Для чего нужен конденсатор в электрической схеме: Принцип работы конденсатора

Содержание

Конденсатор | Класс робототехники

Электрический конденсатор (англ. capacitor) — это устройство, которое может накапливать электрический заряд и хранить его некоторое время. Конденсаторы можно найти практически в любом электронном устройстве. Они бывают разных типов и размеров.

На электрических схемах конденсаторы обозначают двумя параллельными черточками. При этом, у полярных конденсаторов около положительного электрода дополнительно ставится плюсик.

Для чего нужен конденсатор?

У этого прибора есть множество применений. Мы не будем перечислять их все, отметим лишь некоторые.

1) Фильтрация пульсаций в цепях питания. Конденсаторы часто ставят на входе и выходе преобразователей напряжения, на входе питания микросхем. В этом случае конденсаторы служат своего рода амортизаторами, которые могут сгладить неровности напряжения, подобно амортизаторам автомобиля, сглаживающим неровности дороги.

2) Времязадающие электрические цепи.

Конденсаторы разной ёмкости заряжаются и разряжаются за разное время. Эту особенность используют в устройствах, где необходимо отсчитывать определенные промежутки времени. Например, с помощью резистора и конденсатора задается период и скважность импульса в микросхеме таймера 555 (урок про таймер 555).

3) Датчики прикосновения. В роли одной из обкладок конденсатора может выступить человек. Эту особенность нашего тела используют в своей работе сенсорные кнопки, тачскрины и тачпады некоторых видов.

4) Хранение данных. Конденсаторы применяются для хранения данных в оперативной памяти — ОЗУ (SRAM). Каждый модуль такой памяти содержит миллиарды отдельных конденсаторов, которые могут быть заряжены или разряжены, что интерпретируется как единица или ноль.

И это далеко не все варианты применения этого незаменимого прибора. Попробуем разобраться, как устройство конденсатора позволяет ему выполнять столько полезных функций!

Устройство простейшего конденсатора

Конденсатор состоит их двух металлических пластин — электродов, называемых также обкладками, между которыми находится тонкий слой диэлектрика.

Собственно, все конденсаторы устроены именно таким (или почти таким) образом, разве что меняется материал обкладок и диэлектрика.

Чтобы увеличить ёмкость конденсатора, не увеличивая его размеры, применяют разные хитрости. Например, если мы возьмем две обкладки в виде длинных полосок фольги, проложим между ними хотя бы тот же полиэтилен и свернем все это как рулет, то получится очень компактный прибор с большой ёмкостью. Именно так устроены плёночные конденсаторы.

Если вместо полиэтилена взять бумагу и пропитать её электролитом, то на поверхности фольги образуется тонкий слой оксида, который не проводит ток. Такой конденсатор будет называться электролитическим.

Существует много разных видов конденсаторов: бумажные, плёночные, оксидные алюминиевые и танталовые, вакуумные и т.п. В нашем уроке мы будем использовать оксидные электролитические конденсаторы из-за их большой ёмкости и доступности.

Полярные и неполярные конденсаторы

Очень важным является разделение конденсаторов на полярные и неполярные.

Приборы на основе оксидов: электролитические алюминиевые и танталовые обычно являются полярными, а значит если перепутать их полярность — они выйдут из строя. Причём этот выход из строя будет сопровождаться бурной электрохимической реакций вплоть до взрыва конденсатора.

На полярных конденсаторах всегда имеется маркировка. Как правило на электролитических конденсаторах на корпусе контрастной полосой отмечается отрицательный вывод (катод), у танталовых (в желтых прямоугольных корпусах) полоской помечается положительный вывод (анод). Если есть сомнения в маркировке, то лучше найти документацию на этот конденсатор и убедиться.

Неполярные же конденсаторы можно включать в цепь какой угодно стороной. К примеру, многослойные керамические конденсаторы — неполярные.

Ёмкость и напряжение конденсатора

Теперь обратим внимание на две важные характеристики конденсатора: ёмкость и номинальное напряжение.

Ёмкость конденсатора характеризует способность конденсатора накапливать заряд.  Это как ёмкость банки, в которой хранится, к примеру, вода. Кстати, не зря одним из первых электрических конденсаторов была так называемая Лейденская банка. Она представляла собой обыкновенную стеклянную посуду, снаружи обмотанную фольгой. В банку была налита токопроводящая жидкость — электролит. Фольга и электролит играли роль обкладок, а стекло банки служило тем самым диэлектрическим барьером.

Ёмкость электрического конденсатора измеряют в фарадах. В схемах ёмкость обозначают латинской буквой C. Как правило, ёмкость классических конденсаторов варьируется от нескольких пикофарад (пФ) до нескольких тысяч микрофарад (мкФ). Ёмкость указывается на корпусе конденсатора. Если единицы не указаны — то это пикофарады. Микрофарады часто обозначают как uF — так как буква u внешне похожа на греческую букву мю, которую используют вместо приставки микро.

Существует и особый вид конденсаторов, называемых ионисторами (англ. supercapacitor), которые имеют ёмкость в несколько фарад!  Чем больше ёмкость конденсатора, тем больше энергии в нём может храниться и тем дольше он заряжается, при прочих равных условиях.

Номинальное напряжение — второй важный параметр. Это такое напряжение, при котором конденсатор будет работать весь срок службы без критичного изменения своих параметров. Нельзя применять в 12-вольтовой цепи конденсатор на 6 вольт — он быстро выйдет из строя.

Именно эти два параметра обычно наносят на поверхность корпуса конденсатора. На фотографии ниже изображён электролитический конденсатор ёмкостью 470 мкФ и номинальным напряжением 16 Вольт.

А вот на керамических конденсаторах часто указывают только ёмкость. На картинке ниже конденсатор имеет маркировку 104. Что бы это значило?

Последняя цифра в этом коде — количество нулей после двухзначного числа в начале. 104 = 10 0000 пФ = 100 нФ = 0,1 мкФ

Параллельное и последовательное подключение конденсаторов

Как и в случае резисторов, конденсаторы можно составлять в цепочки. Это бывает нужно, когда в схеме необходима какая-то конкретная ёмкость, а у вас нет такого конденсатора.

Параллельное подключение

В отличие от резисторов, при параллельном подключении конденсаторов их ёмкости складываются. Например, если нам нужно получить ёмкость 3000 мкФ, а у нас есть два конденсатора по 1000 мкФ, и 10 штук по 100 мкФ, смело ставим их параллельно и получаем: 1000*2+100*10 = 2000 + 1000 = 3000 мкФ

Последовательно подключение

При последовательном подключении конденсаторы ведут себя как резисторы, соединённые параллельно. Например, посчитаем суммарную ёмкость двух конденсаторов на 100 мкФ, соединённых последовательно:

Суммарная ёмкость Ctot = 50 мкФ.

Заряд и разряд конденсатора — RC-цепочка

Теперь разберёмся с процессами, происходящими внутри конденсатора во время заряда и разряда. Для этого рассмотрим самую простую электрическую цепь с конденсатором. С левой стороны схемы подключим источник питания. Сверху разместим ключ и резистор, а справа сам конденсатор. Участок цепи, на котором есть конденсатор и резистор называют RC-цепью.

При замыкании ключа, в такой цепи образуется электрический ток, сила которого зависит от сопротивления резистора и внутреннего сопротивления самого конденсатора. Заряженные частицы устремятся к конденсатору, но не смогут преодолеть слой диэлектрика (по крайней мере все разом). Вследствие чего, с одной стороны конденсатора накопятся отрицательно заряженные частицы, а с другой стороны — положительно заряженные. Концентрация заряженных частиц на обкладках создаст мощное электрическое поле между ними.

С течением времени, напряжение на конденсаторе растет, а сила тока падает. После завершения процесса заряда, ток в цепи упадет почти до нуля. Останется только очень маленький ток утечки, который образуется благодаря тому, что некоторым заряженным частицам всё же удается проскочить через слой диэлектрика. Напряжение, напротив, станет практически равным напряжению источника.

Когда мы отключим конденсатор от источника питания, этот самый ток утечки постепенно разрядит конденсатор. Эта особенность электрических конденсаторов не даёт нам сделать из них контейнер для длительного хранения энергии. Хотя частично эту проблему решают ионисторы.

Резистор и время заряда конденсатора

Зачем в цепи нужен резистор? Что на мешает подключить его напрямую к источнику? Тому есть две причины.

Резистор ограничивает ток, протекающий через конденсатор. Чем меньше заряженных частиц за единицу времени прибывает в конденсатор, тем больше времени для заряда ему потребуется.

Конденсатор заряжается и разряжается по экспоненциальному закону. Зная это, мы можем легко рассчитать время заряда/разряда в зависимости от его ёмкости и от сопротивления резистора.

По картинке можно понять, что за время T конденсатор заряжается на 63,2%. А вот за время 3T уже на 95%. Время T здесь равно произведению ёмкости конденсатора C на сопротивление R, последовательно соединенного резистора:

Например, у нас есть конденсатор ёмкостью 100 мкФ, соединенный с резистором 1 кОм. Посчитаем за сколько секунд он зарядится хотя бы до 95%:

Теперь умножаем это на 3 и получаем 3T = 0,3 секунды — за такое время конденсатор почти полностью будет заряжен.

Таким образом, меняя ёмкость конденсатора и резистора мы можем управлять временем его заряда, что нам ещё пригодится в будущем.

Вторая важная причина, по которой в цепи присутствует резистор — защита источника питания. Дело в том, что разряженные конденсаторы имеют очень низкое внутреннее сопротивление, которое составляет доли Ома. По сути, их можно рассматривать как обычные проводники. А что будет, если замкнуть выводы питания проводником? Будет короткое замыкание! Такой режим работы цепи является аварийным для источника питания, и его нужно всячески избегать.

Плавное выключение светодиода при помощи конденсатора

Проведем небольшой опыт. Для этого соберем на макетной плате цепь с кнопкой, конденсатором и светодиодом. В качестве источника питания используем контакты питания Ардуино Уно.

Принципиальная схема

Внешний вид макета

Подключим Ардуино  к питанию. Затем, нажмем кнопку и светодиод практически мгновенно загорится. Отпустим кнопку — светодиод медленно начнет гаснуть. Почему так происходит?

Сразу после подключения нашей схемы к источнику питания, в ней начинают происходит интересные процессы.

Как уже говорилось ранее, пока конденсатор пустой, ток через него максимален. Следовательно, конденсатор начинает стремительно набирать заряд. При этом светодиоду, который подключен параллельно, ничего не достается 🙁 Напряжение на нем близко к нулю.

С течением времени конденсатор насыщается, благодаря чему ток начинает постепенно переходить в параллельную цепь — через светодиод. Напряжение на светодиоде начинает расти. Наступает момент, когда напряжение на светодиоде принимает критическое значение (для красного светодиода около 1,8 В), при котором он стремительно отбирает остатки тока у конденсатора и вспыхивает!

Когда мы отпускаем кнопку, ситуация становится гораздо проще. Конденсатор становится источником питания для светодиода с резистором. Светодиод начинает медленно высасывать заряд из конденсатора, пока тот не разрядится. Тут мы и наблюдаем медленно угасание.

Меняя сопротивление R1, мы можем влиять на скорость вспыхивания светодиода. Однако, следует учитывать, что увеличивая R1 мы будем снижать ток в цепи, тем самым уменьшая максимальный заряд конденсатора и яркость светодиода.

Увеличивая C1, мы получим более длительное время работы светодиода после выключения источника. Это как поставить более ёмкую батарейку.

Наконец, меняя R2 можно регулировать яркость светодиода, и соответственно, время его работы. Ведь чем меньше тока мы забираем из конденсатора, тем на большее время его хватит.

К размышлению

Итак, мы познакомились с конденсатором — интересным и порой опасным жителем любой электронной платы. В следующих уроках уделим внимание резистору и индуктивности, а также более сложному их собрату — транзистору.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Выпрямитель и простейший блок питания, как это сделать самому

Выпрямитель и простейший блок питания, как это сделать самому

Блок питания (БП) — устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого системе, из напряжения электрической сети.

Выпрямитель — это устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Это одна из самых часто встречающихся деталей в электроприборах, начиная от фена для волос, заканчивая всеми типами блоков питания с выходным напряжением постоянного тока. Есть разные схемы выпрямителей и каждая из них в определённой мере справляется со своей задачей. В этой статье мы расскажем о том, как сделать однофазный выпрямитель, и зачем он нужен.

Определение

Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Слово «постоянный» не совсем корректно, дело в том, что на выходе выпрямителя, в цепи синусоидального переменного напряжения, в любом случае окажется нестабилизированное пульсирующие напряжение. Простыми словами: постоянное по знаку, но изменяющееся по величине.

Различают два типа выпрямителей:

Однополупериодный. Он выпрямляет только одну полуволну входного напряжения. Характерны сильные пульсации и пониженное относительно входного напряжение.

Двухполупериодный. Соответственно, выпрямляется две полуволны. Пульсации ниже, напряжение выше чем на входе выпрямителя – это две основных характеристики.

Что значит стабилизированное и нестабилизированное напряжение?

Стабилизированным называется напряжение, которое не изменяется по величине независимо ни от нагрузки, ни от скачков входного напряжения. Для трансформаторных источников питания это особенно важно, потому что выходное напряжение зависит от входного и отличается от него на Ктрансформации раз.

Нестабилизированное напряжение – изменяется в зависимости от скачков в питающей сети и характеристик нагрузки. С таким блоком питания из-за просадок возможно неправильное функционирование подключенных приборов или их полная неработоспособность и выход из строя.

Выходное напряжение

Основные величины переменного напряжения — амплитудное и действующее значение. Когда говорят «в сети 220В переменки» имеют в виду действующее напряжение.

Если говорят об амплитудной величине, то имеют в виду, сколько вольт от нуля до верхней точки полуволны синусоиды.

Опустив теорию и ряд формул можно сказать, что действующее напряжение в 1.41 раз меньше амплитудного. Или:

Uа=Uд*√2

Амплитудное напряжение в сети 220В равняется:

220*1.41=310

Схемы

Однополупериодный выпрямитель состоит из одного диода. Он просто не пропускает обратную полуволну. На выходе получается напряжение с сильными пульсациями от нуля до амплитудного значения входного напряжения.

Если говорить совсем простым языком, то в этой схеме к нагрузке поступает половина от входного напряжения. Но это не совсем корректно.

Двухполупериодные схемы пропускают к нагрузке обе полуволны от входного. Выше в статье упоминалось об амплитудном значении напряжения, так вот напряжение на выходе выпрямителя то же ниже по величине, чем действующее переменное на входе.

Но, если сгладить пульсации с помощью конденсатора, то, чем меньшими будут пульсации, тем ближе напряжение будет к амплитудному.

О сглаживания пульсаций мы поговорим позже. А сейчас рассмотрим схемы диодных мостов.

Их две:

1. Выпрямитель по схеме Гретца или диодный мост;

2. Выпрямитель со средней точкой.

Первая схема более распространена. Состоит из диодного моста – четыре диода соединены между собой «квадратом», а в его плечи подключена нагрузка. Выпрямитель типа «мост» собирается по схеме приведенной ниже:

Её можно подключить напрямую к сети 220В, так сделано в современных импульсных блоках питания, или на вторичные обмотки сетевого (50 Гц) трансформатора. Диодные мосты по этой схеме можно собирать из дискретных (отдельных) диодов или использовать готовую сборку диодного моста в едином корпусе.

Вторая схема – выпрямитель со средней точкой не может быть подключена напрямую к сети. Её смысл заключается в использовании трансформатора с отводом от середины.

По своей сути – это два однополупериодных выпрямителя, подключенные к концам вторичной обмотки, нагрузка одним контактом подключается к точке соединения диодов, а вторым – к отводу от середины обмоток.

Её преимуществом перед первой схемой является меньшее количество полупроводниковых диодов. А недостатком – использование трансформатора со средней точкой или, как еще называют, отводом от середины. Они менее распространены чем обычные трансформаторы со вторичной обмоткой без отводов.

Сглаживание пульсаций

Питание пульсирующим напряжением неприемлемо для ряда потребителей, например, источники света и аудиоаппаратура. Тем более, что допустимые пульсации света регламентируются в государственных и отраслевых нормативных документах.

Для сглаживания пульсаций используют фильтры – параллельно установленный конденсатор, LC-фильтр, разнообразные П- и Г-фильтры…

Но самый распространенный и простой вариант – это конденсатор, установленный параллельно нагрузке. Его недостатком является то, что для снижения пульсаций на очень мощной нагрузке придется устанавливать конденсаторы очень большой емкости – десятки тысяч микрофарад.

Его принцип работы заключается в том, что конденсатор заряжается, его напряжение достигает амплитуды, питающее напряжение после точки максимальной амплитуды начинает снижаться, с этого момента нагрузка питается от конденсатора. Конденсатор разряжается в зависимости от сопротивления нагрузки (или её эквивалентного сопротивления, если она не резистивная). Чем больше емкость конденсатора – тем меньшие будут пульсации, если сравнивать с конденсатором с меньшей емкостью, подключенного к этой же нагрузке.

Простым словами: чем медленнее разряжается конденсатор – тем меньше пульсации.

Скорости разряда конденсатора зависит от потребляемого нагрузкой тока. Её можно определить по формуле постоянной времени:

t=RC,

где R – сопротивление нагрузки, а C – емкость сглаживающего конденсатора.

Таким образом, с полностью заряженного состояния до полностью разряженного конденсатор разрядится за 3-5 t. Заряжается с той же скоростью, если заряд происходит через резистор, поэтому в нашем случае это неважно.

Отсюда следует – чтобы добиться приемлемого уровня пульсаций (он определяется требованиями нагрузки к источнику питания) нужна емкость, которая разрядится за время в разы превышающее t. Так как сопротивления большинства нагрузок сравнительно малы, нужна большая емкость, поэтому в целях сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя применяют электролитические конденсаторы, их еще называют полярными или поляризованными.

Обратите внимание, что путать полярность электролитического конденсатора крайне не рекомендуется, потому что это чревато его выходом из строя и даже взрывом. Современные конденсаторы защищены от взрыва – у них на верхней крышке есть выштамповка в виде креста, по которой корпус просто треснут. Но из конденсатора выйдет струя дыма, будет плохо, если она попадет вам в глаза.

Расчет емкости ведется исходя из того какой коэффициент пульсаций нужно обеспечить. Если выражаться простым языком, то коэффициентом пульсаций показывает, на какой процент проседает напряжение (пульсирует).

Чтобы посчитать емкость сглаживающего конденсатора можно использовать приближенную формулу:

C=3200*Iн/Uн*Kп,

Где Iн – ток нагрузки, Uн – напряжение нагрузки, Kн – коэффициент пульсаций.

Для большинства типов аппаратуры коэффициент пульсаций берется 0.01-0.001. Дополнительно желательно установить керамический конденсатор как можно большей емкости, для фильтрации от высокочастотных помех.

Как сделать блок питания своими руками?

Простейший блок питания постоянного тока состоит из трёх элементов:

1. Трансформатор;

2. Диодный мост;

3. Конденсатор.

Если нужно получить высокое напряжение, и вы пренебрегаете гальванической развязкой то можно исключить трансформатор из списка, тогда вы получите постоянное напряжение вплоть до 300-310В. Такая схема стоит на входе импульсных блоков питания, например, такого как у вас на компьютере.

Это нестабилизированный блок питания постоянного тока со сглаживающим конденсатором. Напряжение на его выходе больше чем переменное напряжение вторичной обмотке. Это значит, что если у вас трансформатор 220/12 (первичная на 220В, а вторичная на 12В), то на выходе вы получите 15-17В постоянки. Эта величина зависит от емкости сглаживающего конденсатора. Эту схему можно использовать для питания любой нагрузки, если для нее неважно, то, что напряжение может «плавать» при изменениях напряжения питающей сети.

Важно:

У конденсатора две основных характеристики – емкость и напряжение. Как подбирать емкость мы разобрались, а с подбором напряжения – нет. Напряжение конденсатора должно превышать амплитудное напряжение на выходе выпрямителя хотя бы в половину. Если фактическое напряжение на обкладках конденсатора превысит номинальное – велика вероятность его выхода из строя.

Старые советские конденсаторы делались с хорошим запасом по напряжению, но сейчас все используют дешевые электролиты из Китая, где в лучшем случае есть малый запас, а в худшем – и указанного номинального напряжения не выдержит. Поэтому не экономьте на надежности.

Стабилизированный блок питания отличается от предыдущего всего лишь наличием стабилизатора напряжения (или тока). Простейший вариант – использовать L78xx или другие линейные стабилизаторы, типа отечественного КРЕН.

Так вы можете получить любое напряжение, единственное условие при использовании подобных стабилизаторов, это то, напряжение до стабилизатора должно превышать стабилизированную (выходную) величину хотя бы на 1.5В. Рассмотрим, что написано в даташите 12В стабилизатора L7812:

Входное напряжение не должно превышать 35В, для стабилизаторов от 5 до 12В, и 40В для стабилизаторов на 20-24В.

Входное напряжение должно превышать выходное на 2-2.5В.

Полная версия даташита https://www.jameco.com/Jameco/Products/ProdDS/889305.pdf

Т.е. для стабилизированного БП на 12В со стабилизатором серии L7812 нужно, чтобы выпрямленное напряжение лежало в пределах 14.5-35В, чтобы избежать просадок, будет идеальным решением применять трансформатора с вторичной обмоткой на 12В.

Но выходной ток достаточно скромный – всего 1.5А, его можно усилить с помощью проходного транзистора. Если у вас есть PNP-транзисторы, можно использовать эту схему:

На ней изображено только подключение линейного стабилизатора «левая» часть схемы с трансформатором и выпрямителем опущена.

Если у вас есть NPN-транзисторы типа КТ803/КТ805/КТ808, то подойдет эта:

Стоит отметить, что во второй схеме выходное напряжение будет меньше напряжения стабилизации на 0.6В – это падение на переходе эмиттер база. Для компенсации этого падения в цепь был введен диод D1.

Можно и в параллель установить два линейных стабилизатора, но не нужно! Из-за возможных отклонений при изготовлении нагрузка будет распределяться неравномерно и один из них может из-за этого сгореть.

Установите и транзистор, и линейный стабилизатор на радиатор, желательно на разные радиаторы. Они сильно греются.

Регулируемые блоки питания

Простейший регулируемый блок питания можно сделать с регулируемым линейным стабилизатором LM317, её ток тоже до 1. 5 А, вы можете усилить схему проходным транзистором, как было описано выше.

Вот более наглядная схема для сборки регулируемого блока питания.

Чтобы получить больший ток можно и использовать более мощный регулируемый стабилизатор LM350.

В последних двух схемах есть индикация включения, которая показывает наличие напряжения на выходе диодного моста, выключатель 220В, предохранитель первичной обмотки.

Вот пример регулируемого зарядного устройства для аккумулятора с тиристорным регулятором в первичной обмотке, по сути такой же регулируемый блок питания.

Кстати похожей схемой регулируют и сварочный ток:

Заключение

Выпрямитель используется в источниках питания для получения постоянного тока из переменного. Без его участия не получится запитать нагрузку постоянного тока, например светодиодную ленту или радиоприемник.

Также используются в разнообразных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов, есть ряд схем с использованием трансформатора с группой отводов от первичной обмотки, которые переключаются галетным переключателем, а во вторичной обмотке установлен только диодный мост. Переключатель устанавливают со стороны высокого напряжения, так как, там в разы ниже ток и его контакты не будут пригорать от этого.

По схемам из статьи вы можете собрать простейший блок питания как для постоянной работы с каким-то устройством, так и для тестирования своих электронных самоделок.

Схемы не отличаются высоким КПД, но выдают стабилизированное напряжение без особых пульсаций, следует проверить емкости конденсаторов и рассчитать под конкретную нагрузку. Они отлично подойдут для работы маломощных аудиоусилителей, и не создадут дополнительного фона. Регулируемый блок питания станет полезным автолюбителями и автоэлектрикам для проверки реле регулятора напряжения генератора.

Регулируемый блок питания используется во всех областях электроники, а если его улучшить защитой от КЗ или стабилизатором тока на двух транзисторах, то вы получите почти полноценный лабораторный блок питания.

Ранее ЭлектроВести писали, что компании Nissan Energy и OPUS Campers представили любопытную новинку — концептуальный автомобиль-кемпер Nissan x OPUS. Главная идея Nissan x OPUS заключается в том, чтобы обеспечить путешественников электроэнергией вдали от цивилизации. Для этого предлагается использовать отработанные аккумуляторные батареи электромобилей.

По материалам: electrik.info.

Чему не учат о конденсаторах

Davide Bortolami

|&nbsp Создано: 8 Февраля, 2021 &nbsp|&nbsp Обновлено: 16 Июня, 2021

В инженерной деятельности мы часто применяем сотни эмпирических правил для упрощения тех аспектов, над которыми работаем.

Если бы мы запускали квантово-физическое моделирование всякий раз, когда необходимо поморгать светодиодом, мы бы никогда ничего не добились. Тем не менее, многие из этих правил были сформулированы в прошлом, когда индустрия электроники радикально отличалась от нынешней.

Сегодня мы собираемся забыть, чему нас учили о том, что такое конденсатор. Кроме того, мы рассмотрим, как использовать конденсаторы с учетом современной электроники.

Чем конденсатор больше не является

Одно из общераспространенных мнений состоит в том, что основная роль конденсатора заключается в хранении заряда, подобно тому, как ведро с водой наполняется одной чашкой и в то же время опустошается другой.

Если вы когда-либо вступали в дискуссию “протекает ли ток через конденсатор” и уходили больше в политику, чем в физику, вы знаете, что типовые аналогии не имеют особого смысла, когда речь идет о переменном токе. Конденсатор – это просто два проводника, разделенных диэлектриком, и нигде в основных физических объяснениях его свойств вы не найдете объяснения того, что с этим делать.

Хранение энергии – это лишь одно из множества применений конденсатора, таких как фильтрация, формирование и инвертирование электрических сигналов и импедансов. Мы привыкли думать, что это основное применение конденсатора, поскольку это было его первым применением на заре электричества постоянного тока и электроскопа Уильяма Гилберта, изобретенного в XV веке.

Назначение конденсатора

Такие термины, как развязывающий и байпасный (шунтирующий) конденсатор, часто используются как синонимы – я сам совершал эту ошибку бесчисленное количество раз.

Это приводит к большой путанице, поскольку для разных целей часто требуются конденсаторы с разными электрическими и физическими параметрами, такими как форм-фактор, номинальное напряжение, ESR (эквивалентное последовательное сопротивление), ESL (эквивалентная последовательная индуктивность) и профиль собственного резонанса.

Конденсаторы называют по-разному не только исходя из технологии, по которой они созданы (керамический, электролитический), но и их назначения.

В следующих разделах рассмотрено несколько из наиболее распространенных назначений конденсаторов.

Рис. 1. Конденсаторы на современной плате. Если присмотреться, вы заметите различные типы конденсаторов, используемые в цепях разного назначения. Изображение от Michael Dziedzic

Байпасный конденсатор

Назначением байпасного конденсатора является передача радиочастотной энергии (переменного тока достаточно высокой частоты) от одной части платы к другой. Соответственно, о хранении заряда речи не идет вообще. Байпасный конденсатор предназначен для проведения, а не для хранения.

Для этого необходим тщательный подбор конденсатора с минимально возможным импедансом на нужных частотах. Этого можно достичь максимально близким соответствием собственной резонансной частоты конденсатора и частоты сигнала.

Собственная резонансная частота – это частота, на которой резонирует емкость и паразитная индуктивность и на которой конденсатор имеет наименьшее возможное сопротивление. Математически емкость и индуктивность как будто пропадают и остается только эквивалентное последовательное сопротивление.

Для частот выше собственной резонансной частоты конденсатор начинает всё меньше работать как конденсатор и всё больше – как индуктивность.

Рис. 2. Зависимость импеданса от частоты для различных конденсаторов. Изображение от Elcap, Jens Both

На что следует обращать внимание

Одна из наиболее распространенных ошибок, которые допускаются при использовании байпасных конденсаторов для контроля электромагнитного излучения (особенно при шунтировании экранов земли), заключается в том, что их размещение ограничивается только источником шума, который нужно устранить.

Для постоянного тока это имело бы смысл – закоротить сигнал максимально близко к источнику, чтобы получить как можно более низкие его значения, минимизировать сопротивление (импеданс) между коротким замыканием (конденсатором) и источником.

Для переменного тока и особенно для радиочастотного диапазона, из-за волновой природы электрических сигналов быстрое увеличение импеданса между областью рядом с источником шума и остальной частью заземляющего слоя может быть источником отражений, т. е. энергии, отраженной из-за несоответствия импедансов. Опять же, это противоречит традиционному описанию “энергии, отраженной из-за рассогласования линий”, которое верно лишь отчасти.

При использовании байпасных конденсаторов нужно попытаться снизить импеданс экранов питания и земли, распределив конденсаторы по плате. В зависимости от используемой частоты, структуры слоев и диэлектрического материала платы, могут понадобиться конденсаторы в диапазоне от пикофарад до нанофарад

Развязывающий конденсатор

У линейных регуляторов, таких как широко используемый 7805, есть внутренний контур обратной связи, который сравнивает выходное и опорное напряжение и соответствующим образом регулирует ток для поддержания стабильного выходного сигнала.

Теоретически линейные регуляторы можно использовать без внешнего конденсатора – по крайней мере, если мы игнорируем любые проблемы, связанные с автоколебаниями. Чтобы получить стабильный выходной сигнал, требуемый ток должен изменяться с достаточно медленной скоростью нарастания, чтобы линейный регулятор мог успевать за ним. Учитывая, что большинство из них построено на технологии BJT начала 80-х годов, эти скорости нарастания совсем не высокие.

Рис. 3. Пример внутренней схемы типового линейного регулятора, подобного 7805

Аналогичным образом, импульсные преобразователи DC-DC имеют основную частоту переключения и не могут регулировать выходной сигнал быстрее этой частоты.

Многие современные цифровые устройства генерируют переходные процессы тока с частотными составляющими в сотни мегагерц, что намного больше, чем может обеспечить любой регулятор (если мы не говорим об экзотических драйверах лазерных диодов).

Развязывающие конденсаторы работают на границе между стабильным напряжением, регулируемым схемой источника питания постоянного тока, и потреблением прерывистого тока современными цифровыми устройствами.

Даже небольшой импеданс между источником питания и устройством быстро приведет к выходу напряжения питания за пределы допустимого диапазона при возникновении пика тока.

Развязывающие конденсаторы действуют как временные локализованные накопители энергии, что уменьшает импеданс источника для значений в диапазоне между нескольких мегагерц и нескольких сотен мегагерц.

Для частот выше сотен мегагерц большинство SMD-конденсаторов имеют высокий импеданс и являются неэффективными. Вместо этого необходимо использовать такие методы, как скрытая емкость (buried capacitance) в стеке слоев.

На что следует обращать внимание

Развязывающие конденсаторы полезны только в относительно узком частотном диапазоне, в основном из-за ограничений, связанных с их паразитными свойствами.

Главный параметр, на который следует обратить внимание – это, опять же, собственная резонансная частота. Разделительные конденсаторы эффективны только на частотах ниже их собственной резонансной частоты.

При выборе конденсатора часто бывает полезно придерживаться следующих эмпирических правил:

  • От постоянного тока до килогерц – конденсатор не требуется, источник питания может работать сам по себе.
  • От килогерц до мегагерц – электролитические конденсаторы высоких номиналов полезны для более низкого диапазона частот, но их высокое последовательное сопротивление ограничивает их работу из-за низкой резонансной частоты. В диапазоне МГц многие электролитические конденсаторы уже являются сильно индуктивными.
  • От мегагерц до 200 МГц – керамические конденсаторы, в зависимости от диэлектрика, размера корпуса и технологии изготовления, обычно подходят для этого диапазона.
  • Свыше 200 Мгц – керамические конденсаторы становятся неэффективными. В этих случаях, будет лучше использовать вместо них скрытую емкость.

Сглаживающий конденсатор

Сглаживающие конденсаторы используются для поддержания стабильного напряжения во время недостающих циклов линии питания и поддержки пикового тока. Для этого нужны конденсаторы высокой емкости, и поэтому они обычно являются электролитическими.

Их можно считать маленькими источниками бесперебойного питания.

Чему не учат о керамических конденсаторах

Керамические конденсаторы, несомненно, являются фундаментальными пассивными компонентами в современной электронной промышленности, и их удельная емкость увеличивается со скоростью, сравнимой с плотностью транзисторов в кремнии, что делает доступными многие современные конструкции с высокой плотностью.

Они действительно являются чудом техники, но у них также есть несколько особенностей, о которых нужно знать.

Чем меньше, тем лучше

Керамика – замечательный, но хрупкий материал. Керамические конденсаторы могут треснуть из-за изгиба печатной платы, например, при сборке больших плат (или панелей), неправильном разделении плат скрайбированием или неправильном обращении во время транспортировки.

Растрескивание при изгибе – опасное явление, поскольку если конденсатор используется в силовых устройствах с высокими токами, он зачастую может выйти из строя и вызвать возгорание.

Вопреки распространенному мнению, конденсатор меньшего размера имеет превосходные электрические и механические характеристики. Они с меньшей вероятностью треснут, и они имеют более высокую собственную резонансную частоту.

Если вашему продукту требуется высокая надежность при механических нагрузках, есть несколько методов, которые вы можете использовать для уменьшения соответствующих отказов:

  • Не размещайте конденсаторы длинной стороной в том же направлении, в котором изгибается плата.
  • Используйте конденсаторы минимально возможного размера, например 0402.
  • Используйте конденсаторы типа “soft-terminated”, которые не замыкаются под нагрузкой, и/или керамические конденсаторы X2/Y2.
  • Размещайте трассировку вокруг конденсаторов для снятия механического напряжения.
  • Если вы выбрали конденсаторы, которые размыкаются, всегда используйте параллельно как минимум два из них, чтобы ваша схема могла иметь достаточную емкость для нормальной работы при выходе из строя одного из них.

Типы диэлектриков

C0G, X7R… У диэлектриков странные названия и набор самых разных свойств. Далее представлены их характеристики и случаи, когда их использовать лучше всего:

  • C0G/NP0 – самые модные керамические конденсаторы на рынке. Обычно они доступны в диапазоне от 1 пФ до 100 нФ и имеют допуск 5%. NP0 означает “положительный-отрицательный-ноль”, для формы графика ТКЕ конденсатора, которая выглядит плоской во всем диапазоне температур. Именно их следует использовать, когда требуются точные значения и стабильность.
  • X7R – современная рабочая лошадка. Они имеют отличные коэффициенты напряжения и температуры и популярны в диапазоне от 100 пФ до 22 мкФ. Они наиболее широко используются для развязки и имеют широкий диапазон температур от -55°C до 125°C.
  • X5R – аналогичен X7R, но рассчитан на 85°C вместо 125°C.
  • Y5V – может достигать чрезвычайно высокого значения емкости, но при низких отклонениях от номинального напряжения и температуры (допускается потеря до 82% емкости).
  • Z5U – аналогично Y5V, конденсаторы Z5U имеют плохие характеристики по напряжению и температуре и стоят очень дешево. Допускается использование только до -10°C и применяются только для развязки в недорогом бытовом оборудовании.

На что следует обращать внимание

Использование конденсаторов с разными диэлектриками может привести к неожиданным результатам.

Например, конденсаторы Z5U очень дешевы и используют диэлектрик из титаната бария. Этот материал имеет высокую диэлектрическую постоянную, что обеспечивает отличное отношение емкости к объему, а также собственную резонансную частоту, обычно от 1 до 20 МГц.

Конденсаторы NP0 лучше работает на частотах выше 10 МГц, так почему бы не использовать их вместе для работы в более широком диапазоне частот?

К сожалению, когда конденсаторы Z5U и NP0 соединены параллельно, материал с более высокой диэлектрической проницаемостью снижает резонансную частоту NP0, и это сочетание приводит к худшим общим характеристикам, чем просто качественный Z5U.

Однако вопрос «почему» определенно выходит за рамки моей компетенции. Если вы понимаете это явление, пожалуйста, напишите мне.

Диэлектрические потери

Если вы закоротите выход заряженного конденсатора, то обнаружите, что полностью разряженный конденсатор сидит на скамейке и смотрит на вас печальными глазами. Однако это не всегда так. Почти все конденсаторы, за единственным заметным исключением вакуумных конденсаторов, сохраняют часть своего заряда после разрядки.

Это происходит потому, что случайно ориентированные молекулярные диполи со временем выравниваются электрическим полем, и их новая ориентация сохраняется даже в отсутствии этого поля.

Керамические конденсаторы могут удерживать до 0,6% заряженного напряжения для NP0 и до 2,5% для X7R.

Емкость, зависящая от напряжения

Конденсаторы Y5V могут терять до 82% своей емкости при номинальном напряжении, в то время как конденсаторы NP0 имеют практически горизонтальную характеристику.
Если у вас есть устройства, в которых нужно изменять выходное напряжение, например, с помощью настраиваемого источника напряжения, требуемого стандартом USB-PD, который Марк Харрис обсуждал в своей недавней статье, вы можете столкнуться с непредсказуемой работой схемы.

Инструменты проектирования в Altium Designer® включают в себя всё необходимое, чтобы идти в ногу с новыми технологиями. Поговорите с нами сегодня и узнайте, как мы можем улучшить ваш процесс проектирования.

Конденсатор — урок. Физика, 9 класс.

Конденсатор — это устройство, предназначенное для накопления заряда и энергии электрического поля (от лат. kondensator — «уплотнять», «сгущать»).

Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых металлических пластин — обкладок — и  слоя диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами пластин.

 

 

На схемах электрических цепей  конденсатор обозначается:  .

 

Для зарядки конденсатора нужно присоединить его обкладки к полюсам источника тока. При зарядке обе обкладки получают заряды, равные по модулю, но противоположные по знаку. Под зарядом конденсаторов понимают модуль заряда одной из его обкладок. Свойство конденсатора накапливать электрический заряд характеризуется физической величиной — электроёмкостью.

Электроёмкость  обозначается буквой \(C\) и определяется по формуле:

C=qU, где  \(q\) — заряд конденсатора, \(U\) — напряжение между обкладками конденсатора.

                

Электроёмкость конденсатора зависит от площади перекрытия пластин и расстояния между ними, а также от свойств используемого диэлектрика:

 

C∼Sd, где \(S\) — площадь каждой обкладки, \(d\) — расстояние между обкладками.

За единицу электроёмкости в СИ принимается Фарад (Ф).   

Она названа в честь Майкла Фарадея — английского физика. \(1\) Фарад равен ёмкости конденсатора, при которой заряд \(1\) Кулон создаёт между его обкладками напряжение \(1\) Вольт:  1 Фарад=1 Кулон1 Вольт.

 

 

\(1\) Ф — это очень большая ёмкость для конденсатора. Чаще всего конденсаторы имеют электроёмкость, равную дольным единицам Ф: микрофарад (мкФ) — 10−6Ф,  пикофарад (пФ) — 10−12 Ф.

 

Для получения требуемой ёмкости конденсаторы соединяют в батареи.

 

Если конденсаторы соединены параллельно, то общая ёмкость равна сумме ёмкостей: Cоб=C1+C2+C3.

 

  

Если конденсаторы соединены последовательно, то общая ёмкость будет равна: 1Cоб=1C1+1C2+1C3.

 

  

При зарядке конденсатора внешними силами совершается работа по разделению положительных и отрицательных зарядов. По закону сохранения энергии работа внешних сил равна энергии поля конденсатора. При разрядке конденсатора за счёт этой энергии может быть совершена работа. Энергия конденсатора есть не что иное, как энергия заключённого внутри него электрического поля.

Энергию электрического поля конденсатора можно рассчитать по формуле: Eэл=q22C.

Из формулы видно, что энергия конденсатора данной электроёмкости тем больше, чем больше его заряд.

Конденсатор

Конденсатор состоит из двух пластин (или обкладок), находящихся одна перед другой и сделанных из проводящего материала. Между пластинами находится изолирующий материал, называемый диэлектриком (рис. 4.1). Простейшими диэлектриками являются воздух, бумага, слюда и т. д.

Рис. 4.1. Конденсатор

 

Зарядка конденсатора

Основным свойством конденсатора является его способность запасать электрическую энергию в виде электрического заряда.
На рис. 4.2(а) изображена схема, в которой конденсатор соединяется через ключ с источником питания. Когда ключ замкнут (рис. 4.2(б)), положительный полюс источника «откачивает» электроны с обкладки А, и она приобретает положительный заряд. Отрицательный полюс источника питания тем временем «поставляет» электроны на обкладку В, в результате чего она приобретает отрицательный заряд, по абсолютной величине равный положительному заряду обкладки А. Такой поток электронов называется током заряда. Он продолжает течь до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не сравняется с ЭДС источника питания. В этом случае говорят, что конденсатор полностью заряжен. Электрический заряд обозначается буквой Q, а его величина измеряется в кулонах (Кл).

 

 

Рис. 4.2. Заряд и разряд конденсатора

 

Когда конденсатор заряжен, между его обкладками возникает разность потенциалов, а следовательно, и электрическое поле.
Если в момент, когда конденсатор уже зарядился, разомкнуть ключ (рис. 4.2(в)), конденсатор будет хранить заряд. В этом случае внутри диэлектрика между обкладками возникает электрическое поле. При разряде конденсатора через сопротивление нагрузки (рис. 4.2(г)) электрическое ноле исчезает.

 

Емкость конденсатора

Способность конденсатора накапливать электрический заряд называется емкостью, а величина этой емкости обозначается буквой С и измеряется в фарадах (Ф). Фарада — очень большая единица емкости, и поэтому она практически не используется. Чаще используются дробные единицы:

                         1 микрофарада (мкФ) =  Ф = 10-6 Ф,

                         1 пикофарада (пФ) =   мкФ = 10-6 мкФ = 10-12 Ф.

 

Емкость конденсатора возрастает с увеличением площади обкладок и убывает с увеличением расстояния между ними.
Например, при возрастании площади обкладок вдвое емкость также увеличивается в два раза. Если же увеличить вдвое расстояние между обкладками, емкость станет вдвое меньше.

 

Связь заряда, емкости и напряжения

Если конденсатор заряжен до разности потенциалов V , его заряд определяется формулой Q=CV

где С выражается в фарадах, V – в вольтах, а Q – в кулонах. Преобразовав эту формулу, получим:

 

Энергия заряженного конденсатора

Энергия W, запасенная конденсатором, определяется формулой

где W выражается в джоулях, С – в фарадах, а V — в вольтах.

 

Параллельное и последовательное соединение конденсаторов

Если два конденсатора, С1 и С2, соединены параллельно (рис. 4.3(а)), результирующая емкость СТ такого соединения равна сумме емкостей этих конденсаторов:

Если конденсаторы соединены последовательно (рис. 4.3(б)), результирующая емкость СТ оказывается меньше емкости любого из конденсаторов я выражается формулой

Например, если С1 = С2, то результирующая емкость СТ последовательного соединения равна половине емкости любого из конденсаторов:

 

Напряжение на последовательно соединенных конденсаторах

На схеме, показанной на рис. 4.4, конденсаторы С1 и С2 соединены последовательно и подключены к источнику постоянного напряжения VТ. Полное напряжение VТ будет поделено между С1 и С2 таким образом, что на конденсаторе меньшей емкости установится большее напряжение,

Рис. 4.3. Параллельное (а) и последовательное (б) соединение конденсаторов.

Рис. 4.4. Напряжение на конденсаторах при их последовательном соединении

и наоборот.

Сумма V1 (напряжения на С1) и V2 (напряжения на С2) всегда равна полному напряжению VТ.
В общем случае, когда несколько конденсаторов, соединенных последовательно, подключено к источнику постоянного тока, напряжение на каждом из конденсаторов обратно пропорционально его емкости. При последовательном соединении двух конденсаторов напряжения на С1 и С2 соответственно равны

 

Пример 1

Определим результирующую емкость цепи, изображенной на рис. 4.5. Результирующая емкость параллельного соединения равна

С2 + С3 = 10 + 20 = 30 пФ

Поскольку емкость С1 также равна 30 пФ, то результирующая емкость всей цепи равна ½*30 = 15 пФ.

Рис. 4.6.                                                                                                   Рис. 4.7.

 

Пример 2

На рис. 4.6 напряжение на конденсаторе С1 равно

откуда напряжение на С2 равно 30 – 20 = 10 В.

 

Рабочее напряжение

Любой конденсатор характеризуется некоторым максимальным напряжением, при превышении которого наступает пробой диэлектрика. Это напряжение называется рабочим, или номинальным, напряжением конденсатора, и подаваемое на конденсатор напряжение ни в коем случае не должно его превышать. При использовании конденсатора в цепях переменного тока амплитудное значение напряжения в цепи также не должно превышать рабочего напряжения конденсатора. Рабочим напряжением для батареи конденсаторов, соединенных параллельно, является наименьшее из рабочих напряжений конденсаторов, входящих в схему, Например, рабочее напряжение для цепи, изображенной на рис. 4.7, равно 25 В.
Для конденсаторов, соединенных последовательно, рабочее напряжение подбирать труднее. Рассмотрим схему на рис. 4.8. Конденсатор С1 (1 мкФ, рабочее напряжение Vраб = 25 В) соединен последовательно с конденсатором С2 (10 мкФ, Vраб = 10 В). Поскольку на конденсаторе С1, обладающем меньшей емкостью, установится большее напряжение, чем на С2, то при расчетах следует прежде всего иметь в виду рабочее напряжение конденсатора С1, равное 25 В. Таким образом, V1 = 25 В. соотношения V1/ V2 = С1/ С2 следует, что

Поскольку рабочее напряжение конденсатора С2 выше, чем V2, рабочее напряжение данной батареи конденсаторов равно 25 + 2,5 = 27,5 В.
Следует заметить, что если бы рабочее напряжение конденсатора было равно, например, 2 В, как показано на рис. 4.9, то он зарядился бы

 

                      Рис. 4.8.                                                                          Рис. 4.9.

                           Рис. 4.10.                                     Рис. 4.11. Катушка индуктивности

 

до уровня рабочего напряжения прежде, чем напряжение на конденсаторе С1 достигло бы 25 В. Вот расчет для этого случая:
V2 = 2 В, тогда.

Следовательно, рабочее напряжение такой батареи будет составлять 20 + 2 = 22 В.

 

Пример 3

Конденсаторы С1 и С2, изображенные на рис. 4.10, имеют каждый рабочее напряжение 60 В. Какое максимальное напряжение может быть приложено к этой схеме?

 

Решение
Поскольку на конденсаторе С1 установится более высокое напряжение, чем на конденсаторе С2, то напряжение на нем раньше достигнет уровня рабочего напряжения. При V1 = 60 В

Максимальное напряжение, которое может быть подано на данную схему, составляет 60 + 20 = 80 В.

 

В этом видео рассказывается о понятии конденсатора:

Добавить комментарий

Схема подключения, подбор и расчёт пускового конденсатора

 

Выход из строя конденсаторов в цепи компрессора кондиционеров случается не так уж и редко. А зачем вообще нужен конденсатор и для чего он там стоит?

Бытовые кондиционеры небольшой мощности в основном питаются от однофазной сети 220 В. Самые распространённые двигатели которые применяют в кондиционерах такой мощности- асинхронные со вспомогательной обмоткой, их называют двухфазные электродвигатели или конденсаторные.

В таких двигателях две обмотки намотаны так, что их магнитные полюсы расположены под углом 90 град. Эти обмотки отличаются друг от друга количеством витков и номинальными токами, ну соответственно и внутренним сопротивлением. Но при этом они рассчитаны так что при работе они имеют одинаковую мощность.

В цепь одной из этих обмоток, её производители обозначают как стартовую(пусковую), включают рабочий конденсатор, который постоянно находится в цепи. Этот конденсатор ещё называют фазосдвигающим, так как он сдвигает фазу и создаёт круговое вращающееся магнитное поле. Рабочая или основная обмотка подключена напрямую к сети.

 

Схема подключения пускового и рабочего конденсатора

 

Рабочий конденсатор постоянно включён в цепь обмотки  через  него протекает ток равный току в рабочей обмотке. Пусковой конденсатор подключается на время запуска компрессора — не более 3 секунд (в современных кондиционерах используется только рабочий конденсатор, пусковой не используется)

 

 

Расчёт ёмкости и напряжения рабочего конденсатора

 

Расчёт сводится к подбору такой емкости, чтобы при номинальной нагрузке было обеспечено круговое магнитное поле, так как при значении ниже или выше номинального магнитное поле изменяет форму на эллиптическое, а это ухудшает рабочие характеристки двигателя и снижает пусковой момент. В инженерных справочниках приведена формула для расчёта ёмкости конденсатора:

 

Ср= Isinφ/2πf U n2

 

I и sinφ –ток и сдвиг фаз между напряжением и током в цепи при вращающемся магнтном поле без конденсатора

f- частота переменного тока

U – напряжение питания

n- коэффициент трансформации обмоток , определяется как соотношение витков обмоток с конденсатором и без него.

Напряжение на конденсаторе рассчитывается по формуле

 

Uc= U√(1+n2)

 

Uc -рабочее напряжение конденсатора

U — напряжение питания двигателя

n — коэффициент трансформации обмоток

Из формулы видно, что рабочее напряжение фазосдвигающего конденсатора выше напряжения питания двигателя.

В пособиях по расчёту приводят приближённое вычисление – 70-80 мкФ ёмкости конденсатора на 1 кВт мощности электродвигателя, а номинал напряжения конденсатора для сети 220 В обычно ставят — 450 В.

Также параллельно к рабочему конденсатору подключают пусковой конденсатор на время пуска, примерно на три секунды, после чего срабатывает реле и отключает пусковой конденсатор. В настоящее время в кондиционерах схемы с дополнительным пусковым конденсатором не применяют.

В более мощных кондиционерах используют компрессоры с трёхфазными асинхронными двигателями, пусковые и рабочие конденсаторы для таких двигателей не требуются.

 

Проверка и замена пускового/рабочего конденсатора

Как работает конденсатор — пояснение простым языком | ASUTPP

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

Рисунок 1: Маркировка конденсаторов и обозначение электродов

Рисунок 1: Маркировка конденсаторов и обозначение электродов

Из чего состоит простой конденсатор?

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

Рисунок 3: Структура конденсатора

Рисунок 3: Структура конденсатора

Структура конденсатора:

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

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

Как работает конденсатор?

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

Рисунок 2: Пример простого полимерного конденсатора

Рисунок 2: Пример простого полимерного конденсатора

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

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

Зачем применяют конденсаторы

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

Конденсаторы применяются с целью:

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

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

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

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

Роль конденсатора | Технология

Идеальный партнер для электроники

В большинстве электронных устройств используются конденсаторы, которые являются бесценной частью электронных продуктов. Конденсаторы очень популярны во многих приложениях, таких как электронные схемы, силовые цепи и блоки питания.
Конденсатор вместе с сопротивлением и катушкой, которые составляют основу электронных схем, называют «большой тройкой пассивных компонентов». Пассивные компоненты — это электронная часть, которая получает энергию для потребления, хранения и поставки.

В отличие от интегральных схем (IC), у него нет активной операции, когда низкая мощность усиливается для постоянного вывода мощности. Вы также можете рассматривать конденсатор как простую деталь для приема и подачи электричества. Однако, что более важно, такие пассивные компоненты являются незаменимыми частями для точной работы активных компонентов.

Три пассивных компонента также называются LCR, что означает катушка, конденсатор и сопротивление.

Состоит из двух металлических пластин и изолятора, базовая модель конденсатора

[Инжир.1] Основная структура конденсатора

Конденсатор в основном состоит из изолятора и двух металлических пластин, прикрепленных с обеих сторон изолятора. Изоляторы не проводят ток. Изолятор, используемый для конденсаторов, называется диэлектриком. Пока электричество течет, положительные и отрицательные заряды переносятся внутри проводника.

Заряженный электричеством, поток заряда запускается, но он блокируется, поскольку между металлическими пластинами находится изолятор.Затем заряды накапливаются только на одной из двух металлических пластин. Между тем, другая металлическая пластина, прикрепленная к изолятору, имеет противоположный заряд.

Таким образом, конденсаторы имеют структуру для хранения электричества между двумя металлическими пластинами. В качестве изоляционных материалов используются газы, масла, керамика и смолы. Что касается форм металлических пластин, существует большое разнообразие типов с параллельными пластинами, пленкой, многослойной и т. Д. Количество накопленных зарядов, а также поддерживаемые частоты различаются в зависимости от типов изоляторов или конструкции конденсаторов.Итак, необходимо выбрать подходящий конденсатор, отвечающий вашим требованиям.

Значение конденсаторов

В принципе конденсаторы состоят из двух важных частей.

  1. Накопление электрического заряда (электричества)
  2. переменный ток протекает, но не постоянный ток

Подробнее о хранении электроэнергии см. В вышеупомянутой базовой конструкции конденсатора.
Поскольку электрический заряд накапливается между металлическими пластинами, передача электрического заряда прекращается, и постоянный ток перестает течь.Однако, другими словами, до тех пор, пока конденсаторы не будут полностью заряжены, даже постоянный ток может протекать в течение короткого периода времени. В случае переменного тока направление тока переключается с определенным интервалом, а затем конденсатор заряжается и разряжается. Таким образом, электричество выглядит как проходящее через конденсатор.
Соответственно, чем выше частота переменного тока, тем легче проходит через конденсаторы. Таким образом, конденсаторы играют в электронной схеме следующие три важные роли.

1) Зарядка и разрядка электрических зарядов
Конденсаторы

могут заряжаться и разряжаться благодаря своей конструкции.Конденсаторы, обладающие электрическим зарядом и разрядом, также могут использоваться в качестве источника питания. Вспышки камеры используют эту особенность конденсаторов.
Чтобы получить сильный свет, к нему должно быть немедленно приложено высокое напряжение. Между тем, такое высокое напряжение в цепи для работы камеры не требуется. Кроме того, имеется подходящая конструкция конденсатора, в которой такое высокое световое излучение обеспечивается мгновенной разрядкой электрического заряда, накопленного в конденсаторе.

2) Поддержание напряжения на прежнем уровне

Помимо вышеупомянутой особенности, конденсаторы также имеют функции для поддержания напряжения на определенном уровне.Конденсаторы полезны для уменьшения пульсации напряжения. Когда на параллельную цепь подается высокое напряжение, конденсатор заряжается, а с другой стороны, он разряжается низким напряжением.
В то время как электричество выходит переменным током, большинство электронных схем работает с постоянным током. Следовательно, переменный ток преобразуется в постоянный ток через схему выпрямителя, которая преобразует переменный ток в постоянный, но преобразованный постоянный ток представляет собой нестабильный ток с пульсациями на этой стадии. Чтобы справиться с этим, используется конденсатор для коррекции пульсаций и постоянного поддержания напряжения.

3) Удаление шума

Что касается шумоподавления, то функция конденсатора, пропускающего переменный ток, но постоянный ток, полезна для удаления шума. В общем, поскольку шум в постоянном токе является высокочастотной составляющей переменного тока, он имеет тенденцию легко проходить через конденсатор.
Путем вставки ответвленной цепи между входом и выходом формируется земля для подключения к конденсатору. После этого переменная составляющая проходит только через конденсатор, а затем постоянный ток течет в выходной цепи.

Типы конденсаторов

Алюминиевый электролитический конденсатор
Конденсатор изготовлен из алюминия и другого металла. Поскольку оксидная пленка блокирует электричество, она используется в качестве диэлектрического материала, образуя поверхность алюминия. Конденсаторы этого типа обладают большой емкостью по доступной цене. Поэтому он широко используется в качестве конденсатора большой емкости. Однако у него есть некоторые слабые места, такие как плохие частотные характеристики, больший размер, потеря диэлектрика из-за утечки жидкости.
Танталовый конденсатор
Конденсатор использует тантал в качестве анода и пятиокись тантала в качестве диэлектрического материала. Он имеет относительно большую емкость и меньше по размеру, чем алюминиевый электролитический конденсатор. Кроме того, конденсатор превосходит алюминиевый конденсатор по характеристикам тока утечки, частотным характеристикам, конденсаторам и температурным характеристикам.
Электрический двухслойный конденсатор
Конденсаторы с двойным электрическим слоем имеют чрезвычайно большую емкость.Он более чем в 1000–10 000 раз превосходит алюминиевые электролитические конденсаторы, и его можно использовать многократно в течение длительного периода без ограничений, таких как количество циклов заряда / разряда. Благодаря уникальной особенности конденсатор можно использовать многократно. Конденсаторы с двойным электрическим слоем имеют электрические заряды, ориентированные на границе электролита и электрода, который называется «двойным электрическим слоем» и имеет размер одной молекулы. Слой используется в качестве диэлектрического материала конденсаторов с двойным слоем.Цена на конденсаторы с двойным электрическим слоем относительно высока по сравнению с другими.
Керамический конденсатор
Конденсаторы в основном делятся на три типа в зависимости от типа керамики, используемой в качестве диэлектрического материала: тип с низкой диэлектрической проницаемостью, тип с высокой диэлектрической проницаемостью и тип полупроводника. Основная особенность конденсатора заключается в том, что увеличение напряжения приводит к изменению его емкости. Небольшой конденсатор термостойкий, хотя он хрупкий и может быть поврежден или сломан.
Пленочный конденсатор
В этом типе пленки, такие как полиэстер и полиэтилен, используются в качестве диэлектрического материала.Полиэфирные, полипропиленовые и другие пленки помещаются между электродной фольгой с обеих сторон и наматываются в цилиндрическую форму. Неполярный конденсатор, который больше керамического, имеет высокое сопротивление изоляции и отсутствие электрических потерь. Он также обеспечивает высокую надежность с отличными частотными и температурными характеристиками.
Слюдяной конденсатор
В качестве диэлектрического материала конденсатора используется слюда — природный минерал. Слюда идеально подходит для конденсатора, так как обладает высокими диэлектрическими свойствами и может сниматься.Слюдяные конденсаторы обладают превосходными характеристиками, такими как сопротивление изоляции, тангенс угла диэлектрических потерь, частотные и температурные характеристики, хотя есть некоторые недостатки в том, что они дороги и имеют большой размер.
Для получения дополнительной информации о типах конденсаторов перейдите по ссылке ниже.
Типы конденсаторов. Базовые знания компонентов

Соответствующие технические знания

Какова роль конденсатора в цепях переменного и постоянного тока? Электрические технологии

Какова роль конденсатора в цепях переменного и постоянного тока?

Роль конденсатора в цепях переменного тока:

В цепи переменного тока конденсатор меняет местами свои заряды по мере того, как ток меняется, и создает запаздывающее напряжение (другими словами, конденсатор обеспечивает опережающий ток в цепях и сетях переменного тока)

Роль конденсатора в цепях постоянного тока:

В цепи постоянного тока конденсатор, заряженный приложенным напряжением, действует как размыкающий переключатель.

Роль конденсатора в системах переменного и постоянного тока

Давайте объясним подробно, но сначала мы вернемся к основам конденсатора, чтобы обсудить этот вопрос.

Что такое конденсатор?

Конденсатор представляет собой электрическое устройство с двумя выводами, используемое для хранения электрической энергии в виде электрического поля между двумя пластинами. Он также известен как конденсатор, и единица измерения его емкости в системе СИ — Фарад «Ф», где Фарад — большая единица емкости, поэтому в настоящее время используются микрофарады (мкФ) или нанофарады (нФ).

Конденсатор похож на батарею, поскольку оба накапливают электрическую энергию. Конденсатор — гораздо более простое устройство, которое не может производить новые электроны, но накапливает их. Внутри конденсатора клеммы соединены с двумя металлическими пластинами, разделенными диэлектрическим материалом (например, вощеной бумагой, слюдой и керамикой), которые разделяют пластины и позволяют им удерживать противоположные электрические заряды, поддерживая электрическое поле.

Конденсаторы

могут быть полезны для накопления заряда и быстрого разряда в нагрузку.Проще говоря, конденсатор также работает как небольшая перезаряжаемая батарея. Электрический эквивалент символа различных типов конденсатора приведен ниже:

Теперь мы знаем концепцию зарядки конденсатора и его структуру, но знаете ли вы, что такое емкость? емкость — это способность конденсатора накапливать в нем заряд. На емкость влияют несколько факторов.

  • Площадь пластины
  • Зазор между пластинами
  • Проницаемость изоляционного материала

Соответствующий пост: Конденсатор и типы конденсаторов | Фиксированный, переменный, полярный и неполярный

Конденсатор имеет широкий спектр применений в электронике , таких как накопление энергии, регулирование мощности, коррекция коэффициента мощности, генераторы и фильтрация.

В этом руководстве мы объясним вам, как можно использовать конденсатор в электронной схеме. Существует три способа подключения конденсатора в электронной схеме:

  • Конденсатор в серии
  • Конденсатор параллельно
  • Конденсатор в цепях переменного тока
  • Конденсатор в цепях постоянного тока

Связанный пост: Конденсаторы MCQ с пояснительными ответами

Как работает конденсатор?
Работа и конструкция конденсатора

Всякий раз, когда на его клеммы подается напряжение (также известный как зарядка конденсатора), начинает течь ток и продолжается до тех пор, пока напряжение не появится как на отрицательном, так и на положительном (анодном и положительном) контактах. Катод) пластины становятся равными напряжению источника (Applied Voltage).Эти две пластины разделены диэлектрическим материалом (таким как слюда, бумага, стекло и т. Д., Которые являются изоляторами), который используется для увеличения емкости конденсатора.

Когда мы подключаем заряженный конденсатор к небольшой нагрузке, он начинает подавать напряжение (накопленную энергию) на эту нагрузку до тех пор, пока конденсатор полностью не разрядится.

Конденсаторы бывают разных форм, и их значение измеряется в фарадах (Ф). Конденсаторы используются как в системах переменного, так и постоянного тока (мы обсудим это ниже).

Емкость (C):

Емкость — это количество электрического заряда, перемещаемого в конденсаторе (конденсаторе), когда источник питания на один вольт подключен к его клемме.

Математически

Уравнение емкости:

C = Q / V

Где,

  • C = емкость в фарадах (F)
  • Q = электрический заряд в кулонах
  • V = Напряжение в вольтах

Мы не будем вдаваться в подробности, потому что наша основная цель этого обсуждения — объяснить роль и применение / использование конденсаторов в системах переменного и постоянного тока.Чтобы понять эту базовую концепцию, мы должны понимать основные типы конденсаторов, относящиеся к нашей теме (поскольку существует много типов конденсаторов, и мы обсудим типы конденсаторов позже в другом посте, потому что это не связано с вопросом).

Связанные сообщения:

Конденсаторы в серии

Как последовательно соединить конденсаторы?

Последовательно ни один конденсатор не подключен напрямую к источнику. Чтобы соединить их последовательно, вам необходимо соединить их встык, как показано на рисунке ниже:

При последовательном соединении конденсаторов общая емкость уменьшается.Следовательно, соединение выполняется последовательно, поэтому ток через конденсаторы будет одинаковым. Кроме того, заряд, накопленный пластиной конденсатора, будет таким же, потому что он исходит от соседней пластины конденсатора.

Следовательно,

I T = I 1 + I 2 + I 3 +… + I n

и

Q T = Q + Q 2 + Q 3 +… + Q n

Теперь, чтобы найти значение емкости вышеуказанной схемы, мы применим закон Кирхгофа по напряжению (KVL), тогда у нас будет

V T = V C1 + V C2 + V C3

Как мы знаем, Q = CV

И V = Q / C

Итак,

(Q / C T ) = (Q / C 1 ) + (Q / C 2 ) + (Q / C 3 )

Следовательно,

1 / C T = (1 / C 1 ) + (1 / C 2 ) + (1 / C 3 )

Для n th no.конденсатора, соединенного последовательно,

Для двух последовательно соединенных конденсаторов формула будет

C T = (C1 x C2) / (C1 + C2)

Теперь вы можете найти емкость приведенная выше схема, используя формулу,

Здесь C1 = 10 мкФ и C2 = 4,7 мкФ

Итак, C T = (10 x 4,7) / (10 + 4,7)

C T = 47 / 14,7

C T = 3,19 мкФ

Конденсаторы параллельно

Как подключить конденсаторы параллельно?

Параллельно каждый конденсатор напрямую подключается к источнику, как вы можете видеть на изображении ниже,

При параллельном подключении конденсаторов общая емкость равна сумме всех емкостей конденсатора.Поскольку верхняя и нижняя пластины всех конденсаторов соединены вместе, из-за этого площадь пластины также увеличивается.

Общий ток в параллельной цепи будет равен току на каждом конденсаторе.

Применяя закон Кирхгофа,

I T = I 1 + I 2 + I 3

Теперь ток через конденсатор выражается как,

I = C (dV / dt)

Итак,

Решив приведенное выше уравнение

C T = C 1 + C 2 + C 3

И, для n th no.конденсатора, соединенного последовательно,

C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + C n

Теперь вы можете определить емкость цепи, используя приведенную выше формулу,

Здесь C 1 = 10 мкФ и C 2 = 1 мкФ

Итак, C T = 10 мкФ + 1 мкФ

C T = 11 мкФ

Связанные сообщения:

Полярный и неполярный конденсатор
Неполярный конденсатор: (используется в системах переменного и постоянного тока)

Неполярные конденсаторы могут использоваться как в системах переменного, так и постоянного тока.Их можно подключать к источнику питания в любом направлении, и их емкость не зависит от смены полярности.

Полярный конденсатор: (используется только в цепях и системах постоянного тока)

Конденсаторы этого типа чувствительны к их полярности и могут использоваться только в системах и сетях постоянного тока. Конденсаторы Polar не работают в системе переменного тока из-за смены полярности после каждого полупериода в сети переменного тока.

Типы конденсаторов: полярные и неполярные конденсаторы с символами

Роль конденсаторов в цепях переменного тока

Конденсатор имеет множество применений в системах переменного тока, и ниже мы обсудим несколько вариантов использования конденсатора в сетях переменного тока.

Бестрансформаторный источник питания:

Конденсаторы используются в бестрансформаторных источниках питания. В таких схемах конденсатор включен последовательно с нагрузкой, потому что мы знаем, что конденсатор и катушка индуктивности в чистом виде не потребляют мощность. Они просто берут мощность в одном цикле и возвращают ее в другом цикле на нагрузку. В этом случае он используется для снижения напряжения с меньшими потерями мощности.

Асинхронные двигатели с расщепленной фазой:

Конденсаторы также используются в асинхронных двигателях для разделения однофазного источника питания на двухфазный источник питания для создания вращающегося магнитного поля в роторе для улавливания этого поля.Этот тип конденсатора в основном используется в бытовых водяных насосах, вентиляторах, кондиционерах и многих устройствах, которым для работы требуется как минимум две фазы.

Коррекция и улучшение коэффициента мощности:

Есть много преимуществ улучшения коэффициента мощности. В трехфазных энергосистемах конденсаторная батарея используется для подачи реактивной мощности на нагрузку и, следовательно, для повышения коэффициента мощности системы. Конденсаторная батарея устанавливается после точного расчета. По сути, он обеспечивает реактивную мощность, которая ранее передавалась из энергосистемы, следовательно, снижает потери и повышает эффективность системы.

Конденсаторы в цепи переменного тока

Как подключить конденсатор в цепи переменного тока?

В цепи постоянного тока конденсатор заряжается медленно, пока зарядное напряжение конденсатора не сравняется с напряжением питания. Кроме того, в этом состоянии конденсатор не позволяет току проходить через него после полной зарядки.

И, когда вы подключаете конденсатор к источнику переменного тока, он непрерывно заряжается и разряжается из-за постоянного изменения уровней напряжения.Емкость в цепях переменного тока зависит от частоты подаваемого входного напряжения. Кроме того, если вы видите векторную диаграмму идеальной цепи конденсатора переменного тока, вы можете заметить, что ток опережает напряжение на 90 °.

В цепи конденсатора переменного тока ток прямо пропорционален скорости изменения подаваемого входного напряжения, которая может быть выражена как:

I = dQ / dt

I = C (dV / dt)

Теперь мы рассчитаем емкостное реактивное сопротивление в цепи переменного тока .

Как мы знаем, I = dQ / dt и Q = CV

И входное напряжение переменного тока в приведенной выше схеме будет выражено как,

V = V m Sin wt

Итак, I m = d (CV m Sin wt ) / dt

I m = C * V m Cos wt * w (после дифференцирования)

I m = wC V m Sin (wt + π / 2)

At, w = 0, Sin (wt + π / 2) = 1

Следовательно,

I m = wCV m

V m / I м = 1 / wC (где w = 2π f и V м / I м = X C )

Емкостное реактивное сопротивление (X C ) =

Теперь, для расчета емкостного реактивного сопротивления вышеуказанной схемы

X C = 1 / [2π (50 Гц) (10 -6 F)]

XC = 3183.09 Ом

Связанное сообщение: В чем разница между батареей и конденсатором?

Роль конденсаторов в цепях постоянного тока
Кондиционирование питания:

В системах постоянного тока конденсатор используется в качестве фильтра (в основном). Его наиболее распространенное использование — преобразование источника питания переменного тока в постоянный при выпрямлении (например, в мостовом выпрямителе). Когда мощность переменного тока преобразуется в колеблющуюся (с пульсациями, то есть не в устойчивое состояние с помощью схем выпрямителя) мощность постоянного тока (пульсирующая мощность постоянного тока), чтобы сгладить и отфильтровать эти пульсации и колебания, используется полярный конденсатор постоянного тока.Его значение рассчитывается точно и зависит от напряжения в системе и потребляемого тока нагрузки.

Конденсатор развязки:

Конденсатор развязки используется, где мы должны развязать две электронные схемы. Другими словами, шум, создаваемый одной схемой, заземляется разделительным конденсатором и не влияет на работу другой схемы.

Конденсатор связи:

Как мы знаем, Конденсатор блокирует постоянный ток и позволяет переменному току проходить через него (как это происходит, мы обсудим в следующем сеансе).Таким образом, он используется для разделения сигналов переменного и постоянного тока (также используется в схемах фильтров для той же цели). Его значение рассчитывается таким образом, чтобы его реактивное сопротивление было минимизировано на основе частоты, которую мы хотим передать через него. Конденсатор связи также используется в фильтрах (схемах устранения пульсаций, таких как RC-фильтры) для разделения сигналов переменного и постоянного тока и удаления пульсаций из пульсирующего напряжения питания постоянного тока для преобразования его в чистое напряжение переменного тока после выпрямления.

Вы также можете прочитать:

Почему конденсаторы являются важными компонентами электронных схем

С развитием технологий конденсаторы стали важными компонентами почти каждого электронного устройства.Они способны накапливать электрический заряд, но ненадолго.

По Потшангбам, июль

Подобно перезаряжаемой батарее, конденсаторы накапливают и выделяют энергию. Конденсаторы хранят потенциальную энергию в электрическом поле, тогда как батареи накапливают энергию в форме химической энергии, которая позже превращается в электрическую. Конденсаторы обладают такими функциями, как возможность простой зарядки и разрядки. Сегодня растет спрос на более качественные конденсаторы для носимых устройств, бытовой электроники и промышленного применения.

Важность конденсаторов
Конденсатор, также известный как конденсатор, является одним из основных компонентов, необходимых для построения электронных схем. Конструкция схемы является неполной или она не будет функционировать должным образом без базовых компонентов, таких как резисторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы и т. Д. Основная функция конденсаторов заключается в хранении электростатической энергии в электрическом поле и передаче этой энергии в цепь. , когда необходимо. Они пропускают переменный ток, но блокируют прохождение постоянного тока, чтобы избежать опасного выхода из строя цепи.

Хотя конденсаторы крошечные, они обеспечивают различные преимущества в электронных схемах.

  • Они накапливают энергию непосредственно на пластинах, что значительно ускоряет процесс зарядки / разрядки.
  • Они эффективны при фильтрации нежелательных частот.
  • Конденсаторы
  • могут эффективно справляться с потерями мощности и делать производство электроэнергии более экономичным.
  • Они менее чувствительны к температуре.
  • Конденсаторы разряжают ток практически мгновенно.
  • Конденсаторы
  • предпочтительнее для приложений переменного тока.
  • Они способны работать с приложениями с высоким напряжением и поэтому подходят для высокочастотных сценариев использования.
  • Конденсаторы
  • имеют длительный срок службы почти от десяти до 15 лет.

Типы конденсаторов и их применение
Существует несколько типов конденсаторов разной конструкции, для разных применений и функций. Ниже приведены наиболее распространенные типы конденсаторов, используемых в электронных схемах.

Пленочные конденсаторы: К ним относятся полиэфирная пленка, металлизированная пленка, полипропиленовая пленка, пленка PTE и конденсаторы на основе полистирольной пленки. Что отличает их друг от друга, так это материал, используемый в качестве диэлектрика.

] Диэлектрик следует выбирать с осторожностью, исходя из его свойств. Пленочные конденсаторы имеют несколько преимуществ — они очень надежны и имеют длительный срок службы. Их предпочитают в условиях высоких температур.

Пленочные конденсаторы

используются в автомобильных электронных блоках, поскольку они демонстрируют стабильность во время работы при высоких температурах и в условиях вибрации.Широкое применение пленочных конденсаторов также можно объяснить их способностью выдерживать высокое напряжение.

Керамические конденсаторы: Эти конденсаторы не имеют полярности и имеют фиксированную емкость. В качестве диэлектрического материала они используют керамическое вещество. Обычно используются два типа керамических конденсаторов — многослойный керамический конденсатор (MLCC) и керамический дисковый конденсатор. Следует отметить, что керамические материалы плохо проводят электричество; поэтому электрические заряды не могут проходить через них.Обратной стороной керамических конденсаторов является то, что незначительное изменение температуры приводит к изменению их емкости.

Низкая индуктивность керамических конденсаторов делает их пригодными для высокочастотных применений. Они бывают небольших размеров и используются в различных электронных продуктах, включая телевизоры, мобильные телефоны, цифровые видеокамеры, ноутбуки и т. Д.

Электролитические конденсаторы: Их можно разделить на две категории: материал электрода (алюминий, тантал или ниобий) и свойства электролитов (влажный, твердый или гибрид влажный / твердый).Большинство электролитических конденсаторов имеют полярность; поэтому при постоянном напряжении важно исправлять полярность на обоих концах. Из-за своего небольшого размера и высокой емкости электролитические конденсаторы подходят для использования в цепях питания постоянного тока. Их применения — соединение и развязка. Недостатком электролитических конденсаторов является их относительно низкое напряжение.

Бумажные конденсаторы: Они сконструированы с использованием бумаги в качестве диэлектрика и способны накапливать достаточный электрический заряд.Диапазон емкости для них варьируется от 0,001 до 2 000 мкФ, а напряжение очень высокое — до 2000 В. Этот конденсатор поглощает влагу из воздуха, что снижает сопротивление изоляции диэлектрика. Бумажные конденсаторы используются в фильтрах. Их также можно использовать для приложений, требующих высокого напряжения и большого тока.

Общие проблемы при использовании неподходящих конденсаторов
Неисправный конденсатор может привести к различным проблемам. Когда в цепи используется неправильный конденсатор, он не может стабилизировать высокое напряжение, что может отрицательно повлиять на систему, вызывая ее выход из строя раньше ожидаемого срока службы.Следует помнить, что все конденсаторы не сделаны из одних и тех же материалов. Следовательно, использование конденсатора плохого качества или конденсатора с неправильным номиналом может серьезно повлиять на работу схемы.

Другие проблемы, которые возникают из-за неправильного выбора конденсаторов, — это ненужная потеря мощности и нестабильные цепи. Кроме того, неправильный физический размер и тип конденсатора могут вызвать такие проблемы, как нежелательный шум, механическое напряжение, отказ цепи и т. Д. Также следует учитывать толщину внешнего слоя диэлектрика конденсатора.На этом слое обычно появляются трещины; поэтому толщина диэлектрика имеет большое значение для увеличения механической прочности, а также увеличения срока службы изделий.

Также, когда конденсатор низкого качества или когда в цепи более высокое напряжение, высока вероятность утечки химического изолятора. В таких случаях на печатную плату воздействует слабореактивное соединение, которое, в свою очередь, может повлиять на близлежащие компоненты и медную фольгу печатной платы.

Некоторые конденсаторы, имеющиеся на рынке
Модель: Конденсаторы полипропиленовые пленочные; Производитель: Panasonic
В этих конденсаторах, специально разработанных для подавления помех, используется негорючий пластиковый корпус
и негорючая смола; они полностью соответствуют требованиям RoHS. Серия оснащена механизмом безопасности
, который соответствует требованиям UL / CSA и европейского стандарта безопасности класса X2.
Основные характеристики
  • Влагостойкость проверена при 240 В переменного тока при 85 ° C / 85% в течение 1000 часов (C <1.0 мкФ)
  • Имеет номинальное напряжение 275 В переменного тока, номинальную емкость от 0,10 мкФ до 4,7 мкФ и допуск емкости
    ± 10% (K), ± 20% (M).
  • Диапазон температур категории от -40 ° C до + 110 ° C

Контакт: www.panasonic.eu

Модель: Серия пленочных конденсаторов EPCOS B3277X / Y / Z; Производитель: TDK
Серия подходит для использования в цепях промежуточного контура, в качестве фильтров постоянного тока, для коррекции коэффициента мощности в промышленных преобразователях, а также для источников питания с повышенными требованиями к надежности.Эти области применения включают рентгеновское оборудование, светодиодное уличное освещение, индукционные плиты и электрические зарядные устройства
.
Основные характеристики
  • Разработан для напряжений от 500 В до 1200 В постоянного тока со стандартной емкостью от 1,5 до 170 мкФ
  • Максимальный ток до 36,5 А
  • Максимальная рабочая температура компонентов, совместимых с RoHS, составляет 105 ° C

Контакт: www.tdk-electronics.tdk.com

Модель: керамический конденсатор MLCC, 100 нФ; Производитель: Murata
Компания утверждает, что это самый маленький в мире керамический конденсатор MLCC 100 нФ для смартфонов 5G.Его максимальная емкость составляет 0,1 мкФ (100 нФ). Компания добилась площади монтажной поверхности, которая примерно на 50 процентов меньше, а объем — примерно на 80 процентов меньше, чем у ее собственных обычных продуктов (размер 2552,7 см) с емкостью 0,1 мкФ. Более того, емкость этого продукта примерно в десять раз больше, чем у других продуктов такого же размера (размер 20330,16 см), изначально производимых компанией серийно.
Контакт: www.murata.com
Модель: Vishay BC Компоненты 257 серии PRM-SI; Производитель: Vishay Intertechnology
Эта серия миниатюрных вставных алюминиевых электролитических конденсаторов позволяет создавать конструкции с более высокой плотностью мощности.Серия представляет собой цилиндрический алюминиевый корпус, изолированный синей гильзой. Конденсаторы серии 257 PRM-SI имеют номинальное напряжение до 500 В в 25 компактных корпусах размером от 22 мм x 25 мм до 35 мм x 60 мм. Устройства, соответствующие требованиям RoHS, также доступны с защелкивающимися клеммами с 3-контактным ключом

Основные характеристики

• Размер корпуса (Д x Д в мм): от 22 x 25 до 35 x 60
• Диапазон емкости: от 56 мкФ до 3300 мкФ
• Допуск: ± 20%
• Срок службы при + 85 ° C: 5 000 часов.vishay.com
Модель: серия KXF; Производитель: United Chemi-Con
Серия KXF включает сверхминиатюрные алюминиевые электролитические сквозные конденсаторы. Гарантия на эту серию составляет от 15 000 до 20 000 часов работы для цепей светодиодного освещения и других долговечных высоковольтных источников питания. Эти конденсаторы идеально подходят для высоконадежных приложений, таких как светодиоды, зарядные устройства, повышающие преобразователи и миниатюрные импульсные источники питания.

Основные характеристики
• Диапазон номинального напряжения от 160 В до 450 В постоянного тока
• Диапазон емкости от 5,6 мкФ до 68 мкФ
• Поляризованные конденсаторы, не устойчивые к растворителям
• Диаметр от 10 до 18 мм
• Соответствует RoHS2

Контакт: www.chemi-con.com

Что такое конденсатор? — Основы схемотехники

Конденсатор представляет собой электрический компонент, используемый для хранения энергии в электрическом поле.Он имеет два электрических проводника, разделенных диэлектрическим материалом, которые накапливают заряд при подключении к источнику питания. Одна пластина получает отрицательный заряд, а другая — положительный.

Конденсатор не рассеивает энергию, в отличие от резистора. Его емкость характеризует идеальный конденсатор. Это количество электрического заряда на каждом проводнике и разность потенциалов между ними. Конденсатор отключает ток в цепях постоянного и короткого замыкания в цепях переменного тока.Чем ближе два проводника и чем больше площадь их поверхности, тем больше его емкость.

Общие типы конденсаторов

  • В керамических дисковых конденсаторах в качестве диэлектрического материала используется керамика. Керамический конденсатор заключен в капсулу с двумя выводами, которые выходят снизу и образуют диск. Керамический дисковый конденсатор не имеет полярности и подключается в любом направлении на печатной плате. В керамических конденсаторах относительно высокая емкость достигается при небольшом физическом размере из-за их высокой диэлектрической проницаемости.Его значение колеблется от пикофарад до одной или двух микрофарад, но его номинальное напряжение относительно низкое.

Трехзначный код, напечатанный на их корпусе, используется для определения емкости конденсатора в пикофарадах. Буквенные коды используются для обозначения их значения допуска, например: J = 5%, K = 10% или M = 20%. Например, керамический дисковый конденсатор выше с маркировкой 154 указывает на то, что имеется 15 и 4 нуля пикофарад, или 150 000 пФ (150 нФ).


Значение допуска керамического дискового конденсатора
  • Электролитические конденсаторы часто используются, когда требуются большие значения емкости.Они обычно используются для уменьшения пульсаций напряжения или для приложений связи и развязки. Электролитические конденсаторы изготовлены из двух тонких пленок алюминиевой фольги с оксидным слоем в качестве изолятора. Они поляризованы и при неправильном подключении могут выйти из строя или взорваться. Этот тип конденсатора имеет большой допуск, но плохо работает на высоких частотах.
Конденсатор электролитический
  • Танталовые конденсаторы обычно используются для средних значений емкости.Их лучше всего использовать, когда имеют значение размер и производительность, но они обычно не имеют высоких рабочих напряжений и не обладают очень высокой допустимой нагрузкой по току. Танталовые конденсаторы поляризованы и могут взорваться под нагрузкой. У них очень низкая терпимость к обратному смещению.
Маркировка танталовых конденсаторов с выводами Маркировка танталовых конденсаторов SMD

Маркировка танталовых конденсаторов SMD обычно состоит из трех цифр. Последний — множитель, а первые два — значащие цифры.Его значения указаны в пикофарадах. Таким образом, танталовый конденсатор SMD, показанный выше, имеет значение 47 x 10 6 пФ, что соответствует 47 мкФ.

Маркировка танталовых конденсаторов SMD Танталовые конденсаторы

также могут иметь прямую маркировку, как показано на рисунке выше.

  • Серебряные слюдяные конденсаторы используются во многих радиочастотных цепях, таких как генераторы и фильтры. Серебряная слюда дает очень высокие характеристики с жесткими допусками, но с небольшими изменениями температуры.В нем используются серебряные электроды, которые наносятся непосредственно на слюду. Несколько слоев помогают получить требуемый уровень емкости, и на эту емкость влияет площадь, покрытая электродами.
Серебряный слюдяной конденсатор
  • В пленочных конденсаторах в качестве диэлектрика используется тонкая пластиковая пленка. Пленочные конденсаторы используются во многих приложениях из-за их стабильности, низкой индуктивности и низкой стоимости. Они не поляризованы, поэтому подходят для сигналов переменного тока и питания. Они также сделаны с очень точными значениями емкости и сохраняют ее дольше, чем любой другой тип конденсатора.
Пленочный конденсатор
  • Конденсаторы переменной емкости — это конденсаторы с емкостью, которую можно изменять в зависимости от требований к определенному диапазону значений. Переменные конденсаторы состоят из металлических пластин. Среди этих пластин одна неподвижная, а другая подвижная. Емкость Тиера может составлять от 10 до 500 пикофарад. Эти переменные резисторы находят множество применений, например, для настройки LC-цепей в радиоприемниках, для согласования импеданса в антеннах и т. Д.Есть два типа переменных конденсаторов — подстроечный конденсатор и подстроечный конденсатор.
Конденсатор настройки

Каркас в этом конденсаторе обеспечивает поддержку конденсатора, сделанного из слюды, и находящегося в нем «статора». С помощью вала ротор стремится вращаться, когда статор неподвижен. Когда пластины подвижного ротора входят в неподвижный статор, емкость, возможно, достигает максимального уровня. В противном случае значение емкости будет минимальным.

Подстроечный конденсатор

Конденсатор этого типа имеет три вывода.Один соединен с неподвижной частью, другой — с частью, которая отвечает за движение, называемое поворотным, а другой вывод является общим.

Поляризованные и неполяризованные конденсаторы

Когда дело доходит до хранения и разгрузки, оба они работают по одному и тому же принципу. Однако есть много факторов, которые отличают их друг от друга.

  • Различные диэлектрики — Диэлектрик — это материал между двумя пластинами конденсатора. В поляризованных конденсаторах в качестве диэлектрика используется электролит, что дает им большую емкость, чем у других конденсаторов того же объема.Однако полярные конденсаторы, произведенные из различных материалов и процессов электролита, будут иметь разные значения емкости. Использование полярных и неполяризованных конденсаторов зависит от обратимых свойств диэлектрика.
  • Различные конструкции — чаще всего используются электролитические конденсаторы круглой формы; квадратные конденсаторы встречаются редко. Существуют также невидимые конденсаторы или распределенные конденсаторы, которые нельзя игнорировать в устройствах высокой и промежуточной частоты.
  • Условия использования и использование — внутренние материалы и конструкции обеспечивают большую емкость и высокочастотные характеристики полярных конденсаторов, что делает их очень подходящими для фильтров источников питания и т.п. Однако есть полярные конденсаторы с хорошими высокочастотными характеристиками — танталовый электролизный, который обычно не используется из-за своей дороговизны.
  • Различная производительность — Максимальная производительность — одно из основных требований при выборе конденсатора.Если в источнике питания телевизора в качестве фильтра используется металлооксидный пленочный конденсатор, емкость и выдерживаемое напряжение должны соответствовать требованиям фильтра; внутри корпуса можно установить только блок питания. Следовательно, в фильтре можно использовать только полярные конденсаторы, а полярная емкость необратима. Обычно электролитические конденсаторы имеют емкость более 1 МФ; лучше всего использовать для связи, развязки, фильтрации источника питания и т. д. Неполярные конденсаторы, как правило, менее 1 MF, что включает только резонанс, связь, выбор частоты, ограничение тока и т. д.Однако существуют также неполярные высоковольтные конденсаторы большой емкости, которые в основном используются для компенсации реактивной мощности, фазового сдвига двигателя и фазового сдвига мощности с преобразованием частоты.
  • Различная емкость — конденсаторы одинакового объема имеют разную емкость в зависимости от их диэлектриков.

Общие области применения конденсаторов

  • Связь по переменному току / блокировка по постоянному току — компонент позволяет только сигналам переменного тока проходить от одного участка цепи к другому, блокируя любое статическое напряжение постоянного тока.Они обычно используются для разделения компонентов переменного и постоянного тока в сигнале. В этом методе необходимо убедиться, что полное сопротивление конденсатора достаточно низкое. Номинальное напряжение конденсатора должно быть больше пикового напряжения на конденсаторе. Обычно конденсатор может выдерживать напряжение питающей шины с некоторым запасом для обеспечения надежности.
  • Развязка источника питания — Конденсатор используется для развязки одной части схемы от другой.Развязка выполняется, когда входящий линейный сигнал проходит через трансформатор и выпрямитель; результирующая форма волны не является гладкой. Оно варьируется от нуля до пикового напряжения. При применении к цепи маловероятно, что это сработает, потому что обычно требуется постоянное напряжение.
  • Фильтрация шума переменного тока от цепей постоянного тока. — Любые сигналы переменного тока, которые могут быть в точке смещения постоянного тока, шине питания или других узлах, которые должны быть свободны от определенного изменяющегося сигнала, должны быть удалены конденсатором.Он также должен выдерживать напряжение питания, подавая и поглощая уровни тока, возникающие из-за шума на рельсе.
  • Фильтрация аудиосигнала — необходимо учитывать ВЧ характеристики конденсатора. Эта производительность может отличаться на более низких частотах. Здесь обычно используются керамические конденсаторы, поскольку они имеют высокую частоту собственного резонанса, особенно конденсаторы для поверхностного монтажа, которые очень малы и не имеют выводов, которые могут вызвать какую-либо индуктивность.

Что такое суперконденсаторы?

Он также известен как двухслойный электролитический конденсатор или ультраконденсатор. Суперконденсатор может хранить большое количество энергии. В частности, от 10 до 100 раз больше энергии на единицу массы или объема по сравнению с электролитическими конденсаторами. Он имеет более низкие пределы напряжения, которые перекрывают разрыв между электролитическими конденсаторами и аккумуляторными батареями.

Некоторые общие области применения суперконденсаторов

  • Ветряные турбины — суперконденсаторы помогают сгладить прерывистую энергию, вырабатываемую ветром.
  • Двигатели, приводящие в движение электромобили, работают от источников питания, рассчитанных на сотни вольт, что означает, что для хранения нужного количества энергии в типичном рекуперативном тормозе необходимы сотни последовательно соединенных суперконденсаторов.
  • Электрические и гибридные транспортные средства — суперконденсаторы используются в качестве временных накопителей энергии для рекуперативного торможения, когда энергия транспортного средства обычно расходуется впустую, когда дело доходит до остановки, ненадолго сохраняется, а затем повторно используется, когда он снова начинает движение.

Суперконденсаторы и кривая разряда батареи

Кривая разряда батареи экспоненциальная. Как видите, экспоненциальный разряд обеспечивает стабильную мощность до конца. Энергия остается высокой на протяжении большей части заряда, а затем быстро падает по мере истощения заряда .

Кривая разряда суперконденсатора линейная. Как видите, линейный разряд не позволяет полностью использовать энергию. Он обеспечивает самую высокую мощность в начале .


Конденсатор

| Викитроника | Фэндом

Абдул Бида Конденсаторы Абдул Бидар

Конденсатор был изобретен в 1669 году голландским ученым Хемантом. Сначала конденсатор назывался Jam jar. Он был сделан путем наполнения стеклянной банки медом и использовался для хранения статических баллонов. Он был способен хранить электрический заряд в небольшом пространстве. Поэтому в 1782 году ученый Вольторб назвал его конденсаторным.Популярный американский ученый Майкл Фарадей определил природу емкости и электричества, и поэтому единица емкости была названа Джеком. В настоящее время конденсатор известен как конденсатор.

Приложения []

Его функция состоит в том, чтобы накапливать электрическую энергию и при необходимости снова передавать ее в цепь. Другими словами, он заряжает и разряжает накопленный в нем электрический заряд. Помимо этого, конденсатор выполняет следующие функции:

  1. Он блокирует поток постоянного тока и разрешает поток переменного тока.
  2. Используется для соединения двух секций.
  3. Обходит (заземляет) нежелательные частоты.
  4. Подает нужный сигнал в любой раздел.
  5. Используется для фазового сдвига.
  6. Также используется для создания задержки по времени.
  7. Он также используется для фильтрации, особенно для удаления ряби с выпрямленной формы волны.
  8. Используется для настройки частоты.
  9. Используется как пускатель двигателя.
  10. Он также используется вместе с резистором для фильтрации пульсаций в цепи выпрямителя.

I На самом деле конденсатор работает как резервуар для воды. Электроэнергия хранится в конденсатор так же, как и вода, хранится в емкости. Это называется зарядкой конденсатора.Накопленная электрическая энергия может быть снова получена от конденсатора так же, как вода поступает из резервуара. Это называется разрядкой конденсатора. Строительство : Конденсатор — это электрический компонент, который состоит из двух металлических пластин, разделенных изоляционным материалом, известным как диэлектрик. Конденсатор назван в соответствии с используемым в нем диэлектрическим материалом. Конструкция конденсатора показана на рис. 1.

Емкость []

Способность конденсатора накапливать электричество известна как емкость этого конденсатора.Он обозначается буквой C. Единица измерения емкости — Фарад, но Фарад — очень большая единица. Его меньшие единицы — Кило Микрофарад (KMFD), Микрофарад (MFD), Кило Пико Фарад (KPF) или Нано Фарад (NF) и Пико Фарад (PF). Соотношение между этими единицами показано ниже:

Принцип работы конденсатора []

Как уже говорилось, конденсатор имеет способность накапливать электрическую энергию и снова отдавать ее в схему.Это называется зарядкой и разрядкой конденсатора. Есть разные результаты, полученные при подаче питания постоянного и переменного тока на конденсатор. Работа конденсатора в обоих условиях следующая: Когда искусство заряжается при подаче на него постоянного тока, этот заряд остается в конденсаторе даже после извлечения аккумулятора, пока он не разрядится нагрузкой.

Если на конденсатор подается переменный ток, то полярность обеих пластин поочередно меняется в зависимости от входного переменного тока.В результате этого конденсатор заряжается в первом полупериоде и разряжается в следующем полупериоде. После первого полупериода, когда следующий полупериод наступает на заряженные концы конденсатора, этот противоположный полупериод разряжает конденсатор. между двумя пластинами из-за диэлектрического материала. Таким образом, конденсатор создает препятствие (сопротивление) для прохождения переменного тока, которое называется импедансом. Импеданс зависит от емкости конденсатора и частоты переменного тока. Разница фаз между переменным напряжением на входе и переменным током на выходе конденсатора составляет 90 °.Это показано на рис. 2.

Емкость зависит от []

Как вы уже выяснили, емкость конденсатора для хранения электрического заряда называется емкостью этого конденсатора. Емкость зависит от следующих факторов:

  1. Площадь пластин.
  2. Расстояние пластин.
  3. Характеристики диэлектрика между двумя проводящими пластинами.

Площадь пластин []

Величина емкости конденсатора прямо пропорциональна эффективной площади пластин. Это означает, что емкость конденсатора увеличивается с увеличением площади пластин конденсатора. C a A, здесь A = Площадь пластин. C ~ Емкость.

[]

Типы конденсатора []

хорошие и плохие.Как вы знаете, конденсатор изготавливается путем размещения изоляционного материала между двумя проводящими пластинами, этот изолирующий материал известен как диэлектрический материал. Хороший диэлектрический материал — это материал, в котором нет потерь энергии из-за электрического поля через диэлектрик. Диэлектрик, из-за которого происходит потеря энергии электрического поля в виде тепла, не является хорошим диэлектрическим материалом. Конденсаторы названы в соответствии с типом используемого диэлектрического материала.По диэлектрическому материалу конденсатор можно разделить на два типа :

  1. Простой конденсатор.
  2. Электролитический конденсатор.
Простой конденсатор []

Простые конденсаторы — это те конденсаторы, в которых в качестве диэлектрического материала используются полиэстер, воздух, бумага, слюда, керамика, пластик и каменный флюс.Эти конденсаторы названы в соответствии с используемыми в них диэлектрическими материалами. Например, конденсаторы с бумагой в качестве диэлектрика известны как бумажные конденсаторы, а конденсаторы со слюдой в качестве диэлектрика известны как слюдяные конденсаторы. Оба конца этих конденсаторов похожи, поэтому нет необходимости проверять их полярность перед их подключением в цепь. Вместо простого конденсатора такого же номинала можно использовать любой тип простого конденсатора аналогичного номинала. В некоторых конденсаторах в качестве диэлектрического материала используется воздух.Такие конденсаторы известны как воздушные конденсаторы. Вот некоторые важные конденсаторы и их характеристики:

»

Слюдяной конденсатор » []

Слюда — это такой материал, который в природе доступен тонким слоем. Его диэлектрическая постоянная [1] очень высока. Особенно для высоких частот, он работает как хороший изолятор даже при высоких температурах. В нем очень низкие потери частоты, из-за этих кремниевых свойств он используется в качестве диэлектрического материала в конденсаторах.Конденсаторы этого типа известны как слюдяные конденсаторы. Поскольку намотка из слюды невозможна, слюдяные конденсаторы всегда имеют плоскую форму. Эти конденсаторы используются там, где требуется большая точность и высокая диэлектрическая проницаемость. Слюдяные конденсаторы бывают разных типов. Описание двух из них приведено ниже:

  1. » Конденсатор слюдяного типа с зажимом » : В конденсаторах этого типа между двумя тонкими пластинами олова имеется слой слюды.Теперь таким образом закрепляются один слой за другим. Два электрода вынуты из тонкого слоя олова с обоих концов. Этот тип конструкции используется для производства конденсаторов хорошего качества. Его конструкция показана на рис. 3 (а).
  2. » Скрепленный посеребренный слюдяной конденсатор : В конденсаторах этого типа, за исключением пластин с внешних концов, пластины имеют серебряное покрытие с обеих сторон. Покрытие серебром производится в соответствующем электродном поле, а все остальные пластины соединяются друг с другом путем обжига.Благодаря такому расположению конденсатор приобретает хорошую форму и точность. На рис. 38 (b) показана конструкция одного такого конденсатора. Для защиты от влаги его закрывают в футляре для запекания, который затем герметизируют слоем воска. Конденсаторы этого типа также используются там, где требуется большая точность.

»

Бумажный конденсатор. » []

Это такой конденсатор, который используется для высокого напряжения постоянного и переменного тока при средних потерях и средней точности стабильности емкости.Это делается путем обертывания тонкого слоя алюминия слоями папиросной бумаги, и для удаления влаги с бумаги используется тонкий слой воска. В бумажном конденсаторе с матрицами вместо алюминия для электродов используется металлическая пленка. Емкость бумажного конденсатора обычно находится в диапазоне от 0,001 мкФ до 0,2 мкФ. Их допустимая нагрузка не превышает 100 В. В наши дни на папиросной бумаге в бумажных конденсаторах используется полиэфирная пластиковая пленка. Благодаря использованию этой пленки повышается ее диэлектрическая проницаемость, поэтому она не повреждается под высоким напряжением.

»

Керамический конденсатор » []

Такие конденсаторы, которые имеют керамический материал в качестве диэлектрика, известны как керамические конденсаторы. Назначение этих конденсаторов определяется электрическими характеристиками используемого керамического материала. Размер керамических конденсаторов очень мал по сравнению с другими конденсаторами из-за их высокой диэлектрической проницаемости. Керамический материал является очень хорошим изолятором, и из него можно получить высокую диэлектрическую проницаемость, смешивая в нем различные типы силикатов.

Керамические конденсаторы обычно бывают двух типов, то есть « дискового типа » и « трубчатого типа », в конденсаторах дискового типа две проводящие пластины сделаны путем посеребрения обеих сторон керамической пластины. Из каждой пластины вынимается проволока в качестве электрода. Для защиты конденсатора от влаги поверх него нанесено покрытие из изоляционного материала. Другой тип конденсатора, имеющий форму сопротивления, известен как керамический конденсатор трубчатого типа.В конденсаторах этого типа серебряное покрытие нанесено внутри и снаружи керамической трубки, которая действует как две проводящие пластины. Из каждого покрытия вынимается проволока. Трубчатые конденсаторы от IFF до 500PF работают аналогично слюдяным конденсаторам.

»
Ассортимент керамических конденсаторов » []

»

Фольгированные конденсаторы: » ‘ []

Такие конденсаторы, в которых тонкий слой металла используется в качестве проводящих пластин, известны как фольговые конденсаторы.Обычно бумага используется в качестве изолятора в конденсаторах из фольги, но в некоторых конденсаторах также используются полиэстер и пластик. Эти конденсаторы известны как полиэфирные конденсаторы и пластиковые конденсаторы соответственно.

» Правила расчета стоимости простых конденсаторов: »

  • Правило I: Если на каком-либо конденсаторе написано одно или двухзначное число без какого-либо кода или единицы измерения, то это число является значением конденсатора в пикофарадах.
  • Правило 2 : Если на каком-либо конденсаторе число из трех цифр записано с последней цифрой как ноль без какого-либо кода и единицы, то это число является значением конденсатора в пикофарадах.
  • Правило 3 : Если на каком-либо конденсаторе записано трехзначное число с последним числом, отличным от нуля, то его значение рассчитывается методом цветового кода. В этом методе первые две цифры записываются как есть, а нули, равные последней цифре, добавляются после числа.Полученное значение — это значение этого конденсатора в пикофарадах (PF). Он делится на 1000, чтобы получить значение в KPF, и значение в KPF снова делится на 1000, чтобы получить значение в микрофарадах (MF). В конденсаторах этого типа, если после числа написан английский алфавит, то этот алфавит показывает его терпимость. Эти алфавиты и представленные ими допуски приведены ниже : F = ± 1% G = ± 2% J = ± 5% K = ± 10% M = ± 20% *, ____. .
  • Правило 4 : Если на конденсаторе написано четырехзначное число с нулем в качестве четвертой цифры, то данное число является значением этого конденсатора в пикофарадах.Если на конденсаторе также написан английский алфавит вместе с четырехзначным числом, то этот алфавит представляет его (конденсаторный) допуск.
  • Правило 5: Если число написано на конденсаторе после десятичной дроби, то это число является значением конденсатора в микрофарадах. Если на конденсаторах этого типа также написан английский алфавит, то этот алфавит показывает допуск конденсатора. Кроме того, на некоторых конденсаторах написано рабочее напряжение.
  • Правило 6 : Если на каком-либо конденсаторе K написано либо между двухзначным числом, либо после трехзначного числа с нулем в качестве последней цифры, то число является значением конденсатора в KPF (килопикофарадах).Когда этот K записывается между двумя цифрами, вместо него используется десятичная дробь, и теперь это число является значением конденсатора в KPF.
  • Правило 7 : На некоторых конденсаторах может быть записано их номинальное значение, а на некоторых конденсаторах их номера записаны последовательно. Из них первое число показывает номинал конденсатора, второе число показывает его допуск, а третье число показывает его рабочее напряжение.

»

Конденсатор типа Pin-up » []

Эти керамические конденсаторы имеют особую форму и производятся компанией Philips.Эти конденсаторы имеют либо один цвет, либо полоски более одного цвета. Посредством этих цветов их допустимое отклонение и рабочее напряжение рассчитываются в соответствии с системой цветового кода. В этих конденсаторах цветовые полосы отсчитываются сверху.

» ‘
Методы расчета значений различных типов керамических конденсаторов типа pin-up следующие: :’ » []
  • Когда на конденсаторе типа pin-up указан только один цвет :

Когда на любом керамическом конденсаторе типа pin-up указан только один цвет, он считается тремя полосами такого же цвета.Теперь с помощью системы цветового кода рассчитывается значение этого конденсатора.

  • Когда есть две цветные полосы, одна из которых больше по размеру :

Для расчета стоимости такого конденсатора типа pin-up цвет большей полосы пишется два раза и цвет меньшей полосы пишется только один раз. Таким образом, с помощью трех цветов значение емкости определяется в пикофарадах.

  • Когда на конденсаторе типа pin-up присутствуют три разных цвета одинакового размера:

В этом случае все три цвета записываются сверху, соответственно, а затем значение конденсатора рассчитывается в пико фарад (ПФ).

  • Когда одна цветная полоса больше, а две цветные полосы меньше по размеру:

При вычислении номинала конденсаторов этих типов больший цвет записывается дважды, а два меньших цвета записываются один раз. Таким образом мы получаем всего четыре цвета. Из которых три цвета используются для расчета стоимости конденсатора, а четвертый цвет дает толерантность конденсатора.

  • Четвертый цвет показывает следующее:

Коричневый = ± 1% Красный = ± 2% Зеленый = ± 5% Белый = ± 10% Черный = ± 20%

  • Если на конденсаторе типа pin-up заданы четыре разных цвета одинакового размера:

В конденсаторах этого типа первые три цвета дают значение конденсатора, а четвертый цвет — допуск.

  • Когда на конденсаторе типа pin-up указано пять цветов одинакового размера:

Может быть максимум пятицветный конденсатор типа pin-up. Из этих пяти цветов первые три используются для расчета номинальной емкости конденсатора, четвертый цвет показывает его устойчивость, а пятый цвет показывает рабочее напряжение.

  • Допустимое рабочее напряжение, показанное пятым цветом, соответствует приведенному ниже:

* Коричневый = 100 В

  • Красный = 250 В
  • Желтый = 400 В
  • Синий = 630 Вольт.
Плоский керамический конденсатор []

Некоторые керамические конденсаторы имеют плоскую форму. На этих конденсаторах есть линии. Метод расчета значений этих конденсаторов такой же, как и у других конденсаторов, но в этих конденсаторах цвет внизу считается первым цветом, тогда как в других конденсаторах цвет вверху считается первым цветом.

Конденсаторы Storoflux []

Эти конденсаторы выглядят так, как будто они сделаны из стекла, потому что они сделаны из прозрачного пластика.Их ценность обычно составляет пикофарады. В прозрачном пластике есть тонкие слои алюминия, которые используются как пластины.

Расчетное значение керамических конденсаторов трубного типа []

Стоимость большинства керамических конденсаторов трубчатого типа указана на них. Но у некоторых конденсаторов есть цветные полосы и точки на корпусе, которые используются для расчета их (конденсаторного) значения. Чтобы рассчитать емкость конденсатора по этим цветным полоскам и точкам, следуйте некоторым правилам, которые заключаются в следующем:

  • Правило 1: Если на каком-либо конденсаторе трубчатого типа есть пять полосок или точек разных цветов, то первый цвет показывает температурный коэффициент конденсатора, второй, третий и четвертый используются для расчета номинала конденсатора.Способ расчета емкости конденсатора с цветами

такой же, как и у сопротивления. Значение всегда выражается в пикофарадах (PF), а пятый цвет показывает допустимую нагрузку конденсатора. В таблице 1 показан метод расчета номинала керамического конденсатора трубчатого типа с пятью цветами.

  • Правило 2: На некоторых керамических конденсаторах трубчатого типа указан их номинал. Кроме того, чтобы показать толерантность, в качестве кода толерантности написан английский алфавит. В углу на этих конденсаторах есть цветная полоса или точка, которая представляет их температурный коэффициент.

В этом конденсаторе коды допусков следующие:

100 А написано на конденсаторе, показанном на рис. означает, что его значение составляет 100PF, а его код толерантности — A, таким образом, его толерантность составляет ± 10%.

Объяснение

конденсаторов — Инженерное мышление

Объяснение конденсаторов

. Узнайте, как работают конденсаторы, где мы их используем и почему они важны.

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть руководство YouTube.

Помните, что электричество опасно и может привести к летальному исходу. Вы должны быть квалифицированными и компетентными для выполнения электромонтажных работ.Не прикасайтесь к клеммам конденсатора, так как это может вызвать поражение электрическим током.

Что такое конденсатор?

Конденсатор и батарея

А конденсатор накапливает электрический заряд. Это немного похоже на батарею, за исключением того, что она по-другому накапливает энергию. Он не может хранить столько энергии, хотя может заряжаться и высвобождать свою энергию намного быстрее. Это очень полезно, поэтому конденсаторы можно встретить практически на каждой печатной плате.

Как работает конденсатор?

Я хочу, чтобы вы сначала представили водопроводную трубу, по которой течет вода.Вода будет продолжать течь, пока мы не закроем вентиль. Тогда вода не сможет течь.

Если после клапана мы позволим воде течь в резервуар, тогда резервуар будет хранить часть воды, но мы продолжаем получать воду, вытекающую из трубы. Когда мы закроем вентиль, вода перестанет поступать в резервуар, но мы все равно будем получать постоянный приток воды, пока резервуар не опустеет. Как только резервуар снова наполнится, мы можем открывать и закрывать клапан, и до тех пор, пока мы не опорожняем резервуар полностью, мы получаем непрерывную подачу воды из конца трубы.Таким образом, мы можем использовать резервуар для воды для хранения воды и сглаживания перебоев в подаче.

В электрических цепях конденсатор действует как резервуар для воды и накапливает энергию. Он может освободить его, чтобы сгладить перебои в подаче электроэнергии.

Если мы очень быстро выключим простую схему без конденсатора, то свет будет мигать. Но если мы подключим конденсатор в цепь, то свет будет гореть во время прерываний, по крайней мере, на короткое время, потому что теперь конденсатор разряжается и питает цепь.

Внутри основного конденсатора у нас есть две проводящие металлические пластины, которые обычно изготавливаются из алюминия или алюминия, как его называют американцы. Они будут разделены диэлектрическим изоляционным материалом, например керамикой. Диэлектрик означает, что материал поляризуется при контакте с электрическим полем. Мы скоро увидим, что это значит.

Внутри конденсатора

Одна сторона конденсатора подключена к положительной стороне схемы, а другая сторона — к отрицательной.На стороне конденсатора вы можете увидеть полоску и символ, указывающие, какая сторона у отрицательного полюса, кроме того, отрицательная сторона будет короче.

Если подключить конденсатор к аккумулятору. Напряжение подталкивает электроны от отрицательного вывода к конденсатору. Электроны накапливаются на одной пластине конденсатора, в то время как другая пластина, в свою очередь, высвобождает некоторые электроны. Электроны не могут проходить через конденсатор из-за изоляционного материала. В конце концов, конденсатор имеет такое же напряжение, что и батарея, и электроны больше не будут течь.

Теперь с одной стороны скопилось скопление электронов, это означает, что мы накопили энергию и можем высвободить ее, когда это необходимо. Поскольку на одной стороне больше электронов по сравнению с другой, и электроны заряжены отрицательно, это означает, что у нас есть одна сторона, которая является отрицательной, а другая — положительной, поэтому между ними есть разница в потенциале или разница напряжений. Мы можем измерить это с помощью мультиметра.

Что такое напряжение?

Напряжение похоже на давление: когда мы измеряем напряжение, мы измеряем разность или разность потенциалов между двумя точками.Если вы представите трубу с водой под давлением, мы сможем увидеть давление с помощью манометра. Манометр также сравнивает две разные точки: давление внутри трубы по сравнению с атмосферным давлением снаружи трубы. Когда резервуар пуст, манометр показывает ноль, потому что давление внутри резервуара равно давлению снаружи резервуара, поэтому манометру не с чем сравнивать. Оба давления одинаковы. То же самое и с напряжением, мы сравниваем разницу между двумя точками.Если мы измеряем через батарею 1,5 В, то мы читаем разницу в 1,5 В между каждым концом, но если мы измеряем один и тот же конец, мы читаем ноль, потому что разницы нет, это то же самое.

Хотите изучить основы электричества? НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ

Возвращаясь к конденсатору, мы измеряем и считываем разницу напряжений между ними из-за скопления электронов. Мы все еще получаем это показание, даже когда отсоединяем аккумулятор.

Если вы помните, с магнитами противоположности притягиваются и притягиваются друг к другу.То же самое происходит с накоплением отрицательно заряженных электронов, они притягиваются к положительно заряженным частицам атомов на противоположной пластине, но никогда не могут добраться до них из-за изоляционного материала. Это притяжение между двумя сторонами представляет собой электрическое поле, которое удерживает электроны на месте, пока не будет создан другой путь.

Основы работы с конденсаторами

Если мы затем поместим в цепь небольшую лампу, то теперь существует путь, по которому электроны могут течь и достигать противоположной стороны.Таким образом, электроны будут проходить через лампу, питая ее, и электроны достигнут другой стороны конденсатора. Это будет длиться недолго, пока количество электронов не выровняется с каждой стороны. Тогда напряжение равно нулю, поэтому нет толкающей силы и нет потока электронов.
Как только мы снова подключим аккумулятор, конденсатор начнет заряжаться. Это позволяет нам прервать подачу питания, и конденсатор будет обеспечивать питание во время этих прерываний.

Примеры

Мы везде используем конденсаторы.Они выглядят немного иначе, но их легко заметить. На печатных платах они, как правило, выглядят примерно так, и мы можем видеть их на инженерных чертежах вот так. Мы также можем получить конденсаторы большего размера, которые используются, например, в асинхронных двигателях, потолочных вентиляторах или установках кондиционирования воздуха, и мы можем даже получить такие огромные конденсаторы, которые используются для коррекции низкого коэффициента мощности в больших зданиях.

Пример обозначения конденсатора

На стороне конденсатора мы найдем два значения.Это будут емкость и напряжение. Мы измеряем емкость конденсатора в единицах фарад, которые мы показываем с заглавной буквы F, хотя обычно мы измеряем конденсатор в микрофарадах, поэтому у нас есть микро-символ непосредственно перед ним, который выглядит примерно как буква U с хвостом.

Пример емкости

Другое значение — это наше напряжение, которое мы измеряем в вольтах с заглавной буквой V, на конденсаторе значение напряжения — это максимальное напряжение, которое может выдержать конденсатор.

Этот конденсатор рассчитан на определенное напряжение, и если я превышу это значение, он взорвется.

Пример напряжения конденсатора

Большинство конденсаторов имеют положительную и отрицательную клеммы. Нам нужно убедиться, что конденсатор правильно включен в схему.

Пример платы конденсатора

Почему мы их используем

Одно из наиболее распространенных применений конденсаторов в больших зданиях — это коррекция коэффициента мощности. Когда в цепь помещается слишком много индуктивных нагрузок, формы сигналов тока и напряжения не будут синхронизироваться друг с другом, и ток будет отставать от напряжения.Затем мы используем батареи конденсаторов, чтобы противодействовать этому и вернуть их в соответствие.

Еще одно распространенное применение — сглаживание пиков при преобразовании переменного тока в постоянный.
Когда мы используем полный мостовой выпрямитель, синусоидальная волна переменного тока переворачивается, чтобы заставить отрицательный цикл протекать в положительном направлении, это заставит схему думать, что она получает постоянный ток.

через GIPHY

Но одна из проблем этого метода — промежутки между пиками. Поэтому мы используем конденсатор, чтобы выделять энергию в цепь во время этих прерываний, и это сгладит подачу питания, чтобы она больше походила на постоянный ток.

Как измерить емкость мультиметром

Мы можем измерить емкость и накопленное напряжение с помощью мультиметра. Не все мультиметры имеют функцию измерения емкости.

Вы должны быть очень осторожны с конденсаторами, поскольку они накапливают энергию и могут удерживать высокие значения напряжения в течение длительного времени, даже когда они отключены от цепи. Чтобы проверить напряжение, мы переключаемся на постоянное напряжение на нашем измерителе, а затем подключаем красный провод к положительной стороне конденсатора, а черный провод к отрицательной стороне.Если мы получаем показание в несколько вольт или более, мы должны разрядить его, безопасно подключив клеммы к резистору, и продолжить считывание напряжения. Мы хотим убедиться, что он упал до диапазона милливольт, прежде чем обращаться с ним, иначе мы можем получить шок.

Чтобы измерить емкость, мы просто переключаем измеритель на функцию конденсатора. Подключаем красный провод к положительной стороне, а черный провод к отрицательной стороне. После небольшой задержки счетчик покажет нам показания.Вероятно, мы получим значение, близкое к заявленному, но не точное.

Например, этот показатель рассчитан на 1000 микрофарад, но мы читаем около 946.

Пример показания 1000 микрофарад на конденсаторе

Этот конденсатор рассчитан на 33 микрофарад, но мы измеряем около 36.

Пример конденсатора

Что такое конденсаторные цепи?

К настоящему времени мы представили источники питания, резисторы и переключатели, а также изучили значение напряжения, тока, сопротивления и рассеиваемой мощности в цепях.В этой статье рассматривается другой тип электронного компонента: конденсатор.

Ключевые термины

o Конденсатор

o Емкость

o Фарад

Цели

o Распознать функцию конденсатора

o Анализировать простые цепи, содержащие конденсаторы

Обратите внимание: не пытайтесь воспроизвести схемы, иллюстрации или инструкции из этой статьи в реальной жизни.Это может привести к поражению электрическим током, травме или смерти. Эти примеры предназначены только для теоретического обсуждения, а не для фактического / физического использования.

Резисторы

— важные электронные компоненты, но многие сложные электронные схемы — это гораздо больше. Сети резисторов довольно «статичны», то есть их параметры не сильно меняются с течением времени. Это нормально, скажем, в случае лампочки — как правило, вам нужен устойчивый источник света, а не мерцание или мигание. Но что, если мы хотим сделать что-то более интересное, например, создать падение напряжения, которое со временем уменьшается или увеличивается? Нам нужно нечто большее, чем просто резисторы.В этой статье мы обсудим один из таких компонентов: конденсатор.

Что такое конденсатор?

Заряд может двигаться в проводнике, и он перемещается под действием электрической силы. Обычно провода электрически нейтральны, но они могут проводить заряд, и заряд также может накапливаться в частях материала в ответ на электрические силы. Представьте себе сценарий ниже, где у нас есть обычный источник питания (напряжения). Каждая клемма соединена с металлической пластиной, но эти две пластины разделены изолятором (например, воздухом), что означает, что между ними не может перемещаться заряд.Также мы добавим переключатель, который начинается в «открытом» положении.

Когда переключатель разомкнут, ничего не происходит — нижняя металлическая пластина находится на «массе», а верхняя металлическая пластина отключена от любого источника напряжения. (Мы также предположим, что он находится на земле ».) Таким образом, между пластинами нет электрических сил. Теперь давайте замкнем переключатель и посмотрим, что произойдет.

Изначально, когда ток только начинает течь в цепи, две пластины не имеют разницы в напряжении на них.Но положительный заряд движется от положительного вывода источника питания к верхней пластине и начинает накапливаться (нижняя пластина находится на земле, а положительный заряд притягивается к ней под действием электрической силы). Обратите внимание, что ток не может течь между этими пластинами, потому что они разделены. Когда положительный заряд накапливается в верхней пластине, положительный заряд отталкивается от нижней пластины, оставляя на ней эквивалентный отрицательный заряд.

Заряд будет накапливаться до тех пор, пока падение напряжения между двумя пластинами не станет эквивалентным напряжению питания, В. Обратите внимание, что наличие электрической силы между пластинами (и, следовательно, разницы электрических потенциалов) ясно видно, потому что одна пластина заряжена положительно, а другая — отрицательно. По сути, эти пластины подобны источнику питания, который «заряжается» или «получает питание» от батареи (или другого источника питания) в цепи. Другими словами, эти пластины способны накапливать электрическую энергию, накапливая заряд. Такое устройство, состоящее из проводящих пластин, независимо от их формы, называется конденсатором . Мы будем использовать следующий интуитивно понятный символ цепи для конденсатора.

Как вы могли догадаться, пластины большего размера оставляют больше места для накопления заряда. Кроме того, чем ближе пластины, тем сильнее сила между накоплением заряда. Способность конденсатора удерживать заряд называется его емкостью , , которую мы обозначим как C. (Единица емкости в системе СИ — фарад — мы не будем иметь дело с этот аппарат понравился, правда.Тем не менее, один фарад равен одному кулону на вольт, что довольно интуитивно понятно, если вдуматься!) Если конденсатор может удерживать больший заряд при данном падении напряжения на нем, его емкость выше.

Практическая задача : Конденсатор имеет емкость 1 фарад. Если падение напряжения на нем составляет 10 вольт, сколько кулонов заряда он может удерживать?

Решение : Используйте определение фарада: это то, сколько заряда может удерживать конденсатор, измеренный в кулонах на вольт падения напряжения.Таким образом, если конденсатор имеет падение напряжения 10 В, он будет удерживать 10 кулонов заряда. (Умножьте падение напряжения на «емкость» заряда — это должно быть то же самое, что и емкость в фарадах. Другими словами, используйте соотношение Q = CV, где Q — заряд, накопленный в конденсаторе, C — емкость, а V — напряжение.)

На что способны конденсаторы?

Возможно, вам не сразу понятно, как можно использовать конденсаторы. Но пока давайте посмотрим на схему ниже, чтобы увидеть, на что способен конденсатор.

Сначала замкните переключатель S 1 , чтобы зарядить конденсатор; поскольку S 2 остается разомкнутым, на резисторе нет падения напряжения, поэтому он не участвует в работе схемы.

Как мы обсуждали выше, конденсатор будет «заряжаться», пока не достигнет напряжения В . (Время, необходимое для этого процесса, зависит от ряда факторов — если провода действительно идеальные проводники, процесс происходит мгновенно, но если провод имеет некоторое сопротивление, как в действительности, то этот процесс занимает некоторое конечное количество времени.) Как только конденсатор заряжен, размыкаем переключатель S 1 ; Верхняя пластина сохраняет свой заряд (поскольку она не подключена к земле), поэтому напряжение на C остается В вольт.

Теперь замкните выключатель S 2 . Положительный заряд на верхней пластине конденсатора теперь имеет путь к земле — через резистор R. Следуя принципам анализа цепей, мы знаем, что (первоначально) падение напряжения на резисторе составляет В.

Но по мере того, как избыточный заряд в верхней пластине конденсатора течет на землю, конденсатор теряет свою запасенную энергию, а это означает, что его напряжение уменьшается. Таким образом, по закону Ома уменьшается и ток. Этот процесс продолжается до тех пор, пока заряд конденсатора не разрядится; в этот момент схема «мертва» (это просто означает, что нет больше напряжения или тока через R и C ). (Между прочим, положительный заряд в этом случае лучше всего можно рассматривать как переход к нижней пластине конденсатора, где он «нейтрализует» отрицательный ток, накопившийся при зарядке конденсатора.)

На этом этапе необходимо перезарядить конденсатор, чтобы повторить процесс. Если оба переключателя замкнуты одновременно в этой цепи, то конденсатор также заряжается, но как только он достигает своей максимальной емкости, течет только ток, протекающий через резистор R. Этот ток можно найти с помощью закона Ома.

Таким образом, при полной зарядке в этой цепи конденсатор фактически такой же, как разомкнутый переключатель!


В этой статье конденсатор кратко описан, и это сделано с минимальными математическими усилиями.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.