С помощью этого калькулятора можно ввести значение для конвертации вместе с исходной единицей измерения, например, ‘409 пикофарад’. При этом можно использовать либо полное название единицы измерения, либо ее аббревиатуруНапример, ‘пикофарад’ или ‘пФ’. После ввода единицы измерения, которую требуется преобразовать, калькулятор определяет ее категорию, в данном случае ‘Ёмкость’. После этого он преобразует введенное значение во все соответствующие единицы измерения, которые ему известны. В списке результатов вы, несомненно, найдете нужное вам преобразованное значение. Как вариант, преобразуемое значение можно ввести следующим образом: ’60
Кроме того, калькулятор позволяет использовать математические формулы. В результате, во внимание принимаются не только числа, такие как ‘(81 * 60) пФ’. Можно даже использовать несколько единиц измерения непосредственно в поле конверсии.3′. Объединенные таким образом единицы измерения, естественно, должны соответствовать друг другу и иметь смысл в заданной комбинации.
Если поставить флажок рядом с опцией ‘Числа в научной записи’, то ответ будет представлен в виде экспоненциальной функции. Например, 3,702 046 386 064 5×1026. В этой форме представление числа разделяется на экспоненту, здесь 26, и фактическое число, здесь 3,702 046 386 064 5. В устройствах, которые обладают ограниченными возможностями отображения чисел (например, карманные калькуляторы), также используется способ записи чисел 3,702 046 386 064 5E+26. В частности, он упрощает просмотр очень больших и очень маленьких чисел. Если в этой ячейке не установлен флажок, то результат отображается с использованием обычного способа записи чисел. В приведенном выше примере он будет выглядеть следующим образом: 370 204 638 606 450 000 000 000 000. Независимо от представления результата, максимальная точность этого калькулятора равна 14 знакам после запятой. Такой точности должно хватить для большинства целей.
фарад [Ф] в пикофарад [пФ] • Электрическая емкость • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения
Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
Сенсорный экран этого планшета выполнен с использованием проекционно-емкостной технологии.
Общие сведения
Измерение емкости конденсатора номинальной емкостью 10 мкФ с помощью осциллографа-мультиметра
Электрическая емкость — это величина, характеризующая способность проводника накапливать заряд, равная отношению электрического заряда к разности потенциалов между проводниками:
C = Q/∆φ
Здесь Q — электрический заряд, измеряется в кулонах (Кл), — разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).
В системе СИ электроемкость измеряется в фарадах (Ф). Данная единица измерения названа в честь английского физика Майкла Фарадея.
Фарад является очень большой емкостью для изолированного проводника. Так, металлический уединенный шар радиусом в 13 радиусов Солнца имел бы емкость равную 1 фарад. А емкость металлического шара размером с Землю была бы примерно 710 микрофарад (мкФ).
Так как 1 фарад — очень большая емкость, поэтому используются меньшие значения, такие как: микрофарад (мкФ), равный одной миллионной фарада; нанофарад (нФ), равный одной миллиардной; пикофарад (пФ), равный одной триллионной фарада.
В системе СГСЭ основной единицей емкости является сантиметр (см). 1 сантиметр емкости — это электрическая емкость шара с радиусом 1 сантиметр, помещенного в вакуум. СГСЭ — это расширенная система СГС для электродинамики, то есть, система единиц в которой сантиметр, грам, и секунда приняты за базовые единицы для вычисления длины, массы и времени соответственно. В расширенных СГС, включая СГСЭ, некоторые физические константы приняты за единицу, чтобы упростить формулы и облегчить вычисления.
Использование емкости
Конденсаторы — устройства для накопления заряда в электронном оборудовании
Условные обозначения конденсаторов на принципиальных схемах
Понятие электрической емкости относится не только к проводнику, но и к конденсатору. Конденсатор — система двух проводников, разделенных диэлектриком или вакуумом. В простейшем варианте конструкция конденсатора состоит из двух электродов в виде пластин (обкладок). Конденсатор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухэлектродный прибор для накопления заряда и энергии электромагнитного поля, в простейшем случае представляет собой два проводника, разделённые каким-либо изолятором. Например, иногда радиолюбители при отсутствии готовых деталей изготавливают подстроечные конденсаторы для своих схем из отрезков проводов разного диаметра, изолированных лаковым покрытием, при этом более тонкий провод наматывается на более толстый. Регулируя число витков, радиолюбители точно настраивают контура аппаратуры на нужную частоту. Примеры изображения конденсаторов на электрических схемах приведены на рисунке.
Параллельная RLC-цепь, состоящая из резистора, конденсатора и катушки индуктивности
Историческая справка
Еще 275 лет назад были известны принципы создания конденсаторов. Так, в 1745 г. в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и нидерландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку» — в ней диэлектриком были стенки стеклянной банки, а обкладками служили вода в сосуде и ладонь экспериментатора, державшая сосуд. Такая «банка» позволяла накапливать заряд порядка микрокулона (мкКл). После того, как ее изобрели, с ней часто проводили эксперименты и публичные представления. Для этого банку сначала заряжали статическим электричеством, натирая ее. После этого один из участников прикасался к банке рукой, и получал небольшой удар током. Известно, что 700 парижских монахов, взявшись за руки, провели лейденский эксперимент. В тот момент, когда первый монах прикоснулся к головке банки, все 700 монахов, сведенные одной судорогой, с ужасом вскрикнули.
В Россию «лейденская банка» пришла благодаря русскому царю Петру I, который познакомился с Мушенбруком во время путешествий по Европе, и подробнее узнал об экспериментах с «лейденской банкой». Петр I учредил в России Академию наук, и заказал Мушенбруку разнообразные приборы для Академии наук.
В дальнейшем конденсаторы усовершенствовались и становились меньше, а их емкость — больше. Конденсаторы широко применяются в электронике. Например, конденсатор и катушка индуктивности образуют колебательный контур, который может быть использован для настройки приемника на нужную частоту.
Существует несколько типов конденсаторов, отличающихся постоянной или переменной емкостью и материалом диэлектрика.
Примеры конденсаторов
Оксидные конденсаторы в блоке питания сервера.
Промышленность выпускает большое количество типов конденсаторов различного назначения, но главными их характеристиками являются ёмкость и рабочее напряжение.
Типичные значение ёмкости конденсаторов изменяются от единиц пикофарад до сотен микрофарад, исключение составляют ионисторы, которые имеют несколько иной характер формирования ёмкости – за счёт двойного слоя у электродов – в этом они подобны электрохимическим аккумуляторам. Суперконденсаторы на основе нанотрубок имеют чрезвычайно развитую поверхность электродов. У этих типов конденсаторов типичные значения ёмкости составляют десятки фарад, и в некоторых случаях они способны заменить в качестве источников тока традиционные электрохимические аккумуляторы.
Вторым по важности параметром конденсаторов является его рабочее напряжение. Превышение этого параметра может привести к выходу конденсатора из строя, поэтому при построении реальных схем принято применять конденсаторы с удвоенным значением рабочего напряжения.
Для увеличения значений ёмкости или рабочего напряжения используют приём объединения конденсаторов в батареи. При последовательном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение удваивается, а суммарная ёмкость уменьшается в два раза. При параллельном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение остаётся прежним, а суммарная ёмкость увеличивается в два раза.
Третьим по важности параметром конденсаторов является температурный коэффициент изменения ёмкости (ТКЕ). Он даёт представление об изменении ёмкости в условиях изменения температур.
В зависимости от назначения использования, конденсаторы подразделяются на конденсаторы общего назначения, требования к параметрам которых некритичны, и на конденсаторы специального назначения (высоковольтные, прецизионные и с различными ТКЕ).
Маркировка конденсаторов
Подобно резисторам, в зависимости от габаритов изделия, может применяться полная маркировка с указанием номинальной ёмкости, класса отклонения от номинала и рабочего напряжения. Для малогабаритных исполнений конденсаторов применяют кодовую маркировку из трёх или четырёх цифр, смешанную цифро-буквенную маркировку и цветовую маркировку.
Соответствующие таблицы пересчёта маркировок по номиналу, рабочему напряжению и ТКЕ можно найти в Интернете, но самым действенным и практичным методом проверки номинала и исправности элемента реальной схемы остаётся непосредственное измерение параметров выпаянного конденсатора с помощью мультиметра.
Оксидный конденсатор собран из двух алюминиевых лент и бумажной прокладки с электролитом. Одна из алюминиевых лент покрыта слоем оксида алюминия и служит анодом. Катодом служит вторая алюминиевая лента и бумажная лента с электролитом. На алюминиевых лентах видны следы электрохимического травления, позволяющего увеличить их площадь поверхности, а значит и емкость конденсатора.
Предупреждение: поскольку конденсаторы могут накапливать большой заряд при весьма высоком напряжении, во избежание поражения электрическим током необходимо перед измерением параметров конденсатора разряжать его, закоротив его выводы проводом с высоким сопротивлением внешней изоляции. Лучше всего для этого подходят штатные провода измерительного прибора.
Оксидные конденсаторы: данный тип конденсатора обладает большой удельной емкостью, то есть, емкостью на единицу веса конденсатора. Одна обкладка таких конденсаторов представляет собой обычно алюминиевую ленту, покрытую слоем оксида алюминия. Второй обкладкой служит электролит. Так как оксидные конденсаторы имеют полярность, то принципиально важно включать такой конденсатор в схему строго в соответствии с полярностью напряжения.
Твердотельные конденсаторы: в них вместо традиционного электролита в качестве обкладки используется органический полимер, проводящий ток, или полупроводник.
Трехсекционный воздушный конденсатор переменной емкости
Переменные конденсаторы: емкость может меняться механическим способом, электрическим напряжением или с помощью температуры.
Пленочные конденсаторы: диапазон емкости данного типа конденсаторов составляет примерно от 5 пФ до 100 мкФ.
Имеются и другие типы конденсаторов.
Ионисторы
В наши дни популярность набирают ионисторы. Ионистор (суперконденсатор) — это гибрид конденсатора и химического источника тока, заряд которого накапливается на границе раздела двух сред — электрода и электролита. Начало созданию ионисторов было положено в 1957 году, когда был запатентован конденсатор с двойным электрическим слоем на пористых угольных электродах. Двойной слой, а также пористый материал помогли увеличить емкость такого конденсатора за счет увеличения площади поверхности. В дальнейшем эта технология дополнялась и улучшалась. На рынок ионисторы вышли в начале восьмидесятых годов прошлого века.
С появлением ионисторов появилась возможность использовать их в электрических цепях в качестве источников напряжения. Такие суперконденсаторы имеют долгий срок службы, малый вес, высокие скорости зарядки-разрядки. В перспективе данный вид конденсаторов может заменить обычные аккумуляторы. Основными недостатками ионисторов является меньшая, чем у электрохимических аккумуляторов удельная энергия (энергия на единицу веса), низкое рабочее напряжение и значительный саморазряд.
Ионисторы применяются в автомобилях Формулы-1. В системах рекуперации энергии, при торможении вырабатывается электроэнергия, которая накапливается в маховике, аккумуляторах или ионисторах для дальнейшего использования.
Электромобиль А2В Университета Торонто. Общий вид
В бытовой электронике ионисторы применяются для стабилизации основного питания и в качестве резервного источника питания таких приборов как плееры, фонари, в автоматических коммунальных счетчиках и в других устройствах с батарейным питанием и изменяющейся нагрузкой, обеспечивая питание при повышенной нагрузке.
В общественном транспорте применение ионисторов особенно перспективно для троллейбусов, так как становится возможна реализация автономного хода и увеличения маневренности; также ионисторы используются в некоторых автобусах и электромобилях.
Электромобиль А2В Университета Торонто. Под капотом
Электрические автомобили в настоящем времени выпускают многие компании, например: General Motors, Nissan, Tesla Motors, Toronto Electric. Университет Торонто совместно с компанией Toronto Electric разработали полностью канадский электромобиль A2B. В нем используются ионисторы вместе с химическими источниками питания, так называемое гибридное электрическое хранение энергии. Двигатели данного автомобиля питаются от аккумуляторов весом 380 килограмм. Также для подзарядки используются солнечные батареи, установленные на крыше электромобиля.
Емкостные сенсорные экраны
В современных устройствах все чаще применяются сенсорные экраны, которые позволяют управлять устройствами путем прикосновения к панелям с индикаторами или экранам. Сенсорные экраны бывают разных типов: резистивные, емкостные и другие. Они могут реагировать на одно или несколько одновременных касаний. Принцип работы емкостных экранов основывается на том, что предмет большой емкости проводит переменный ток. В данном случае этим предметом является тело человека.
Поверхностно-емкостные экраны
Cенсорный экран iPhone выполнен по проекционно-емкостной технологии.
Таким образом, поверхностно-емкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом. В качестве резистивного материала обычно применяется имеющий высокую прозрачность и малое поверхностное сопротивление сплав оксида индия и оксида олова. Электроды, подающие на проводящий слой небольшое переменное напряжение, располагаются по углам экрана. При касании к такому экрану пальцем появляется утечка тока, которая регистрируется в четырех углах датчиками и передается в контроллер, который определяет координаты точки касания.
Преимущество таких экранов заключается в долговечности (около 6,5 лет нажатий с промежутком в одну секунду или порядка 200 млн. нажатий). Они обладают высокой прозрачностью (примерно 90%). Благодаря этим преимуществам, емкостные экраны уже с 2009 года активно начали вытеснять резистивные экраны.
Недостаток емкостных экранов заключается в том, что они плохо работают при отрицательных температурах, есть трудности с использованием таких экранов в перчатках. Если проводящее покрытие расположено на внешней поверхности, то экран является достаточно уязвимым, поэтому емкостные экраны применяются лишь в тех устройствах, которые защищены от непогоды.
Проекционно-емкостные экраны
Помимо поверхностно-емкостных экранов, существуют проекционно-емкостные экраны. Их отличие заключается в том, что на внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод, к которому прикасаются, вместе с телом человека образует конденсатор. Благодаря сетке, можно получить точные координаты касания. Проекционно-емкостный экран реагирует на касания в тонких перчатках.
Проекционно-емкостные экраны также обладают высокой прозрачностью (около 90%). Они долговечны и достаточно прочные, поэтому их широко применяют не только в персональной электронике, но и в автоматах, в том числе установленных на улице.
Автор статьи: Sergey Akishkin, Tatiana Kondratieva
Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.
фарад [Ф] в пикофарад [пФ] • Электрическая емкость • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения
Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
Сенсорный экран этого планшета выполнен с использованием проекционно-емкостной технологии.
Общие сведения
Измерение емкости конденсатора номинальной емкостью 10 мкФ с помощью осциллографа-мультиметра
Электрическая емкость — это величина, характеризующая способность проводника накапливать заряд, равная отношению электрического заряда к разности потенциалов между проводниками:
C = Q/∆φ
Здесь Q — электрический заряд, измеряется в кулонах (Кл), — разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).
В системе СИ электроемкость измеряется в фарадах (Ф). Данная единица измерения названа в честь английского физика Майкла Фарадея.
Фарад является очень большой емкостью для изолированного проводника. Так, металлический уединенный шар радиусом в 13 радиусов Солнца имел бы емкость равную 1 фарад. А емкость металлического шара размером с Землю была бы примерно 710 микрофарад (мкФ).
Так как 1 фарад — очень большая емкость, поэтому используются меньшие значения, такие как: микрофарад (мкФ), равный одной миллионной фарада; нанофарад (нФ), равный одной миллиардной; пикофарад (пФ), равный одной триллионной фарада.
В системе СГСЭ основной единицей емкости является сантиметр (см). 1 сантиметр емкости — это электрическая емкость шара с радиусом 1 сантиметр, помещенного в вакуум. СГСЭ — это расширенная система СГС для электродинамики, то есть, система единиц в которой сантиметр, грам, и секунда приняты за базовые единицы для вычисления длины, массы и времени соответственно. В расширенных СГС, включая СГСЭ, некоторые физические константы приняты за единицу, чтобы упростить формулы и облегчить вычисления.
Использование емкости
Конденсаторы — устройства для накопления заряда в электронном оборудовании
Условные обозначения конденсаторов на принципиальных схемах
Понятие электрической емкости относится не только к проводнику, но и к конденсатору. Конденсатор — система двух проводников, разделенных диэлектриком или вакуумом. В простейшем варианте конструкция конденсатора состоит из двух электродов в виде пластин (обкладок). Конденсатор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухэлектродный прибор для накопления заряда и энергии электромагнитного поля, в простейшем случае представляет собой два проводника, разделённые каким-либо изолятором. Например, иногда радиолюбители при отсутствии готовых деталей изготавливают подстроечные конденсаторы для своих схем из отрезков проводов разного диаметра, изолированных лаковым покрытием, при этом более тонкий провод наматывается на более толстый. Регулируя число витков, радиолюбители точно настраивают контура аппаратуры на нужную частоту. Примеры изображения конденсаторов на электрических схемах приведены на рисунке.
Параллельная RLC-цепь, состоящая из резистора, конденсатора и катушки индуктивности
Историческая справка
Еще 275 лет назад были известны принципы создания конденсаторов. Так, в 1745 г. в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и нидерландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку» — в ней диэлектриком были стенки стеклянной банки, а обкладками служили вода в сосуде и ладонь экспериментатора, державшая сосуд. Такая «банка» позволяла накапливать заряд порядка микрокулона (мкКл). После того, как ее изобрели, с ней часто проводили эксперименты и публичные представления. Для этого банку сначала заряжали статическим электричеством, натирая ее. После этого один из участников прикасался к банке рукой, и получал небольшой удар током. Известно, что 700 парижских монахов, взявшись за руки, провели лейденский эксперимент. В тот момент, когда первый монах прикоснулся к головке банки, все 700 монахов, сведенные одной судорогой, с ужасом вскрикнули.
В Россию «лейденская банка» пришла благодаря русскому царю Петру I, который познакомился с Мушенбруком во время путешествий по Европе, и подробнее узнал об экспериментах с «лейденской банкой». Петр I учредил в России Академию наук, и заказал Мушенбруку разнообразные приборы для Академии наук.
В дальнейшем конденсаторы усовершенствовались и становились меньше, а их емкость — больше. Конденсаторы широко применяются в электронике. Например, конденсатор и катушка индуктивности образуют колебательный контур, который может быть использован для настройки приемника на нужную частоту.
Существует несколько типов конденсаторов, отличающихся постоянной или переменной емкостью и материалом диэлектрика.
Примеры конденсаторов
Оксидные конденсаторы в блоке питания сервера.
Промышленность выпускает большое количество типов конденсаторов различного назначения, но главными их характеристиками являются ёмкость и рабочее напряжение.
Типичные значение ёмкости конденсаторов изменяются от единиц пикофарад до сотен микрофарад, исключение составляют ионисторы, которые имеют несколько иной характер формирования ёмкости – за счёт двойного слоя у электродов – в этом они подобны электрохимическим аккумуляторам. Суперконденсаторы на основе нанотрубок имеют чрезвычайно развитую поверхность электродов. У этих типов конденсаторов типичные значения ёмкости составляют десятки фарад, и в некоторых случаях они способны заменить в качестве источников тока традиционные электрохимические аккумуляторы.
Вторым по важности параметром конденсаторов является его рабочее напряжение. Превышение этого параметра может привести к выходу конденсатора из строя, поэтому при построении реальных схем принято применять конденсаторы с удвоенным значением рабочего напряжения.
Для увеличения значений ёмкости или рабочего напряжения используют приём объединения конденсаторов в батареи. При последовательном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение удваивается, а суммарная ёмкость уменьшается в два раза. При параллельном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение остаётся прежним, а суммарная ёмкость увеличивается в два раза.
Третьим по важности параметром конденсаторов является температурный коэффициент изменения ёмкости (ТКЕ). Он даёт представление об изменении ёмкости в условиях изменения температур.
В зависимости от назначения использования, конденсаторы подразделяются на конденсаторы общего назначения, требования к параметрам которых некритичны, и на конденсаторы специального назначения (высоковольтные, прецизионные и с различными ТКЕ).
Маркировка конденсаторов
Подобно резисторам, в зависимости от габаритов изделия, может применяться полная маркировка с указанием номинальной ёмкости, класса отклонения от номинала и рабочего напряжения. Для малогабаритных исполнений конденсаторов применяют кодовую маркировку из трёх или четырёх цифр, смешанную цифро-буквенную маркировку и цветовую маркировку.
Соответствующие таблицы пересчёта маркировок по номиналу, рабочему напряжению и ТКЕ можно найти в Интернете, но самым действенным и практичным методом проверки номинала и исправности элемента реальной схемы остаётся непосредственное измерение параметров выпаянного конденсатора с помощью мультиметра.
Оксидный конденсатор собран из двух алюминиевых лент и бумажной прокладки с электролитом. Одна из алюминиевых лент покрыта слоем оксида алюминия и служит анодом. Катодом служит вторая алюминиевая лента и бумажная лента с электролитом. На алюминиевых лентах видны следы электрохимического травления, позволяющего увеличить их площадь поверхности, а значит и емкость конденсатора.
Предупреждение: поскольку конденсаторы могут накапливать большой заряд при весьма высоком напряжении, во избежание поражения электрическим током необходимо перед измерением параметров конденсатора разряжать его, закоротив его выводы проводом с высоким сопротивлением внешней изоляции. Лучше всего для этого подходят штатные провода измерительного прибора.
Оксидные конденсаторы: данный тип конденсатора обладает большой удельной емкостью, то есть, емкостью на единицу веса конденсатора. Одна обкладка таких конденсаторов представляет собой обычно алюминиевую ленту, покрытую слоем оксида алюминия. Второй обкладкой служит электролит. Так как оксидные конденсаторы имеют полярность, то принципиально важно включать такой конденсатор в схему строго в соответствии с полярностью напряжения.
Твердотельные конденсаторы: в них вместо традиционного электролита в качестве обкладки используется органический полимер, проводящий ток, или полупроводник.
Трехсекционный воздушный конденсатор переменной емкости
Переменные конденсаторы: емкость может меняться механическим способом, электрическим напряжением или с помощью температуры.
Пленочные конденсаторы: диапазон емкости данного типа конденсаторов составляет примерно от 5 пФ до 100 мкФ.
Имеются и другие типы конденсаторов.
Ионисторы
В наши дни популярность набирают ионисторы. Ионистор (суперконденсатор) — это гибрид конденсатора и химического источника тока, заряд которого накапливается на границе раздела двух сред — электрода и электролита. Начало созданию ионисторов было положено в 1957 году, когда был запатентован конденсатор с двойным электрическим слоем на пористых угольных электродах. Двойной слой, а также пористый материал помогли увеличить емкость такого конденсатора за счет увеличения площади поверхности. В дальнейшем эта технология дополнялась и улучшалась. На рынок ионисторы вышли в начале восьмидесятых годов прошлого века.
С появлением ионисторов появилась возможность использовать их в электрических цепях в качестве источников напряжения. Такие суперконденсаторы имеют долгий срок службы, малый вес, высокие скорости зарядки-разрядки. В перспективе данный вид конденсаторов может заменить обычные аккумуляторы. Основными недостатками ионисторов является меньшая, чем у электрохимических аккумуляторов удельная энергия (энергия на единицу веса), низкое рабочее напряжение и значительный саморазряд.
Ионисторы применяются в автомобилях Формулы-1. В системах рекуперации энергии, при торможении вырабатывается электроэнергия, которая накапливается в маховике, аккумуляторах или ионисторах для дальнейшего использования.
Электромобиль А2В Университета Торонто. Общий вид
В бытовой электронике ионисторы применяются для стабилизации основного питания и в качестве резервного источника питания таких приборов как плееры, фонари, в автоматических коммунальных счетчиках и в других устройствах с батарейным питанием и изменяющейся нагрузкой, обеспечивая питание при повышенной нагрузке.
В общественном транспорте применение ионисторов особенно перспективно для троллейбусов, так как становится возможна реализация автономного хода и увеличения маневренности; также ионисторы используются в некоторых автобусах и электромобилях.
Электромобиль А2В Университета Торонто. Под капотом
Электрические автомобили в настоящем времени выпускают многие компании, например: General Motors, Nissan, Tesla Motors, Toronto Electric. Университет Торонто совместно с компанией Toronto Electric разработали полностью канадский электромобиль A2B. В нем используются ионисторы вместе с химическими источниками питания, так называемое гибридное электрическое хранение энергии. Двигатели данного автомобиля питаются от аккумуляторов весом 380 килограмм. Также для подзарядки используются солнечные батареи, установленные на крыше электромобиля.
Емкостные сенсорные экраны
В современных устройствах все чаще применяются сенсорные экраны, которые позволяют управлять устройствами путем прикосновения к панелям с индикаторами или экранам. Сенсорные экраны бывают разных типов: резистивные, емкостные и другие. Они могут реагировать на одно или несколько одновременных касаний. Принцип работы емкостных экранов основывается на том, что предмет большой емкости проводит переменный ток. В данном случае этим предметом является тело человека.
Поверхностно-емкостные экраны
Cенсорный экран iPhone выполнен по проекционно-емкостной технологии.
Таким образом, поверхностно-емкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом. В качестве резистивного материала обычно применяется имеющий высокую прозрачность и малое поверхностное сопротивление сплав оксида индия и оксида олова. Электроды, подающие на проводящий слой небольшое переменное напряжение, располагаются по углам экрана. При касании к такому экрану пальцем появляется утечка тока, которая регистрируется в четырех углах датчиками и передается в контроллер, который определяет координаты точки касания.
Преимущество таких экранов заключается в долговечности (около 6,5 лет нажатий с промежутком в одну секунду или порядка 200 млн. нажатий). Они обладают высокой прозрачностью (примерно 90%). Благодаря этим преимуществам, емкостные экраны уже с 2009 года активно начали вытеснять резистивные экраны.
Недостаток емкостных экранов заключается в том, что они плохо работают при отрицательных температурах, есть трудности с использованием таких экранов в перчатках. Если проводящее покрытие расположено на внешней поверхности, то экран является достаточно уязвимым, поэтому емкостные экраны применяются лишь в тех устройствах, которые защищены от непогоды.
Проекционно-емкостные экраны
Помимо поверхностно-емкостных экранов, существуют проекционно-емкостные экраны. Их отличие заключается в том, что на внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод, к которому прикасаются, вместе с телом человека образует конденсатор. Благодаря сетке, можно получить точные координаты касания. Проекционно-емкостный экран реагирует на касания в тонких перчатках.
Проекционно-емкостные экраны также обладают высокой прозрачностью (около 90%). Они долговечны и достаточно прочные, поэтому их широко применяют не только в персональной электронике, но и в автоматах, в том числе установленных на улице.
Автор статьи: Sergey Akishkin, Tatiana Kondratieva
Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.
фарад [Ф] в пикофарад [пФ] • Электрическая емкость • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения
Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
Сенсорный экран этого планшета выполнен с использованием проекционно-емкостной технологии.
Общие сведения
Измерение емкости конденсатора номинальной емкостью 10 мкФ с помощью осциллографа-мультиметра
Электрическая емкость — это величина, характеризующая способность проводника накапливать заряд, равная отношению электрического заряда к разности потенциалов между проводниками:
C = Q/∆φ
Здесь Q — электрический заряд, измеряется в кулонах (Кл), — разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).
В системе СИ электроемкость измеряется в фарадах (Ф). Данная единица измерения названа в честь английского физика Майкла Фарадея.
Фарад является очень большой емкостью для изолированного проводника. Так, металлический уединенный шар радиусом в 13 радиусов Солнца имел бы емкость равную 1 фарад. А емкость металлического шара размером с Землю была бы примерно 710 микрофарад (мкФ).
Так как 1 фарад — очень большая емкость, поэтому используются меньшие значения, такие как: микрофарад (мкФ), равный одной миллионной фарада; нанофарад (нФ), равный одной миллиардной; пикофарад (пФ), равный одной триллионной фарада.
В системе СГСЭ основной единицей емкости является сантиметр (см). 1 сантиметр емкости — это электрическая емкость шара с радиусом 1 сантиметр, помещенного в вакуум. СГСЭ — это расширенная система СГС для электродинамики, то есть, система единиц в которой сантиметр, грам, и секунда приняты за базовые единицы для вычисления длины, массы и времени соответственно. В расширенных СГС, включая СГСЭ, некоторые физические константы приняты за единицу, чтобы упростить формулы и облегчить вычисления.
Использование емкости
Конденсаторы — устройства для накопления заряда в электронном оборудовании
Условные обозначения конденсаторов на принципиальных схемах
Понятие электрической емкости относится не только к проводнику, но и к конденсатору. Конденсатор — система двух проводников, разделенных диэлектриком или вакуумом. В простейшем варианте конструкция конденсатора состоит из двух электродов в виде пластин (обкладок). Конденсатор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухэлектродный прибор для накопления заряда и энергии электромагнитного поля, в простейшем случае представляет собой два проводника, разделённые каким-либо изолятором. Например, иногда радиолюбители при отсутствии готовых деталей изготавливают подстроечные конденсаторы для своих схем из отрезков проводов разного диаметра, изолированных лаковым покрытием, при этом более тонкий провод наматывается на более толстый. Регулируя число витков, радиолюбители точно настраивают контура аппаратуры на нужную частоту. Примеры изображения конденсаторов на электрических схемах приведены на рисунке.
Параллельная RLC-цепь, состоящая из резистора, конденсатора и катушки индуктивности
Историческая справка
Еще 275 лет назад были известны принципы создания конденсаторов. Так, в 1745 г. в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и нидерландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку» — в ней диэлектриком были стенки стеклянной банки, а обкладками служили вода в сосуде и ладонь экспериментатора, державшая сосуд. Такая «банка» позволяла накапливать заряд порядка микрокулона (мкКл). После того, как ее изобрели, с ней часто проводили эксперименты и публичные представления. Для этого банку сначала заряжали статическим электричеством, натирая ее. После этого один из участников прикасался к банке рукой, и получал небольшой удар током. Известно, что 700 парижских монахов, взявшись за руки, провели лейденский эксперимент. В тот момент, когда первый монах прикоснулся к головке банки, все 700 монахов, сведенные одной судорогой, с ужасом вскрикнули.
В Россию «лейденская банка» пришла благодаря русскому царю Петру I, который познакомился с Мушенбруком во время путешествий по Европе, и подробнее узнал об экспериментах с «лейденской банкой». Петр I учредил в России Академию наук, и заказал Мушенбруку разнообразные приборы для Академии наук.
В дальнейшем конденсаторы усовершенствовались и становились меньше, а их емкость — больше. Конденсаторы широко применяются в электронике. Например, конденсатор и катушка индуктивности образуют колебательный контур, который может быть использован для настройки приемника на нужную частоту.
Существует несколько типов конденсаторов, отличающихся постоянной или переменной емкостью и материалом диэлектрика.
Примеры конденсаторов
Оксидные конденсаторы в блоке питания сервера.
Промышленность выпускает большое количество типов конденсаторов различного назначения, но главными их характеристиками являются ёмкость и рабочее напряжение.
Типичные значение ёмкости конденсаторов изменяются от единиц пикофарад до сотен микрофарад, исключение составляют ионисторы, которые имеют несколько иной характер формирования ёмкости – за счёт двойного слоя у электродов – в этом они подобны электрохимическим аккумуляторам. Суперконденсаторы на основе нанотрубок имеют чрезвычайно развитую поверхность электродов. У этих типов конденсаторов типичные значения ёмкости составляют десятки фарад, и в некоторых случаях они способны заменить в качестве источников тока традиционные электрохимические аккумуляторы.
Вторым по важности параметром конденсаторов является его рабочее напряжение. Превышение этого параметра может привести к выходу конденсатора из строя, поэтому при построении реальных схем принято применять конденсаторы с удвоенным значением рабочего напряжения.
Для увеличения значений ёмкости или рабочего напряжения используют приём объединения конденсаторов в батареи. При последовательном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение удваивается, а суммарная ёмкость уменьшается в два раза. При параллельном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение остаётся прежним, а суммарная ёмкость увеличивается в два раза.
Третьим по важности параметром конденсаторов является температурный коэффициент изменения ёмкости (ТКЕ). Он даёт представление об изменении ёмкости в условиях изменения температур.
В зависимости от назначения использования, конденсаторы подразделяются на конденсаторы общего назначения, требования к параметрам которых некритичны, и на конденсаторы специального назначения (высоковольтные, прецизионные и с различными ТКЕ).
Маркировка конденсаторов
Подобно резисторам, в зависимости от габаритов изделия, может применяться полная маркировка с указанием номинальной ёмкости, класса отклонения от номинала и рабочего напряжения. Для малогабаритных исполнений конденсаторов применяют кодовую маркировку из трёх или четырёх цифр, смешанную цифро-буквенную маркировку и цветовую маркировку.
Соответствующие таблицы пересчёта маркировок по номиналу, рабочему напряжению и ТКЕ можно найти в Интернете, но самым действенным и практичным методом проверки номинала и исправности элемента реальной схемы остаётся непосредственное измерение параметров выпаянного конденсатора с помощью мультиметра.
Оксидный конденсатор собран из двух алюминиевых лент и бумажной прокладки с электролитом. Одна из алюминиевых лент покрыта слоем оксида алюминия и служит анодом. Катодом служит вторая алюминиевая лента и бумажная лента с электролитом. На алюминиевых лентах видны следы электрохимического травления, позволяющего увеличить их площадь поверхности, а значит и емкость конденсатора.
Предупреждение: поскольку конденсаторы могут накапливать большой заряд при весьма высоком напряжении, во избежание поражения электрическим током необходимо перед измерением параметров конденсатора разряжать его, закоротив его выводы проводом с высоким сопротивлением внешней изоляции. Лучше всего для этого подходят штатные провода измерительного прибора.
Оксидные конденсаторы: данный тип конденсатора обладает большой удельной емкостью, то есть, емкостью на единицу веса конденсатора. Одна обкладка таких конденсаторов представляет собой обычно алюминиевую ленту, покрытую слоем оксида алюминия. Второй обкладкой служит электролит. Так как оксидные конденсаторы имеют полярность, то принципиально важно включать такой конденсатор в схему строго в соответствии с полярностью напряжения.
Твердотельные конденсаторы: в них вместо традиционного электролита в качестве обкладки используется органический полимер, проводящий ток, или полупроводник.
Трехсекционный воздушный конденсатор переменной емкости
Переменные конденсаторы: емкость может меняться механическим способом, электрическим напряжением или с помощью температуры.
Пленочные конденсаторы: диапазон емкости данного типа конденсаторов составляет примерно от 5 пФ до 100 мкФ.
Имеются и другие типы конденсаторов.
Ионисторы
В наши дни популярность набирают ионисторы. Ионистор (суперконденсатор) — это гибрид конденсатора и химического источника тока, заряд которого накапливается на границе раздела двух сред — электрода и электролита. Начало созданию ионисторов было положено в 1957 году, когда был запатентован конденсатор с двойным электрическим слоем на пористых угольных электродах. Двойной слой, а также пористый материал помогли увеличить емкость такого конденсатора за счет увеличения площади поверхности. В дальнейшем эта технология дополнялась и улучшалась. На рынок ионисторы вышли в начале восьмидесятых годов прошлого века.
С появлением ионисторов появилась возможность использовать их в электрических цепях в качестве источников напряжения. Такие суперконденсаторы имеют долгий срок службы, малый вес, высокие скорости зарядки-разрядки. В перспективе данный вид конденсаторов может заменить обычные аккумуляторы. Основными недостатками ионисторов является меньшая, чем у электрохимических аккумуляторов удельная энергия (энергия на единицу веса), низкое рабочее напряжение и значительный саморазряд.
Ионисторы применяются в автомобилях Формулы-1. В системах рекуперации энергии, при торможении вырабатывается электроэнергия, которая накапливается в маховике, аккумуляторах или ионисторах для дальнейшего использования.
Электромобиль А2В Университета Торонто. Общий вид
В бытовой электронике ионисторы применяются для стабилизации основного питания и в качестве резервного источника питания таких приборов как плееры, фонари, в автоматических коммунальных счетчиках и в других устройствах с батарейным питанием и изменяющейся нагрузкой, обеспечивая питание при повышенной нагрузке.
В общественном транспорте применение ионисторов особенно перспективно для троллейбусов, так как становится возможна реализация автономного хода и увеличения маневренности; также ионисторы используются в некоторых автобусах и электромобилях.
Электромобиль А2В Университета Торонто. Под капотом
Электрические автомобили в настоящем времени выпускают многие компании, например: General Motors, Nissan, Tesla Motors, Toronto Electric. Университет Торонто совместно с компанией Toronto Electric разработали полностью канадский электромобиль A2B. В нем используются ионисторы вместе с химическими источниками питания, так называемое гибридное электрическое хранение энергии. Двигатели данного автомобиля питаются от аккумуляторов весом 380 килограмм. Также для подзарядки используются солнечные батареи, установленные на крыше электромобиля.
Емкостные сенсорные экраны
В современных устройствах все чаще применяются сенсорные экраны, которые позволяют управлять устройствами путем прикосновения к панелям с индикаторами или экранам. Сенсорные экраны бывают разных типов: резистивные, емкостные и другие. Они могут реагировать на одно или несколько одновременных касаний. Принцип работы емкостных экранов основывается на том, что предмет большой емкости проводит переменный ток. В данном случае этим предметом является тело человека.
Поверхностно-емкостные экраны
Cенсорный экран iPhone выполнен по проекционно-емкостной технологии.
Таким образом, поверхностно-емкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом. В качестве резистивного материала обычно применяется имеющий высокую прозрачность и малое поверхностное сопротивление сплав оксида индия и оксида олова. Электроды, подающие на проводящий слой небольшое переменное напряжение, располагаются по углам экрана. При касании к такому экрану пальцем появляется утечка тока, которая регистрируется в четырех углах датчиками и передается в контроллер, который определяет координаты точки касания.
Преимущество таких экранов заключается в долговечности (около 6,5 лет нажатий с промежутком в одну секунду или порядка 200 млн. нажатий). Они обладают высокой прозрачностью (примерно 90%). Благодаря этим преимуществам, емкостные экраны уже с 2009 года активно начали вытеснять резистивные экраны.
Недостаток емкостных экранов заключается в том, что они плохо работают при отрицательных температурах, есть трудности с использованием таких экранов в перчатках. Если проводящее покрытие расположено на внешней поверхности, то экран является достаточно уязвимым, поэтому емкостные экраны применяются лишь в тех устройствах, которые защищены от непогоды.
Проекционно-емкостные экраны
Помимо поверхностно-емкостных экранов, существуют проекционно-емкостные экраны. Их отличие заключается в том, что на внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод, к которому прикасаются, вместе с телом человека образует конденсатор. Благодаря сетке, можно получить точные координаты касания. Проекционно-емкостный экран реагирует на касания в тонких перчатках.
Проекционно-емкостные экраны также обладают высокой прозрачностью (около 90%). Они долговечны и достаточно прочные, поэтому их широко применяют не только в персональной электронике, но и в автоматах, в том числе установленных на улице.
Автор статьи: Sergey Akishkin, Tatiana Kondratieva
Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.
фарад [Ф] в пикофарад [пФ] • Электрическая емкость • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения
Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
Сенсорный экран этого планшета выполнен с использованием проекционно-емкостной технологии.
Общие сведения
Измерение емкости конденсатора номинальной емкостью 10 мкФ с помощью осциллографа-мультиметра
Электрическая емкость — это величина, характеризующая способность проводника накапливать заряд, равная отношению электрического заряда к разности потенциалов между проводниками:
C = Q/∆φ
Здесь Q — электрический заряд, измеряется в кулонах (Кл), — разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).
В системе СИ электроемкость измеряется в фарадах (Ф). Данная единица измерения названа в честь английского физика Майкла Фарадея.
Фарад является очень большой емкостью для изолированного проводника. Так, металлический уединенный шар радиусом в 13 радиусов Солнца имел бы емкость равную 1 фарад. А емкость металлического шара размером с Землю была бы примерно 710 микрофарад (мкФ).
Так как 1 фарад — очень большая емкость, поэтому используются меньшие значения, такие как: микрофарад (мкФ), равный одной миллионной фарада; нанофарад (нФ), равный одной миллиардной; пикофарад (пФ), равный одной триллионной фарада.
В системе СГСЭ основной единицей емкости является сантиметр (см). 1 сантиметр емкости — это электрическая емкость шара с радиусом 1 сантиметр, помещенного в вакуум. СГСЭ — это расширенная система СГС для электродинамики, то есть, система единиц в которой сантиметр, грам, и секунда приняты за базовые единицы для вычисления длины, массы и времени соответственно. В расширенных СГС, включая СГСЭ, некоторые физические константы приняты за единицу, чтобы упростить формулы и облегчить вычисления.
Использование емкости
Конденсаторы — устройства для накопления заряда в электронном оборудовании
Условные обозначения конденсаторов на принципиальных схемах
Понятие электрической емкости относится не только к проводнику, но и к конденсатору. Конденсатор — система двух проводников, разделенных диэлектриком или вакуумом. В простейшем варианте конструкция конденсатора состоит из двух электродов в виде пластин (обкладок). Конденсатор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухэлектродный прибор для накопления заряда и энергии электромагнитного поля, в простейшем случае представляет собой два проводника, разделённые каким-либо изолятором. Например, иногда радиолюбители при отсутствии готовых деталей изготавливают подстроечные конденсаторы для своих схем из отрезков проводов разного диаметра, изолированных лаковым покрытием, при этом более тонкий провод наматывается на более толстый. Регулируя число витков, радиолюбители точно настраивают контура аппаратуры на нужную частоту. Примеры изображения конденсаторов на электрических схемах приведены на рисунке.
Параллельная RLC-цепь, состоящая из резистора, конденсатора и катушки индуктивности
Историческая справка
Еще 275 лет назад были известны принципы создания конденсаторов. Так, в 1745 г. в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и нидерландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку» — в ней диэлектриком были стенки стеклянной банки, а обкладками служили вода в сосуде и ладонь экспериментатора, державшая сосуд. Такая «банка» позволяла накапливать заряд порядка микрокулона (мкКл). После того, как ее изобрели, с ней часто проводили эксперименты и публичные представления. Для этого банку сначала заряжали статическим электричеством, натирая ее. После этого один из участников прикасался к банке рукой, и получал небольшой удар током. Известно, что 700 парижских монахов, взявшись за руки, провели лейденский эксперимент. В тот момент, когда первый монах прикоснулся к головке банки, все 700 монахов, сведенные одной судорогой, с ужасом вскрикнули.
В Россию «лейденская банка» пришла благодаря русскому царю Петру I, который познакомился с Мушенбруком во время путешествий по Европе, и подробнее узнал об экспериментах с «лейденской банкой». Петр I учредил в России Академию наук, и заказал Мушенбруку разнообразные приборы для Академии наук.
В дальнейшем конденсаторы усовершенствовались и становились меньше, а их емкость — больше. Конденсаторы широко применяются в электронике. Например, конденсатор и катушка индуктивности образуют колебательный контур, который может быть использован для настройки приемника на нужную частоту.
Существует несколько типов конденсаторов, отличающихся постоянной или переменной емкостью и материалом диэлектрика.
Примеры конденсаторов
Оксидные конденсаторы в блоке питания сервера.
Промышленность выпускает большое количество типов конденсаторов различного назначения, но главными их характеристиками являются ёмкость и рабочее напряжение.
Типичные значение ёмкости конденсаторов изменяются от единиц пикофарад до сотен микрофарад, исключение составляют ионисторы, которые имеют несколько иной характер формирования ёмкости – за счёт двойного слоя у электродов – в этом они подобны электрохимическим аккумуляторам. Суперконденсаторы на основе нанотрубок имеют чрезвычайно развитую поверхность электродов. У этих типов конденсаторов типичные значения ёмкости составляют десятки фарад, и в некоторых случаях они способны заменить в качестве источников тока традиционные электрохимические аккумуляторы.
Вторым по важности параметром конденсаторов является его рабочее напряжение. Превышение этого параметра может привести к выходу конденсатора из строя, поэтому при построении реальных схем принято применять конденсаторы с удвоенным значением рабочего напряжения.
Для увеличения значений ёмкости или рабочего напряжения используют приём объединения конденсаторов в батареи. При последовательном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение удваивается, а суммарная ёмкость уменьшается в два раза. При параллельном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение остаётся прежним, а суммарная ёмкость увеличивается в два раза.
Третьим по важности параметром конденсаторов является температурный коэффициент изменения ёмкости (ТКЕ). Он даёт представление об изменении ёмкости в условиях изменения температур.
В зависимости от назначения использования, конденсаторы подразделяются на конденсаторы общего назначения, требования к параметрам которых некритичны, и на конденсаторы специального назначения (высоковольтные, прецизионные и с различными ТКЕ).
Маркировка конденсаторов
Подобно резисторам, в зависимости от габаритов изделия, может применяться полная маркировка с указанием номинальной ёмкости, класса отклонения от номинала и рабочего напряжения. Для малогабаритных исполнений конденсаторов применяют кодовую маркировку из трёх или четырёх цифр, смешанную цифро-буквенную маркировку и цветовую маркировку.
Соответствующие таблицы пересчёта маркировок по номиналу, рабочему напряжению и ТКЕ можно найти в Интернете, но самым действенным и практичным методом проверки номинала и исправности элемента реальной схемы остаётся непосредственное измерение параметров выпаянного конденсатора с помощью мультиметра.
Оксидный конденсатор собран из двух алюминиевых лент и бумажной прокладки с электролитом. Одна из алюминиевых лент покрыта слоем оксида алюминия и служит анодом. Катодом служит вторая алюминиевая лента и бумажная лента с электролитом. На алюминиевых лентах видны следы электрохимического травления, позволяющего увеличить их площадь поверхности, а значит и емкость конденсатора.
Предупреждение: поскольку конденсаторы могут накапливать большой заряд при весьма высоком напряжении, во избежание поражения электрическим током необходимо перед измерением параметров конденсатора разряжать его, закоротив его выводы проводом с высоким сопротивлением внешней изоляции. Лучше всего для этого подходят штатные провода измерительного прибора.
Оксидные конденсаторы: данный тип конденсатора обладает большой удельной емкостью, то есть, емкостью на единицу веса конденсатора. Одна обкладка таких конденсаторов представляет собой обычно алюминиевую ленту, покрытую слоем оксида алюминия. Второй обкладкой служит электролит. Так как оксидные конденсаторы имеют полярность, то принципиально важно включать такой конденсатор в схему строго в соответствии с полярностью напряжения.
Твердотельные конденсаторы: в них вместо традиционного электролита в качестве обкладки используется органический полимер, проводящий ток, или полупроводник.
Трехсекционный воздушный конденсатор переменной емкости
Переменные конденсаторы: емкость может меняться механическим способом, электрическим напряжением или с помощью температуры.
Пленочные конденсаторы: диапазон емкости данного типа конденсаторов составляет примерно от 5 пФ до 100 мкФ.
Имеются и другие типы конденсаторов.
Ионисторы
В наши дни популярность набирают ионисторы. Ионистор (суперконденсатор) — это гибрид конденсатора и химического источника тока, заряд которого накапливается на границе раздела двух сред — электрода и электролита. Начало созданию ионисторов было положено в 1957 году, когда был запатентован конденсатор с двойным электрическим слоем на пористых угольных электродах. Двойной слой, а также пористый материал помогли увеличить емкость такого конденсатора за счет увеличения площади поверхности. В дальнейшем эта технология дополнялась и улучшалась. На рынок ионисторы вышли в начале восьмидесятых годов прошлого века.
С появлением ионисторов появилась возможность использовать их в электрических цепях в качестве источников напряжения. Такие суперконденсаторы имеют долгий срок службы, малый вес, высокие скорости зарядки-разрядки. В перспективе данный вид конденсаторов может заменить обычные аккумуляторы. Основными недостатками ионисторов является меньшая, чем у электрохимических аккумуляторов удельная энергия (энергия на единицу веса), низкое рабочее напряжение и значительный саморазряд.
Ионисторы применяются в автомобилях Формулы-1. В системах рекуперации энергии, при торможении вырабатывается электроэнергия, которая накапливается в маховике, аккумуляторах или ионисторах для дальнейшего использования.
Электромобиль А2В Университета Торонто. Общий вид
В бытовой электронике ионисторы применяются для стабилизации основного питания и в качестве резервного источника питания таких приборов как плееры, фонари, в автоматических коммунальных счетчиках и в других устройствах с батарейным питанием и изменяющейся нагрузкой, обеспечивая питание при повышенной нагрузке.
В общественном транспорте применение ионисторов особенно перспективно для троллейбусов, так как становится возможна реализация автономного хода и увеличения маневренности; также ионисторы используются в некоторых автобусах и электромобилях.
Электромобиль А2В Университета Торонто. Под капотом
Электрические автомобили в настоящем времени выпускают многие компании, например: General Motors, Nissan, Tesla Motors, Toronto Electric. Университет Торонто совместно с компанией Toronto Electric разработали полностью канадский электромобиль A2B. В нем используются ионисторы вместе с химическими источниками питания, так называемое гибридное электрическое хранение энергии. Двигатели данного автомобиля питаются от аккумуляторов весом 380 килограмм. Также для подзарядки используются солнечные батареи, установленные на крыше электромобиля.
Емкостные сенсорные экраны
В современных устройствах все чаще применяются сенсорные экраны, которые позволяют управлять устройствами путем прикосновения к панелям с индикаторами или экранам. Сенсорные экраны бывают разных типов: резистивные, емкостные и другие. Они могут реагировать на одно или несколько одновременных касаний. Принцип работы емкостных экранов основывается на том, что предмет большой емкости проводит переменный ток. В данном случае этим предметом является тело человека.
Поверхностно-емкостные экраны
Cенсорный экран iPhone выполнен по проекционно-емкостной технологии.
Таким образом, поверхностно-емкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом. В качестве резистивного материала обычно применяется имеющий высокую прозрачность и малое поверхностное сопротивление сплав оксида индия и оксида олова. Электроды, подающие на проводящий слой небольшое переменное напряжение, располагаются по углам экрана. При касании к такому экрану пальцем появляется утечка тока, которая регистрируется в четырех углах датчиками и передается в контроллер, который определяет координаты точки касания.
Преимущество таких экранов заключается в долговечности (около 6,5 лет нажатий с промежутком в одну секунду или порядка 200 млн. нажатий). Они обладают высокой прозрачностью (примерно 90%). Благодаря этим преимуществам, емкостные экраны уже с 2009 года активно начали вытеснять резистивные экраны.
Недостаток емкостных экранов заключается в том, что они плохо работают при отрицательных температурах, есть трудности с использованием таких экранов в перчатках. Если проводящее покрытие расположено на внешней поверхности, то экран является достаточно уязвимым, поэтому емкостные экраны применяются лишь в тех устройствах, которые защищены от непогоды.
Проекционно-емкостные экраны
Помимо поверхностно-емкостных экранов, существуют проекционно-емкостные экраны. Их отличие заключается в том, что на внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод, к которому прикасаются, вместе с телом человека образует конденсатор. Благодаря сетке, можно получить точные координаты касания. Проекционно-емкостный экран реагирует на касания в тонких перчатках.
Проекционно-емкостные экраны также обладают высокой прозрачностью (около 90%). Они долговечны и достаточно прочные, поэтому их широко применяют не только в персональной электронике, но и в автоматах, в том числе установленных на улице.
Автор статьи: Sergey Akishkin, Tatiana Kondratieva
Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.
Маркировка конденсаторов, перевод величин и обозначения (пФ, нФ, мкФ)
Полезная информация начинающим радиолюбителям по маркировке конденсаторов, обозначениям и переводу величин — пикофарад, нанофарад, микрофарад и других.
Пожалуй, трудно найти электронное устройство, в котором бы вообще не былоконденсаторов. Поэтому важно уметь по маркировке конденсатора определять его основные параметры, хотя бы основные -номинальную емкость и максимальное рабочее напряжение. Несмотря на присутствие определенной стандартизации, существует несколько способов маркировки конденсаторов.
Однако, существуют конденсаторы и без маркировки, — в этом случае емкость можно определить только измерив её измерителем емкости, что же касается максимального напряжения., здесь, как говорится, медицина бессильна.
Цифро-буквенное обозначение
Если вы разбираете старую советскую аппаратуру, то там все будет довольно просто, — на корпусах так и написано «22пФ», что значит 22 пикофарад, или «1000 мкФ», что значит 1000 микрофарад. Старые советские конденсаторы обычно были достаточного размера чтобы на них можно было писать такие «длинные тексты».
Общемировая, если можно так сказать, цифро-буквенная маркировка предполагает использование букв латинского алфавита:
- p — пикофарады,
- n — нанофарады
- m — микрофарады.
При этом полезно помнить, что если за единицу емкости условно принять пикофарад (хотя, это и не совсем правильно), то буквой «p» будут обозначаться единицы, буквой «n» — тысячи, буквой «m» — миллионы. При этом, букву будут использовать как децимальную точку.
Вот наглядный пример, конденсатор емкостью 2200 пФ, по такой системе будет обозначен 2n2, что буквально значит «2,2 нанофарад». Или конденсатор емкостью 0,47 мкФ будет обозначен m47, то есть «0,47 микрофарад».
Причем у конденсаторов отечественного производства встречается аналогичная маркировка в кириллице, то есть, пикофарады обозначают буквой «П», нанофарады — буквой «Н», микрофарады -буквой «М». А принцип тот же: 2Н2 — это 2,2 нанофарад, М47 — это 0,47 микрофарад.
У некоторых типов миниатюрных конденсаторов «мкФ» обозначается буквой R, которая тоже используется как децимальная точка, например:
1R5 =1,5 мкФ.
Максимально допустимое напряжение обозначается буквами латинского алфавита следующим образом:
Таблица 1.
| Напряжение, V | Буква | Напряжение, V | Буква |
| 1,0 | I | 63 | К |
| 1,6 | R | 80 | L |
| 2,5 | М | 100 | N |
| 3,2 | А | 125 | Р |
| 4,0 | C | 160 | Q |
| 6,3 | В | 200 | Z |
| 10 | D | 250 | W |
| 16 | Е | 315 | X |
| 20 | F | 350 | T |
| 25 | G | 400 | Y |
| 32 | H | 450 | U |
| 40 | S | 500 | V |
| 50 | J |
Электролитические конденсаторы в алюминиевых корпусах, в силу своих достаточно крупных размеров, а так же, крупные неэлектролитические конденсаторы маркируются проще, так сказать, прямым текстом, например конденсатор емкостью 100 мкф, на максимальное напряжение 300 В так и будет обозначен: 10OuF 300V.-1 = 2,7 пф.
Все легко логически понимается, не нужно никаких таблиц. Обозначение максимального рабочего напряжения на таких конденсаторах, к сожалению, либо отсутствует, либо указано буквой согласно таблице 1.
Есть более редкий вариант с обозначением емкости четырьмя цифрами. Он применяется для точных конденсаторов, в нем число емкости обозначается тремя цифрами, а далее цифра, показывающая на 10 в какой степени это число нужно умножать.
Цветовая маркировка конденсаторов
В настоящее время более популярна цветовая маркировка конденсаторов. Выполнена она цветовыми метками, — полосами либо точками. Количество меток может быть от трех до шести. Если у конденсатора выводы расположены слева и справа корпуса (как у резистора), то первой меткой считается та, которая ближе к выводу.
Если выводы конденсатора расположены с одной стороны, то первой считается метка, которая ближе к верхушке конденсатора (стороне корпуса, противоположной расположению выводов). Наглядно цветовая маркировка конденсаторов показана на рисунке 1.
Рис. 1. Цветовая маркировка конденсаторов.
Цветовая маркировка бывает шестью метками, пятью метками, четырьмя метками и тремя метками.
Больше всего информации дает маркировка шестью метками:
- 1- я метка — первая цифра значения емкости,
- 2- я метка — вторая цифра значения емкости,
- 3- я метка — третья цифра значения емкости,
- 4- я метка — множитель,
- 5- я метка — точность (допустимое отклонение емкости от номинала),
- 6- я метка — ТКЕ (температурная зависимость емкости).
Обозначение максимального рабочего напряжения может обозначаться цветом корпуса конденсатора. Маркировка пятью метками, практически то же самое, но значение емкости задается двумя цифрами, а третьей задается множитель (на 10 в какой степени умножать значение):
- 1- я метка — первая цифра значения емкости,
- 2- я метка — вторая цифра значения емкости,
- 3- я метка — множитель,
- 4- я метка — точность (допустимое отклонение емкости от номинала),
- 5- я метка — максимальное рабочее напряжение.
Существует и вариант, в котором 5-я метка обозначает ТКЕ, а напряжение обозначается цветом корпуса. Маркировка четырьмя метками бывает в трех вариантах.
Первый вариант:
- 1- я метка — первая цифра значения емкости,
- 2- я метка — вторая цифра значения емкости,
- 3- я метка — множитель,
- 4- я метка — точность (допустимое отклонение емкости от номинала).
Второй вариант:
- 1- я метка — первая цифра значения емкости,
- 2- я метка — вторая цифра значения емкости,
- 3- я метка — множитель,
- 4- я метка — максимальное рабочее напряжение.
И третий вариант, в котором цифровое значение обозначается одной меткой:
- 1- я метка — первая и вторая цифра значения емкости,
- 2- я метка — множитель,
- 3- я метка — точность (допустимое отклонение емкости,
- 4- я метка — максимальное рабочее напряжение.
Маркировка с тремя метками означает только емкость:
- 1- я метка — первая цифра значения емкости,
- 2- я метка — вторая цифра значения емкости,
- 3- я метка — множитель.-1
Золотой 82 5% Серебренный 68 Иванов А.
Маркировка конденсаторов
- Подробности
- Категория: Начинающим
Очень важно знать емкость того или иного конденсатора, а под рукой не всегда оказываются измерительные приборы с помощью которых можно эту емкость узнать. Специально для этих случаев были придуманы кодовые маркировки. Существую 4 основных способа маркировки конденсаторов:
- Кодовая маркировка 3 цифрами;
- Кодовая маркировка 4 цифрами;
- Буквенно цифровая маркировка;
- Специальная маркировка для планарных конденсаторов.
Кодовая маркировка конденсаторов 3 цифрами
К примеру конденсатор с обозначением 153 означает что его емкость составляет 15000 пФ.
Код Пикофарады, пФ, pF Нанофарады, нФ, nF Микрофарады, мкФ, μF 109 1.0 пФ 0.0010нф 159 1.5 пФ 0.0015нф 229 2.2 пФ 0.0022нф 339 3.3 пФ 0.0033нф 479 4.7 пФ 0.0048нф 689 6.8 пФ 0.0068нФ 100 10 пФ 0.01 нФ 150 15 пФ 0.015 нФ 220 22 пФ 0.022 нФ 330 33 пФ 0.033 нФ 470 47 пФ 0.047 нФ 680 68 пФ 0.068 нФ 101 100 пФ 0.1 нФ 151 150 пФ 0.15 нФ 221 220 пФ 0.22 нФ 331 330 пФ 0.33 нФ 471 470 пФ 0.47 нФ 681 680 пФ 0.68 нФ 102 1000 пФ 1 нФ 152 1500 пФ 1.5 нФ 222 2200 пФ 2.2 нФ 332 3300 пФ 3.3 нФ 472 4700 пФ 4.7 нФ 682 6800 пФ 6.8 нФ 103 10000 пФ 10 нФ 0.01 мкФ 153 15000 пФ 15 нФ 0.015 мкФ 223 22000 пФ 22 нФ 0.022 мкФ 333 33000 пФ 33 нФ 0.033 мкФ 473 47000 пФ 47 нФ 0.047 мкФ 683 68000 пФ 68 нФ 0.068 мкФ 104 100000 пФ 100 нФ 0.1 мкФ 154 150000 пФ 150 нФ 0.15 мкФ 224 220000 пФ 220 нФ 0.22 мкФ 334 330000 пФ 330 нФ 0.33 мкФ 474 470000 пФ 470 нФ 0.47 мкФ 684 680000 пФ 680 нФ 0.68 мкФ 105 1000000 пФ 1000 нФ 1 мкФ Кодовая маркировка конденсаторов 4 цифрами
При маркировки конденсаторов этим способом важно запомнить что полученное значение будет измеряться в пикоФарадах. К примеру маркировка конденсатора 1002 будет расшифровываться следующим образом: 1002 = 100*102 пФ = 10000 пФ = 10.0 нФ. Последняя цифра это показатель степени по основанию 10. А первые три это число которое необходимо умножить на 10 возведенную в определенную степень.
Буквенно-цифровая маркировка
В данном случае вместо запятой ставится соответсвующая единица измерения (пФ, нФ, мкФ).
Пример: 10п или 10p = 10 пФ, 4n7 или 4н7 = 4,7 нФ, μ22 = 0.22 мкФ.
Вожно запомнить что буква «п» очень похожа на «n» и не нужно их путать. Что довольно часто делают начинающие радиолюбители.
Иногда вместо мкФ используют букву R.
Например: 6R8 = 6,8 мкФ
Маркировка планарных керамических конденсаторов
Такие конденсаторы маркируются двумя буквами, первая это производитель конденсатора, а вторая это значение в пикофарадах в соответствии с таблицей, приведенной ниже.
Маркировка Значение Маркировка Значение Маркировка Значение Маркировка Значение A 1.0 J 2.2 S 4.7 a 2.5 B 1.1 K 2.4 T 5.1 b 3.5 C 1.2 L 2.7 U 5.6 d 4.0 D 1.3 M 3.0 V 6.2 e 4.5 E 1.5 N 3.3 W 6.8 f 5.0 F 1.6 P 3.6 X 7.5 m 6.0 G 1.8 Q 3.9 Y 8.2 n 7.0 H 2.0 R 4.3 Z 9.1 t 8.0 Маркировка планарных электролитических конденсаторов
Существую два основных способов маркировки таких конденсаторов:
- Буквенно-цифровой. Пример: 10 3.3V что соответсвует 10мкФ и 3.3 Вольтам.
- В соответствии с кодом. Пример : G101 где G — это напряжение по таблице, а 101 это10*101 что соответсвует 100пФ.
Буква e G J A C D E V H (T для танталовых) Напряжение 2,5 В 4 В 6,3 В 10 В 16 В 20 В 25 В 35 В 50 В - < Назад
- Вперёд >
Добавить комментарий
Конвертер пикофарад [пФ] в фарад [Ф] • Конвертер емкости • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц
Конвертер длины и расстоянияМассовый конвертерКонвертер сухого объема и общих измерений при варке Конвертер работПреобразователь мощностиПреобразователь силыКонвертер времениЛинейный преобразователь скорости и скоростиКонвертер угла поворотаКонвертер топливной экономичности, расхода топлива и экономии топливаКонвертер чиселПреобразователь единиц информации и хранения данныхКурсы обмена валютЖенская одежда и размеры обувиМужская одежда и размеры обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер удельного ускорения углового ускорения Преобразователь момента силы Преобразователь Преобразователь крутящего момента Конвертер удельной энергии, теплоты сгорания (на массу) Конвертер удельной энергии, теплоты сгорания (на единицу массы). Конвертер температурного интервалаКонвертер температурного интервалаКонвертер теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер теплопроводностиКонвертер удельной теплоемкостиПлотность тепла, плотность пожарной нагрузкиКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициентов теплопередачиКонвертер абсолютного абсолютного расходаПреобразователь массового расходаКонвертер молярного расхода Решение Конвертер массового потока Конвертер молярной концентрации Конвертер вязкостиПреобразователь поверхностного натяженияКонвертер проницаемости, проницаемости, проницаемости водяного параКонвертер скорости передачи водяных паровКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофонаКонвертер уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияПреобразователь яркостиПреобразователь световой интенсивностиКонвертер яркостиЦифровой преобразователь разрешения изображения в оптический преобразователь частоты и длины волны Мощность (диоптрия) в Ма Конвертер gnification (X )Преобразователь электрического зарядаПреобразователь линейной плотности зарядаПреобразователь плотности поверхностного зарядаПреобразователь уровня объёмного зарядаПреобразователь электрического токаЛинейный преобразователь плотности токаПреобразователь плотности поверхностного токаПреобразователь напряженности электрического поляПреобразователь электрического потенциала и напряженияПреобразователь электрического сопротивленияПреобразователь удельного электрического сопротивленияПреобразователь электрической проводимости дБм, дБВ, ватт и другие единицыПреобразователь магнитодвижущей силыПреобразователь напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаПреобразователь плотности магнитного потокаМощность поглощенной дозы излучения, Конвертер мощности суммарной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность.Конвертер радиоактивного распада Конвертер радиоактивного облученияРадиация. Конвертер поглощенной дозы Конвертер метрических префиксов Конвертер передачи данных Конвертер единиц типографии и цифровой визуализации Конвертер единиц измерения объема древесины Конвертер молярной массы Периодическая таблица
Экран сенсора этого планшета выполнен с использованием технологии проекции емкости
Обзор
Измерение емкости конденсатора с номинальной емкостью 10 мкФ , используя осциллограф мультиметра.
Емкость — это физическая величина, которая представляет способность проводника накапливать заряд.Он находится путем деления величины электрического заряда на разность потенциалов между проводниками:
C = Q / ∆φ
Здесь Q — электрический заряд, который измеряется в кулонах (Кл), а ∆φ — разность потенциалов, измеряемая в вольтах (В).
Емкость измеряется в фарадах (Ф) в СИ. Этот блок назван в честь британского физика Майкла Фарадея.
Один фарад представляет собой чрезвычайно большую емкость для изолированного проводника.Например, изолированный металлический шар с радиусом в 13 раз больше, чем у Солнца, будет иметь емкость в одну фарад, а емкость металлического шара с радиусом Земли будет около 710 микрофарад (мкФ).
Поскольку один фарад является такой большой величиной, используются меньшие единицы, такие как микрофарад (мкФ), что соответствует одной миллионной фарада, нанофарад (нФ), равный одной миллиардной фарада, и пикофарад (пФ). , что составляет одну триллионную фарада.
В расширенной CGS для электромагнитных устройств основная единица емкости описывается в сантиметрах (см).Один сантиметр электромагнитной емкости представляет собой емкость шара в вакууме с радиусом 1 см. Система CGS расшифровывается как система сантиметр-грамм-секунда — в ней сантиметры, граммы и секунды используются в качестве основных единиц длины, массы и времени. Расширения CGS также устанавливают одну или несколько констант на 1, что позволяет упростить определенные формулы и вычисления.
Использование емкости
Конденсаторы — электронные компоненты для накопления электрических зарядов
Электронные символы
Емкость — это величина, имеющая значение не только для электрических проводников, но и для конденсаторов (первоначально называемых конденсаторами).Конденсаторы состоят из двух проводников, разделенных диэлектриком или вакуумом. Самый простой вариант конденсатора имеет две пластины, которые действуют как электроды. Конденсатор (от латинского condender — конденсировать) — это двухслойный электронный компонент, используемый для хранения электрического заряда и энергии электромагнитного поля. Самый простой конденсатор состоит из двух электрических проводников, между которыми находится диэлектрик. Энтузиасты радиоэлектроники, как известно, делают подстроечные конденсаторы для своих схем с эмалированными проводами разного диаметра.Более тонкая проволока наматывается на более толстую. Схема RLC настраивается на желаемую частоту путем изменения количества витков провода. На изображении есть несколько примеров того, как конденсатор может быть представлен на принципиальной схеме.
Параллельная RLC-цепь: резистор, катушка индуктивности и конденсатор
Немного истории
Ученые смогли изготавливать конденсаторы еще 275 лет назад. В 1745 году в Лейдене немецкий физик Эвальд Георг фон Клейст и физик из Нидерландов Питер ван Мушенбрук создали первое конденсаторное устройство, получившее название «лейденская банка».Стенки сосуда служили диэлектриком, а вода в кувшине и рука экспериментатора — проводящими пластинами. В такой банке может накапливаться заряд около одного микрокулона (мкКл). В то время были популярны эксперименты и демонстрации с лейденскими кувшинами. В них банку заряжали статическим электричеством за счет трения. Затем участник эксперимента касался банки и подвергался поражению электрическим током. Однажды 700 монахов в Париже провели Лейденский эксперимент. Они взялись за руки, и один из них прикоснулся к банке.В этот момент все 700 человек воскликнули в ужасе, почувствовав толчок.
«Лейденская банка» попала в Россию благодаря русскому царю Петру Великому. Он встретился с Питером ван Мушенбруком во время своего путешествия по Европе и познакомился с его творчеством. Когда Петр Великий основал Российскую академию наук, он поручил Мушенбруку изготовить для Академии различное оборудование.
Со временем конденсаторы были усовершенствованы, и их размер уменьшался по мере увеличения емкости.Сегодня конденсаторы широко используются в электронике. Например, конденсатор и катушка индуктивности образуют цепь резистора, катушки индуктивности и конденсатора, также известную как цепь RLC, LCR или CRL. Эта схема используется для установки частоты приема на радио.
Существует несколько типов конденсаторов, различающихся постоянной или переменной емкостью, а также типом используемого диэлектрического материала.
Примеры конденсаторов
Конденсаторы электролитические в блоке питания.
Сегодня существует множество различных типов конденсаторов для различных целей, но их основная классификация основана на их емкости и номинальном напряжении.
Обычно емкость конденсаторов находится в диапазоне от нескольких пикофарад до нескольких сотен микрофарад. Исключением являются суперконденсаторы, поскольку их емкость формируется иначе, чем у других конденсаторов — это, по сути, двухслойная емкость. Это похоже на принцип действия электрохимических ячеек.Суперконденсаторы, построенные из углеродных нанотрубок, имеют повышенную емкость из-за большей поверхности электродов. Емкость суперконденсаторов составляет десятки фарад, и иногда они могут заменить электрохимические ячейки в качестве источника электрического тока.
Вторым по важности свойством конденсатора является его номинальное напряжение . Превышение этого значения может сделать конденсатор непригодным для использования. Вот почему при построении цепей обычно используются конденсаторы со значением номинального напряжения, которое вдвое больше, чем напряжение, приложенное к ним в цепи.Таким образом, даже если напряжение в цепи немного превышает норму, с конденсатором все будет в порядке, пока увеличение не станет вдвое больше нормы.
Конденсаторы могут быть объединены в батареи для увеличения общего номинального напряжения или емкости системы. При последовательном соединении двух конденсаторов одного типа номинальное напряжение увеличивается вдвое, а общая емкость уменьшается вдвое. При параллельном подключении конденсаторов общая емкость удваивается, а номинальное напряжение остается прежним.
Третьим по важности свойством конденсаторов является их температурный коэффициент емкости . Он отражает взаимосвязь между емкостью и температурой.
В зависимости от назначения конденсаторы подразделяются на конденсаторы общего назначения, которые не должны соответствовать требованиям высокого уровня, и специальные конденсаторы. К последней группе относятся высоковольтные конденсаторы, прецизионные конденсаторы и конденсаторы с различным температурным коэффициентом емкости.
Маркировка конденсаторов
Подобно резисторам, конденсаторы маркируются в соответствии с их емкостью и другими свойствами. Маркировка может включать информацию о номинальной емкости, степени отклонения от номинального значения и номинальном напряжении. Малогабаритные конденсаторы маркируются трех- или четырехзначным или буквенно-цифровым кодом, а также могут иметь цветовую маркировку.
Таблицы с кодами и соответствующими им значениями номинального напряжения, номинальной емкости и температурного коэффициента емкости доступны в Интернете, но самый надежный способ проверить емкость и выяснить, правильно ли работает конденсатор, — это удалить конденсатор из цепи. и производить измерения с помощью мультиметра.
Электролитический конденсатор в разобранном виде. Он изготовлен из двух алюминиевых фольг. Один из них покрыт изолирующим оксидным слоем и действует как анод. Бумага, пропитанная электролитом, вместе с другой фольгой действует как катод. Алюминиевая фольга протравливается для увеличения площади поверхности.
Предупреждение: конденсаторы могут хранить очень большой заряд при очень высоком напряжении. Во избежание поражения электрическим током перед выполнением измерений необходимо принять меры предосторожности.В частности, важно разряжать конденсаторы путем короткого замыкания их выводов проводом, изолированным из высокопрочного материала. В этой ситуации хорошо подойдут обычные провода измерительного прибора.
Электролитические конденсаторы: эти конденсаторы имеют большой объемный КПД. Это означает, что они имеют большую емкость для данной единицы веса конденсатора. Одна из пластин такого конденсатора обычно представляет собой алюминиевую ленту, покрытую тонким слоем оксида алюминия.Электролитическая жидкость действует как вторая пластина. Эта жидкость имеет электрическую полярность, поэтому крайне важно обеспечить правильное добавление такого конденсатора в схему в соответствии с его полярностью.
Полимерные конденсаторы: В конденсаторах этих типов в качестве второй пластины используется полупроводник или органический полимер, проводящий электричество, а не электролитическая жидкость. Их анод обычно изготавливается из металла, такого как алюминий или тантал.
3-секционный воздушный конденсатор переменной емкости
Переменные конденсаторы: емкость этих конденсаторов может быть изменена механически, регулируя электрическое напряжение или изменяя температуру.
Пленочные конденсаторы: их емкость может составлять от 5 пФ до 100 мкФ.
Есть и другие типы конденсаторов.
Суперконденсаторы
Суперконденсаторы в наши дни становятся популярными. Суперконденсатор — это гибрид конденсатора и химического источника питания. Заряд сохраняется на границе, где встречаются две среды, электрод и электролит. Первый электрический компонент, который был предшественником суперконденсатора, был запатентован в 1957 году.Это был конденсатор с двойным электрическим слоем и пористым материалом, который помог увеличить емкость из-за увеличенной площади поверхности. Этот подход известен теперь как двухслойная емкость. Электроды были угольными и пористыми. С тех пор конструкция постоянно улучшалась, и первые суперконденсаторы появились на рынке в начале 1980-х годов.
Суперконденсаторы используются в электрических цепях как источник электрической энергии. У них много преимуществ перед традиционными батареями, включая их долговечность, небольшой вес и быструю зарядку.Вполне вероятно, что благодаря этим преимуществам суперконденсаторы в будущем заменят батареи. Основным недостатком использования суперконденсаторов является то, что они производят меньшее количество удельной энергии (энергии на единицу веса), а также имеют низкое номинальное напряжение и большой саморазряд.
В гонках Формулы 1 суперконденсаторы используются в системах рекуперации энергии. Энергия вырабатывается, когда автомобиль замедляется. Он хранится в маховике, батарее или суперконденсаторах для дальнейшего использования.
Электромобиль A2B производства Университета Торонто. Общий вид
В бытовой электронике суперконденсаторы используются для обеспечения стабильного электрического тока или в качестве резервного источника питания. Они часто обеспечивают питание во время пиков потребления энергии в устройствах, которые используют питание от батареи и имеют переменную потребность в электроэнергии, например MP3-плееры, фонарики, автоматические счетчики электроэнергии и другие устройства.
Суперконденсаторы также используются в общественном транспорте, особенно в троллейбусах, поскольку они обеспечивают более высокую маневренность и автономное движение при проблемах с внешним источником питания.Суперконденсаторы также используются в некоторых автобусах и электромобилях.
Электромобиль A2B производства Университета Торонто. Под капотом
В наши дни многие компании производят электромобили, в том числе General Motors, Nissan, Tesla Motors и Toronto Electric. Исследовательская группа Университета Торонто вместе с компанией Toronto Electric, занимающейся дистрибьюцией электродвигателей, разработала канадскую модель электромобиля A2B. В нем используются как химические источники энергии, так и суперконденсаторы — такой способ хранения энергии называется гибридным накопителем электроэнергии.Двигатели этого электромобиля питаются от аккумуляторов массой 380 кг. Солнечные батареи также используются за дополнительную плату — они устанавливаются на крыше автомобиля.
Емкостные сенсорные экраны
В современных устройствах все чаще используются сенсорные экраны, которые управляют устройствами с помощью сенсорных панелей или экранов. Существуют различные типы сенсорных экранов, включая емкостные и резистивные, а также многие другие. Некоторые могут реагировать только на одно прикосновение, а другие реагируют на несколько прикосновений.Принцип работы емкостных экранов основан на том, что большое тело проводит электричество. Это большое тело в нашем случае и есть человеческое тело.
Поверхностные емкостные сенсорные экраны
Сенсорный экран для iPhone выполнен по технологии проецируемой емкости.
Поверхностный емкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом. Как правило, этот материал отличается высокой прозрачностью и низким поверхностным сопротивлением. Часто используется сплав оксида индия и оксида олова.Электроды в углах экрана подают на резистивный материал низкое колеблющееся напряжение. Когда палец касается этого экрана, возникает небольшая утечка электрического заряда. Эта утечка обнаруживается датчиками в четырех углах, и информация отправляется контроллеру, который определяет координаты касания.
Преимущество этих экранов в их долговечности. Они могут выдерживать прикосновения с частотой до одного раза в секунду в течение 6,5 лет. Это составляет около 200 миллионов касаний.Эти экраны имеют высокий уровень прозрачности — до 90%. Благодаря своим преимуществам, емкостные сенсорные экраны заменяют резистивные сенсорные экраны на рынке с 2009 года.
Недостатки емкостных экранов заключаются в том, что они плохо работают при минусовых температурах и их трудно использовать в перчатках, потому что перчатки действовать как изолятор. Сенсорный экран чувствителен к воздействию элементов, поэтому, если он расположен на внешней панели устройства, он используется только в устройствах, защищающих экран от воздействия.
Проекционные емкостные сенсорные экраны
Помимо поверхностных емкостных экранов, существуют также проекционные емкостные сенсорные экраны. Они отличаются тем, что на внутренней стороне экрана находится сетка электродов. Когда пользователь касается электрода, тело и электрод работают вместе как конденсатор. Благодаря сетке электродов легко получить координаты той области экрана, к которой прикоснулись. Этот тип экрана реагирует на прикосновения даже в тонких перчатках.
Проекционные емкостные сенсорные экраны также обладают высокой прозрачностью до 90%. Они прочные и долговечные, что делает их популярными не только в личных электронных устройствах, но и в устройствах, предназначенных для общественного использования, таких как торговые автоматы, электронные платежные системы и другие.
Эту статью написали Сергей Акишкин, Татьяна Кондратьева
Есть ли у вас трудности с переводом единицы измерения на другой язык? Помощь доступна! Задайте свой вопрос в TCTerms , и вы получите ответ от опытных технических переводчиков в считанные минуты.
Преобразователь единиц емкости — Преобразование измерений A-I
Наиболее часто используемое преобразование единиц измерения
- Преобразование из фарадов в микрофарады (из Ф в мкФ)
- 1 Фарад (F) равен 1000000 микрофарад (мкФ) используйте этот преобразователь
- Преобразование микрофарад в фарады (мкФ в Ф)
- 1 микрофарад (мкФ) равен 1.0E-6 Фарад (Ф) используйте этот преобразователь
- Преобразование микрофарад в пикофарады (мкФ в пФ)
- 1 микрофарад (мкФ) равен 1000000 пикофарад (пФ) используйте этот преобразователь
- Пикофарады в микрофарады (пФ в мкФ) преобразование
- 1 пикофарад (пФ) равен 1.0E-6 Микрофарад (мкФ) использовать этот преобразователь
Определение
Емкость — количество электрических зарядов, которые может удерживать изолированный проводник. Единица СИ, используемая для описания емкости, — фарад, символ — C.
Формула емкости:
Единицы измеренияГде:
q — заряды на пластинах V — напряжение между пластинамиАбфарад (abF), Аттофарад (aF), Сентифарад (cF), Кулон на вольт, Декафарад (daF), Децифарад (dF), Экзафарад (EF), Фарад (F), Фемтофарад (fF), Гигафарад (GF), Гектофарад (hF), Килофарад (kF), Мегафарад (MF), Микрофарад (µF), Миллифарад (mF), Нанофарад (nF), Петафарад (PF), Пикофарад (pF), Статфарад (statF), Терафарад (TF), Йоктофарад (yF), Йоттафарад (YF), Зептофарад (zF), Зеттафарад (ZF)
Об инструменте «Конвертер единиц емкости».
Мы используем округление в unit-conversion.info. Это означает, что некоторые результаты будут округлены, чтобы числа не становились слишком длинными. Хотя часто округление работает до определенного десятичного знака, мы решили, что ограничение длины результата 13 цифрами будет более благоприятным для сохранения согласованности результатов. Конвертеры принимают научную нотацию и немедленно преобразуют.
Преобразование pf в f — Преобразование единиц измерения
›› Перевести затяжку в фарады [стандарт СИ]
Пожалуйста, включите Javascript для использования конвертер величин.
Обратите внимание, что вы можете отключить большинство объявлений здесь:
https://www.convertunits.com/contact/remove-some-ads.php
›› Дополнительная информация в конвертере величин
Сколько пф в 1 ф? Ответ: 1000000000000.
Мы предполагаем, что вы конвертируете затяжек в фарад [стандарт СИ] .
Вы можете просмотреть более подробную информацию о каждой единице измерения:
пФ или f
Производная единица СИ для емкости — фарад.
1 пф равна 1,0E-12 фарад.
Обратите внимание, что могут возникать ошибки округления, поэтому всегда проверяйте результаты.
Используйте эту страницу, чтобы узнать, как конвертировать между слоями и фарадами.
Введите свои числа в форму для преобразования единиц!
›› Хотите другие юниты?
Вы можете произвести обратное преобразование единиц измерения из от f до pf или введите любые две единицы ниже:
›› Преобразование общей емкости
пФ в абфарад
пФ в электростатический блок
пФ в гауссовский
пФ в банку
пФ в сантифарад
пФ в секунду / ом
пФ в гигафарад
пФ в миллифарад
пФ в децифарад
пФ в электромагнитный блок›› Определение: Фарад
Фарад (символ F) — единица измерения емкости в системе СИ (названная в честь Майкла Фарадея).Конденсатор имеет значение в один фарад, когда один кулон заряда вызывает на нем разность потенциалов в один вольт. Его эквивалентные выражения в других единицах СИ: Поскольку фарад — очень большая единица, значения конденсаторов обычно выражаются в микрофарадах (? Ф), нанофарадах (нФ) или пикофарадах (пФ). Пикофарад в лабораторных условиях комично называют «затяжкой».
›› Метрические преобразования и др.
ConvertUnits.com предоставляет онлайн калькулятор преобразования для всех типов единиц измерения.Вы также можете найти метрические таблицы преобразования для единиц СИ. в виде английских единиц, валюты и других данных. Введите единицу символы, сокращения или полные названия единиц длины, площадь, масса, давление и другие типы. Примеры включают мм, дюйм, 100 кг, жидкая унция США, 6 футов 3 дюйма, 10 стоун 4, кубический см, метры в квадрате, граммы, моль, футы в секунду и многое другое!
Таблица преобразования конденсаторов»Электроника
Значения конденсатора могут быть выражены в мкФ, нФ и пФ, и часто требуется преобразование значений между ними, нФ в мкФ, нФ в пФ и наоборот.
Обучающее руководство по емкости включает:
емкость Формулы конденсатора Емкостное реактивное сопротивление Параллельные и последовательные конденсаторы Диэлектрическая проницаемость и относительная диэлектрическая проницаемость Коэффициент рассеяния, тангенс угла потерь, СОЭ Таблица преобразования конденсаторовКонденсаторы — это очень распространенная форма электронных компонентов, и емкость конденсаторов обычно выражается в микрофарадах, мкФ (иногда мкФ, когда микроконтакт недоступен), нанофарадах, нФ и пикофарадах, пФ.
Часто эти множители перекрываются. Например, 0,1 мкФ также можно выразить как 100 нФ, и есть еще много примеров такого рода путаницы в обозначениях.
Также в некоторых областях использование нанофарад, нФ, менее распространено, и значения выражаются в долях мкФ и большим кратным пикофарадам, пФ. В этих обстоятельствах может потребоваться преобразование в нанофарады, нФ, когда доступны компоненты, отмеченные в нанофарадах.
Иногда может сбивать с толку, когда на принципиальной схеме или в списке электронных компонентов может указываться значение в пикофарадах, например, а в списках дистрибьютора электронных компонентов в магазине электронных компонентов может упоминаться это в другом.
Также при проектировании электронной схемы необходимо убедиться, что значения электронных компонентов указаны в текущем кратном десяти. Вылет в десять раз может быть катастрофой!
Таблица преобразования конденсаторов ниже показывает эквиваленты между & мкФ, нФ и пФ в удобном табличном формате. Часто при покупке у дистрибьютора электронных компонентов или в магазине электронных компонентов в маркировке спецификаций могут использоваться другие обозначения, и может потребоваться их преобразование.
Значения конденсаторов могут быть в диапазоне 10 9 и даже больше, поскольку в настоящее время используются суперконденсаторы. Чтобы избежать путаницы с большим количеством нулей, прикрепленных к номиналам различных конденсаторов, широко используются общие префиксы pico (10 -12 ), nano (10 -9 ) и micro (10 -6 ). При преобразовании между ними иногда полезно иметь таблицу преобразования конденсаторов или таблицу преобразования конденсаторов для различных номиналов конденсаторов.
Еще одним требованием к преобразованию емкости является то, что для некоторых схем маркировки конденсаторов фактическое значение емкости указывается в пикофарадах, а затем требуется преобразование значения в более обычные нанофарады или микрофарады.
Также другие формы электронных компонентов используют те же формы умножителя. Резисторы, как правило, не подходят, поскольку их значения измеряются в Ом и более высоких кратных, таких как кОм или & МОм, но индуктивности измеряются в Генри, а значения намного меньше.Поэтому милли-Генри и микро-Генри широко используются, и поэтому могут потребоваться аналогичные преобразования.
Калькулятор преобразования емкости
Калькулятор преобразования значений емкости, представленный ниже, позволяет легко преобразовывать значения, выраженные в микрофарадах: мкФ, нанофарадах: нФ и пикофарадах: пФ. Просто введите значение и то, в чем оно выражается, и значение будет отображаться в мкФ, нФ и пФ, а также значение в фарадах!
Калькулятор преобразования емкости
Преобразовать электростатическую емкость.
Таблица преобразования конденсаторов
Диаграмма или таблица, доказывающая простой перевод между микрофарадами, мкФ; нанофарады, нФ, и пикофарады, пФ приведены ниже. Это помогает уменьшить путаницу, которая может возникнуть при переключении между разными множителями значений.
Таблица преобразования значений емкости конденсатора
пФ в нФ, µ в нФ и т. Д. .микрофарад (мкФ) нанофарад (нФ) пикофарады (пФ) 0.000001 0,001 1 0,00001 0,01 10 0,0001 0,1 100 0,001 1 1000 0,01 10 10000 0,1 100 100000 1 1000 1000000 10 10000 10000000 100 100000 100000000 Эта таблица преобразования конденсаторов или таблица преобразования конденсаторов позволяет быстро и легко найти различные значения, указанные для конденсаторов, а также преобразование между пикофарадами, нанофарадами и микрофарадами.
Популярные преобразования конденсаторов
Существует несколько популярных способов записи значений конденсаторов. Часто, например, керамический конденсатор может иметь значение 100 нФ. При использовании в цепях с электролитическими конденсаторами часто бывает интересно понять, что это 0,1 мкФ. Эти полезные преобразования могут помочь при проектировании, создании или обслуживании схем.
Преобразование обычных конденсаторов 100 пФ = 0,1 нФ 1000pf = 1 нФ 100 нФ = 0.1 мкФ При проектировании схем или любом использовании конденсаторов часто бывает полезно иметь в виду эти преобразования конденсаторов, поскольку значения переходят от пикофарад к нанофарадам, а затем от нанофарад к микрофарадам.
Более подробная таблица коэффициентов преобразования для преобразования между различными значениями, нФ в пФ, мкФ в нФ и т. Д. Приведена ниже.
Таблица коэффициентов преобразования для преобразования между мкФ, нФ и пФ Преобразовать Умножить на: от пФ до нФ 1 х 10 -3 пФ до мкФ 1 х 10 -6 нФ до пФ 1 х 10 3 от нФ до мкФ 1 х 10 -3 мкФ до пФ 1 х 10 6 мкФ до нФ 1 х 10 3 Номенклатура преобразования конденсаторов
Хотя большинство современных схем и описаний компонентов используют номенклатуру мкФ, нФ и пФ для детализации номиналов конденсаторов, часто в старых схемах цепей, описаниях схем и даже самих компонентах может использоваться множество нестандартных сокращений, и это не всегда может быть понятно именно то, что они означают.
Основные варианты для различных подкратных значений емкости приведены ниже:
- Микрофарад, мкФ: Значения для конденсаторов большей емкости, таких как электролитические конденсаторы, танталовые конденсаторы и даже некоторых бумажных конденсаторов, измеренные в микрофарадах, могли быть обозначены в мкФ, мфд, MFD, MF или UF. Все они относятся к величине, измеренной в мкФ. Эта терминология обычно связана с электролитическими конденсаторами и танталовыми конденсаторами.
- Нано-Фарад, нФ: Терминология нФ или нано-Фарад не использовалась широко до стандартизации терминологии, и поэтому у этого подмножителя не было множества сокращений. Термин нанофарад стал гораздо более использоваться в последние годы, хотя в некоторых странах его использование не так широко, поскольку значения выражаются в большом количестве пикофарад, например 1000 пФ на 1 нФ или доли микрофарады, например 0,001 мкФ, опять же для нанофарада.Эта терминология обычно ассоциируется с керамическими конденсаторами, металлизированными пленочными конденсаторами, включая многослойные керамические конденсаторы для поверхностного монтажа, и даже с некоторыми современными конденсаторами из серебряной слюды.
- Пико-Фарад, пФ: Снова использовались различные сокращения для обозначения значения в пикофарадах, пФ. Используемые термины включали: микроромикрофарады, mmfd, MMFD, uff, мкФ. Все они относятся к значениям в пФ. Значения конденсаторов, измеряемые в пикофарадах, часто используются в радиочастотных схемах и оборудовании.Соответственно, эта терминология используется в основном для керамических конденсаторов, но она также используется для серебряных слюдяных конденсаторов и некоторых пленочных конденсаторов.
Стандартизация терминологии помогла в преобразовании значений из одного подмножества в другое. Это означает, что здесь значительно меньше места для недоразумений. Проще преобразовать из мкФ в нФ и пФ. Это часто бывает полезно, когда на принципиальной схеме может упоминаться номинал конденсатора, упомянутый одним способом, а в списках дистрибьюторов электронных компонентов — другим.
Таблица преобразования емкости очень полезна, потому что разные производители электронных компонентов могут маркировать компоненты по-разному, иногда маркируя их как несколько нанофарад, тогда как другие производители могут маркировать свои эквивалентные конденсаторы как доли микрофарад и так далее. Очевидно, что дистрибьюторы электронных компонентов и магазины электронных компонентов будут стремиться использовать номенклатуру производителей.
Подобным образом на принципиальных схемах компоненты могут быть помечены по-разному, часто для сохранения общности и т. Д.Соответственно, это помогает иметь возможность конвертировать из пикофарад в нанофарады и микрофарады и наоборот. Это может помочь идентифицировать компоненты, отмеченные значениями, выраженными в нанофарадах, когда в спецификации или списке деталей для схемы могут быть значения, выраженные в микрофарадах, мкФ и пикофарадах, пФ.
Часто бывает полезно иметь возможность использовать калькулятор преобразования емкости, подобный приведенному выше, но часто вы знакомы с преобразованиями, и популярные эквиваленты, такие как 1000 пФ — это нанофарад, а 100 нФ — 0.1 мкФ.
При использовании электронных компонентов и проектировании электронных схем эти преобразования быстро становятся второй натурой, но даже в этом случае таблицы преобразования емкости и калькуляторы часто могут быть очень полезными. Эти преобразования, очевидно, полезны для конденсаторов, а также других электронных компонентов, таких как катушки индуктивности.
Другие основные концепции электроники:
Напряжение Текущий Мощность Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Законы Кирхгофа Q, добротность РЧ шум
Вернитесь в меню «Основные понятия электроники».. .Пикофарад в Фарады Преобразование (пФ в Ф)
Введите ниже емкость в пикофарадах, чтобы получить значение, преобразованное в фарады.
Как преобразовать пикофарады в фарады
Чтобы преобразовать измерение пикофарад в измерение фарад, разделите емкость на коэффициент преобразования.
Поскольку один фарад равен 1000000000000 пикофарад, вы можете использовать эту простую формулу для преобразования:
фарады = пикофарады ÷ 1 000 000 000 000
Емкость в фарадах равна пикофарадам, деленным на 1 000 000 000 000.
Например, вот как преобразовать 5 000 000 000 000 пикофарад в фарады, используя формулу выше.5,000,000,000,000 пФ = (5,000,000,000,000 ÷ 1,000,000,000,000) = 5 F
Пикофарады и фарады — это единицы измерения емкости. Продолжайте читать, чтобы узнать больше о каждой единице измерения.
Пикофарад составляет 1/1000000000000 фарада, что представляет собой емкость конденсатора с разностью потенциалов в один вольт, когда он заряжается одним кулоном электричества.
Пикофарад — это величина, кратная фараду, которая является производной единицей измерения емкости в системе СИ. В метрической системе «пико» является префиксом для 10 -12 . Пикофарады можно обозначать сокращенно как пФ ; например, 1 пикофарад можно записать как 1 пФ.
Фарад определяется как емкость конденсатора, разность потенциалов которого составляет один вольт при зарядке одним кулоном электричества. [1] Фарад считается очень большим значением емкости, и кратные фараду обычно используются для измерения емкости в практических приложениях, хотя фарад все еще используется в некоторых приложениях.
Фарад — производная единица измерения емкости в системе СИ в метрической системе. Фарады могут быть сокращены как F ; например, 1 фарад можно записать как 1 F.
Селективное ингибирование терминации трансляции человека лекарственным соединением
Селективное ингибирование терминации трансляции PF846 в клетках
Ранее мы показали, используя подход, основанный на библиотеке мРНК, что PF846 может задерживать терминацию трансляции специфических белковых NC последовательностей 7 . В библиотеке, которая кодирует сегмент человеческого CDh2 (кадгерин-1), ранее показанный для остановки элонгации трансляции, мы рандомизировали четыре аминокислоты рядом с PTC и идентифицировали сильное обогащение последовательностей стоп-кодоном (UAG) 7 .Анализы трансляции in vitro показали, что PF846 предотвращает высвобождение NC из рибосомы, когда последовательности CDh2 содержат Asn-Pro-Asn (NPN), но не Gly-Cys-Val (GCV) перед стоп-кодоном 7 . Используя последовательность CDh2, оканчивающуюся на NPN (CDh2-NPN *, где * является стоп-кодоном), мы сначала проверили, может ли PF846 избирательно ингибировать терминацию трансляции в клетках. Мы сконструировали стабильную линию клеток человека (HEK293T), экспрессирующую репортер нанолюциферазы, слитый на своем С-конце с полипептидом CDh2-NPN (дополнительный рис.1a) вместе со второй линией клеток, заменяющей мотив NPN * на GCV * (CDh2-GCV *), которая не реагирует на PF846 in vitro 7 . Обработка клеток PF846 показала, что соединение ингибирует экспрессию нанолюциферазы, слитой с CDh2-NPN *, с IC 50 около 4 мкМ, но лишь слабо подавляет экспрессию нанолюциферазы, слитой с CDh2-GCV *, при высоких дозах PF846 ( Рис. 1a, дополнительный рис. 1b) в соответствии с результатами трансляции in vitro 7 .
Фиг.1: Клеточные анализы и структурный анализ терминальных комплексов с остановкой PF846.a Люциферазный репортерный анализ стабильных клеточных линий CDh2 – NPN * (черные кружки) и CDh2 – GCV * (пурпурные кружки) в ответ на PF846 с различными концентрациями 0, 1, 3, 5, 7, 10, 20 , 50 и 100 мкМ (данные представлены как среднее ± стандартное отклонение, n = 3 независимых эксперимента). Вертикальная линия указывает концентрацию PF846, когда подобранная линия пересекает 0,5. По данным CDh2 – GCV *, IC 50 неспецифического ингибирования составляет не менее 100 мкМ PF846. b Структура CDh2 – NPN * RNC в повернутом состоянии, несущая тРНК A / P (темно-зеленый) и P / E-сайт (темно-синий), с мРНК (пурпурный), субъединицей 40S (светло-голубой) и Субблок 60S (серый). Справа показаны мРНК и тРНК крупным планом. c Крио-ЭМ реконструкция CDh2 – NPN * RNC в невращенном состоянии с eRF1 (грифельно-синий) и тРНК P / P-сайта (оранжевый). Справа показаны увеличенные изображения мРНК, тРНК и eRF1.
Крио-ЭМ-анализ комплекса терминации трансляции, остановленного PF846
Чтобы определить структурную основу того, как низкомолекулярный PF846 ингибирует терминацию трансляции, мы выделили комплексы РНК человека из реакций трансляции in vitro, запрограммированных с помощью мРНК, кодирующей CDh2– Слитый белок NPN * (дополнительный рис.2а). Затем мы использовали крио-ЭМ для определения структур терминальных комплексов с остановкой PF846. Сортировка частиц крио-ЭМ данных дала небольшую популяцию РНК, содержащую около одной трети частиц в повернутом состоянии, несущих тРНК в гибридном аминоацильном сайте / P-сайте (A / P-сайте) и P-сайте / сайте выхода. (Участок P / E) (Рис. 1b, Рис. 2a, Дополнительный Рис. 2b). Конформация комплекса RNC в повернутом состоянии, включая NC, аналогична конформации RNC, остановившихся в PF846, во время элонгации трансляции (рис.1б, рис. 2а) 4,7 . Также, как ранее было замечено с остановившимися комплексами элонгации, включая исходную задерживающую последовательность CDh2, плотность NC не может быть разрешена на аминокислотном уровне, поскольку она, вероятно, состоит из различных последовательностей, наложенных друг на друга 4,7 . Это подтверждается нечеткой плотностью крио-EM для пар оснований мРНК-кодон-тРНК-антикодон в центре декодирования мРНК (Supplementary Fig. 3a-c), как наблюдается в комплексах элонгации трансляции с остановкой PF846 4,7 .Взятые вместе, эти структурные особенности минорной популяции согласуются с PF846, замедляющим трансляцию полипептида CDh2-NPN до достижения стоп-кодона.
Рис. 2: Обзор застопорившихся PF846 возникающих цепей в выходном туннеле рибосом.a Застрявшая зарождающаяся цепь PF846 из повернутого RNC (голубой). Показаны поверхностные представления сегментированной плотности крио-ЭМ для PF846 и рибосомных белков. b Крио-ЭМ плотность для застопорившейся зарождающейся цепи внутри невращающегося RNC (фиолетовый).Показаны поверхностные представления сегментированной плотности крио-ЭМ для eRF1, тРНК P-участка, PF846 и рибосомных белков. c Вестерн-блоттинг РНК CDh2 – GCV * и CDh2 – NPN * в присутствии (+) или отсутствии (-) 50 мкМ PF846 в различных временных масштабах при комнатной температуре. Обработку пуромицином проводили на гранулированных РНК при комнатной температуре в течение 1 ч с конечной концентрацией пуромицина 1 мМ. Эксперимент, показанный в e , был повторен трижды независимо с аналогичными результатами.
Интересно, что основная популяция рибосом в данных крио-ЭМ принимает совершенно другую конформацию, невращенное состояние, с общим разрешением 2,8 Å (рис. 1c, дополнительные рис. 2b, 3d – f, 4 и 5). ) достаточно для визуализации химических модификаций нуклеотидов рРНК и тРНК (дополнительный рис. 6) 14,15,16 . На полученных картах этого состояния низкомолекулярный PF846 также хорошо разрешается вместе с белком NC, тРНК P-участка и eRF1 (рис. 1c, рис.2b, дополнительный рисунок 5) 17 . Глобальная конформация рибосомы напоминает ту, которая наблюдалась ранее для связанных с eRF1 комплексов терминации трансляции 18,19 , что согласуется со структурой, представляющей остановленный комплекс терминации. В структуре белок NC хорошо определен в выходном туннеле рибосомы со средним разрешением 3–3.5 Å, что позволяет нам точно моделировать конформацию NC и регистр последовательностей (Fig. 2b, Supplementary Fig. 5c). В отличие от NC в комплексах удлинения трансляции с остановкой PF846, NC в остановленном комплексе терминации принимает α-спиральную геометрию, охватывающую 21 аминокислоту (остатки 705-725), за которыми следует мотив NPN (остатки 726-728) в расширенная конформация (рис.2 и 3).
Рис. 3: Структурные детали зарождающейся цепи в невращенном состоянии и эффекты мутаций в NC.a Модель зарождающейся цепи CDh2 – NPN в крио-ЭМ плотности (прозрачная поверхность). Показаны основания рРНК (светло-голубой) и остатки рибосомных белков (светло-зеленый для uL22 и розовый для uL4), которые тесно взаимодействуют с формирующейся цепью. Аминокислоты растущей цепи, которые, как было установлено, необходимы для опосредованного PF846 задержки, окрашены в синий цвет.Аминокислоты без номеров — это I722, L725, N726, P727 и N728 на С-конце. b Модели различных аминокислот в C-концевом положении NC 728. Карман, образованный нуклеотидами 28S рРНК A3887 и C3888, может вмещать аминокислоты разного размера, с примерами метионина (M728) и фенилаланина (F728). c , d Взаимодействие между P727 и N726 с соседними нуклеотидами 28S рРНК. Пунктирные линии показывают водородные связи, а сферы представляют ван-дер-ваальсовы радиусы атомов C, N и O. e Вестерн-блоттинг образующихся цепей CDh2 – NPN с меткой FLAG, содержащих единичные мутации, в результате реакций трансляции in vitro в присутствии (+) или отсутствии (-) 50 мкМ PF846. Мутации, влияющие на терминацию, отмечены звездочками. Показаны положения связанных с тРНК и свободных растущих цепей, при этом RPLP0 служит в качестве контроля загрузки. f , i Взаимодействия между нуклеотидами 28S рРНК и зарождающейся цепью с остановкой PF846 в невращающейся РНК с пунктирными линиями, указывающими водородные связи, и сферами, представляющими ван-дер-ваальсовы радиусы. j — l Прямые взаимодействия между PF846 и остатками растущей цепи. Сферы представляют собой радиусы Ван-дер-Ваальса. Атомы O, N и Cl окрашены в красный, синий и зеленый цвета соответственно. Эксперимент, показанный в e , был повторен трижды независимо с аналогичными результатами.
В терминальном комплексе с остановкой PF846 крио-ЭМ плотность сложноэфирной связи между NC и тРНК P-сайта является слабой (дополнительный рис. 7a, b), что позволяет предположить, что некоторая часть NC была высвобождена из P -сайта тРНК, но остается захваченной в выходном туннеле рибосомы.Поэтому мы протестировали образование RNC in vitro для оценки статуса изолированных NC. В образцах, прошедших аффинную очистку таким же образом, как и для крио-ЭМ анализа, который включает этапы интенсивной промывки при комнатной температуре, как NC-тРНК, так и NC, высвобождаемые из тРНК P-сайта, присутствуют в РНК (дополнительный рис. 7c). Примечательно, что в реакциях трансляции in vitro гидролиз CDh2 – NPN * NC – тРНК значительно замедляется PF846-зависимым и зависимым от последовательности NC способом (Fig. 2c and Supplementary Fig. 8). Однако NC, высвобождаемые из тРНК P-сайта, остаются связанными с рибосомами даже в отсутствие PF846 (рис.2c и дополнительный рис. 8b). Это также верно для CDh2-GCV *, но не для NC нанолюциферазы (Рис. 2c и Дополнительный Рис. 8b). Эти результаты указывают на то, что плотность крио-EM, вероятно, отражает смесь NC-tRNA и NC, гидролизованных из тРНК P-сайта, хотя высвобожденные NC захватываются в выходном туннеле рибосомы независимо от PF846.
Взаимодействие NC с выходным туннелем рибосомы и PF846
Неожиданная способность PF846 улавливать NC в выходном туннеле рибосомы на стоп-кодоне до гидролиза NC-тРНК (рис.1c, 2, дополнительный рисунок 7, дополнительный рисунок 8) позволил нам исследовать вклад отдельных аминокислотных остатков NC во время остановки, вызванной PF846. Мы ранее идентифицировали мотив NPN (остатки 726-728) в эксперименте на основе библиотеки мРНК, в котором ряд последовательностей в этих положениях поддерживал ингибирование терминации трансляции 7 . В библиотеке аминокислота в положении 728 может вместить почти все другие аминокислоты, за исключением двух самых больших, тирозина и триптофана (Y и W) 7 .В подтверждение этих находок, N728 проецируется в сторону кармана, образованного остатками 28S рРНК G3886-C3888, который оставляет место для более крупных боковых цепей аминокислот (Fig. 3a, b and Supplementary Fig. 9). P727 осуществляет множественные контакты с U4422 и 4500 в 28S рРНК (Fig. 3c) и не может переносить более крупные аминокислоты, что снова согласуется с обогащением преимущественно P и V в этом положении 7 . N726 создает водородную связь и ван-дер-ваальсовы контакты с U4422 и A3887 и может переносить замену аминокислотами D и H, как видно на ранее идентифицированном мотиве последовательности (рис.3г) 7 .
Чтобы проверить, достаточно ли последовательности NPN для PF846-зависимого ингибирования терминации трансляции, мы исследовали мотив NPN в контексте PCSK9 (пропротеинконвертаза субтилизин / кексин типа 9). Примечательно, что последовательность PCSK9, первоначально идентифицированная как достаточная для PF846, чтобы остановить элонгацию трансляции 4,7 , не предсказывается, чтобы формировать компактную α-спиральную геометрию, как это наблюдается в структуре CDh2-NPN * (Supplementary Fig. 8a). Мы вставили мотив NPN * в разные положения в последовательности PCSK9 (дополнительный рис.8c). В отличие от эффектов PF846 на PCSK9 во время элонгации трансляции, PF846 был неспособен эффективно ингибировать трансляцию любой из С-концевых последовательностей PCSK9-NPN * (Supplementary Fig. 8b, c). Интересно, что хотя возникающие цепи PCSK9-NPN нечувствительны к PF846, они могут оставаться ассоциированными с RNCs после высвобождения NC из тРНК P-сайта (Supplementary Fig. 8b), как наблюдается для CDh2-GCV *.
В соответствии с наблюдением выше, что мотив NPN необходим, но недостаточен для PF846-зависимого ингибирования терминации трансляции, мутация L725 в NC CDh2-NPN устраняет задержку трансляции (рис.3e и дополнительный рис. 10g). В структуре застопорившегося терминирующего комплекса L725 создает водородную связь основной цепи с G4421 и контактирует боковые цепи с U4526 (рис. 3a, f). В N-концевом направлении NC, предшествующего L725, одна грань длинного α-спирального сегмента NC устанавливает многочисленные контакты с нуклеотидами, выстилающими туннель выхода рибосомы и PF846 (Fig. 3a). Остатки растущей цепи L718, L721 и I722 контактируют с нуклеотидами 28S рРНК U4525, A4419, A3887 и G3883 (рис. 3a, g – i), а остатки L714, I717 и L718 участвуют во множественных взаимодействиях с PF846 посредством ван-дер-Ваальса. сил (рис.3j-l). Эти взаимодействия существенны для индуцированного PF846 терминации трансляции, что отражено в результатах мутагенеза (Fig. 3e и Supplementary Fig. 10e, g). В дистальной области выходного туннеля рибосомы (т. Е. От PTC и дальше к N-концу NC) NC устанавливает контакты с рибосомным белком uL4 (остатки W67 и R71) и uL22 (остатки h233 и I136) вместе с нуклеотид C2781 в 28S рРНК (Рис. 3a и Дополнительный Рис. 10a-d). Однако мутационный анализ показал, что контакты рибосом с остатками NC L705 – L711 менее важны для ингибирования терминации трансляции (дополнительный рис.10f).
Для дальнейшего тестирования важности контактов NC с PF846 и дистальной областью выходного туннеля рибосомы мы сконструировали две клеточные линии, экспрессирующие репортеры нанолюцифераза-CDh2-NPN *, несущие две репрезентативные мутации NC, I717A и Q706A. В то время как мутация I717A уменьшала общую величину задержки, вызванной PF846, и увеличивала IC 50 в ~ 2,5 раза по сравнению с последовательностью CDh2-NPN *, мутация Q706A не влияла на общее ингибирование (дополнительный рис.10ч). Взятые вместе, результаты структурного и мутагенеза показывают, что индуцированное PF846 ингибирование терминации трансляции требует NC-последовательности, распределенной по 15 аминокислотам (остатки L714-N728).
Конформация eRF1 в терминальном комплексе с остановкой PF846
Хотя структурно разные RF трансляции от бактерий к эукариотам все распознают нуклеотиды в стоп-кодонах и катализируют высвобождение пептидов 20,21,22 . Они обладают высококонсервативным мотивом последовательности GGQ, который находится на вершине короткой α-спирали и указывает непосредственно на PTC (рис.4а). Остаток Gln модифицирован до N 5 -метил-Gln (mGln) как в бактериальном, так и в эукариотическом доменах 23 . Вычислительный анализ и недавние структурные исследования бактериального RF2 показали, что это метилирование может усиливать правильное расположение остатка Gln в каталитическом сайте PTC во время терминации трансляции 11,24 . Однако у эукариот расположение mGln остается неясным из-за отсутствия структуры с высоким разрешением терминального комплекса 9,10,21,25 .Здесь, в остановленных PF846 RNC терминации трансляции, мы четко разрешили плотность для mGln eRF1 (Supplementary Fig. 11a). У бактерий метилирование N 5 увеличивает ван-дер-ваальсовы взаимодействия с нуклеотидами 23S рРНК в PTC, включая Ec U2506, Ec A2451 и Ec A2452 (нумерация Ec , Escherichia coli , нумерация, Рис. 4b) 11,26 . В комплексе терминации трансляции с остановленным PF846 mGln принимает ту же конформацию и устанавливает множественные взаимодействия с эквивалентными остатками PTC в 28S рРНК человека (рис.4a – c и дополнительный рис. 11a).
Рис. 4: PTC-перегруппировки в терминальном комплексе с остановкой PF846.a Обзор центра декодирования мРНК и PTC с eRF1 (темно-синий), тРНК P-сайта (оранжевый), мРНК (пурпурный), 28S рРНК (светло-голубой), формирующейся цепи (фиолетовый) и PF846 (голубой ). Основные мотивы eRF1 выделены в прямоугольниках с буквами, соответствующими этикеткам панелей. b Сравнение PTC из бактериального рибосомного комплекса RF2 (код PDB 6c5l 11 , бледно-зеленый) и терминального комплекса с остановкой PF846. c eRF1-опосредованные взаимодействия стэкинга в PTC, показывая остаток eRF1 F190, нуклеотид 28S рРНК A4518 и C74 тРНК P-участка. Сферы представляют собой ван-дер-ваальсовы радиусы атомов C, N и O. d Сеть взаимодействия U + 1 в стоп-кодоне UAA (пурпурный) с мотивом eRF1 NIKS (грифельно-синий). Взаимодействия, предлагаемые для стабилизации стоп-кодона, обозначены пунктирными линиями для водородных связей и сферами для ван-дер-ваальсовых радиусов. 4 R -гидроксилизин (LYY63) по остатку 63 в eRF1. e Сравнение положения нуклеотида U4501 28S рРНК с нуклеотидом U2585 23S рРНК Ec в связанной с RF2 бактериальной рибосоме. Стерическое столкновение с ЧПУ, остановившимся в PF846, выделено красным значком «X». f Сравнение положений A3887 и A4419 с соответствующими нуклеотидами в RF2-связанной бактериальной рибосоме ( Ec, A2062 и U2503), показывающие пунктирные линии для водородных связей.
В данной структуре eRF1 стыкуется с сайтом декодирования мРНК, позиционируя высококонсервативный мотив NIKS (Asn-Ile-Lys-Ser), расположенный в N-концевом домене, для распознавания стоп-кодона (рис.4а, г) 27 . Считается, что во время терминации трансляции eRF1 напрямую взаимодействует с уридином в положении 1 в стоп-кодоне (U1) посредством посттрансляционно модифицированного лизина (остаток K63 в мотиве NIKS), гидроксилированного на атоме углерода C4 28 . Эта модификация увеличивает эффективность терминации трансляции за счет уменьшения считывания стоп-кодона 29 . Хотя предшествующие структуры моделировали K63 в пределах расстояния водородных связей U1 9,10 , ограниченное разрешение плотности крио-ЭМ не позволяло моделировать 4-гидроксилирование.В настоящей структуре мы смогли смоделировать 4 R -гидроксилизин при остатке 63 в крио-ЭМ плотности, с водородной связью гидроксильной группы с карбонилом основной цепи аспарагина 61 в мотиве NIKS и ε- водородная связь амина с карбонилом O4 в U1 (рис. 4d и дополнительный рис. 11b).
элементов рРНК, критичных для индуцированного PF846 ингибирования терминации
Расположение eRF1 как в сайте декодирования мРНК в малой рибосомной субъединице, так и в PTC в большой рибосомной субъединице указывает на то, что eRF1 связан в активной конформации 9,10 , 11 .Однако перестройки в PTC и выходном туннеле рибосом могут объяснить медленный гидролиз пептидил-тРНК и захват растущей цепи с помощью PF846. У бактерий два универсально консервативных нуклеотида рРНК, Ec, A2602 и Ec U2585 (A4518 и U4501 в 28S рРНК человека, соответственно) необходимы для высвобождения пептида 30,31,32 . В настоящей структуре A4518 занимает положение, аналогичное Ec A2602 в бактериальном комплексе терминации трансляции 11 , и стабилизирует положение каталитической петли GGQ путем укладки между F190 в eRF1 и C74 тРНК P-сайта (фиг. .4в). Однако нуклеотид U4501 ( Ec, U2585) повернут на 90 ° от PTC, чтобы избежать стерического столкновения с P727 в формирующейся цепи (рис. 4b, e и дополнительный рис. 11a). Интересно, что такое же изменение положения U4501 наблюдается как в комплексах терминации трансляции, задержанных цитомегаловирусом человека (hCMV) 10 (рис. 5a, b и дополнительный рис. 12a, b), так и в макролид-зависимом остановке ErmCL в бактериях. 33,34 (Рис. 5c, Дополнительный Рис. 12a, b).В выходном туннеле рибосомы универсально консервативные нуклеотиды A3887 и A4419 ( Ec A2062 и Ec A2503, соответственно) образуют неканоническую пару оснований A – A (рис. 4f), которая, как ранее было обнаружено, играет важную роль в макролид-зависимом задержке рибосом ( Рис. 5c) 30,33,35 . Эта пара оснований осуществляет множественные взаимодействия с остатками NC, критическими для терминации трансляции, остановленной PF846 (рис. 3b, d, g). Отражая специфичность последовательности при остановке, A3887 принимает конформацию, которая позволяет избежать стерического столкновения с NC, что явно отличается от того, что наблюдается при остановке, вызванном hCMV (дополнительный рис.12в). Наконец, U4422 ( Ec U2506), который, как известно, перемещает позиции как часть индуцированной подгонки PTC, необходимой для образования пептидной связи 36,37 , является очень подвижным в зависимости от плотности крио-ЭМ, образуя разную степень контактов с растущей цепочкой и mGln185 eRF1 (дополнительный рис. 12d – h). Это указывает на то, что U4422 может быть менее важным в PF846-опосредованном захвате CDh2-NPN NC на рибосоме.
Фиг. 5: Особенности опосредованного PF846 ингибирования терминации трансляции.a Схема общих признаков задержки трансляции с нуклеотидами 28S рРНК, показывающими конформационные изменения (серый цвет, трансляционно-компетентная конформация; светло-голубой, неактивная конформация). Нуклеотиды показаны с человеческой нумерацией, с соответствующей нумерацией E. coli в скобках следующим образом: A4518 ( Ec, A2602), U4501 ( Ec U2585), U4422 ( Ec U2506), A3888 ( Ec ). A2063) и A3887 ( Ec A2062).b Схема, показывающая задержку терминации трансляции, вызванную зарождающейся цепью hCMV 10 . Указан критический аминокислотный мотив P – P для опосредованного hCMV задержки. U4501 переворачивается от PTC, чтобы избежать стерического конфликта с С-концевым мотивом, что приводит к ингибированию катализа PTC. c Схема, представляющая задержку ErmCL в бактериях в зависимости от лекарств 30,33 . A2602 блокирует аккомодацию тРНК A-сайта, а U2585 переворачивается, инактивируя PTC.A2062 в выходном туннеле рибосомы демонстрирует отчетливую конформацию из-за геометрии NC и передает сигнал остановки обратно в PTC через соседние нуклеотиды, включая A2063. d Модель для остановки трансляции PF846. Нуклеотиды выходного туннеля рибосомы, необходимые для остановки, помечены. Торможение распространяется от PF846 обратно к PTC посредством контактов и перегруппировок нескольких нуклеотидов. На панелях b — d столкновения с нуклеотидами в их активной конформации показаны красным «X».
Prodigal: распознавание прокариотических генов и идентификация сайтов инициации трансляции | BMC Bioinformatics
Для решения этих проблем мы создали новый алгоритм поиска генов под названием Prodigal. При разработке алгоритма Prodigal мы решили использовать подход «проб и ошибок». Мы начали с создания набора тщательно отобранных геномов, которые были проанализированы с помощью конвейера JGI ORNL http://genome.ornl.gov/. Этот конвейер состоял из комбинации Critica [11] и Glimmer [1], BLAST [9] для поиска отсутствующих генов и исправления ошибок, а также последнего раунда ручного экспертного контроля.К этому начальному набору из десяти геномов мы добавили Escherichia coli K12 (как файл Genbank, так и набор данных Ecogen Verified Protein Starts [12]), Bacillus subtilis и Pseudomonas aeruginosa . Имея эти наборы в руках, стало возможным подтверждать или исключать изменения в алгоритме в зависимости от того, повысилась или снизилась производительность на тестовом наборе генов, соответственно. На заключительных этапах проверки правил программы мы расширили этот набор, включив в него более 100 геномов из Genbank.
Следует отметить, что мы использовали этот набор только для определения очень общих правил о природе прокариотических генов, таких как размер гена, максимальное перекрытие между двумя генами (как на одной цепи, так и на противоположных цепях) и использование мотива RBS. . Кроме того, мы настроили несколько констант в программе на основе производительности на этом наборе данных. Этот набор также использовался для исключения идей, которые вызвали снижение производительности во многих геномах. (Этих неудачных идей слишком много, чтобы включить их в эту публикацию).Поскольку мы намеревались проверить эффективность Prodigal, исследуя E. coli, B. subtilis и P. aeruginosa , мы также подтвердили, что каждое из этих решений, которые мы приняли, также максимизировало производительность для остальных геномов в нашем наборе. Изменения не сохранялись, если они были просто «локальными» улучшениями в подмножестве геномов, особенно в геномах, на которых мы намеревались проверить производительность программы.
Для того, чтобы Prodigal мог работать совершенно неконтролируемым образом, он должен был иметь возможность изучать все необходимые свойства входящего организма, включая использование стартовых кодонов (ATG vs.GTG vs. TTG), использование мотива сайта связывания рибосом (RBS), смещение графика GC, статистика кодирования гексамера и другая информация, необходимая для построения полного тренировочного профиля. Чтобы собрать статистику из готовой последовательности или набора последовательностей, алгоритм сначала должен был автоматически определить набор предполагаемых «настоящих» генов, на которых нужно обучаться.
Prodigal конструирует свой обучающий набор генов, исследуя график рамки GC в ORF в геноме. Программа начинается с обхода всей входной последовательности и изучения смещения для G и C в каждой из трех позиций кодона в каждой открытой рамке считывания.Положение кодона с наивысшим содержанием GC для ORF считается «победителем», и текущая сумма для этого положения кодона увеличивается. После того, как все ORF обработаны, суммы дают приблизительную меру предпочтения каждого положения кодона для G и C. Значения для каждого положения кодона нормализованы около 1 и разделены на 1/3. Если 2/3 кодонов в ORF предпочитают, например, G или C в третьей позиции, тогда оценка смещения для этой позиции будет 2. Мы попытались преобразовать это смещение в логарифмическую оценку, но было обнаружено, что это снижает качество. результатов.
Используя эту информацию о смещении GC, Prodigal строит предварительные оценки кодирования для каждого гена в геноме. Это делается путем умножения относительного смещения кодонов для каждой из трех позиций на количество кодонов в предполагаемом гене, в котором эта позиция кодона является максимальной рамкой GC (в окне 120 п.н. с центром в этой позиции). Мы выбрали размер окна 120 бит / с, потому что это размер окна по умолчанию для вычисления графика кадра GC в Artemis [13], и, по опыту наших кураторов, это значение по умолчанию было оптимальным.Так, например, если весь ген содержит наибольшее количество G и C в позиции третьего кодона, оценка для этого гена будет равна длине гена, умноженной на нашу оценку смещения кодонов для кадра 3. Если вместо этого этот ген слишком длинный. , то информация о кадровой диаграмме должна измениться в области ложного восходящего потока. Эти базы должны быть умножены на более низкую оценку смещения кадра GC (например, для кадра 2, который редко бывает самым высоким кадром содержимого GC в реальных генах). Оценка S для данного гена, начинающаяся в позиции n1 и заканчивающаяся в позиции n2, может быть выражена следующим образом:
, где B (i) — оценка смещения для положения кодона i , а l (i) — количество оснований в ген, у которого максимальное окно в 120 п.н. в этом положении соответствует положению кодона –.
С помощью этой предварительной оценки кодирования, основанной на простой статистике положения кодона GC, Prodigal оценивает каждую пару старт-стоп выше 90 п.н. во всем геноме. (Мы попытались разрешить использование генов меньшего размера, но количество ложных срабатываний стало проблематичным.) Блудный сын затем выполняет динамическое программирование [14] по всей последовательности (или набору последовательностей), чтобы определить максимальный «мозаичный путь» генов для обучения на. Цель этого метода динамического программирования — заставить программу выбирать между двумя сильно перекрывающимися ORF в одном и том же геномном контексте.Теоретически одна из этих ORF должна соответствовать предпочтительному положению кодона GC в организме, тогда как другая не должна.
Prodigal использует один и тот же алгоритм динамического программирования как для предварительной фазы обучения, так и для последней фазы вызова гена. Каждый узел в матрице динамического программирования является либо стартовым кодоном (только ATG, GTG или TTG: программа не учитывает нестандартные старты, такие как ATA, ATT или CTG), либо допустимым стоп-кодоном (указанным кодом таблицы трансляции) .Кроме того, начальные и конечные узлы добавляются в каждый кадр по краям последовательности для обработки случаев, когда гены выходят за границы контигов, что является обычным явлением в черновых и метагеномных данных последовательности. Соединение начального узла с соответствующим ему стоповым узлом представляет собой ген, тогда как соединение 3 ‘конца с новым 5’ концом представляет собой межгенное пространство. Оценка «генной» связи — это предварительно рассчитанная оценка кодирования для этого гена, тогда как оценка для межгенной связи — это небольшой бонус или штраф, основанный на расстоянии между двумя генами.Рисунок 1 иллюстрирует эти соединения динамического программирования в действии.
Рисунок 1Описание псевдокода алгоритма блудного сына .
Поскольку динамическое программирование не может идти назад (частичное решение данной точки также должно быть частью окончательного решения, запрещая внезапное изменение концепции прошлой информации), нам нужен специальный набор правил для обработки перекрывающихся генов. Prodigal добивается этого, предварительно вычисляя наилучшие перекрывающиеся гены во всех трех кадрах для каждого 3 ‘конца генома.Так, например, для стоп-кодона в позиции 15000 программа будет смотреть на 60 п.н. выше позиции 15000 и определять местоположение перекрывающегося гена с наивысшей оценкой в каждом кадре (его может не быть). Обладая этой информацией, можно установить новый тип соединения, соединение 3′-конца одного гена с 3′-концом второго гена на той же цепи. В этом случае 5’-конец второго гена — это , подразумеваемое соединением , поскольку наилучшее начало уже вычислено. Максимальное перекрытие 60 п.н. допускается между двумя генами на одной и той же цепи.Для перекрытия противоположных цепей мы допускаем перекрытие в 200 п.н. между 3′-концами генов, но 5′-концы генов не могут перекрываться. Эти связи представлены 3′-концом прямого гена, соединяющимся с 5′-концом обратного гена, при этом подразумевается 3′-конец второго гена (может быть только один стоп-кодон для данного начала). Эти значения перекрытия были определены путем записи перекрытий между генами в файлах Genbank нашего тестового набора. Хотя мы можем просто поощрять правила перекрытия Prodigal, чтобы они были похожи на предыдущие предсказатели генов, наши кураторы вручную также сочли, что это были разумные значения перекрытия, основываясь на их опыте изучения готовых геномов.Таблица 1 показывает сводку различных типов соединений динамического программирования, разрешенных в Prodigal.
Таблица 1 Соединения динамического программирования в ProdigalПосле того, как предварительный алгоритм динамического программирования завершен, следующим шагом является сбор статистики от предполагаемых генов и построение более строгого счетчика кодирования. Prodigal делает это очень упрощенным способом, просто рассматривая частоты кодирования гексамера в кадре для гена относительно фона. Создается справочная таблица из 4096 значений, по одному для каждого 6-мерного, где значение данного слова w составляет:
, где C — оценка кодирования, G — процент появления этого слова в нашем обучающем наборе генов. , а B — процент появления этого слова во всей последовательности (независимо от кадров).Так, например, если вероятность появления слова в гене в два раза выше, чем в фоновом, оценка для этого слова будет log (2). Это соответствует марковской модели порядка 5 -го порядка [1, 2]. На этот счет также устанавливаются пол и потолок, чтобы справиться со случаями, когда для данного слова недостаточно данных.
Окончательная оценка кодирования для гена, начинающаяся в позиции n1 и заканчивающаяся в позиции n2 , может быть записана как
, где S — сумма оценок кодирования ( C ) для гексамеров в кадре ( набор слов w ) в ген.Кроме того, Prodigal изменяет эту оценку кодирования на основе информации о том, что находится выше выбранного старта. Например, если ген 1000..3000 имеет оценку 500,0, а ген 1200..3000 имеет оценку 400,0, Prodigal изменяет оценку второго гена на 400- (500-400) = 300. Причина этой модификации — наказание за выбор усеченной версии гена, когда также может быть выбрана более длинная версия того же гена с более высокими баллами. В модели динамического программирования это можно рассматривать как наказание за связь с внутренним началом путем вычитания разницы между двумя потенциальными генами.Цель этой модификации состоит в том, чтобы воспрепятствовать усечению генов путем выбора гена на противоположной цепи, который перекрывается и стирает начало более длинной версии гена, что является обычным явлением в современных генных искателях. Кроме того, Prodigal вносит еще несколько незначительных изменений в оценку кодирования, включая повышение оценки особенно длинных генов (в зависимости от содержания GC в организме: ~ 700 п.н. или около того при низком GC, ~ 1200 или около того при высоком GC) быть минимально положительным, если предварительная оценка кодирования отрицательная.
После того, как Prodigal рассчитал потенциальные баллы кодирования для каждой пары старт-стоп в геноме, следующим шагом будет создание системы оценки сайтов инициации трансляции из обучающей выборки. Программа строит фон частот ATG, GTG и TTG от всех стартовых узлов в геноме. Он также создает фон мотивов RBS на основе последовательности Шайна-Дальгарно [15]. В отличие от многих методов, которые используют матрицу весовых коэффициентов или метод выборки Гиббса для поиска мотивов, Prodigal начинает с предположения, что мотив SD будет использоваться организмом.Если это не так, выполняется более тщательный поиск мотивов. Но для начала программа пытается определить, широко ли используется мотив SD рассматриваемым геномом.
Для мотивов RBS Prodigal использует концепцию бинов, каждый из которых соответствует набору мотивов RBS и спейсерным расстояниям (спейсер — это расстояние между мотивом и кодоном инициации трансляции). В таблице 2 показан приоритет этих интервалов по умолчанию, от самого низкого до самого высокого.
Таблица 2 Мотивы RBS Шайна-Далгарно в ProdigalНа исходном фоне мотив в ячейке с более высоким номером имеет приоритет над мотивом в ячейке с меньшим номером, если оба обнаружены выше по ходу от начального участка. Эти бункеры были тщательно определены путем изучения подробного набора данных курируемых файлов Genbank (и EcoGene Verified Protein Starts [12]). Prodigal исследует начальные пики кодирования в каждой открытой рамке считывания (где пик кодирования — это пара старт-стоп с наивысшей оценкой для данного стоп-кодона) с оценкой кодирования 35.0 или выше (выбранный несколько произвольно порог, включающий только более длинные гены, которые с большей вероятностью будут настоящими). Из этих пиков кодирования он строит модель логарифма правдоподобия, аналогичную оценке кодирования, описываемую следующим образом:
, где S — оценка, R — наблюдаемый процент этого типа в нашем обучающем наборе, а B — процент встречаемости в задний план. Этот метод используется как для использования стартового кодона (ATG, GTG или TTG), так и для мотива бин SD (из таблицы выше). Эти баллы суммируются и умножаются на константу (4.25, что соответствует примерно 16 п.н. балла кодирования, определенному эмпирически из максимальной производительности на нашем тестовом наборе геномов, а затем проверенному на большем наборе геномов из Genbank), затем добавлено к баллу кодирования. Prodigal просматривает каждый узел старт-стоп и выполняет этот расчет, изменяя оценку кодирования по умолчанию на качество своей информации о стартовом кодоне. Это приводит к новому набору «пиков» для набора обучающих ORF. Например, ATG с немного более низкой оценкой кодирования, чем TTG в той же ORF, может обогнать его с добавленной дополнительной стартовой оценкой (при условии, что организм использует ATG в качестве стартового кодона больше, чем TTG).
После определения нового набора пиков Prodigal реконструирует фон как для SD-мотива, так и для использования стартового кодона. В этой и последующих итерациях он больше не предполагает, что для мотивов RBS лучше использовать бункер с более высоким номером, а вместо этого полагается на логарифмические вероятности, вычисленные на предыдущей итерации, чтобы найти лучший восходящий мотив для данного начального сайта. Prodigal выполняет несколько итераций этого процесса, перемещая пики на основе последующей информации до тех пор, пока они не перестанут существенно перемещаться.Когда пики больше не перемещаются, он определяет окончательный набор весов на основе статистики, собранной из этого окончательного набора предполагаемых «реальных» стартовых кодонов.
Конечным результатом является набор весов логарифма правдоподобия для информации ATG / GTG / TTG и для каждого из вышеупомянутых интервалов RBS. Если нулевой интервал для мотивов RBS, который не соответствует ни одному мотиву SD, является положительным, или если нулевой интервал больше -0,5, а интервалы четырехосновных мотивов меньше 1,0, то Prodigal определяет, что этот организм не использует SD мотив сильно, и он запускает более строгий поиск мотивов.Изучая более 800 готовых геномов в Genbank, мы определили, что около 10% из них не сильно использовали мотив SD. Большинство этих геномов были цианобактериями, хлоробиями или археями, которые, по-видимому, используют другие механизмы трансляции, чем более распространенный мотив SD.
Если обнаруживается, что организм не использует мотив SD, Prodigal проводит исчерпывающий поиск альтернативных мотивов. Это достигается путем изучения встречаемости всех 3-мерных мотивов в начальном наборе пиков и определения местоположения всех 3-мерных мотивов, которые встречаются по крайней мере в 20% генных моделей с высокими показателями.На основе этих мотивов он затем выполняет итеративный алгоритм, аналогичный описанному выше. Вместо этого ячейки соответствуют каждому слову размером 3-6 п.н. (несоответствия допускаются только в центре слов из 5-6 п.н., как в таблице мотивов SD RBS выше) с каждым потенциальным размером спейсера (3-4 п.н., 5- 10 п.н., 11-12 п.н. и 13-15 п.н.). Все слова 3-6 п.н., которые встречаются недостаточно часто, объединяются в ячейку «без мотива RBS». Затем Prodigal достигает аналогичного набора весов для отсутствия мотива RBS, а также для каждого мотива из 3-6 пар оснований, который содержит обычно встречающийся мотив 3 bp в качестве подмножества.В Aeropyrum pernix расположен сильный мотив GGTG, тогда как у многих цианобактерий Prodigal цепляется за AT-богатые мотивы, такие как TATA и TAAA.
Наконец, мы добавили систему подсчета очков для сбора информации в регионах за пределами тех, которые проверялись счетчиком RBS (1-2 п.н. и от 15 п.о. до 45 п.н. выше по течению от сайта начала трансляции). Эта система подсчета очков строит матрицу весов позиций по всему региону. Хотя эта система подсчета очков очень грубая и учитывает только общие характеристики (богатство AT, простые базовые предпочтения и т. Д.)), он оказался достаточно эффективным в некоторых геномах. Эта общая система оценки восходящего потока не является частью итеративного алгоритма; вместо этого данные собираются из последней итерации начального обучения.
Как только Prodigal имеет начальные веса для обоих типов стартовых кодонов (ATG / GTG / TTG) и расстояния между мотивом / спейсером RBS, он затем оценивает каждый начальный узел во всей последовательности. Окончательная оценка для начального узла — это просто
, где S — окончательная оценка, R — оценка мотива RBS, T — оценка типа начала, U — оценка восходящего потока, а C — оценка кодирования.Для веса RBS Prodigal использует оценку мотива SD, если он определяет, что организм использует Shine-Dalgarno, оценку вторичного RBS-мотива, если он обнаруживает четкий вторичный мотив, и максимум из двух систем, если ни одна из систем не обнаруживает сильного Мотив RBS. Было показано, что этот последний метод хорошо работает в некоторых геномах, таких как цианобактерии и кренархеи, которые, как правило, имеют восходящие области, богатые AT, но все же иногда используют мотив SD для некоторых генов (таких как рибосомные белки).
Линейная комбинация различных элементов была первым методом, который мы попробовали, и он работал достаточно хорошо, поэтому мы не стали применять другие стратегии.Возможно, существует лучший метод интеграции различных сигналов (возможно, нейронная сеть или какой-либо другой классификатор), но это необходимо будет изучить в будущих версиях. Константы 4,25 и 0,4 были получены путем экспериментов с разными значениями и наблюдения за изменением результатов в нашем тестовом наборе геномов. Мы выбрали значения таким образом, чтобы они обеспечивали максимальную производительность по всему набору. Чтобы исключить систематическую ошибку в E. coli, B. subtilis и P. aeruginosa , мы также проверили, что одни и те же приблизительные константы максимизируют производительность на нашем наборе геномов за исключением этих трех.
Ложноположительное сокращение — важная цель в Prodigal. Чтобы уменьшить количество общих прогнозов, Prodigal изменяет вышеуказанный начальный вес (4,25) в зависимости от длины гена. Изучая многочисленные геномы, мы определили, что приблизительно 250 п.н. — это точка равновесия, при которой ген с положительной кодирующей оценкой с равной вероятностью будет ложноположительным или истинным предсказанием. Следовательно, гены менее 250 п.н. наказываются в соответствии с их длиной, деленной на 250.Если начальная оценка больше 0, она уменьшается до l /250 * s , где l — длина гена. Если начальная оценка меньше 0, она вместо этого умножается на 250/ l * s . Наконец, для всех генов с отрицательными баллами за кодирование, независимо от длины, начальный балл штрафуется небольшим количеством, чтобы не дать генам с умеренно хорошими начальными баллами, но плохими баллами за кодирование дрейфовать выше нуля.
После вычисления оценок динамическое программирование выполняется во второй раз с использованием более подробных оценок узлов, описанных выше для генных связей.Для межгенных соединений оперонное расстояние имеет больший вес во втором проходе динамического программирования. Когда два гена перекрываются на 1 или 4 п.н., если второй ген не имеет RBS и имеет отрицательную оценку RBS, требование RBS отменяется, и оценка увеличивается до 0. Кроме того, программа добавляет небольшие бонусы за расстояния меньше более 60 б.п., и небольшие штрафы за дистанции более 180 б.п. Эти расстояния примерно соответствуют наблюдаемым расстояниям оперонов [16]. Хотя динамическое программирование имеет порядок n log n , мы ограничиваем допустимые соединения расстоянием, так что «длинные» связи могут быть установлены только между началом действительно длинного гена и его стоп-кодоном.Конечным результатом является то, что Prodigal должен установить соединение обычно в пределах 5 kb, так что он должен выбрать ген в этой области, даже если его оценка отрицательная. Однако, когда динамическое программирование завершено, программа выполняет последнюю проверку моделей и удаляет все такие гены с отрицательными оценками. Кроме того, алгоритм делает одно последнее улучшение для запуска вызовов, которое оказалось существенным в нашем тестовом наборе. Когда два старта разделены расстоянием менее 15 п.н. (определено эмпирически из нашего тестового набора), Prodigal устанавливает эквивалентное кодирование двух вариантов и использует только начальную оценку (основанную на мотиве RBS и типе старта) для определения которые начинают выбирать для окончательного предсказания гена.
Окончательный результат Prodigal состоит из полного списка координат генов и, по желанию пользователя, трансляций белков и / или подробной информации о каждом потенциальном начале генома. Prodigal может быть запущен либо в два этапа, с этапом обучения и этапом прогнозирования генов, либо в один этап, когда обучение скрыто от пользователя и печатаются только последние гены. Полное описание алгоритма в псевдокоде можно найти на рисунке 2.
Рисунок 2Иллюстрация соединений динамического программирования в Prodigal .Красные стрелки представляют генные связи, а черные стрелки — межгенные связи. (a) 5 ‘вперед на 3’ вперед: Ген на передней цепи. (b) 3 ‘вперед на 5’ вперед: межгенное пространство между двумя генами прямой цепи. (c) 3 ‘вперед на 3’ вперед: перекрывающиеся гены на прямой цепи. (d) 3 ‘вперед на 5′ назад: гены прямой и обратной цепей, 3’-концы которых перекрываются. (e) 5 ‘обратное на 3’ обратное: межгенное пространство между двумя генами обратной цепи.