако довольно часто разные производители кроме значения емкости и точности добавляют символы номинального напряжения, температуры, серии, класса, корпуса, и других особых характеристик. Данные символы могут отличатся и быть размещены в разном порядке, в зависимости от производителя. Поэтому для разшифровки маркировки пленочных конденсаторов желательно пользоваться документацией (Datasheets) .

Обычно используются когда требуется большая емкость. Конструкция этого типа конденсаторов похожа на конструкцию пленочных, только здесь вместо диэлектрика используется специальная бумага, пропитанная электролитом. Обкладки конденсатора создаются из алюминия или тантала.

Обратим внимание, что электролит хорошо проводит электрический ток! Это полностью противоречит принципу устройства конденсатора, где два проводника должны быть разделены диэлектриком.

Дело в том, что слой диэлектрика создается уже после изготовления конструкции компонента. Через конденсатор пропускают ток, и в результате электролитического окисления на одной из обкладок появляется тонкий слой оксида алюминия или оксида тантала (в зависимости из какого металла состоит обкладка). Этот слой представляет собой очень тонкий и эффективный диэлектрик, позволяющий электролитическим конденсаторам превосходить по емкости в сотни раз «обычные» пленочные конденсаторы.

Недостатком вышеописанного процесса окисления является полярность конденсатора. Оксидный слой обладает свойствами односторонней проводимости. При неправильном подключении напряжения оксидный слой разрушается, и через конденсатор может пойти большой ток. Это приведет к быстрому нагреву и разширению электролита, в результате чего может произойти взрыв конденсатора! Поэтому необходимо всегда соблюдать полярность при подключении электролитического конденсатора

. В связи с этим на корпусе компонента производители указывают куда подключать минус.

По причине своей полярности электролитические конденсаторы не могут быть использованы в цепях с переменным током. Но иногда можно встретить компоненты состоящие из двух конденсаторов, соединенными минус-к-минусу и формирующие «не полярные» конденсаторы. Их можно использовать в цепях с переменным током малого напряжения.

Емкость алюминиевых электролитических конденсаторов в колеблется основном от 1 мкФ до 47000 мкФ. Номинальное напряжение — от 5В до 500В. Допуск обычно довольно большой — 20%.

Танталовые конденсаторы физически меньше алюминиевых аналогов. Вдобавок электролитические свойства оксида тантала лучше чем оксида алюминия — у танталовых конденсаторов значительно менше утечка тока и выше стабильность емкости. Диапазон типичных емкостей от 47нФ до 1500мкФ.

Танталовые электролитические конденсаторы также являются полярными, однако лучше переносят неправильное подключение полярности чем их алюминиевые аналоги. Вместе с тем, диапазон типичных напряжений танталовых компонентов значительно ниже – от 1В до 125В.

Широко используются в устройствах, где часто требуется настройка во время работы — приемниках, передатчиках, измерительных приборах, генераторах сигналов, аудио и видео аппаратуре.

Изменение емкости конденсатора позволяет влиять на характеристики проходящего через него сигнала (форму, частоту, амплитуду и т.д.).

Емкость может менятся механическим способом, электрическим напряжением (вариконды), и с помощью температуры (термоконденсаторы). В последнее время во многих областях вариконды вытесняются варикапами (диодами с переменной емкостью).

Под названием «переменные конденсаторы» обычно имеют ввиду компоненты с механическим изменением емкости. Управление емкостю здесь достигается путем изменения площади обкладок. Обкладки в переменных конденсаторах состоят из множества пластин с воздушным пространством между ними в качестве диэлектрика.

Часть пластин фиксированная, часть подвижная. Положение подвижных пластин по отношению к фиксированным определяет общую емкость конденсатора. Чем больше общая площадь пластин тем больше емкость.


Подстроечные конденсаторы

Подстроечные конденсаторы используются при разовом или периодическом регулировании емкости, в отличии от «стандартных» переменных конденсаторов, где емкость меняется в «режиме реального времени». Такая настройка предназначена для самих производителей аппаратуры, а не для ее пользователей, и выполняется специальной настроечной отверткой. Обычная стальная отвертка не подходит, так как может повлиять на емкость конденсатора. Емкость подстроечных конденсаторов как правило невелика – до 500 пикоФарад.

Способ монтажа конденсаторов

Конденсаторы разделяют по способу монтажа на компоненты для навесного монтажа и для печатного монтажа (SMD или чип-конденсаторы). У компонентов для навесного монтажа есть выводы в виде «ножек». У конденсаторов для печатного монтажа выводами служит часть их поверхности.

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “

Конденсаторы

Надо сказать, что конденсатор , как и резистор, можно увидеть во многих устройствах. Как правило,

простейший конденсатор это две металлических пластинки и воздух между ними . Вместо воздуха может быть фарфор, слюда или другой материал, который не проводит ток. Если резистор пропускает постоянный ток, то через конденсатор он не проходит. А переменный ток через конденсатор проходит. Благодаря такому свойству конденсатор ставят там, где надо отделить постоянный ток от переменного .

Конденсаторы бывают постоянные, подстроечные, переменные и электролитические . Кроме этого, они отличаются материалом между пластинами и внешней конструкцией. Существуют конденсаторы

воздушные , слюдяные , керамические, пленочные и т.п. Применение тех или иных видов конденсаторов обычно описано в сопровождающей документации к принципиальной схеме. Некоторые конденсаторы постоянной емкости и их обозначение на принципиальной схеме показаны на Рис.1.

Основной параметр конденсатора – емкость . Она измеряется в микро -, нано — и пикофарадах . На схемах Вы встретите все три единицы измерения. Обозначаются они следующим образом: микрофарады – мКф или мF , нанофарады – нф, Н или п , пикофарады – пф или pf . Чаще буквенное обозначение пикофарад не указывают ни на схемах, ни на самой радиодетали, т.е. обозначение 27, 510 подразумевают 27 пф, 510 пф. Чтобы проще разбираться в емкости, запомните следующее: 0,001 мкф = 1 нф, или 1000 пф.

В отечественной электронике применяется буквенно-цифровая маркировка конденсаторов. Если емкость выражают целым числом, то буквенное обозначение емкости ставят после этого числа, например: 12П (12 пф) , 15Н (15 нф = 15 000 пф, или 0,015 мкф), ЮМ (10 мкф). Чтобы выразить номинальную емкость десятичной дробью, буквенное обозначение единицы емкости размещают перед числом: Н15 (0,15 нф = 150 пф) , М22 (0,22 мкф). Для выражения емкости конденсатора целым числом с десятичной дробью буквенное обозначение единицы ставят между целым числом и десятичной дробью, заменяя ее запятой, например: 1П2 (1,2 пф) , 4Н7 (4,7 нф = 4700 пф), 1М5 (1,5 мкф).
Буквенно-цифровая маркировка конденсаторов используется и в зарубежной электронике. Она нашла широкое применение на конденсаторах большой емкости. Например, надпись 0,47 |iF = 0,47 мкф. Не забыли разработчики и о цветовой маркировке , которая может содержать полосы, кольца или точки . Маркируемые параметры: номинальная емкость ; множитель ; допускаемое отклонение напряжения ; температурный коэффициент емкости (ТКЕ) и (или) номинальное напряжение. Определить емкость можно при помощи следующей таблицы.


Некоторые примеры цветовой маркировки постоянных конденсаторов показаны на Рис. 2.


Кроме буквенно-цифровой и цветовой маркировки применяется способ цифровой маркировки конденсаторов тремя или четырьмя цифрами (международный стандарт). В случае трехзначной маркировки первые две цифры обозначают значение емкости в пикофарадах (пФ), а последняя цифра – количество нулей (здесь обращаю ваше внимание на маркировку конденсаторов емкостью менее 10 пикофарад: последней цифрой в этом случае может быть девятка):


(в таблице ошибка, должно быть: 100 10 пикофарад 0,01 нанофарада 0,00001 мкф(!) )


При кодировании четырехзначным числом последняя цифра так же указывает количество нулей, а первые три — емкость в пикофарадах (pF):


Некоторые примеры цифровой маркировки конденсаторов представлены на Рис. 3.


Среди большого разнообразия конденсаторов постоянной емкости особое место занимают электролитические конденсаторы . Сегодня чаще всего можно услышать название оксидные конденсаторы, т.к. в них используется оксидный диэлектрик. Такие конденсаторы выпускают большой емкости – от 0,5 до 10000 мкф. Оксидные конденсаторы полярны , поэтому на принципиальных схемах для них указывают не только емкость, но и знак ” + ” (плюс), а на самом конденсаторе: в зарубежном варианте нанесен знак “-“, в отечественном устаревшем – ” + ” . Кроме этого, на принципиальных схемах указывают и максимальное напряжение, на котором их можно использовать. Например, надпись 5,0×10 В означает, что конденсатор емкостью 5 мкф надо взять на напряжение не ниже 10 В.

Многие начинающие бояться применять конденсаторы на большее напряжение, чем указанное в схемах. А зря! Возьмем, к примеру, устройство с питанием 9В. Здесь необходимо использовать конденсатор на напряжение не ниже 10В, но лучше – 16В. Дело в том, что “питание” не застраховано от скачков. А для конденсаторов резкие перепады в сторону увеличения приравниваются к смерти. Поэтому, если Вы примените электролит на напряжение 50В, 160В или еще большее, хуже работать устройство не будет! Разве что размеры увеличатся: чем больше напряжение конденсатора, тем больше его размеры.

Оксидные конденсаторы обладают неприятным свойством терять емкость – “высыхать” , что является одной из основных причин отказов радиоаппаратуры, находящейся в длительной эксплуатации. Такой неприятной особенностью в частности обладают отечественные электролиты, особенно старые. Поэтому старайтесь ставить зарубежные новые конденсаторы.
Выпускают производители и неполярные оксидные конденсаторы , хотя применяются они довольно редко. Существую еще и танталовые конденсаторы , которые отличаются долговечностью, высокой стабильностью рабочих характеристик, устойчивостью к повышению температуры. При небольшом внешнем виде они могут обладать достаточно большой емкостью.
Линия, нанесенная на корпусе танталового конденсатора, означает плюсовой вывод, а не минус, как многие думают .
Некоторые разновидности оксидных конденсаторов показаны на Рис. 4.


Особенностью подстроечных и переменных конденсаторов есть изменение емкости при обращении оси, которая выступает наружу. Раньше они широко применялись радиоприемниках. Именно конденсатор переменной емкости крутили Ваши родители для настройки на нужную радиостанцию. Некоторые подстроечные и переменный конденсаторы показаны на Рис. 5.


Для подстроечных или переменных конденсаторов на схеме указывают крайние значения емкости, которые создаются, если вращать ось конденсатора от одного крайнего положения к другому или вертеть по кругу (как у подстроечных конденсаторов). Например, надпись 5-180 свидетельствует о том, что в одном крайнем положении оси емкость конденсатора составляет 5 пф, а в другом – 180 пф. При плавном возвращении с одного положения в другое емкость конденсатора также плавно будет изменяться от 5 до 180 пф или от 180 до 5 пф. Сегодня не используют конденсаторы переменной емкости, так как их вытеснили варикапы – полупроводниковый элемент, емкость которого зависит от приложенного напряжения .


Электрический конденсатор — один из самых распространених радио элементов, служит он для накопления электроэнергии (заряда). Самый простой конденсатор можно представить в виде двух металлических пластин (обкладок) и диэлектрика который находится между ними.

Когда к конденсатору подключают источник напряжения, то на его обкладках (пластинах) появляются противоположные заряды и возникнет электрическое поле притягивающие их друг к другу, и даже после отключения источника питания, такой заряд остается некоторое время и энергия сохраняется в электрическом поле между обкладками.

В электронных схемах роль конденсатора также может состоять не только в накоплении заряда но и в разделения постоянной и переменной составляющей тока, фильтрации пульсирующего тока и разных других задачах.
В зависимости от задач и факторов работы, конденсаторы используются очень разных типов и конструкций. Здесь мы рассмотрим наиболее популярные типы конденсаторов.

Конденсаторы алюминиевые электролитические

Это может быть, например, конденсатор К50-35 или К50-2 или же другие более новые типы.
Они состоят из двух тонких полосок алюминия свернутых в рулон, между которыми в том же рулоне находится пропитанная электролитом бумага в роли диэлектрика.
Рулон находится в герметичном алюминиевом цилиндре, чтобы предотвратить высыхание электролита.
На одном из торцов конденсатора (радиальный тип корпуса) или на двух торцах которого (аксиальный тип корпуса) располагаются контактные выводы. Выводы могут быть под пайку либо под винт.


В электролитических конденсаторах емкость исчисляется в микрофарадах и может быть от 0.1 мкф до 100 000 мкф. Как правило большая емкость и характеризует этот тип конденсаторов.
Еще одним из важных параметров есть максимальное рабочее напряжение, которое всегда указывается на корпусе и в конденсаторах этого типа может быть до 500 вольт!


Среди недостатков данного типа можно рассмотреть 3 причины:
1. Полярность. Полярные конденсаторы недопустимы с работой в переменном токе. На корпусе обозначаются соответствующими значками выводы конденсатора, как правило конденсаторы с одним выводом минусовой контакт имеют на корпусе, а плюсовой на выводе.
2. Большой ток утечки. Естественно такие конденсаторы не годятся для длительного хранения энергии заряда, но они хорошо себя зарекомендовали в качестве промежуточных элементов, в фильтрах активных схем и пусковых установках двигателей.
3.Снижение емкости с увеличением частоты. Такой недостаток легко устраняется с помощью параллельно подключенного керамического конденсатора с очень маленькой ёмкостью.

Керамические однослойные конденсаторы

Такие типы, например как К10-7В, К10-19, КД-2. Максимальное напряжения такого типа конденсаторов лежит в пределах 15 — 50 вольт, а ёмкость от 1 пФ до 0.47 мкф при сравнительно небольших размерах довольно не плохой результат технологии.
У данного типа характерны малые токи утечки и низкая индуктивность что позволяет им легко работать на высоких частотах, при постоянном, переменном и пульсирующих токах.
Тангенс угла потерь tgδ не превышает обычно 0,05, а максимальный ток утечки – не более 3 мкА.
Конденсаторы данного типа спокойно переносят внешние факторы, такие как вибрация с частотой до 5000 Гц с ускорением до 40 g, многократные механические удары и линейные нагрузки.


Маркировка на корпусе конденсатора обозначает его номинал. Три цифры расшифровываются следующим образом. Если две первые цифры умножать на 10 в степени третьей цифры, то получится значение емкости данного конденсатора в пф. Так, конденсатор с маркировкой 101 имеет емкость 100 пф, а конденсатор с маркировкой 472 — 4,7 нф. Для удобства составлены таблицы наиболее «ходовых» ёмкостей конденсаторов и их маркировочные коды.
Наиболее часто применяются в фильтрах блоков питания и как фильтр поглощающий высокочастотные импульсы и помехи.

Керамические многослойные конденсаторы

Например К10-17А или К10-17Б.
В отличии от вышеописанных, состоят уже из нескольких слоев металлических пластин и диэлектрика в виде керамики, что позволяет иметь им большую ёмкость чем у однослойных и может быть порядка нескольких микрофарад, но максимальное напряжение у данного типа все также ограничено 50 вольтами.
Применяются в основном как фильтрующие элементы и могут исправно работать как с постоянным так и с переменным и пульсирующим током.

Керамические высоковольтные конденсаторы

Например К15У, КВИ и К15-4
Максимальное рабочее напряжение данного типа может достигать 15 000 вольт! Но ёмкость у них небольшая, порядка 68 — 100 нФ.


Работают они как с переменным так и с постоянным током. Керамика в качестве диэлектрика создает нужное диэлектрическое свойство выдерживать большое напряжение, а особая форма защищает конструкцию от пробоя пластин.


Применение у них самое разнообразное, например в схемах вторичных источников питания в качестве фильтра для поглощения высокочастотных помех и шумов, или в конструирование катушек Тесла, мощной и ламповой радиоаппаратуре.

Танталовые конденсаторы

Например К52-1 или smd А. Основным веществом служит — пентоксид тантала, а в качестве электролита — диоксид марганца.

Твердотельный танталовый конденсатор состоит из четырех основных частей: анода, диэлектрика, электролита (твердого или жидкого) и катода.
По рабочим свойствам танталовые конденсаторы схожи с электролитическими, но рабочее максимальное напряжение ограничено 100 вольтами, а ёмкость как правило не превышает 1000 мкФ.
Но в отличии от электролитических, у данного типа собственная индуктивность намного меньше что дает возможность их использования на высоких частотах, до несколько сотен килогерц.


Основной причиной выхода из строя бывает превышение максимального напряжения.
Применение у них в большинстве наблюдается в современных платах электронных устройств, что возможно из за конструктивной особенности smd-монтажа.

Полиэстеровые конденсаторы

Например K73-17 или CL21, на основе металлизированной пленки…
Весьма популярные из за небольшой стоимости конденсаторы встречающиеся в почти всех электронных устройствах, например в балластах энергосберегающих ламп. Их корпус состоит из эпоксидного компаунда что придает конденсатору устойчивость к внешним неблагоприятным факторам, химическим растворам и перегревам.


Ёмкость таких конденсаторов идет порядка 1 нф — 15мкф и максимальное рабочее напряжение у них от 50 до 1500 вольт.
Большой диапазон максимального напряжения и ёмкости дает возможность использования полиэстеровых конденсаторов в цепях постоянного, переменного и импульсных токов.

Полипропиленовые конденсаторы

Например К78-2 и CBB-60.
В данного типа конденсаторов в качестве диэлектрика выступает полипропиленовая пленка. Корпус изготовлен из негорючих материалов, а сам конденсатор призначен для работы в тяжелых условиях.
Ёмкость, как правило в пределах 100пф — 10мкф, но в последнее время выпускают и больше, а по поводу напряжение то большой запас может достигать и 3000 вольт!

Преимущество этих конденсаторов заключается не только в высоком напряжении, но и в чрезвычайно низком тангенсе угла потерь, поскольку tg? может не превышать 0,001, что позволяет использовать конденсаторы на больших частотах в несколько сотен килогерц и применять их в индукционных обогревателях и пусковых установках асинхронных электродвигателей.

Пусковые конденсаторы (CBB-60) могут иметь ёмкость и до 1000мкф что стает возможным из за особенностей конструкции такого типа конденсаторов. На пластиковый сердечник наматывается металлизированная полипропиленовая пленка, а сверху весь этот рулон покрывается компаундом.

Электрические конденсаторы являются средством накопления электроэнергии в электрическом поле. Типичными областями применения электрических конденсаторов являются сглаживающие фильтры в источниках электропитания, цепи межкаскадной связи в усилителях переменных сигналов, фильтрация помех, возникающих на шинах электропитания электронной аппаратуры и т д.

Электрические характеристики конденсатора определяются его конструкцией и свойствами используемых материалов.

При выборе конденсатора для конкретного устройства нужно учитывать следующие обстоятельства:

а) требуемое значение емкости конденсатора (мкФ, нФ, пФ),

б) рабочее напряжение конденсатора (то максимальное значение напряжения, при котором конденсатор может работать длительно без изменения своих параметров),

в) требуемую точность (возможный разброс значений емкости конденсатора),

г) температурный коэффициент емкости (зависимость емкости конденсатора от температуры окружающей среды),

д) стабильность конденсатора,

е) ток утечки диэлектрика конденсатора при номинальном напряжении и данной температуре. (Может быть указано сопротивление диэлектрика конденсатора.)

В табл. 1 — 3 приведены основные характеристики конденсаторов различных типов.

Таблица 1. Характеристики керамических, электролитических конденсаторов и конденсаторов на основе металлизированной пленки

Параметр конденсатора Тип конденсатора
Керамический Электролитический На основе металлизированной пленки
От 2,2 пФ до 10 нФ От 100 нФ до 68 мкФ 1 мкФ до 16 мкФ
± 10 и ± 20 -10 и +50 ± 20
50 — 250 6,3 — 400 250 — 600
Стабильность конденсатора Достаточная Плохая Достаточная
От -85 до +85 От -40 до +85 От -25 до +85

Таблица 2. Характеристики слюдяных конденсаторов и конденсаторов на основе полиэстера и полипропилена

Параметр конденсатора Тип конденсатора
Слюдяной На основе полиэстера На основе полипропилена
Диапазон изменения емкости конденсаторов От 2,2 пФ до 10 нФ От 10 нФ до 2,2 мкФ От 1 нФ до 470 нФ
Точность (возможный разброс значений емкости конденсатора), % ± 1 ± 20 ± 20
Рабочее напряжение конденсаторов, В 350 250 1000
Стабильность конденсатора Отличная Хорошая Хорошая
Диапазон изменения температуры окружающей среды, о С От -40 до +85 От -40 до +100 От -55 до +100

Таблица 3. Характеристики слюдяных конденсаторов на основе поликарбоната, полистирена и тантала

Параметр конденсатора

Тип конденсатора

На основе поликарбоната

На основе полистирена

На основе тантала

Диапазон изменения емкости конденсаторов От 10 нФ до 10 мкФ От 10 пФ до 10 нФ От 100 нФ до 100 мкФ
Точность (возможный разброс значений емкости конденсатора), % ± 20 ± 2,5 ± 20
Рабочее напряжение конденсаторов, В 63 — 630 160 6,3 — 35
Стабильность конденсатора Отличная Хорошая Достаточная
Диапазон изменения температуры окружающей среды, о С От -55 до +100 От -40 до +70 От -55 до +85

Керамические конденсаторы применяются в разделительных цепях, электролитические конденсаторы используются также в разделительных цепях и сглаживающих фильтрах, а конденсаторы на основе металлизированной пленки применяются в высоковольтных источниках электропитания.

Слюдяные конденсаторы используются в звуковоспроизводящих устройствах, фильтрах и осцилляторах. Конденсаторы на основе полиэстера — это конденсаторы общего назначения, а конденсаторы на основе полипропилена применяются в высоковольтных цепях постоянного тока.

Конденсаторы на основе поликарбоната используются в фильтрах, осцилляторах и времязадающих цепях. Конденсаторы на основе полистирена и тантала используются также во времязадающих и разделительных цепях. Они считаются конденсаторами общего назначения.

Небольшие замечания и советы по работе с конденсаторами

Всегда нужно помнить, что рабочие напряжения конденсаторов следует уменьшать при возрастании температуры окружающей среды, а для обеспечения высокой надежности необходимо создавать большой запас по напряжению .

Если задано максимальное постоянное рабочее напряжение конденсатора, то это относится к максимальной температуре (при отсутствии дополнительных оговорок). Поэтому конденсаторы всегда работают с определенным запасом надежности. Тем не менее нужно обеспечивать их реальное рабочее напряжение на уровне 0,5-0,6 разрешенного значения.

Если для конденсатора оговорено предельное значение переменного напряжения, то это относится к частоте (50-60) Гц. Для более высоких частот или в случае импульсных сигналов следует дополнительно снижать рабочие напряжения во избежание перегрева приборов из-за потерь в диэлектрике.

Конденсаторы большой емкости с малыми токами утечки способны довольно долго сохранять накопленный заряд после выключения аппаратуры. Для обеспечения большей безопасности следует в цепь разряда подключить параллельно конденсатору резистор сопротивлением 1 МОм (0,5 Вт).

В высоковольтных цепях часто используется последовательное включение конденсаторов. Для выравнивания напряжений на них нужно параллельно каждому конденсатору подключить резистор сопротивлением от 220к0м до 1 МОм.

Рис. 1 Использование резисторов для выравнивания напряжений на конденсаторах

Керамические проходные конденсаторы могут работать на очень высоких частотах (свыше 30 МГц) . Их устанавливают непосредственно на корпусе прибора или на металлическом экране.

Неполярные электролитические конденсаторы имеют емкость от 1 до 100 мкФ и рассчитаны на 50 В. Кроме того, они дороже обычных (полярных) электролитических конденсаторов.

При выборе конденсатора фильтра источника электропитания следует обращать внимание на амплитуду импульса зарядного тока, который может значительно превосходить допустимое значение . Например, для конденсатора емкостью 10 000 мкФ эта амплитуда не превышает 5 А.

При использовании электролитического конденсатора в качестве разделительного необходимо правильно определить полярность его включения . Ток утечки этого конденсатора может влиять на режим усилительного каскада.

В большинстве случаев применения электролитические конденсаторы взаимозаменяемы . Следует лишь обращать внимание на значение их рабочего напряжения.

Вывод от внешнего слоя фольги полистиреновых конденсаторов часто помечается цветным штрихом. Его нужно присоединять к общей точке схемы.

Рис. 2 Эквивалентная схема электрического конденсатора на высокой частоте

Цветовая маркировка конденсаторов

На корпусе большинства конденсаторов написаны их номинальная емкость и рабочее напряжение. Однако встречается и цветовая маркировка.

Некоторые конденсаторы маркируют надписью в две строки. На первой строке указаны их емкость (пФ или мкФ) и точность (К = 10%, М — 20%). На второй строке приведены допустимое постоянное напряжение и код материала диэлектрика.

Монолитные керамические конденсаторы маркируются кодом, состоящим из трех цифр. Третья цифра показывает, сколько нулей нужно подписать к первым двум, чтобы получить емкость в пикофарадах.

(288 кб)

Пример. Что означает код 103 на конденсаторе? Код 103 означает, что нужно приписать три нуля к числу 10, тогда получится емкость конденсатора — 10 000 пФ.

Пример. Конденсатор маркирован 0,22/20 250. Это означает, что конденсатор имеет емкость 0,22 мкФ ± 20% и рассчитан на постоянное напряжение 250 В.

В радиоэлектронике используются огромное количество всевозможных конденсаторов. Все они различаются по таким основным параметрам как номинальная ёмкость, рабочее напряжение и допуск.

Но это лишь основные параметры. Ещё одним немаловажным параметрам может служить то, из какого диэлектрика состоит конденсатор . Рассмотрим более подробно, какие бывают конденсаторы по типу диэлектрика.

В радиоэлектронике применяются полярные и неполярные конденсаторы. Отличие полярных конденсаторов от неполярных заключается в том, что полярные включаются в электронную схему в строгом соответствии с указанной полярностью. К полярным конденсаторам относятся так называемые электролитические конденсаторы. Наиболее распространены радиальные алюминиевые электролитические конденсаторы. В отечественной маркировке они имеют обозначение К50-35.

У аксиальных конденсаторов проволочные выводы размещены по бокам цилиндрического корпуса, в отличие от радиальных конденсаторов, выводы которых размещаются с одной стороны цилиндрического корпуса. Аксиальными электролитами являются конденсаторы с маркировкой К50-29 К50-12, К50-15 и К50-24.


Аксиальные электролитические конденсаторы серии К50-29 и импортный фирмы PHILIPS

В обиходе радиолюбители называют электролитические конденсаторы “электролитами”.

Обнаружить их можно в блоках питания радиоэлектронной аппаратуры. В основном они служат для фильтрации и сглаживания выпрямленного напряжения. Также электролитические конденсаторы активно применяются в усилителях звуковой частоты (усилках) для разделения постоянной и переменной составляющей тока.

Электролитические конденсаторы обладают довольно значительной ёмкостью. В основном, значения номинальной ёмкости простираются от 0,1 микрофарады (0,1 мкФ) до 100.000 микрофарад (100000 мкФ).

Номинальное рабочее напряжение электролитических конденсаторов может быть в диапазоне от 10 вольт до нескольких сотен вольт (100 – 500 вольт). Конечно, не исключено, что есть и другие образцы, с другой ёмкостью и рабочим напряжением, но на практике встречаются они довольно редко.

Стоит отметить, что номинальная ёмкость электролитических конденсаторов уменьшается по мере роста срока их эксплуатации.

Поэтому, для сборки самодельных электронных устройств, стоит применять либо новые купленные, либо те конденсаторы, которые эксплуатировались в электроаппаратуре небольшой срок. В противном случае, можно столкнуться с ситуацией неработоспособности самодельного устройства по причине неисправности электролитического конденсатора. Наиболее распространённый дефект “старых” электролитов – потеря ёмкости и повышенная утечка.

Перед повторным применением стоит тщательно проверить конденсатор , ранее бывший в употреблении.

Опытные радиомеханики могут многое рассказать про качество электролитических конденсаторов. В пору широкого распространения советских цветных телевизоров в ходу была очень распространённая неисправность телевизоров по причине некачественных электролитов. Порой доходило до того, что телемастер заменял практически все электролитические конденсаторы в схеме телевизора, после чего аппарат исправно работал долгие годы.

В последнее время всё большее распространение получают компактные электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа. Их габариты значительно меньше, чем классических выводных.


Конденсаторы электролитические алюминиевые для SMD монтажа на плате CD — привода

Также существуют миниатюрные танталовые конденсаторы . Они имеют довольно малые размеры и предназначены для SMD монтажа. Обнаружить их легко на печатных платах миниатюрных МР3 плееров, мобильных телефонов, материнских платах ноутбуков и компьютеров.


Танталовые электролитические конденсаторы на печатной плате MP-3 плеера

Несмотря на свои маленькие размеры, танталовые конденсаторы имеют значительную ёмкость. Они аналогичны алюминиевым электролитическим конденсаторам для поверхностного монтажа, но имеют значительно меньшие размеры.


Танталовый SMD конденсатор ёмкостью 47 мкФ и рабочее напряжение 6 вольт.
Печатная плата компьютерного CD-привода

В основном в компактной аппаратуре встречаются танталовые конденсаторы на 6,3 мкФ, 10 мкФ, 22 мкФ, 47 мкФ, 100 мкФ, 470 мкФ и на рабочее напряжение 10 -16 вольт. Столь небольшое рабочее напряжение связано с тем, что напряжение источника питания в малогабаритной электронике редко превышает порог в 5 – 10 вольт. Конечно, есть и более высоковольтные экземпляры.

Кроме танталовых конденсаторов в миниатюрной электронике используются и полимерные для поверхностного монтажа. Такие конденсаторы изготавливаются с применением твёрдого полимера. Он выполняет роль отрицательной обкладки – катода . Плюсовым выводом – анодом — в полимерном конденсаторе служит алюминиевая фольга. Такие конденсаторы хорошо подавляют электрические шумы и пульсации, обладают высокой температурной стабильностью.

На танталовых конденсаторах указывается полярность, которую необходимо учитывать при их использовании в самодельных конструкциях.

Кроме танталовых конденсаторов в SMD корпусах есть и выводные с танталовым диэлектриком. Их форма напоминает каплю. Отрицательный вывод маркируется полосой на корпусе.

Такие конденсаторы также обладают всеми преимуществами, что и танталовые для поверхностного монтажа, а именно низким током утечки, высокой температурной и частотной стабильностью, более высоким сроком эксплуатации по сравнению с обычными конденсаторами. Активно применяются в телекоммуникационном оборудовании и компьютерной технике.


Выводной танталовый конденсатор ёмкостью 10 микрофарад и рабочее напряжение 16 вольт

Среди электролитических конденсаторов есть и неполярные . Выглядят они, так же как и обычные электролитические конденсаторы, но для них не важна полярность приложенного напряжения. Они применяются в схемах с переменным или пульсирующим током, где использование полярных конденсаторов невозможно. К неполярным относятся конденсаторы с маркировкой К50-6. Отличить полярный конденсатор от неполярного можно, например, по отсутствию маркировки полярности на его корпусе.

История создания и применение конденсатора | Реферат, доклад, сообщение, краткое содержание, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест

Тема:

Конденсатор

Рис. 4.68. Из истории открытия лей­денской банки

Первый конденсатор был создан в 1745 г. голландским ученым Питером Мушенбруком, профессором Лейденского универси­тета. Проводя опыты по электризации тел, он опустил проводник от кондуктора элект­рической машины в стеклянный графин с водой. Случайно коснувшись пальцем этого проводника, ученый ощутил сильный элект­рический удар. Позже жидкость заменили металлическими проводниками изнутри и снаружи банки и назвали эту банку лейден­ской (рис. 4.68). В таком виде она про­существовала почти 200 лет.

Более сложные и совершенные конден­саторы нашли широкое применение в со­временных электротехнике и радиоэлектрон­ной технике. Они есть в фильтрах адаптеров, которые подают постоянное напряжение для питания электронных приборов, в радио­приемниках и радиопередатчиках как эле­менты колебательных контуров или состав­ные различных функциональных схем элект­ронной аппаратуры. В фотовспышках кон­денсаторы накапливают большой заряд, не­обходимый для работы импульсной лампы.

Мушенбрук Питер ван (1692 — 1761) — голландский физик. Родился в Лейде­не. Окончил Лейденский университет, был профессором Дуйсбургского, Утрехт­ского и с 1740 г. Лейденского универ­ситетов. Работы посвящены электри­честву, теплоте, оптике. В 1745 г. не­зависимо от Клейста изобрел первый конденсатор — лейденскую банку и провел с ней ряд опытов, в частности обратил внимание на физиологическое действие тока. Был автором первого си­стемного курса физики, а его двухтом­ное издание «Введение в натуральную философию» (1762 г.) было энциклопе­дией физических знаний того времени.

В электротехнике конденсаторы обеспе­чивают необходимый режим работы элект­родвигателей, автоматических и релейных приборов, линий электропередач и т.п. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Рис. 4.69. Конденсатор переменной ем­кости
Рис. 4.70. Разные типы конденсаторов постоянной емкости

Во многих широкодиапазонных радио­приемниках конденсаторы переменной ем­кости (рис. 4.69) позволяют плавно изме­нять собственную частоту колебательного контура при поиске передачи необходимой радиостанции. Широко распространены кон­денсаторы, емкость которых можно изме­нять электрическим способом. Их называют варикапами.

Конструктивно конденсаторы могут быть плоскими, трубчатыми, дисковыми. В ка­честве диэлектрика в них применяют парафи­нированную бумагу, слюду, воздух, пласт­массы, керамику и т. п. (рис.4.70). Благодаря искусственным изоляционным материалам в наше время созданы конденсаторы боль­шой емкости, приходящейся на единицу объема.

На этой странице материал по темам:
  • Конденсатора история создания

  • Применение конденсаторов кратко

  • Применение конденсаторов из истории создания

  • Конденсаторы краткий доклад

  • История возникновения,открытия конденсатора

Вопросы по этому материалу:
  • Какие диэлектрики применяются в современных конденсаторах?

  • Для чего применяют конденсаторы?

Энергия заряженного конденсатора.

Применение конденсаторов

Любая система заряженных тел (в частности конденсатор) обладает определенной энергией. В одном из прошлых уроков мы рассматривали пример, в котором конденсатор сначала накопил заряд, заряжаясь от источника тока, а потом — разрядился, когда к нему подключили лампочку. Поскольку лампочка излучала тепло и свет, конденсатор обладал некоторой энергией. Давайте вычислим энергию конденсатора.

 Как мы помним, одна из пластин конденсатора заряжена отрицательно, а другая — положительно. Это значит, что напряженности, создаваемые обеими пластинами сонаправлены. По принципу суперпозиции, напряженность поля внутри конденсатора складывается из напряженностей, создаваемых каждой пластиной:

Поскольку модули зарядов равны, напряженность, созданная любой пластиной, равна половине напряженности поля внутри конденсатора:

Применим теперь формулу, по которой вычисляется потенциальная энергия заряженного тела в однородном поле:

Как мы знаем, произведение напряженности и расстояния между пластинами равно напряжению между пластинами конденсатора. По закону сохранения энергии, именно эта энергия была затрачена на разделение положительных и отрицательных зарядов в процессе зарядки конденсатора. Заметим, что мы можем выразить энергию конденсатора через его электроемкость. Вместо заряда мы можем подставить произведение напряжения и электроемкости:

Аналогично, мы можем вместо напряжения подставить отношение заряда к электроемкости:

Данные формулы справедливы для любого конденсатора.

Как мы уже говорили ранее, конденсаторы широко используются в радиотехнике. Конденсатор с переменной электроемкостью имеет подвижную часть (то есть ротор).

Вращая ротор можно изменять площадь перекрытия пластин конденсатора, а это приводит к изменению электроемкости. Таким образом, с помощью конденсаторов с переменной емкостью, можно настраиваться на определенные частоты радиоволн. Еще один пример использования конденсаторов с переменной емкостью — это клавиатура. Пластины конденсатора располагаются на тыльной стороне клавиши и на плате.

Таким образом, при нажатии на клавишу, меняется расстояние между пластинами. Это приводит к изменению электроемкости конденсатора, на которое реагирует микросхема клавиатуры. Далее, микросхема преобразует сигнал в соответствующий код, который передается компьютеру.

Надо сказать, что энергия конденсатора довольно мала, да и сохраняется она не очень хорошо из-за утечки заряда. Поэтому, конечно, конденсаторы не могут заменить аккумуляторы. Тем не менее, и у конденсаторов с постоянной емкостью есть одно очень полезное свойство: они могут долго накапливать энергию, но отдают ее практически мгновенно. Лампа-вспышка, которая используется в некоторых типах фотоаппаратов, питается энергией конденсатора. Часто используется ксеноновая лампа-вспышка, которая представляет собой запаянную трубку из кварцевого стекла.

В каждый конец лампы впаяны два электрода, подключенные к электролитическому конденсатору большой емкости. Также в лампе есть еще один электрод, который называется поджигающим. Он может представлять собой проволоку, намотанную вокруг трубки лампы или металлизированную дорожку вдоль стенки лампы. На этот электрод подается импульс высокого напряжения, который приводит к ионизации газа внутри газоразрядной трубки.

В результате, конденсатор быстро разряжается, то есть его электрическая энергия преобразуется в световую. В свою очередь, газоразрядная трубка возбуждает лазеры, которые и осуществляют фотосъемку. Конечно, нужно понимать, что это весьма упрощенное объяснение работы фотоаппарата.

Пример решения задачи.

Задача. Изначально напряжение между обкладками конденсатора с емкостью 100 нФ составляет 300 В. Если к нему подключить лампочку, рассчитанную на ток в 30 мА, то она прогорит 2 с. Каково сопротивление данной лампочки? Потерями энергии в цепи можно пренебречь.

Электроемкость конденсатора — формула и определение

Электроемкость проводников

Проводники умеют не только проводить через себя электрический ток, но и накапливать заряд. Эта способность характеризуется таким параметром, как электроемкость.

Электроемкость

C = q/φ

С — электроемкость [Ф]

q — электрический заряд [Кл]

φ — потенциал [В]

Особенность этой величины в том, что она зависит от формы проводника. Для каждого вида проводников есть своя формула расчета электроемкости. Самая популярная — формула электроемкости шара.

Электроемкость шара

C = 4πεε0r

С — электроемкость [Ф]

ε — относительная диэлектрическая проницаемость среды [-]

ε0 — электрическая постоянная

ε0 = 8,85 × 10-12 Ф/м

r — радиус шара [м]

Конденсаторы

Способность накапливать заряд — полезная штука, поэтому люди придумали конденсаторы. Это такие устройства, которые помогают применять электрическую емкость проводников в практических целях.

Конденсатор состоит из двух проводящих пластин (обкладок), разделенных диэлектриком. Между проводящими пластинами образуется электрическое поле, все силовые линии которого идут от одной обкладки к другой.

Когда заряд накапливается на обкладках, происходит процесс под названием зарядка конденсатора. Заряды на разных обкладках равны по величине и противоположны по знаку.

Электроемкость конденсатора измеряется отношением заряда на одной из обкладок к разности потенциалов между обкладками:

Электроемкость конденсатора

C = q/U

С — электроемкость [Ф]

q — электрический заряд [Кл]

U — напряжение (разность потенциалов) [В]

По закону сохранения заряда, если обкладки заряженного конденсатора соединить проводником, то заряды нейтрализуются, переходя с одной обкладки на другую. Так происходит разрядка конденсатора.

Любой конденсатор имеет предел напряжения. Если оно окажется слишком большим, то случится пробой диэлектрика, то есть разрядка произойдет прямо через диэлектрик. Такой конденсатор больше работать не будет.

Виды конденсаторов



Энергия конденсатора

У конденсатора, как и у любой системы заряженных тел, есть энергия. Чтобы зарядить конденсатор, необходимо совершить работу по разделению отрицательных и положительных зарядов. По закону сохранения энергии эта работа будет как раз равна энергии конденсатора.

Доказать, что заряженный конденсатор обладает энергией, несложно. Для этого понадобится электрическая цепь, содержащая в себе лампу накаливания и конденсатор. При разрядке конденсатора вспыхнет лампа — это будет означать, что энергия конденсатора превратилась в тепло и энергию света.


Чтобы вывести формулу энергии плоского конденсатора, нам понадобится формула энергии электростатического поля.

Энергия электростатического поля

Wp = qEd

Wp — энергия электростатического поля [Дж]

q — электрический заряд [Кл]

E — напряженность электрического поля [В/м]

d — расстояние от заряда [м]

В случае с конденсатором d будет представлять собой расстояние между пластинами.


Заряд на пластинах конденсатора равен по модулю, поэтому можно рассматривать напряженность поля, создаваемую только одной из пластин.

Напряженность поля одной пластины равна Е/2, где Е — напряженность поля в конденсаторе.

В однородном поле одной пластины находится заряд q, распределенный по поверхности другой пластины.

Тогда энергия конденсатора равна:

Wp = qEd/2

Разность потенциалов между обкладками конденсатора можно представить, как произведение напряженности на расстояние:

U = Ed

Поэтому:

Wp = qU/2

Эта энергия равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин.

Заменив в формуле разность потенциалов или заряд с помощью выражения для электроемкости конденсатора C = q/U, получим три различных формулы энергии конденсатора:

Энергия конденсатора

Wp = qU/2

Wp — энергия электростатического поля [Дж]

q — электрический заряд [Кл]

U — напряжение на конденсаторе [В]

Энергия конденсатора

Wp = q2/2C

Wp — энергия электростатического поля [Дж]

q — электрический заряд [Кл]

C — электроемкость конденсатора [Ф]

Энергия конденсатора

Wp = CU2/2

Wp — энергия электростатического поля [Дж]

C — электроемкость конденсатора [Ф]

U — напряжение на конденсаторе [В]

Эти формулы справедливы для любого конденсатора.

Применение конденсаторов

Конденсатор есть в каждом современном устройстве. Без него не будет работать ни один прибор. Разберем два самых наглядных примера.

Пример раз — вспышка

Без конденсатора вспышка в фотоаппарате работала бы не так, как мы привыкли, а с большими задержками, и к тому же быстро разряжала бы аккумулятор. Конденсатор в этом случае работает как батарейка. Он накапливает заряд от аккумулятора и хранит его до востребования. Когда нам нужна вспышка, конденсатор разряжается, чтобы она сработала и вылетела птичка.

Пример два — тачскрин

Тачскрин на телефоне работает по принципу, схожему с конденсатором. В самом смартфоне, конечно, тоже есть множество конденсаторов, но этот принцип куда интереснее.

Дело в том, что тело человека тоже умеет проводить электричество — у него даже есть сопротивление и электроемкость. Так что можно считать человеческий палец пластиной конденсатора — тело же проводник, почему бы и нет. Но если поднести палец к металлической пластине, получится плохой конденсатор.

В экран телефона встроена матрица из микроскопических пластинок. Когда мы подносим палец к одной из них, получается своего рода конденсатор. Когда перемещаем палец ближе к другой пластинке — еще один конденсатор. Телефон постоянно проверяет пластинки, и если обнаруживает, что у какой-то из них внезапно изменилась электроемкость, значит, рядом есть палец. Координаты пластинки с изменившейся электроемкостью передаются операционной системе телефона, а она уже решает, что с этими координатами делать.

Кстати, то же самое можно проделать, если взять обычную сосиску и поводить ей по экрану смартфона. Тачскрин будет реагировать на все контакты, как реагирует на человеческий палец.

Это не единственный вариант реализации тачскрина, но один из лучших на сегодняшний день. В айфоне используется именно он.

Применение конденсатора в технике

Применение конденсаторов в технике довольно обширно. Практически в каждой электрической или электронной схеме содержатся эти радиоэлементы. Трудно представить блок питания, в котором бы не было конденсаторов. Они наряду с резисторами и транзисторами являются основой радиотехники.

А что же такое конденсатор? Это простейший элемент, с двумя металлическими обкладками, разделенными диэлектрическим веществом. Принцип работы этих приборов основан на способности сохранения электрического заряда, т. е. заряжаться, а в нужный момент разряжаться.

В современной электронике применение конденсаторов весьма широкое и разностороннее. Разберем, в каких сферах техники, и с какой целью используются эти приборы:

  1. В телевизионной и радиотехнической аппаратуре – для реализации колебательных контуров, а также их блокировки и настройки. Также их используют для разделения цепей различной частоты, в выпрямительных фильтрах и т. д.
  2. В радиолокационных приборах – с целью формирования импульсов большой мощности.
  3. В телеграфии и телефонии – для разделения цепей постоянного и переменного токов, токов различной частоты, симметрирования кабелей, искрогашения контактов и прочее.
  4. В телемеханике и автоматике – с целью реализации датчиков емкостного принципа, разделения цепей пульсирующего и постоянного токов, искрогашения контактов, в тиратронных импульсных генераторах и т. д.
  5. В сфере счетных устройств – в специальных запоминающих устройствах.
  6. В электроизмерительной аппаратуре – для получения образцов емкости, создания переменных емкостей (лабораторные переменные емкостные приборы, магазины емкости), создания измерительных устройств на емкостной основе и т. д.
  7. В лазерных устройствах – для формирования мощных импульсов.

Применение конденсаторов в современном электроэнергетическом комплексе также довольно разнообразно:

  • для повышения коэффициента мощности, а также для промышленных установок;
  • для создания продольной компенсационной емкости дальних линий электропередач, а также для регулировки напряжения распределительных сетей;
  • для отбора емкостной энергии от высоковольтных линий передач и для подключения к ним специальной защитной аппаратуры и приборов связи;
  • для защиты от перенапряжения сети;
  • для применения в мощных импульсных генераторах тока, в схемах импульсного напряжения;
  • для разрядной электрической сварки;
  • для запуска конденсаторных электродвигателей и для создания требуемого сдвига фаз дополнительных обмоток двигателей;
  • в осветительных приборах на основе люминесцентных ламп;
  • для гашения радиопомех, которые создаются электрическим оборудованием и электротранспортом.

Применение конденсаторов в неэлектротехнических областях промышленности и техники также весьма широко. Так, в сфере металлопромышленности эти компоненты обеспечивают бесперебойную работу высокочастотных установок для плавки и термообработки металлов. Применение конденсаторов в угольной и металлорудной добывающей промышленности позволило построить транспорт на конденсаторных электровозах. А в электровзрывных устройствах используется электрогидравлический эффект.

Подведя итог, скажем, что область применения конденсаторов настолько широка, что она охватывает все сферы нашей жизни, нет такого направления, где бы ни использовались эти приборы.

применение и виды. Электрические параметры конденсаторов

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

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

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

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

Алюминиевые электролитические

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

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

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

Танталовые электролитические


Танталовый конденсатор поверхностного размещения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Керамика

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

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

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

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

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

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

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

Об обнаруженных вами неточностях и ошибках прошу писать через

В радиоэлектронике используются огромное количество всевозможных конденсаторов. Все они различаются по таким основным параметрам как номинальная ёмкость, рабочее напряжение и допуск.

Но это лишь основные параметры. Ещё одним немаловажным параметрам может служить то, из какого диэлектрика состоит конденсатор . Рассмотрим более подробно, какие бывают конденсаторы по типу диэлектрика.

В радиоэлектронике применяются полярные и неполярные конденсаторы. Отличие полярных конденсаторов от неполярных заключается в том, что полярные включаются в электронную схему в строгом соответствии с указанной полярностью. К полярным конденсаторам относятся так называемые электролитические конденсаторы. Наиболее распространены радиальные алюминиевые электролитические конденсаторы. В отечественной маркировке они имеют обозначение К50-35.

У аксиальных конденсаторов проволочные выводы размещены по бокам цилиндрического корпуса, в отличие от радиальных конденсаторов, выводы которых размещаются с одной стороны цилиндрического корпуса. Аксиальными электролитами являются конденсаторы с маркировкой К50-29 К50-12, К50-15 и К50-24.


Аксиальные электролитические конденсаторы серии К50-29 и импортный фирмы PHILIPS

В обиходе радиолюбители называют электролитические конденсаторы “электролитами”.

Обнаружить их можно в блоках питания радиоэлектронной аппаратуры. В основном они служат для фильтрации и сглаживания выпрямленного напряжения. Также электролитические конденсаторы активно применяются в усилителях звуковой частоты (усилках) для разделения постоянной и переменной составляющей тока.

Электролитические конденсаторы обладают довольно значительной ёмкостью. В основном, значения номинальной ёмкости простираются от 0,1 микрофарады (0,1 мкФ) до 100.000 микрофарад (100000 мкФ).

Номинальное рабочее напряжение электролитических конденсаторов может быть в диапазоне от 10 вольт до нескольких сотен вольт (100 – 500 вольт). Конечно, не исключено, что есть и другие образцы, с другой ёмкостью и рабочим напряжением, но на практике встречаются они довольно редко.

Стоит отметить, что номинальная ёмкость электролитических конденсаторов уменьшается по мере роста срока их эксплуатации.

Поэтому, для сборки самодельных электронных устройств, стоит применять либо новые купленные, либо те конденсаторы, которые эксплуатировались в электроаппаратуре небольшой срок. В противном случае, можно столкнуться с ситуацией неработоспособности самодельного устройства по причине неисправности электролитического конденсатора. Наиболее распространённый дефект “старых” электролитов – потеря ёмкости и повышенная утечка.

Перед повторным применением стоит тщательно проверить конденсатор , ранее бывший в употреблении.

Опытные радиомеханики могут многое рассказать про качество электролитических конденсаторов. В пору широкого распространения советских цветных телевизоров в ходу была очень распространённая неисправность телевизоров по причине некачественных электролитов. Порой доходило до того, что телемастер заменял практически все электролитические конденсаторы в схеме телевизора, после чего аппарат исправно работал долгие годы.

В последнее время всё большее распространение получают компактные электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа. Их габариты значительно меньше, чем классических выводных.


Конденсаторы электролитические алюминиевые для SMD монтажа на плате CD — привода

Также существуют миниатюрные танталовые конденсаторы . Они имеют довольно малые размеры и предназначены для SMD монтажа. Обнаружить их легко на печатных платах миниатюрных МР3 плееров, мобильных телефонов, материнских платах ноутбуков и компьютеров.


Танталовые электролитические конденсаторы на печатной плате MP-3 плеера

Несмотря на свои маленькие размеры, танталовые конденсаторы имеют значительную ёмкость. Они аналогичны алюминиевым электролитическим конденсаторам для поверхностного монтажа, но имеют значительно меньшие размеры.


Танталовый SMD конденсатор ёмкостью 47 мкФ и рабочее напряжение 6 вольт.
Печатная плата компьютерного CD-привода

В основном в компактной аппаратуре встречаются танталовые конденсаторы на 6,3 мкФ, 10 мкФ, 22 мкФ, 47 мкФ, 100 мкФ, 470 мкФ и на рабочее напряжение 10 -16 вольт. Столь небольшое рабочее напряжение связано с тем, что напряжение источника питания в малогабаритной электронике редко превышает порог в 5 – 10 вольт. Конечно, есть и более высоковольтные экземпляры.

Кроме танталовых конденсаторов в миниатюрной электронике используются и полимерные для поверхностного монтажа. Такие конденсаторы изготавливаются с применением твёрдого полимера. Он выполняет роль отрицательной обкладки – катода . Плюсовым выводом – анодом — в полимерном конденсаторе служит алюминиевая фольга. Такие конденсаторы хорошо подавляют электрические шумы и пульсации, обладают высокой температурной стабильностью.

На танталовых конденсаторах указывается полярность, которую необходимо учитывать при их использовании в самодельных конструкциях.

Кроме танталовых конденсаторов в SMD корпусах есть и выводные с танталовым диэлектриком. Их форма напоминает каплю. Отрицательный вывод маркируется полосой на корпусе.

Такие конденсаторы также обладают всеми преимуществами, что и танталовые для поверхностного монтажа, а именно низким током утечки, высокой температурной и частотной стабильностью, более высоким сроком эксплуатации по сравнению с обычными конденсаторами. Активно применяются в телекоммуникационном оборудовании и компьютерной технике.


Выводной танталовый конденсатор ёмкостью 10 микрофарад и рабочее напряжение 16 вольт

Среди электролитических конденсаторов есть и неполярные . Выглядят они, так же как и обычные электролитические конденсаторы, но для них не важна полярность приложенного напряжения. Они применяются в схемах с переменным или пульсирующим током, где использование полярных конденсаторов невозможно. К неполярным относятся конденсаторы с маркировкой К50-6. Отличить полярный конденсатор от неполярного можно, например, по отсутствию маркировки полярности на его корпусе.

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

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

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

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

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

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

Как устроен конденсатор

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

Рисунок 1. Устройство плоского конденсатора

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

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

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

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

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

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

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

Рисунок 2.

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

Исторический факт

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

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

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

Немножко о диэлектриках

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

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

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

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

На рисунке 3 показан один из таких конденсаторов.

Рисунок 3. Электролитический конденсатор

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

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

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

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

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

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

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

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

Конденсатор может накапливать энергию

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

Рисунок 4. Схема с конденсатором

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

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

Итак, схема собрана. Как она работает?

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

Рисунок 5. Процесс заряда конденсатора

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

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

Постоянная времени «тау» τ = R*C

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

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

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

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

Рисунок 6. График разряда конденсатора

Конденсатор не пропускает постоянный ток

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

Рисунок 7. Схема с конденсатором в цепи постоянного тока

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

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

Конденсатор в фильтрах питания

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

Рисунок 8. Схемы выпрямителей

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

Для двухполупериодного выпрямителя емкость конденсатора фильтра можно рассчитать по формуле

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

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

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

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

Суперконденсатор — ионистор

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

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

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

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

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

Пока получилось рассказать, как и где работают электролитические конденсаторы, причем, в основном в цепях постоянного тока. О работе конденсаторов в цепях переменного тока будет рассказано в другой статье — .-12 Ф/м..

Полярность конденсатора ;

Номинальное напряжение ;

Удельная емкость и другие .

Величина емкости конденсатора зависит от

Площадь пластин . Это понятно из формулы: емкость прямо пропорциональна заряду. Естественно, увеличив площадь обкладок, получаем большее количество заряда.

Расстояния между обкладками . Чем они ближе расположены, тем больше напряженность получаемого электрического поля.

Устройство конденсатора


Наиболее распространенные конденсаторы — это плоские и цилиндрические. Плоские состоят из пластин, удаленных друг от
друга на небольшое расстояние. Цилиндрические, собираются при помощи цилиндров равной длины и разного диаметра. Все конденсаторы, в принципе, устроены одинаково. Разница, в основном, в том, какой материал используется в качестве диэлектрика. По типу диэлектрической среды и классифицируют конденсаторы, которые бывают жидкими, вакуумными, твердыми, воздушными.

Как заряжается и разряжается конденсатор?

При подключении к источнику постоянного тока, обкладки конденсатора заряжаются, одна приобретает положительный потенциал, а другая отрицательный. Между обкладками противоположные по знаку, но равные по значению, электрические заряды создают электрическое поле. Когда напряжения станут одинаковыми и на обкладках, и на источнике подаваемого тока, движение электронов прекратится и зарядка конденсатора закончится. Определенный промежуток времени конденсатор сохраняет заряды и выполняет функции автономного источника электроэнергии. В таком состоянии он может находиться достаточно долгое время. Если вместо источника, включить в цепь резистор, то конденсатор разрядится на него.

Процессы, происходящие в конденсаторе

При подключении прибора к переменному или постоянному току в нем будут происходить разные процессы. Постоянный ток не пойдет по цепи с конденсатором. Так как между его обкладками находится диэлектрик, цепь фактически разомкнута.

Переменный ток , за счет того что периодически меняет направление, может проходить через конденсатор. При этом происходит периодический разряд и заряд конденсатора. На протяжении первой четверти периода заряд идет до максимума, в нем запасается электроэнергия, в следующую четверть конденсатор разряжается и электрическая энергия возвращается обратно в сеть. В цепи переменного тока, конденсатор обладает кроме активного сопротивления, еще и реактивной составляющей. Кроме того, в конденсаторе, ток опережает напряжение на 90 градусов, это важно учитывать, при построении векторных диаграмм .

Применение

Конденсаторы используются в радиотехнике, электронике, автоматике. Конденсатор –незаменимый элемент, который применяется во многих отраслях электротехники, на предприятиях, в научных разработках. Как пример, при необходимости, выступает в качестве разделителя токов: переменного и постоянного, применяется в конденсаторных установках, если необходимо

Конденсатор представляет собой две пластины, разделенные слоем диэлектрика. Если к обкладкам положить постоянное напряжение, то одна пластина зарядится положительно, другая отрицательно. После отключения конденсатора заряды на обкладках сохранятся, что позволяет использовать этот прибор в качестве накопителя электрической энергии. Количество накопленной энергии (емкость) зависит от площади обкладок, их материала, свойств и типа диэлектрика, проложенного между обкладками. Основная единица измерения емкости – фарад (Ф). Это достаточно большая величина, на практике обычно используются доли фарада — микрофарад (мкФ), нанофарад (нФ), пикофарад (пФ).

1Ф = 1000000мкФ;
1мкФ = 1000нФ;
1нФ = 1000 пФ.

Второй параметр любого конденсатора, который очень важен – номинальное (рабочее) напряжение конденсатора. Это напряжение, подводимое к обкладкам, превышать которое нельзя, иначе конденсатор выйдет из строя. Напряжение в вольтах и емкость нередко обозначаются на корпусе самого конденсатора.

Следующий параметр присущ не всем типам конденсаторов – полярность. Если конденсатор полярный, то к его выводам можно прикладывать только постоянное напряжение, причем «+» источника на положительную обкладку, «-» – на отрицательную. Полярность тоже обозначается на корпусе, чаще маркировкой одного вывода (либо «+» либо «-«).

Вот так полярность обозначается на smd-конденсаторах

Полоска «минусов» расположена напротив вывода «-«

А на отечественных конденсаторах «плюсик» может стоять прямо на корпусе (сбоку или на торце)

У этого типа «минус» всегда на корпусе

Если конденсатор неполярный, то он может работать в цепях переменного и постоянного тока, причем во втором случае за полярностью напряжения следить не нужно.

На электрических схемах конденсаторы обозначаются следующим образом:

Здесь слева неполярный конденсатор, а второе и третье обозначение соответствует полярному конденсатору, причем на третьем рисунке знак «+» может отсутствовать.

И в качестве примера:

Конденсаторы на схемах обозначаются символом С, таким образом конденсатор С1 — неполярный емкостью 100 нанофарад, С2 — полярный, емкостью 30 микрофарад на номинальное напряжение 15 В.

Важно! Заменить конденсатор можно любым подходящей емкости и соответствующего типа, но на напряжение НЕ НИЖЕ указанного на схеме. Выше — пожалуйста.

Конденсаторы

Принцип действия
В конденсатор обычно поступают перегретые пары теплоносителя, которые охлаждаются до температуры насыщения и, конденсируясь, переходят в жидкую фазу. Для конденсации пара необходимо отвести от каждой единицы его массы теплоту, равную удельной теплоте конденсации. В зависимости от охлаждающей среды (теплоносителя) конденсаторы могут быть разделены на следующие типы: с водяным охлаждением, с водо-воздушным (испарительным) охлаждением, с воздушным охлаждением, с охлаждением кипящим холодильным агентом в конденсаторе-испарителе, с охлаждением технологическим продуктом. Выбор типа конденсатора зависит от условий применения.

Применение
Конденсаторы применяются на тепловых и атомных электростанциях для конденсации отработавшего в турбинах пара. При этом на каждую тонну конденсирующегося пара приходится около 50 тонн охлаждающей воды. Поэтому потребность ТЭС и особенно АЭС в воде очень велика — до 600 тысяч м³/час. В маловодных районах охлаждение конденсаторов турбин может производиться воздухом (примером могут служить воздушно-конденсационные установки на Разданской ГРЭС, Армения), однако это ухудшает КПД турбин, вследствие повышения температуры конденсации. В турбинах с противодавлением конденсатор отсутствует — в этом случае весь отработанный пар поступает на производственные нужды.

Конденсатор холодильника «Минск-10»
В холодильных установках конденсаторы используются для конденсации паров хладагентов, например, фреона. В химической технологии конденсаторы используют для получения чистых веществ (дистиллятов) после перегонки или ректификации. Принцип конденсации успешно применяется также для разделения смеси паров различных веществ, так как их конденсация происходит при различных температурах.

Разновидности
По принципу теплообмена конденсаторы разделяются на смешивающие (конденсаторы смешения) и поверхностные. В смешивающих конденсаторах водяной пар непосредственно соприкасается с охлаждающей водой, а в поверхностных пары рабочего тела отделены стенкой от охлаждающего теплоносителя. Поверхностные конденсаторы разделяются по следующим особенностям:

по направлению потоков теплоносителя: прямоточные, противоточные и с поперечным потоком теплоносителей;
по количеству изменений направления движения теплоносителя — на одноходовые, двухходовые и др.;
по количеству последовательно соединённых корпусов — одноступенчатые, двухступенчатые и др.
по конструктивному исполнению: кожухотрубные, пластинчатые и др.
Смешивающие конденсаторы
В смешивающем конденсаторе тепло- и массообменный процесс происходит путём прямого смешения сред. Охлаждающая вода разбрызгивается в пространстве смешивающего конденсатора. Пар конденсируется на поверхности капель воды и стекает вместе с ней в поддоны, откуда откачивается конденсатными насосами. Взаимное расположение потоков пара и воды может быть параллельным, противоточным или поперечноточным. При противотоке теплообмен более эффективен. Наиболее распространены пароводяные струйные аппараты, использующие струйные инжекторы. Поскольку в конденсат попадает охлаждающая вода с растворённым в ней воздухом и другими примесями, такая смесь не может быть использована для современных паровых котлов, которые предъявляют высокие требования к подготовке питательной воды. Поэтому смешивающие конденсаторы применяются либо в малых паровых машинах, либо в системах охлаждения с т. н. «сухими градирнями», где роль охладителей выполняют закрытые радиаторы. Поэтому охлаждающая вода, проходя через радиаторы, мало загрязняется и может быть присоединена к потоку конденсата.

Поверхностные конденсаторы
В поверхностных конденсаторах нет прямого контакта конденсата с охлаждающей водой, поэтому они применяются для любых систем прямого и оборотного охлаждения, в том числе и с охлаждением морской водой.

В корпусе 1 поверхностного конденсатора установлены трубные доски 2, в отверстия которых завальцованы тонкостенные трубки 3. Охлаждающая поверхность конденсатора образуется совокупностью поверхностей трубок, называемых «трубными пучками». Трубки выполняются из латуни или нержавеющей стали, они имеют, как правило, диаметр 24-28 мм и толщину 1-2 мм. Места вальцовки — основной путь попадания примесей в конденсат. Пространство между трубными досками и боковыми стенками конденсатора 4 представляют собой водяные камеры 5 и могут быть разделены перегородками на несколько отделений. Охлаждающая циркуляционная вода подводится под напором через патрубок 6 к нижнему отсеку водяной камеры, проходит по трубкам в поворотную камеру, проходит по другому пучку трубок и удаляется через патрубок 7. При этом вода нагревается примерно на 10 °C. Такой конденсатор называется двухходовым. Могут быть также одноходовые, трёхходовые и даже четырёхходовые конденсаторы. Одноходовые конденсаторы применяются, как правило, в судовых установках, где увеличение расхода охлаждающей воды не имеет практического значения, а также в конденсаторах турбоустановок АЭС, где это диктуется технико-экономическими соображениями.

Пар входит в конденсатор через горловину 8 цилиндра низкого давления турбины, попадает на холодную поверхность трубок 3, конденсируется, стекает вниз и скапливается в сборнике конденсата 9, откуда откачивается конденсатными насосами. Большая часть пара (свыше 99 %) конденсируется в т. н. зоне массовой конденсации, куда проникает сравнительно мало воздуха. Температура насыщенного пара не превышает обычно 50-60 °C. В зоне охлаждения парциальное давление пара меньше и температура паровоздушной смеси ниже. В этой зоне возможно переохлаждение конденсата, что неблагоприятно сказывается на эффективности установки в целом. Зону охлаждения отделяют перегородкой.

При конденсации в паровой части конденсатора образуется разрежение, то есть давление становится ниже атмосферного. При этом через неплотности в корпусе и через места вальцовки трубок проникает наружный воздух и воздух, растворённый в воде (примерно 0,05-0,1 % массового расхода пара). Попадание кислорода в конденсат влечёт возможность коррозии оборудования. Кроме того, примесь воздуха значительно ухудшает теплотехнические характеристики конденсатора, так как коэффициент теплоотдачи при конденсации пара составляет несколько тысяч кВт/(м²°С), а для паровоздушной смеси с большим содержанием воздуха — всего несколько десятков кВт/(м²°С). Воздух отсасывается пароструйным или водоструйным эжектором через патрубок 10. Так как воздух в конденсаторе смешан с паром, то отсасывать приходится паровоздушную смесь. Попадание в конденсат сырой охлаждающей воды приводит к солевому загрязнению пароводяного тракта, поэтому химический состав конденсата необходимо контролировать. На электростанциях после конденсатных насосов устраивают системы очистки конденсата.

Для расчёта теплотехнических свойств конденсатора используются заводские характеристики конденсаторов. Коэффициент теплопередачи в поверхностном конденсаторе зависит от паровой нагрузки, диаметра и чистоты трубок, скорости воды в трубках, числа ходов и других факторов. Коэффициент теплопередачи резко падает при снижении паровой нагрузки в связи с неравномерностью процесса распространения пара. Для определения коэффициента теплопередачи часто используют эмпирические зависимости, полученные Львом Давыдовичем Берманом (1903—1998), долгие годы проработавшим в ВТИ.

Эксплуатация конденсаторов

Пример системы шарикоочистки.
В конденсаторах турбин ТЭЦ устраивают отдельный встроенный пучок, который в летнее время используется для охлаждения, а в зимнее время — для предварительного подогрева сетевой воды. При этом система охлаждения может быть полностью отключена, так как на ТЭЦ зимой в конденсатор попадает небольшое количество пара — в основном он используется для теплофикации.

В процессе работы поверхность трубок конденсатора, в которые поступает вода из водоёмов (рек, прудов, озёр и т. д.), загрязняется биологическими и минеральными отложениями, что ухудшает экономичность работы турбин. Во избежание обрастания водяного тракта биологическими организмами охлаждающую воду обычно хлорируют. В замкнутых системах охлаждения целесообразно проводить «продувку», то есть добавление свежей воды. Фильтрация охлаждающей воды, как правило, неэкономична из-за огромного расхода воды. Большинство современных конструкций конденсаторов позволяет производить механическую очистку части трубок без перерыва работы с отключением некоторых пучков. Широко применяются также системы очистки конденсаторов эластичными шариками из пористой резины, которые прогоняются по трубкам напором воды.

Что такое конденсатор? Типы конденсаторов, их использование и работа конденсаторов

(Последнее обновление: 19 мая 2020 г.)

Что такое конденсатор? Типы конденсаторов, их использование и работа конденсатора — Конденсатор — один из самых основных электронных компонентов, который используется почти во всех типах электронных схем для хранения, подавления перенапряжения и фильтрации. Это широко используемый и важный компонент в семействе электроники. Я использовал конденсаторы почти во всех своих проектах, чисто на основе электроники и контроллеров.Конденсаторы, как и резисторы, являются пассивными электронными компонентами для хранения электрического заряда. Количество заряда, которое он может хранить, зависит от расстояния между пластинами.

Конденсатор — это устройство, которое хранит электрическую энергию в электрическом поле . Это пассивный электронный компонент с двумя клеммами .

Обозначения конденсаторов:

Конденсатор (исторически известный как «конденсатор») — это устройство, которое накапливает энергию в электрическом поле, накапливая внутренний дисбаланс электрического заряда.Он состоит из двух проводов, разделенных диэлектриком (изолятором). Используя ту же аналогию с водой, протекающей по трубе, конденсатор можно рассматривать как резервуар, в котором заряд часто рассматривается как объем воды внутри резервуара. Бак может «заряжаться» и «разряжаться» так же, как конденсатор заряжается от электрического заряда. Механическая аналогия — пружина. Пружина держит заряд, когда ее оттягивают.

Емкость конденсатора

Емкость конденсатора может быть определена как количество заряда, которое конденсатор может хранить на единицу напряжения на своих пластинах, это его емкость, обозначенная C .То есть емкость является мерой способности конденсатора накапливать заряд. Чем больше заряда на единицу напряжения может хранить конденсатор , тем больше его емкость , , что выражается следующей формулой:

Где C — емкость, Q — заряд, а V — напряжение.

Переставляя члены в приведенных выше уравнениях, можно получить две другие формулы.

Единица емкости: Фарад (Ф) — это основная единица емкости .Напомним, что кулон (С) — это единица электрического заряда.

Один фарад равен емкости , когда один кулон (Кл) заряда сохраняется с одним вольт на пластинах.

Большинство конденсаторов , которые используются в электронике, имеют ёмкость значений, которые указаны в мкФ мкФ и пикофарад (пФ). микрофарад составляет одну миллионную фарада (1 мкФ = 10 -6 F), а пикофарад составляет одну триллионную долю фарада (1 пФ = 10 -12 F).

Как работает конденсатор

Электрический ток — это поток электрического заряда, который электрические компоненты используют для освещения, вращения или выполнения того, что они делают. Когда ток течет в конденсатор , заряды «застревают» на пластинах, потому что они не могут пройти через изолирующий диэлектрик. Электроны — отрицательно заряженные частицы — засасываются одной из пластин, и она становится полностью заряженной. Масса отрицательных зарядов на одной пластине отталкивается, как заряды на другой пластине, делая ее заряженной положительно.

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

Рабочее напряжение — самая важная из всех характеристик. На конденсаторах указано рабочее напряжение, которое относится к максимальному напряжению, которое может быть приложено к конденсатору . Это относится к постоянному напряжению.

Можно безопасно эксплуатировать конденсатор в пределах его номинального напряжения. В противном случае можно повредить конденсатор . Если приложенное напряжение больше рабочего напряжения конденсатора , диэлектрик выйдет из строя.Рабочее напряжение зависит от материала диэлектрика и толщины диэлектрика. Рабочее напряжение зависит от материала диэлектрика и толщины диэлектрика. Таким образом, всегда рабочее напряжение конденсатора — это максимальное напряжение конденсатора, которое может быть приложено. На практике конденсатор следует выбирать так, чтобы его рабочее напряжение было как минимум на 50% больше, чем самое высокое действующее напряжение, приложенное к нему.

Типы конденсаторов

Конденсаторы постоянной емкости

Конденсатор постоянной емкости — это своего рода конденсатор, который обеспечивает фиксированную емкость (емкость означает способность накапливать электрический заряд).Другими словами, конденсатор постоянной емкости может быть чем-то вроде конденсатора, который хранит фиксированное количество электрического заряда, которое не регулируется .

Конденсаторы постоянной емкости подразделяются на различные типы, поддерживаемые диэлектрическим материалом, из которого они изготовлены. различные типы конденсаторов постоянной емкости:

Бумажный конденсатор

Вы можете подумать, почему он называется бумажным конденсатором ? Тебе известно? Бумажный конденсатор также известен как конденсатор постоянной емкости и называется бумажным конденсатором , потому что в этом типе конденсатора бумага используется как диэлектрическая среда, которая хранит энергию в виде электрического поля.Эти конденсаторы используются на частоте сети питания со значением емкости от 1 нФ до 1 мкФ. Он хранит фиксированное количество электрического заряда.

Бумажный конденсатор или Фиксированный конденсатор состоит из двух металлических пластин с бумагой из диэлектрического материала между ними. У него есть положительные и отрицательные пластины. Когда небольшое количество электрического заряда прикладывается к пластинам, положительный заряд притягивается к одной пластине, а отрицательный заряд притягивается к другой пластине.Эта электрическая энергия хранится в виде электрического поля. Эта накопленная электрическая энергия используется для разряда конденсатора. Они доступны в диапазоне от 500 пФ до 50 нФ. Они предлагают высокие токи утечки.

Слюдяные конденсаторы

Среди других типов конденсаторов , Слюдяные конденсаторы являются наиболее стабильными, надежными и высокоточными конденсаторами . Эти конденсаторы доступны от низкого до высокого напряжения. Слюдяные конденсаторы используются в приложениях, где требуется высокая точность и низкое изменение емкости с течением времени. Эти конденсаторы могут эффективно работать на высоких частотах.

Слюда — группа природных минералов. Серебряные слюдяные конденсаторы — это конденсаторы, в которых в качестве диэлектрика используется слюда. Существует два вида слюдяных конденсаторов: слюдяных конденсаторов и серебряных слюдяных конденсаторов . Слюдяные конденсаторы с зажимом в настоящее время считаются устаревшими из-за их худших характеристик. Вместо конденсаторов используются серебряные слюдяные конденсаторы . они сделаны из листов слюды, покрытых металлом с каждой стороны. Затем этот узел покрывается эпоксидной смолой, чтобы защитить его от окружающей среды. Слюдяные конденсаторы в основном используются, когда конструкция требует стабильных, надежных конденсаторов относительно небольших номиналов. это конденсаторы с малыми потерями, что позволяет использовать их на высоких частотах, и их значение не сильно меняется со временем.

Конденсаторы керамические

Керамические конденсаторы используются в высокочастотных цепях, таких как аудио для RF.они также являются самым простым выбором для компенсации высоких частот в аудиосхемах. Керамические конденсаторы также известны как дисковые конденсаторы . Керамические конденсаторы изготавливаются путем покрытия двух сторон небольшого фарфорового или керамического диска серебром, а затем складываются вместе, образуя конденсатор . Можно сделать как малой емкости , так и высокой емкости в керамических конденсаторах , изменив толщину используемого керамического диска.Керамический конденсатор показан на рисунке ниже.

Они демонстрируют большие нелинейные изменения емкости в зависимости от температуры и в результате используются в качестве развязывающих или байпасных конденсаторов , поскольку они также являются неполяризованными устройствами. Керамические конденсаторы имеют номиналы от пары пикофарад до как минимум одной или двух микрофарад (мкФ), но их номинальное напряжение обычно довольно низкое.

Керамические конденсаторы обычно имеют трехзначный код, напечатанный на корпусе, чтобы определить значение их емкости в пикофарадах.Как правило, две основные цифры указывают значение конденсаторов, и поэтому третья цифра указывает количество добавляемых нулей. например, керамический дисковый конденсатор с маркировкой 103 будет показывать 10 и три нуля в пикофарадах, что равно 10000 пФ или 10 нФ.

Пленочные конденсаторы

Пленочные конденсаторы состоят из относительно большого семейства из конденсаторов с разницей в их диэлектрических свойствах, являются наиболее общедоступными из всех типов конденсаторов .К ним относятся полиэстер (майлар), полистирол, полипропилен, поликарбонат, металлизированная бумага, тефлон и т. Д., Они доступны практически любого номинала и напряжения до 1500 вольт. они доступны с любым допуском от 10% до 0,01%. Пленочные конденсаторы дополнительно прибывают при комбинировании форм и стилей корпуса. Существует два типа пленочных конденсаторов : с радиальными выводами и с осевыми выводами. Электроды пленочных конденсаторов также могут быть из металлизированного алюминия или цинка, нанесенные на одну или каждую сторону пленки, что приводит к металлизированным пленочным конденсаторам , называемым пленочными конденсаторами .

Конденсаторы электролитические

Электролитические конденсаторы используются практически во всех электронных схемах, они чаще всего используются в источниках питания в качестве развязывающих конденсаторов , это наиболее часто используемые конденсаторы и имеют хорошую допускаемую емкость. Как и резисторы, конденсаторы доступны в разных размерах. Электролитические конденсаторы имеют поляризацию .Эти конденсаторы имеют положительную и заземляющую ножки. Нижняя ножка снабжена длинной полосой. Другая идентификация может заключаться в том, что положительная нога немного длиннее, чем нижняя нога. Но во многих ситуациях, когда обе ножки имеют одинаковый размер, тогда длинная полоса на одной стороне конденсатора c используется в качестве идентификации, а ножка на стороне полосы будет заземленной. Электролитические конденсаторы можно найти с рабочим напряжением примерно до 500 В, хотя самые лучшие значения емкости недоступны при высоком напряжении, и доступны блоки с более высокой температурой, но редко.Обычно существует два вида электролитов: тантал и алюминий .

Танталовые конденсаторы обычно имеют лучшую выставку, более высокую стоимость и готовы только к более ограниченному диапазону параметров. Диэлектрические свойства оксида тантала намного превосходят свойства оксида алюминия, обеспечивая более аккуратный ток утечки и лучшую емкость , прочность , что делает их подходящими для , препятствуя , развязывая , фильтруя приложениям .

Толщина пленки оксида алюминия и повышенное напряжение пробоя дают конденсаторам исключительно высокие значения емкости для его или ее размера. в конденсаторе фольговые пластины анодируются постоянным током, таким образом устанавливая край материала пластины и подтверждая полярность его стороны.

Конденсаторы переменной емкости

Переменный конденсатор — это конденсатор , емкость которого может быть изменена механически.Эти типы конденсаторов снабжены ручками или винтами. Эти конденсаторы типа используются в схемах, где нам нужно отрегулировать частоту, то есть частоту резонанса в LC-цепях, например, для регулирования радио для согласования импеданса в устройствах антенного тюнера.

Переменные конденсаторы могут использоваться во многих случаях, например, для настройки в LC-цепях радиоприемников, для согласования импеданса в антеннах и т. Д. Основными типами переменных конденсаторов являются настраивающие конденсаторы и подстроечные конденсаторы .

Конденсаторы настр.

Конденсаторы настройки — это популярная разновидность конденсаторов переменной емкости . Настроечные конденсаторы содержат статор, ротор и раму для поддержки статора и слюдяной конденсатор . Конструктивные детали настроечного конденсатора показаны на следующем рисунке.

Статор может быть неподвижной частью, а ротор вращается за счет движения подвижного вала.Пластины ротора при перемещении в пазы статора находятся на краю формы пластин конденсатора. Когда пластины ротора полностью входят в прорези статора, значение емкости является максимальным, а если нет, то значение емкости и является минимальным.

Подстроечные конденсаторы

Подстроечные конденсаторы меняются с помощью отвертки. Подстроечные конденсаторы обычно устанавливаются в таком месте, где нет необходимости изменять значение емкости , когда она установлена.

Подстроечный конденсатор имеет три вывода: один подключен к неподвижной пластине, другой — к вращающемуся и, следовательно, второй является общим. Подвижный диск может иметь форму полукруга. Подстроечный конденсатор будет выглядеть так, как показано на следующем рисунке.

Имеются две параллельные проводящие пластины с диэлектриком посередине. Конструкция подстроечного конденсатора показана ниже.

Одна из двух пластин подвижная, а противоположная — неподвижная.Диэлектрический материал закреплен. Когда подвижная пластина перемещается, противоположно миру между подвижным и приклеенным электродом, то емкость часто изменяется. Емкость будет выше, если другая область станет больше, поскольку оба электрода действуют как две пластины конденсатора.

Конденсатор

Устройство состоит из двух параллельных проводящих металлических пластин, разделенных изолятором, называемым диэлектриком .Проводящий материал состоит из алюминия или другого металла, а диэлектрик может быть из керамики, стекла, бумаги или пластика. Металлические пластины конденсатора могут быть квадратными, круглыми или прямоугольными, а также любой другой формы и размера. Из каждой пластины выведены два вывода, чтобы устройство можно было подключить к цепи.

Когда напряжение подается на два вывода через аккумуляторный источник, заряд оседает на пластинах конденсатора .Пока это напряжение равно напряжению батареи (E), схема находится в состоянии баланса. Когда мы разрываем соединение батареи, заряды не могут уйти, и напряжение между двумя пластинами остается стабильным. Эта комбинация двух пластин, разделенных изолятором и способных накапливать некоторое количество электричества, называется конденсатором или конденсатором .

Использует конденсатор

Конденсаторы используются практически во всех видах электронных схем.Конденсаторы могут быть поляризованными или неполяризованными, фиксированными или переменными. Конденсаторы Конденсаторы служат нескольким важным приложениям при проектировании схем, обеспечивая гибкие варианты фильтров, шумоподавление, накопление энергии и возможности измерения для разработчиков.

Применение фильтров

В сочетании с резисторами конденсаторы часто используются в качестве основного элемента частотно-селективных фильтров. Доступные конструкции и топологии фильтров многочисленны и могут быть адаптированы к частоте и производительности путем выбора правильных значений компонентов и качества.Вот некоторые из типов конструкций фильтров:

  • Фильтр высоких частот
  • Фильтр низких частот
  • Полосовой фильтр
  • Ленточный стопорный фильтр
  • Узкий фильтр
  • Полнопроходной фильтр
  • Фильтр выравнивания

Конденсатор развязки / байпаса

Вы могли видеть конденсаторов припаянных возле выводов питания микросхем или на входных и выходных выводах регуляторов напряжения, это развязывающие конденсаторы.Конденсаторы играют решающую роль в стабильной работе цифровой электроники, защищая чувствительные микрочипы от шума в сигнале питания, который может вызвать аномальное поведение. Конденсаторы, используемые в этом приложении, называются разделительными конденсаторами, и для большей эффективности их следует размещать как можно ближе к каждому микрочипу, поскольку все дорожки цепи действуют как антенны и улавливают шум из окружающей среды. Конденсаторы развязки и байпаса также используются в любой части схемы, чтобы уменьшить общее влияние электрических шумов.

Конденсатор связи или блокирующий конденсатор постоянного тока

Конденсаторы часто используются для разделения компонентов переменного и постоянного тока. Поскольку конденсаторы могут пропускать сигналы переменного тока, блокируя постоянный ток, их можно использовать для разделения компонентов переменного и постоянного тока в сигнале. Значение конденсатора не обязательно должно быть точным или точным для связи, но оно должно быть большим, поскольку реактивное сопротивление конденсатора определяет производительность в приложениях связи.

Демпферные конденсаторы

В цепях, в которых приводится в действие высокоиндуктивная нагрузка, например, в двигателе или трансформаторе, могут возникать большие переходные скачки мощности, поскольку энергия, накопленная в индуктивной нагрузке, внезапно разряжается, что приводит к повреждению компонентов и контактов. Применение конденсатора может ограничить или подавить скачок напряжения в цепи, делая работу более безопасной, а схему более надежной. В цепях с низким энергопотреблением использование демпфирующей техники предотвращает появление нежелательных радиочастотных помех, вызывающих аномальное поведение в цепях и затрудняющих получение сертификата и утверждения продукта.

Конденсаторы импульсной мощности

По своей сути конденсаторы представляют собой фактически крошечные батареи, которые предлагают уникальные возможности хранения энергии, помимо тех, которые имеют батареи с химической реакцией. Когда требуется большая мощность за короткий период времени, большие конденсаторы и батареи из конденсаторов являются превосходным вариантом для многих приложений. Конденсатор батарей используются для хранения энергии для таких приложений, как импульсные лазеры, радары, ускорители частиц и рельсотроны.Обычно конденсатор импульсной мощности применяется во вспышке одноразовой камеры, которая заряжается, а затем быстро разряжается через вспышку, обеспечивая большой импульс тока.

Применение резонансных или настроенных схем

Хотя резисторы, конденсаторы , и катушки индуктивности образуют фильтры, определенные комбинации также могут привести к резонансному усилению входного сигнала. Эти схемы используются для усиления сигналов на резонансной частоте, создания высокого напряжения с низковольтных входов, в качестве генераторов и настроенных фильтров.В резонансных цепях необходимо выбирать компоненты, которые могут выдержать напряжения, которые они видят на них, иначе они быстро выйдут из строя.

Приложение емкостного измерения

Емкостное зондирование в последнее время стало обычным явлением в передовых устройствах бытовой электроники, хотя емкостные датчики десятилетиями использовались в различных приложениях для определения положения, влажности, уровня жидкости, контроля качества производства и ускорения.Емкостное зондирование работает, обнаруживая изменение емкости локальной среды через изменение диэлектрика — изменение расстояния между пластинами конденсатора или изменение площади конденсатора .

Фото: Википедия

Нравится:

Нравится Загрузка …

применений конденсаторов — Javatpoint

Конденсатор — это первичное запоминающее устройство, широко используемое для накопления электрических зарядов в электрическом поле и их высвобождения при необходимости.Практически каждое электронное устройство нуждается в конденсаторах, поскольку оно служит различным типичным целям в электрической цепи. Помимо прочего, он обеспечивает различные возможности фильтрации, шумоподавление, гибкое накопление энергии и чувствительность.

Конденсаторы

спроектированы и разработаны для выполнения нескольких операций, в отличие от сглаживания, разделения, обхода и т. Д. Однако для разных электрических цепей может потребоваться другой тип конденсатора в зависимости от типа их применения.

Применение конденсатора

В наши дни конденсаторы по-разному используются в электрических цепях.Хотя все конденсаторы удовлетворяют одному и тому же основному требованию, все же существуют конденсаторы разных форм, используемых для выполнения различных функций схемы.

Для разных схем требуются разные конденсаторы с определенными состояниями и обладают другими свойствами, такими как емкость по электрическому току, диапазон значений, КПД, температурная стабильность и некоторые другие аспекты. На рынке доступны различные типы конденсаторов, которые имеют разные значения или могут иметь большие диапазоны значений, а другие могут иметь меньшие значения.

Другие конденсаторы могут иметь значительные текущие характеристики, другие могут иметь значительный уровень стабильности, а другие все еще доступны с состояниями поверхностного температурного коэффициента. Выбрав подходящий конденсатор для любого конкретного использования или применения, электрическая цепь может работать максимально эффективно.

Ниже приведены различные применения конденсаторов в различных электротехнических отраслях:

1. Накопитель энергии

Конденсатор в основном используется для хранения электроэнергии, когда он подключен к электрической цепи.И даже если он отключается от электрической цепи, он может потреблять накопленную энергию и работать как временный аккумулятор. Конденсаторы обычно используются в электрических устройствах для управления питанием при замене батарей. Следовательно, это помогает предотвратить потерю данных в энергозависимой памяти.

2. Импульсное питание и оружие

Конденсаторы

специально сконструированы с функциями низкой индуктивности и высокого напряжения, чтобы обеспечивать высокие уровни электрического тока для многих импульсных силовых устройств.Эти устройства могут содержать электромагнитные устройства, генераторы (особенно генераторы Маркса), импульсные лазеры и ускорители частиц.

3. Кондиционер

Одно из применений конденсаторов — регулирование мощности. Он широко используется в источниках питания, чтобы облегчить работу полного или полуволнового выпрямителя. Конденсаторы также помогают заряжать круги насоса, поскольку они генерируют более высокие напряжения и, следовательно, помогают накапливать элементы энергии.

Силовые цепи постоянного тока электронных устройств часто подключаются параллельно конденсаторам, так как это создает плавные колебания тока для сигнальных или управляющих цепей.Например, приложения для электрического звука используют несколько конденсаторов для отключения линии электропередачи до того, как она попадет в электрическую цепь.

Конденсаторы работают как локальные накопители для источника постоянного (постоянного тока) и блокируют переменный (альтернативный ток) от источника питания. Поэтому конденсаторы также используются в автомобильном звуковом оборудовании, когда конденсатор жесткости встречается с сопротивлением аккумуляторной батареи автомобильного двигателя.

4. Конденсаторы коррекции коэффициента мощности

Конденсаторы используются для коррекции коэффициента мощности в различных распределительных сетях.Обычно единицы этих конденсаторов рассчитываются как реактивная мощность в единицах ВАр (реактивные вольт-амперы), а не фарады. Цель состоит в том, чтобы предотвратить индукционную нагрузку от таких устройств, как двигатели (индукционные или электрические) и линии передачи, чтобы нагрузка казалась по существу резистивной.

Вы можете заметить значительные наборы конденсаторов, установленных в различных центрах нагрузки (обычно в больших зданиях или обществах), которые требуют высокого потребления электроэнергии. В высоковольтных линиях передачи постоянного тока конденсаторы коррекции коэффициента мощности имеют предварительно установленные индукторы настройки для преодоления потока гармонических токов, которые в противном случае могли бы быть добавлены в систему питания переменного тока и повредить оборудование.

5. Безопасность конденсатора

Конденсаторы

спроектированы и разработаны для хранения огромного количества энергии, которая может быть опасной, если не будет контролироваться или использоваться правильно с мерами предосторожности. Этот колоссальный уровень энергии может вызвать катастрофические поражения электрическим током и даже разрушить оборудование, если конденсатор отключится от источника питания на значительное время. Поэтому, чтобы предотвратить это, всегда рекомендуется разрядить конденсаторы перед включением любого электрического устройства.

Электролитические конденсаторы могут внезапно выйти из строя при определенных условиях, особенно при изменении напряжения на поляризованном конденсаторе. Однако конденсаторы, используемые в мощных или высоковольтных устройствах, также могут внезапно сломаться, поскольку диэлектрические материалы расщепляются и улетучиваются.

6. Применение запорных конденсаторов

В этом конденсаторе заряд, заключенный в конденсаторе, обычно обеспечивает питание электрической цепи на короткое время.

Раньше для восстановления заряда использовались небольшие аккумуляторные батареи.Недостатком батарей было то, что они подверглись последствиям для памяти и ограничению срока службы, поэтому конденсаторы могут стать жизнеспособной альтернативой.

Сегодня суперконденсаторы вносят значительный вклад в емкость, и поэтому достаточно важно, чтобы многие цепи оставались под напряжением в то время, когда сетевое питание недоступно. Они сравнительно экономичны и обеспечивают выдающийся уровень производительности.

7. Приложения RF-связи и развязки

Концепции ВЧ связи и развязки разработаны и развиваются на основе тех же фундаментальных законов, что и для обычных конденсаторов связи и развязки.Однако конденсаторы, используемые для ВЧ приложений, должны иметь соответствующие ВЧ характеристики. Однако характеристики могут отличаться для конденсаторов, работающих на более низких частотах.

Обычно люди не предпочитают использовать электролитические конденсаторы, так как их производительность обычно падает при увеличении частоты, и они часто используются для устройств, работающих на частотах выше примерно 100 кГц. Керамические конденсаторы используются для предотвращения снижения производительности, поскольку они обеспечивают отличные ВЧ характеристики, особенно конденсаторы MLCC для поверхностного монтажа.

Другая причина, по которой керамические конденсаторы так популярны и наиболее широко используются, потому что они имеют необычайную частоту собственного резонанса, особенно конденсаторы для поверхностного монтажа, которые слишком малы и не имеют каналов для добавления какого-либо типа индуктивности.

8. Применение сглаживающих конденсаторов

Сглаживающие конденсаторы фактически эквивалентны разделительным конденсаторам, но люди часто используют этот термин, как правило, в сочетании с источником питания.

При приеме линейного сигнала от трансформатора и выпрямителя форма входящего сигнала не всегда гладкая.Он находится в диапазоне от нуля (начальная точка) до пикового напряжения (конечная точка). Если он подключен к электрической цепи, он может работать как напряжение постоянного тока. Конденсатор устанавливается, чтобы предотвратить описанный выше сценарий и развязать или сгладить напряжение постоянного тока.


Циклическая вольтамперометрия, EIS, электрохимические конденсаторы для контроля тока утечки

Введение

Суперконденсаторы — это устройства хранения энергии, аналогичные аккумуляторным батареям. В отличие от батарей, в которых для хранения энергии используются химические реакции, суперконденсаторы обычно накапливают энергию за счет физического разделения электрических зарядов.

Все суперконденсаторы состоят из двух электродов, погруженных в проводящую жидкость или проводящий полимер, называемый электролитом. Электроды разделены ионно-проводящим сепаратором, предотвращающим короткое замыкание.

По сравнению с батареей суперконденсатор имеет следующие преимущества:

  1. Более высокая скорость заряда и разряда (высокая плотность мощности)
  2. Увеличенный срок службы (> 100000 циклов)
  3. Материалы с низкой токсичностью
  4. Работа в широком диапазоне температур
  5. Низкая стоимость цикла

Они компенсируются некоторыми недостатками:

  1. Более высокая скорость саморазряда
  2. Более низкая плотность энергии
  3. Нижнее напряжение элемента
  4. Плохое регулирование напряжения
  5. Высокая начальная стоимость

Текущие применения суперконденсаторов включают:

  1. Гибридные электромобили (HEV)
  2. Системы запуска дизельных двигателей
  3. Аккумуляторные электроинструменты
  4. Системы экстренной помощи и безопасности

Во многих приложениях параллельно с батареей используется суперконденсатор, что обеспечивает более длительный срок службы и большую мощность, чем батарея отдельно.Для получения дополнительной информации прочтите книгу Брайана Конвея по технологии суперконденсаторов1.

Это примечание по применению является первой частью состоящего из двух частей обзора электрохимических методов, используемых для тестирования суперконденсаторного устройства или технологии. В Части 1 обсуждаются методы, знакомые электрохимикам, а в Части 2 обсуждаются методы, знакомые специалистам по аккумуляторным технологиям.

Коммерческие конденсаторы были протестированы для получения результатов, используемых при обсуждении методов. Данные в этой заметке были записаны в системе Gamry Instruments с возможностью EIS.Все графики были созданы с использованием программного обеспечения Gamry.

Пункты в желтых коробках относятся к продуктам Gamry.

Подобная технология — запутанные названия

В традиционном двухслойном электрическом конденсаторе (EDLC) для хранения энергии используется накопитель электростатического заряда. Электроны в каждом электроде и ионы в электролите образуют двухслойный конденсатор. Типичная емкость двойного электрохимического слоя составляет 20 мкФ / см 2 .Емкость микропористого углерода с площадью поверхности 1000 м 2 / г может достигать 200 Ф / г.

Некоторые устройства, которые мы называем псевдоконденсаторами, накапливают заряд за счет обратимых фарадеевских реакций на поверхности одного или обоих электродов. Когда напряжение на электроде пропорционально покрытию поверхности, а покрытие поверхности пропорционально состоянию заряда, эти устройства ведут себя так же, как конденсаторы. См. Книгу Конвея для получения подробной информации об этих устройствах.

К сожалению, в технических документах и ​​коммерчески доступных продуктах используется много названий EDLC и псевдоконденсаторов.К ним относятся:

  1. Суперконденсаторы
  2. Ультраконденсаторы
  3. Конденсаторы аэрогелевые
  4. Конденсаторы электрические двухслойные

Если не указано иное, в данном примечании используется термин суперконденсатор для всех устройств с высокой емкостью, независимо от механизма накопления заряда.

Идеальные конденсаторы

Конденсатор — это устройство для хранения электрического заряда. Напряжение идеального конденсатора пропорционально заряду, накопленному в конденсаторе:

CV = Q

C — емкость в фарадах;

В — напряжение между выводами устройства в вольтах;

Q — заряд конденсатора в кулонах в амперах-секундах.

Состояние заряда конденсатора легко измерить: оно пропорционально напряжению. Напротив, измерение уровня заряда аккумулятора может быть затруднительным.

Энергия, запасенная в конденсаторе:

E = ½CV 2

E — энергия в джоулях.

Мощность, потребляемая конденсатором во время разряда, зависит от напряжения конденсатора и электрического тока:

P = VI

P — мощность в ваттах;

В — напряжение конденсатора в вольтах;

I — электрический ток разряда в амперах.

Идеальный конденсатор не теряет мощности или энергии во время заряда или разряда, поэтому приведенное выше уравнение также можно использовать для описания процесса заряда. Идеальный конденсатор без тока будет накапливать энергию и заряжаться вечно.

Неидеальные конденсаторы

Идеального конденсатора не существует, поскольку у реальных конденсаторов есть ограничения и недостатки. Тесты в этом примечании к применению измеряют эти ограничения.

Ограничения по напряжению

В описании идеальных конденсаторов не упоминаются ограничения по напряжению.Конденсаторы могут работать только в пределах «окна напряжения» с верхним и нижним пределом напряжения. Напряжение за окном может вызвать разложение электролита и повредить устройство.

Конденсаторные электролиты могут быть водными или неводными. Хотя водные электролиты обычно безопаснее и проще в использовании, конденсаторы с неводными электролитами могут иметь гораздо более широкий диапазон напряжений.

Когда это было написано, у коммерческих одноячеечных суперконденсаторов верхний предел напряжения ниже 3.5 В. В высоковольтных устройствах имеется несколько последовательно соединенных ячеек.

Все коммерческие суперконденсаторы должны быть униполярными: напряжение на плюсовой (+) клемме должно быть более положительным, чем напряжение на минусовой (-) клемме. Таким образом, нижний предел напряжения равен нулю.

ESR

Реальные конденсаторы теряют мощность во время заряда и разряда. Потери вызваны сопротивлением электродов, контактов и электролита. Стандартный термин для этого сопротивления — эквивалентное последовательное сопротивление (ESR).ESR указано в технических характеристиках большинства конденсаторов промышленного производства.

Одна из простейших моделей настоящего конденсатора — это последовательное соединение ESR с идеальным конденсатором. Потери мощности, P , потери , во время зарядки или разрядки равны ESR, умноженному на квадрат тока:

P потери = I 2 · ESR

Эта мощность теряется в виде тепла — в экстремальных условиях тепла достаточно, чтобы повредить устройство.

Ток утечки

Ток утечки — еще одна неидеальность конденсатора.Идеальный конденсатор поддерживает постоянное напряжение без протекания тока от внешней цепи. Настоящим конденсаторам для поддержания постоянного напряжения требуется ток, называемый током утечки.

Ток утечки можно смоделировать как сопротивление, подключенное параллельно конденсатору. Эта модель упрощает зависимость тока утечки от напряжения и времени.

Ток утечки разряжает заряженный конденсатор, не имеющий внешних подключений к своим клеммам. Этот процесс называется саморазрядом.

Обратите внимание, что ток утечки 1 мкА на конденсаторе емкостью 1 Ф при напряжении 2,5 В подразумевает сопротивление утечки 2,5 МОм. Постоянная времени процесса саморазряда на этом конденсаторе составляет 2,5 × 10 6 секунд — почти месяц.

Эффекты времени

Постоянная времени τ для заряда или разряда идеального конденсатора, включенного последовательно с ESR, составляет:

τ = ESR · C

Обычно τ составляет от 0,1 до 20 секунд. Скачок напряжения в конденсаторе с ESR должен создать ток, который экспоненциально спадает до нуля.В устройстве с током утечки затухание тока после ступени прекращается при токе утечки.

Коммерческие суперконденсаторы не демонстрируют такого простого поведения. Как показано ниже, коммерческим конденсаторам, находящимся под постоянным потенциалом, часто требуется несколько дней, чтобы достичь заданного тока утечки. Требуемое время намного больше, чем предсказывается τ.

Одно кратковременное воздействие на конденсатор — это явление, которое инженеры-электрики называют диэлектрическим поглощением. Диэлектрическое поглощение вызвано неэлектростатическими механизмами накопления заряда с очень большими постоянными времени.

Временные эффекты могут быть вызваны медленными фарадеевскими реакциями, происходящими на дефектах на поверхности материала электрода. Углеродные поверхности, используемые для большинства суперконденсаторов, имеют кислородсодержащие группы (гидроксил, карбонил и т. Д.), Которые являются вероятными центрами реакции.

Временные эффекты также могут быть побочным эффектом пористости, присущей электродам большой емкости. Сопротивление электролита увеличивается с увеличением расстояния до поры. Следовательно, разные участки поверхности электрода имеют разное сопротивление.Как обсуждается ниже, это усложняет модель простого конденсатора плюс ESR до модели распределенных элементов или линии передачи.

Срок службы

Идеальный конденсатор можно заряжать и разряжать бесконечное количество циклов. Многие коммерческие суперконденсаторы подходят к этой идее: они рассчитаны на 10 5 или даже 10 6 циклов заряда / разряда. Срок службы вторичной батареи обычно составляет сотни циклов.

Срок службы всех перезаряжаемых устройств зависит от точных условий, при которых происходит цикл.Важны токи, пределы напряжения, история устройства и температура.

Циклическая вольтамперометрия (CV)

Циклическая вольтамперометрия (CV) — широко используемый электрохимический метод. В начале проекта по разработке конденсаторов CV предоставляет основную информацию о емкостном электрохимическом элементе, включая:

  • Окно напряжения
  • Емкость
  • Срок службы

Исчерпывающее описание циклической вольтамперометрии выходит далеко за рамки данного руководства по применению.В большинстве книг, описывающих лабораторную электрохимию, есть как минимум одна глава, посвященная CV.

Описание циклической вольтамперометрии

CV отображает ток, протекающий через электрохимическую ячейку, когда напряжение изменяется в диапазоне напряжений. При развертке используется линейное изменение напряжения. Часто при испытании CV постоянно происходит изменение напряжения между двумя предельными потенциалами. Пара разверток в противоположных направлениях называется циклом.

На рис. 1 показан эксперимент CV в виде графика зависимости напряжения и тока конденсатора от времени.Пилообразные волны более темного цвета — это напряжение, приложенное к ячейке; светлые кривые — это измеренный ток. На этом графике показан тест CV с тремя с половиной циклами. Каждый цикл показан другим цветом.

Рис. 1. Циклическая вольтамперометрия как напряжение конденсатора в зависимости от времени.
Более темные линии — это приложенное напряжение; светлые линии — измеренный ток.
Каждый цикл имеет свой основной цвет.

CV может работать с двухэлектродными или трехэлектродными соединениями ячеек.

Трехэлектродные соединения являются обычным явлением в фундаментальных исследованиях, что позволяет исследовать один электрод изолированно — без осложнений, связанных с электрохимией других электродов. Три электрода:

  • Рабочий электрод , проверяемый электрод.
  • Электрод сравнения , электрод с постоянным электрохимическим потенциалом.
  • Противоэлектрод , обычно инертный электрод, присутствующий в ячейке для замыкания цепи.

На рис. 2 показана установка Гэмри для CV-теста.

Рисунок 2. Окно настройки циклической вольтамперометрии .
Четыре параметра напряжения определяют диапазон развертки CV Gamry. Сканирование начинается с Initial E , увеличивается до Scan Limit 1 , реверсируется и переходит к Scan Limit 2 . Дополнительные циклы начинаются и заканчиваются на Scan Limit 2 . Сканирование заканчивается на Final E .


Для тестирования конденсаторов в корпусе требуется двухэлектродное соединение.Все потенциостаты могут работать с двухэлектродным подключением. Просто подключите электрод сравнения и провода противоэлектрода к одной стороне конденсатора. Подключите рабочий электрод (и рабочий измерительный провод, если он есть) к другой стороне.

Развертка напряжения, приложенная к идеальному конденсатору, создает ток, равный

, где I — ток в амперах, а это скорость развертки линейного изменения напряжения.

Скорость развертки напряжения для тестирования суперконденсаторов обычно находится в пределах 0.1 мВ / с и 1 В / с. Частота сканирования в нижней части этого диапазона позволяет протекать медленным процессам, но требует много времени на тестирование. Быстрое сканирование часто показывает меньшую емкость, чем более медленное сканирование. Этот эффект обсуждается ниже.

Будьте осторожны: быстрое сканирование дорогостоящих конденсаторов может потребовать большего тока, чем прибор может выдать или измерить. Максимально допустимая частота сканирования:

, где I max — максимальный ток прибора в амперах.

Теоретический график циклической вольтамперометрии

CV отображается с током по оси y и напряжением по оси x.Рисунок 3 представляет собой теоретический график CV для конденсатора емкостью 3 Ф, подключенного последовательно с ESR 50 мОм.

Рисунок 3. Теоретическая циклическая вольтамперометрия для конденсатора 3 Ф, подключенного последовательно с ESR 50 мОм.

Скорость сканирования 100 мВ / с. Пределы сканирования составляли:

• Начальное E 0,0 В • Предел сканирования 1 2,4 В

• Конечное E 0,0 В • Предел сканирования 2 –0,5 В

Начало сканирования показано на графике вместе со стрелками, показывающими направление движения сканировать.Второй цикл показан красным.

Если бы это CV было записано на идеальном конденсаторе (без ESR), график CV был бы прямоугольником с высотой:

ESR вызывает медленный рост тока в начале сканирования и округляет два угла прямоугольник. Постоянная времени τ, описанная выше, управляет скруглением углов.

Циклическая вольтамперометрия на конденсаторе EDLC 3 F

Большая часть данных в этой записке была записана с использованием коммерческих конденсаторов EDLC 3 F.Были протестированы компоненты Nesscap2, номер ESHSR-0003C0-002R7.

Циклическая вольтамперограмма 100 мВ / с конденсатора 3 Ф (рис. 4) показывает, как CV может определять окно напряжения конденсатора. Обратите внимание на сходство этого графика с теоретическим графиком CV, показанным выше.

Рис. 4. Циклическая вольтамперограмма конденсатора 3 Ф между +5 В и –3 В при 100 мВ / с.
Заштрихованная розовым цветом область представляет собой объединение одного сегмента (1,5–2,5 В) этой кривой.

Пределы напряжения, введенные в настройках, составляли +5 и –3 В.Сканирование было вручную отменено, когда ток начал резко возрастать. Скорость сканирования была достаточно низкой, чтобы пользователь успел отреагировать на повышенный ток. Инверсия произошла при 3,5 В, что значительно превышает спецификацию 2,7 В для этого конденсатора. Отрицательная развертка также была отменена вручную.

В программном обеспечении Gamry’s Framework выбор F2-Skip обращает развертку в обратном направлении.

Интегрирование сегмента этой кривой показывает расчет емкости на основе данных CV.Интегрированная область (от 1,5 до 2,5 В) выделена розовым оттенком.

Выберите диапазон интеграции с помощью программного обеспечения Выберите диапазон с помощью функции клавиатуры .

Интегрирование дало значение заряда, показанное на кривой. Емкость рассчитывается из Q и интегрированного диапазона напряжений:

Расчетная емкость зависит от скорости сканирования CV, области напряжения, используемой при интегрировании, и множества других переменных.

Неидеальность конденсатора не позволяет вычислить истинное значение емкости для реального суперконденсатора. Коммерческие суперконденсаторы имеют указанное значение емкости, действительное при измерении с помощью конкретного эксперимента. Другие экспериментальные методы, включая CV, EIS и многие долгосрочные потенциостатические и гальваностатические испытания, могут дать очень разные значения емкости.
Циклическая вольтамперометрия, нормализованная по скорости сканирования

Второй конденсатор использовался для демонстрации зависимости CV от скорости сканирования.Вольтамперограммы записывались при скоростях сканирования 3,16, 10, 31,6, 100 и 316 мВ / с. Конденсатор выдерживали при 0,0 В в течение 10 мин между сканированиями. Пределы сканирования составляли 0,0 и 2,7 В.

Gamry’s Sequence Wizard — удобный инструмент для постановки сложных экспериментов, подобных этому. Задержка при нулевом напряжении и проверка CV были помещены в петлю. Между тестами скорость сканирования умножалась на √10.

График данных, полученных в результате этих сканирований, показан на рисунке 5.Пурпурная кривая была записана при самой высокой скорости сканирования, а красная кривая — при самой низкой скорости сканирования.


Рисунок 5. Зависимость данных цикловольтамперометрии от скорости сканирования. Фиолетовый — самый быстрый; красный — самый медленный.

На рисунке 5 показаны эти вольтамперограммы, нормализованные путем деления всех токов на скорость сканирования.

Используйте CV Echem Analyst, Нормализовать по скорости сканирования , чтобы нормализовать данные CV. Перед выполнением этой команды выберите каждую кривую в наложенных данных с помощью Curve Selector .Нормализация создает новую кривую с NSR в имени файла кривой.

Рисунок 6. Те же CV-данные, что и на рисунке 4, но нормализованные по скорости сканирования.

Кривые CV идеального конденсатора, нормализованные по скорости сканирования, накладываются друг на друга: емкость не зависит от скорости сканирования. После нормализации единицы измерения оси Y А · с · Вольт –1 становятся емкостью в фарадах.

Суперконденсаторы не идеальны, поэтому нормализованные графики не накладываются друг на друга.В этом примечании по оси ординат оси ординат скорости сканирования приведена кажущаяся емкость постоянного напряжения C , приложение .

На рисунке 6 приложение C составляет ~ 2,5 F на кривой с самой высокой скоростью сканирования (фиолетовый). Эта кривая напоминает CV идеального конденсатора плюс ESR. По мере уменьшения скорости сканирования (синий, зеленый, желтый и красный) приложение C увеличивается и показывает зависимость от напряжения. Это ожидается для химических реакций, управляемых напряжением.

Зависимость C app от скорости сканирования можно объяснить кинетически медленными фарадеевскими реакциями на поверхности электрода и поведением линии передачи, вызванным пористостью электрода.Оба вызывают увеличение приложения C при более низких скоростях сканирования.

В случае, когда присутствуют медленные поверхностные реакции, быстрое сканирование завершается до того, как происходят реакции, поэтому весь ток вызван емкостью. Фарадеевский ток успевает течь, когда скорость сканирования медленнее, увеличивая общий ток и приложение C до .

Модель с распределенными элементами показывает аналогичное поведение скорости сканирования. Поверхность электрода с высоким сопротивлением электролита не успевает реагировать на изменение напряжения во время быстрого сканирования.Фактически, доля поверхности электрода, доступная для электролита, зависит от скорости сканирования.

Циклическая вольтамперометрия для оценки срока службы

CV также может различать плохой срок службы и потенциально полезный срок службы.

Рисунок 7, график CV ниже, показывает 50 циклов от 1,0 до 2,7 В, записанных с использованием конденсатора 3 Ф. Первый, десятый и пятидесятый циклы показаны синим, зеленым и красным цветом.

Рисунок 7 . 50 циклов данных CV.Синий = цикл 1; зеленый = цикл 10, красный = цикл 50.

Между десятым и пятым циклами изменение данных очень мало. Следовательно, этот конденсатор заслуживает испытания на срок службы с использованием методов циклической зарядки-разрядки (описанных в Части 2 данного руководства по применению).

Циклическая вольтамперометрия на псевдоконденсаторе

Измерения CV на псевдоконденсаторе отличаются от результатов, измеренных на истинном EDLC. Мы протестировали конденсатор PAS емкостью 1 Ф от Taiyo Yuden3 (номер детали PAS0815LR2R3105).PAS расшифровывается как Polyacenic Semiconductor, который представляет собой проводящий полимер, нанесенный на электроды.

Тесты

CV были выполнены на этом устройстве при 3,16, 10, 31,6, 100 и 316 мВ / с. Диапазон сканирования составлял от 0,0 до 2,4 В. Конденсатор оставался при 0,0 В в течение 10 мин между сканированиями.

На рисунке 8 показаны кривые CV после нормализации по скорости сканирования. Красная кривая была записана при самой низкой скорости сканирования, а пурпурная — при самой высокой. По оси ординат отложена кажущаяся емкость.

По сравнению с графиком нормализованной CV для EDLC на рисунке 5, есть одно существенное отличие.Приложение C устройства зависит от напряжения на всех скоростях сканирования. Это ожидаемо, учитывая фарадеевский характер накопления заряда в этом псевдоконденсаторе.

Рис. 8. CV для псевдоконденсатора Taiyo Yuden,
нормализовано по скорости сканирования. Красный — самая высокая скорость сканирования; фиолетовый — самый медленный.

Спектроскопия электрохимического импеданса

Спектроскопия электрохимического импеданса (EIS) является предпочтительным методом измерения ESR суперконденсаторов. EIS также может измерять емкость и неидеальность конденсаторов.Для получения базовой информации о EIS см. Инструкцию Gamry по применению «Основы спектроскопии электрохимического импеданса».

Модель EIS для суперконденсатора

Наиболее распространенной моделью, подходящей для спектров EIS суперконденсатора, является упрощенная модель Randles:

Рисунок 9. Эквивалентная схема Randles для моделирования суперконденсаторов.

Элементы в модели:
C Идеальная емкость
ESR Эквивалентное последовательное сопротивление
Rleakage Leakage Сопротивление утечки

Значения, использованные для построения рисунка 10, были выбраны для приближения к значениям типичного устройства EDLC.Величина EIS показана кружками, а фаза — крестиками.

Рисунок 10. Идеальный график Боде эквивалентной схемы на Рисунке 8, с C = 1 F, ESR = 100 мОм и перетеканием = 100 кОм.

Спектр Боде на рисунке 9 имеет три области:

  • Выше 10 Гц амплитуда и фаза приближаются к 100 мОм и 0 °. СОЭ доминирует в этом регионе.
  • В диапазоне от 100 мкГц до 10 Гц емкость определяет импеданс. Зависимость амплитуды от частоты является линейной (на графике логарифма Боде) с наклоном –1, а фаза приближается к –90 °.
  • Ниже 10 мкГц сопротивление начинает переходить обратно к резистивному поведению, поскольку сопротивление утечки становится доминирующим. Этот переход неполный даже на частоте 1 мкГц. Спектры EIS реальных устройств редко дают много информации о сопротивлении утечке, потому что его эффекты проявляются на непрактично низких частотах.
Режим измерения EIS

Gamry EIS300 может измерять EIS, используя три различных режима управления:

  • Потенциостатический EIS
  • Гальваностатический EIS
  • Гибрид EIS

Потенциостатический и гальваностатический режимы управляют напряжением и током ячейки соответственно.В гибридном режиме используется гальваностатическое управление ячейкой, но изменяется переменный ток для поддержания фиксированного отклика переменного напряжения.

Гальваностатический и гибридный режимы EIS предпочтительнее для ячеек с очень низким импедансом, где небольшие ошибки в напряжении постоянного тока могут создавать большие токи постоянного тока.

Импеданс конденсаторов 3 Ф, используемых для генерации данных для этой банкноты, достаточно высок, чтобы можно было использовать любой режим управления. Потенциостатический режим является наиболее распространенным режимом EIS, поэтому был выбран именно этот режим.

Спектры EIS на 3 F EDLC при различных потенциалах

На рисунке 11 представлен график Боде спектров EIS 3 F EDLC, записанных при трех потенциалах постоянного тока: 0.0, 1,25 и 2,50 В (синий, зеленый и красный). Конденсатор выдерживали при постоянном напряжении в течение 10 мин между съемками спектров. Спектры измеряли потенциостатически при переменном напряжении 1 мВ RMS.

Мастер последовательности Gamry также использовался для записи этих данных. Цикл содержал как этап уравновешивания, так и сбор данных EIS.

Рисунок 11. График Боде 3 F EDLC при 0,0 В (синий), 1,25 В (зеленый) и 2,50 В (красный).

Эти спектры значительно отличаются от идеальных, приведенных в предыдущем разделе.Различия включают:

  • Нет признаков сопротивления утечки в этом диапазоне частот.
  • Фаза между 1 Гц и 100 Гц никогда не приближается к предсказанию 0 ° простой модели.

Спектр идеального конденсатора не зависит от постоянного напряжения. Очевидно, что EDLC, характеризующийся этими спектрами, демонстрирует неидеальность от 1 Гц до 10 кГц.

Подгонка модели к спектру

Спектр импеданса на рисунке 12 был измерен на 3 F EDLC, удерживаемом на 2.25 В. Данные регистрировали при возбуждении 1 мВ и потенциостатическом контроле ячейки. Зеленые линии на этом графике — это модифицированная модель Рэндлса, соответствующая данным. Подходящие параметры:

C 2,51 F ± 12 мФ

ESR 62 мОм ± 314 мкОм

R утечка 773 Ом ± 59 Ом

Рисунок 12. График Боде 3 F EDLC при 2,25 В с Подгонка модели Randles (зеленая сплошная линия) и пористый электрод с подгонкой линии передачи (сплошная красная линия).

Согласие на Рисунке 12 между моделью Рэндлса и спектром плохое.Это типично для EIS на конденсаторах EDLC, где пористость электродов приводит к очень неравномерному доступу электролита к поверхности электрода, поэтому происходят реакции Фарадея. Простые модели с резистором и конденсатором не применяются.

Подбор данных намного лучше при использовании модели линии передачи с пористым электродом, когда используется открытый элемент Бискерта (рис. 13).

Рисунок 13. Пористый электрод, модель линии передачи, использованная при моделировании на Рисунке 11.

Подгонка показана красным на рисунке 11.Подходящие параметры:

R м 112 мОм ± 22 мОм

R k 2,2 × 10 30 Ом ± 1 × 10 38 Ом

Y м (CPE) 2,3 S · с / A ± 0,15 S · s / A

α (CPE) 0,960 ± 0,033

ESR 50 × 10 –3 Ω ± 639 × 10 –6 Ω

Описание модели см. В этом приложении заметка «Демистификация линий передачи: что они собой представляют? Почему они полезны? »

Ожидается высокая неопределенность в R k .Спектр не включает частоты, на которых R k влияет на импеданс.

EIS Спектр 650 F EDLC с низким ESR

Измерение EIS на конденсаторах с очень низким ESR затруднено. Обычно для этого требуются:

  • Истинные четырехконтактные измерения
  • Гальваностатический элемент управления
  • Контакты низкоомные
  • Выводы витой пары или коаксиальных элементов

В двух примечаниях к применению Gamry содержатся предложения по проведению измерений EIS с низким импедансом:

«Точность контурных графиков»

«Проверка EIS с низким импедансом с использованием резистора 1 мОм»

Спектры EIS

были записаны на конденсаторе Maxwell4 (номер детали BCAP0650 P270).Этот конденсатор емкостью 650 Ф был рассчитан на ESR менее 600 мкОм при 1 кГц.

Рисунок 14 — фотография, на которой показаны соединения, используемые для записи спектра EIS этого устройства. Соединения выполнялись медным листом толщиной 1,5 мм. Токоведущие выводы и выводы измерения напряжения находятся на противоположных сторонах устройства.

Рисунок 14. Подключения потенциостата к конденсатору Максвелла.

Предупреждение: Избегайте короткого замыкания клемм конденсатора через соединения с низким сопротивлением.Могут протекать очень опасные токи в сотни или даже тысячи ампер.

Спектр EIS представлен на рисунке 15. Этот спектр был записан в гибридном режиме с напряжением 1 мВ переменного тока. Полное сопротивление на частоте 1 кГц составляет 335 мкОм, что меньше номинального значения ESR этого конденсатора, равного 600 мкОм.

Рисунок 15. EIS из 650 F EDLC.

EIS на псевдоконденсаторе

Спектры EIS, записанные на идеальном конденсаторе при различных напряжениях постоянного тока, должны накладываться друг на друга.

EIS подтверждает зависимость измеренной емкости от напряжения на псевдоконденсаторе PAS. Это тот же конденсатор, который ранее использовался для тестирования CV. Спектры ЭИС регистрировались при постоянном напряжении 0, 1,2 и 2,4 В (рисунок 16). В отличие от случая EDLC, низкочастотное сопротивление было различным при каждом напряжении.

Рис. 16. EIS для псевдоконденсатора PAS при 0 (синий), 1,2 (зеленый) и 2,4 В (красный).

В простой модели Randles емкость управляет импедансом на самых низких частотах на графике выше.На графике выше импеданс в этой области зависит от постоянного напряжения, поэтому емкость также должна зависеть от постоянного напряжения.

Измерение тока утечки

Ток утечки можно измерить как минимум двумя способами:

  • Подайте напряжение постоянного тока на конденсатор и измерьте ток, необходимый для поддержания этого напряжения.
  • Зарядите конденсатор до фиксированного напряжения, затем разомкните цепь на конденсаторе и измерьте изменение напряжения во время саморазряда.

Книга Конвея включает главу, в которой обсуждаются ток утечки и саморазряд суперконденсаторов.

В попытке сделать характеристики суперконденсатора хорошими, некоторые производители указывают, что ток утечки измеряется через 72 часа при подаче напряжения. В этих условиях ток утечки может составлять всего 1 мкА / Ф.

Прямое измерение тока утечки

Прямое потенциостатическое измерение тока утечки конденсатора является довольно сложной задачей. При испытании на испытуемый конденсатор должен подаваться постоянный потенциал и измеряться очень малые токи.

Обычно токи зарядки конденсаторов выражаются в амперах, а токи утечки — в микроамперах, в диапазоне 10 6 .Шум или дрейф потенциала постоянного тока могут создавать токи, превышающие ток утечки.

Например, предположим, что конденсаторы емкостью 3 Ф, использованные в нашем тестировании, имеют ESR 100 мОм. Мы хотим измерить на них ток утечки 1 мкА: мы хотим, чтобы шум тока был меньше сигнала 1 мкА.

На частотах, где ESR является доминирующим сопротивлением, 0,1 мкВ шума в приложенном напряжении будет создавать ток шума в 1,0 мкА. На более низких частотах, где наша емкость 3 F преобладает над импедансом, дрейф напряжения равен 0.3 мкВ / с создают ток 1,0 мкА.

Быстрый сбор данных, внешние источники шума или отсутствие клетки Фарадея могут привести к большим кажущимся постоянным токам или постоянному переключению между диапазонами тока.

Потенциостатический тест в программном обеспечении Gamry не будет точно измерять ток утечки, поскольку он предлагает только динамический диапазон около 104.
Программное обеспечение для электрохимической энергии Измерение тока утечки

На рисунке 17 показан ток утечки, измеренный на новом конденсаторе емкостью 3 Ф.График представляет собой логарифм зависимости тока от времени в течение пяти дней при 2,5 В.

Рис. 17. Зависимость тока утечки от времени для конденсатора 3 Ф.

Обратите внимание, что ток все еще падает через пять дней после применения потенциала. Производитель указывает ток утечки на этом конденсаторе менее 5 мкА через 72 часа; измеренное значение составило около 3,2 мкА.

Данные на этом графике были сглажены с использованием алгоритма Савицкого-Голея с окном 60 с. Периодический шумовой сигнал возникает из-за дневного кондиционирования воздуха.

Для прямого измерения тока утечки с помощью инструментов PWR800 был разработан специальный скрипт. Этот сценарий называется:

В отличие от потенциостатического метода PWR800, этот сценарий подает напряжение, используя режим потенциостата прибора, и измеряет ток утечки.

Он использует введенную пользователем оценку для ESR, чтобы избежать диапазонов преобразователя I / E, где шум напряжения может перегрузить схему измерения тока. Коэффициент усиления 10 при измерении тока позволяет проводить измерения с в десять раз большим шумом и дрейфом напряжения.

Измерение саморазряда

Саморазряд вызывает снижение напряжения холостого хода заряженного конденсатора с течением времени. Во время саморазряда ток утечки разряжает конденсатор даже при отсутствии внешнего электрического тока.

Книга Конвея описывает три механизма саморазряда. Эти механизмы можно выделить, проанализировав формы кривых зависимости напряжения от времени, записанные в течение длительных периодов времени.Этот анализ не проводился на основе представленных здесь данных.

Мгновенный ток утечки, I утечка , можно рассчитать, умножив скорость изменения напряжения во время саморазряда на емкость.

График ниже представляет собой кривую зависимости напряжения холостого хода от времени для конденсатора емкостью 3 Ф, оставленного разомкнутым после 12 часов при 2,5 В. Это было записано с конденсатором, предварительно заряженным до 2,5 В в предыдущем испытании. . Изменение напряжения было менее 2 мВ через 30 мин.

Рис. 18. Время спада напряжения конденсатора емкостью 3 Ф, после 12-часовой зарядки до 2,5 В.

Красная линия на графике представляет собой аппроксимацию методом наименьших квадратов данных о спаде напряжения. Наклон составляет 0,55 мкВ / с.

Ток утечки

Для расчета наклона использовалась функция Linear Fit в Gamry’s Echem Analyst.

PWR800 добавил сценарий, который выполняет это измерение. Этот сценарий называется:

Применяет постоянный потенциал в течение заданного пользователем промежутка времени.Затем он выключает элемент и измеряет изменения напряжения холостого хода. Схема смещения и усиления прибора позволяет измерять очень небольшие перепады напряжений.


1B.E. Конвей, Электрохимические суперконденсаторы: научные основы и технологические приложения, Нью-Йорк: Kluwer Academic Press / Plenum Publishers, 1999.
2Nesscap Energy Inc., 24040 Camino Del Avion # A118, Monarch Beach, CA 92629, США.
3Taiyo Yuden (США) Inc., 10 North Martingale Road, Suite 575, Шаумбург, Иллинойс 60173, США.
4Maxwell Technologies, Inc., 3888 Calle Fortunada, San Diego, CA 92123.

Конденсаторы и индукторы различного назначения

Конденсаторы и катушки индуктивности являются важными электрическими компонентами, используемыми в электронных схемах, поскольку они предлагают множество преимуществ, включая долгий срок службы и высокую надежность схем, в которых они используются.

По Потшангбам июля

Электрические цепи являются неотъемлемой частью любого электронного устройства.Их основная задача — направлять и контролировать электрический ток для выполнения различных функций, таких как вычисление, передача данных и усиление сигнала. В основе этих устройств лежит ряд различных компонентов, которые подразделяются на активные и пассивные. Активные компоненты схемы регулируют электрический поток. Однако устройства не могут эффективно работать только с активными компонентами. Хотя пассивные компоненты кажутся менее важными по сравнению с активными компонентами, первые играют решающую роль — они контролируют действие активных компонентов и действуют как путь для сигналов.В этой статье мы исследуем важность пассивных компонентов, таких как конденсаторы и катушки индуктивности.

Разница между конденсатором и катушкой индуктивности
Конденсатор и катушка индуктивности — это компоненты, устойчивые к изменениям тока в электрических и электронных цепях. Это пассивные элементы, которые получают питание от цепи, накапливают его, а затем разряжают. Эти два компонента широко используются в системах переменного тока и фильтрации сигналов.Однако они различаются по своим функциям. Основные отличия перечислены ниже.

Выбор подходящих конденсаторов и катушек индуктивности
При покупке конденсаторов и катушек индуктивности необходимо учитывать различные факторы. Первое, что нужно проверить при выборе конденсатора, — это тип диэлектрика, поскольку этот фактор определяет многие его свойства, такие как размер и корпус, частотный диапазон, последовательное сопротивление и другие электрические свойства. Функция конденсатора зависит от типа материала, из которого он изготовлен.Рекомендуются алюминиевые электролитические конденсаторы из-за их эффективности. Конденсатор должен иметь достаточное рабочее напряжение, и покупатели должны убедиться, что оно не превышает 60 процентов. Пульсации тока — еще один фактор, который следует учитывать при покупке конденсаторов для сильноточных приложений. Этот ток вызывает нагрев конденсатора и со временем может быть разрушительным.

Аналогичным образом, есть определенные элементы, которые необходимо учитывать при выборе катушек индуктивности, которые в основном используются либо для силовых цепей, либо для предотвращения радиочастотных (РЧ) помех.Поэтому важно понимать требования приложения. Размер катушек индуктивности также имеет значение для приложения. Для силовых цепей используются индукторы большого размера вместе с фильтрующими конденсаторами. А для ВЧ-приложений рекомендуется использовать катушки индуктивности с ферритовым сердечником небольшого размера, так как потребляемая мощность меньше. Еще один аспект, на который следует обратить внимание при выборе катушек индуктивности, — это процент допуска. Можно понять, отличается ли индуктивное значение устройства от таблицы данных, посмотрев на процент допуска.Наконец, экранированные компоненты внутри индукторов играют важную роль в уменьшении магнитной связи между компонентами. Они очень удобны в приложениях с ограниченным пространством.

Применение конденсаторов
Конденсаторы — широко используемые компоненты в любом электрическом устройстве. Вряд ли найдутся платы без конденсатора. Они состоят из различных типов диэлектрических материалов, включая керамику, электролит, тантал, полиэстер и т. Д.

Керамические конденсаторы: Они широко используются для развязки или шунтирования вывода питания интегральной схемы (IC).Они также предотвращают попадание паразитных радиочастотных сигналов из источника питания.

Электролитические конденсаторы: Эти конденсаторы используются в схемах и силовой электронике, где требуется высокое энергопотребление.

Танталовые конденсаторы: Из-за использования тантала такие конденсаторы могут иметь более высокое значение емкости при меньших размерах корпуса. Кроме того, они демонстрируют стабильное поведение и более низкие токи утечки.

Применение катушек индуктивности
Катушки индуктивности, как один из основных пассивных компонентов, используются в различных приложениях.

Фильтры: Катушки индуктивности в сочетании с конденсаторами и резисторами широко используются для создания фильтров для аналоговых схем и обработки входящего сигнала. Когда катушки индуктивности используются отдельно, они работают как фильтр нижних частот. Но когда конденсаторы, катушки индуктивности и резисторы используются вместе, они работают как усовершенствованные фильтры, которые можно использовать в нескольких приложениях.

Двигатели: Катушки индуктивности расположены в фиксированном положении, и их нельзя перемещать или выравнивать в близлежащих магнитных полях.Асинхронные двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Магнитное поле, создаваемое переменным током, помогает вращать вал в двигателях.

Трансформаторы: Это популярное приложение. Индукторы, которые разделяют магнитный путь, объединяются вместе и образуют трансформатор.

Накопитель энергии: Катушки индуктивности могут использоваться для аккумулирования энергии. В отличие от конденсаторов, они долго не накапливают энергию. В случае индукторов энергия накапливается в виде магнитного поля; однако это не удается, когда нет источника питания.

Конденсатор Индуктор
Здесь энергия хранится в виде электрического поля. Он хранит энергию в виде магнитного поля.
Нет протекания тока через пластины конденсатора. Ток проходит через катушку в катушке индуктивности.
Здесь энергия измеряется в виде напряжения. Энергия, запасенная в катушке индуктивности, рассчитывается по току.
Конденсаторы сопротивляются изменению напряжения. Катушки индуктивности сопротивляются изменению тока.
Есть три типа конденсаторов: керамические, электролитические и танталовые. Четыре основных типа индукторов: связанные индукторы, многослойные индукторы, индукторы с керамическим сердечником и формованные индукторы.
Конденсаторы действуют как изолятор для цепей постоянного тока. Они идеально подходят для передачи высокочастотных сигналов. Катушки индуктивности действуют как проводники в цепях постоянного тока.Они хорошо проводят низкоуровневые частоты и отфильтровывают высокочастотные сигналы и колебания.
В цепи постоянного тока, когда конденсатор добавлен последовательно с резистором, ток сначала становится высоким, но позже падает до нуля. В цепи постоянного тока, когда катушка индуктивности добавлена ​​последовательно с резистором, значение тока невелико и со временем увеличивается.
Емкость измеряется в единицах, называемых фарадами. Индуктивность измеряется в единицах, называемых генри.


Перспективы рынка конденсаторов и катушек индуктивности

Согласно отчету Market Research Future, растущий спрос на электронные продукты, такие как мобильные телефоны, портативные музыкальные плееры, цифровые камеры, игровые консоли, ПК и ноутбуки, может увеличиться. рынок межкомпонентных соединений и пассивных компонентов. Кроме того, сегмент процветает благодаря постоянному обновлению программного обеспечения, которое также раздвигает границы аппаратного обеспечения. В автомобильном секторе полезность компонентов огромна, учитывая все более широкое использование коммуникационных, информационно-развлекательных и навигационных функций, таких как GPS.Сильное внимание индийского правительства к отечественному производству в рамках инициативы «Сделай в Индии» также оказывает положительное влияние на рынок пассивных компонентов.

Тем не менее, на рынке индукторов есть проблемы. Производители пока не могут уменьшить размеры катушек индуктивности и конденсаторов, чтобы соответствовать растущей тенденции миниатюризации.
Несмотря на проблемы, рынок электрических конденсаторов в Индии, по прогнозам, вырастет до 625 миллионов долларов США к 2023 году, в то время как рынок индукторов, как ожидается, вырастет до 3 долларов США.94 миллиарда к 2022 году. Это можно объяснить растущим внедрением интеллектуальных сетей, проникновением интеллектуальных устройств, растущим спросом на возобновляемые источники энергии и т. Д. С переходом на подключенные автомобили и ADAS (передовые системы помощи водителю) автомобильный сектор собирается существенно продвинуть рынок пассивных компонентов.


Анил Бали, вице-президент Deki Electronics Ltd, делится мнениями о технологических тенденциях, основных препятствиях, с которыми сталкивается индийский рынок конденсаторов, и многом другом.

Факторы, которые следует учитывать при выборе конденсатора постоянного тока
Существуют различные типы конденсаторов — керамические, пленочные, электролитические и танталовые. Обычно керамические конденсаторы имеют емкость в диапазоне от пикофарада (пФ) до максимум 1 мкФ. Пленочные конденсаторы обычно имеют емкость в диапазоне от нанофарад (нф) до 100 мкф (мфд). Электролитические конденсаторы обычно имеют емкость от 0,1 до 10 кОм.

Итак, обычно, когда значение емкости низкое, вы сначала проверяете, соответствует ли керамический конденсатор вашим потребностям.Такие конденсаторы также дешевле, чем, скажем, эквивалентный пленочный конденсатор. Если значение емкости высокое, то можно выбрать пленочный или электролитический конденсатор. Пленочные конденсаторы дешевле эквивалентных электролитических конденсаторов.

Еще один фактор, на который следует обратить внимание, это то, что керамический и пленочный варианты являются неполярными конденсаторами. Электролитические версии представляют собой полярные конденсаторы, то есть с положительной и отрицательной клеммами. Конечно, существуют неполярные электролитические конденсаторы. Что касается напряжения, вы можете получить керамические конденсаторы высокого напряжения с номиналом до 1000 кВ.Пленочные конденсаторы обычно имеют максимальное напряжение 100 кВ. Электролитические конденсаторы имеют максимальное напряжение 1 кВ.

Короче говоря, если вы ищете низкое значение емкости в диапазоне пикофарад, а также высокое напряжение, вашим первым выбором будут керамические конденсаторы.

Если требуется более высокое значение емкости в диапазоне нанофарад, наряду с высоким напряжением, вашим первым выбором будут пленочные конденсаторы. Если требуется еще более высокое значение емкости в диапазоне микрофарад наряду с более низкими напряжениями, вашим первым выбором будут электролитические конденсаторы.

Опять же, даже во всех этих трех широких категориях у вас есть много вариантов, в зависимости от приложения.

Технические тенденции в конденсаторах
Тенденция заключается в использовании SMD (устройства для поверхностного монтажа), миниатюризации, более высоких рабочих температур и увеличения срока службы. Керамические конденсаторы SMD широко используются во многих областях. Пленочные и электролитические конденсаторы используются гораздо реже из-за проблем, вызванных высокими температурами на стадии пайки волной пайки.

Миниатюризация конденсаторов стала необходимой из-за усадки печатных плат, на которых эти конденсаторы должны быть установлены.В случае пленочных конденсаторов миниатюризация была достигнута благодаря технологическим достижениям в производстве металлизированных пленок. Из-за такой миниатюризации печатной платы возникает потребность в конденсаторах с более высокими рабочими температурами. Раньше электролитические конденсаторы имели номинал 85 ° C. Сейчас 105 ° C — это норма, а срок их службы увеличился с 5000 до 10 000 часов. Теперь доступны пленочные конденсаторы с номиналом 150 ° C.

Безопасность стала еще одним требованием рынка. В случае пленочных конденсаторов это было достигнуто за счет новаторской конструкции металлизированной пленки.Кроме того, правительственный спрос на светодиоды с высоким коэффициентом мощности для экономии энергии на стороне генерации требует модификации печатных плат светодиодов с использованием конденсаторов коррекции коэффициента мощности.

Основные препятствия при производстве конденсаторов
Конденсаторы — очень капиталоемкая продукция. Это причина того, что за последние 50 лет ни один новый производитель не вышел на индийский рынок. Фактически, все больше и больше заводов закрываются из-за конкуренции со стороны импорта, особенно из Китая.Конденсаторы были освобождены от дежурства после ITA1. В результате любой может импортировать конденсаторы без уплаты каких-либо пошлин. После ограничения на импорт китайских конденсаторов в США эти производители обратили внимание на Индию. Так что теперь они наводняют рынок очень дешевыми конденсаторами как хорошего, так и плохого качества. Когда рупия слабеет по отношению к доллару, китайские производители снижают цены, чтобы это не коснулось индийского покупателя. Китайское правительство помогает китайским фирмам регулировать курс национальной валюты.

Есть два других серьезных препятствия, которые мешают конкурентоспособности индийских конденсаторов по сравнению с их китайскими аналогами — высокая стоимость электроэнергии и финансов. Мало того, что электроэнергия в Индии дороже, мы должны подкреплять ее набором DG из-за более низкой доступности. Хотя процентные ставки снизились, они все еще намного выше, чем в Китае. Из-за вышеперечисленных факторов стоимость конденсаторов индийского производства отличается от стоимости китайских конденсаторов примерно на 10-20%.

Индийский сценарий рынка конденсаторов
Рынок пленочных конденсаторов постоянного тока достиг своего пика в 2015–2016 годах, когда общий спрос составил 5 миллиардов фунтов стерлингов, из которых 1 миллиард был обеспечен производством КЛЛ. В 2015–16 годах мы изготовили более 400 миллионов КЛЛ. Этот рынок рухнул, когда правительство продвигало светодиоды как шаг к экономии энергии. Сегодня рынка КЛЛ практически нет. Конечно, на смену пришли светодиодные лампы, но требования к пленочным конденсаторам резко упали, поскольку в каждой лампе CFL используется шесть конденсаторов, а в светодиодной лампе — только два.Кроме того, объем производимых светодиодных ламп составляет 400 миллионов, что ниже, чем на пике рынка КЛЛ.

Кроме того, производители светодиодных ламп теперь получают свои компоненты в виде комплектов из Китая. Это привело к дальнейшему снижению спроса на пленочные конденсаторы. Кроме того, из-за замедления темпов роста в секторе недвижимости и автомобилестроения в 2019 году рынок пленочных конденсаторов постоянного тока сократился до менее чем 3,5 миллиарда фунтов стерлингов.

(PDF) Проблемы с применением конденсатора

P

OWER

ACTOR

P

ENALTIES

R

ATE

T

YPE

D

9000 OF2000

000

E

XAMPLE

кВА (спрос)

ставки

Штраф за <1.0 пф; обычно

применяется как $ / кВА

Потребление = 800 кВт; pf = 80%; кВА = 1000; плата за потребление = 10 долларов США / кВА

Штраф за pf = (1000-800) * 10 долларов за 2000 долларов США в месяц

PF (кВА)

Регулировка

Когда коэффициент мощности меньше X%, потребность

может быть принята как X% от

измеренного кВА

Когда pf меньше 90%, потребление можно принять как 90% от измеренного кВА

pf = 80%; кВА = 1000; Плата за потребление = 10 долларов США / кВА

Плата за потребление = 0.90 * 1000 = 900 кВт

Штраф за pf = (900 — 1000 * 0,80) * 10 долларов за 1000 долларов в месяц

Коэффициент PF (

кВт

потребление)

корректировка

Если pf

можно скорректировать следующим образом:

X% / фактическая pf * фактическая потребность =

скорректированная потребность.

Если pf <85%, потребность будет скорректирована следующим образом: 85% / фактическая pf * фактическая

потребность = скорректированная потребность.

Потребление = 800 кВт; pf = 80%;

Плата за потребление = 10 долларов США / кВт

Скорректированная потребность = (0.85 / 0,80) * 800 = 850 кВт

Штраф на пт = (850-800) * 10 долл. США = 500 долл. США в месяц

Величина коэффициента мощности

(потребность в кВт)

Регулировка

Регулировка коэффициента мощности увеличивается или

уменьшает чистую мощность (кВт ) спрос

заряд X% для каждого Y% pf составляет

выше или ниже полезности

указанный pf

Если pf <85%, сборы за чистое потребление должны быть увеличены на 1% для каждого целого 1%

pf <90%; аналогично, если pf выше 95%, сборы за потребление будут уменьшены

на 1% на каждый целый 1% pf выше 90%.

Потребление = 800 кВт; pf = 80%; плата за потребление = 10 долларов США / кВт

До 90%, корректировка спроса = 800 * 10% = 80 кВт (от 80% до 90%) = чистая потребность в размере 880

кВт

Если коэффициент мощности корректируется до 1,0, корректировка коэффициента мощности ( снижение) = 800 * 10% = 80 кВт (от 90% до 100%) =

чистая потребность 720 кВт

При корректировке pf с 80% до 100% потенциальная чистая экономия составит (880-720) * 10 долларов США / кВт = 1600 долларов США / месяц

Множитель PF

(PFM)

Потребление увеличивается (или уменьшается

) на рассчитанный множитель

, определяемый коммунальным предприятием

или по формуле

Потребление = 800 кВт; pf = 80%; ЧИМ = 1.086; плата за потребление = 10 долларов США / кВА

Штраф за пф = 800 * 10 долларов * (0,086) = 688 долларов в месяц

Потребление

кВАр

плата за

долларов X за кВА реактивной нагрузки в

Превышение

Y% от потребности в кВт

0,45 долл. США за кВА реактивной нагрузки, превышающей 50% потребности в кВт.

Потребление = 800 кВт; pf = 80%;

Мощность

квар = 600; Избыточная потребность в квар = 600-800 * 0,50 = 200 квар

Штраф за кВт = 200 квар * (0,45 долл. / квар) = 90 долл. США в месяц

кВАр-час наценка X долл. за кварч 0 долл. США.000835 на кварч

кВАрч = 500000

Штраф на пт = 500000 * 0,00835 = 417 долларов США в месяц

Регулировка кВтч

(обратите внимание, что это

часто применяется

, где потребность

кВт является первой корректировкой

0002)

0002) $ P / кВтч для первого Q * кВтч * спроса

$ R / кВтч для следующего S * кВтч * спроса

$ X / кВтч для следующего Y * потребления кВтч

$ Z / кВтч для всех дополнительных

0,040 $ / кВтч за первые 100 кВтч * спрос

$ 0.035 / кВтч для следующих 150 кВтч * потребности

0,025 доллара США / кВтч для следующих 150 кВтч * потребности

0,020 доллара США / кВтч для всех дополнительных кВтч

Фактическая потребность = 800 кВт; Скорректированная потребность = 1000 кВт; Измеренное кВтч = 500000

Со штрафом

100 * 1000 = 100000 кВтч при 0,04 / кВтч = 4000 долларов США

150 * 1000 = 150000 кВтч при 0,035 / кВтч = 5250 долларов США

150 * 1000 = 150 000 кВтч при 0,025 / кВтч = 3750 долларов США

(500,000-100,000-150,000-150,000) * 0,02 USD / кВтч = 2000 USD

Итого = 15,000 USD

Без штрафа

100 * 800 = 80,000 кВтч @ 0.04 / кВтч = 3200 долл. США

150 * 800 = 120 000 кВтч при 0,035 / кВтч = 4200 долл. США

150 * 800 = 120 000 кВтч при 0,025 долл. США / кВтч = 3000 долл. США

(500 000-80 000–120 000–120 000 долл. США) * 0,02 долл. США / кВтч = 3600 долл. США

Итого = 14000 долларов США

Штраф = 15000 долларов США — 14000 долларов США = 1000 долларов США в месяц

(в дополнение к штрафу за спрос)

Применение высоковольтных конденсаторов и источников питания — определено

Фильтр постоянного тока
Фильтр постоянного тока используется для создания плавного напряжения от источников нерегулярного или пульсирующего напряжения.Высокие пиковые токи и токи пульсаций рассеиваются конденсаторами, накапливающими и высвобождающими заряд контролируемым образом.

Инвертор
Инвертор — это устройство, которое преобразует входную мощность постоянного тока в выходную мощность с переменной полярностью.

Резонансная цепь заряда
Схема, используемая для резонансной зарядки одного конденсатора от другого конденсатора через катушку индуктивности. Эта форма зарядки часто используется в схемах импульсного питания и регулирования мощности для эффективной передачи энергии от одного каскада к другому.

Сеть формирования импульсов
Сети формирования импульсов или PFN могут создавать импульс высокой мощности с относительно плоской вершиной. Это достигается за счет использования сети конденсаторов и катушек индуктивности для разряда в точное время, чтобы создать квадратный или трапециевидный ток. Существуют различные конструкции сети в зависимости от желаемого результата.

Драйвер фонарика
Схема импульсного разряда, обеспечивающая энергию для питания или «привода» лампы-вспышки.Часто эта схема представляет собой генератор Маркса или схему формирования импульсов.

Демпфер
Демпферная сеть используется для регулирования скорости изменения напряжения на нагрузке. Если ток переключается в демпферную сеть, напряжение в сети перескакивает на сопротивление демпфера, умноженное на ток нагрузки, чтобы уравнять потенциал.

Генератор Маркса
Генератор Маркса — это сеть, используемая для параллельной зарядки множества конденсаторов и их последовательного разряда, тем самым увеличивая выходное напряжение.Это полезно, когда напряжения питания недостаточно для создания высокой разности потенциалов, необходимой для определенных приложений. Обычно схема формирования импульсов типа А используется в сочетании с генератором Маркса для создания высоких напряжений.

Генератор импульсов
Генератор импульсов предназначен для излучения импульсов тока от источника постоянного тока. Пользователь заранее определяет частоту и рабочий цикл импульсов.

Блюмлейн
Blumlein состоит из двух согласованных линий передачи с нагрузкой между ними, которая в два раза превышает импеданс каждой линии.Две линии передачи не обязательно должны быть одинаковой длины, но они должны иметь одинаковый импеданс, чтобы нагрузка могла быть согласована с ними обеими.

Тросик для кабеля
Толкатель кабеля используется для проверки целостности кабеля электропитания. В нем используется цепь емкостного разряда, «ударник», для обнаружения повреждений в кабеле.

Устройства динамического восстановления напряжения
Эта сеть используется для защиты устройств, чувствительных к изменениям напряжения.Регуляторы динамического восстановления напряжения или цифровые видеорегистраторы могут подавать реактивную или активную мощность для коррекции провала напряжения. Реактивная мощность используется для исправления небольших неисправностей в системе, но реальная мощность должна подаваться для более крупных неисправностей. Реальная мощность поступает из накопленного заряда, обычно батареи конденсаторов, которые пополняются, когда входная мощность в норме.

Испытательное оборудование автоматических выключателей
Перед применением автоматические выключатели должны быть проверены на их безопасность.Источники высокого напряжения или сильного тока могут использоваться для проверки целостности автоматического выключателя. Подключив внешний источник питания, тестер может определить, правильно ли работает устройство, и определить минимальное напряжение срабатывания.

Коррекция коэффициента мощности
Коррекция коэффициента мощности или PFC позволяет энергосистеме работать наиболее эффективно для обеспечения максимальной мощности нагрузки. Существует два вида коррекции коэффициента мощности: активная (или групповая) коррекция коэффициента мощности и пассивная (или статическая) коррекция коэффициента мощности.Активный PFC использует цепь и батарею конденсаторов, включенных последовательно с источником питания, ведущим к нагрузке, тогда как пассивный PFC размещает конденсаторы параллельно с источником питания. Хотя активный PFC более эффективен, пассивный PFC более распространен из-за более низкой стоимости производства.

ЭМ стимуляция нервов
Короткие импульсы электрического тока низкого напряжения вводятся в желаемую область с помощью электродов, прикрепленных к коже. Хотя методика лечения неизвестна, она по-прежнему эффективна при лечении многих проблем со здоровьем.К ним относятся хроническая боль, артрит, головная боль и болезнь Альцгеймера.

Литотриптор
Литотриптор — это устройство, которое использует электрические разряды в воде для создания ударных волн, разрушающих камни в почках или мочевом пузыре. Эта процедура не является уклончивой, и потребность в дополнительном лечении составляет менее 10%.

Дефибриллятор
Дефибриллятор восстанавливает нормальное ритмическое функционирование сердца с помощью электрического разряда.Дефибрилляторы могут быть внешними или имплантируемыми, автоматическими или управляемыми вручную. Наиболее популярными сейчас являются автоматические внешние дефибрилляторы или AED, которые можно увидеть в офисах, школах и клубах здоровья.

Лазер хирургический
Хирургические лазеры используются для хирургических разрезов на теле. В хирургических процедурах использование лазеров приводит к меньшей потере крови, уменьшению боли, меньшему отеку и более быстрому выздоровлению, чем традиционные методы.

Стоматологический лазер
Стоматологические лазеры используются для обнаружения ямок в зубной эмали до того, как они станут полостями.Они используются для испарения кариеса и в стоматологических хирургических процедурах, потому что они более точны, чем скальпели и сверла. Стоматологические лазеры предпочтительнее, потому что во многих случаях они устраняют необходимость в анестезии.

Лазер для удаления волос
Низкоэнергетические лазеры используются для удаления нежелательных волос на теле, не затрагивая подлежащую кожу. Одна процедура может практически исключить необходимость удаления волос в будущем.

Дерматологический лазер
Лазеры используются для улучшения внешнего вида кожи на всех частях тела.Они используются для шлифовки лица, уменьшения видимости вен на ногах и удаления доброкачественных пигментных образований на коже.

Онкологический ускоритель
Линейный ускоритель в сочетании с лучевой терапией с модулированной интенсивностью (IMRT) может быть очень эффективным методом лечения рака. Онкологический ускоритель используется для точного нацеливания на опухоль и ее уменьшения с минимальным повреждением окружающей области.

Рентген
Рентгеновские изображения производятся с использованием высокочастотного электромагнитного излучения.Различные ткани и кости по всему телу создают более светлые или более темные области на пленке в зависимости от их способности поглощать рентгеновские фотоны. Рентгеновская технология позволяет врачам видеть сквозь ткани человека, чтобы с необычайной легкостью исследовать сломанные кости, полости и проглоченные предметы. Модифицированные рентгеновские процедуры можно использовать для исследования более мягких тканей, таких как легкие, кровеносные сосуды или кишечник.

Лазерный дальномер
Лазерный дальномер (LRF) — это электрооптический прибор, который измеряет расстояние как прямое следствие задержки распространения электромагнитной волны, т.е.е., LRF излучает лазерный луч и обнаруживает отраженный луч. При попадании в цель небольшая часть прошедшего света отражается обратно по пути к инструменту, где проходит через оптическую систему к приемнику. Дальность действия цели определяется интервалом времени, прошедшим с момента передачи импульса до момента приема возвращенного «эха» от цели.

Радар
Радар — это аббревиатура от Radio Detection and Ranging.Он работает в части микроволнового диапазона электромагнитного (ЭМ) спектра, а именно в диапазоне частот от 40 000 до 300 мегагерц (МГц). Последняя частота распространяется на более высокие частоты радиовещательной области. Радар посылает всплески или импульсы электромагнитной энергии, которые отражаются от цели. Затем часть отраженной энергии возвращается на приемную антенну радара. Расстояние, направление и скорость определяются как функция времени прохождения направленного пучка импульсов туда и обратно, мощности сигнала, распределенного на определенные расстояния, и частотного сдвига (доплеровского).Информация о форме мишени и некоторых диагностических физических свойствах материалов на поверхности и сразу под ней может быть определена путем анализа модификаций сигнала.

Микроволновая печь высокой мощности
Системы микроволн высокой мощности (HPM) используются для отключения электронного оборудования с помощью микроволнового излучения высокой мощности. Он использует ту же технологию, что и микроволновая печь на кухне (около 1500 Вт), но вместо этого выдает миллионы ватт, чтобы эффективно сжечь электронные схемы.Короткий всплеск мощной микроволновой энергии может быть смертельным для электроники, не оказывая никакого воздействия на людей, работающих с оборудованием. Аспект технологии с низким сопутствующим ущербом делает мощное микроволновое оружие полезным в самых разных миссиях, где предотвращение жертв среди гражданского населения является серьезной проблемой

Детонатор
В типичной цепи зажигания детонатора с взрывающейся мостовой проволокой (EBW) или взрывающейся фольгой (EFI) конденсатор заряжается со скоростью несколько миллиампер примерно за 1/10 секунды и разряжается с пиковым током 6000 ампер в 50 миллиардных долей секунды, чтобы вызвать взрыв.

Электромагнитная пусковая установка
Электромагнитная пусковая установка используется для приведения в движение металлического объекта с использованием теории электромагнетизма. Подключение источника питания к катушке с проволокой создает магнитную силу, которая одновременно притягивает и отталкивает. Увеличение источника питания и количества витков катушек может создавать все более большие силы.

Электромагнитная система запуска самолета
Электромагнитная система запуска самолетов (EMALS) применяет идею электромагнитной пусковой установки для катапультирования самолетов с авианосцев.Система EMALS будет использовать линейный электродвигатель длиной 300 футов для разгона самолета весом 100 000 фунтов до более 130 узлов и более легкого самолета до 200 узлов. В системе будет использоваться современная силовая электроника, накопители энергии и технологии линейных двигателей, чтобы добиться значительных улучшений по сравнению с существующими катапультами с паровым приводом. EMALS увеличит характеристики запуска и значительно снизит установленный вес, объем и требования к рабочей нагрузке. Ожидается, что EMALS снизит пиковые стартовые силы самолетов ВМФ.

Электромагнитный пистолет
Электромагнитная пушка — это электромагнитная пусковая установка, используемая для запуска снаряда, который толкается электромагнитным полем. Электромагнитная пушка должна иметь гораздо более высокие скорости, чем пороховые пушки.

Рейлган
Рельсотрон ускоряет снаряд, пропуская через него ток по паре рельсов. Токопроводящий снаряд выстреливается из двухступенчатой ​​газовой пушки по рельсотрону.Снаряд скользит между двумя параллельными токопроводящими рельсами и замыкает электрическую цепь. Большой ток, протекающий в цепи, создает магнитное поле, а сила Лоренца ускоряет снаряд. Ток создается за счет разряда конденсатора.

Катушка
Койлган использует соленоид для ускорения объекта к намеченной цели. Снаряд проталкивается через середину катушки с помощью магнитной силы, индуцированной электрическим током.

Электротермический пистолет
Электротермическая пушка использует электрическую энергию для нагрева пороха, который может быстро расширяться, создавая силу для боеприпаса. Эта сила способна термодинамически ускорять снаряд до высоких скоростей.

Намагничивание
Магнетизм может быть создан с помощью электрического тока, проходящего через катушку. Этот электромагнит использует индукцию для создания сил притяжения и отталкивания.

Формование металлов
Электромагнитные процессы используются для формования проводящих металлов. Этот метод позволяет более эффективно формировать металлы, поскольку они способны растягиваться больше, чем при использовании традиционных методов. Это позволяет производить формовку с высокой скоростью, которая обеспечивает более 100% удлинения при плоской деформации алюминия.

Уплотнение металлического порошка
При прессовании металлического порошка в матрицу с последующим спеканием деталей в печи получаются металлические детали.Новые методы уплотнения включают импульсные магнитные силы, питаемые от конденсаторной батареи.

Отжиг E-образной балки
Электронно-лучевой отжиг — это процесс отжига поверхности кремниевых пластин с помощью электронного луча. Отожженная поверхность кремния обычно легируется фосфором, бором или мышьяком для изменения ее электропроводности. Использование электронного луча привлекательно из-за точности и аккуратности, которые он обеспечивает.

Лазерная ударная обработка
Лазерная ударная обработка используется для создания полезных остаточных напряжений в металлах.Он включает в себя лазерный луч, который испаряет непрозрачный материал на поверхности металла. Эта реакция создает быстро расширяющийся газ, который производит ударные волны, необходимые для напряжения металла.

Индукционный нагрев
Индукционный нагрев — это метод нагрева и обработки металлов с помощью электрического тока. Катушка наматывается вокруг заготовки, а затем через катушку пропускается ток для создания вихревых токов в материале, которые выделяют интенсивное локализованное тепло.

Возбудитель ультразвукового преобразователя
Ультразвуковой преобразователь используется для преобразования электрической энергии в механическую. Он состоит из преобразователя, усилителя и сонотрода. Преобразователь содержит пьезоэлектрический материал, который колеблется с высокой частотой при подаче электроэнергии. Бустер соединяет преобразователь с сонотродом или инструментом, изменяя при этом амплитуду входной вибрации.

Точечная сварка
Точечная сварка требует электрического тока и давления для соединения перекрывающихся частей металла.Источники питания постоянного тока и емкостного разряда, подключенные к различным сварочным головкам, позволяют сваривать металлы в самых разных областях.

Стерилизация пищевых продуктов
Стерилизация пищевых продуктов очень важна для обеспечения того, чтобы пища была безопасной для употребления, а также сохранялась дольше. Доказано, что методы стерилизации УФ-облучением убивают бактерии, споры, паразитов, насекомых и замедляют созревание и разложение. Ультрафиолетовые лампы-вспышки питаются от конденсаторного разряда.

Медицинская стерилизация
Стерилизация медицинских инструментов имеет важное значение при лечении пациентов. Для обеспечения безопасности в медицинских учреждениях обычно используются радиационные методы, такие как электронно-лучевая, оксид этилена и гамма-излучение.

Импульсные осадители / электростатические осадители (ESP)
Электростатические пылеуловители или ЭЦН используются для контроля загрязняющих веществ в газовом потоке.С помощью ЭЦН с импульсным коронным разрядом газообразные загрязнители, такие как диоксид кремния, оксиды азота, фреон, диоксин и другие органические соединения, могут быть эффективно удалены до попадания в атмосферу.

Имплантация импульсных ионов
Имплантация импульсных ионов используется для повышения износостойкости и коррозионной стойкости поверхности металлов. Это достигается обработкой поверхности импульсом плазмы, ускоренной под высоким напряжением, при очень высоких температурах.Это создает диффузию межузельных атомов в поверхность, что увеличивает твердость.

Поверхностная закалка металла
Закалка металлической поверхности или цементация улучшает износостойкость и коррозионную стойкость металлов. Некоторые методы включают импульсную ионную имплантацию, лазерную ударную обработку, отжиг, дробеструйное упрочнение и науглероживание.

Спаркер с нижним отверстием
Спаркеры в скважине используются для определения томографии между двумя соседними скважинами.Сейсмический источник или искровый генератор опускается в одну скважину, а ряд приемников, называемых гидрофонами, опускается в другую. Полученные передачи, собранные гидрофонами, затем используются для изображения состава между двумя отверстиями на основе теории, согласно которой более высокие скорости являются результатом более высокой плотности.

Электромагнитное картирование
Электромагнитное картирование использует теорию о том, что разные материалы по-разному распространяют электромагнитные волны, чтобы нанести на карту геологический ландшафт.Процесс включает в себя электромагнитный передатчик и приемник, которые размещаются в местах, окружающих интересующую область. Данные, собранные приемником, затем преобразуются в изображение с изменяющейся композицией.

Каротаж скважин
Каротаж — это метод использования измерительных приборов для определения состава ствола скважины или прилегающей земли. Некоторые методы каротажа скважин — это электрический каротаж, гамма-каротаж и кавернометрия.Эти методы каротажа полезны для определения качества грунтовых вод и близости нефтей, газов и минералов.

Тяга
Силовые конденсаторы для преобразователей цепей постоянного тока являются ключевыми компонентами синхронных трехфазных приводов, которые в настоящее время являются мировым стандартом в области рельсовой тяги.

Ускоритель исследований
Машина, используемая для получения пучков заряженных частиц с очень высокой скоростью, таких как электроны, протоны или тяжелые ионы.Эти лучи используются для проведения экспериментов по исследованиям в области радиации, физики элементарных частиц и ядерной физики.

Линейный ускоритель
Ускоритель частиц (LINAC) производит высокоскоростные пучки заряженных частиц, таких как электроны, протоны или тяжелые ионы. Эти лучи используются для проведения экспериментов по исследованиям в области радиации, физики элементарных частиц и ядерной физики.

Плазменная система зажима
Система плазменного пинча или z-пинча создает импульсное электромагнитное излучение в виде рентгеновских лучей.Это достигается за счет приложения высокого напряжения к анодному и катодному зазорам цилиндрической формы для сжатия ограниченной плазмы. Плотность и температура повышаются до нестабильности и излучает излучение.

Имитатор молний
Симуляторы молний используются для наблюдения за воздействием молнии на компоненты без риска реального удара молнии. Симуляторы могут имитировать различные типы ударов молнии, такие как высоковольтные, сильноточные, многоходовые и множественные разряды.

Яг-лазер
Yag-лазер — это твердотельный лазер, сделанный из иттрий-алюминиевого граната, легированного эрбием, неодимом или гольмием. Лазеры Yag являются инфракрасными и имеют длину волны 2940 нм для эрбия: Yag, 1064 нм для неодима: Yag и 2100 нм для гольмия: Yag.

Александритовый лазер
Александритовый лазер — это твердотельный лазер с длиной волны 755 нм. Он широко используется в дерматологии, а также при лазерной эпиляции.

Рубиновый лазер
Рубин, который считается первым оптическим материалом для лазерной генерации, имеет длину волны 694 нм.

Эксимерный лазер
В эксимерных лазерах используется смесь реактивного и инертного газа. Когда вводится электрический заряд, образуется димерная молекула, которая излучает ультрафиолетовый свет при лазерной обработке.

Азотный лазер
Азотный или N2-лазер — это импульсный лазер с выходной мощностью 337 нм в ультрафиолетовой области.Большое напряжение подается на лампу-вспышку, содержащую газообразный азот, для получения лазера.

Лазер на парах металла
Лазеры на парах металлов обычно содержат инертный газ и перегретый металл или металлический пар в качестве материала для генерации. Некоторые типы лазеров на парах металлов включают пары меди (CVL), пары золота (GVL) и пары кадмия (He-Cd) с газом неоном и гелием.

Fusion Research (NIF)
Эксперименты в Национальном центре зажигания Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии определяют возможность термоядерных реакций в вопросах национальной безопасности, производства энергии и наук о высоких энергиях.Четыре из 192 лазеров, необходимых для термоядерного синтеза, были успешно запущены в ходе первоначальных испытаний установки NIF в декабре 2002 года.

Электродвигатель
Этот метод движения, в отличие от метода ядерного теплового движения, использует электричество для ускорения выхлопных частиц для создания тяги. Хотя электрическая тяга дает меньшую тягу, она более эффективна и способна перемещать космические корабли на большие расстояния, чем традиционные методы.

Импульсный плазменный двигатель
Импульсный плазменный двигатель (PPT) работает путем приложения разности напряжений между анодом и катодом, создавая ток, текущий по поверхности тефлона.Тефлон разлагается и создает фторуглеродную плазму, которая ускоряется электромагнитными и тепловыми средствами для создания тяги.

Удаление льда
Удаление льда является обязательным условием безопасности летного экипажа и пассажиров. Накопление инея, снега и льда на обшивке самолета может значительно изменить динамику самолета при взлете и в полете. Новая технология, разработанная НАСА, под названием Electro Expulsive Separation System (EESS) использует ток через проводники на поверхности самолета для создания импульсов, заставляющих лед отламываться во время полета.

Стробоскопическое освещение
Имея решающее значение для безопасности коммерческих и военных самолетов, внешнее стробоскопическое освещение может эффективно предотвращать столкновения в воздухе. Самолеты и вертолеты с освещением для предотвращения столкновений снизили риск благодаря использованию мощных огней, способных видеть 2000 кандел на расстоянии до 5 миль.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *