В первом приближении конденсаторы (рис. 1.8) - это частотно-зависимые резисторы.
Они позволяют создавать, например, частотно-зависимые делители напряжения. Для решения некоторых задач (шунтирование, связывание контуров) больших знаний о конденсате и не требуется, другие задачи (построение фильтров, резонансных схем, накопление энергии) требуют более глубоких знаний. Например, конденсаторы не рассеивают энергию, хотя через них и протекает ток,- дело в том, что ток и напряжение на конденсаторе смещены друг относительно друга по фазе на 90º.
Конденсатор - это устройство, имеющее два вывода и обладающее следующим свойством:
Конденсатор, имеющий емкость С фарад, к которому приложено напряжение U вольт, накапливает заряд Q кулон.
Продифференцировав выражение для- Q, получим
(6)
Итак, конденсатор - это более сложный элемент, чем резистор; ток пропорционален не просто напряжению, а скорости изменения напряжения. Если напряжение на конденсаторе, имеющем емкость 1 Ф, изменится на 1 В за 1 с, то получим ток 1 А. И наоборот, протекание тока 1 А через конденсатор емкостью 1 Ф вызывает изменение напряжения на 1 В за 1 с. Емкость, равная одной фараде, очень велика, и поэтому чаще имеют дело с микрофарадами (мкФ) или пикофарадам (пФ). (Для того чтобы сбить с толку непосвященных, на принципиальных схемах иногда опускают обозначения единиц измерения. Их приходится угадывать из контекста.) Например, если подать ток 1 мА на конденсатор емкостью 1 мкФ, то напряжение за 1 с возрастет на 1000 В. Импульс тока продолжительностью 10 мс вызовет увеличение напряжения на конденсаторе на 10 В (рис. 1.9).
Промышленность выпускает конденсаторы разнообразных форм и размеров; через некоторое время вы познакомитесь с наиболее распространенными представителями этого обширного семейства. Простейший конденсатор состоит из двух проводников, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга (но не соприкасающихся между собой); настоящие простейшие конденсаторы имеют именно такую конструкцию. Чтобы получить большую емкость, нужны большая площадь и меньший зазор между проводниками; обычно для этого один из проводников покрывают тонким слоем изолирующего материала (называемого диэлектриком), для таких конденсаторов используют, например, алитированную (покрытую алюминием) майларовую пленку. Широкое распространение получили следующие типы конденсаторов: керамические, электролитические (изготовленные из металлической фольги с оксидной пленкой в качестве изолятора), слюдяные (изготовленные из металлизированной слюды). Каждому типу конденсаторов присущи свои качества. В общем, можно сказать, что для некритичных схем подходят керамические и майларовые конденсаторы; в схемах, где требуется большая емкость, применяются танталовые конденсаторы, а для фильтрации в источниках питания используют электролитические конденсаторы.
Параллельное и последовательное соединение конденсаторов
Емкость нескольких параллельно соединенных конденсаторов равна сумме их емкостей. Нетрудно в этом убедиться: приложим напряжение к параллельному соединению, тогда
(8)
Для последовательного соединения конденсаторов имеем такое же выражение, как для параллельного соединения резисторов:
(9)
В частном случае для двух конденсаторов
(10)
§ 1.5. Изменения во времени напряжения и тока
RC-цепи
Для анализа цепей переменного тока (или в общем случае схем, работающих с изменяющимися напряжениями и токами) можно использовать характеристики двух типов. Во-первых, можно рассматривать изменения напряжения U и тока I во времени, а во-вторых, - изменение амплитуды при изменении частоты сигнала. И те и другие характеристики имеют свои преимущества, и в каждом практическом случае приходится выбирать наиболее подходящие. Мы начнем изучение цепей переменного тока с временных зависимостей, а затем перейдем к частотным характеристикам.
Каковы же свойства схем, в состав которых входят конденсаторы? Для того чтобы ответить наэтот вопрос, рассмотрим простейшую RC-цепь (рис. 1.10).
Воспользуемся полученным ранее выражением для емкости:
Это выражение представляет собой дифференциальное уравнение, решение которого имеет вид
(12)
Отсюда следует, что если заряженный конденсатор подключить к резистору, то он будет разряжаться так, как показано на рис. 1.11.
Постоянная времени
Произведение RC называют постоянной времени цепи. Если R измерять в омах, а С - в фарадах, то произведение RCбудет измеряться в секундах. Для конденсатора емкостью 1 мкФ, подключенного к резистору сопротивлением 1 кОм, постоянная времени составляет 1 мс; если конденсатор был предварительно заряжен и напряжение на нем составляет 1 В, то при подключении резистора в цепи появится ток, равный 1 мА. На рис. 1.12 показана несколько иная схема.
Рис. 1.12. Рис. 1.13.
В момент времени t=0 схема подключается к батарее. Уравнение, описывающее работу такой схемы, выглядит следующим образом:
и имеет решение
(14)
Не пугайтесь, если не поняли, как выполнено математическое преобразование. Важно запомнить полученный результат. В дальнейшем мы будем многократно его использовать, не прибегая к математическим выкладкам. Постоянная величина А определяется из начальных условий (рис. 1.13): U=0 при t=0, откуда А=-U вх и U=U вх (1 - e - t / RC).
Установление равновесия
При условии t>>RC напряжение U достигает значения U вх. (Советуем запомнить хорошее практическое правило, называемое правилом пяти RC. Оно гласит: за время, равное пяти постоянным времени, конденсатор заряжается или разряжается на 99%). Если затем изменить входное напряжение U вх (сделать его равным, например, нулю), то напряжение на конденсаторе Uбудет убывать, стремясь к новому значению по экспоненциальному закону e - t / RC .
Дифференцирующие цепи
Рассмотрим схему, изображенную на рис. 1.14. Напряжение на конденсаторе С равно U вх -U, поэтому
Если резистор и конденсатор выбрать так, чтобы сопротивление R и емкость С
были достаточно малыми и выполнялось условие dU/dt<
Таким образом, мы получили, что выходное напряжение пропорционально скорости изменения входного сигнала.
Для того чтобы выполнялось условие dU/dt<
Дифференцирующие цепи удобно использовать для выделения переднего и заднего фронтов импульсных сигналов, и в цифровых схемах можно иногда встретить цепи, подобные той, которая показана на рис. 1.16.
Дифференцирующая RC-цепь генерирует импульсы в виде коротких пиков в моменты переключения входного сигнала, а выходной буферный усилитель преобразует эти импульсы в короткие прямоугольные импульсы. В реальных схемах отрицательный пик бывает небольшим благодаря встроенному в буфер диоду.
Иногда схема неожиданно начинает проявлять дифференцирующие свойства, причем в ситуациях, где они совершенно нежелательны. При этом можно наблюдать сигналы, подобные показанным на рис. 1.17. Первый сигнал (а точнее, импульсная помеха) может возникнуть при наличии емкостной связи между рассматриваемой линией и схемой, в которой присутствует прямоугольный сигнал; причиной появления подобной помехи может служить отсутствие оконечного резистора в линии.
Если же резистор есть, то следует либо уменьшить сопротивление источника сигналов для линии, либо найти способ ослабления емкостной связи с источником сигналов прямоугольной формы. Сигнал второго типа можно наблюдать в цепи, по которой должен проходить сигнал прямоугольной формы, при наличии дефекта в контакте с этой цепью, например в щупе осциллографа. Небольшая емкость, возникающая при плохом контакте, и входное сопротивление осциллографа образуют дифференцирующую цепь. Если вы обнаружили, что ваша схема «что-то» дифференцирует, то сказанное может помочь вам найти причину неисправности и устранить ее.
Интегрирующие цепи
Рассмотрим схему, изображенную на рис. 1.18. Напряжение на резисторе R равно U вх -U, следовательно, I=С(dU/dt)=(U вх -U )/R. Если обеспечить выполнение условия U<за счет большого значения произведения RC, то получим С(dU/dt) ~ U вх /R или
(17)
Мы получили, что схема интегрирует входной сигнал по времени! Рассмотрим, каким образом эта схема обеспечивает аппроксимацию интегрирования в случае входного сигнала прямоугольной формы: U(t) представляет собой знакомый нам уже график экспоненциальной зависимости, определяющей заряд конденсатора (рис. 1.19).
Первый участок экспоненты (интеграл от почти постоянной величины) - прямая с постоянным углом наклона; при увеличении постоянной времени RC используется все меньший начальный участок экспоненты, тем самым обеспечивается лучшая аппроксимация идеального пилообразного сигнала.
Отметим, что условие U< равносильно тому, что ток пропорционален напряжению U вх. Если бы в качестве входного сигнала выступал ток I(t), а не напряжение, то мы получили бы идеальный интегратор. Источник тока может служить резистор с большим сопротивлением и с большим падением напряжения на нем, и на практике часто пользуются приближением.
В дальнейшем, вы узнаете, как построить интегратор, не прибегая к условию U вых <. Такой интегратор работает в широком диапазоне частот и напряжений с пренебрежимо малой ошибкой.
Интегрирующие цепи находят широкое применение в аналоговой технике. Их используют в управляющих системах, схемах с обратной связью, при аналого-цифровом преобразовании и генерации колебаний.
Генераторы пилообразного сигнала
Теперь можно без труда разобраться в том, как работает генератор пилообразного сигнала. Эта схема хорошо зарекомендовала себя и нашла очень широкое применение: ее используют во времязадающих схемах, в генераторах синусоидальных и других типов колебаний, в схемах развертки осциллографов, в аналого-цифровых преобразователях. Она показана на рис. 1.20.
Рис 1.20. Рис. 1.21.
Из уравнения для тока, протекающего через конденсатор, I=C(dU/dt) получим U(t)=(I/C)t. Выходной сигнал изображен на рис. 1.21. Линейное нарастание сигнала прекращается тогда, когда «иссякает» напряжение источника тока, т. е. достигается его предельное значение. Кривая для простой RC-цепи с резистором, подключенным к источнику напряжения, ведет себя аналогично случаю достижения предела источником тока. На рис. 1.21 эта вторая кривая показана для случая, когда R выбрано так, чтобы ток при нулевом выходном напряжении был равен току источника тока; при этом вторая кривая стремится к тому же пределу, что и ломаная. (В реальных источниках тока выходное напряжение ограничено напряжением используемых в них источников питания, так что такое поведение вполне правдоподобно.) В следующей главе, посвященной транзисторам, мы построим простые схемы источников тока, а в главах, где рассматриваются операционные усилители и полевые транзисторы, - их усовершенствованные типы.
§ 1.6.Индуктивности и трансформаторы
Индуктивности
Если вы поняли, что такое конденсатор, то вы поймете и что такое индуктивность (рис. 1.22).
Сравним индуктивность и конденсатор между собой; в индуктивности скорость изменения тока зависит от приложенного напряжения, а в конденсаторе скорость изменения напряжения зависит от протекающего тока. Уравнение индуктивности имеет следующий вид:
(18)
где L - индуктивность в генри (или мГн, мкГн и т.д.). Напряжение, приложенное к индуктивности, вызывает нарастание протекающего через нее тока, причем изменение тока происходит по линейному закону и пропустить ток через конденсатор, то это приведет к нарастанию Напряжения на нем, причем изменение напряжения будет происходить по линейному закону); напряжение величиной 1В, приложенное индуктивности 1Гн, приводит к нарастанию тока через индуктивность со скоростью 1А в 1с.
Условно индуктивность изображают в виде нескольких витков провода - такую конструкцию имеет простейшая индуктивность. Другие, более совершенные конструкции включают сердечник, на который наматывается провод. Материалом для сердечника чаще всего служит железо (пластинки, прокатанные из сплавов железа или изготовленные методами порошковой металлургии) или феррит, представляющий собой хрупкий непроводящий магнитный материал черного цвета. Сердечник позволяет увеличить индуктивность катушки за счет магнитных свойств материала сердечника. Сердечник может быть изготовлен в виде бруска, тора или может иметь какую-нибудь более причудливую форму, например «горшка» (описать его словами не так-то просто: представьте себе форму для выпечки пончиков, которая разнимается пополам).
Индуктивности находят наибольшее применение в радиочастотных схемах, где они используются в качестве радиочастотных дросселей, и в резонансных схемах. Пара связанных индуктивностей образует такой интересный элемент, как трансформатор.
По сути дела индуктивность - это противоположность конденсатора.
Простейший конденсатор – система из двух плоских проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу на малом по сравнению с размерами пластин расстоянии и разделенных слоем диэлектрика. Такой конденсатор называется плоским . Электрическое поле плоского конденсатора в основном локализовано между пластинами (рис. 1.6.1); однако, вблизи краев пластин и в окружающем пространстве также возникает сравнительно слабое электрическое поле, которое называют полем рассеяния . В целом ряде задач приближенно можно пренебрегать полем рассеяния и полагать, что электрическое поле плоского конденсатора целиком сосредоточено между его обкладками (рис. 1.6.2). Но в других задачах пренебрежение полем рассеяния может привести к грубым ошибкам, так как при этом нарушается потенциальный характер электрического поля (см. § 1.4 ).
Каждая из заряженных пластин плоского конденсатора создает вблизи поверхности электрическое поле, модуль напряженности которого выражается соотношением
Согласно принципу суперпозиции, напряженность поля, создаваемого обеими пластинами, равна сумме напряженностей и полей каждой из пластин:
Вне пластин вектора и направлены в разные стороны, и поэтому E = 0. Поверхностная плотность σ заряда пластин равна q / S , где q – заряд, а S – площадь каждой пластины. Разность потенциалов Δφ между пластинами в однородном электрическом поле равна Ed , где d – расстояние между пластинами. Из этих соотношений можно получить формулу для электроемкости плоского конденсатора:
Сферический и цилиндрический конденсатор .
Примерами конденсаторов с другой конфигурацией обкладок могут служить сферический и цилиндрический конденсаторы.Сферический конденсатор – это система из двух концентрических проводящих сфер радиусов R 1 и R 2 . Цилиндрический конденсатор – система из двух соосных проводящих цилиндров радиусов R 1 и R 2 и длины L . Емкости этих конденсаторов, заполненных диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε, выражаются формулами:
Параллельное и последовательное соединение конденсаторов.
Конденсаторы могут соединяться между собой, образуя батареи конденсаторов. При параллельном соединении конденсаторов (рис. 1.6.3) напряжения на конденсаторах одинаковы: U 1 = U 2 = U , а заряды равны q 1 = С 1 U и q 2 = C 2 U . Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор электроемкости C , заряженный зарядом q = q 1 + q 2 при напряжении между обкладками равном U . Отсюда следует
При последовательном соединении (рис. 1.6.4) одинаковыми оказываются заряды обоих конденсаторов: q 1 = q 2 = q , а напряжения на них равны и Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор, заряженный зарядом q при напряжении между обкладками U = U 1 + U 2 . Следовательно,
|
При последовательном соединении конденсаторов складываются обратные величины емкостей.
Формулы для параллельного и последовательного соединения остаются справедливыми при любом числе конденсаторов, соединенных в батарею.
Вам понадобится
- - знание емкости или геометрических и физических параметров конденсатора;
- - знание энергии или заряда на конденсаторе.
Инструкция
Найдите напряжение между пластинами конденсатора, если известна текущая величина накопленной им энергии, а также его емкость. Энергия, запасенная конденсатором, может быть вычислена по формуле W=(C∙U²)/2, где C - емкость, а U - напряжение между пластинами. Таким образом, значение напряжения может быть получено как корень из удвоенного значения энергии, деленного на емкость. То есть, оно будет равно: U=√(2∙W/C).
Энергия, запасенная конденсатором, также может быть вычислена на основании значения содержащегося в нем заряда (количества электричества) и напряжения между обкладками. Формула, задающая соответствие между этими параметрами, имеет вид: W=q∙U/2 (где q - заряд). Следовательно, зная энергию и заряд конденсатора , можно вычислить напряжение между его пластинами по формуле: U=2∙W/q.
Поскольку заряд на конденсаторе пропорционален как приложенному к его пластинам напряжению, так и емкости устройства (он определяется формулой q=C∙U), то, зная заряд и емкость, можно найти и напряжение. Соответственно, для проведения расчета используйте формулу: U=q/C.
Для получения значения напряжения на конденсаторе с известными геометрическими и физическими параметрами, сначала рассчитайте его емкость. Для простого плоского конденсатора, состоящего из двух проводящих пластин, разделенных диэлектриком , расстояние между которыми пренебрежимо мало по сравнению с их размерами, емкость может быть вычислена по формуле: C=(ε∙ε0∙S)/d. Здесь d - расстояние между пластинами, а S - их площадь. Значение ε0 - электрическая постоянная (константа, равная 8,8542 10^-12 Ф/м), ε - относительная диэлектрическая проницаемость пространства между пластинами (ее можно узнать из физических справочников). Вычислив емкость, рассчитайте напряжение одним из методов, приведенных в шагах 1-3.
Для того чтобы знать, можно ли использовать в том или ином месте схемы конденсатор, следует определить его емкость . Способ нахождения этого параметра зависит от того, каким образом он обозначен на конденсаторе и обозначен ли вообще.
Вам понадобится
- Измеритель емкости
Инструкция
На крупных конденсаторах емкость обычно обозначена открытым текстом: 0,25 мкФ или 15 uF. В этом случае, способ ее определения тривиален.
На менее крупных конденсаторах
(в том числе , SMD) емкость
обозначается двумя или тремя цифрами. В первом случае, она обозначена в пикофарадах. Во втором случае, первые две цифры означают емкость
, а третья - в каких единицах она выражена:1 - десятки пикофарад;
2 - сотни пикофарад;
3 - нанофарады;
4 - десятки нанофарад;
5 - десятые доли микрофарады.
Существует также система обозначения емкости, использующая сочетания латинских букв и цифр. Буквы обозначают следующие цифры:A - 10;
B - 11;
C - 12;
D - 13;
E - 15;
F - 16;
G - 18;
H - 20;
J - 22;
K - 24;
L - 27;
M - 30;
N - 33;
P - 36;
Q - 39;
R - 43;
S - 47;
T - 51;
U - 56;
V - 62;
W - 68;
X - 75;
Y - 82;
Z - 91.Полученное число следует умножить на число 10, предварительно возведенное в степень, равную цифре, следующей после буквы . Результат будет выражен в пикофарадах.
Встречаются конденсаторы, емкость на которых не обозначена вообще. Вы наверняка встречали их, в частности , в стартерах ламп дневного света . В этом случае, измерить емкость можно только специальным прибором. Они бывают цифровыми и мостовыми.В любом случае, если конденсатор впаян в то или иное устройство, его следует обесточить, разрядить в нем конденсаторы фильтра и сам конденсатор, емкость которого следует измерить, и лишь после этого выпаять его. Затем его необходимо подключить к прибору.На цифровом измерителе сначала выбирают самый грубый предел, затем переключают его до тех пор, пока он не покажет перегрузку. После этого переключатель переводят на один предел назад и читают показания, а по положению переключателя определяют, в каких единицах они выражены.На мостовом измерителе, последовательно переключая пределы , на каждом из них прокручивают регулятор из одного конца шкалы в другой, пока звук из динамика не исчезнет. Добившись исчезновения звука , по шкале регулятора считывают результат, а единицы, в которых он выражен, также определяют по положению переключателя.Затем конденсатор устанавливают обратно в устройство.
Обратите внимание
Никогда не подключайте к измерителю заряженные конденсаторы.
Источники:
- Справочник по системам обозначения емкости
Найти значение электрического заряда можно двумя способами. Первый – измерить силу взаимодействия неизвестного заряда с известным и с помощью закона Кулона рассчитать его значение. Второй – внести заряд в известное электрическое поле и измерить силу, с которой оно действует на него. Для измерения заряда протекающего через поперечное сечение проводника за определенное время измерьте силу тока и умножьте ее на значение времени.
Вам понадобится
- чувствительный динамометр, секундомер, амперметр, измеритель электростатического поля, воздушный конденсатор.
Инструкция
Измерение заряда при его взаимодействии с известным зарядомЕсли известен заряд одного тела, поднесите к нему неизвестный заряд и измерьте расстояние между ними в метрах. Заряды начнут взаимодействовать. С помощью динамометра измерьте силу их взаимодействия. Рассчитайте значение неизвестного заряда - для этого квадрат измеренного расстояния умножьте на значение силы и поделите на известный заряд. Полученный результат поделите на число 9 10^9. Результатом будет значение заряда в Кулонах (q=F r²/(q0 9 10^9)). Если заряды отталкиваются, то они одноименные, если же притягиваются – разноименные.
Измерение значения заряда , внесенного в электрическое полеИзмерьте значение постоянного электрического поля специальным прибором (измеритель электрического поля). Если такого прибора нет, возьмите воздушный конденсатор, зарядите его, измерьте напряжение на его обкладках и поделите не расстояние между пластинами – это и будет значение электрического поля внутри конденсатора в вольтах на метр. Внесите в поле неизвестный заряд. С помощью чувствительного динамометра измерьте силу, которая на него действует. Измерение проводите в ньютонах . Поделите значение силы на напряженность электрического поля. Результатом будет значение заряда в Кулонах (q=F/Е).
Измерение заряда , протекающего через поперечное сечение проводникаСоберите электрическую цепь с проводниками и последовательно подключите к ней амперметр. Замкните ее на источник тока и измерьте силу тока с помощью амперметра в амперах. Одновременно секундомером засеките время , в течение которого в цепи был электрический ток. Умножив значение силы тока на полученное время, узнайте заряд, прошедший через поперечное сечение каждого проводника за это время (q=I t). При измерениях следите, чтобы проводники не перегревались и не произошло короткое замыкание.
Конденсатором называется устройство, способное накапливать электрические заряды. Количество накапливаемой электрической энергии в конденсаторе характеризуется его емкостью . Она измеряется в фарадах. Считается, что емкость в один фарад соответствует конденсатору, заряженному электрическим зарядом в один кулон при разности потенциалов на его обкладках в один вольт.
Что такое конденсатор? Как он устроен? Кто изобрёл первый в мире конденсатор? - все эти вопросы мы сегодня подробно раскроем. Итак, что же это за устройство. Многие из школы помнят, что
конденсатор -
это устройство, предназначенное для накапливания и передачи заряда. Состоит оно из двух металлических пластин, между которыми находится слой диэлектрика.
История этого устройства началась с 1745 года, когда немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский физик Питер ван Мушенбрук случайно создали лейденскую банку. Она то и стала первым в мире конденсатором. Самое главное в конденсаторе это его ёмкость и номинальное напряжение.
Ёмкость -
это способность конденсатора накапливать в себе электрический заряд. Ёмкость измеряется в Фарадах (Ф). Наиболее часто встречаемые величины при расчётах это:
- пикофарад (10 -12 );
- нанофарад (10 -9 );
- микрофарад (10 -6 ).
Приведу пример: ёмкость нашей планеты Земля составляет 710мкФ. Для того что бы получить 1 Фарад необходим такой проводник, потенциал которого возрастал бы на 1В при передаче ему заряда в 1 Кулон. Т.е. ясно, что 1 Фарад это очень большая ёмкость, поэтому при расчётах или при проектировании чаще применяют небольшие величины (пкФ, нФ, мкФ). Кстати вот маленькая шпаргалка: 1мкФ = 1000нФ = 1000000пкФ. Конденсаторы встречаются почти в любых электрических устройствах: в приборах, в компьютерах,
, в платах и т.п.
И знайте, что ёмкость увеличивается с площадью обкладок и уменьшается с расстоянием между ними. С ёмкостью вроде бы всё понятно, теперь перейдём к номинальному напряжению.
это напряжение, при превышении которого наступает пробой диэлектрика. Следовательно, работа устройства прекратится, т.к. при пробое диэлектрика возникнет Номинальное напряжение зависит как от самого диэлектрика (материала), так и от расстояния между обкладками. Необходимо также знать, что номинальное напряжение должно быть не менее чем в 2 раза выше чем то, которое будет к нему приложено во время работы. Иными словами, если источник питания рассчитан на 12В, то номинальное напряжение конденсатора должно быть не ниже 12*2=24В. С номинальным напряжением, надеюсь всё понятно идём дальше.
Как Вы думаете, от чего зависит время зарядки и разрядки самого конденсатора? Вы, наверное, уже догадались, что от ёмкости и общего сопротивления цепи. То есть чем больше ёмкость и сопротивление, тем больше времени потребуется на зарядку. Ведь если ёмкость большая, следственно количество вмещаемого заряда в неё будет больше, а значит и время на зарядку и разрядку будет тоже больше. Это как с
Ну а сопротивление уменьшает ток, а если ток небольшой, то потребуется больше времени на зарядку.
В настоящей жизни необходимо помнить, что есть так называемый
ток утечки
. Не многие знают, что диэлектрик всё же пропускает малый ток между пластинами. А если пропускает, то со временем это приводит к потере первоначального заряда. Т.е. если конденсатор был полностью заряжен, то через некий промежуток времени заряда в нём станет меньше и будет уменьшаться до следующего включения в сеть.
Типы конденсаторов
Мы рассмотрели основные характеристики, а также узнали, от чего зависит время зарядки и разрядки и как влияет ток утечки на заряд конденсатора. Все конденсаторы различаются по габаритам и внутренним характеристикам. Поэтому лучше знать типы конденсаторов, это пригодится в радиотехнике, электронике… Слева краткое обозначение (БМ, КД, БМТ и т.д.), а справа его расшифровка:
БМ - бумажный малогабаритный
БМТ - бумажный малогабаритный теплостойкий
КД - керамический дисковый
КЛС - керамический литой секционный
КМ - керамический монолитный
КПК-М - подстроечный керамический малогабаритный
КСО - слюдянной опресованный
КТ - керамический трубчатый
МБГ - металлобумажный герметизированный
МБГО - металлобумажный герметизированный однослойный
МБГТ - металлобумажный герметизированный теплостойкий
МБГЧ - металлобумажный герметизированный однослойный
МБМ - металлобумажный малогабаритный
ПМ - полистироловый малогабаритный
ПО - пленочный открытый
ПСО - пленочный стирофлексный открытый
Поляризированные и неполяризированные конденсаторы
При внимательном осмотре корпуса можно увидеть обозначение на полюсах «+» и «–». Те конденсаторы, у которых имеются такие обозначения, называются поляризированные , а те у которых их нет - неполяризированные . Эти обозначения обязательно следует учитывать (плюс к плюсу, мину к минусу), иначе при неправильном подключении конденсатор выйдет из строя. Но такое обозначение имеется не у всех устройств. К примеру, те устройства, ёмкость которых более 0,5 мкФ – поляризированные, а к неполяризированным можно отнести керамические дисковые и другие ёмкостные конденсаторы.
Основным элементом потерь является диэлектрик
. При повышении частоты, влажности окружающей среды или 
потери возрастают. Например, при изменении температуры расстояние между обкладками изменяется и свойства конденсатора соответственно тоже. Минимальные потери имеют те устройства, диэлектрик которого выполнен из высокочастотной керамики, а также бумажные и сегнетокерамические диэлектрики.
В зависимости от конструкции и диэлектрика конденсаторы характеризуются различным температурным коэффициентом ёмкости
(ТКЕ). Он показывает относительное изменение ёмкости при изменении температуры на 1°C. Причём температурный коэффициент ёмкости может быть как положительным, так и отрицательным. По значению и знака ТКЕ все конденсаторы делят на группы, которым присваивают буквенные обозначения и цвет корпуса.
Потери нужно учитывать при замене повреждённого конденсатора.
Прочтя этот текст, Вы узнали, что такое конденсатор и чем он характеризуется. Спасибо за внимание)))
В электрической цепи каждого прибора есть такой элемент, как конденсатор. Это он служит для наполнения энергией, которая нужна для правильной и бесперебойной работы оборудования.
Что такое конденсатор
Каждый конденсатор - это устройство, обладающее набором технических параметров, которые стоит рассмотреть детально.
Конденсаторы можно встретить во многих отраслях электротехники. Их непосредственная область применения:
- Создание цепей, колебательных контуров.
- Получение импульса с большим количеством мощности.
- В промышленной электротехнике.
- В изготовлении датчиков.
- Усовершенствование работы защитных устройств.
Емкость конденсатора
Для каждого конденсатора главный параметр - это его емкость. У каждого устройства она своя и измеряется она в Фарадах. В основе электроники и радиотехники используют конденсаторы с миллионной долей Фарад. Чтобы узнать номинальную емкость устройства, достаточно просмотреть его корпус, на котором имеется вся информация. Показания емкости могут изменяться из-за следующих параметров:
- Общая площадь всех обкладок.
- Расстояние между ними.
- Материал, из которого сделан диэлектрик.
- Температура окружающей среды.
Наряду с номинальной емкостью существует еще и реальная. Ее значение намного ниже предыдущей. По реальной емкости можно определить основные электрические параметры. Емкость определяют от заряда обкладки и ее напряжения. Максимальная емкость может достигать нескольких десятков Фарад. Конденсатор может также быть охарактеризован удельной емкостью. Это отношение емкости и объема диэлектрика. Маленькая толщина диэлектрика обеспечивает большое значение удельной емкости. Каждый конденсатор может изменять свою емкость, и делятся они на следующие типы:
- Постоянные конденсаторы - они практически не меняют свою емкость.
- Переменные конденсаторы - значение емкости изменяется в ходе работы оборудования.
- Подстроечные конденсаторы - изменяют свою емкость от регулировки аппаратуры.
Напряжение конденсатора
Напряжение считается еще одним из важных параметров. Чтобы конденсатор выполнял свои функции в полном объеме, нужно знать точное показание напряжения. Оно указывается на корпусе устройства. Номинальное напряжение напрямую зависит от сложности конструкции конденсатора и основных свойств материалов, используемых при его изготовлении. Напряжение, подаваемое на конденсатор, должно полностью совпадать с номинальным. Многие устройства при работе нагреваются, в таком случае напряжение понижается. Часто из-за большой разницы в напряжениях конденсатор может перегореть или взорваться. Также это происходит из-за утечки или повышения сопротивления. Для безопасной работы конденсатора его оснащают защитным клапаном и насечкой на корпусе. Как только происходит увеличение давления, клапан автоматически открывается, и по намеченной насечке корпус ломается. Из конденсатора в таком случае электролит выходит в виде газа и не происходит никакого взрыва.
Допуски конденсаторов
Самый простой конденсатор - это два электрода, сделанные в форме пластин, которые разделяются тонкими изоляторами. Каждое устройство имеет отклонение, которое допустимо при его работе. Эту величину также можно узнать по маркировке устройства. Его допуск измеряется и указывается в процентном соотношении и может лежать в пределах от 20 до 30%. Для электротехники, которая должна работать с высокой точностью, можно использовать конденсаторы с маленьким значением допуска, не больше 1%.
Приведенные параметры являются основными для работы конденсатора. Зная их значения, можно использовать конденсаторы для самостоятельной сборки аппаратов или машин.
Виды конденсаторов
Существует несколько основных видов конденсаторов, которые используют в различной технике. Итак, стоит рассмотреть каждый вид, его описания и свойства:
У каждого конденсатора свое предназначение, поэтому их дополнительно классифицируют на общие и специальные. Общие конденсаторы применяют в любых видах и классах аппаратуры. В основном это низковольтные устройства. Специальные конденсаторы - это все остальные виды устройств, которые являются высоковольтными, импульсными, пусковыми и другими различными видами.
Особенности плоского конденсатора
Так как конденсатор - это устройство, предназначенное для накопления напряжения и его дальнейшего распределения, поэтому нужно выбирать его с хорошей электроемкостью и «пробивным» напряжением. Одним из таких является плоский конденсатор. Выпускается он в виде двух тонких пластин определенной площади, которые расположены на близком расстоянии друг от друга. Плоский конденсатор обладает двумя зарядами: положительным и отрицательным.
Пластины плоского конденсатора между собой имеют однородное электрическое поле. Этот тип устройства не вступает во взаимодействие с другими приборами. Пластина конденсатора способна усиливать электрическое поле.
Правильный заряд конденсатора
Он является хранилищем для электрических зарядов, которые должны постоянно заряжаться. Заряд конденсатора происходит за счет подключения его к сети. Чтобы зарядить устройство, нужно правильно подсоединить его. Для этого берут цепь, которая состоит из разряженного конденсатора с емкостью, резистором, и подключают к питанию с постоянным напряжением.
Разряжается конденсатор по следующему типу: замыкают ключ, и пластины его соединяются между собой. В это время конденсатор разряжается, и между его пластинами исчезает электрическое поле. Если конденсатор разряжается через провода, то на это уйдет много времени, так как в них накапливается много энергии.
Зачем нужен контур конденсатора
В контурах находятся конденсаторы, которые изготавливаются из пары пластин. Для их изготовления берут алюминий или латунь. Хорошая работа радиотехники зависит от правильной настройки контуров. Самая обычная цепь контура состоит из одной катушки и конденсатора, которые между собой замкнуты в электрическую цепь. Есть условия, которые влияют на появление колебаний, поэтому чаще всего контур конденсатора называют колебательным.
Заключение
Конденсатор - это пассивное устройство в электрической цепи, которое используется в качестве емкости для хранения электричества. Чтобы средство для накопления энергии в электрических цепях, именуемое конденсатором, проработало долго, нужно следовать указанным условиям, которые прописаны на корпусе устройства. Область применения широкая. Используют конденсаторы в радиоэлектронике и различной аппаратуре. Подразделяются устройства на много разных видов и выпускаются многообразной конструкцией. Конденсаторы могут соединяться двумя видами: параллельным и последовательным. Также на корпусе устройства есть информация о емкости, напряжении, допуске и его типе. Стоит запомнить, что при подключении конденсатора стоит соблюдать полярность. В противном случае устройство быстро выйдет из строя.
