Схема конденсатор
КОНДЕНСАТОР
| Конденсаторы являются второй, по распространенности и степени использования, после резисторов, деталью в электронных схемах. Действительно, в любом электронном устройстве, будь то мультивибратор на 2 транзисторах или материнская плата компьютера, во всех них находят применение эти радиоэлементы.
Разные конденсаторы рисунок Конденсатор обладает свойством накапливать заряд и впоследствии отдавать его. Простейший конденсатор представляет собой 2 пластины, разделенные тонким слоем диэлектрика. Емкостное сопротивление конденсатора зависит от его емкости и частоты тока. Конденсатор проводит переменный ток и не пропускает постоянный. Емкость конденсатора тем больше, чем больше площадь пластин (обкладок) конденсатора, и тем больше, чем тоньше слой диэлектрика между ними.
Устройство простейшего конденсатора Емкости параллельно соединенных конденсаторов складываются. Емкости последовательно соединенных конденсаторов считаются по формуле, приведенной на рисунке ниже:
Формулы соединение конденсаторов Конденсаторы бывают как постоянной, так и переменной емкости. Последние так и называются и сокращенно пишутся КПЕ (конденсатор переменной емкости). Конденсаторы постоянной емкости бывают как полярные, так и неполярные. На рисунке ниже изображено схематическое изображение полярного конденсатора:
Полярный конденсатор изображение на схеме К полярным относятся электролитические конденсаторы. Выпускаются также танталовые конденсаторы, которые отличаются от алюминиевых электролитических, более высокой стабильностью, но и стоят дороже. Электролитические конденсаторы подвержены, по сравнению с неполярными более быстрому старению. Полярные конденсаторы имеют положительный и отрицательный электроды, плюс и минус. На фото далее изображен электролитический конденсатор:
Фото электролитический конденсатор У советских электролитических конденсаторов полярность обозначалась на корпусе знаком плюс у положительного электрода. У импортных конденсаторов обозначается отрицательный электрод знаком минус. При нарушении режимов работы электролитических конденсаторов они могут вздуться и даже взорваться. У электролитических конденсаторов во избежания взрыва, делают при их изготовлении специальные насечки на крышке корпуса:
Фото конденсатора с насечками Также электролитические конденсаторы могут взорваться, если на них по ошибке подать напряжение выше того, на которое они были рассчитаны. На фото электролитического конденсатора приведенного выше, видно надпись 33 мкФ х 100 В., это означает его емкость, равную 33 микрофарад и допустимое напряжение до 100 вольт. Неполярный конденсатор на схемах обозначается следующим образом:
Неполярный конденсатор изображение на схеме На фото ниже изображены пленочный и керамический конденсаторы: Конденсаторы различают по виду диэлектрика. Существуют конденсаторы с твердым, жидким и газообразным диэлектриком. С твердым диэлектриком это: бумажные, пленочные, керамические, слюдяные. Также существуют электролитические, о которых уже было рассказано выше и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Эти конденсаторы отличаются от всех остальных большой удельной емкостью. Многие, думаю, встречали на импортных конденсаторах такое цифровое обозначение:
Расшифровка цифровой маркировки конденсаторов На рисунке выше видно, как можно посчитать номинал такого конденсатора. Например, если на конденсаторе нанесена маркировка 332, то это означает, что он имеет емкость 3300 пикофарад или 3.3 нанофарад. Ниже приведена таблица, сверяясь с которой можно легко посчитать номинал любого конденсатора с такой маркировкой:
Таблица номиналов конденсаторов Существуют конденсаторы и в SMD исполнении, наиболее распространены в радиолюбительских конструкциях я думаю типы 0805 и 1206. Изображение неполярного SMD конденсатора можно видеть на рисунках ниже:
Фото SMD конденсатора Далее показано фото электролитических SMD конденсаторов:
Фото электролитических SMD конденсаторов Промышленностью выпускаются и так называемые твердотельные конденсаторы. Внутри у них вместо электролита находится органический полимер. Переменные конденсаторы
Рисунок как устроен переменный конденсатор Регулируется емкость в переменных конденсаторах изменением площади параллельно расположенных пластин конденсатора. Делятся конденсаторы на переменные, которые имеют ручку для вращения вала, и подстроечные, которые имеют шлиц под отвертку, и также состоят из подвижной и не подвижной частей.
Фото переменный конденсатор На рисунке они обозначены как ротор и статор. Такие конденсаторы используются в радиоприемниках для настройки на нужную частоту радиовещания. Емкость таких конденсаторов обычно бывает небольшой и равняется единицам – максимум сотням пикофарад. Так обозначается на схемах конденсатор переменной емкости:
Переменный конденсатор изображение на схеме На следующем рисунке показан подстроечный конденсатор. Подстроечный конденсатор обозначается на схемах следующим образом:
Подстроечный конденсатор изображение на схеме Такие конденсаторы обычно регулируются только один раз при сборке и настройке радиоэлектронной аппаратуры.
Фото подстроечный конденсатор На следующем рисунке изображено строение подстроечного конденсатора:
Рисунок строение подстроечного конденсатора Емкость конденсатора измеряется в Фарадах. Но даже 1 Фарад, это очень большая емкость, поэтому для обозначения обычно используют миллионные доли Фарад, микрофарады, а также еще более мелкие, нанофарады и пикофарады. Перевести из микрофарад в пикофарады и обратно очень легко. 1 микрофарад равен 1000 нанофарад или 1000000 пикофарад. Конденсаторы, помимо прочего, применяются в колебательных контурах радиоприемников, в блоках питания для сглаживания пульсаций, а также в качестве разделительных в усилителях. Обзор подготовил AKV. Условные обозначения конденсаторовОсновным параметром конденсатора является его номинальная емкость, измеряемая в фарадах ( Ф ) микрофарадах ( мкФ ) или пикофарадах ( пФ ). Допустимые отклонения емкости конденсатора от номинального значения указаны в стандартах и определяют класс его точности. Для конденсаторов, как и для сопротивлений, чаще всего применяются три класса точности I ( E24 ), II ( Е12 ) и III ( E6 ), соответствующие допускам ±5 % , ±10 % и ±20 % .
По виду изменения емкости конденсаторы делятся на изделия с постоянной емкостью, переменной и саморегулирующиеся. Номинальная емкость указывается на корпусе конденсатора. Для сокращения записи применяется специальное кодирование:
Ниже в качестве примера приводятся кодированные обозначения конденсаторов:
Числовые значения ёмкостей 130 пФ и 7500 пФ Конструкции конденсаторов постоянной емкости и материал, из которого они изготовляются, определяются их назначением и диапазоном рабочих частот. Высокочастотные конденсаторы имеют большую стабильность, заключающуюся в незначительном изменении емкости при изменении температуры, малые допустимые отклонения емкости от номинального значения, небольшие размеры и вес. Они бывают керамическими (типов КЛГ , КЛС , КМ , КД , КДУ , КТ , КГК , КТП и др.), слюдяными ( КСО , КГС , СГМ ), стеклокерамическими ( СКМ ), стеклоэмалевыми ( КС ) и стеклянными ( К21У ).
Конденсатор с дробной ёмкостью Для цепей постоянного, переменного и пульсирующего токов низкой частоты требуются конденсаторы с большими емкостями, измеряемыми тысячами микрофарад. В связи с этим выпускаются бумажные (типов БМ , КБГ ), металлобумажные ( МБГ , МБМ ), электролитические ( КЭ , ЭГЦ , ЭТО , К50 , К52 , К53 и др.) и пленочные ( ПМ , ПО , К73 , К74 , К76 ) конденсаторы. Конструкции конденсаторов постоянной емкости разнообразны. Так, слюдяные, стеклоэмалевые, стеклокерамические и отдельные типы керамических конденсаторов имеют пакетную конструкцию. В них обкладки, выполненные из металлической фольги или в виде металлических пленок, чередуются с пластинами из диэлектрика (например, слюды).
Емкость конденсатора 0,015 мкФ
Конденсатор с ёмкостью 1 мкФ Для получения значительной емкости формируют пакет из большого числа таких элементарных конденсаторов. Электрически соединяют между собой все верхние обкладки и отдельно – нижние. К местам соединений припаивают проводники, служащие выводами конденсатора. Затем пакет спрессовывают и помещают в корпус. Применяется и дисковая конструкция керамических конденсаторов. Роль обкладок в них выполняют металлические пленки, нанесенные на обе стороны керамического диска. Бумажные конденсаторы часто имеют рулонную конструкцию. Полосы алюминиевой фольги, разделенные бумажными лентами с высокими диэлектрическими свойствами, свертываются в рулон. Для получения большой емкости рулоны соединяют друг с другом и помещают в герметичный корпус. В электролитических конденсаторах диэлектрик представляет собой оксидную пленку, наносимую на алюминиевую или танталовую пластинку, являющуюся одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка – электролит.
Электролитический конденсатор 20,0 × 25В Металлический стержень ( анод ) должен подключаться к точке с более высоким потенциалом, чем соединенный с электролитом корпус конденсатора ( катод ). При невыполнении этого условия сопротивление оксидной пленки резко уменьшается, что приводит к увеличению тока, проходящего через конденсатор, и может вызвать его разрушение. Такую конструкцию имеют электролитические конденсаторы типа КЭ . Выпускаются также электролитические конденсаторы с твердым электролитом ( типа К50 ).
Конденсатор переменной ёмкости от 9 пФ до 270 пФ Площадь перекрытия пластин или расстояние между ними у конденсаторов переменной емкости можно изменять различными способами. При этом меняется и емкость конденсатора. Одна из возможных конструкций конденсатора переменной емкости ( КПЕ ) изображена на рисунке справа.
Конденсатор переменной ёмкости от 9 пФ до 270 пФ Здесь емкость изменяется путем различного расположения роторных (подвижных) пластин относительно статорных (неподвижных). Зависимость изменения емкости от угла поворота определяется конфигурацией пластин. Величина минимальной и максимальной емкости зависит от площади пластин и расстояния между ними. Обычно минимальная емкость Смин , измеряемая при полностью выведенных роторных пластинах, составляет единицы (до 10 – 20 ) пикофарад, а максимальная емкость Смакс , измеряемая при полностью выведенных роторных пластинах, – сотни пикофарад. В радиоаппаратуре часто используются блоки КПЕ , скомпонованные из двух, трех и более конденсаторов переменной емкости, механически связанных друг с другом.
Конденсатор переменной ёмкости от 12 пФ до 497 пФ Благодаря блокам КПЕ можно изменять одновременно и на одинаковую величину емкость различных цепей устройства. Разновидностью КПЕ являются подстроечные конденсаторы. Их емкость так же, как и сопротивление подстроечных резисторов, изменяют лишь с помощью отвертки. В качестве диэлектрика в таких конденсаторах могут использоваться воздух или керамика.
Конденсатор подстроечный от 5 пФ до 30 пФ На электрических схемах конденсаторы постоянной емкости обозначаются двумя параллельными отрезками, символизирующими обкладки конденсатора, с выводами от их середин. Рядом указывают условное буквенное обозначение конденсатора – букву С (от лат. Capacitor – конденсатор). После буквы С ставится порядковый номер конденсатора в данной схеме, а рядом через небольшой интервал пишется другое число, указывающее на номинальное значение емкости. Емкость конденсаторов от 0 до 9999 пФ указывают без единицы измерения, если емкость выражена целым числом , и с единицей измерения – пФ , если емкость выражена дробным числом.
Емкость конденсаторов от 10 000 пФ (0,01 мкФ) до 999 000 000 пФ (999 мкФ) указывают в микрофарадах в виде десятичной дроби либо как целое число, после которого ставят запятую и нуль. В обозначениях электролитических конденсаторов знаком « + » помечается отрезок, соответствующий положительному выводу – аноду, и после знака « х » – номинальное рабочее напряжение. Конденсаторы переменной емкости ( КПЕ ) обозначаются двумя параллельными отрезками, перечеркнутыми стрелкой. Если необходимо, чтобы к данной точке устройства подключались именно роторные пластины, то на схеме они обозначаются короткой дугой. Рядом указываются минимальный и максимальный пределы изменения емкости. В обозначении подстроечных конденсаторов параллельные линии пересекаются отрезком с короткой черточкой, перпендикулярной одному из его концов. Что такое конденсатор и как он используется
Мы уже рассматривали, как устроены «кирпичики», из которых собран компьютер. Вы уже знаете, как устроены и как работают полупроводниковые диоды, полевые и биполярные транзисторы. Вы уже знакомы с таким понятием, как SMD компоненты. Давайте познакомимся с еще одной интереснейшей штуковиной — конденсатором. Из всего многообразия конденсаторов мы рассмотрим лишь те, которые используются в компьютерах и периферийных устройствах. Что такое конденсатор?
Конденсатор характеризуется такой величиной, как ёмкость. Чем больше ёмкость конденсатора, тем больше энергии он может накопить и тем (грубо говоря) больше его габариты. Конденсатор может не только накапливать энергию, но и отдавать ее. Именно в таком режиме он чаще всего и работает. Конденсатор, в отличие от транзистора, является пассивным компонентом, т.е. есть он не может генерировать или усиливать сигнал. Как устроен конденсатор?Вообще говоря, конденсатор накапливает на обкладках заряд (множество элементарных частиц, каждая из которых обладает элементарным зарядом). Чем больший заряд накоплен, тем большая запасена энергия. Ёмкость конденсатора зависит также и от вида диэлектрика.
С помощью специальных материалов и технологических ухищрений научились достаточно большую ёмкость втискивать в очень небольшой объём. Самый характерный пример — электролитические конденсаторы. В них две металлические обкладки в виде длинных полос (чаще всего из алюминиевой фольги) разделены слоем бумаги, пропитанной электролитом. Электролит вызывает образование тонкой пленки оксида (окисла), которая является хорошим диэлектриком.
В каких единицах измеряется емкость конденсатора?
Но это очень большая величина, поэтому на практике используются её производные — пикофарад (пФ, пикофарада), нанофарад (нФ, нанофарада), микрофарад (мкФ, микрофарада). Один микрофарад = 1 000 нанофарад = 1 000 000 пикофарад. В компьютерных блоках питания и в материнских платах используются электролитические конденсаторы ёмкостью несколько сотен или тысяч микрофарад. Там же применяется малогабаритные керамические конденсаторы ёмкостью несколько сотен или тысяч пикофарад. Керамические конденсаторы используются чаще всего в виде SMD компонентов. Как обозначаются конденсаторы в электрических схемах?
У электролитических конденсаторов возле одной из черточек (обкладок) помещается знак «+». Это потому, что электролитические конденсаторы обычно имеют полярность, которую надо соблюдать при монтаже. Отметим, что в некоторых случаях применяются электролитические неполярные конденсаторы.
А если конденсатор электролитический — то и величина его рабочего напряжения. Записи вида 1000 p (1000 pF) и 3,9 n (3,9 nF) означают соответственно 1000 пикофарад и 3,9 нанофарад (или 3900 пикофарад). Запись вида 1000uFx16V означает емкость 1000 микрофарад и рабочее напряжение 16 Вольт. Напротив отрицательного электрода на корпусе конденсатора наносится соответствующая маркировка (знак «-»). Где и как используются конденсаторы?Перед тем как начать рассказывать об области применения конденсаторов, вспомним, что конденсатор это — две пластины, разделенные диэлектриком. Поэтому ток через конденсатор (в первом приближении) идти не может. Однако в цепи с конденсатором могут происходить процессы заряд и разряда. И во время этих процессов в цепи будут протекать токи заряда или разряда. Таким образом, если переменное напряжение будет приложено к цепи с конденсатором, в ней будет протекать переменный ток. Поэтому конденсатор можно охарактеризовать такой величиной как емкостное сопротивление (обозначается в технической литературе как Хс).
В компьютерных блоках питания для получения постоянных напряжений +3,3, +5, и +12 В используется двухполупериодная схема выпрямление с двумя диодами и фильтрующим конденсатором. Без конденсатора на нагрузке будет пульсирующее напряжение одной полярности.
Генератор – это сумма постоянного и переменного напряжений (пульсирующее напряжение содержит в себе постоянную и переменную составляющую). Таким образом, сигнал с генератора подается на частотно-зависимый делитель напряжения. Выходной сигнал снимается с нижнего плеча (конденсатора). Для постоянного напряжения сопротивление конденсатора очень велико, гораздо больше сопротивления выпрямителя. Поэтому уменьшения постоянного напряжения не происходит. Для переменного напряжения сопротивления конденсатора очень мало, гораздо меньше сопротивления выпрямителя, поэтому происходит сильное ослабление переменной составляющей.
Чем выше частота входного переменного напряжения, тем сильнее оно ослабляется. Так как необходимо сильное подавление пульсаций переменного напряжения, то используется электролитические конденсаторы большой емкости. Назначение керамических SMD конденсаторов на материнской плате — подавлять высокочастотные помехи, возникающие при переключении транзисторов в микросхемах. Таким образом, электролитические конденсаторы фильтруют относительно низкочастотные помехи и пульсации, а керамические — более высокочастотные.
После конденсатора, в точке В будет уже только переменная составляющая той же амплитудой 2 В (если емкостное сопротивление конденсатора мало для такой частоты). Интересно, не правда ли? По существу, это тоже частотно-зависимый делитель напряжения, где в виде нижнего плеча выступает сопротивление нагрузки. Такую комбинацию называют фильтром верхних частот, который не пропускает постоянную составляющие и низкие частоты, так как в емкостное сопротивление будет для них большим. Заканчивая, отметим маленькую деталь: так как максимальное напряжение на конденсаторе будет равно сумме постоянной и переменной составляющей, его рабочее напряжение должно быть не менее этой величины. Что такое конденсаторЧто такое конденсаторКонденсаторы или как в народе говорят – кондеры, образуются от латинского “condensatus”, что означает как “уплотненный, сгущенный”. Интересное название, не правда ли? Но теперь вопрос ставится ребром: ” А что уплотняется или сгущается в конденсаторе?” А сгущается в конденсаторе электрический заряд. Конденсатор – это своеобразный аккумулятор, но прикол в нем такой, что он готов сразу отдать весь заряд за доли секунды. Главное отличие от аккумулятора в том, что внутри него нет источника ЭДС. В свое время, еще в школе, мы развлекались тем, что брали конденсатор типа МБГЧ, емкостью побольше, на долю секунды вставляли его в розетку и потом шваркали друг друга этим конденсатором. Ощущения были очень “приятными” 🙂 Чем больше емкость, тем ярче ощущения))). Но, как говорится, времена идут, а конденсатор остается конденсатором. И используется он теперь не только, для того, чтобы гонять друг друга, но также широко используется и в радиоэлектронике. Скорее всего, последняя фраза даже более правдивая, чем первая :-). Как устроен конденсаторЛюбой конденсатор состоит из двух обкладок и эти обкладки изолированы друг от друга и не прикасаются с друг другом. Представим себе блин: намажем его сгущенкой и сверху положим точно такой же блин Должно выполняться условие:эти два блина не должны прикасаться друг с другом. То есть верхний блин должен лежать на сгущенке и не прикасаться с нижним блином. Тут, думаю, все понятно. Перед Вами типичный “блинный конденсатор” :-). Вот таким образом устроены все конденсаторы, только вместо блинов используются тонкие металлические пластины, а вместо сгущенки разный диэлектрик. К каждой металлической пластине присоединен проводок – это и есть выводы конденсатора. Как я уже сказал, конденсатор способен накапливать электрический заряд. Эту способность называют емкостью. Чем больше емкость, тем больше конденсатор сможет накопить электрического заряда. Его емкость измеряется в Фарадах (Ф или зарубежный (буржуйский) вариант F). В радиоэлектронной и электротехнической промышленности используются конденсаторы абсолютно разных номиналов. Емкость зависит от площади “блинов”, толщины “сгущенки” намазанной между ними, а также от состава сгущенки :-). Чем больше площадь “блинов” и тоньше “сгущенка”, тем больше его емкость. А вот и конденсаторы, которые похожи на блинчики, но эти блинчики могут также быть и квадратной формы: Для того, чтобы уменьшить габариты конденсатора, можно завернуть его в трубочку, как и наш тортик из двух блинов со сгущенкой: В результате у нас получатся малые габариты, но большой объем. Это не беда! Ведь свернуть в трубочку можно очень большие “блины”, если “сгущенка” между ними намазана очень тонким слоем. Этот принцип используется в цилиндрических конденсаторах. В них как раз намотан вот такой “рулончик”. На фото разобранный цилиндрический конденсатор. Как видите, здесь две ленты алюминиевой фольги, а между ними тонкая светло-коричневая бумага – диэлектрик. Такие конденсаторы обладают большой емкостью, так как у них площадь пластин, как вы видите, очень приличная. Виды конденсаторов и их обозначение на схемеВсе конденсаторы на схемах обозначаются буковкой “С”. Простые делятся на два вида: полярные и неполярные. Неполярные конденсаторы очень распространены и занимают значительную часть радиоаппаратуры: а также к ним относятся маленькие SMD конденсаторы вот такого типа: на схемах неполярные конденсаторы обозначаются вот таким образом: К полярным конденсаторам относятся электролитические конденсаторы и SMD полярные конденсаторы: На схемах обозначаются вот так, то есть у них есть плюсовый вывод, который в цепи должен быть соединен с положительным потенциалом схемы. По аналогии с резисторами, есть на свете и конденсаторы переменной емкости (КПЕ): на схемах обозначаются как-то вот так: ну и, конечно же, подстроечные конденсаторы: а вот и их схемное обозначение: Есть также особый класс конденсаторов – ионисторы. Иногда их еще называют суперконденсаторами или золотыми конденсаторами. Нет, не потому, что там есть золото. Сам принцип работы ионистора ценее, чем золото. Для того, чтобы получить максимальную емкость мы должны намазать “сгущенку”(диэлектрик) тонким-тонким слоем или увеличить площадь блинов (металлических пластин). Так как без конца увеличивать слой блинов очень затратно, разработчики решили уменьшить слой диэлектрика. Так как диэлектрический слой между обкладками ионистора , то есть “слой сгущенки”, составляет 5-10 нанометров, следовательно емкость ионистора достигает впечатляющих значений! Вы только представьте, какой заряд может накопить такой суперконденсатор! Емкость таких конденсаторов может достигать до десятка фарад. Поверьте, это очень много. Ионисторы выглядят, как обычные таблетки, а также могут выглядеть как цилиндрические конденсаторы. Для того, чтобы различить их от конденсаторов, достаточно взглянуть на емкость, которая на них указана. Если там единицы Фарад, то это однозначно ионистор!
В настоящее время ионисторы стали очень широко применяться в электронике и электротехнике. Они заменяют маленькие батарейки с малым напряжением, потому что ионистор конструктивно пока что не могут сделать на напряжение более нескольких Вольт. Но можно соединить их последовательно и набрать нужное напряжение. Но удовольствие это не дешевое :-). Они также очень быстро заряжаются, так как их сопротивление ограничено только их выводами. А исходя из Закона Ома, чем меньше сопротивление проводника, тем большая Сила тока течет по нему и следовательно тем быстрее заряжается ионистор. Заряжать и разряжать ионисторы можно туеву кучу раз). Последовательное и параллельное соединение конденсаторовПри последовательном соединении конденсаторов общая емкость вычисляется по формуле а при параллельном соединении их общая емкость будет вычисляться по формуле: Про то, как проверить конденсатор на работоспособность, можете узнать, прочитав эту статью. Конденсаторы – это огромная тема в радиоэлектронике. В этой статье я затронул только основные понятия. В настоящее время ни одно устройство не обходится без этих радиоэлементов. При выборе конденсатора обязательно смотрите, на какое напряжение он рассчитан. Если он будет использоваться в цепях с высоким напряжением, то он может либо сгореть либо даже взорваться. Если, например, я собираюсь использовать его в цепях с напряжением в 36 Вольт, то я должен взять хотя бы минимум на 50 Вольт и больше, но не меньше! Всегда обращайте внимание на этот параметр. Имейте также ввиду, что конденсаторы и их виды очень чувствительны к нагреву и могут менять свою емкость под воздействием температуры. Поэтому, при проектировании старайтесь распределять их на плате подальше от разного рода нагревашек: радиаторов, трансформаторов и мощных резисторов. Будьте осторожны с конденсаторами большой емкости. Прежде, чем взять его в руки, убедитесь, что он разряжен. Желательно разряжать такие конденсаторы через сопротивление от 1 КилоОма, замкнув его выводы этим самым резистором. Старайтесь не задевать голыми руками выводы конденсатора, когда будете проводить эти операции. Что такое конденсатор и для чего он нуженОпределениеСлово конденсатор происходит от латинского «condensatio», что переводится как «накопление». В физике этот термин употребляется для описания целой ниши электротехнических изделий, назначение которых работать как накопитель энергии. Количество накопленной энергии зависит от ёмкости и квадрата напряжения на его обкладках, поделенное на 2. При этом ток через него протекает только в процессе заряда. Но обо всем по порядку. E=(CU 2 )/2 Если сказать по-простому, то конденсатор – это устройство способное накапливать энергию в электрическом поле. В простейшем варианте состоит из двух проводников (обкладок), разделённых диэлектриком. На рисунке ниже вы видите упрощенную схему внешнего устройства плоского конденсатора. Условное обозначение на схеме представляет собой 2 черты высотой в 8 мм, на расстоянии в 1,5 мм друг от друга.
Принцип работыТеперь, когда мы знаем, как обозначается данный элемент на схемах, нужно рассмотреть принцип работы конденсатора. Когда обкладки конденсатора подключают к источнику питания, электрические заряды от положительного и отрицательного зажима ИП устремляются к обкладкам, скапливаясь на них. Электрический ток прерывается после заряда конденсатора до номинальной ёмкости, так как между обкладками находится слой диэлектрика он не может протекать постоянно. Когда источник питания отключат, на конденсаторе останутся заряды, а значит и останется напряжение на его выводах. Заряды, скопившиеся на каждой из обкладок, противоположны. Соответственно та обкладка, что была подключена к плюсовому выводу источника питания – заряжена положительно, а та, что к минусовому – отрицательно. Принцип работы этого изделия основан на притяжении разноименных зарядов в электрической цепи. Простыми словами конденсатор сохранит ту энергию, которая была передана от источника питания – в этом и кроется его назначение. Однако на практике есть разнообразные потери и утечки. Интересно! Лейденская банка – это прообраз современных конденсаторов, родившийся на свет в 1745 году. Это устройство было способно накапливать энергию и извлекать искры при замыкании его обкладок. Внешний вид и конструкцию вы видите ниже.
А на рисунке ниже вы видите конструкцию простейшего плоского конденсатора – две обкладки, разделенные диэлектриком:
Так как ёмкость прямо пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между ними – то чтобы увеличить ёмкость, инженеры разработали ряд других форм конденсаторов. Например, свёрнутые в спираль обкладки – так их площадь становилась во много раз больше при тех же габаритных размерах, а также цилиндрические и сферические решения.
Один из законов коммутации гласит, что напряжение на обкладках конденсатора не может изменится скачком, что и иллюстрирует следующая миниатюра.
Классификация конденсаторов может происходить по различным критериям. По постоянству ёмкости:
По полярности прикладываемого напряжения:
В зависимости от того, где используются эти компоненты, различают разные варианты по материалу:
Основные технические характеристикиЕсли вы ремонтируете или разрабатываете электронное устройство, вам понадобится подбирать подходящий конденсатор для замены вышедшего из строя. А для этого нужно ознакомиться с основными техническими характеристиками конденсатора, от которых зависит его работа в электрической цепи. Номинальная емкость. Характеризует основное назначение компонента — какой заряд он может запасать. Основная характеристика измеряется в фарадах [Ф]. Однако такая единица измерения слишком большая, поэтому используют доли:
Номинальное напряжение — это такое напряжение, до которого конденсатор может гарантировано работать в нормальном режиме. При превышении этого значения с большой долей вероятности происходит пробой диэлектрика. Может быть от единиц вольт (для электролитов) и до тысяч вольт (плёнка и керамика). При ремонте эта величина должна быть не ниже, чем у вышедшего из строя, выше – можно! Допуск отклонения — насколько реальная ёмкость может отличаться от заявленной номинальной. Может достигать 20-30%, но есть и высокоточные модели с допуском до 1% — для применения в цепях, где требуется особая точность. Температурный коэффициент емкости — этот параметр важен для электролитов. У алюминиевых конденсаторов при понижении температуры понижается ёмкость и увеличивается удельное электрическое сопротивление (в англ. ESR) ESR – эквивалентное последовательное сопротивление, также важен для электролитов. Простым языком – чем он больше, тем хуже. У вздувшихся кондёров ESR повышается.
В таблице ниже вы видите допустимые значения ESR для различных номинальных емкостей и напряжений.
Где и для чего применяютсяВсё же ответим на вопрос «для чего предназначен конденсатор?» с практической точки зрения. Для этого рассмотрим несколько схем. Самое широкое применение электролитические конденсаторы нашли в качестве уже не раз упомянутого фильтра сетевых пульсаций в блоках питания. На схеме ниже изображено, где именно устанавливается электролит. Чем больше нагрузка – тем большая ёмкость электролита нужна для сглаживания пульсаций.
Следующее место, где применяются конденсаторы – это фильтры высоких и низких частот. Ниже на схеме приведены типовые включения. Таким образом в акустических системах разводят басы, средние и высокие частоты по динамикам без применения активных компонентов.
Балластные блоки питания часто используются для зарядки небольших аккумуляторов и питания маломощных устройств, таких как дешевые светодиодные лампочки, радиоприёмники и прочие. Плёночный конденсатор устанавливается последовательно с питающим устройством, ограничивая ток за счёт своего реактивного сопротивления – в этом и заключается принцип работы такой простой схемы.
Снабберы – это устройства, предназначенные для защиты полупроводниковых ключей и контактов реле от нагрузок, возникающих при коммутации. В современных импульсных высокочастотных БП нашли применение снабберы из резистора и конденсатора, таким образом улучшаются основные параметры в цепи и снижаются нагрузки на ключи, как и потери мощности на его нагрев. Принцип действия снаббера состоит в замедлении фронтов роста и спада напряжения на ключе за счет использования постоянной времени заряда ёмкости.
ЗаключениеМы рассмотрели, что такое конденсатор, как он устроен и какую функцию выполняет. Для более глубокого изучения вам нужно плотно ознакомится с тем, какие бывают виды конденсаторов и их практических особенностях работы в различных цепях и применениях. Так, например, в случаях, когда требуется особая точность в работе и надежность применяют low-ESR электролиты или танталовые, тогда как в фильтр на выпрямителе особой разницы нет, что ставить. Напоследок рекомендуем просмотреть полезные видео по теме статьи: Также читают: |
Приветствую, друзья!
Конденсатор — это деталь с двумя выводами (двухполюсник), позволяющая накапливать энергию.
Две пластины, разделенные тонким воздушным слоем (воздух — тоже диэлектрик), обладают очень небольшой емкостью, и в таком виде конденсаторы не используются.
Поэтому электролитические конденсаторы называют ещё оксидными. Полосы сворачивают и помещают в цилиндрический алюминиевый корпус.
Раньше выводы конденсаторов делали из меди – как из материала с высокой электропроводностью. Теперь же их нередко делают из более дешевых сплавов на основе железа. В этом можно убедиться, если поднести к ним магнит. Фирмачи научились экономить!
В керамических конденсаторах диэлектриком служит пластинка из керамики, а обкладками – напыленные на керамику пленки металлических сплавов.
Основная единица для измерения ёмкости – Фарад (Ф, старое название – Фарада).
Конденсаторы в электрических схемах обозначается в виде двух вертикальных черточек, разделенных небольшим пространством. Графическое изображение напоминает те самые две пластины, разделенные воздушным диэлектриком.
Рядом наносится значение ёмкости конденсатора.
Емкостное сопротивление зависит от ёмкости конденсатора и частоты приложенного напряжения. Чем ёмкость и частота больше, тем меньше емкостное сопротивление. На этих эффектах основано применение конденсаторов в схемах фильтрации источников питания.
Источник постоянного напряжения можно представить в виде эквивалентной схемы из генератора и двух сопротивлений, где R1 — это внутреннее сопротивление выпрямителя, а R2 — емкостное сопротивление конденсатора.
Вообще, такая комбинация активного сопротивления и конденсатора называется фильтром нижних частот, который пропускает постоянную составляющую и какой-то диапазон низких частот.
Приведем еще один пример разделения переменной и постоянной составляющей. Пусть в схеме на рисунке сигнал в точке А будет иметь постоянную составляющую 5 В и переменную амплитудой 2 В.
