Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? — Школьные Знания.com

Что такое конденсатор и для чего он нужен

Конденсатор – это устройство, способное накапливать электрический заряд.


Такую же функцию выполняет и аккумуляторная батарея, но в отличие от неё конденсатор может моментально отдать весь накопленный заряд.


Количество заряда, которое способен накопить конденсатор, называют «емкостью». Эта величина измеряется в фарадах.


Содержание статьи

Принцип работы конденсаторов


При подсоединении цепи к источнику электрического тока через конденсатор начинает течь электрический ток. В начале прохождения тока через конденсатор его сила имеет максимальное значение, а напряжение – минимальное. По мере накопления устройством заряда сила тока падает до полного исчезновения, а напряжение увеличивается.


В процессе накопления заряда электроны скапливаются на одной пластинке, а положительные ионы – на другой. Между пластинами заряд не перетекает из-за присутствия диэлектрика. Так устройство накапливает заряд. Это явление называется накоплением электрических зарядов, а конденсатор –накопителем электрического поля.



Устройство конденсаторов


Конструкции современных конденсаторов отличаются разнообразием, но можно выделить несколько типичных вариантов:



Пакетная конструкция


Используется в стеклоэмалевых, керамических и стеклокерамических конденсаторах. Пакеты образованы чередующимися слоями обкладок и диэлектрика. Обкладки могут изготавливаться из фольги, а могут представлять собой слои на диэлектрических пластинах – напыленный или нанесенный вжиганием.


Каждый пакетный конденсатор имеет верхнюю и нижнюю обкладки, имеющие контакты с торцов пакета. Выводы изготавливаются из проволоки или ленточных полосок. Пакет опрессовывается, герметизируется, покрывается защитной эмалью.



Трубчатая конструкция


Такую конструкцию могут иметь высокочастотные конденсаторы.Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com Они представляют собой керамическую трубку с толщиной стенки 0,25 мм. На ее наружную и внутреннюю стороны способом вжигания наносится серебряный проводящий слой. Снаружи деталь обрабатывается изоляционным веществом. Внутреннюю обкладку выводят на наружный слой для присоединения к ней гибкого вывода.



Дисковая конструкция


Эта конструкция, как и трубчатая, применяется при изготовлении высокочастотных конденсаторов.


Диэлектриком в дисковых конденсаторах является керамический диск. На него вжигают серебряные обкладки, к которым подсоединены гибкие выводы.



Литая секционированная конструкция


Применяется в монолитных многослойных керамических конденсаторах, используемых в современной аппаратуре, в том числе с интегральными микросхемами. Деталь, имеющая 2 паза, изготавливается литьем керамики. Пазы заполняют серебряной пастой, которую закрепляют методом вживания. К серебряным вставкам припаивают гибкие выводы.



Рулонная конструкция


Характерна для бумажных пленочных низкочастотных конденсаторов с большой емкостью. Бумажная лента и металлическая фольга сворачиваются в рулон. В металлобумажных конденсаторах на бумажную ленту наносят металлический слой толщиной до 1 мкм.



Где используются конденсаторы


Конденсаторы применяются практически во всех современных устройствах: сабвуферах, электродвигателях, автомобилях, насосах, электроинструменте, кондиционерах, холодильниках, мобильных телефонах и т.п.


В зависимости от выполняемых функций их разделяют на общего назначения и узкоспециальные.


К конденсаторам общего назначения относятся низковольтные накопители, которые используются в большинстве видов электроаппаратуры.


К узкоспециализированным относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические ипусковые конденсаторы.



Поведение конденсатора в цепях постоянного и переменного тока


В цепях постоянного тока заряженный конденсатор образует разрыв, мешающий протеканию тока.Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com Если напряжение приложить к обкладкам разряженной детали, то ток потечет. При этом конденсатор будет заряжаться, сила тока падать, напряжение на обкладках повышаться. При достижении равенства напряжения на обкладках и источника электропитания течение тока прекращается.


При постоянном напряжении конденсатор удерживает заряд при включенном питании. После выключения заряд сбрасывается через нагрузки, присутствующие в цепи.


Переменный ток заряженный конденсатор тоже не пропускает. Но за один период синусоиды дважды происходит зарядка и разрядка накопителя, поэтому ток получает возможность протекать через конденсаторв периодего разрядки.



Виды и классификация конденсаторов


Конденсаторы различных типов приспособлены к разным условиям работы, направлены на выполнение определенных задач и обладают различными побочными эффектами.


Основной признак, по которому классифицируют конденсатор, – это вид диэлектрика. Именно диэлектрический материал определяет многие характеристики конденсатора.



Электролитические конденсаторы


В электролитических конденсаторах анодом служит металлическая пластина, диэлектриком – оксидная пленка, а катодом – твердый, жидкий или гелеобразный электролит. Наличие гелеобразного электролита делает устройство полярным, то есть ток через него может протекать только в одном направлении. Представители этого семейства – алюминиевые и танталовые конденсаторы.


Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют емкость от 0,1 до нескольких тысяч мкФ. Обычно они применяются на звуковых частотах. Электрохимическая ячейка плотно упакована, что обеспечивает большую эффективную индуктивность, которая не позволяет использовать алюминиевые накопители на сверхвысоких частотах.


В танталовых конденсаторах катод изготавливается из диоксида марганца. Сочетание значительной площади поверхности анода и диэлектрических характеристик оксида тантала обеспечивает высокую удельную емкость (емкость в единице объема или массы диэлектрика).Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com Это значит, что танталовые конденсаторы гораздо компактнее алюминиевых такой же емкости.


У танталовых конденсаторов есть свои недостатки. Устройства ранних поколений грешат отказами, возможны возгорания. Они могут произойти при подаче слишком высокого пускового тока, который меняет структурное состояние диэлектрика. Дело в том, что оксид тантала в аморфном состоянии является хорошим диэлектриком. При подаче большого пускового тока оксид тантала из аморфного состояния переходит в кристаллическое и превращается в проводник. Кристаллический оксид тантала еще больше увеличивает силу тока, что и приводит к возгоранию. Современные танталовые конденсаторы производятся по передовым технологиям и практически не дают отказов, не вздуваются, не возгораются.



Пленочные и металлопленочные конденсаторы


Пленочные конденсаторы имеют диэлектрический слой из полимерной пленки, расположенный между слоями металлофольги.


Такие устройства имеют небольшую емкость (от 100 пФ до нескольких мкФ), но могут работать при высоких напряжениях – до 1000 В.


Существует целое семейство пленочных конденсаторов, но для всех видов характерны небольшие емкость и индуктивность. Благодаря малой индуктивности, эти приборы используются в высокочастотных схемах.


Основные различия между конденсаторами с разными типами пленок:

  • Конденсаторы с диэлектриком в виде полипропиленовой пленки применяются в цепях, в которых предъявляются высокие требования к температурной и частотной стабильности. Они подходят для систем питания, подавления ЭМП.
  • Конденсаторы с диэлектриком в виде полиэстеровой пленки обладают низкой стоимостью и способны выдерживать высокие температуры при пайке. Частотная стабильность, по сравнению с полипропиленовыми видами, ниже.
  • Конденсаторы с диэлектриком из поликарбонатной и полистиреновой пленки, которые использовались в старых схемах, сегодня уже неактуальны.Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com

Керамические конденсаторы


В керамических конденсаторах в качестве диэлектрика используются керамические пластины.


Керамические конденсаторы отличаются небольшой емкостью – от одного пФ до нескольких десятков мкФ.


Керамика имеет пьезоэлектрический эффект (способность диэлектрика поляризоваться под воздействием механических усилий), поэтому некоторые виды этих конденсаторов обладают микрофонным эффектом. Это нежелательное явление, при котором часть электроцепи воспринимает вибрации, как микрофон, что становится причиной помех.



Бумажные и металлобумажные конденсаторы


В качестве диэлектрика в этих конденсаторах используется бумага, часто промасленная. Устройства с промасленной бумагой отличаются большими размерами. Модели с непромасленной бумагой более компактны, но они имеют существенный недостаток – увеличивают энергопотери под воздействием влаги даже в герметичной упаковке. В последнее время эти детали используются редко.


Подробнее о видах и аналогах конденсаторов



Основные параметры конденсаторов


Емкость


Этот показатель характеризует способность конденсатора накапливать электрический заряд. Емкость тем больше, чем больше площадь проводниковых обкладок и чем меньше толщина диэлектрического слоя. Также эта характеристика зависит от материала диэлектрика. На приборе указывается номинальная емкость. Реальная емкость, в зависимости от эксплуатационных условий, может отличаться от номинальной в значительных пределах. Стандартные варианты номинальной емкости – от единиц пикофарад до нескольких тысяч микрофарад. Некоторые модели могут иметь емкость в несколько десятков фарад.


Классические конденсаторы имеют положительную емкость, то есть чем больше приложенное напряжение, тем больше накопленный заряд. Но сегодня в стадии разработки находятся устройства с уникальными свойствами, которые ученые называют «антиконденсаторами».Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com Они обладают отрицательной емкостью, то есть с ростом напряжения их заряд уменьшается, и наоборот. Внедрение таких антиконденсаторов в электронную промышленность позволит ускорить работу компьютеров и снизить риск их перегрева.


Что будет, если поставить накопитель большей/меньшей емкости, по сравнению с требуемой? Если речь идет о сглаживании пульсаций напряжения в блоках питания, то установка конденсатора с емкостью, превышающей нужную величину (в разумных пределах – до 90% от номинала), в большинстве случаев улучшает ситуацию. Монтаж конденсатора с меньшей емкостью может ухудшить работу схемы. В других случаях возможность установки детали с параметрами, отличающимися от заданных, определяют конкретно для каждого случая.



Удельная емкость


Отношение номинальной емкости к объему (или массе) диэлектрика. Чем тоньше диэлектрический слой, тем выше удельная емкость, но тем меньше его напряжение пробоя.



Плотность энергии


Это понятие относится к электролитическим конденсаторам. Максимальная плотность характерна для больших конденсаторов, в которых масса корпуса значительно ниже, чем масса обкладок и электролита.



Номинальное напряжение


Его значение отражается на корпусе и характеризует напряжение, при котором конденсатор работает в течение срока службы с колебанием параметров в заданных пределах. Эксплуатационное напряжение не должно превышать номинальное значение. Для многих конденсаторов с повышением температуры номинальное напряжение снижается.



Полярность


К полярным относятся электролитические конденсаторы, имеющие положительный и отрицательный заряды. На устройствах отечественного производства обычно ставился знак «+» у положительного электрода. На импортных приборах обозначается отрицательный электрод, возле которого стоит знак «-». Такие конденсаторы могут выполнять свои функции только при корректном подключении полярности напряжения.Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com Этот факт объясняется химическими особенностями реакции электролита с диэлектриком.


Что будет, если перепутать полярность конденсатора? Обычно в этом случае приборы выходят из строя. Это происходит из-за химического разрушения диэлектрика, которое вызывает рост силы тока, вскипание электролита и, как следствие, вздутие корпуса и вероятный взрыв.


К группе неполярных конденсаторов относится большинство накопителей заряда. Эти детали обеспечивают корректную работу при любом порядке подключения выводов в цепь.



Паразитные параметры конденсаторов


Конденсаторы, помимо основных характеристик, имеют так называемые «паразитные параметры», которые искажают рабочие свойства колебательного контура. Их необходимо учитывать при проектировании схемы.


К таким параметрам относятся собственное сопротивление и индуктивность, которые разделяются на следующие составляющие:

  • Электрическое сопротивление изоляции (r), которое определяется по формуле: r = U/Iут, в которой U – напряжение источника питания, Iут – ток утечки.
  • Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR). Эта величина зависит от электрического сопротивления материала обкладок, выводов, контактов между ними, потерями в диэлектрическом слое. ЭПС возрастает с ростом частоты тока, подаваемого на накопитель. В большинстве случаев эта характеристика не принципиальна. Исключение составляют электролитические накопители, устанавливаемые в фильтрах импульсных блоков питания.
  • Эквивалентная последовательная индуктивность – L. На низких частотах этот параметр, обусловленный собственной индуктивностью обкладок и выводов, не учитывается.

К паразитным параметрам также относится Vloss – незначительная величина, выражаемая в процентах, которая показывает, насколько падает напряжение сразу после прекращения зарядки конденсатора.



Обозначение конденсаторов на схеме


На чертежах конденсатор с постоянной емкостью обозначают двумя параллельными черточками — обкладками.Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com Их подписывают буквой «C». Рядом с буквой ставят порядковый номер элемента на схеме и значение емкости в пФ или мкФ.


В конденсаторах переменной емкости параллельные черточки перечеркиваются диагональной чертой со стрелкой. Подстроечные модели обозначаются двумя параллельными линиями, перечеркнутыми диагональной чертой с черточкой на конце. На обозначении полярных конденсаторов указывается положительно заряженная обкладка.







Обозначение по ГОСТ 2.728-74Описание
Конденсатор постоянной ёмкости
Поляризованный (полярный) конденсатор
Подстроечный конденсатор переменной ёмкости
Варикап



Особенности соединения нескольких конденсаторов в цепи


Соединение нескольких конденсаторов между собой может быть последовательным или параллельным.



Последовательное


Последовательное соединение позволяет подавать на обкладки большее напряжение, чем на отдельно стоящую деталь. Напряжение распределяется в зависимости от емкости каждого накопителя. Если емкости деталей равны, то напряжение распределяется поровну.


Получаемая емкость в такой цепи находится по формуле:

Собщ = 1/(1/С1+1/С2…+1/Сn)


Если провести вычисления, то станет понятно, что увеличение напряжения в цепи достигается существенным падением емкости. Например, если в цепь подсоединить последовательно два конденсатора емкостью 10 мкФ, то общая емкость будет равна всего 5 мкФ.



Параллельное


Это наиболее распространенный на практике способ, позволяющий увеличить общую емкость в схеме. Параллельное соединение позволяет создать один большой конденсатор с суммарной площадью проводящих пластин.Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com Общая емкость системы представляет собой сумму емкостей соединенных деталей.


С общ = С1+С2+…+Сn


Напряжение на всех элементах будет одинаковым.



Маркировка конденсаторов


В маркировке конденсатора, независимо от его типа, присутствуют два обязательных параметра – емкость и номинальное напряжение. Наиболее распространена цифровая маркировка, указывающая величину сопротивления. В ней используется три или четыре цифры.


Кратко суть трехфциферной маркировки: первые две цифры, находящиеся слева, указывают значение емкости в пикофарадах. Самая правая цифра показывает, сколько нулей надо прибавить к стоящим слева цифрам. Результат получается в пикофарадах. Пример: 154 = 15х104 пФ. На конденсаторах зарубежного производства пФ обозначаются как mmf.


В кодовом обозначении с четырьмя цифрами емкость в пикофарадах обозначают первые три цифры, а четвертая указывает на количество нулей, которые требуется добавить. Например: 2353=235х103 пФ.


Для обозначения емкости также может применяться буквенно-цифровая маркировка, содержащая букву R, которая указывает место установки десятичной запятой. Например, 0R8=0,8 пФ.


На корпусе значение напряжения указывается числом, после которого ставятся буквы: V, WV (что означает «рабочее напряжение»). Если указание на допустимое напряжение отсутствует, то конденсатор может использоваться только в низковольтных цепях.


Помимо емкости и напряжения, на корпусе могут указываться и другие характеристики детали:

  • Материал диэлектрика. Б – бумага, С – слюда, К – керамика.
  • Степень защиты от внешних воздействий. Г – герметичное исполнение, О – опрессованный корпус.
  • Конструкция. М – монолит, Б – бочонок, Д – диск, С – секционный вариант.
  • Режим по току. И – импульсный, У – универсальный, Ч – только постоянный ток, П – переменный/постоянный.Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com

Как проверить работоспособность конденсатора


Для проверки конденсатора на работоспособность используют мультиметр. Прежде чем проверить накопитель, необходимо определить, какой именно прибор находится в схеме – полярный (электролитический) или неполярный.



Проверка полярного конденсатора


При проверке полярного конденсатора необходимо соблюдать правильную полярность подключения щупов: плюсовой должен быть прижат к плюсовой ножке, минусовой – к минусу. Если вы перепутаете полярность, конденсатор выйдет из строя.


После выпайки детали ее кладут на свободное пространство. Мультиметр включают в режим измерения сопротивления («прозвонки»).


Щупами дотрагиваются до выводов прибора с соблюдением полярности. Правильная ситуация, когда на дисплее появляется первое значение, которое начинает постепенно расти. Максимальное значение, которое должно быть достигнуто для исправного устройства, – 1. Если вы только прикоснулись щупами к выводам, а на экране появилась сразу цифра 1, значит, прибор неисправен. Появление на экране «0» означает, что внутри детали произошло короткое замыкание.



Проверка неполярного конденсатора


В этом случае проверка предельно простая. Диапазон измерений выставляют на отметку 2 МОм. Щупы присоединяют к выводам конденсатора в любом порядке. Полученное значение должно превышать двойку. Если на дисплее высвечивается значение менее 2 МОм, то деталь неисправна.



Как зарядить и разрядить конденсатор

Для зарядки накопителя его подсоединяют к источнику постоянного тока. Зарядка прекращается, когда напряжение источника питания сравнивается по величине с напряжением на обкладках.


Разрядка конденсатора может понадобиться для безопасной разборки бытовых приборов и электронных устройств. Накопители электронных устройств разряжают с помощью обычной диэлектрической отвертки.Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com Для разрядки крупных накопителей, которые устанавливаются в бытовых приборах, необходимо собрать специальное разрядное устройство.




Была ли статья полезна?

Да

Нет

Оцените статью

Что вам не понравилось?


Другие материалы по теме





Анатолий Мельник


Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.











Для чего нужен конденсатор и как он работает

Конденсатор (от латинского слова «condensare» — «уплотнять», «сгущать») — это двухполюсное устройство с определённой величиной или переменным значением ёмкости и малой проводимостью, которое способно сосредотачивать, накапливать и отдавать другим элементам электрической цепи заряд электрического тока.

Конденсатор или как его еще называют сокращенно просто «кондер» — это элемент электрической цепи, состоящий в самом простом варианте из двух электродов в форме пластин (или обкладок), которые накапливают противоположные разряды и поэтому они разделены между собой диэлектриком малой толщины по сравнению с размерами самих электропроводящих обкладок.На практике же, все выпускаемые конденсаторы представляют собой многослойные рулоны лент электродов в форме цилиндра или параллелепипеда, разделенных между собой слоями диэлектрика.

Принцип работы конденсатора

По принципу работы он схож с батарейкой только на первый взгляд, но все же он сильно отличается от него по принципу и скорости заряда-разряда, максимальной емкости.

Заряд конденсатора. В момент подключения к источнику питания оказывается больше всего места на электродах, поэтому и ток будет зарядки максимальным, но по мере накопления заряда, ток будет уменьшаться и пропадет полностью после полного заряда.Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com При зарядке на одной пластине будут собираться отрицательно заряженные частицы- электроны, а на другой – ионы, положительно заряженные частицы. Диэлектрик выступает препятствием для их перескакивания на противоположную сторону конденсатора.При зарядке растет и напряжение с нуля перед началом зарядки и достигает в самом конце максимума, равного напряжению источника питания.

Разрядка конденсатора. Если после окончания зарядки отключить источник питания и подключить нагрузку R, то он сам превратится в источник тока. При подключении нагрузки образовывается цепь между пластинами. Отрицательно заряженные электроны двинуться через нагрузку к положительно заряженных ионам на другой пластине по закону притяжения между разноименными зарядами.В момент подключения нагрузки, начальный ток по закону Ома будет равняться величине напряжения на электродах (равного в конце зарядке конденсатора напряжению источника питания), разделенному на сопротивление нагрузки.
После того как пошел ток, конденсатор начинает постепенно  терять заряд или разряжаться. Одновременно с этим начнет снижаться величина напряжения, соответственно по закону Ома и ток. В то же время чем выше уровень разряда обкладок, тем ниже будет скорость падения напряжения и силы тока. Процесс завершится после того, как напряжение на электродах конденсатора станет равно нулю.

Время зарядки конденсатора на прямую зависит от величины его емкости. Чем большей она величины, тем дольше будет проходить по цепи большее количество заряда.

Время разрядки зависит от величины подключенной нагрузки. Чем больше подключено сопротивление R, тем меньше будет ток разрядки.

Для чего нужен конденсатор

Конденсаторы широко используются во всех электронных и радиотехнических схемах. Они вместе с транзисторами и резисторами являются основой радиотехники.

Применение конденсаторов в электротехнических устройствах и бытовой технике:

  • Важным свойством конденсатора в цепи переменного тока является его способность выступать в роли емкостного сопротивления (индуктивное у катушки).Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com Если подключить последовательно конденсатор и лампочку к батарейке, то она не будет светиться. Но если подключить к источнику переменного тока, то она загорится. И светиться будет тем ярче, чем выше емкость конденсатора. Благодаря этому свойству они широко применяются в качестве фильтра, который способен довольно успешно подавлять  ВЧ и НЧ помехи, пульсации напряжения и скачки переменного тока.
  • Благодаря способности конденсаторов долгое время накапливать заряд и затем быстро разряжаться в цепи с малым сопротивлением для создания импульса, делает их незаменимыми при производстве фотовспышек, ускорителей электромагнитного типа, лазеров и т. п.
  • Способность конденсатора накапливать и сохранять электрический заряд на продолжительное время, сделало возможным использование его в элементах для сохранения информации. А так же в качестве источника питания для маломощных устройств. Например, пробника электрика, который достаточно вставить в розетку на пару секунд пока не зарядится в нем встроенный конденсатор и затем можно целый день прозванивать цепи с его помощью. Но к сожалению, конденсатор значительно уступает в способности накапливать электроэнергию аккумуляторной батареи из-за токов утечки (саморазряда) и неспособности накопить электроэнергию большой величины.
  • Конденсаторы используются при подключении электродвигателя 380 на 220 Вольт. Он подключается к третьему выводу, и благодаря тому что он сдвигает фазу на 90 градусов на третьем выводе- становится возможным использования трехфазного мотора в однофазной сети 220 Вольт.
  • В промышленности конденсаторные установки применяются для компенсации реактивной энергии.

В следующей статье мы рассмотрим подробно основные характеристики и типы конденсаторов.

§52. Конденсаторы, их назначение и устройство

Заряд и разряд конденсатора.

Конденсатор представляет собой устройство, способное накапливать электрические заряды. Простейшим конденсатором являются две металлические пластины (электроды), разделенные каким-либо диэлектриком.Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com Конденсатор 2 можно зарядить, если соединить его электроды с источником 1 электрической энергии постоянного тока (рис. 181, а).

Рис. 181. Заряд и разряд конденсатора

При заряде конденсатора свободные электроны, имеющиеся на одном из его электродов, устремляются к положительному полюсу источника, вследствие чего этот электрод становится положительно заряженным. Электроны с отрицательного полюса источника устремляются ко второму электроду и создают на нем избыток электронов, поэтому он становится отрицательно заряженным.

В результате протекания зарядного тока i3 на обоих электродах конденсатора образуются равные, но противоположные по знаку заряды и между ними возникает электрическое поле, создающее между электродами конденсатора определенную разность потенциалов. Когда эта разность потенциалов станет равной напряжению источника тока, движение электронов в цепи конденсатора, т. е. прохождение по ней тока i3 прекращается. Этот момент соответствует окончанию процесса заряда конденсатора.

При отключении от источника (рис. 181,б) конденсатор способен длительное время сохранять накопленные электрические заряды. Заряженный конденсатор является источником электрической энергии, имеющим некоторую э. д. с. ес. Если соединить электроды заряженного конденсатора каким-либо проводником (рис. 181, в), то конденсатор начнет разряжаться.

При этом по цепи пойдет ток iр разряда конденсатора. Начнет уменьшаться и разность потенциалов между электродами, т. е. конденсатор будет отдавать накопленную электрическую энергию во внешнюю цепь.

В тот момент, когда количество свободных электронов на каждом электроде конденсатора станет одинаковым, электрическое поле между электродами исчезнет и ток станет равным нулю. Это означает, что произошел полный разряд конденсатора, т. е. он отдал накопленную им электрическую энергию.

Емкость конденсатора.

Свойство конденсатора накапливать и удерживать электрические заряды характеризуется его емкостью.Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com Чем больше емкость конденсатора, тем больше накопленный им заряд, так же как с увеличением вместимости сосуда или газового баллона увеличивается объем жидкости или газа в нем.

Емкость С конденсатора определяется как отношение заряда q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов между его электродами (приложенному напряжению)U:

C = q / U (69)

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (Ф). Емкостью в 1 Ф обладает конденсатор, у которого при сообщении заряда в 1 Кл разность потенциалов возрастает на 1 В. В практике преимущественно пользуются более мелкими единицами: микрофарадой (1 мкФ=10-6 Ф), пикофарадой (1 пФ = 10-12 мкФ).

Емкость конденсатора зависит от формы и размеров его электродов, их взаимного расположения и свойств диэлектрика, разделяющего электроды. Различают плоские конденсаторы, электродами которых служат плоские параллельные пластины (рис. 182, а), и цилиндрические (рис. 182,б).

Рис. 182. Плоский (а) и цилиндрический (б) конденсаторы

Свойствами конденсатора обладают не только специально изготовленные на заводе устройства, но и любые два проводника, разделенные диэлектриком. Емкость их оказывает существенное влияние на работу электротехнических установок при переменном токе.

Например, конденсаторами с определенной емкостью являются два электрических провода, провод и земля (рис. 183, а), жилы электрического кабеля, жилы и металлическая оболочка кабеля (рис. 183,6).

Рис. 183. Емкости, образованные проводами воздушной линии (а) и жилами кабеля (б)

Устройство конденсаторов и их применение в технике.

В зависимости от применяемого диэлектрика конденсаторы бывают бумажными, слюдяными, воздушными (рис. 184).

Рис. 184. Общие виды применяемых конденсаторов: 1 — слюдяные; 2 — бумажные; 3 — электролитический; 4 — керамический

Используя в качестве диэлектрика вместо воздуха слюду, бумагу, керамику и другие материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, удается при тех же размерах конденсатора увеличить в несколько раз его емкость.Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com Для того чтобы увеличить площади электродов конденсатора, его делают обычно многослойным.

В электротехнических установках переменного тока обычно применяют силовые конденсаторы. В них электродами служат длинные полосы из алюминиевой, свинцовой или медной фольги, разделенные несколькими слоями специальной (конденсаторной) бумаги, пропитанной нефтяными маслами или синтетическими пропитывающими жидкостями.

Ленты фольги 2 и бумаги 1 сматывают в рулоны (рис. 185), сушат, пропитывают парафином и помещают в виде одной или нескольких секций в металлический или картонный корпус. Необходимое рабочее напряжение конденсатора обеспечивается последовательным, параллельным или последовательно-параллельным соединениями отдельных секций.

Рис. 185. Устройство бумажного (а) и электролитического (б) конденсаторов

Всякий конденсатор характеризуется не только значением емкости, но и значением напряжения, которое выдерживает его диэлектрик. При слишком больших напряжениях электроны диэлектрика отрываются от атомов, диэлектрик начинает проводить ток и металлические электроды конденсатора замыкаются накоротко (конденсатор пробивается).

Напряжение, при котором это происходит, называют пробивным. Напряжение, при котором конденсатор может надежно работать неограниченно долгое время, называют рабочим. Оно в несколько раз меньше пробивного.

Конденсаторы широко применяют в системах энергоснабжения промышленных предприятий и электрифицированных железных дорог для улучшения использования электрической энергии при переменном токе.

На э. п. с. и тепловозах конденсаторы используют для сглаживания пульсирующего тока, получаемого от выпрямителей и импульсных прерывателей, борьбы с искрением контактов электрических аппаратов и с радиопомехами, в системах управления полупроводниковыми преобразователями, а также для создания симметричного трехфазного напряжения, требуемого для питания электродвигателей вспомогательных машин.

В радиотехнике конденсаторы служат для создания высокочастотных электромагнитных колебаний, разделения электрических цепей постоянного и переменного тока и др.Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com

В цепях постоянного тока часто устанавливают электролитические конденсаторы. Их изготовляют из двух скатанных в рулон тонких алюминиевых лент 3 и 5 (рис. 185,б), между которыми проложена бумага 4, пропитанная специальным электролитом (раствор борной кислоты с аммиаком в глицерине).

Алюминиевую ленту 3 покрывают тонкой пленкой окиси алюминия; эта пленка образует диэлектрик, обладающий высокой диэлектрической проницаемостью. Электродами конденсатора служат лента 3, покрытая окисной пленкой, и электролит; вторая лента 5 предназначена лишь для создания электрического контакта с электролитом. Конденсатор помещают в цилиндрический алюминиевый корпус.

При включении электролитического конденсатора в цепь постоянного тока необходимо строго соблюдать полярность его полюсов; электрод, покрытый окисной пленкой, должен быть соединен с положительным полюсом источника тока. При неправильном включении диэлектрик пробивается.

По этой причине электролитические конденсаторы нельзя включать в цепи переменного тока. Их нельзя также использовать в устройствах, работающих при высоких напряжениях, так как окисная пленка имеет сравнительно небольшую электрическую прочность.

В радиотехнических устройствах применяют также конденсаторы переменной емкости (рис. 186).

Рис. 186. Устройство конденсатора переменной емкости

Такой конденсатор состоит из двух групп пластин: неподвижных 2 и подвижных 3, разделенных воздушными промежутками. Подвижные пластины могут перемещаться относительно неподвижных; при повороте оси 1 конденсатора изменяется площадь взаимного перекрытия пластин, а следовательно, и емкость конденсатора.

Способы соединения конденсаторов.

Конденсаторы можно соединять последовательно и параллельно. При последовательном соединении нескольких (например, трех), конденсаторов (рис. 187, а) эквивалентная емкость

1 /Cэк = 1 /C1 + 1 /C2 + 1 /C3

эквивалентное емкостное сопротивление

XCэк= XC1 + XC2 + XC3

результирующее емкостное сопротивление

Cэк = C1 + C2 + C3

При параллельном соединении конденсаторов (рис.Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com 187,б) их результирующая емкость

1 /XCэк = 1 /XC1 + 1 /XC2 + 1 /XC3

Рис. 187. Последовательное (а) и параллельное (б) соединения конденсаторов

Включение и отключение цепей постоянного тока с конденсатором.

При подключении цепи R-C к источнику постоянного тока и при разряде конденсатора на резистор также возникает переходный процесс с апериодическим изменением тока i и напряжения uc.

При подключении к источнику постоянного тока цепи R-C выключателем В1 (рис. 188,а) происходит заряд конденсатора. В начальный момент зарядный ток Iнач=U /R. Но по мере накопления зарядов на электродах конденсатора напряжение его и с будет возрастать, а ток уменьшаться (рис. 188,б).

Рис. 188. Схема подключения цепи R-C к источнику постоянного тока (а) и кпивые тока и напряжения при переходном процессе (б) кривые

Если сопротивление R мало, то в начальный момент подключения конденсатора возникает большой екачок тока, значительно превышающий номинальный ток данной цепи. При разряде конденсатора на резистор R (размыкается выключатель В1 на рис. 189, а) напряжение на конденсаторе uс и ток i постепенно уменьшаются до нуля (рис. 189,б).

Рис. 189. Схема разряда емкости С на резистор R (а) и кривые тока и напряжения при переходном процессе (б)

Скорость изменения тока i и напряжения ис при переходном процессе отделяется постоянной времени

T = RC

Чем больше R и С, тем медленнее происходит заряд конденсатора.

Процессы заряда и разряда конденсатора широко используют в электронике и автоматике. С помощью их получают периодаческие несинусоидальные колебания, называемые релаксационными, и, в частности, пилообразное напряжение, необходимое для работы систем управления тиристорами, осциллографов и других устройств.

Для получения пилообразного напряжения (рис. 190) периодически подключают конденсатор к источнику питания, а затем к разрядному резистору.Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com

Рис. 190. Кривая пилообразного напряжения

Периоды Т1 и T2, соответствующие заряду и разряду конденсатора, определяются постоянными времени цепей заряда Т3 и разряда Тр, т. е. сопротивлениями резисторов, включенных в эти цепи.

Свойства электролитического конденсатора. Устройство и особенности.

Устройство и особенности электролитических конденсаторов

Главная особенность электролитических конденсаторов, наверняка, состоит в том, что они по сравнению с остальными обладают большой ёмкостью и довольно небольшими габаритами.

Широко распространённые алюминиевые конденсаторы по сравнению с другими имеют некоторые специфические свойства, которые следует учитывать при их использовании.

За счёт того, что алюминиевые обкладки электролитических конденсаторов скручивают для помещения в цилиндрический корпус, образуется индуктивность. Эта индуктивность во многих случаях нежелательна. Также алюминиевые электролитические конденсаторы обладают так называемым эквивалентным последовательным сопротивлением (ЭПС или на зарубежный манер, ESR). Чем ниже ESR конденсатора, тем он качественнее и более пригоден для работы в цепях, где требуется фильтрация высокочастотных пульсаций. Примером может служить рядовой импульсный блок питания компьютера или адаптер питания ноутбука.

В основном электролитические конденсаторы служат для сглаживания пульсаций тока в цепях выпрямителей переменного тока. Кроме этого они активно используются в звуковоспроизводящей технике для разделения пульсирующего тока (ток звуковой частоты + постоянная составляющая) на постоянную и переменную составляющую тока звуковой частоты, которая подаётся на следующий каскад усиления. Такие конденсаторы называют разделительными.

В практике ремонта можно встретить неисправность, когда разделительный конденсатор «высыхает», а, следовательно, теряет изначальную ёмкость. При этом он плохо разделяет ток звуковой частоты от пульсирующего и не пропускает звуковой сигнал на последующий каскад усиления.Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com Амплитуда звукового сигнала в соответствующем каскаде усиления резко снижается либо вносятся существенные искажения. Поэтому при ремонте усилителей и прочей звуковоспроизводящей аппаратуры стоит внимательно проверять исправность разделительных электролитических конденсаторов.

В связи с тем, что электролитические конденсаторы имеют полярность, то при работе на их обкладках должно поддерживаться постоянное напряжение. Это является их недостатком. В результате их можно применять в цепях с пульсирующим или постоянным током.

Кроме алюминиевых электролитических конденсаторов в современной электронике легко обнаружить и танталовые. У них нет жидкого электролита, он у них твёрдотельный. Также танталовые конденсаторы имеют достаточно низкое ESR, благодаря чему активно применяются в высокочастотной электронике. Из минусов можно отметить высокую стоимость и низкое номинальное напряжение, обычно не превышающее 75V. Более подробно о танталовых конденсаторах я рассказывал здесь.

Устройство алюминиевого электролитического конденсатора.

Чтобы узнать, как устроены алюминиевые электролитические конденсаторы, давайте распотрошим одного из них. На фото показан разобранный экземпляр ёмкостью 470 мкФ и на номинальное напряжение 400V.

Взял я его из промышленного частотника. Надо сказать, весьма неплохой конденсатор с низким ESR.

Конденсатор состоит из двух тонких алюминиевых пластин, к которым крепятся выводы. Между алюминиевыми пластинами помещается бумага. Она служит диэлектриком. Но это ещё не всё. В данном случае получается обычный бумажный конденсатор с малой ёмкостью.

Для того чтобы получить большую ёмкость и уменьшить размеры готового прибора, бумагу пропитывают электролитом. На фотках можно разглядеть желтоватый электролит на дне алюминиевого стакана.

Далее, пропитанную электролитом бумагу помещают между алюминиевыми обкладками. В результате электрохимических процессов алюминиевая фольга окисляется под действием электролита.Для чего служат конденсаторы: Для чего служат конденсаторы? - Школьные Знания.com На поверхности фольги образуется тонкий слой окисла – оксида алюминия (Al2O3). На вид можно легко определить сторону обкладки с тонким слоем окисла — она темнее.

Оксид алюминия является отличным диэлектриком и обладает свойством односторонней проводимости. Поэтому электролитические конденсаторы полярны и способны работать лишь в цепях с пульсирующим, либо постоянным током.

А что будет, если на электролитический конденсатор подать напряжение обратной полярности?

Если так произойдёт, то начнётся бурная электрохимическая реакция, которая сопровождается сильным нагревом. Электролит моментально вскипает и конденсатор «бабахает». Именно поэтому при установке такого конденсатора в схему нужно строго соблюдать полярность его включения.

Кроме оксида алюминия (Al2O3), благодаря которому удаётся изготавливать конденсаторы с большой электрической ёмкостью, применяются и другие уловки, чтобы увеличить ёмкость и уменьшить размеры готового изделия. Известно, что ёмкость зависит не только от толщины слоя диэлектрика, но и от площади обкладок. Чтобы её увеличить применяют метод травления, аналогичный тому, что используют в своей практике радиолюбители для изготовления печатных плат. На поверхности алюминиевой обкладки вытравливают канавки. Размеры этих канавок малы и их очень много. За счёт этого активная площадь обкладки увеличивается, а, следовательно, и ёмкость.

Если присмотреться, то на алюминиевой обкладке можно заметить еле заметные полоски, наподобие дорожек на грампластинке. Это и есть те самые канавки.

В неполярных электролитических конденсаторах окисляются обе алюминиевые обкладки. В результате он становиться неполярным.

Особенности применения электролитических конденсаторов.

Нетрудно заметить, что на верхней части цилиндрического корпуса у большинства радиальных электролитических конденсаторов нанесена защитная насечка — клапан.

Дело в том, что если на электролит воздействует переменное напряжение, то конденсатор сильно разогревается и жидкий электролит начинает испаряться, давить на стенки корпуса. Из-за этого он может «хлопнуть». Поэтому на корпусе и наноситься защитный клапан, чтобы под действием избыточного давления он открылся и предотвратил «взрыв» конденсатора, выпустив закипающий электролит наружу.

«Взорвавшийся» электролитический конденсатор

Отсюда исходит правило, которое необходимо учитывать при самостоятельном конструировании электроники и ремонте радиоаппаратуры. При диагностике неисправности, а также при первом включении конструируемого или ремонтируемого аппарата, необходимо держаться на расстоянии от электролитических конденсаторов. В случае если при сборке в схеме была допущена ошибка, приводящая к завышению предельного рабочего напряжения конденсатора, либо воздействию на него переменного тока, конденсатор нагреется и «хлопнет». При этом сработает защитный клапан, и электролит под давлением рванёт наружу. Нельзя допускать, чтобы электролит попадал на кожу и тем более в глаза!

Выход из строя электролитического конденсатора не редкость. По внешнему виду можно сразу определить его неисправность. Вот лишь несколько примеров. Все эти конденсаторы пострадали из-за превышения допустимого напряжения.

Автомобильный усилитель. Как видим, «хлопнула» целая грядка электролитов во входном фильтре. Видимо на усилитель подали 24V вместо положенных 12.

Далее — жертва «сетевой атаки». В электросети 220V резко подскочило напряжение из-за обледенения вводов. Как результат, полная неработоспособность блока питания ноутбука. Кондик просто испустил пар. Насечка на корпусе вскрылась.

Маленькое отступление.

Помнится, в студенческую пору была распространена известная забава. Брался электролитический конденсатор, к его выводам подпаивались проводки и в таком виде конденсатор кратковременно подключался к розетке электроосветительной сети 220 Вольт. Он заряжался, накапливая заряд. Далее, ради «прикола» выводами кондёра касались руки ни в чем не подозревающего человека. Тот, естественно, ничего не подозревает и его дёргает небольшой электрический удар. Так вот, делать это крайне опасно!

Как сейчас помню, когда перед началом практики старший мастер строго запретил данную забаву, аргументировав это тем, что был случай, когда парнишке сильно повредило кисть руки, когда тот решил «зарядить» электролитический конденсатор от розетки 220 В. Конденсатор, не выдержав поданного переменного напряжения, взорвался в его руке!

Электролитический конденсатор может выдержать несколько «экспериментальных» попыток заряда от электросети, но может и хлопнуть в любой момент. Всё зависит как от конструкции конденсатора, так и от приложенного напряжения. Данная информация приведена лишь с целью предупредить о крайней опасности таких экспериментов, которые могут закончиться печально.

При ремонте радиоаппаратуры не стоит забывать о том, что после выключения прибора электролитические конденсаторы некоторое время сохраняют электрический заряд. Перед проведением работ их необходимо разряжать. Особенно это стоит учитывать при ремонте всевозможных импульсных блоков питания и выпрямителей, электролитические конденсаторы в которых имеют значительную ёмкость и рабочее напряжение, достигающее 100 – 400 вольт.

Если нечаянно коснуться его выводов, то можно получить неприятный электрический удар. Иногда после таких случаев можно заметить лёгкий ожог кожного покрова в месте касания электродов. О том, как разрядить конденсатор перед проведением работ или измерений уже упоминалось в статье как проверить конденсатор.

Мощные электролитические конденсаторы ёмкостью 10000 мкФ. в блоке питания усилителя Marantz

При использовании электролитических конденсаторов стоит помнить, что рабочее напряжение на них должно соответствовать 80% от номинального рабочего напряжения. Это правило стоит учитывать, если вы хотите обеспечить долгую и стабильную работу конденсатора. Так, если в схеме на конденсатор будет действовать напряжение в 50 вольт, то его стоит выбирать на рабочее напряжение 63 вольта или более. Если установить конденсатор с меньшим рабочим напряжением, то он скоро выйдет из строя.

Как и у любой другой радиодетали, у электролитического конденсатора есть допустимый диапазон рабочей температуры. На его корпусе обычно указывается верхний порог, например +85 или +105.

Для разных моделей конденсаторов диапазон рабочей температуры может простираться от -60 до +850C. Или же от -25 до +1050С. Более конкретно узнать допустимый диапазон температур для конкретного изделия можно из документации на него.

Поскольку в электролитических конденсаторах присутствует жидкий электролит, то он со временем высыхает. При этом теряется его ёмкость. Именно поэтому их не рекомендуется размещать рядом с сильно нагревающимися элементами, например, радиаторами охлаждения или же в плохо вентилируемом корпусе.

Стоит отметить тот факт, что электролиты — это ахиллесова пята любой электроники. По своему опыту скажу, что это одна из самых ненадёжных, некачественных и, при этом, дорогих деталей. Качество во многом зависит от производителя. Но это уже другой разговор.

Кроме электролитических конденсаторов в аппаратуре можно встретить и другой элемент, который обладает куда большей ёмкостью и меньшими габаритами, чем классический электролит. Это — ионистор.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Холодильные конденсаторы —

 Конденсатор – это один из основных элементов холодильных установок.

В составе холодильных установок, конденсаторы служат для  передачи тепла окружающей среде, имеющей более низкую температуру. Количество сбрасываемого тепла соответствует сумме тепла, отобранного от продукта в испарителе, и тепла от работы компрессора на сжатие. Проще говоря, с помощью конденсаторов теплота, отобранная от продукта, выбрасывается в атмосферу.

Для использования данного тепла с пользой, нужно организовывать систему рекуперации тепла.

Во время передачи тепла, в конденсаторе происходит фазовый переход хладагента от газообразного состояния (перегретого пара) к жидкому.

Теплота передаётся окружающей среде с более низкой температурой. Окружающей средой в процессе теплообмена может быть воздух или вода.

Холодильные конденсаторы, охлаждающие хладагент с помощью воды, разделяются на типы: кожухотрубный или пластинчатый конденсатор, испарительный конденсатор, градирня.

Холодильные конденсаторы для охлаждения фреона воздухом называются — конденсаторы воздушного охлаждения.

В настоящее время, для конденсации холодильного агента применяют, в основном, в Челябинске конденсаторы воздушного охлаждения.

Воздушный конденсатор состоит из набора труб с оребрением, где принудительную циркуляцию воздуха обеспечивают вентиляторы.

Воздушные конденсаторы, в составе холодильных установок, конструктивно могут быть сделаны на одной раме с компрессорным агрегатом или быть выносными. Холодильные агрегаты при этом будут компрессорно-конденсаторные либо компрессорно-ресиверные.

Вынос воздушного конденсатора на улицу или в другую окружающую среду с меньшей температурой позволяет отводить лишнее тепло из помещения. Часто нет другого варианта при проведении монтажных работ, из-за невозможности обеспечения нормальной конденсации внутри помещения в составе компрессорно-конденсаторного агрегата.

При эксплуатации холодильной установки необходимо всегда следить за чистотой конденсатора, так как его загрязнения ведут к повышенной температуре конденсации, повышенному давлению и негативным последствиям.

Перейдя по ссылке Вы можете посмотреть фотографии холодильных конденсаторов, установленных нами.

На сегодняшний день, воздушные конденсаторы в Челябинске представлены, в основном,  такими фирмами производителями как Alfa Laval, Lamel, Guntner, Technoholod и т.д.

Компания RiM предлагает значительный выбор холодильных конденсаторов в Челябинске от лучших мировых фирм-производителей. Осуществляем поставку и монтаж воздушных конденсаторов в Челябинске и регионе.

Конденсаторы в энергетике | Силовые электрические конденсаторы

Страница 21 из 26

ПРИМЕНЕНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ. КОНДЕНСАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ И БАТАРЕИ

При передаче электрической энергии от места ее получения — электрической станции — к потребителю в линиях электропередачи (ЛЭП), распределительных сетях и связанных с ними устройствах теряется в общей сложности более 15% всей вырабатываемой энергии и вопрос снижения потерь приобретает важное экономическое значение. Значительную долю в них составляют потери, обусловленные протеканием реактивного (индуктивного) тока, что, помимо прочего, снижает также устойчивость работы энергосистемы. Снижение его потребления от генератора генерированием реактивной мощности у потребителя является основным путем повышения экономичности энергосистемы и надежности ее работы, а также улучшения качества электрической энергии. Генерирование реактивной мощности у потребителя обычно называют компенсацией реактивной мощности, а наиболее удобным и экономичным источником ее являются конденсаторы, выполняющие функцию энергосберегающего оборудования. В условиях промышленного предприятия конденсаторы, используемые для этих целей, обычно комплектуются в виде небольших батарей, называемых конденсаторными установками. В табл. 19.1 приведены значения реактивной мощности на 1 кВт установленной, которые должны быть подключены для повышения коэффициента мощности от его фактического значения cosфi до требуемого cosф2.

Конденсаторы как источники реактивной мощности используются не только в сетях промышленной частоты, но также и на других частотах, как, например, в электротермических установках на частоты 0,5—10 кГц для нагрева металлов под ковку, штамповку и для закалки, для плавки металлов и некоторых других веществ.
По мере развития ЛЭП, увеличения их протяженности и оснащения автоматикой возникла необходимость в цепях управления ею и в оперативной связи, для чего стали использовать провода самой ЛЭП. Подключение к ЛЭП устройств связи и управления производится с помощью специальных конденсаторов связи, подключающих их непосредственно к фазе ЛЭП и являющихся частью ее оборудования (рис. 19.1).

cos ф

cos ф (желаемый)

0,84

0,86

0.88

0,90

0,92

0,94

0,96

0.98

1,00

0,50

1,09

1,14

1,20

1.25

1.31

1,37

1,44

1,53

1,75

0,52

1,00

1,05

1,06

1,11

1,16

1,22

1,28

1,44

1,64

0,54

0,92

0,97

1,02

1,08

1,14

1,20

1.27

1,36

1,56

0,56

0,84

0,89

0,94

1,00

1,05

1,12

1,19

1,28

1,48

0,58

0.76

0,81

0,87

0,92

0,98

1,02

1.11

1,20

1,41

0,60

0,69

0,74

0,80

0,85

0.91

0,97

1,04

1,13

1.33

0,62

0,62

0,67

0,72

0,78

0,84

0,89

0,97

1,06

1,27

0,64

0,56

0,61

0,67

0,72

0,78

0,84

0.91

1,00

1,20

0,66

0,49

0,55

0,60

0,66

0,71

0,78

0,85

0,94

1,14

0,68

0,43

0,49

0,54

0,60

0,65

0,72

0,79

0,88

1,08

0,70

0,38

0,43

0,49

0,54

0,60

0,66

0,73

0,82

1,02

0,72

0,32

0,37

0,32

0,48

0,54

0,67

0,67

0,76

0,97

0,74

0,26

0,33

0,37

0,43

0,48

0,55

0.62

0,71

0,91

0,76

0,21

0,28

0,32

0,37

0,43

0,50

0,56

0,65

0,86

0,78

0,16

0,21

0,27

0,32

0,38

0,44

0,51

0,60

0,80

0,80

0,10

0,16

0,21

0,27

0,33

0,39

0,46

0,55

0,75

0,82

0,05

0,10

0,16

0,22

0,27

0,33

0.40

0,49

0.70

0,84

0,05

0,10

0,16

0,22

0,28

0,35

0,44

0,65

0,86

0,06

0,11

0,17

0,23

0,30

0,39

0,59

0,88

0,06

0,11

0,17

0,25

0,33

0,54

0,90

0,06

0,12

0,17

0,25

0,48

0,92

0,06

0,13

0,22

0,43

0,94

0.07

0,16

0,36

На основе этих конденсаторов разработано устройство отбора небольших мощностей непосредственно от ЛЭП (рис. 19.2), а также измерительное устройство — конденсаторный трансформатор напряжения класса точности 0,5—для измерения напряжения ЛЭП. Конденсаторы аналогичной конструкции используются в высоковольтных выключателях с большим числом последовательных разрывных промежутков для выравнивания на них напряжения. Конденсаторные батареи широко используются в ЛЭП переменного тока. Они включаются или параллельно (шунтовые), или последовательно в рассечку ЛЭП (сериесные) и служат для повышения передаваемой мощности по ЛЭП и повышения устойчивости работы энергосистемы. Для комплектации шунтовых батарей промышленностью выпускаются стандартные блоки.

Для передачи больших мощностей на дальние расстояния помимо переменного тока высокого напряжения используется также и постоянный ток.

Рис. 19.1. Принципиальная схема канала высокочастотной связи но ЛЭП;

3— заградитель;         КС—конденсатор          связи:
ПК— полукомплект высокочастотной связи: Т— телефон

Рис. 19.2. Принципиальная схема отбора мощности от ЛЭП:

КС — конденсатор связи: КОМ — конденсатор отбора мощности: н- нагрузка

Имея ряд преимуществ — развязка по частоте соединяемых энергосистем, снятие проблемы устойчивости параллельной работы, возможность передачи энергии на большие расстояния, отсутствие влияния собственной индуктивности и др.— передача постоянным током требует для своего функционирования и большего объема оборудования, что накладывает  определенные ограничения на возможность ее экономически эффективного использования. Большой удельный вес в их оборудовании = около 30% стоимости всей ЛЭП — занимают конденсаторы. Они используются в них в качестве демпфирующих и выравнивающих элементов в преобразовательных устройствах и для комплектации фильтровых и шунтовых батарей как на приемном, так и на передающем концах линии, каждая из которых может иметь по несколько десятков тысяч конденсаторных единиц. На электрифицированном железнодорожном транспорте шунтовые и продольные конденсаторные установки являются составной частью тяговых подстанций. Шунтовые установки служат для компенсации реактивной мощности тяговой нагрузки, продольные — для повышения и стабилизации напряжения в условиях непрерывно изменяющейся тяговой нагрузки. В поездах метрополитена конденсаторы используются в схемах безреостатного регулирования частоты вращения тяговых двигателей.

Ассортимент выпускаемых промышленностью для различного применения конденсаторов приведен в [19.2].

Что такое твердотельный конденсатор — Ответы на вопросы

Твердотельный конденсатор — электролитический конденсатор, в котором вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер (PEDT) или полимеризованный органический полупроводник (TCNQ).

Также используются названия OS-CON, AO-CAPS, OC-CON, FPCAP.

Отличия от конденсаторов с жидким электролитом:

• Значительно больший срок службы
• Время наработки на отказ составляет порядка 50000 часов при температуре 85 °С
• Тем не менее, при максимально допустимой температуре (105 °С) заявленный срок службы полимерных конденсаторов такой же, как у традиционных электролитических конденсаторов и составляет 2000—5000 часов
• Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR) меньше по величине по сравнению с сопротивлением жидко-электролитического конденсатора и слабо зависит от температуры
• Поэтому необходима меньшая ёмкость для использования твердотельного конденсатора в качестве шунтирующего (по переменной составляющей)
• Тем не менее не все модели имеют ЭПС меньшее, чем у аналогичных жидко-электролитических
• Рабочие напряжения до 35 Вольт
• Более высокая цена.

Конструкция:

• Катод — алюминиевая или танталовая фольга
• Прокладка пропитанная электролитом
• Анод — алюминиевая или танталовая фольга с оксидным слоем
• Лента свёртывается в рулон и упаковывается в корпус (с выводами или для поверхностного монтажа)
• Твердотельные конденсаторы (за редким исключением) не имеют клапана или насечки на корпусе, так как твёрдый электролит не способен вскипеть и вызвать взрыв корпуса.

Чем эти конденсаторы лучше обычных.

Во-первых, в них вместо жидкого электролита, использован твёрдый полимерный электролит, что исключает его испарение и протекание в наружу.

Во-вторых, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) ниже, что позволяет использовать в тех же условиях, конденсаторы меньшей емкости и меньшего размера.

И в третьих они мало чувствительны к перепаду температур.

Всё это позволяет твердотельным конденсаторам, безотказно работать в шесть раз дольше обычных!
А значит и аппаратура служит дольше и работает стабильней.
Ведь зависания и артефакты на экране могут быть не только следствием неправильной работы программного обеспечения, но и неисправности самого оборудования.

Итак, может ли это стать основным критерием при выборе аппаратуры для долговечных и надежных систем?
Однозначно да.

Цветовая раскраска никаких технологических характеристик не обозначает, просто разные производители используют разные цвета, например:

Зеленовато-голубой — Chemicon
Сиреневый — Sanyo
Красный — Fujitsu
Синий — Nichicon

В то же время компания MSI считает, что твердотельным конденсатором осталось не так уж много времени, и в скором будущем их заменят на что-то более современное.
Это мнение подтверждает тот факт, что MSI уже начала использовать новые конденсаторы под названием Hi-c CAP.

Этот набор букв расшифровывается как Highly-Conductive Polymerized Capacitor (полимерный конденсатор с высокой проводимостью).

Такие конденсаторы наделены сердцевиной из тантала, считающегося довольно редким металлом.

Они служат намного дольше обычных твердотельных конденсаторов и обладают очень высокой проводимости из-за низкого ESR.
На работоспособность конденсаторов Hi-c CAP никак не влияют изменения температуры, что на руку настоящим оверклокерам, любящим разгонять железо.

Если обратиться к сравнительному анализу, то конденсаторы типа Hi-c CAP имеют в 8 раз более длительный срок службы в сравнении с обычными твердотельными конденсаторами, обладают в 15 раз меньшими токами утечки и способны работать в течение 16 лет подряд даже при температуре 85 градусов Цельсия.

И еще одно преимущество конденсаторов Hi-c CAP — это их плоская форма.
Благодаря этому, они никоим образом не препятствуют потокам воздуха внутри системного блока и, соответственно, не являются косвенной причиной перегрева, скажем, видеокарты или процессора.

Как работают конденсаторы? — Объясни, что материал

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 10 июля 2020 г.

Часто смотрите в небо, и вы увидите огромные конденсаторы
парит над твоей головой. Конденсаторы (иногда называемые конденсаторами)
устройства хранения энергии, которые широко используются в телевизорах,
радиоприемники и другое электронное оборудование. Настройте радио на
станции, сделайте снимок со вспышкой с помощью цифрового
камеру или щелкни
каналов на вашем HDTV, и у вас все хорошо
использование конденсаторов.В
конденсаторы, которые дрейфуют по небу, более известны как облака и
хотя они совершенно гигантские по сравнению с конденсаторами, которые мы используем
в электронике они точно так же накапливают энергию. Давайте принимать
подробнее рассмотрим конденсаторы и как они работают!

Фотография: Типичный конденсатор, используемый в электронных схемах.
Этот называется электролитическим конденсатором и рассчитан на 4,7 мкФ (4,7 мкФ).
с рабочим напряжением 350 вольт (350 В).

Что такое конденсатор?

Фото: Маленький конденсатор в транзисторной радиосхеме.

Возьмем два электрических проводника (то, что пропускает электричество
через них) и разделите их изолятором (материал
который
не пропускает электричество очень хорошо) и вы делаете конденсатор:
то, что может хранить электрическую энергию.
Добавление электроэнергии
к конденсатору называется зарядка ; высвобождая энергию из
Конденсатор известен как разрядный .

Конденсатор немного похож на батарею,
но у него другая работа по сравнению с
делать.Батарея использует химические вещества для хранения электрической энергии и высвобождения
это очень медленно через цепь; иногда (в случае кварца
смотреть) это может занять несколько лет. Конденсатор обычно высвобождает
это
энергия намного быстрее — часто за секунды или меньше. Если вы берете
например, снимок со вспышкой, вам понадобится камера, чтобы
огромная вспышка света за доли секунды. Конденсатор прилагается
к вспышке заряжается в течение нескольких секунд, используя энергию вашего
аккумуляторы фотоаппарата. (Для зарядки конденсатора требуется время, и это
почему обычно приходится немного подождать.)
Как только конденсатор полностью заряжен, он может высвободить всю эту энергию.
в мгновение ока через ксеноновую лампочку-вспышку. Зап!

Конденсаторы

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

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

Изображение: как электролитический конденсатор изготавливается путем скатывания листов алюминиевой фольги (серого цвета) и диэлектрического материала (в данном случае бумаги или тонкой марли, пропитанной кислотой или другим органическим химическим веществом).Листы фольги подключаются к клеммам (синим) наверху, поэтому конденсатор можно подключить в цепь. Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США из патента США 2089683: Электрический конденсатор Фрэнка Кларка, General Electric, 10 августа 1937 г.

Вы можете зарядить конденсатор, просто подключив его к
электрическая цепь. При включении питания электрический заряд
постепенно накапливается на пластинах. Одна пластина получает положительный заряд
а другая пластина получает равный и противоположный (отрицательный) заряд.Если
вы отключаете питание, конденсатор держит заряд
(хотя со временем он может медленно вытекать). Но если подключить
конденсатор ко второй цепи, содержащей что-то вроде электрического
электродвигателя или лампочки-вспышки, заряд будет стекать с конденсатора через
двигатель или лампу, пока на пластинах не останется ничего.

Хотя конденсаторы фактически выполняют только одну работу (хранение
заряда), их можно использовать для самых разных целей в области электротехники.
схемы. Их можно использовать в качестве устройств отсчета времени (потому что для этого требуется
определенное, предсказуемое количество времени для их зарядки), как фильтры
(схемы, которые пропускают только определенные сигналы), для сглаживания
напряжение в цепях, для настройки (в радиоприемниках и телевизорах), а также для
множество других целей.Большие суперконденсаторы также могут быть
используется вместо батареек.

Что такое емкость?

Количество электрической энергии, которую может хранить конденсатор, зависит от
его емкость . Емкость конденсатора немного похожа на
размер ведра: чем больше ведро, тем больше воды оно может вместить;
чем больше емкость, тем больше электричества может выдержать конденсатор.
хранить. Есть три способа увеличить емкость
конденсатор. Один из них — увеличить размер тарелок.Другой —
сдвиньте пластины ближе друг к другу. Третий способ — сделать
диэлектрик как можно лучше изолятор. Конденсаторы используют
диэлектрики из всевозможных материалов. В транзисторных радиоприемниках
настройка осуществляется большим переменным конденсатором , который
между пластинами нет ничего, кроме воздуха. В большинстве электронных схем
конденсаторы представляют собой герметичные компоненты с диэлектриками из керамики.
такие как слюда и стекло, бумага, пропитанная маслом,
или пластмассы, такие как
майлар.

Фото: Этот переменный конденсатор прикреплен к главной шкале настройки в транзисторном радиоприемнике.Когда вы поворачиваете циферблат пальцем, вы поворачиваете ось, проходящую через конденсатор. Это вращает набор тонких металлических пластин, так что они перекрываются в большей или меньшей степени с другим набором пластин, продетых между ними. Степень перекрытия пластин изменяет емкость, и именно это настраивает радио на определенную станцию.

Как измерить емкость?

Размер конденсатора измеряется в единицах, называемых фарад
(F), названный в честь английского пионера электротехники Майкла Фарадея (1791–1867).Один
фарад — это огромная емкость
так что на практике большинство конденсаторов, с которыми мы сталкиваемся, просто
доли фарада — обычно микрофарады (миллионные доли фарада, пишется мкФ),
нанофарады (тысячные доли фарада, написанные нФ), и
пикофарады (миллионные доли фарада, написано пФ).
Суперконденсаторы хранят гораздо большие заряды,
иногда оценивается в тысячи фарадов.

Почему конденсаторы накапливают энергию?

Если вы находите конденсаторы загадочными и странными, и они на самом деле не имеют для вас смысла,
вместо этого попробуйте подумать о гравитации.Предположим, вы стоите внизу какой-то ступеньки.
и вы решаете начать восхождение. Вы должны поднять свое тело против земного притяжения,
которая является притягивающей (тянущей) силой. Как говорят физики, чтобы подняться, нужно «работать».
лестница (работать против силы тяжести) и использовать энергию. Энергия, которую вы используете, не теряется,
но хранится в вашем теле в виде гравитационной потенциальной энергии, которую вы могли бы использовать для других целей
(например, спуск вниз по горке на уровень земли).

То, что вы делаете, когда поднимаетесь по ступеням, лестницам, горам или чему-либо еще, работает против Земли.
гравитационное поле.Очень похожая вещь происходит с конденсатором. Если у вас положительный
электрический заряд и отрицательный электрический заряд, они притягиваются друг к другу, как противоположное
полюса двух магнитов — или как ваше тело и Земля. Если вы их разделите, вам придется «работать» против этого электростатического заряда.
сила. Опять же, как и при подъеме по ступеням, энергия, которую вы используете, не теряется, а накапливается в зарядах, когда они
отдельный. На этот раз он называется , электрическая потенциальная энергия . И это, если вы не догадались
к настоящему времени это энергия, которую накапливает конденсатор.Две его пластины содержат противоположные заряды и
разделение между ними создает электрическое поле.
Вот почему конденсатор накапливает энергию.

Почему у конденсаторов две пластины?

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

Как мы уже видели, конденсаторы имеют две токопроводящие пластины.
разделены изолятором. Чем больше тарелки, тем ближе они
являются, и чем лучше изолятор между ними, тем больше заряда
конденсатор можно хранить. Но почему все это правда? Почему бы и нет
у конденсаторов всего одна большая пластина? Попробуем найти простой и
удовлетворительное объяснение.

Предположим, у вас есть большой металлический шар, установленный на изоляционном
деревянная подставка.Вы можете хранить определенное количество электрического заряда на
сфера; чем он больше (чем больше радиус), тем больше заряда
вы можете хранить, и чем больше заряда вы храните, тем больше
потенциал (напряжение) сферы. Однако в конце концов вы достигнете
точка, в которой, если вы добавите хотя бы один дополнительный электрон (
наименьшая возможная единица заряда) конденсатор перестанет работать.
Воздух вокруг него разобьется, превратившись из изолятора в
проводник: заряд будет лететь по воздуху на Землю (землю) или
другой ближайший проводник в виде искры — электрического тока — в мини
заряд молнии.Максимальный заряд, который вы можете хранить на
сфера — это то, что мы подразумеваем под ее емкостью. Напряжение (В), заряд
(Q), и емкость связаны очень простым уравнением:

C = Q / V

Таким образом, чем больше заряда вы можете сохранить при данном напряжении, не вызывая
воздух для разрушения и искры, тем выше емкость. Если бы ты мог
как-то хранить больше заряда на сфере, не доходя до точки
там, где вы создали искру, вы бы эффективно увеличили ее
емкость. Как ты мог это сделать?

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

Как увеличить емкость?

Интуитивно очевидно, что если вы сделаете тарелки больше, вы сможете хранить
больше заряда (так же, как если бы вы сделали шкаф больше, вы можете набить больше
вещи внутри него).Так что увеличение площади пластин также
увеличивает емкость. Менее очевидно, если мы уменьшим расстояние
между пластинами, что также увеличивает емкость. Это
ведь чем короче расстояние между пластинами, тем больше эффект
пластины располагаются одна на другой. Вторая тарелка, будучи ближе,
еще больше снижает потенциал первой пластины, и это
увеличивает емкость.

Изображение: диэлектрик увеличивает емкость конденсатора за счет уменьшения электрического
поле между пластинами, что снижает потенциал (напряжение) каждой пластины.Это означает, что вы можете хранить больше
заряд на пластинах при одинаковом напряжении. Электрическое поле в этом конденсаторе исходит от положительной пластины.
слева к отрицательной пластине справа. Поскольку противоположные заряды притягиваются, полярные молекулы (серые) диэлектрика выстраиваются в линию противоположным образом — и это то, что уменьшает поле.

Последнее, что мы можем сделать, чтобы увеличить емкость, это
изменить диэлектрик (материал между пластинами). Воздух работает неплохо, но
другие материалы даже лучше.Стекло как минимум в 5 раз больше
эффективнее воздуха, поэтому самые ранние конденсаторы (Leyden
банки, используя обычное стекло в качестве диэлектрика) работали так хорошо, но
это тяжело, непрактично, и его трудно втиснуть в небольшие помещения. Вощеный
бумага примерно в 4 раза лучше воздуха, очень тонкая, дешевая, легко
изготавливать крупными кусками и легко скатывать, что делает его отличным,
практический диэлектрик. Лучшие диэлектрические материалы сделаны из полярных
молекулы (с более положительным электрическим зарядом с одной стороны и
с другой стороны, больше отрицательного электрического заряда).Когда они сидят в
электрическое поле между двумя пластинами конденсатора, они совпадают со своими
заряды направлены напротив поля, что эффективно его уменьшает.
Это снижает потенциал на пластинах и, как и раньше, увеличивает
их емкость. Теоретически вода, состоящая из крошечных
полярные молекулы, будут отличным диэлектриком, примерно в 80 раз
лучше воздуха. На практике, правда, не все так хорошо (протекает и
высыхает и превращается из жидкости в лед или пар при относительно
умеренные температуры), поэтому в реальных конденсаторах он не используется.

Диаграмма: Различные материалы делают диэлектрики лучше или хуже в зависимости от того, насколько хорошо они изолируют пространство между пластинами конденсатора и уменьшают электрическое поле между ними. Измерение, называемое относительной диэлектрической проницаемостью, говорит нам, насколько хорошим будет диэлектрик. Вакуум является наихудшим диэлектриком, и его относительная диэлектрическая проницаемость равна 1. Другие диэлектрики измеряются относительно (путем сравнения) с вакуумом. Воздух примерно такой же. Бумага примерно в 3 раза лучше.Спирт и вода, которые имеют полярные молекулы, являются особенно хорошими диэлектриками.

Как работают конденсаторы? — Объясни, что материал

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 10 июля 2020 г.

Часто смотрите в небо, и вы увидите огромные конденсаторы
парит над твоей головой. Конденсаторы (иногда называемые конденсаторами)
устройства хранения энергии, которые широко используются в телевизорах,
радиоприемники и другое электронное оборудование. Настройте радио на
станции, сделайте снимок со вспышкой с помощью цифрового
камеру или щелкни
каналов на вашем HDTV, и у вас все хорошо
использование конденсаторов.В
конденсаторы, которые дрейфуют по небу, более известны как облака и
хотя они совершенно гигантские по сравнению с конденсаторами, которые мы используем
в электронике они точно так же накапливают энергию. Давайте принимать
подробнее рассмотрим конденсаторы и как они работают!

Фотография: Типичный конденсатор, используемый в электронных схемах.
Этот называется электролитическим конденсатором и рассчитан на 4,7 мкФ (4,7 мкФ).
с рабочим напряжением 350 вольт (350 В).

Что такое конденсатор?

Фото: Маленький конденсатор в транзисторной радиосхеме.

Возьмем два электрических проводника (то, что пропускает электричество
через них) и разделите их изолятором (материал
который
не пропускает электричество очень хорошо) и вы делаете конденсатор:
то, что может хранить электрическую энергию.
Добавление электроэнергии
к конденсатору называется зарядка ; высвобождая энергию из
Конденсатор известен как разрядный .

Конденсатор немного похож на батарею,
но у него другая работа по сравнению с
делать.Батарея использует химические вещества для хранения электрической энергии и высвобождения
это очень медленно через цепь; иногда (в случае кварца
смотреть) это может занять несколько лет. Конденсатор обычно высвобождает
это
энергия намного быстрее — часто за секунды или меньше. Если вы берете
например, снимок со вспышкой, вам понадобится камера, чтобы
огромная вспышка света за доли секунды. Конденсатор прилагается
к вспышке заряжается в течение нескольких секунд, используя энергию вашего
аккумуляторы фотоаппарата. (Для зарядки конденсатора требуется время, и это
почему обычно приходится немного подождать.)
Как только конденсатор полностью заряжен, он может высвободить всю эту энергию.
в мгновение ока через ксеноновую лампочку-вспышку. Зап!

Конденсаторы

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

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

Изображение: как электролитический конденсатор изготавливается путем скатывания листов алюминиевой фольги (серого цвета) и диэлектрического материала (в данном случае бумаги или тонкой марли, пропитанной кислотой или другим органическим химическим веществом).Листы фольги подключаются к клеммам (синим) наверху, поэтому конденсатор можно подключить в цепь. Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США из патента США 2089683: Электрический конденсатор Фрэнка Кларка, General Electric, 10 августа 1937 г.

Вы можете зарядить конденсатор, просто подключив его к
электрическая цепь. При включении питания электрический заряд
постепенно накапливается на пластинах. Одна пластина получает положительный заряд
а другая пластина получает равный и противоположный (отрицательный) заряд.Если
вы отключаете питание, конденсатор держит заряд
(хотя со временем он может медленно вытекать). Но если подключить
конденсатор ко второй цепи, содержащей что-то вроде электрического
электродвигателя или лампочки-вспышки, заряд будет стекать с конденсатора через
двигатель или лампу, пока на пластинах не останется ничего.

Хотя конденсаторы фактически выполняют только одну работу (хранение
заряда), их можно использовать для самых разных целей в области электротехники.
схемы. Их можно использовать в качестве устройств отсчета времени (потому что для этого требуется
определенное, предсказуемое количество времени для их зарядки), как фильтры
(схемы, которые пропускают только определенные сигналы), для сглаживания
напряжение в цепях, для настройки (в радиоприемниках и телевизорах), а также для
множество других целей.Большие суперконденсаторы также могут быть
используется вместо батареек.

Что такое емкость?

Количество электрической энергии, которую может хранить конденсатор, зависит от
его емкость . Емкость конденсатора немного похожа на
размер ведра: чем больше ведро, тем больше воды оно может вместить;
чем больше емкость, тем больше электричества может выдержать конденсатор.
хранить. Есть три способа увеличить емкость
конденсатор. Один из них — увеличить размер тарелок.Другой —
сдвиньте пластины ближе друг к другу. Третий способ — сделать
диэлектрик как можно лучше изолятор. Конденсаторы используют
диэлектрики из всевозможных материалов. В транзисторных радиоприемниках
настройка осуществляется большим переменным конденсатором , который
между пластинами нет ничего, кроме воздуха. В большинстве электронных схем
конденсаторы представляют собой герметичные компоненты с диэлектриками из керамики.
такие как слюда и стекло, бумага, пропитанная маслом,
или пластмассы, такие как
майлар.

Фото: Этот переменный конденсатор прикреплен к главной шкале настройки в транзисторном радиоприемнике.Когда вы поворачиваете циферблат пальцем, вы поворачиваете ось, проходящую через конденсатор. Это вращает набор тонких металлических пластин, так что они перекрываются в большей или меньшей степени с другим набором пластин, продетых между ними. Степень перекрытия пластин изменяет емкость, и именно это настраивает радио на определенную станцию.

Как измерить емкость?

Размер конденсатора измеряется в единицах, называемых фарад
(F), названный в честь английского пионера электротехники Майкла Фарадея (1791–1867).Один
фарад — это огромная емкость
так что на практике большинство конденсаторов, с которыми мы сталкиваемся, просто
доли фарада — обычно микрофарады (миллионные доли фарада, пишется мкФ),
нанофарады (тысячные доли фарада, написанные нФ), и
пикофарады (миллионные доли фарада, написано пФ).
Суперконденсаторы хранят гораздо большие заряды,
иногда оценивается в тысячи фарадов.

Почему конденсаторы накапливают энергию?

Если вы находите конденсаторы загадочными и странными, и они на самом деле не имеют для вас смысла,
вместо этого попробуйте подумать о гравитации.Предположим, вы стоите внизу какой-то ступеньки.
и вы решаете начать восхождение. Вы должны поднять свое тело против земного притяжения,
которая является притягивающей (тянущей) силой. Как говорят физики, чтобы подняться, нужно «работать».
лестница (работать против силы тяжести) и использовать энергию. Энергия, которую вы используете, не теряется,
но хранится в вашем теле в виде гравитационной потенциальной энергии, которую вы могли бы использовать для других целей
(например, спуск вниз по горке на уровень земли).

То, что вы делаете, когда поднимаетесь по ступеням, лестницам, горам или чему-либо еще, работает против Земли.
гравитационное поле.Очень похожая вещь происходит с конденсатором. Если у вас положительный
электрический заряд и отрицательный электрический заряд, они притягиваются друг к другу, как противоположное
полюса двух магнитов — или как ваше тело и Земля. Если вы их разделите, вам придется «работать» против этого электростатического заряда.
сила. Опять же, как и при подъеме по ступеням, энергия, которую вы используете, не теряется, а накапливается в зарядах, когда они
отдельный. На этот раз он называется , электрическая потенциальная энергия . И это, если вы не догадались
к настоящему времени это энергия, которую накапливает конденсатор.Две его пластины содержат противоположные заряды и
разделение между ними создает электрическое поле.
Вот почему конденсатор накапливает энергию.

Почему у конденсаторов две пластины?

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

Как мы уже видели, конденсаторы имеют две токопроводящие пластины.
разделены изолятором. Чем больше тарелки, тем ближе они
являются, и чем лучше изолятор между ними, тем больше заряда
конденсатор можно хранить. Но почему все это правда? Почему бы и нет
у конденсаторов всего одна большая пластина? Попробуем найти простой и
удовлетворительное объяснение.

Предположим, у вас есть большой металлический шар, установленный на изоляционном
деревянная подставка.Вы можете хранить определенное количество электрического заряда на
сфера; чем он больше (чем больше радиус), тем больше заряда
вы можете хранить, и чем больше заряда вы храните, тем больше
потенциал (напряжение) сферы. Однако в конце концов вы достигнете
точка, в которой, если вы добавите хотя бы один дополнительный электрон (
наименьшая возможная единица заряда) конденсатор перестанет работать.
Воздух вокруг него разобьется, превратившись из изолятора в
проводник: заряд будет лететь по воздуху на Землю (землю) или
другой ближайший проводник в виде искры — электрического тока — в мини
заряд молнии.Максимальный заряд, который вы можете хранить на
сфера — это то, что мы подразумеваем под ее емкостью. Напряжение (В), заряд
(Q), и емкость связаны очень простым уравнением:

C = Q / V

Таким образом, чем больше заряда вы можете сохранить при данном напряжении, не вызывая
воздух для разрушения и искры, тем выше емкость. Если бы ты мог
как-то хранить больше заряда на сфере, не доходя до точки
там, где вы создали искру, вы бы эффективно увеличили ее
емкость. Как ты мог это сделать?

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

Как увеличить емкость?

Интуитивно очевидно, что если вы сделаете тарелки больше, вы сможете хранить
больше заряда (так же, как если бы вы сделали шкаф больше, вы можете набить больше
вещи внутри него).Так что увеличение площади пластин также
увеличивает емкость. Менее очевидно, если мы уменьшим расстояние
между пластинами, что также увеличивает емкость. Это
ведь чем короче расстояние между пластинами, тем больше эффект
пластины располагаются одна на другой. Вторая тарелка, будучи ближе,
еще больше снижает потенциал первой пластины, и это
увеличивает емкость.

Изображение: диэлектрик увеличивает емкость конденсатора за счет уменьшения электрического
поле между пластинами, что снижает потенциал (напряжение) каждой пластины.Это означает, что вы можете хранить больше
заряд на пластинах при одинаковом напряжении. Электрическое поле в этом конденсаторе исходит от положительной пластины.
слева к отрицательной пластине справа. Поскольку противоположные заряды притягиваются, полярные молекулы (серые) диэлектрика выстраиваются в линию противоположным образом — и это то, что уменьшает поле.

Последнее, что мы можем сделать, чтобы увеличить емкость, это
изменить диэлектрик (материал между пластинами). Воздух работает неплохо, но
другие материалы даже лучше.Стекло как минимум в 5 раз больше
эффективнее воздуха, поэтому самые ранние конденсаторы (Leyden
банки, используя обычное стекло в качестве диэлектрика) работали так хорошо, но
это тяжело, непрактично, и его трудно втиснуть в небольшие помещения. Вощеный
бумага примерно в 4 раза лучше воздуха, очень тонкая, дешевая, легко
изготавливать крупными кусками и легко скатывать, что делает его отличным,
практический диэлектрик. Лучшие диэлектрические материалы сделаны из полярных
молекулы (с более положительным электрическим зарядом с одной стороны и
с другой стороны, больше отрицательного электрического заряда).Когда они сидят в
электрическое поле между двумя пластинами конденсатора, они совпадают со своими
заряды направлены напротив поля, что эффективно его уменьшает.
Это снижает потенциал на пластинах и, как и раньше, увеличивает
их емкость. Теоретически вода, состоящая из крошечных
полярные молекулы, будут отличным диэлектриком, примерно в 80 раз
лучше воздуха. На практике, правда, не все так хорошо (протекает и
высыхает и превращается из жидкости в лед или пар при относительно
умеренные температуры), поэтому в реальных конденсаторах он не используется.

Диаграмма: Различные материалы делают диэлектрики лучше или хуже в зависимости от того, насколько хорошо они изолируют пространство между пластинами конденсатора и уменьшают электрическое поле между ними. Измерение, называемое относительной диэлектрической проницаемостью, говорит нам, насколько хорошим будет диэлектрик. Вакуум является наихудшим диэлектриком, и его относительная диэлектрическая проницаемость равна 1. Другие диэлектрики измеряются относительно (путем сравнения) с вакуумом. Воздух примерно такой же. Бумага примерно в 3 раза лучше.Спирт и вода, которые имеют полярные молекулы, являются особенно хорошими диэлектриками.

Конденсаторы

— learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное

Любимый

73

Введение

Конденсатор — это двухконтактный электрический компонент. Наряду с резисторами и катушками индуктивности они являются одними из наиболее важных пассивных компонентов, которые мы используем. Вам придется очень внимательно поискать схему, в которой нет конденсатора.

Особенностью конденсаторов является их способность накапливать энергию; они похожи на полностью заряженную электрическую батарею. Колпачки, как мы их обычно называем, имеют самые разные критические применения в схемах. Общие приложения включают локальное накопление энергии, подавление скачков напряжения и комплексную фильтрацию сигналов.

Рассматривается в этом учебном пособии

В этом руководстве мы рассмотрим всевозможные темы, связанные с конденсаторами, в том числе:

  • Как делается конденсатор
  • Как работает конденсатор
  • Единицы емкости
  • Типы конденсаторов
  • Как распознать конденсаторы
  • Как емкость сочетается последовательно и параллельно
  • Применение конденсаторов общего назначения

Рекомендуемая литература

Некоторые концепции в этом руководстве основаны на предыдущих знаниях в области электроники.Прежде чем перейти к этому руководству, подумайте о том, чтобы сначала прочитать (по крайней мере, бегло просмотреть) эти:


Обозначения и единицы измерения

Условные обозначения цепей

Есть два распространенных способа изобразить конденсатор на схеме. У них всегда есть две клеммы, которые подключаются к остальной цепи. Символ конденсаторов состоит из двух параллельных линий, которые могут быть плоскими или изогнутыми; обе линии должны быть параллельны друг другу, близко друг к другу, но не соприкасаться (это фактически показывает, как сделан конденсатор.Сложно описать, проще просто показать:

(1) и (2) — стандартные обозначения цепи конденсатора. (3) представляет собой пример символов конденсаторов в действии в цепи регулятора напряжения.

Символ с изогнутой линией (№2 на фото выше) указывает на то, что конденсатор поляризован, что означает, что это, вероятно, электролитический конденсатор. Подробнее об этом в разделе о типах конденсаторов этого руководства.

Каждый конденсатор должен сопровождаться названием — C1, C2 и т. Д.. — и стоимость. Значение должно указывать на емкость конденсатора; сколько там фарадов. Кстати о фарадах …

Емкость

Не все конденсаторы одинаковы. Каждый конденсатор имеет определенную емкость. Емкость конденсатора говорит вам, сколько заряда он может хранить, большая емкость означает большую емкость для хранения заряда. Стандартная единица измерения емкости называется фарад, сокращенно Ф.

.

Получается, что фарад — это много емкости, даже 0.001F (1 миллифарад — 1 мФ) — большой конденсатор. Обычно вы увидите конденсаторы с номиналом от пико- (10 -12 ) до микрофарад (10 -6 ).

2

902

Когда вы переходите к диапазону емкости от фарада до килофарада, вы начинаете говорить о специальных конденсаторах, называемых супер- или ультраконденсаторами.


Теория конденсаторов

Примечание. Информация на этой странице не является критичной для понимания новичками в области электроники…и это немного усложняется к концу. Мы рекомендуем прочитать раздел «Как делается конденсатор», остальные, вероятно, можно пропустить, если они вызывают у вас головную боль.

Как делается конденсатор

Схематический символ конденсатора на самом деле очень похож на то, как он сделан. Конденсатор состоит из двух металлических пластин и изоляционного материала, называемого диэлектриком. Металлические пластины расположены очень близко друг к другу, параллельно, но между ними находится диэлектрик, чтобы они не соприкасались.

Ваш стандартный конденсаторный сэндвич: две металлические пластины, разделенные изолирующим диэлектриком.

Диэлектрик может быть изготовлен из любых изоляционных материалов: бумаги, стекла, резины, керамики, пластика или всего, что препятствует прохождению тока.

Пластины изготовлены из проводящего материала: алюминия, тантала, серебра или других металлов. Каждый из них подключен к клеммному проводу, который в конечном итоге подключается к остальной части схемы.

Емкость конденсатора — сколько в нем фарад — зависит от того, как он устроен.Для большей емкости требуется конденсатор большего размера. Пластины с большей площадью перекрытия поверхности обеспечивают большую емкость, в то время как большее расстояние между пластинами означает меньшую емкость. Материал диэлектрика даже влияет на то, сколько фарад имеет колпачок. Полная емкость конденсатора может быть рассчитана по формуле:

Где ε r — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика (постоянное значение, определяемое материалом диэлектрика), A — площадь, на которой пластины перекрывают друг друга, а d — расстояние между пластинами.

Как работает конденсатор

Электрический ток — это поток электрического заряда, который электрические компоненты используют, чтобы загораться, вращаться или делать то, что они делают. Когда ток течет в конденсатор, заряды «застревают» на пластинах, потому что они не могут пройти через изолирующий диэлектрик. Электроны — отрицательно заряженные частицы — засасываются одной из пластин, и она становится в целом отрицательно заряженной. Большая масса отрицательных зарядов на одной пластине отталкивает, как заряды, на другой пластине, делая ее заряженной положительно.

Положительный и отрицательный заряды на каждой из этих пластин притягиваются друг к другу, потому что это то, что делают противоположные заряды. Но с диэлектриком, сидящим между ними, как бы они ни хотели соединиться, заряды навсегда останутся на пластине (до тех пор, пока им не будет куда-то идти). Стационарные заряды на этих пластинах создают электрическое поле, которое влияет на электрическую потенциальную энергию и напряжение. Когда заряды группируются на конденсаторе таким образом, крышка накапливает электрическую энергию так же, как батарея может накапливать химическую энергию.

Зарядка и разрядка

Когда на пластинах конденсатора сливаются положительный и отрицательный заряды, конденсатор становится заряженным. Конденсатор может сохранять свое электрическое поле — удерживать свой заряд, потому что положительный и отрицательный заряды на каждой из пластин притягиваются друг к другу, но никогда не достигают друг друга.

В какой-то момент обкладки конденсатора будут настолько заряжены, что просто не смогут принимать больше. На одной пластине достаточно отрицательных зарядов, чтобы они могли отразить любые другие, которые попытаются присоединиться.Здесь вступает в игру емкость (фарады) конденсатора, которая говорит вам о максимальном количестве заряда, которое может хранить конденсатор.

Если в цепи создается путь, который позволяет зарядам найти другой путь друг к другу, они выйдут из конденсатора, и он разрядится.

Например, в схеме ниже можно использовать батарею для создания электрического потенциала на конденсаторе. Это вызовет нарастание одинаковых, но противоположных зарядов на каждой из пластин, пока они не станут настолько полными, что оттолкнут ток.Светодиод, расположенный последовательно с крышкой, может обеспечивать путь для тока, а энергия, запасенная в конденсаторе, может использоваться для кратковременного освещения светодиода.

Расчет заряда, напряжения и тока

Емкость конденсатора — сколько в нем фарад — говорит вам, сколько заряда он может хранить. Сколько заряда в настоящее время хранит конденсатор, зависит от разности потенциалов (напряжения) между его пластинами. Это соотношение между зарядом, емкостью и напряжением можно смоделировать с помощью следующего уравнения:

Заряд (Q), накопленный в конденсаторе, является произведением его емкости (C) и приложенного к нему напряжения (V).

Емкость конденсатора всегда должна быть постоянной известной величиной. Таким образом, мы можем регулировать напряжение, чтобы увеличивать или уменьшать заряд крышки. Больше напряжения означает больше заряда, меньше напряжения … меньше заряда.

Это уравнение также дает нам хороший способ определить значение одного фарада. Один фарад (F) — это способность хранить одну единицу энергии (кулоны) на каждый вольт.

Расчет тока

Мы можем пойти дальше по уравнению заряда / напряжения / емкости, чтобы выяснить, как емкость и напряжение влияют на ток, потому что ток — это скорость потока заряда.Суть отношения конденсатора к напряжению и току такова: величина тока, проходящего через конденсатор, зависит как от емкости, так и от того, как быстро напряжение растет или падает. Если напряжение на конденсаторе быстро растет, через конденсатор будет индуцироваться большой положительный ток. Более медленный рост напряжения на конденсаторе означает меньший ток через него. Если напряжение на конденсаторе стабильное и неизменное, через него не будет проходить ток.

(Это уродливо, и это касается исчисления.В этом нет необходимости, пока вы не перейдете к анализу во временной области, проектированию фильтров и прочим грубым вещам, поэтому переходите к следующей странице, если вам не нравится это уравнение.) :

Часть dV / dt этого уравнения представляет собой производную (причудливый способ сказать мгновенную скорость) напряжения во времени, это эквивалентно выражению «насколько быстро напряжение растет или падает в этот самый момент». Большой вывод из этого уравнения заключается в том, что если напряжение стабильно, производная равна нулю, что означает, что ток также равен нулю.Вот почему ток не может течь через конденсатор, поддерживающий постоянное постоянное напряжение.


Типы конденсаторов

Существуют всевозможные типы конденсаторов, каждый из которых имеет определенные особенности и недостатки, которые делают его лучше для одних приложений, чем для других.

При выборе типа конденсатора необходимо учитывать несколько факторов:

  • Размер — Размер с точки зрения физического объема и емкости. Конденсатор нередко является самым большим компонентом в цепи.Также они могут быть очень маленькими. Для большей емкости обычно требуется конденсатор большего размера.
  • Максимальное напряжение — Каждый конденсатор рассчитан на максимальное падение напряжения на нем. Некоторые конденсаторы могут быть рассчитаны на 1,5 В, другие — на 100 В. Превышение максимального напряжения обычно приводит к разрушению конденсатора.
  • Ток утечки — Конденсаторы не идеальны. Каждая крышка склонна пропускать небольшое количество тока через диэлектрик от одного вывода к другому.Эта крошечная потеря тока (обычно наноампер или меньше) называется утечкой. Утечка заставляет энергию, накопленную в конденсаторе, медленно, но верно уходить.
  • Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) — выводы конденсатора не на 100% проводящие, они всегда будут иметь небольшое сопротивление (обычно менее 0,01 Ом). Это сопротивление становится проблемой, когда через колпачок проходит большой ток, вызывая потери тепла и мощности.
  • Допуск

  • — Конденсаторы также не могут иметь точную, точную емкость.Каждая крышка будет рассчитана на свою номинальную емкость, но, в зависимости от типа, точное значение может варьироваться от ± 1% до ± 20% от желаемого значения.

Конденсаторы керамические

Наиболее часто используемый и производимый конденсатор — керамический конденсатор. Название происходит от материала, из которого сделан их диэлектрик.

Керамические конденсаторы обычно малы как физически, так и по емкости. Трудно найти керамический конденсатор больше 10 мкФ.Керамический колпачок для поверхностного монтажа обычно находится в крошечном корпусе 0402 (0,4 мм x 0,2 мм), 0603 (0,6 мм x 0,3 мм) или 0805. Керамические колпачки со сквозными отверстиями обычно выглядят как маленькие (обычно желтые или красные) лампочки с двумя выступающими клеммами.

Две крышки в сквозном радиальном корпусе; конденсатор 22 пФ слева и 0,1 мкФ справа. Посередине — крошечная крышка 0,1 мкФ 0603 для поверхностного монтажа.

По сравнению с не менее популярными электролитическими крышками керамические конденсаторы являются более близкими к идеальным (гораздо более низкое последовательное последовательное сопротивление и токи утечки), но их небольшая емкость может быть ограничивающей.Как правило, они также являются наименее дорогим вариантом. Эти колпачки хорошо подходят для высокочастотной связи и развязки.

Электролитический алюминий и тантал

Электролитики

хороши тем, что они могут вместить большую емкость в относительно небольшой объем. Если вам нужен конденсатор емкостью от 1 мкФ до 1 мФ, вы, скорее всего, найдете его в электролитической форме. Они особенно хорошо подходят для высоковольтных приложений из-за их относительно высокого максимального номинального напряжения.

Алюминиевые электролитические конденсаторы, самые популярные из семейства электролитических, обычно выглядят как маленькие жестяные банки с обоими выводами, выходящими снизу.

Ассортимент электролитических конденсаторов сквозного и поверхностного монтажа. Обратите внимание, что у каждого из них есть метод маркировки катода (отрицательный вывод).

К сожалению, электролитические крышки обычно поляризованы. У них есть положительный вывод — анод — и отрицательный вывод, называемый катодом. Когда напряжение подается на электролитический колпачок, анод должен иметь более высокое напряжение, чем катод.Катод электролитического конденсатора обычно обозначается знаком «-» и цветной полосой на корпусе. Ножка анода также может быть немного длиннее, как еще один признак. Если на электролитический колпачок подать напряжение в обратном направлении, они выйдут из строя навсегда (с треском и разрывом). После лопания электролитик будет вести себя как короткое замыкание.

Эти колпачки также известны своей утечкой, позволяя небольшим токам (порядка нА) проходить через диэлектрик от одного вывода к другому.Это делает электролитические колпачки менее чем идеальными для хранения энергии, что, к сожалению, с учетом их высокой емкости и номинального напряжения.

Суперконденсаторы

Если вы ищете конденсатор, предназначенный для хранения энергии, не ищите ничего, кроме суперконденсаторов. Эти колпачки имеют уникальную конструкцию и обладают очень высокой емкостью в диапазоне фарад.

Суперконденсатор 1Ф (!). Высокая емкость, но рассчитана только на 2,5 В. Обратите внимание, что они также поляризованы.

Несмотря на то, что они могут хранить огромное количество заряда, суперкаперы не справляются с очень высокими напряжениями.Этот суперконденсатор 10F рассчитан только на максимальное напряжение 2,5 В. Любое большее, чем это, разрушит его. Суперэлементы обычно устанавливаются последовательно для достижения более высокого номинального напряжения (при уменьшении общей емкости).

Основное применение суперконденсаторов заключается в хранении и высвобождении энергии, например в батареях, которые являются их основным конкурентом. Хотя суперконденсаторы не могут удерживать столько энергии, сколько батарея того же размера, они могут высвобождать ее намного быстрее и обычно имеют гораздо больший срок службы.

Другое

Электролитические и керамические крышки покрывают около 80% типов конденсаторов (а суперкапсы только около 2%, но они супер!).Другой распространенный тип конденсаторов — это пленочные конденсаторы, которые имеют очень низкие паразитные потери (ESR), что делает их идеальными для работы с очень высокими токами.

Есть много других менее распространенных конденсаторов. Переменные конденсаторы могут создавать различные емкости, что делает их хорошей альтернативой переменным резисторам в схемах настройки. Скрученные провода или печатные платы могут создавать емкость (иногда нежелательную), потому что каждый состоит из двух проводников, разделенных изолятором. Лейденские банки — стеклянная банка, наполненная проводниками и окруженная ими — это О.Г. семейства конденсаторных. Наконец, конечно, конденсаторы потока (странная комбинация катушки индуктивности и конденсатора) имеют решающее значение, если вы когда-нибудь планируете вернуться в дни славы.


Последовательные / параллельные конденсаторы

Подобно резисторам, несколько конденсаторов могут быть объединены последовательно или параллельно для создания комбинированной эквивалентной емкости. Конденсаторы, однако, складываются совершенно противоположно резисторам.

Параллельные конденсаторы

Когда конденсаторы размещаются параллельно друг другу, общая емкость — это просто сумма всех емкостей.Это аналогично тому, как резисторы добавляются последовательно.

Так, например, если у вас есть три конденсатора номиналом 10 мкФ, 1 мкФ и 0,1 мкФ, подключенные параллельно, общая емкость будет 11,1 мкФ (10 + 1 + 0,1).

Конденсаторы серии

Подобно тому, как резисторы сложно добавить параллельно, конденсаторы становятся странными при последовательном включении. Общая емкость N конденсаторов, соединенных последовательно, является обратной суммой всех обратных емкостей.

Если у вас есть только два конденсатора последовательно, вы можете использовать метод «произведение над суммой» для расчета общей емкости:

Если продолжить это уравнение, если у вас есть два конденсатора с одинаковым номиналом, соединенные последовательно, общая емкость составляет половину их значения.Например, два последовательно соединенных суперконденсатора по 10Ф дадут общую емкость 5Ф (это также даст возможность удвоить номинальное напряжение всего конденсатора с 2,5 В до 5 В).


Примеры применения

Существует множество приложений для этого изящного маленького (на самом деле, обычно они довольно большие) пассивного компонента. Чтобы дать вам представление об их широком диапазоне использования, вот несколько примеров:

Конденсаторы развязки (байпаса)

Многие конденсаторы, которые вы видите в схемах, особенно те, которые имеют интегральную схему, развязаны.Задача развязывающего конденсатора — подавить высокочастотный шум в сигналах источника питания. Они снимают с источника напряжения крошечные колебания напряжения, которые в противном случае могли бы нанести вред чувствительным микросхемам.

В каком-то смысле развязывающие конденсаторы действуют как очень маленький локальный источник питания для микросхем (почти как источник бесперебойного питания для компьютеров). Если в источнике питания очень быстро падает напряжение (что на самом деле довольно часто, особенно когда цепь, которую он питает, постоянно переключает требования к нагрузке), разделительный конденсатор может кратковременно подавать питание с правильным напряжением.Вот почему эти конденсаторы также называют байпасными конденсаторами; они могут временно действовать как источник питания, минуя источник питания.

Разделительные конденсаторы подключаются между источником питания (5 В, 3,3 В и т. Д.) И землей. Нередко для обхода источника питания используют два или более конденсаторов с разным номиналом или даже разных типов, потому что некоторые номиналы конденсаторов будут лучше, чем другие, при фильтрации определенных частот шума.

На этой схеме три развязывающих конденсатора используются для уменьшения шума в источнике напряжения акселерометра.Два керамических 0,1 мкФ и один танталовый электролитический 10 мкФ разделенные функции развязки.

Хотя кажется, что это может привести к короткому замыканию между питанием и землей, только высокочастотные сигналы могут проходить через конденсатор на землю. Сигнал постоянного тока поступит на микросхему, как и нужно. Другая причина, по которой они называются шунтирующими конденсаторами, заключается в том, что высокие частоты (в диапазоне кГц-МГц) обходят ИС, а не проходят через конденсатор, чтобы добраться до земли.

При физическом размещении развязывающих конденсаторов они всегда должны располагаться как можно ближе к ИС.Чем дальше они находятся, тем менее эффективны.

Вот схема физической схемы из схемы выше. Крошечная черная ИС окружена двумя конденсаторами по 0,1 мкФ (коричневые крышки) и одним электролитическим танталовым конденсатором 10 мкФ (высокая прямоугольная крышка черного / серого цвета).

В соответствии с передовой инженерной практикой всегда добавляйте хотя бы один развязывающий конденсатор к каждой ИС. Обычно хорошим выбором является 0,1 мкФ или даже дополнительные конденсаторы на 1 мкФ или 10 мкФ. Это дешевое дополнение, и они помогают убедиться, что микросхема не подвергается сильным провалам или скачкам напряжения.

Фильтр источника питания

Диодные выпрямители

могут использоваться для преобразования переменного напряжения, выходящего из вашей стены, в постоянное напряжение, необходимое для большинства электронных устройств. Но сами по себе диоды не могут превратить сигнал переменного тока в чистый сигнал постоянного тока, им нужна помощь конденсаторов! Добавив параллельный конденсатор к мостовому выпрямителю, выпрямленный сигнал будет таким:

Может быть преобразован в сигнал постоянного тока близкого к уровню, например:

Конденсаторы — упрямые компоненты, они всегда будут пытаться противостоять резким перепадам напряжения.Конденсатор фильтра будет заряжаться по мере увеличения выпрямленного напряжения. Когда выпрямленное напряжение, поступающее в конденсатор, начинает быстро снижаться, конденсатор получит доступ к своему банку накопленной энергии, и он будет очень медленно разряжаться, передавая энергию нагрузке. Конденсатор не должен полностью разрядиться, пока входной выпрямленный сигнал не начнет снова увеличиваться, заряжая конденсатор. Этот танец разыгрывается много раз в секунду, многократно, пока используется источник питания.

Цепь питания переменного тока в постоянный.Крышка фильтра (C1) имеет решающее значение для сглаживания сигнала постоянного тока, посылаемого в цепь нагрузки.

Если вы разорвите любой блок питания переменного тока в постоянный, вы обязательно найдете хотя бы один довольно большой конденсатор. Ниже показаны внутренности настенного адаптера постоянного тока на 9 В. Заметили там конденсаторы?

Конденсаторов может быть больше, чем вы думаете! Есть четыре электролитических крышки, похожие на жестяную банку, в диапазоне от 47 мкФ до 1000 мкФ. Большой желтый прямоугольник на переднем плане — это высоковольтный колпачок из полипропиленовой пленки 0,1 мкФ.И синяя дискообразная крышка, и маленькая зеленая посередине — керамические.

Хранение и поставка энергии

Кажется очевидным, что если конденсатор накапливает энергию, одно из множества его применений — подача этой энергии в цепь, как аккумулятор. Проблема в том, что конденсаторы имеют гораздо меньшую плотность энергии, чем батареи; они просто не могут вместить столько же энергии, как химическая батарея того же размера (но этот разрыв сокращается!).

Положительным моментом конденсаторов является то, что они обычно служат дольше, чем батареи, что делает их лучшим выбором с экологической точки зрения.Они также способны выдавать энергию намного быстрее, чем аккумулятор, что делает их подходящими для приложений, которым требуется короткий, но большой всплеск мощности. Вспышка камеры может получать питание от конденсатора (который, в свою очередь, вероятно, заряжался от аккумулятора).

Батарея или конденсатор?

Имя префикса Аббревиатура Вес Эквивалентные фарады
Пикофарад pF 10 -12 0,000000000003 N276 0,000000001 F
Микрофарад мкФ 10 -6 0.000001 F
Милифарад mF 10 -3 0,001 F
Килофарад kF 10 3

1000

Батарея Конденсатор
Емкость
Плотность энергии
Срок службы

Фильтрация сигналов

Конденсаторы

обладают уникальной реакцией на сигналы различной частоты.Они могут блокировать низкочастотные компоненты или составляющие сигнала постоянного тока, позволяя при этом проходить более высоким частотам. Они как вышибалы в очень эксклюзивном клубе только для высоких частот.

Фильтрация сигналов может быть полезна во всех видах приложений обработки сигналов. Радиоприемники могут использовать конденсатор (среди других компонентов) для отключения нежелательных частот.

Другой пример фильтрации сигнала конденсатора — пассивные кроссоверные схемы внутри громкоговорителей, которые разделяют один аудиосигнал на множество.Последовательный конденсатор блокирует низкие частоты, поэтому оставшиеся высокочастотные части сигнала могут поступать на твитер динамика. При прохождении низких частот в цепи сабвуфера высокие частоты в основном могут быть шунтированы на землю через параллельный конденсатор.

Очень простой пример схемы кроссовера аудио. Конденсатор блокирует низкие частоты, а катушка индуктивности блокирует высокие частоты. Каждый из них может использоваться для доставки нужного сигнала настроенным аудиодрайверам.

Снижение рейтинга

При работе с конденсаторами важно проектировать схемы с конденсаторами, которые имеют гораздо более высокий допуск, чем потенциально самый высокий скачок напряжения в вашей системе.

Вот отличное видео от инженера SparkFun Шона о том, что происходит с различными типами конденсаторов, когда вы не можете снизить номинальные параметры конденсаторов и превысить их максимальное напряжение. Вы можете узнать больше о его экспериментах здесь.


Закупка конденсаторов

Накопите эти небольшие компоненты накопителя энергии или используйте их в качестве начального блока питания.

Наши рекомендации:

Комплект конденсаторов SparkFun

В наличии

КОМПЛЕКТ-13698

Это комплект, который предоставляет вам базовый ассортимент конденсаторов, чтобы начать или продолжить возиться с электроникой. Нет мес…

9

Конденсатор керамический 0.1 мкФ

В наличии

COM-08375

Это очень распространенный конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Используется во всевозможных приложениях для разъединения микросхем от источников питания. Расстояние между листами 0,1 дюйма…

1

Суперконденсатор — 10Ф / 2.5В

В наличии

COM-00746

Да, вы правильно прочитали — конденсатор 10 Фарад. Этот маленький колпачок можно зарядить, а затем медленно рассеять на протяжении всего…

3

Ресурсы и дальнейшее развитие

Уф.Почувствуйте себя экспертом по конденсаторам ?! Хотите узнать больше об основах электроники? Если вы еще этого не сделали, подумайте о прочтении некоторых других распространенных электронных компонентов:

Или, может быть, некоторые из этих руководств привлекут ваше внимание?


Что такое конденсатор? — Основы схемотехники

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

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

Общие типы конденсаторов

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

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

Значение допуска керамического дискового конденсатора

  • Электролитические конденсаторы часто используются, когда требуются большие значения емкости. Они обычно используются для уменьшения пульсаций напряжения или для приложений связи и развязки.Электролитические конденсаторы изготовлены из двух тонких пленок алюминиевой фольги с оксидным слоем в качестве изолятора. Они поляризованы и при неправильном подключении могут выйти из строя или взорваться. Этот тип конденсатора имеет большой допуск, но плохо работает на высоких частотах.

Электролитический конденсатор

  • Танталовые конденсаторы обычно используются для средних значений емкости. Их лучше всего использовать, когда имеют значение размер и производительность, но они обычно не имеют высоких рабочих напряжений и не обладают очень высокой допустимой нагрузкой по току.Танталовые конденсаторы поляризованы и могут взорваться под нагрузкой. У них очень низкая терпимость к обратному смещению.
  • Маркировка танталовых конденсаторов с выводами

Маркировка танталовых конденсаторов SMD

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

Маркировка танталовых конденсаторов SMD

Танталовые конденсаторы

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

  • Серебряные слюдяные конденсаторы используются во многих радиочастотных цепях, таких как генераторы и фильтры. Серебряная слюда дает очень высокие характеристики с жесткими допусками, но с небольшими изменениями температуры. В нем используются серебряные электроды, которые наносятся непосредственно на слюду. Несколько слоев помогают получить требуемый уровень емкости, и на эту емкость влияет площадь, покрытая электродами.

Серебряный слюдяной конденсатор

  • В пленочных конденсаторах в качестве диэлектрика используется тонкая пластиковая пленка. Пленочные конденсаторы используются во многих приложениях из-за их стабильности, низкой индуктивности и низкой стоимости. Они не поляризованы, поэтому подходят для сигналов переменного тока и питания. Они также сделаны с очень точными значениями емкости и сохраняют ее дольше, чем любой другой тип конденсатора.

Пленочный конденсатор

  • Конденсаторы переменной емкости — это конденсаторы с емкостью, которую можно изменять в зависимости от требований к определенному диапазону значений.Переменные конденсаторы состоят из металлических пластин. Среди этих пластин одна неподвижная, а другая подвижная. Емкость Thier может составлять от 10 до 500 пикофарад. Эти переменные резисторы находят множество применений, например, для настройки LC-цепей в радиоприемниках, для согласования импеданса в антеннах и т. Д. Есть два типа переменных конденсаторов — настроечный конденсатор и подстроечный конденсатор.

Конденсатор настройки

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

Подстроечный конденсатор

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

Поляризованные и неполяризованные конденсаторы

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

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

Общие области применения конденсаторов

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

Что такое суперконденсаторы?

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

Некоторые общие области применения суперконденсаторов

  • Ветряные турбины — суперконденсаторы помогают сгладить прерывистую энергию ветра.
  • Двигатели, приводящие в движение электромобили, работают от источников питания, рассчитанных на сотни вольт, что означает, что для хранения нужного количества энергии в типичном рекуперативном тормозе необходимы сотни последовательно соединенных суперконденсаторов.
  • Электрические и гибридные транспортные средства — суперконденсаторы используются в качестве временных накопителей энергии для рекуперативного торможения, при этом энергия транспортного средства, как правило, тратится впустую при остановке, кратковременно сохраняется и затем повторно используется, когда он снова начинает движение.

Суперконденсаторы и кривая разряда батареи

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

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

Что такое конденсатор и как он работает?

В этом руководстве мы узнаем, что такое конденсатор, как он работает, и рассмотрим некоторые основные примеры применения. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменное руководство ниже.

Обзор


Практически нет схемы без конденсатора, и вместе с резисторами и катушками индуктивности они являются основными пассивными компонентами, которые мы используем в электронике.

Что такое конденсатор?

Конденсатор — это устройство, способное накапливать энергию в виде электрического заряда. По сравнению с батареей того же размера, конденсатор может хранить гораздо меньшее количество энергии, примерно в 10 000 раз меньше, но достаточно полезен для многих схем.

Конструкция конденсатора

Конденсатор состоит из двух металлических пластин, разделенных изоляционным материалом, называемым диэлектриком. Пластины являются проводящими, и они обычно изготавливаются из алюминия, тантала или других металлов, в то время как диэлектрик может быть сделан из любого изоляционного материала, такого как бумага, стекло, керамика или что-либо, что препятствует прохождению тока.

Емкость конденсатора, измеряемая в фарадах, прямо пропорциональна площади поверхности двух пластин, а также диэлектрической проницаемости ε диэлектрика, в то время как чем меньше расстояние между пластинами, тем больше емкость. При этом давайте посмотрим, как работает конденсатор.

Как работает конденсатор

Во-первых, мы можем отметить, что металл обычно имеет равное количество положительно и отрицательно заряженных частиц, что означает, что он электрически нейтрален.

Если мы подключим источник питания или батарею к металлическим пластинам конденсатора, ток будет пытаться течь, или электроны от пластины, подключенной к положительному выводу батареи, начнут двигаться к пластине, подключенной к отрицательному выводу. батареи. Однако из-за диэлектрика между пластинами электроны не смогут проходить через конденсатор, поэтому они начнут накапливаться на пластине.

После того, как определенное количество электронных компонентов накопится на пластине, у батареи будет недостаточно энергии, чтобы подтолкнуть любую новую электронику к пластине из-за отталкивания той электроники, которая уже там.

На этом этапе конденсатор фактически полностью заряжен. Первая пластина выработала чистый отрицательный заряд, а вторая пластина выработала равный результирующий положительный заряд, создавая электрическое поле с силой притяжения между ними, которая удерживает заряд конденсатора.

Принцип работы диэлектрика конденсатора

Давайте посмотрим, как диэлектрик может увеличить емкость конденсатора. Диэлектрик содержит полярные молекулы, что означает, что они могут менять свою ориентацию в зависимости от зарядов на двух пластинах.Таким образом, молекулы выравниваются с электрическим полем таким образом, что позволяет большему количеству электронов притягиваться к отрицательной пластине, отталкивая больше электронов из положительной пластины.

Итак, после полной зарядки, если мы удалим аккумулятор, он будет удерживать электрический заряд в течение длительного времени, действуя как накопитель энергии.

Теперь, если мы укоротим два конца конденсатора через нагрузку, ток начнет течь через нагрузку. Накопленные электроны с первой пластины начнут двигаться ко второй пластине, пока обе пластины снова не станут электрически нейтральными.

Итак, это основной принцип работы конденсатора, а теперь давайте взглянем на некоторые примеры применения.

Приложения

Развязные (байпасные) конденсаторы

Конденсаторы развязки или конденсаторы байпаса являются типичным примером. Они часто используются вместе с интегральными схемами и размещаются между источником питания и землей ИС.

Их задача — фильтровать любой шум в источнике питания, например, пульсации напряжения, которые возникают, когда в источнике питания на очень короткий период времени падает напряжение или когда часть цепи переключается, вызывая колебания в источнике питания.В момент падения напряжения конденсатор временно действует как источник питания, минуя основной источник питания.

Преобразователь переменного тока в постоянный

Другой типичный пример применения — конденсаторы, используемые в адаптерах постоянного тока. Для преобразования переменного напряжения в постоянное обычно используется диодный выпрямитель, но без помощи конденсаторов он не сможет справиться с этой задачей.

Выходной сигнал выпрямителя представляет собой форму волны. Таким образом, в то время как на выходе выпрямителя увеличивается заряд конденсатора, а на выходе выпрямителя уменьшается, конденсатор разряжается и, таким образом, сглаживает выход постоянного тока.

Связано: что такое триггер Шмитта и как он работает

Фильтрация сигналов

Фильтрация сигналов — еще один пример применения конденсаторов. Из-за своего особого времени отклика они могут блокировать низкочастотные сигналы, позволяя проходить более высоким частотам.

Используется в радиоприемниках для настройки нежелательных частот и в схемах кроссовера внутри громкоговорителей для разделения низких частот для вуфера и высоких частот для твитера.

Конденсаторы как накопители энергии

Еще одно довольно очевидное применение конденсаторов — для хранения и подачи энергии. Хотя они могут накапливать значительно меньше энергии по сравнению с батареями того же размера, их срок службы намного выше, и они способны передавать энергию намного быстрее, что делает их более подходящими для приложений, где требуется высокая мощность.

Вот и все для этого урока, не стесняйтесь задавать любой вопрос в разделе комментариев ниже.

Часть 2 — Как используются конденсаторы?

Добро пожаловать в серию «Основы работы с конденсаторами», где мы расскажем вам обо всех достоинствах и недостатках конденсаторов для микросхем — их свойствах, классификации продуктов, стандартах испытаний и распространенных сценариях использования — чтобы помочь вам принять обоснованные решения о правильных конденсаторах для вашей конкретные приложения. После обсуждения емкости и того, как работают конденсаторы в нашей предыдущей статье, давайте поговорим о том, как конденсаторы наиболее часто используются в электронных схемах.

Конденсаторная технология

охватывает широкий спектр типов продуктов, основанных на множестве диэлектрических материалов и физических конфигураций, но все они в основном являются устройствами хранения электроэнергии, которые находят применение в различных приложениях в электронной промышленности. Основные варианты использования:

Разряд накопленной энергии

Как одно из основных применений конденсатора, это включает генерацию импульса тока путем разряда конденсатора в цепи.Например, в фотографии электронная вспышка на фотоаппарате должна синхронизироваться с открытием затвора, чтобы испускать вспышку света за доли секунды. Большой конденсатор заряжается до нескольких сотен вольт с помощью аккумулятора камеры, и при нажатии кнопки спуска затвора энергия мгновенно разряжается через ксеноновую вспышку, создавая яркую вспышку. После того, как выстрел сделан, конденсатор должен некоторое время перезарядиться, прежде чем его можно будет снова использовать.

Блокировка сигналов постоянного тока

Еще одно важное применение конденсаторов — остановка постоянного тока (DC), но пропускание переменного тока (AC) от одной части электронной схемы к другой.После зарядки конденсаторы действуют как элементы с высоким импедансом и тем самым блокируют попадание постоянного тока в определенные части схемы.

В цепи переменного тока с переменным (чередующимся положительным и отрицательным) напряжением ток будет течь сначала в одном направлении, а затем в другом по мере того, как конденсатор заряжается и разряжается. Это позволяет переменному току появляться с обеих сторон компонента, так что участки цепи могут быть соединены вместе. Ток через конденсатор физически не течет, поскольку диэлектрик является изолятором; продолжительные скачки тока являются результатом изменения напряжения на конденсаторе.

Блокируя постоянный ток и одновременно разрешая прохождение переменного тока, устройство можно использовать параллельно с другим элементом схемы, чтобы переменный ток обходил элемент без прохождения части постоянного тока сигнала. Конденсаторы таким образом регулярно используются в телевизионных, радио и аудиоусилителях.

Дискриминация по частоте

Из-за своей емкости конденсатор не реагирует на низкочастотные сигналы, что делает его полезным для разделения входного сигнала со смешанными частотами.Для конденсаторов в цепи переменного тока ток увеличивается с частотой, тогда как реактивное сопротивление емкости (или сопротивление потоку переменного тока) обратно пропорционально значению емкости. Следовательно, конденсатор может быть спроектирован так, чтобы оказывать незначительное сопротивление протеканию тока для высокочастотной части сигнала, в то же время предлагая большее сопротивление току более низкой частоты, что делает его полезным для фильтрации желаемого диапазона частот.

Такие конденсаторы обычно используются для обнаружения радиочастоты как часть схемы настройки телевизионных и радиоустройств.Они также могут отфильтровывать частоты, которые могут мешать работе оборудования.

Сглаживание и накопление энергии

Конденсаторы

часто используются для стабилизации напряжения на чувствительных устройствах за счет поглощения избыточной энергии, генерируемой нежелательными скачками напряжения при переходных процессах, и устранения дугового разряда в точках контакта. Это конкретное приложение составляет большую часть всех используемых многослойных керамических конденсаторов (MLCC). Например, сглаживающий конденсатор можно использовать рядом с микросхемами памяти компьютера, чтобы гарантировать, что рабочее напряжение микросхемы остается постоянным, несмотря на электрическую активность, происходящую повсюду.Это же свойство также используется для сглаживания выходных сигналов источников питания и преобразователей напряжения.

Надеюсь, что часть 2 дала вам лучшее понимание основных вариантов использования конденсаторов и того, как они могут применяться в ваших конкретных проектах. В части 3 мы рассмотрим факторы и ограничения, влияющие на емкость. Также ознакомьтесь с нашими конденсаторами Knowles Precision Devices , чтобы ознакомиться с полным ассортиментом нашей продукции.


Чтобы узнать больше о конденсаторах, загрузите нашу электронную книгу «Руководство по выбору правильного конденсатора для вашего конкретного применения».

Для чего нужен конденсатор?

Для электродвигателя переменного тока с постоянным разделением конденсаторов (также известного как электродвигатели переменного тока пускового и пускового конденсатора) для правильной работы требуется конденсатор. Выпейте чашечку кофе, и мы объясним, почему.

Простой эксперимент …

Чтобы показать, насколько важен конденсатор, мы можем начать с простого эксперимента. Используйте однофазный двигатель переменного тока с постоянным разделенным конденсатором и подключите его подводящие провода непосредственно к однофазному источнику питания (без конденсатора).Скорее всего, двигатель не будет работать с нагрузкой, если вал не будет вращаться под действием внешней силы (это намного проще с двигателем с выключенным круглым валом). Это потому, что нам нужны как минимум две фазы для создания вращающегося магнитного поля в статоре. Здесь и вступает в силу конденсатор.

Для чего нужен конденсатор?

Первоначально называемый «конденсатором», конденсатор представляет собой пассивный электронный компонент, который содержит по крайней мере два проводника (пластины), разделенные изолятором (диэлектриком).Проводники могут быть тонкими пленками из металла, алюминиевой фольги или дисков. Изолятор может быть стеклянным, керамическим, полиэтиленовым, воздушным или бумажным. При подключении к источнику напряжения конденсатор сохраняет электрический заряд в виде электростатического поля между своими проводниками.
По сравнению с батареей, батарея использует химические вещества для хранения электрического заряда и медленно разряжает его через цепь. На это могут уйти годы. Конденсатор выделяет свою энергию гораздо быстрее — за секунды или меньше.Типичный пример применения — вспышка вашей камеры.

ВНИМАНИЕ: Поскольку конденсатор держит электрический заряд, никогда не прикасайтесь к его клеммам. Если по какой-то причине это необходимо, убедитесь, что электрический заряд полностью разряжен.

Для чего нужен конденсатор для двигателей?

Конденсатор предназначен для создания многофазного источника питания от однофазного источника питания.При многофазном питании двигатель может:

1. Установите направление вращения.
2. Обеспечьте пусковой момент двигателя и увеличивайте крутящий момент во время работы.

Все двигатели переменного тока компании

Oriental Motor представляют собой двигатели с постоянным разделением конденсаторов (конденсаторный пуск и работа). Эти двигатели содержат основную обмотку и вторичную вспомогательную обмотку. Конденсатор включен последовательно со вспомогательной обмоткой, и это приводит к тому, что ток во вспомогательной обмотке отстает по фазе с током в основной обмотке на 90 электрических градусов (четверть всего цикла).Теперь мы создали многофазный блок питания от однофазного блока питания.

Без конденсатора С конденсатором

Какой конденсатор используется в двигателе Oriental?

В

Oriental Motor используются конденсаторы с электродами для осаждения из паровой фазы, признанные UL. В конденсаторах этого типа в качестве элемента используется металлизированная бумага или пластиковая пленка. Этот конденсатор также известен как «самовосстанавливающийся (SH) конденсатор».Хотя в большинстве предыдущих конденсаторов использовались бумажные элементы, в последние годы пластиковый пленочный конденсатор стал широко распространенным благодаря своей компактной конструкции.

Номинальное время проводимости

Номинальное время проводимости — это минимальный расчетный срок службы конденсатора при работе при номинальной нагрузке, номинальном напряжении, номинальной температуре и номинальной частоте. Стандартный срок службы — 40 000 часов. Конденсатор, который ломается в конце срока службы, может задымиться или загореться. Мы рекомендуем заменять конденсатор по истечении расчетного времени проводимости, чтобы избежать потенциальных проблем.

Функция безопасности конденсатора

Некоторые конденсаторы оснащены функцией безопасности, которая позволяет безопасно и полностью удалить конденсатор из цепей для предотвращения дыма и / или возгорания в случае пробоя диэлектрика. В продукции Oriental Motor используются конденсаторы с признанными UL функциями безопасности, которые прошли проверку на ток короткого замыкания UL 810 по стандарту UL 810.

Как оцениваются конденсаторы и почему это важно?

Конденсаторы

имеют номинальную емкость, рабочее напряжение, допуск, ток утечки, рабочую температуру и эквивалентное последовательное сопротивление…так далее. Для согласования двигателя двумя наиболее важными характеристиками являются емкость и рабочее напряжение. Номинальное напряжение обычно примерно в два раза превышает значение номинального входного напряжения двигателя в вольтах (на самом деле есть формула для определения емкости двигателя, но мы сохраним ее на потом). Для наших компактных двигателей переменного тока единицей измерения емкости является «микрофарада» или мкФ. Эти характеристики указаны как на этикетке двигателя, так и на этикетке конденсатора.

Этикетка двигателя с рекомендованным конденсатором Этикетка конденсатора

Использование конденсатора с другой емкостью может увеличить вибрацию двигателя, тепловыделение, потребление энергии, изменение крутящего момента и нестабильную работу.Если емкость слишком велика, крутящий момент двигателя увеличится, но может возникнуть перегрев и чрезмерная вибрация. Если емкость слишком мала, крутящий момент упадет. Использование конденсатора, напряжение которого превышает номинальное, может вызвать повреждение, а конденсатор может задымиться или загореться.

Нужно ли мне правильно подбирать конденсатор для двигателей переменного тока Oriental Motor?

Нет. Каждый однофазный двигатель переменного тока Oriental Motor включает в себя специальный конденсатор, размер которого рассчитан на работу двигателя с максимальной эффективностью и производительностью.Подбор конденсаторов не требуется.

Что произойдет, если я использую другой конденсатор?

Чтобы двигатель работал с максимальной эффективностью, всегда используйте специальный конденсатор, входящий в комплект поставки двигателя. Выделенный конденсатор создает электрический фазовый сдвиг на 90 от вспомогательной (конденсаторной) фазы к основной фазе. Использование неподходящего конденсатора может сместить это значение в сторону от 90 градусов, и в результате неэффективность может привести к перегреву двигателя с непостоянными характеристиками крутящего момента или скорости.

Размер специального конденсатора рассчитан таким образом, чтобы двигатель создавал идеальную кривую крутящего момента / скорости. Обратите внимание на «Номинальная скорость» и «Номинальный крутящий момент». В этой рабочей точке (где эти две точки пересекаются на кривой) достигается наибольшая эффективность. Каждый двигатель рассчитан на номинальную нагрузку. Вот почему увеличение номинала — не лучший способ подобрать двигатели переменного тока.

Разница в емкости конденсатора повлияет как на номинальную скорость, так и на номинальный крутящий момент, поскольку рабочая точка смещается от максимальной эффективности.Если вы используете два одинаковых двигателя с совершенно разными конденсаторами, вы получите совершенно разные результаты.