+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Что такое конденсатор, как он работает и для чего его назначение
Рубрика: Статьи обо всем, Статьи про радиодетали Опубликовано 29.02.2020   ·   Комментарии: 0   ·   На чтение: 5 мин   ·   Просмотры:

Post Views: 996

Конденсатор — это вторая по популярности радиодеталь после резистора. Он важен и незаменим, участвует в формировании сигналов и фильтрации питания. А ведь изначально, самым первым конденсатором была лейденская банка, которая была изобретена в 1745 году. С тех пор конденсаторы стали неотъемлемой частью электроники.

Содержание

Общая концепция

Конденсатор состоит из двух проводящих обкладок и диэлектрика между ними. И все, больше ничего. С виду простая радиодеталь, но работает на высоких и низких частотах по-разному.

Обозначается на схеме двумя параллельными линиями.
Что такое конденсатор

Принцип работы

Эта радиодеталь хорошо демонстрирует явление электростатической индукции. Разберем на примере.

Если подключить к конденсатору постоянный источник тока, то в начальный момент времени ток начнет скапливаться на обкладках конденсатора. Это происходит за счет электростатической индукции. Сопротивление практически равно нулю.

Как работает конденсатор
Электрическое поле за счет электростатической индукции притягивает разноименные заряды на две противоположные обкладки. Это свойство материи называется емкостью. Емкость есть у всех материалов. И даже у диэлектриков, но у проводников она значительно больше. Поэтому обкладки конденсатора выполнены из проводника.

Принцип работы конденсатора

Чем больше емкость— тем больше может накопиться зарядов на обкладках конденсатора, т.е. электрического тока.

Основное свойство конденсатора это емкость.

По мере накопления зарядов, поле начинает ослабевать, а сопротивление нарастает. Почему так происходит? Места на обкладках все меньше, одноименные заряды на них действуют друг на друга, а напряжение на конденсаторе становится равным источнику тока. Такое сопротивление называется реактивным, или емкостным. Оно зависит от частоты тока, емкости радиодеталей и проводов.

Когда на обкладках не останется места для электрического тока, то и ток в цепи прекратиться. Электростатическая индукция пропадает. Теперь остается электрическое поле, которое держит заряды на своих обкладках и не отпускает их. А электрическому току некуда деваться. Напряжение на конденсаторе станет равным ЭДС (напряжению) источнику тока.

Как работает конденсатор в схеме

А что будет, если повысить ЭДС (напряжение) источника тока? Электрическое поле начнет все сильнее давить на диэлектрик, поскольку места на обкладках уже нет. НО если напряжение на конденсаторе превысит допустимые знания, то диэлектрик пробьет. И конденсатор станет проводником, заряды освободятся, и ток пойдет по цепи. Как тогда использовать конденсатор для высоких напряжений? Можно увеличить размер диэлектрика и расстояние между обкладками, но при этом уменьшается емкость детали.

Между обкладками находится диэлектрик, который препятствует прохождению постоянного тока. Это именно барьер для постоянного тока. Потому, что постоянный ток создает и постоянное напряжение. А постоянное напряжение может создавать электростатическую индукцию только при замыкании цепи, то есть, когда конденсатор заряжается.

Так конденсатор может сохранять энергию до тех пор, пока к нему не подключится потребитель.

Конденсатор и цепь постоянного тока

Добавим в схему лампочку. Она загорится только во время зарядки.
Конденсатор и постоянный ток
Еще одна важная особенность — когда происходит процесс зарядки током, то напряжение отстает от тока. Напряжение как бы догоняет ток, поскольку сопротивление нарастает плавно, по мере зарядки. Электрические зарядам нужно время, чтобы переместиться к обкладкам конденсатора. Так называется время зарядки. Оно зависит от емкости, частоты и напряжения.

По мере зарядки, лампочка начинает тусклее светиться.

Принцип работы конденсатора в цепи постоянного тока

Лампочка затухает при полной зарядке.

Почему конденсатор не пропускает постоянный ток

Постоянный электрический ток не проходит через конденсатор только после его зарядки.

Цепь с переменным током

А что если поменять полярность на источнике тока? Тогда конденсатор начнет разряжаться, и снова заряжаться, поскольку меняется полярность источника.

Конденсатор и переменный ток
Электростатическая индукция возникает постоянно, если электрический ток переменный.Каждый раз, когда ток начинает менять свое направление, начинается процесс зарядки и разрядки.

Как работает конденсатор при переменном токе


Поэтому, конденсатор пропускает переменный электрический ток.

Чем выше частота — тем меньше реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора.

Назначение и функции конденсаторов

Конденсатор играет огромную роль как в аналоговой, так и цифровой технике. Они бывают электролитическими и керамическими, и отличаются своими свойствами, но не общей концепцией.  Например:

  • Фильтрует высокочастотные помехи;
  • Уменьшает и сглаживает пульсации;
  • Разделяет сигнал на постоянные и переменные составляющие;
  • Накапливает энергию;
  • Может использоваться как источник опорного напряжения;
  • Создает резонанс с катушкой индуктивности для усиления сигнала.

Примеры использования

В усилителях обычно используются для защиты сабвуферов, фильтрации питания, термостабилизации и разделение постоянной составляющей от переменной. А электролитические в автономных схемах с микроконтроллерами могут долго обеспечивать питание за счет большой емкости.

Как работает конденсатор при переменном токе
В данной схеме транзистор VT1 постоянно открыт, чтобы усиливать звук без искажений. Но если вход замнется или на него поступи постоянный ток, то транзистор откроется, перейдет в насыщение и перегреется. Чтобы этого не допустить, нужен конденсатор. С1 позволяет отделить постоянную оставляющую от переменной. Переменный сигнал легко проходит на базу транзистора, а постоянный сигнал не проходит.
Назначение конденсатора в схеме

С2 совместно с резистором R3 выполняет функцию термостабилизации. Когда усилитель работает, транзистор нагревается. Это может внести искажения в сигнал. Поэтому, резистор R3 помогает удержать рабочую точку при нагреве. Но когда транзистор холодный и стабилизации не требуется резистор может уменьшить мощность усилителя. Поэтому, в дело вступает С2. Он проводит через себя усиленный сигнал шунтируя резистор, тем самым не снижая номинальную мощность схемы. Если его емкость будет ниже расчетной, он начнет вносить фазовые искажения в выходной сигнал.

Как работает конденсатор в схеме

Чтобы схема качественно работала, обязательно хорошее питание. Когда схема в пиковые значения потребляет больше тока, то это всегда сильная нагрузка на источник питания. С3 фильтрует помехи по питанию и помогает снизить нагрузку. Чем больше емкость — тем лучше звук, но до определенных значений, все зависит от схемы.

Зачем конденсатор нужен в усилителе

А в блоках питания используется тот же принцип, как и в предыдущей схеме по питанию, но здесь емкость нужна гораздо больше.
Для чего нужен конденсатор в блоке питания

Еще на диодный мост можно параллельно включить керамические конденсаторы, которые будут шунтировать схему от высокочастотных наводок и шума сети 220 В.

Для чего нужен конденсатор в блоке питания

Фазовые искажения

Конденсатор может искажать переменный сигнал по фазе. Это происходит из-за неверного расчета емкости, общего сопротивления и взаимодействия с другими радиодеталями. Не стоит забывать и о том, что любая радиодеталь имеет как реактивное так и активное сопротивление.

Post Views: 996

Конденсаторы для «чайников» / Хабр

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

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


Начнём с простого

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

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

r использованного диэлектрика, что в результате привело к появлению в продаже различных конденсаторов, использующих разные диэлектрические материалы для достижения больших ёмкостей или улучшения характеристик напряжения.


Паразитные индуктивность и сопротивление реального конденсатора

С использованием диэлектриков в конденсаторах есть одна проблемка, наряду с тем, что диэлектрик с нужными характеристиками обладает неприятными побочными эффектами. У всех конденсаторов есть небольшие паразитные сопротивление и индуктивность, которые иногда могут влиять на его работу. Электрические постоянные меняются от температуры и напряжения, пьезоэлектричества или шума. Некоторые конденсаторы стоят слишком дорого, у некоторых существуют состояния отказа. И вот мы подошли к основной части статьи, в которой расскажем о разных типах конденсаторов, и об их свойствах, полезных и вредных. Мы не будем освещать все возможные технологии, хотя большинство обычных мы опишем.

Алюминиевые электролитические

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

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

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

Танталовые электролитические


Танталовый конденсатор поверхностного размещения

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

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

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

Полимерные плёнки

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

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

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

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

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

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

Керамика

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

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

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

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

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

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

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

Об обнаруженных вами неточностях и ошибках прошу писать через личные сообщения сайта. Спасибо.

что это такое, виды и способы применения

На вопрос, что такое конденсатор, вкратце можно ответить следующим образом – это элемент, который накапливает заряд электрического тока, а в определенный момент передает его последующим компонентам цепи. Конденсатор – радиодеталь, без которой не обойтись ни в одной электронной схеме. Опытные мастера и специалисты в области электроники и радиолюбители ласково называет его “кондер” (кондюк).

Самый примитивный конденсатор состоит из электродов, имеющие пластинчатый вид. Эти электроды разделены друг от друга специальным диэлектриком. Он изготавливается из самых различных материалов, не пропускающих ток. На них и происходит непосредственно накопление заряда. Так как имеется два электрода, соответственно заряд имеет разные полярности. Одна пластина имеет положительный, другая отрицательный.

Величина электрического заряда в конденсаторе измеряется в фарадах. Есть производный от этой единицы измерения – микрофарада, нанофарада. Эти единицы измерения являются основными, так как одна фарада – огромная емкость, которая не используется на практике совсем.

В данной статье подробно описано что такое конденсатор. Читатель узнает, для чего нужна эта радиодеталь, посмотрит видеоролик, где вкратце расскажут о ее назначении. Те, кто дочитает до конца, в качестве бонуса могут скачать интересную статью по теме.

Конденсаторы

Конденсаторы.

Принцип работы и назначение

В электрических схемах данные устройства могут использоваться с различными целями, но их основной функцией является сохранение электрического заряда, то есть, конденсатор получает электрический ток, сохраняет его и впоследствии передает в цепь. При подключении конденсатора к электрической сети на электродах конденсатора начинает накапливаться электрический заряд. В начале зарядки конденсатор потребляет наибольшую величину электрического тока, по мере зарядки конденсатора электроток уменьшается и когда емкость конденсатора будет наполнена ток пропадет совсем.

Конденсатор - простыми словами о сложном

При отключении электрической цепи от источника питания и подключении нагрузки, конденсатор перестает получать заряд и отдает накопленный ток другим элементам, сам, как бы становится источником питания.

Основная техническая характеристика конденсатора, это емкость. Емкостью называется способность конденсатора накапливать электрический заряд. Чем больше емкость конденсатора, тем большее количество заряда он может накопить и соответственно отдать обратно в электрическую цепь. Емкость конденсатора измеряется в Фарадах. Конденсаторы различаются по конструкции, материалов из которых они изготовлены и области применения. Самый распространенный конденсатор это – конденсатор постоянной емкости.

Виды конденсаторов Конденсаторы постоянной емкости изготавливаются из самых различных материалов и могут быть – металлобумажными, слюдяными, керамическими. Такие конденсаторы как электрокомпонент используются во всех электронных устройствах.

Для увеличения площади обкладок пластины некоторых конденсаторов изготавливают из полосок фольги, разделенных полоской диэлектрика и скрученных в рулон. Увеличить емкость также можно уменьшением толщины диэлектрика между обкладками и применением материалов с большей диэлектрической проницаемостью. Между обкладками конденсаторов располагают твердые, жидкие вещества и газы, в том числе и воздух.

Из формулы очевиден и такой факт: даже при небольших площадях обкладок и на любых расстояниях между обкладками емкость не равна нулю. Два проложенных рядом проводника тоже обладают емкостью. В связи с этим высоковольтная кабельная линия способна накапливать заряд, а на высоких частотах проводники вносят в устройства связи «паразитные» емкости, с которыми приходится бороться.

Конденсаторы небольшой емкости получают на печатных платах, располагая две дорожки напротив друг друга. Каким бы качественным не был диэлектрик в конденсаторе, он все равно имеет сопротивление. Его величина велика, но в заряженном состоянии конденсатора ток между обкладками все равно есть. Это приводит к явлению «саморазряда»: заряженный конденсатор со временем теряет свой заряд. В таблице ниже подробно рассмотрена маркировка и расшифровка конденсаторов по их основным свойствам.

Типовые обозначения и маркировка конденсаторов

Таблица типовых обозначений и маркировки конденсаторов.

Емкость конденсатора измеряется в Фарадах, 1 фарад – это огромная величина. Такую ёмкость будет иметь металлический шар размеры которого будут превышать размеры нашего солнца в 13 раз. Шар размером в планету Земля будет иметь иметь емкость всего 710 микрофарад. Обычно, емкость конденсаторов которые мы применяем в электротехнических устройствах обзначается в микрофарадах  (mF), пикофарадах  (nF), нанофарадах ( nF).

Следует знать что, 1 микрофарад равен 1000 нанофарад. Соответственно, 0.1 uF равен 100 nF.  Кроме главного параметра, на корпусе элементов отмечается допустимое отклонение реальной ёмкости от указанной и напряжение, на которое рассчитано устройство. При его превышении прибор может выйти из строя. Этих знаний тебе будет вполне достаточно для начала и для того чтобы самостоятельно продолжить изучение конденсаторов и их физических свойств в специальной технической литературе.

Как проверить деталь

Как проверить конденсатор Для проверки конденсаторов необходим прибор, тестер или иначе мультиметр. Существуют специальные приборы измеряющие емкость (С), но эти приборы стоят денег, и зачастую нет смысла их приобретать для домашней мастерской, тем более на рынке есть недорогие китайские мультиметры с функцией измерения емкости. Если на твоем тестере нет такой функции, ты можешь воспользоваться обычной функцией прозвонки – как прозванивать мультиметром, как и при проверке резисторов – что такое резистор.

Конденсатор можно проверить на “пробой” в этом случае сопротивление конденсатора очень большое, почти бесконечное (зависит от материала из которого изготовлен кондер). Необходимо включить тестер в режим прозвонки, подключить щупы прибора к электродам (ножкам) конденсатора и следить за показанием на индикаторе мультиметра, показание мультиметра будет изменяться в меньшую сторону, пока не остановится совсем.

После чего нужно щупы поменять местами, показания начнут уменьшаться почти до нуля. Если все произошло так как я описал, “кондер” исправен. Если нет изменений в показаниях или показания сразу становятся большими или прибор вовсе показывает ноль, конденсатор неисправен. Лично я предпочитаю проверять “кондюки” стрелочным прибором плавность движения стрелки легче отслеживать, чем мелькание цифр в окошке индикатора.

Интересно почитать: все об электролитических конденсаторах.

Область применения

Наряду с резисторами конденсаторы являются самыми распространенными компонентами. Ни одно электронное изделие не может без него обойтись. Вот краткий перечень направлений использования конденсаторов.

  • Блоки питания: в качестве сглаживающих фильтров при преобразовании пульсирующего тока в постоянный.
  • Звуковоспроизводящая техника: создание при помощи RC-цепочек элементов схем, пропускающих звуковые сигналы одних частот и задерживая остальные. За счет этого удается регулировать тембр и формировать амплитудно-частотные характеристики устройств.
  • Радио- и телевизионная техника: совместно с катушками индуктивности конденсаторы используются в составе устройств настройки на передающую станцию, выделения полезного сигнала, фильтрации помех.
  • Электротехника. Для создания фазовых сдвигов в обмотках однофазных электродвигателей или в схемах подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть. Используются в установках, компенсирующих реактивную мощность.

При помощи конденсаторов можно накопить заряд, превышающий по мощности источник питания. Это используется для работы фотовспышек, а также в установках для отыскания повреждений в кабельных линиях, выдающих мощный высоковольтный импульс в место повреждения.

Применение конденсаторов

Применение конденсаторов.

Виды устройства

Виды конденсаторов Керамические конденсаторы применяются в разделительных цепях, электролитические конденсаторы используются также в разделительных цепях и сглаживающих фильтрах, а конденсаторы на основе металлизированной пленки применяются в высоковольтных источниках электропитания. Слюдяные конденсаторы используются в звуковоспроизводящих устройствах, фильтрах и осцилляторах. Конденсаторы на основе полиэстера – это конденсаторы общего назначения, а конденсаторы на основе полипропилена применяются в высоковольтных цепях постоянного тока.

Конденсаторы на основе поликарбоната используются в фильтрах, осцилляторах и времязадающих цепях. Конденсаторы на основе полистирена и тантала используются также во времязадающих и разделительных цепях. Они считаются конденсаторами общего назначения. Всегда нужно помнить, что рабочие напряжения конденсаторов следует уменьшать при возрастании температуры окружающей среды, а для обеспечения высокой надежности необходимо создавать большой запас по напряжению.

Если задано максимальное постоянное рабочее напряжение конденсатора, то это относится к максимальной температуре (при отсутствии дополнительных оговорок). Поэтому конденсаторы всегда работают с определенным запасом надежности. Тем не менее нужно обеспечивать их реальное рабочее напряжение на уровне 0,5—0,6 разрешенного значения. Если для конденсатора оговорено предельное значение переменного напряжения, то это относится к частоте (50-60) Гц. Для более высоких частот или в случае импульсных сигналов следует дополнительно снижать рабочие напряжения во избежание перегрева приборов из-за потерь в диэлектрике.

Виды конденсаторов Конденсаторы большой емкости с малыми токами утечки способны довольно долго сохранять накопленный заряд после выключения аппаратуры. Для обеспечения большей безопасности следует в цепь разряда подключить параллельно конденсатору резистор сопротивлением 1 МОм (0,5 Вт). В высоковольтных цепях часто используется последовательное включение конденсаторов. Для выравнивания напряжений на них нужно параллельно каждому конденсатору подключить резистор сопротивлением от 220 К0м до 1 МОм. Их устанавливают непосредственно на корпусе прибора или на металлическом экране.

Неполярные электролитические конденсаторы имеют емкость от 1 до 100 мкФ и рассчитаны на действующее значение напряжения 50 В. Кроме того, они дороже обычных (полярных) электролитических конденсаторов. При выборе конденсатора фильтра источника электропитания следует обращать внимание на амплитуду импульса зарядного тока, который может значительно превосходить допустимое значение. Например, для конденсатора емкостью 10 000 мкФ эта амплитуда не превышает 5 А.

При использовании электролитического конденсатора в качестве разделительного необходимо правильно определить полярность его включения. Ток утечки этого конденсатора может влиять на режим усилительного каскада. В большинстве случаев применения электролитические конденсаторы взаимозаменяемы. Следует лишь обращать внимание на значение их рабочего напряжения. Вывод от внешнего слоя фольги полистиреновых конденсаторов часто помечается цветным штрихом.

 

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Алюминиевые электролитические конденсаторы

В качестве положительного электрода используется алюминий. Диэлектрик представляет собой тонкий слой триоксида алюминия (Al2O3). Свойства:

  • работают корректно только на малых частотах;
  • имеют большую емкость.

Характеризуются высоким соотношением емкости к размеру: электролитические конденсаторы обычно имеют большие размеры, но конденсаторы другого типа, одинаковой емкости и напряжением пробоя были бы гораздо больше по размеру. Характеризуются высокими токами утечки, имеют умеренно низкое сопротивление и индуктивность.

Танталовые электролитические конденсаторы

Танталовые электролитические конденсаторы Это вид электролитического конденсатора, в которых металлический электрод выполнен из тантала, а диэлектрический слой образован из пентаоксида тантала (Ta2O5).

Свойства:

  • высокая устойчивость к внешнему воздействию;
  • компактный размер: для небольших (от нескольких сотен микрофарад), размер сопоставим или меньше, чем у алюминиевых конденсаторов с таким же максимальным напряжением пробоя;
  • меньший ток утечки по сравнению с алюминиевыми конденсаторами.

Полимерные конденсаторы

В отличие от обычных электролитических конденсаторов, современные твердотельные конденсаторы вместо оксидной пленки, используемой в качестве разделителя обкладок, имеют диэлектрик из полимера. Такой вид конденсатора не подвержен раздуванию и утечке заряда. Физические свойства полимера способствуют тому, что такие конденсаторы отличаются большим импульсным током, низким эквивалентным сопротивлением и стабильным температурным коэффициентом даже при низких температурах.

Конденсатор - простыми словами о сложном

Полимерные конденсаторы могут заменять электролитические или танталовые конденсаторы во многих схемах, например, в фильтрах для импульсных блоков питания, или в преобразователях DC-DC.

Пленочные конденсаторы

Пленочные конденсаторы В данном виде конденсатора диэлектриком является пленка из пластика, например, полиэстер (KT, MKT, MFT), полипропилен (KP, MKP, MFP) или поликарбонат (KC, MKC). Электроды могут быть напыленными на эту пленку (MKT, MKP, MKC) или изготовлены в виде отдельной металлической фольги, сматывающейся в рулон или спрессованной вместе с пленкой диэлектрика (KT, KP, KC). Современным материалом для пленки конденсаторов является полифениленсульфид (PPS).

Общие свойства пленочных конденсаторов (для всех видов диэлектриков):

  • работают исправно при большом токе;
  • имеют высокую прочность на растяжение;
  • имеют относительно небольшую емкость;
  • минимальный ток утечки;
  • используется в резонансных цепях и в RC-снабберах.

Отдельные виды пленки отличаются:

  • температурными свойствами (в том числе со знаком температурного коэффициента емкости, который является отрицательным для полипропилена и полистирола, и положительным для полиэстера и поликарбоната)
  • максимальной рабочей температурой (от 125 °C, для полиэстера и поликарбоната, до 100 °C для полипропилена и 70 °С для полистирола)
  • устойчивостью к электрическому пробою, и следовательно максимальным напряжением, которое можно приложить к определенной толщине пленки без пробоя.

Материал в тему: все о переменном конденсаторе.

Конденсаторы керамические

Этот вид конденсаторов изготавливают в виде одной пластины или пачки пластин из специального керамического материала. Металлические электроды напыляют на пластины и соединяют с выводами конденсатора. Используемые керамические материалы могут иметь очень разные свойства. Разнообразие включает в себя, прежде всего, широкий диапазон значений относительной электрической проницаемости (до десятков тысяч) и такая величина имеется только у керамических материалов.

Столь высокое значение проницаемости позволяет производить керамические конденсаторы (многослойные) небольших размеров, емкость которых может конкурировать с емкостью электролитических конденсаторов, и при этом работающих с любой поляризацией и характеризующихся меньшими утечками. Керамические материалы характеризуются сложной и нелинейной зависимостью параметров от температуры, частоты, напряжения. В виду малого размера корпуса — данный вид  конденсаторов имеет особую маркировку.

Конденсаторы керамические

Конденсаторы керамические.

Цветовая маркировка конденсаторов

На корпусе большинства конденсаторов написаны их номинальная емкость и рабочее напряжение. Однако встречается и цветовая маркировка. Некоторые конденсаторы маркируют надписью в две строки. На первой строке указаны их емкость (пФ или мкФ) и точность (К = 10%, М – 20%). На второй строке приведены допустимое постоянное напряжение и код материала диэлектрика.

Материал по теме: Как проверить варистор мультиметром.

Монолитные керамические конденсаторы маркируются кодом, состоящим из трех цифр. Третья цифра показывает, сколько нулей нужно подписать к первым двум, чтобы получить емкость в пикофарадах. Что означает код 103 на конденсаторе? Код 103 означает, что нужно приписать три нуля к числу 10, тогда получится емкость конденсатора – 10 000 пФ. Конденсатор маркирован 0,22/20 250. Это означает, что конденсатор имеет емкость 0,22 мкФ ± 20% и рассчитан на постоянное напряжение 250 В.

Более подробно о работе термисторов можно узнать, прочитав статью  что такое конденсатор.  Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов.

Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.slojno.net

www.electric-tolk.ru

www.joyta.ru

www.electricalschool.info

www.jelektro.ru

Предыдущая

КонденсаторыНесколько фактов об электролитических конденсаторах

Следующая

КонденсаторыЧем отличаются параллельное и последовательное соединение конденсаторов

Что такое конденсатор и для чего он нужен

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

Конденсатор — это элемент электрической цепи, состоящий из двух проводящих обкладок, каждая из которых содержит противоположный по знаку электрический заряд. Обкладки разделены диэлектриком, который помогает им сохранять этот заряд.

конденсатор это Существует несколько типов изоляционных материалов, используемых в конденсаторах, в том числе, керамика, слюда, тантал и полистирол. Широко используются в производстве конденсаторов также такие изоляторы, как воздух, бумага и пластик. Каждый из этих материалов эффективно предотвращает обкладки конденсатора от соприкосновения друг с другом.

Что такое емкость конденсатора?

Понятие «емкость конденсатора» характеризует его способность накапливать электрический заряд. Единицей измерения емкости является Фарада.

Если конденсатор сохраняет заряд 1 кулон при разности потенциалов между его обкладками 1 Вольт, то он имеет емкость величиной в одну Фараду. В действительности, эта единица слишком велика для большинства практических применений. Типичные величины емкостей при использовании конденсаторов попадают в диапазоны милифарад (10-3 Ф), микрофарад (10-6 Ф) и пикофарад (10-12 Ф).

Какие бывают конденсаторы?

Чтобы понять, что такое конденсатор, необходимо рассмотреть основные типы этого компонента в зависимости от назначения, условий применения и вида диэлектрика.

что такое конденсатор

Электролитические конденсаторы используются в цепях, где требуется большая емкость. Большинство таких элементов полярны. Обычные материалы для них — тантал или алюминий. Алюминиевые электролитические конденсаторы значительно дешевле и имеют более широкое применение. Тем не менее, танталовые обладают существенно большей объемной эффективностью и имеют превосходные электрические характеристики.

Танталовые конденсаторы имеют в качестве диэлектрика оксид тантала. Отличаются высокой надежностью, хорошими частотными характеристиками, широким диапазоном рабочих температур. Они широко используются в электронной аппаратуре, где необходим высокий уровень емкости при небольших габаритах. В силу своих преимуществ производятся в больших объемах для нужд электронной промышленности.

для чего нужен конденсаторК недостаткам танталовых конденсаторов можно отнести чувствительность к пульсациям тока и перенапряжениям, а также относительную дороговизну этих изделий.

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

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

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

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

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

Слюдяные конденсаторы

Широкому применению серебряно-слюдяных конденсаторов мешает их относительная дороговизна.

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

Для чего нужен конденсатор

Бумажные конденсаторыИмеется целый ряд примеров использования конденсаторов в самых разнообразных целях. В частности, их широко применяют для хранения аналоговых сигналов и и цифровых данных. Конденсаторы переменной емкости используются в телекоммуникационной связи для регулировки частоты и настройки телекоммуникационного оборудования.

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

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

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

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

Вот что такое конденсатор!

Конденсатор — это… Что такое Конденсатор?

Основа конструкции конденсатора — две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик

Слева — конденсаторы для поверхностного монтажа; справа — конденсаторы для объёмного монтажа; сверху — керамические; снизу — электролитические.

Различные конденсаторы для объёмного монтажа

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

История

В 1745 году в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку».

Свойства конденсатора

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

В терминах метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом

~Z_C = \frac{1}{i \omega C}~,

где ~i — мнимая единица, ~\omega — частота[1] протекающего синусоидального тока, ~C — ёмкость конденсатора. Отсюда также следует, что реактивное сопротивление конденсатора равно: ~X_C = -\frac{1}{\omega C}. Для постоянного тока частота равна нулю, следовательно, реактивное сопротивление конденсатора бесконечно (в идеальном случае).

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

Резонансная частота конденсатора равна

~f_p = \frac {1}{2 \pi \sqrt {L_c C} }

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

Конденсатор может накапливать электрическую энергию. Энергия заряженного конденсатора:

 E = {C U^2 \over 2}

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

Обозначение конденсаторов на схемах

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

Обозначение
по ГОСТ 2.728-74
Описание
1cm Конденсатор постоянной ёмкости
1cm Поляризованный конденсатор
1cm Подстроечный конденсатор переменной ёмкости

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

Характеристики конденсаторов

Основные параметры

Ёмкость

Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q = CU). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до сотен микрофарад. Однако существуют конденсаторы с ёмкостью до десятков фарад.

Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью ~S каждая, расположенных на расстоянии ~d друг от друга, в системе СИ выражается формулой: C = \frac{\varepsilon \varepsilon_0 S}{d} ~, где \varepsilon — относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между пластинами (эта формула справедлива, лишь когда ~d много меньше линейных размеров пластин).

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

Изображение:Capacitors in parallel.svg

~C = \sum_{i=1}^N C_i или ~C = C_1 + C_2 + ... + C_n

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

При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна

Изображение:Capacitorsseries.png

C = \frac{1}{\sum_{i=1}^N 1/C_i} или \frac{1}{C} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + ... + \frac{1}{C_n}

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

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

Удельная ёмкость

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

Номинальное напряжение

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

Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается.

Полярность
\frac{1}{C} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + ... + \frac{1}{C_n}

Конденсаторы, разрушившиеся без взрыва из-за температуры и напряжения, не соответствующих рабочим.

Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.

Взрывы электролитических конденсаторов — довольно распространённое явление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения (актуально для импульсных устройств). Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают клапан или выполняют насечку на корпусе (часто можно заметить её в форме буквы X, K или Т на торце). При повышении внутреннего давления открывается клапан или корпус разрушается по насечке, испарившийся электролит выходит в виде едкого газа, и давление спадает без взрыва и осколков.

Паразитные параметры

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

Электрическое сопротивление изоляции конденсатора — r

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

Эквивалентное последовательное сопротивление — R

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

В большинстве случаев этим параметром можно пренебречь, но иногда (напр., в случае использования электролитических конденсаторов в фильтрах импульсных блоков питания) достаточно малое его значение может быть жизненно важным для надёжности устройства (см., напр., Capacitor plague(англ.)).

Эквивалентная последовательная индуктивность — L

Эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. На низких частотах (до единиц килогерц) обычно не учитывается в силу своей незначительности.

Тангенс угла потерь

Тангенс угла потерь — отношение мнимой и вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости. ~\rm{tg}{ \left( \delta \right) }=\dfrac{\varepsilon_{im}}{\varepsilon_{re}}=\frac{\sigma}{\omega\varepsilon_{a}}

Потери энергии в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках. При протекании переменного тока через конденсатор векторы напряжения и тока сдвинуты на угол  \varphi = \frac{\pi}{2} - \delta , где ~\delta — угол диэлектрических потерь. При отсутствии потерь ~\delta = 0. Тангенс угла потерь определяется отношением активной мощности Pа к реактивной Pр при синусоидальном напряжении определённой частоты. Величина, обратная  ~ \mathrm{tg}(\delta), называется добротностью конденсатора. Термины добротности и тангенса угла потерь применяются также для катушек индуктивности и трансформаторов.

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)

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

C(T) = C_{H.y.} - TKE \cdot C_{H.y.} \Delta T,

где ΔT — увеличение температуры в °C или °К относительно нормальных условий, при которых специфицировано значение ёмкости. TKE применяется для характеристики конденсаторов со значительной линейной зависимостью ёмкости от температуры. Однако ТКЕ определяется не для всех типов конденсаторов. Конденсаторы, имеющие нелинейную зависимость емкости от температуры, и конденсаторы с большими уходами емкости от воздействия температуры окружающей среды в обозначении имеют указание на относительное изменение емкости в рабочем диапазоне температур.

Диэлектрическое поглощение

Если заряженный конденсатор быстро разрядить до нулевого напряжения путём подключения низкоомной нагрузки, а затем снять нагрузку и наблюдать за напряжением на выводах конденсатора, то мы увидим, что напряжение медленно повышается. Это явление получило название диэлектрическое поглощение или адсорбция электрического заряда. Конденсатор ведёт себя так, словно параллельно ему подключено множество последовательных RC-цепочек с различной постоянной времени. Интенсивность проявления этого эффекта зависит в основном от свойств диэлектрика конденсатора. Подобный эффект можно наблюдать и на большинстве электролитических конденсаторов, но в них он является следствием химических реакций между электролитом и обкладками. Наименьшим диэлектрическим поглощением обладают конденсаторы с органическими диэлектриками: тефлон (фторопласт), полистирол, полиэтилентерефталат, поликарбонат.

Классификация конденсаторов

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

По виду диэлектрика различают:

  • Конденсаторы вакуумные (обкладки без диэлектрика находятся в вакууме).
  • Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
  • Конденсаторы с жидким диэлектриком.
  • Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.
  • Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.
  • Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего своей огромной удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах) или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спеченного порошка.

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:

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

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

Применение конденсаторов

Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники.

  • Так как конденсатор способен длительное время сохранять заряд, то его можно использовать в качестве элемента памяти или устройства хранения электрической энергии.
  • Измерительный преобразователь (ИП) малых перемещений: малое изменение расстояния между обкладками очень заметно сказывается на ёмкости конденсатора.
  • ИП влажности воздуха (изменение состава диэлектрика приводит к изменению емкости)
  • ИП влажности древесины
  • В схемах РЗиА конденсаторы используются для реализации логики работы некоторых защит. В частности, в схеме работы АПВ использование конденсатора позволяет обеспечить требуемую кратность срабатывания защиты.

Внешние ссылки

Смотри также

Ссылки

  1. Частота в радианах в секунду.
  2. ГОСТ 2.728-74 (2002)
классификация по характеристикам и функциональному назначению

Конденсаторы являются одним из важнейших пассивных компонентов в электронике. В простейшем случае представляет собой две металлические обкладки, разделенные слоем диэлектрика, толщина которого многократно меньше линейных размеров. Назначение – накопление заряда и энергии электрического поля.

Разнообразные конденсаторы

Разнообразные конденсаторы

История

Прототипом первого конденсатора была «лейденская банка», изобретенная в 1745 г. Это была стеклянная банка, в которой обкладками были тонкие листы оловянной фольги, наклеенные на внутренние и внешние стороны стенок. В качестве внешней обкладки могли выступать руки экспериментатора, а в качестве внутренней – жидкость.

Лейденская банка

Лейденская банка

Обратите внимание! Первый удар током при разряде конденсатора был получен при испытании лейденской банки с ладонями вместо внешней обкладки.

Конструкция конденсатора

Конденсатор представляет собой два проводящих электрода (обкладки), разделенных слоем диэлектрика. Толщина изолятора пренебрежимо мала, по сравнению с его линейными размерами. Емкость увеличивается пропорционально площади обкладок и обратно пропорционально толщине диэлектрика.

В элементах высокой емкости для уменьшения габаритов конструкцию «обкладка – диэлектрик – обкладка» сворачивают в рулон или делают многослойной.

Конструкция конденсаторов

Конструкция конденсаторов

Свойства конденсатора

Поскольку в конструкции конденсатора содержится диэлектрик, то при включении его в цепь постоянного напряжения ток идет только в первый момент времени, при зарядке обкладок.

В цепи переменного напряжения происходит циклическая перезарядка, поэтому наблюдается прохождение тока. Его величина определяется реактивным сопротивлением конденсатора, которое равно:

XC=1/(2πfC), где f – частота колебаний.

Таким образом, становится понятным, почему при постоянном напряжении ток отсутствует (частота равняется нулю, а сопротивление стремится к бесконечности).

Обозначение конденсаторов на схемах

На схемах конденсатор изображается в виде символических обкладок двумя параллельными черточками. С небольшими изменениями все типы конденсаторов используют данное обозначение.

Обозначение на схемах

Обозначение на схемах

Основные параметры

Главные параметры конденсаторов, которые используются при проектировании и ремонте устройств радиоэлектроники, – это емкость и номинальное напряжение. Кроме этого, существует еще несколько дополнительных параметров, которые могут влиять на элементы схемы. Конденсаторы имеют следующие основные характеристики.

Ёмкость

Это самый основной параметр, который характеризует накопление электрического заряда. Расчет значения производится по различным формулам, в зависимости от конструкционных особенностей: плоский, цилиндрический или круглый конденсатор. На практике большая их часть выпускается как разновидности плоского. Емкость современных устройств варьируется от единиц пикофарад до десятков тысяч микрофарад и даже единиц фарад.

Удельная ёмкость

Этот относительный параметр привязывает габариты к величине емкости. Таким образом, чем выше удельная емкость, тем меньше габариты конструкции, однако при этом может упасть электрическая прочность (рабочее напряжение).

Плотность энергии

Данный параметр важен при использовании конденсаторов в качестве накопителей энергии, определяет величину энергии на единицу массы или объема элемента.

Номинальное напряжение

Значение напряжения, при котором сохраняются рабочие параметры в течение срока службы, называется номинальным. Рабочее напряжение должно быть меньше номинального.

Важно! Превышение номинального напряжения чревато выходом элемента из строя. Электролитический конденсатор при этом может разрушиться со взрывом. Вопреки распространенному мнению, элемент, включенный в цепь с напряжением, в несколько раз меньше номинального, сохраняет все остальные параметры.

Полярность

Такие виды конденсаторов, как электролитические, зачастую требуют включения в цепь с соблюдением полярности. Поскольку такие элементы используются, в основном, как накопители или фильтры, это не составляет затруднений. Несоблюдение полярности приводит к:

  • несоответствию емкости;
  • повреждению.

Маркировка обязательно содержит информацию о полярности подключения.

Опасность разрушения (взрыва)

Разрушение со взрывом характерно для электролитических конденсаторов. Причиной взрыва является нагрев, который возникает из-за:

  • несоблюдения полярности;
  • расположения рядом с источниками тепла;
  • старения (увеличения утечки и повышения эквивалентного сопротивления).

Для уменьшения последствий разрушения на корпусе в торце ставят предохранительный клапан или формируют насечки на крышке. Такая конструкция гарантирует, что при резком увеличении давления внутри корпуса скопившиеся газы и электролит выделяются через клапан или разрушенную по насечкам крышку. Таким образом, предотвращается взрыв, при котором обкладки и электролит разбрасываются по большой площади и вызывают замыкание элементов плат. Охлаждение устройства снижает вероятность разрушения.

Последствия разрушения

Последствия разрушения

Паразитные параметры

Отдельные виды параметров являются паразитными, которые стараются снизить при конструировании и изготовлении. Их описание приведено ниже.

Эквивалентная схема

Эквивалентная схема

Электрическое сопротивление изоляции диэлектрика конденсатора, поверхностные утечки Rd и саморазряд

Данный параметр зависит от свойств диэлектрика и материала корпуса. Он показывает, насколько уменьшается заряд с течением времени у элемента, не включенного во внешнюю цепь. Утечка происходит в результате неидеальности диэлектрика и по его поверхности.

Для некоторых конденсаторов в характеристиках указывается постоянная времени Т, которая показывает время, в течении которого напряжение на обкладках уменьшится в е (2.71) раз. Численно постоянная времени равняется произведению сопротивления утечки на емкость.

Эквивалентное последовательное сопротивление (Rs)

Эквивалентное последовательное сопротивление ЭПС (в англоязычной литературе ERS) слагается из сопротивления материала обкладок и выводов. К нему также может добавляться поверхностная утечка диэлектрика.

По своей сути, ЭПС представляет собой сопротивление, соединенное последовательно с идеальным конденсатором. Такая цепь в некоторых случаях может влиять на фазочастотные характеристики. ЭПС обязательно должно учитываться при проектировании импульсных источников питания и контуров авторегулирования.

Электролитические конденсаторы имеют особенность, когда из-за наличия внутри паров электролита, воздействующих на выводы, величина ЭПС со временем увеличивается.

Эквивалентная последовательная индуктивность (Li)

Поскольку выводы обкладок и сами обкладки металлические, то они имеют некоторую индуктивность. Таким образом, конденсатор представляет собой резонансный контур, что может оказать влияние на работу схемы в определенном диапазоне частот. Наименьшую индуктивность имеют СМД компоненты ввиду отсутствия у них проволочных выводов.

Тангенс угла диэлектрических потерь

Отношение активной мощности, передаваемой через конденсатор, к реактивной, называется тангенсом угла диэлектрических потерь. Данная величина зависит от потерь в диэлектрике и вызывает сдвиг фазы между напряжением на обкладке и током. Тангенс угла потерь важен при работе на высоких частотах.

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)

ТКЕ означает изменение емкости при колебаниях температуры. ТКЕ может быть как положительным, так и отрицательным, в зависимости от того, как ведет себя емкость при изменениях температуры.

Для фильтрующих и резонансных цепей для компенсации температурного дрейфа в одной цепи используют элементы с разным ТКЕ, поэтому многие производители группируют выпускаемые элементы по величине и знаку коэффициента.

Диэлектрическая абсорбция

Данный эффект еще называют эффектом памяти. Проявляется он в том, что при разряде конденсатора через низкоомную нагрузку через некоторое время на обкладках возникает небольшое напряжение.

Величина диэлектрической абсорбции зависит от материалов, из которых изготовлен элемент. Она минимальна для тефлона и полистирола и максимальна для танталовых конденсаторов. Важно учитывать эффект при работе с прецизионными устройствами, особенно интегрирующими и дифференцирующими цепями.

Паразитный пьезоэффект

Так называемый «микрофонный эффект» выражается в том, что при воздействии механических нагрузок, в том числе акустических колебаний, керамический диэлектрик в некоторых типах устройств проявляет свойства пьезоэлектрика и начинает генерировать помехи.

Самовосстановление

Свойством самовосстановления после электрического пробоя обладают электролитические бумажные и пленочные конденсаторы. Такие типы конденсаторов и их разновидности нашли применение в цепях, обеспечивающих запуск электродвигателей, в особенности, если трехфазный асинхронный электродвигатель включается в однофазную сеть. Свойство восстановления широко используется в силовой технике.

Виды конденсаторов

Классификация конденсаторов производится по технологии изготовления и материалу диэлектрика и обкладок. Чтобы полностью классифицировать, какие бывают конденсаторы, требуется большой объем информации. Наибольшее распространение получили такие устройства.

Бумажные и металлобумажные конденсаторы

Бумажные состоят из двух алюминиевых лент, разделенных полосой из конденсаторной бумаги. В металлопленочных вместо алюминиевых лент используется способ напыления металла непосредственно на бумагу. Такие конденсаторы могут восстанавливать характеристики после электрического пробоя.

Распространенная бумажная конструкция

Распространенная бумажная конструкция

Электролитические конденсаторы

Состоят из металлического анода, у которого оксидный слой на поверхности выполняет роль диэлектрика. Вторая обкладка представлена жидким электролитом. Ввиду того, что слой окиси очень тонкий, емкость таких конструкций может достигать больших величин. Ценой этому следует низкое рабочее напряжение и требование соблюдения полярности.

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Это основной тип электролитических конденсаторов. Отличаются большой погрешностью емкости и низкой стойкостью к повышению температуры.

Танталовые электролитические конденсаторы

Разновидность электролитического, где в качестве анода используется спеченный танталовый порошок. Благодаря развитой поверхности анода, эквивалентная площадь обкладки получается очень большой. Используются в импульсных цепях.

Полимерные конденсаторы

Специальный проводящий органический полимер в таких устройствах используется в качестве замены электролита. Твердотельные электролитические конденсаторы имеют большой срок службы и не взрывоопасны.

Пленочные конденсаторы

В пленочных конструкциях диэлектриком выступают тонкие пленки полистирола, стироплекса, лавсана или фторопласта. Отличаются высокой стабильностью, низкими потерями, поэтому широко используются в высокочастотных устройствах.

Конденсаторы керамические

В данном случае диэлектриком служит керамика или стекло с напыленным слоем металла.

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы

Конденсаторы с воздушным диэлектриком

Конструкции низкой емкости, в основном с изменяемой емкостью (переменные) для плавной регулировки частотных характеристик схемы.

Маркировка конденсаторов

Маркировка отличается у различных производителей. В изделиях, производимых в СССР и постсоветских республиках, в маркировке обязательно присутствуют следующие данные:

  • Буквенно-цифровое обозначение, характеризующее тип и технологию изготовления;
  • Значение емкости и погрешность изготовления;
  • Номинальное напряжение;
  • ТКЕ;
  • Дата изготовления.

Для импортных изделий обязательно только обозначение емкости. Остальные параметры наносятся по усмотрению производителя.

Пример маркировки

Пример маркировки

Невозможно в ограниченном объеме подробно описать все существующие виды конденсаторов. Тем более что их конструкция постоянно совершенствуется, приходят новые технологии, которые позволяют снизить стоимость с одновременным улучшением характеристик.

Видео

Что такое конденсатор? Какие бывают типы конденсаторов
?

Что такое конденсатор

Конденсаторы — это простые пассивные устройства, которые используются для накопления электроэнергии. Конденсатор обладает способностью или «способностью» накапливать энергию в форме электрического заряда, создающего разность потенциалов (статическое напряжение ) на своих пластинах, во многом как небольшая перезаряжаемая батарея.

Конденсатор Символ

capacitor symbol

Конденсатор сформирован из двух проводящих пластин, разделенных воздухом или каким-либо видом хорошего изолирующего материала, такого как вощеная бумага, слюда, керамика, пластик или какая-либо форма жидкого геля.Изолирующий слой между конденсаторными пластинами обычно называют Диэлектрик .

Благодаря этому изоляционному слою ток не может течь через конденсатор, но вместо этого на пластинах создается напряжение в форме электрического заряда.

Если течет ток i, положительное изменение q будет накапливаться на верхней пластине. Для сохранения нейтральности заряда на нижней пластине будет присутствовать уравновешивающий отрицательный заряд.

Следовательно, между пластинами будет разность потенциалов энергии (или напряжение v), которая пропорциональна заряду q.

capacitance equation

, где A — площадь пластин

— разделение

31 0 — диэлектрическая проницаемость изолирующего слоя (31 0 = 8,85 пФ / м для вакуума).

Емкость определяется следующим выражением:

2

Емкость измеряется в Фарадах (F)

Заряд q, следовательно, дается выражением:

3

Ток, i, который является скоростью потока заряда, определяется как:

4

Проводящие металлические пластины конденсатора могут быть либо квадратными, круглыми или прямоугольными, либо они могут иметь цилиндрическую или сферическую форму с общей формой, размером и конструкцией конденсатора с параллельными пластинами в зависимости от его применения и номинального напряжения.

При использовании в цепи постоянного тока или постоянного тока конденсатор заряжается до своего напряжения питания, но блокирует протекание тока через него из-за диэлектрика. Однако, когда конденсатор подключен к цепи переменного тока или переменного тока, поток тока, кажется, проходит прямо через конденсатор с небольшим сопротивлением или вообще без него.

Типы конденсаторов

На рынке представлено большое разнообразие различных типов конденсаторов с их собственным набором характеристик и применений, от очень маленьких конденсаторов с тонкой подстройкой до конденсаторов с металлическими банками большой мощности, используемых в схемах коррекции мощности высокого напряжения и сглаживания.

Типы конденсаторов различаются по материалу, используемому в качестве изолятора.

Давайте теперь обсудим несколько распространенных типов доступных конденсаторов.

Диэлектрический конденсатор

Диэлектрические конденсаторы обычно бывают переменного типа, где для настройки передатчиков, приемников и транзисторных радиостанций требуется постоянное изменение емкости.

Символ переменного конденсатора

variable capacitor1

Символ переменного конденсатора

Переменные диэлектрические конденсаторы представляют собой многопластинчатые воздушно-разнесенные типы, которые имеют набор неподвижных пластин (лопаток статора) и набор подвижных пластин (лопаток ротора), которые перемещаются между неподвижными пластинами.

Положение движущихся пластин относительно неподвижных пластин определяет общее значение емкости.

Емкость, как правило, максимальная, когда два набора пластин полностью связаны друг с другом.

Конденсаторы высокого напряжения имеют относительно большие промежутки или воздушные зазоры между пластинами, причем напряжения пробоя достигают многих тысяч вольт.

variable capacitor

Пленочный конденсатор

Пленочные конденсаторы

являются наиболее распространенными среди всех типов конденсаторов

Эти конденсаторы имеют относительно большое семейство с разницей в их диэлектрических свойствах, которые включают полиэфир (майлар), полистирол, полипропилен, поликарбонат, металлизированную бумагу, тефлон и т. Д.

Пленочные конденсаторы доступны в диапазоне емкостей от 5 пФ до 100 мкФ.

Пленочные конденсаторы

, в которых в качестве диэлектриков используются полистирол, поликарбонат или тефлон, иногда называют «пластиковыми конденсаторами». Основное преимущество пластиковых пленочных конденсаторов по сравнению с типами пропитанной бумаги состоит в том, что они хорошо работают в условиях высокой температуры, имеют меньшие допуски, очень длительный срок службы и высокую надежность.

film capacitor

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы или дисковые конденсаторы

изготавливаются путем покрытия двух сторон небольшого фарфорового или керамического диска серебром, а затем складываются вместе.

Для очень низких значений емкости используется один керамический диск размером около 3-6 мм.

Керамические конденсаторы имеют высокую диэлектрическую проницаемость и используются для того, чтобы получить относительно высокую емкость при небольшом физическом размере. Керамические конденсаторы имеют значения в диапазоне от нескольких пикофарад до одного или двух микрофарад (мкФ).

Они демонстрируют большие нелинейные изменения емкости в зависимости от температуры и, следовательно, используются в качестве разъединительных или байпасных конденсаторов, поскольку они также являются неполяризованными устройствами.

Конденсаторы керамического типа обычно имеют трехзначный код, напечатанный на их корпусе для определения значения их емкости в пикофарадах. Обычно первые две цифры обозначают значение конденсаторов, а третья цифра обозначает количество добавляемых нулей. Например, керамический дисковый конденсатор с маркировкой 103 будет показывать 10 и 3 нуля в пикофарадах, что эквивалентно 10000 пФ или 10 нФ. Буквенные коды иногда используются для указания значения допуска, например: J = 5%, K = 10% или M = 20% и т. Д.

ceramic capacitor

Конденсаторы электролитические

Электролитические конденсаторы

обычно используются, когда требуются очень большие значения емкости.

electrolytic capacitor

Здесь вместо использования очень тонкого металлического пленочного слоя для одного из электродов используется полужидкий раствор электролита в форме желе или пасты, который служит вторым электродом (обычно катодом).

Диэлектрик представляет собой очень тонкий слой оксида, который выращивается электрохимически при производстве с толщиной пленки менее десяти микрон.Этот изолирующий слой настолько тонок, что можно изготовить конденсаторы с большим значением емкости для небольшого физического размера, так как расстояние между пластинами d очень мало.

Большинство конденсаторов электролитического типа являются поляризованными, что означает, что напряжение постоянного тока, приложенное к клеммам конденсатора, должно быть правильной полярности, то есть положительным к положительному выводу и отрицательным к отрицательному, так как неправильная поляризация сломает изолирующий оксид слой и навсегда повредить конденсатор.

Следовательно, все поляризованные электролитические конденсаторы имеют свою полярность, четко обозначенную отрицательным знаком для обозначения отрицательной клеммы, и эту полярность необходимо соблюдать.

Электролитические конденсаторы

обычно используются в цепях электропитания постоянного тока из-за их большой емкости и небольшого размера, чтобы помочь уменьшить пульсирующее напряжение или для применений с присоединением и развязкой.

Одним из основных недостатков электролитических конденсаторов является их относительно низкое номинальное напряжение и из-за поляризации электролитических конденсаторов, что означает, что они не должны использоваться на источниках переменного тока.

Другими недостатками электролитических конденсаторов являются большие токи утечки, допустимые отклонения, эквивалентное последовательное сопротивление и ограниченный срок службы.

Электролитические конденсаторы могут быть либо с влажным электролитом, либо с твердым полимером.

Они обычно изготавливаются из тантала или алюминия, хотя могут использоваться и другие материалы.

Суперконденсаторы

представляют собой особый подтип электролитических конденсаторов, также называемых двухслойными электролитическими конденсаторами, с емкостью в сотни и тысячи фарад.

Электролитические конденсаторы обычно бывают двух основных форм;

  1. Алюминиевые электролитические конденсаторы
  2. Танталовые электролитические конденсаторы
1. Алюминиевые электролитические конденсаторы

aluminium electrolytic capacitor

Существует в основном два типа алюминиевых электролитических конденсаторов, тип простой фольги и тип протравленной фольги.

Толщина пленки оксида алюминия и высокое напряжение пробоя дают этим конденсаторам очень высокие значения емкости для их размера.

Пластинчатые пластины конденсатора анодированы постоянным током. Этот процесс анодирования устанавливает полярность материала пластины и определяет, какая сторона пластины является положительной, а какая сторона отрицательной.

Тип травленой фольги отличается от типа простой фольги тем, что оксид алюминия на анодной и катодной фольгах химически травлен для увеличения площади поверхности и диэлектрической проницаемости.

Это дает конденсатор меньшего размера, чем эквивалентная величина типа простой фольги, но имеет недостаток, заключающийся в невозможности выдерживать высокие токи постоянного тока по сравнению с простым типом.Также их допуск довольно велик — до 20%.

Типичные значения емкости для алюминиевого электролитического конденсатора находятся в диапазоне от 1 мкФ до 47000 мкФ.

Электролитики с протравленной фольгой

лучше всего использовать в цепях связи, блокировки постоянного тока и байпасных цепях, тогда как простые типы фольги лучше подходят в качестве сглаживающих конденсаторов в источниках питания.

2. Танталовые электролитические конденсаторы

tantalum electrolytic capacitor

Электролитические конденсаторы тантала

выпускаются как в мокром (фольговом), так и в сухом (твердом) электролитическом типах, причем наиболее распространенным является сухой или твердый тантал.

Твердые танталовые конденсаторы используют диоксид марганца в качестве второй клеммы и физически меньше, чем эквивалентные алюминиевые конденсаторы.

Диэлектрические свойства оксида тантала также намного лучше, чем у оксида алюминия, что дает меньшие токи утечки и лучшую стабильность емкости, что делает их пригодными для использования в приложениях блокирования, обхода, развязки, фильтрации и синхронизации.

Кроме того, танталовые конденсаторы, хотя и поляризованные, гораздо легче переносят подключение к обратному напряжению, чем алюминиевые, но рассчитаны на гораздо более низкие рабочие напряжения.

Твердые танталовые конденсаторы обычно используются в цепях, где напряжение переменного тока мало по сравнению с напряжением постоянного тока.

Однако некоторые типы танталовых конденсаторов содержат два конденсатора в одном, соединенные отрицательно-отрицательно, чтобы образовать «неполяризованный» конденсатор для использования в цепях переменного тока низкого напряжения в качестве неполяризованного устройства.

Как правило, положительный вывод обозначается на корпусе конденсатора знаком полярности, а корпус конденсатора из танталовых шариков имеет овальную геометрическую форму.

Типичные значения емкости в диапазоне от 47 нФ до 470 мкФ.

,

Что такое конденсатор (C)

Что такое конденсатор и расчеты конденсаторов.

Что такое конденсатор

Конденсатор — это электронный компонент, который хранит электрический заряд. Конденсатор состоит из 2-х тесных проводников (обычно пластин), которые разделены диэлектрическим материалом. Пластины накапливаются электрический заряд при подключении к источнику питания. Одна тарелка накапливает положительный заряд, а другая пластина накапливает отрицательный заряд.

Емкость — это количество электрического заряда, который накапливается в конденсаторе при напряжении 1 Вольт.

Емкость измеряется в единицах Фарад (F).

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

Конденсаторные картинки

Конденсаторные символы

Емкость

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

C — емкость в Фарадах (F)

Q — электрический заряд в кулонах (С), который накапливается на конденсаторе

В — напряжение между обкладками конденсатора в вольтах (В)

Емкость пластин емкостных

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

C — емкость конденсатора, в Фарадах (F).

ε — диэлектрическая проницаемость конденсаторного материала в Фарадах на метр (Ф / м).

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

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

Конденсаторы в серии

Общая емкость конденсаторов последовательно, C1, C2, C3, ..:

Конденсаторы параллельно

Общая емкость конденсаторов параллельно, C1, C2, C3 ,., :

C Итого = C 1 + C 2 + C 3 + …

Ток конденсатора

Моментальный ток конденсатора i c (т) равен емкости конденсатора,

раз производная напряжения мгновенного конденсатора v c (т):

Напряжение на конденсаторе

Временное напряжение конденсатора v c (t) равно начальному напряжению конденсатора,

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

Энергия конденсатора

накопленная энергия конденсатора E C в джоулях (J) равен емкости C, в Фарадах (F)

В

раз больше квадратного напряжения конденсатора В С в вольтах (В) делится на 2:

E C = C × V C 2 /2

цепи переменного тока

Угловая частота

ω = 2 π f

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

f — частота измеряется в герцах (Гц).

Реактивное сопротивление конденсатора

Конденсаторное сопротивление

Декартова форма:

Полярная форма:

Z C = X C ∟-90º

Типы конденсаторов

Переменный конденсатор Переменный конденсатор имеет переменную емкость
Электролитический конденсатор Электролитические конденсаторы используются, когда требуется высокая емкость.Большинство электролитических конденсаторов поляризованы
Сферический конденсатор Сферический конденсатор имеет форму шара
Силовой конденсатор Силовые конденсаторы используются в высоковольтных энергосистемах.
Керамический конденсатор Керамический конденсатор имеет керамический диэлектрический материал. Имеет функцию высокого напряжения.
Танталовый конденсатор Танталоксидный диэлектрический материал. Имеет высокую емкость
Слюдяной конденсатор Высокоточные конденсаторы
Бумажный конденсатор Бумажный диэлектрический материал


Смотри также:

,
Как работают конденсаторы? — Объясните, что Материал

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 10 июля 2020 г.

Большую часть дня смотрите в небо, и вы увидите огромные конденсаторы. парящий над головой Конденсаторы (иногда называемые конденсаторами) являются накопителями энергии, которые широко используются в телевизорах, радиоприемники и другие виды электронного оборудования. Настройте радио на станция, сделайте флеш фото с цифровым камера или щелкнуть каналы на вашем HDTV, и вы делаете хорошо использование конденсаторов. конденсаторы, которые дрейфуют по небу, более известны как облака и, хотя они абсолютно гигантские по сравнению с конденсаторами, которые мы используем в электронике они накапливают энергию точно так же. Давайте принимать подробнее рассмотрим конденсаторы и то, как они работают!

Фото: типичный конденсатор, используемый в электронных схемах. Этот называется электролитическим конденсатором, и его номинал составляет 4,7 мкФ (4,7 мкФ), с рабочим напряжением 350 вольт (350 В).

Что такое конденсатор?

Фото: небольшой конденсатор в транзисторной радиосистеме.

Возьмите два электрических проводника (вещи, которые позволяют электричеству течь через них) и разделить их изолятором (материал который не дает электричеству течь очень хорошо) и вы делаете конденсатор: то, что может хранить электрическую энергию. Добавление электрической энергии к конденсатору называется зарядка ; высвобождая энергию из конденсатор известен как разряда .

Конденсатор немного похож на батарею, но у него другая работа делать.Аккумулятор использует химические вещества для хранения электрической энергии и выпуска это очень медленно по кругу; иногда (в случае кварца смотреть) это может занять несколько лет. Конденсатор обычно выпускает его энергия намного быстрее — часто за секунды или меньше. Если вы принимаете например, для съемки фотографии со вспышкой Огромный всплеск света за доли секунды. Конденсатор прилагается вспышка заряжается в течение нескольких секунд, используя энергию от вашего батареи камеры. (Требуется время для зарядки конденсатора, и это почему вы обычно должны немного подождать.) Как только конденсатор полностью заряжен, он может высвободить всю эту энергию через мгновение через ксеноновую лампочку. Zap!

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

Фото: внутри электролитический конденсатор немного похож на швейцарский рулон. «Пластины» — это два очень тонких листа металла; диэлектрик между ними маслянистая пластиковая пленка. Все это завернуто в компактный цилиндр и покрыто защитным металлическим корпусом. ВНИМАНИЕ: Открывать конденсаторы может быть опасно. Во-первых, они могут держать очень высокое напряжение. Во-вторых, диэлектрик иногда состоит из токсичных или едких химикатов, которые могут обжечь вашу кожу.

Работа: Как изготовить электролитический конденсатор, свернув листы алюминиевой фольги (серого цвета) и диэлектрического материала (в данном случае, бумаги или тонкой марли, пропитанной кислотой или другим органическим химикатом).Листы фольги подключаются к клеммам (синего цвета) сверху, чтобы конденсатор можно было подключить к цепи. Произведение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США из патента США 2089683: Электрический конденсатор, автор: Frank Clark, General Electric, 10 августа 1937 года.

Вы можете зарядить конденсатор, просто подключив его к электрическая цепь. Когда вы включаете питание, электрический заряд постепенно накапливается на тарелках. Одна пластина получает положительный заряд а другая пластина получает равный и противоположный (отрицательный) заряд.Если Вы отключаете питание, конденсатор держит заряд (хотя со временем он может медленно вытекать). Но если вы подключите конденсатор для второй цепи, содержащей что-то вроде электрического двигатель или вспышка, заряд будет течь от конденсатора через двигатель или лампа, пока на пластинах не осталось ничего.

Хотя конденсаторы эффективно выполняют только одну работу (хранение заряд), они могут быть использованы для различного использования в электрических схем. Они могут быть использованы в качестве устройства синхронизации (потому что это занимает определенное, предсказуемое время для их зарядки) в качестве фильтров (схемы, которые позволяют только определенным сигналам течь), для сглаживания напряжение в цепях, для настройки (в радио и телевизорах), а также для множество других целей.Большие суперконденсаторы также могут быть используется вместо батарей.

Что такое емкость?

Количество электрической энергии, которое может хранить конденсатор, зависит от его емкость . Емкость конденсатора немного похожа размер ведра: чем больше ведро, тем больше воды оно может хранить; чем больше емкость, тем больше электричества может конденсатор хранить. Есть три способа увеличить емкость конденсатор. Одним из них является увеличение размера тарелок.Другой, чтобы переместите пластины ближе друг к другу. Третий способ — сделать диэлектрик как можно лучше изолятор. Использование конденсаторов диэлектрики из всех видов материалов. В транзисторных радиоприемниках, настройка осуществляется большим переменным конденсатором , который не имеет ничего, кроме воздуха между пластинами. В большинстве электронных схем конденсаторы представляют собой герметичные компоненты с диэлектриками из керамики такие как слюда и стекло, бумага, пропитанная маслом, или пластмассы, такие как майларовое.

Фото: этот переменный конденсатор подключен к основному колесу настройки в транзисторной радиосистеме.Когда вы поворачиваете диск пальцем, вы поворачиваете ось, проходящую через конденсатор. Это вращает набор тонких металлических пластин, так что они перекрываются в большей или меньшей степени с другим набором пластин, вкрученных между ними. Степень перекрытия между пластинами изменяет емкость, и это то, что настраивает радио на определенную станцию.

Как мы измеряем емкость?

Размер конденсатора измеряется в единицах, называемых фарад (F), названный в честь английского пионера электричества Майкла Фарадея (1791–1867).Один Фарад это огромное количество емкости так что на практике большинство конденсаторов, с которыми мы сталкиваемся, просто доли фарада — как правило, микрофарады (миллионные доли фарада, в мкФ), нанофарады (тысячные миллионы фарадов, написанных нФ), и пикофарады (миллионные миллионы фарада, написано pF). Суперконденсаторы хранят гораздо большие заряды, иногда оценивается в тысячи фарад.

Почему конденсаторы накапливают энергию?

Если вы находите конденсаторы таинственными и странными, и они не имеют для вас никакого смысла, вместо этого попробуйте подумать о гравитации.Предположим, вы стоите на дне некоторых шагов и вы решили начать лазить. Вы должны поднять свое тело против гравитации Земли, которая является привлекательной (тянущей) силой. Как говорят физики, чтобы «лазить» надо «делать работу» лестница (работа против силы тяжести) и использование энергии. Используемая вами энергия не теряется, но сохраняются вашим телом как гравитационная потенциальная энергия, которую вы могли бы использовать для других целей (просвистывая слайд обратно, например, на уровень земли).

То, что вы делаете, когда поднимаетесь по ступенькам, лестницам, горам или чему-то еще, — это работа против Земли гравитационное поле.Очень похожая вещь происходит в конденсаторе. Если у вас есть положительный электрический заряд и отрицательный электрический заряд, они притягивают друг друга, как противоположный полюса двух магнитов — или как ваше тело и Земля. Если вы раздвинете их, вы должны «сделать работу» против этого электростатического сила. Опять же, как и в случае с восхождением, энергия, которую вы используете, не теряется, а аккумулируется зарядами, поскольку они отдельно. На этот раз это называется электрической потенциальной энергии . И это, если вы еще не догадались к настоящему времени это энергия, которую хранит конденсатор.Его две пластины содержат противоположные заряды и разделение между ними создает электрическое поле. Вот почему конденсатор накапливает энергию.

Почему конденсаторы имеют две пластины?

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

Как мы уже видели, конденсаторы имеют две проводящие пластины разделены изолятором. Чем больше тарелки, тем ближе они и чем лучше изолятор между ними, тем больше заряд конденсатор можно хранить. Но почему все это правда? Почему не конденсаторы просто есть одна большая пластина? Давайте попробуем найти простой и удовлетворительное объяснение.

Предположим, у вас есть большая металлическая сфера, установленная на изолирующей поверхности, деревянная подставка.Вы можете хранить определенное количество электрического заряда на сфера; чем он больше (чем больше его радиус), тем больше заряд вы можете хранить, и чем больше заряда вы храните, тем больше потенциал (напряжение) сферы. В конце концов, однако, вы достигнете Точка, где, если вы добавите столько, сколько один дополнительный электрон ( наименьшая возможная единица заряда), конденсатор перестанет работать. Воздух вокруг него будет разрушаться, превращаясь из изолятора в проводник: заряд будет проноситься через воздух на Землю (землю) или другой соседний проводник в виде искры — электрический ток — в мини заряд молнии.Максимальная сумма заряда, которую вы можете хранить на сфера — это то, что мы подразумеваем под своей емкостью. Напряжение (В), заряд (Q) и емкость связаны очень простым уравнением:

C = Q / V

Таким образом, чем больше заряда вы можете хранить при данном напряжении, не вызывая Воздух ломается и искрится, чем выше емкость. Если бы ты мог каким-то образом хранить больше заряда на сфере, не достигая точки где вы создали искру, вы бы эффективно увеличить ее емкость. Как ты мог это сделать?

Забудьте о сфере.Предположим, у вас есть плоская металлическая пластина с максимально возможный заряд хранится на нем, и вы обнаружите, что пластина находится на определенное напряжение. Если вы принесете вторую идентичную пластину близко к это, вы найдете, вы можете хранить гораздо больше заряда на первой пластине для такое же напряжение. Это потому, что первая пластина создает электрический поле вокруг него, которое «вызывает» равный и противоположный заряд на второй тарелке. Следовательно, вторая пластина снижает напряжение из первой пластины. Теперь мы можем хранить больше заряда на первой пластине не вызывая искры.Мы можем продолжать делать это, пока не достигнем исходное напряжение. С большим зарядом (Q) хранится точно так же напряжение (V), уравнение C & равно; Q / V говорит нам, что мы увеличили емкость нашего устройства накопления заряда путем добавления второй пластины, и именно поэтому конденсаторы имеют две пластины, а не одну. На практике дополнительная пластина имеет огромное значение , что Вот почему все практические конденсаторы имеют две пластины.

Как мы можем увеличить емкость?

Интуитивно очевидно, что если вы сделаете тарелки больше, вы сможете хранить больше заряда (как если бы вы сделали шкаф больше, вы можете заполнить больше вещи внутри него).Таким образом, увеличивая площадь пластин также увеличивает емкость. Менее очевидно, если мы сократим расстояние между пластинами, что также увеличивает емкость. Это потому что чем короче расстояние между пластинами, тем больше эффект тарелки имеют друг на друга. Вторая тарелка, будучи ближе, уменьшает потенциал первой пластины еще больше, и это увеличивает емкость.

Artwork: Диэлектрик увеличивает емкость конденсатора за счет уменьшения электрического поле между его пластинами, таким образом уменьшая потенциал (напряжение) каждой пластины.Это означает, что вы можете хранить больше заряд на пластинах при том же напряжении. Электрическое поле в этом конденсаторе проходит от положительной пластины слева на отрицательную пластину справа. Поскольку противоположные заряды притягиваются, полярные молекулы (серые) диэлектрика выстраиваются в противоположную сторону — и это то, что уменьшает поле.

Последнее, что мы можем сделать, чтобы увеличить емкость, это изменить диэлектрик (материал между пластинами). Воздух работает довольно хорошо, но другие материалы еще лучше.Стекло как минимум в 5 раз больше эффективнее воздуха, поэтому самые ранние конденсаторы (Leyden банки, используя обычное стекло в качестве диэлектрика) работали так хорошо, но это тяжело, непрактично, и трудно втиснуть в маленькие места. Вощеная бумага примерно в 4 раза лучше, чем воздух, очень тонкая, дешевая, легко сделать в больших кусках, и легко катиться, что делает его отличным, практический диэлектрик. Лучшие диэлектрические материалы сделаны из полярных молекулы (с более положительным электрическим зарядом на одной стороне и более отрицательный электрический заряд с другой).Когда они сидят в электрическое поле между двумя пластинами конденсатора, они совпадают с заряды направлены против поля, что эффективно его уменьшает. Это уменьшает потенциал на пластинах и, как и прежде, увеличивает их емкость. Теоретически, вода, которая сделана из очень маленькой полярные молекулы, сделали бы отличный диэлектрик, примерно в 80 раз лучше воздуха Практически, однако, это не так хорошо (он протекает и высыхает и изменяется от жидкости до льда или пара при относительно скромные температуры), поэтому он не используется в реальных конденсаторах.

Диаграмма

: Различные материалы создают лучшие или худшие диэлектрики в зависимости от того, насколько хорошо они изолируют пространство между пластинами конденсатора и уменьшают электрическое поле между ними. Измерение, называемое относительной диэлектрической проницаемостью, говорит нам, насколько хорошим будет диэлектрик. Вакуум является наихудшим диэлектриком и имеет относительную диэлектрическую проницаемость 1. Другие диэлектрики измеряются относительно (сравнивая их) с вакуумом. Воздух примерно одинаков. Бумага примерно в 3 раза лучше.Алкоголь и вода, которые имеют полярные молекулы, создают особенно хорошие диэлектрики.

,
Что такое разделительные конденсаторы за 5 минут | ОРЕЛ

Для начинающих разработчиков электроники вполне стандартно забывать о том, насколько нестабильным может быть входное напряжение, несмотря на то, насколько прочным может выглядеть этот источник питания. И когда вы работаете с микроконтроллерами или микропроцессорами в вашей цифровой схеме, малейшие колебания вашего напряжения могут привести к нежелательным результатам. Итак, что вы можете сделать, чтобы ваши микросхемы работали с ровным чистым напряжением? Используйте развязывающие конденсаторы! Вот что они из себя представляют и как их использовать в сегодняшнем электронном байте.

Что такое развязывающие конденсаторы

Разъединяющий конденсатор, также называемый обходным конденсатором, действует как своего рода резервуар энергии. Вы найдете этих ребят обычно размещенными как можно ближе к интегральной схеме (ИС) на схеме печатной платы. После полной зарядки их задача — просто противостоять любым неожиданным изменениям входного напряжения от источника питания. Когда развязывающий конденсатор установлен, он будет выполнять одно из двух действий:

  1. Если входное напряжение падает, то развязывающий конденсатор сможет обеспечить IC достаточной мощностью для поддержания стабильного напряжения.
  2. Если напряжение увеличивается, то развязывающий конденсатор сможет поглотить избыточную энергию, пытаясь протекать через IC, что снова сохраняет напряжение стабильным.

Все это необходимо, потому что на типовой монтажной плате тонна электрического шума, а постоянное напряжение 5 В, которое, как мы думаем, мы текем повсюду, фактически прыгает, когда оно перемещается от компонента к компоненту.

Некоторые компоненты, такие как интегральные схемы, полагаются на то, что их входное напряжение является как можно более стабильным, поэтому, если вы разместите развязывающий конденсатор рядом с микросхемой, вы сможете защитить эти чувствительные микросхемы, отфильтровывая любой избыточный шум и создавая приятный, постоянный источник энергии.Что произойдет, если вы не используете развязывающие конденсаторы рядом с вашей микросхемой? Ну, вы, скорее всего, столкнетесь с процессором, который начинает пропускать инструкции и ведет себя ненормально.

decoupling-capacitors-pcb

Посмотрите на интегральную схему на любой схеме печатной платы, и вы обязательно найдете несколько конденсаторов поблизости. (Источник изображения)

Как использовать развязывающие конденсаторы

Проверьте схему ниже; это демонстрирует типичное применение того, как вы можете использовать развязывающие конденсаторы, когда размещены рядом с ИС.Как вы можете видеть, у вас есть конденсатор 10 мкФ, расположенный дальше всего от ИС, что помогает сгладить любые низкочастотные изменения входного напряжения.

decoupling-capacitors-schematic

Типичное применение использования развязывающих конденсаторов рядом с ИС. (Источник изображения)

И тогда у вас есть конденсатор 0.1 мкФ, расположенный ближе всего к ИС. Этот поможет сгладить любой высокочастотный шум в вашей цепи. Когда вы объедините эти два конденсатора вместе, вы будете обеспечивать плавное бесперебойное напряжение для вашей IC для работы.При работе с развязывающими конденсаторами в своем собственном дизайне имейте в виду следующие три вещи:

  • Размещение. Вы всегда хотите подключить развязывающие конденсаторы между источником питания, будь то 5 В или 3,3 В, и землей.
  • Расстояние . Вы всегда будете хотеть разместить свои развязывающие конденсаторы как можно ближе к вашей интегральной схеме. Чем дальше они, тем менее эффективными они будут.
  • Рейтинги. В качестве общего руководства мы всегда рекомендуем добавлять один керамический конденсатор емкостью 100 нФ и больший 0.1-10 мкФ электролитический конденсатор для каждой интегральной схемы на вашей плате.

Спасение вашей интегральной микросхемы

Итак, все, что вам может понадобиться знать о том, что такое разделительные конденсаторы всего за 5 минут в сегодняшнем электронном байте. Интегральные схемы представляют собой чувствительную группу, и без бесперебойного источника питания вы, скорее всего, будете устранять неисправности, пропуская инструкции и другие странные действия. Разбрасывая комплект развязывающих конденсаторов рядом с одной из ваших микросхем, вы гарантируете, что они всегда получают плавное входное напряжение, независимо от того, какой электрический шум присутствует на вашей печатной плате.

Готовы начать свой следующий дизайн электроники с развязывающих конденсаторов? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!

,
Разное

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о