Как устроен конденсатор: Принцип работы конденсатора

Содержание

Когда не течет ток по конденсатору. Электрический конденсатор. Виды конденсаторов. Как устроен электрический конденсатор

Это легко подтвердить опытами. Можно зажечь лампочку, присоединив ее к сети переменного тока через конденсатор. Громкоговоритель или телефонные трубки будут продолжать работать, если их присоединить к приемнику не непосредственно, а через конденсатор.

Конденсатор представляет собой две или несколько металлических пластин, разделенных диэлектриком. Этим диэлектриком чаще всего бывает слюда, воздух или керамика, являющиеся наилучшими изоляторами. Вполне естественно, что постоянный ток не может пройти через такой изолятор. Но почему же проходит через него переменный ток? Это кажется тем более странным, что такая же самая керамика в виде, например, фарфоровых роликов прекрасно изолирует провода переменного тока, а слюда прекрасно выполняет функции изолятора в ах, электроутюгах и других нагревательных приборах, исправно работающих от переменного тока.

Посредством некоторых опытов мы могли бы «доказать» еще более странный факт: если в конденсаторе заменить диэлектрик со сравнительно плохими изоляционными свойствами другим диэлектриком, который является лучшим изолятором, то свойства конденсатора изменятся так, что прохождение переменного тока через конденсатор будет не затруднено, а, наоборот, облегчено. Например, если включить лампочку в цепь переменного тока через конденсатор с бумажным диэлектриком и затем заменить бумагу таким прекрасным изолятором; как стекло или фарфор такой же толщины, то лампочка начнет гореть ярче. Подобный опыт позволит прийти к заключению, что переменный ток не только проходят через конденсатор, но что он к тому же проходит тем легче, чем лучшим изолятором является его диэлектрик.

Однако, несмотря на всю кажущуюся убедительность подобных опытов, электрический ток — ни постоянный, ни переменный — через конденсатор не проходит. Диэлектрик, разделяющий пластины конденсатора, служит надежной преградой на пути тока, каким бы он ни был — переменным или постоянным. Но это еще не означает, что тока не будет и во всей той цепи, в которую включен конденсатор.

Конденсатор обладает определенным физическим свойством, которое мы называем емкостью. Это свойство состоит в способности накапливать на обкладках электрические заряды. Источник электрического тока можно грубо уподобить насосу, перекачивающему в цепи электрические заряды. Если ток постоянный, то электрические заряды перекачиваются все время в одну сторону.

Как же будет вести себя в цепи постоянного тока конденсатор?

Наш «электрический насос» будет качать заряды на одну его обкладку и откачивать их с другой обкладки. Способность конденсатора удерживать на своих обкладках (пластинах) определенную разницу количества зарядов и называется его емкостью. Чем больше емкость конденсатора, тем больше электрических зарядов может быть на одной обкладке по сравнению с другой.

В момент включения тока конденсатор не заряжен — количество зарядов на его обкладках одинаково. Но вот ток включен. «Электрический насос» заработал. Он погнал заряды на одну обкладку и начал откачивать их с другой. Раз в цепи началось движение зарядов, значит в ней начал протекать ток. Ток будет течь до тех пор, пока конденсатор не зарядится полностью. По достижении этого предела ток прекратится.

Следовательно, если в цепи постоянного тока есть конденсатор, то после ее замыкания ток в ней будет течь столько времени сколько нужно для полного заряда конденсатора.

Если сопротивление цепи, через которую заряжается конденсатор, сравнительно невелико, то время заряда оказывается очень коротким: оно длится ничтожные доли секунды, после чего течение тока прекращается.

Иное дело в цепи переменного тока. В этой цепи «насос» перекачивает электрические заряды то в одну, то в другую сторону. Едва создав на одной обкладке конденсатора превышение количества зарядов по сравнению с количеством их на другой обкладке, насос начинает перекачивать их в обратно направлении. Заряды будут циркулировать в цепи непрерывно, значит в ней, несмотря на присутствие не проводящего ток конденсатора, будет существовать ток — ток заряда и разряда конденсатора.

От чего будет зависеть величина этого тока?

Под величиной тока мы понимаем количество электрических зарядов, протекающих в единицу времени через поперечное сечение проводника. Чем, больше емкость конденсатора, тем больше зарядов потребуется для его «заполнения», значит тем сильнее будет ток в цепи. процесса: будем наполнять и опорожнять сосуд 2 раза в секунду, то по трубке в секунду пройдет уже 4 л воды — увеличение частоты процесса при неизменной емкости сосуда привело к соответствующему увеличению количества воды, протекающей по трубке.

Из всего сказанного можно сделать следующие выводк: электрический ток — ни постоянный, ни переменный — через конденсатор не проходит. Но в цепи, соединяющей источник переменного тока с конденсатором, течет ток заряда и разряда этого конденсатора. Чем больше емкость конденсатора и выше частота тока, тем сильнее будет этот ток.

Эта особенность переменного тока чрезвычайно широко используется в радиотехнике. На ней основано и излучение радиоволн. Для этого мы возбуждаем в передающей антенне высокочастотный переменный ток. Но почему же ток течет в антенне, ведь она не представляет собой замкнутую цепь? Он течет потому, что между проводами антенны и противовеса или землей существует емкость. Ток в антенне представляет собой ток заряда и разряда этой емкости, этого конденсатора.

На вопрос Почему конденсатор не пропускает постоянный ток, но зато пропускает переменный? заданный автором Sodd15 sodd лучший ответ это Ток течёт только до тех пор, пока конденсатор заряжается.
В цепи постоянного тока конденсатор заряжается сравнительно быстро, после чего ток уменьшается и практически прекращается.
В цепи переменного тока конденсатор заряжается, затем напряжение меняет полярность, он начинает разряжаться, а потом заряжаться в обратную сторону, и т. д. - ток течёт постоянно.

Ну представьте себе банку, в которую можно налить воду только до тех пор, пока она не заполнится. Если напряжение постоянное, банка заполнится и после этого ток прекратится. А если напряжение переменное - вода в банку заливается - выливается - заливается и т. д.

Ответ от Просунуться [новичек]
спасибо ребята за классную информацию!!!

Ответ от Avotara [гуру]
Конденсатор не пропускает ток он может только заряжаться и разряжаться
На постоянном токе конденсатор заряжается 1 раз а дальше становится бесполезным в цепи.
На пульсирующем токе когда напряжение повышается он заряжается (накапливает в себе электрическую энергию) , а когда напряжение от максимального уровня начинает снижаться он возвращает энергию в сеть стабилизируя при этом напряжение.
На переменном токе когда напряжение возрастает от 0 к максимуму конденсатор заряжается, когда снижается от максимума до 0 разряжается возвращая энергию обратно в сеть, когда полярность меняется все происходит точно также но с другой полярностью.

Ответ от

Вровень [гуру]
Конденсатор на самом деле не пропускает сквозь себя ток. Конденсатор сначала накапливает на своих обкладках заряды - на одной обкладке избыток электронов, на другой недостаток - а потом отдает их, в результате во внешней цепи электроны бегают туда-сюда - с одной обкладки убегают, на вторую прибегают, потом обратно. То есть движение электронов туда-сюда во внешней цепи обеспечивается, в ней идет ток - но не внутри конденсатора.
Сколько электронов может принять обкладка конденсатора при напряжении, в один вольт, называется емкостью конденсатора, но ее обычно измеряют не в триллионах электронов, а в условных единицах емкости - фарадах (микрофарадах, пикофарадах).
Когда говорят, что ток идет через конденсатор, это просто упрощение. Все происходит так, как будто бы через конденсатор шел ток, хотя на самом деле ток идет только снаружи конденсатора.
Если углубляться в физику, то перераспределение энергии в поле между пластинами конденсатора называют током смещения в отличие от тока проводимости, представляющего собой перемещение зарядов, но ток смещения - это уже понятие из электродинамики, связанное с уравнениями Максвелла, совсем другой уровень абстракции.

Ответ от сосочек [гуру]
в чисто физическом плане: конденсатор - есть развыв цепи, т. к. его прокладки не соприкасаются друг с другом, между ними диэлектрик. а как мы знаем диэлектрики не проводят электричесний ток. поэтому постоянный ток через него и не идёт.
хотя...
Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора) , по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течет, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора.
а для переменного тока конденсатор является частью колебательного контура. он играет роль накопителя электрической энергии и в сочетаниии с катушкой, они прекрасно сосуществуют, переобразовывая электрическую энегрию в магнитную и обратно со скоростью/частотой равной их собственной omega = 1/sqrt(C*L)
пример: такое явление как молния. думаю слышал. хотя плохой пример, там зарядка происходит через электризацию, изза трения атмосферного воздуха о поверхность земли. но пробой всегда как и в конденсаторе происходит только при достижении так называемого пробивного напряжения.

не знаю, помогло ли тебе это 🙂

Ответ от [email protected] [новичек]
конденсатор работает как в переменном токе так и в постоянном, т. к. он заряжается на постоянном токе и не может никуда деть ту энергию, для этого в цепь соединяют через ключ обратную ветвь, для смены полярности, чтобы его разрядить и освободить место для новой порции, неа переменном на оборот, кандёр заряжается и разряжается за счет перемены полярностей....

Во всех радиотехнических и электронных устройствах кроме транзисторов и микросхем применяются конденсаторы. В одних схемах их больше, в других меньше, но совсем без конденсаторов не бывает практически ни одной электронной схемы.

При этом конденсаторы могут выполнять в устройствах самые разные задачи. Прежде всего, это емкости в фильтрах выпрямителей и стабилизаторов. С помощью конденсаторов передается сигнал между усилительными каскадами, строятся фильтры низких и высоких частот, задаются временные интервалы в выдержках времени и подбирается частота колебаний в различных генераторах.

Свою родословную конденсаторы ведут от , которую в середине XVIII века в своих опытах использовал голландский ученый Питер ван Мушенбрук. Жил он в городе Лейдене, так что нетрудно догадаться, почему так называлась эта банка.

Собственно это и была обыкновенная стеклянная банка, выложенная внутри и снаружи оловянной фольгой - станиолем. Использовалась она в тех же целях, как и современная алюминиевая, но тогда алюминий открыт еще не был.

Единственным источником электричества в те времена была электрофорная машина, способная развивать напряжение до нескольких сотен киловольт. Вот от нее и заряжали лейденскую банку. В учебниках физики описан случай, когда Мушенбрук разрядил свою банку через цепь из десяти гвардейцев взявшихся за руки.

В то время никто не знал, что последствия могут быть трагическими. Удар получился достаточно чувствительным, но не смертельным. До этого не дошло, ведь емкость лейденской банки была незначительной, импульс получился очень кратковременным, поэтому мощность разряда была невелика.

Как устроен конденсатор

Устройство конденсатора практически ничем не отличается от лейденской банки: все те же две обкладки, разделенные диэлектриком. Именно так на современных электрических схемах изображаются конденсаторы. На рисунке 1 показано схематичное устройство плоского конденсатора и формула для его расчета.

Рисунок 1. Устройство плоского конденсатора

Здесь S - площадь пластин в квадратных метрах, d - расстояние между пластинами в метрах, C - емкость в фарадах, ε - диэлектрическая проницаемость среды. Все величины, входящие в формулу, указаны в системе СИ. Эта формула справедлива для простейшего плоского конденсатора: можно просто расположить рядом две металлические пластины, от которых сделаны выводы. Диэлектриком может служить воздух.

Из этой формулы можно понять, что емкость конденсатора тем больше, чем больше площадь пластин и чем меньше расстояние между ними. Для конденсаторов с другой геометрией формула может быть иной, например, для емкости одиночного проводника или . Но зависимость емкости от площади пластин и расстояния между ними та же, что и у плоского конденсатора: чем больше площадь и чем меньше расстояние, тем больше емкость.

На самом деле пластины не всегда делаются плоскими. У многих конденсаторов, например металлобумажных, обкладки представляют собой алюминиевую фольгу свернутую вместе с бумажным диэлектриком в плотный клубок, по форме металлического корпуса.

Для увеличения электрической прочности тонкая конденсаторная бумага пропитывается изолирующими составами, чаще всего трансформаторным маслом. Такая конструкция позволяет делать конденсаторы с емкостью до нескольких сотен микрофарад. Примерно так же устроены конденсаторы и с другими диэлектриками.

Формула не содержит никаких ограничений на площадь пластин S и расстояние между пластинами d. Если предположить, что пластины можно развести очень далеко, и при этом площадь пластин сделать совсем незначительной, то какая-то емкость, пусть небольшая, все равно останется. Подобное рассуждение говорит о том, что даже просто два проводника, расположенные по соседству, обладают электрической емкостью.

Этим обстоятельством широко пользуются в высокочастотной технике: в некоторых случаях конденсаторы делаются просто в виде дорожек печатного монтажа, а то и просто двух скрученных вместе проводков в полиэтиленовой изоляции. Обычный провод-лапша или кабель также обладают емкостью, причем с увеличением длины она увеличивается.

Кроме емкости C, любой кабель обладает еще и сопротивлением R. Оба этих физических свойства распределены по длине кабеля, и при передаче импульсных сигналов работают как интегрирующая RC - цепочка, показанная на рисунке 2.

Рисунок 2.

На рисунке все просто: вот схема, вот входной сигнал, а вот он же на выходе. Импульс искажается до неузнаваемости, но это сделано специально, для чего и собрана схема. Пока же речь идет о влиянии емкости кабеля на импульсный сигнал. Вместо импульса на другом конце кабеля появится вот такой «колокол», а если импульс короткий, то он может и вовсе не дойти до другого конца кабеля, вовсе пропасть.

Исторический факт

Здесь вполне уместно вспомнить историю о том, как прокладывали трансатлантический кабель. Первая попытка в 1857 году потерпела неудачу: телеграфные точки - тире (прямоугольные импульсы) искажались так, что на другом конце линии длиной 4000 км разобрать ничего не удалось.

Вторая попытка была предпринята в 1865 году. К этому времени английский физик У. Томпсон разработал теорию передачи данных по длинным линиям. В свете этой теории прокладка кабеля оказалась более удачной, сигналы принять удалось.

За этот научный подвиг королева Виктория пожаловала ученого рыцарством и титулом лорда Кельвина. Именно так назывался небольшой город на побережье Ирландии, где начиналась прокладка кабеля. Но это просто к слову, а теперь вернемся к последней букве в формуле, а именно, к диэлектрической проницаемости среды ε.

Немножко о диэлектриках

Эта ε стоит в знаменателе формулы, следовательно, ее увеличение повлечет за собой возрастание емкости. Для большинства используемых диэлектриков, таких как воздух, лавсан, полиэтилен, фторопласт эта константа практически такая же, как у вакуума. Но вместе с тем существует много веществ, диэлектрическая проницаемость которых намного выше. Если воздушный конденсатор залить ацетоном или спиртом, то его емкость возрастет раз в 15…20.

Но подобные вещества обладают кроме высокой ε еще и достаточно высокой проводимостью, поэтому такой конденсатор заряд держать будет плохо, он быстро разрядится сам через себя. Это вредное явление называется током утечки. Поэтому для диэлектриков разрабатываются специальные материалы, которые позволяют при высокой удельной емкости конденсаторов обеспечивать приемлемые токи утечки. Именно этим и объясняется такое разнообразие видов и типов конденсаторов, каждый из которых предназначен для конкретных условий.

Наибольшей удельной емкостью (соотношение емкость / объем) обладают . Емкость «электролитов» достигает до 100 000 мкФ, рабочее напряжение до 600В. Такие конденсаторы работают хорошо только на низких частотах, чаще всего в фильтрах источников питания. Электролитические конденсаторы включаются с соблюдением полярности.

Электродами в таких конденсаторах является тонкая пленка из оксида металлов, поэтому часто эти конденсаторы называют оксидными. Тонкий слой воздуха между такими электродами не очень надежный изолятор, поэтому между оксидными обкладками вводится слой электролита. Чаще всего это концентрированные растворы кислот или щелочей.

На рисунке 3 показан один из таких конденсаторов.

Рисунок 3. Электролитический конденсатор

Чтобы оценить размеры конденсатора рядом с ним сфотографировался простой спичечный коробок. Кроме достаточно большой емкости на рисунке можно разглядеть еще и допуск в процентах: ни много ни мало 70% от номинальной.

В те времена, когда компьютеры были большими и назывались ЭВМ, такие конденсаторы стояли в дисководах (по-современному HDD). Информационная емкость таких накопителей теперь может вызвать лишь улыбку: на двух дисках диаметром 350 мм хранилось 5 мегабайт информации, а само устройство весило 54 кг.

Основным назначением показанных на рисунке суперконденсаторов был вывод магнитных головок из рабочей зоны диска при внезапном отключении электроэнергии. Такие конденсаторы могли хранить заряд несколько лет, что было проверено на практике.

Чуть ниже с электролитическими конденсаторами будет предложено проделать несколько простых опытов, чтобы понять, что может делать конденсатор.

Для работы в цепях переменного тока выпускаются неполярные электролитические конденсаторы, вот только достать их почему-то очень непросто. Чтобы как-то эту проблему обойти, обычные полярные «электролиты» включают встречно-последовательно: плюс-минус-минус-плюс.

Если полярный электролитический конденсатор включить в цепь переменного тока, то сначала он будет греться, а потом раздастся взрыв. Отечественные старые конденсаторы разлетались во все стороны, импортные же имеют специальное приспособление, позволяющее избежать громких выстрелов. Это, как правило, либо крестовая насечка на донышке конденсатора, либо отверстие с резиновой пробкой, расположенное там же.

Очень не любят электролитические конденсаторы повышенного напряжения, даже если полярность соблюдена. Поэтому никогда не надо ставить «электролиты» в цепь, где предвидится напряжение близкое к максимальному для данного конденсатора.

Иногда в некоторых, даже солидных форумах, начинающие задают вопрос: «На схеме означен конденсатор 470µF * 16V, а у меня есть 470µF * 50V, можно ли его поставить?». Да, конечно можно, вот обратная замена недопустима.

Конденсатор может накапливать энергию

Разобраться с этим утверждением поможет простая схема, показанная на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема с конденсатором

Главным действующим лицом этой схемы является электролитический конденсатор C достаточно большой емкости, чтобы процессы заряда - разряда протекали медленно, и даже очень наглядно. Это дает возможность наблюдать работу схемы визуально с помощью обычной лампочки от карманного фонаря. Фонари эти давно уступили место современным светодиодным, но лампочки для них продаются до сих пор. Поэтому, собрать схему и провести простые опыты очень даже просто.

Может быть, кто-то скажет: «А зачем? Ведь и так все очевидно, да если еще и описание почитать…». Возразить тут, вроде, нечего, но любая, даже самая простая вещь остается в голове надолго, если ее понимание пришло через руки.

Итак, схема собрана. Как она работает?

В положении переключателя SA, показанном на схеме, конденсатор C заряжается от источника питания GB через резистор R по цепи: +GB __ R __ SA __ C __ -GB. Зарядный ток на схеме показан стрелкой с индексом iз. Процесс заряда конденсатора показан на рисунке 5.

Рисунок 5. Процесс заряда конденсатора

На рисунке видно, что напряжение на конденсаторе возрастает по кривой линии, в математике называемой экспонентой. Ток заряда прямо-таки зеркально отражает напряжение заряда. По мере того, как напряжение на конденсаторе растет, ток заряда становится все меньше. И только в начальный момент соответствует формуле, показанной на рисунке.

Через некоторое время конденсатор зарядится от 0В до напряжения источника питания, в нашей схеме до 4,5В. Весь вопрос в том, как это время определить, сколько ждать, когда же конденсатор зарядится?

Постоянная времени «тау» τ = R*C

В этой формуле просто перемножаются сопротивление и емкость последовательно соединенных резистора и конденсатора. Если, не пренебрегая системой СИ, подставить сопротивление в Омах, емкость в Фарадах, то результат получится в секундах. Именно это время необходимо для того, чтобы конденсатор зарядился до 36,8% напряжения источника питания. Соответственно для заряда практически до 100% потребуется время 5* τ.

Часто, пренебрегая системой СИ, подставляют в формулу сопротивление в Омах, а емкость в микрофарадах, тогда время получится в микросекундах. В нашем случае результат удобнее получить в секундах, для чего придется микросекунды просто умножить на миллион, а проще говоря, переместить запятую на шесть знаков влево.

Для схемы, показанной на рисунке 4, при емкости конденсатора 2000мкФ и сопротивлении резистора 500Ω постоянная времени получится τ = R*C = 500 * 2000 = 1000000 микросекунд или ровно одна секунда. Таким образом, придется подождать приблизительно 5 секунд, пока конденсатор зарядится полностью.

Если по истечении указанного времени переключатель SA перевести в правое положение, то конденсатор C разрядится через лампочку EL. В этот момент получится короткая вспышка, конденсатор разрядится и лампочка погаснет. Направление разряда конденсатора показано стрелкой с индексом iр. Время разряда также определяется постоянной времени τ. График разряда показан на рисунке 6.

Рисунок 6. График разряда конденсатора

Конденсатор не пропускает постоянный ток

Убедиться в этом утверждении поможет еще более простая схема, показанная на рисунке 7.

Рисунок 7. Схема с конденсатором в цепи постоянного тока

Если замкнуть переключатель SA, то последует кратковременная вспышка лампочки, что свидетельствует о том, что конденсатор C зарядился через лампочку. Здесь же показан и график заряда: в момент замыкания переключателя ток максимальный, по мере заряда конденсатора уменьшается, а через некоторое время прекращается совсем.

Если конденсатор хорошего качества, т.е. с малым током утечки (саморазряда) повторное замыкание выключателя к вспышке не приведет. Для получения еще одной вспышки конденсатор придется разрядить.

Конденсатор в фильтрах питания

Конденсатор ставится, как правило, после выпрямителя. Чаще всего выпрямители делаются двухполупериодными. Наиболее распространенные схемы выпрямителей показаны на рисунке 8.

Рисунок 8. Схемы выпрямителей

Однополупериодные выпрямители также применяются достаточно часто, как правило, в тех случаях, когда мощность нагрузки незначительна. Самым ценным качеством таких выпрямителей является простота: всего один диод и обмотка трансформатора.

Для двухполупериодного выпрямителя емкость конденсатора фильтра можно рассчитать по формуле

C = 1000000 * Po / 2*U*f*dU, где C емкость конденсатора мкФ, Po мощность нагрузки Вт, U напряжение на выходе выпрямителя В, f частота переменного напряжения Гц, dU амплитуда пульсаций В.

Большое число в числителе 1000000 переводит емкость конденсатора из системных Фарад в микрофарады. Двойка в знаменателе представляет собой число полупериодов выпрямителя: для однополупериодного на ее месте появится единица

C = 1000000 * Po / U*f*dU,

а для трехфазного выпрямителя формула примет вид C = 1000000 * Po / 3*U*f*dU.

Суперконденсатор - ионистор

В последнее время появился новый класс электролитических конденсаторов, так называемый . По своим свойствам он похож на аккумулятор, правда, с несколькими ограничениями.

Заряд ионистора до номинального напряжения происходит в течение короткого времени, буквально за несколько минут, поэтому его целесообразно использовать в качестве резервного источника питания. По сути ионистор прибор неполярный, единственное, чем определяется его полярность это зарядкой на заводе - изготовителе. Чтобы в дальнейшем эту полярность не перепутать она указывается знаком +.

Большую роль играют условия эксплуатации ионисторов. При температуре 70˚C при напряжении 0,8 от номинального гарантированная долговечность не более 500 часов. Если же прибор будет работать при напряжении 0,6 от номинального, а температура не превысит 40 градусов, то исправная работа возможна в течение 40 000 часов и более.

Наиболее распространенное применение ионистора это источники резервного питания. В основном это микросхемы памяти или электронные часы. В этом случае основным параметром ионистора является малый ток утечки, его саморазряд.

Достаточно перспективным является использование ионисторов совместно с солнечными батареями. Здесь также сказывается некритичность к условию заряда и практически неограниченное число циклов заряд-разряд. Еще одно ценное свойство в том, что ионистор не нуждается в обслуживании.

Пока получилось рассказать, как и где работают электролитические конденсаторы, причем, в основном в цепях постоянного тока. О работе конденсаторов в цепях переменного тока будет рассказано в другой статье - .

Конденсатор в цепи переменного тока или постоянного, который нередко называется попросту кондёром, состоит из пары обкладок, покрытых слоем изоляции. Если на это устройство будет подаваться ток, оно будет получать заряд и сохранять его в себе некоторое время. Емкость его во многом зависит от промежутка между обкладками.

Конденсатор может быть выполнен по-разному, но суть работы и основные его элементы остаются неизменными в любом случае. Чтобы понять принцип работы, необходимо рассмотреть самую простую его модель.

У простейшего устройства имеются две обкладки: одна из них заряжена положительно, другая - наоборот, отрицательно. Заряды эти хоть и противоположны, но равны. Они притягиваются с определенной силой, которая зависит от расстояния. Чем ближе друг к другу располагаются обкладки, тем больше между ними сила притяжения. Благодаря этому притяжению заряженное устройство не разряжается.

Однако достаточно проложить какой-либо проводник между двумя обкладками и устройство мгновенно разрядится. Все электроны от отрицательно заряженной обкладки сразу же перейдут на положительно заряженную, в результате чего заряд уравняется. Иными словами, чтобы снять заряд с конденсатора, необходимо лишь замкнуть две его обкладки.

Электрические цепи бывают двух видов - постоянными или переменными . Все зависит от того, как в них протекает электроток. Устройства в этих цепях ведут себя по-разному.

Чтобы рассмотреть, как будет вести себя конденсатор в цепи постоянного тока, нужно:

  1. Взять блок питания постоянного напряжения и определить значение напряжения. Например, «12 Вольт».
  2. Установить лампочку, рассчитанную на такое же напряжение.
  3. В сеть установить конденсатор.

Никакого эффекта не будет: лампочка так и не засветится, а если убрать из цепи конденсатор, то свет появится. Если устройство будет включено в сеть переменного тока, то она попросту не будет замыкаться, поэтому и никакой электроток здесь пройти не сможет. Постоянный - не способен проходить по сети, в которую включен конденсатор. Всему виной обкладки этого устройства, а точнее, диэлектрик, который разделяет эти обкладки.

Убедиться в отсутствии напряжения в сети постоянного электротока можно и другими способами. Подключать к сети можно, что угодно, главное, чтобы в цепь был включен источник постоянного электротока. Элементом же, который будет сигнализировать об отсутствии напряжения в сети или, наоборот, о его присутствии, также может быть любой электроприбор. Лучше всего для этих целей использовать лампочку: она будет светиться, если электроток есть, и не будет гореть при отсутствии напряжения в сети.

Можно сделать вывод, что конденсатор не способен проводить через себя постоянный ток, однако это заключение неправильное. На самом деле электроток сразу после подачи напряжения появляется, но мгновенно и исчезает. В этом случае он проходит в течение лишь нескольких долей секунды. Точная продолжительность зависит от того, насколько емким является устройство, но это, как правило, в расчет не берется.

Чтобы определить, будет ли проходить переменный электроток, необходимо устройство подключить в соответствующую цепь. Основным источником электроэнергии в таком случае должно являться устройство, генерирующее именно переменный электроток.

Постоянный электрический ток не идет через конденсатор, а вот переменный, наоборот, протекает, причем устройство постоянно оказывает сопротивление проходящему через него электротоку. Величина этого сопротивления связана с частотой. Зависимость здесь обратно пропорциональная: чем ниже частота, тем выше сопротивление. Если к источнику переменного электротока подключить кондер, то наибольшее значение напряжения здесь будет зависеть от силы тока.

Убедиться в том, что конденсатор может проводить переменный электроток, наглядно поможет простейшая цепь, составленная из:

  • Источника тока. Он должен быть переменным.
  • Потребителя электротока. Лучше всего использовать лампу.

Однако стоит помнить об одном: лампа загорится лишь в том случае, если устройство имеет довольно большую емкость. Переменный ток оказывает на конденсатор такое влияние, что устройство начинает заряжаться и разряжаться. А ток, который проходит по сети во время перезарядки, повышает температуру нити накаливания лампы. В результате она и светится.

От емкости устройства, подключенного к сети переменного тока, во многом зависит электроток перезарядки. Зависимость прямо пропорциональная: чем большей емкостью обладает, тем больше величина, характеризующая силу тока перезарядки. Чтобы в этом убедиться, достаточно лишь повысить емкость. Сразу после этого лампа начнет светиться ярче, так как нити ее будут больше накалены. Как видно, конденсатор, который выступает в качестве одного из элементов цепи переменного тока, ведет себя иначе, нежели постоянный резистор.

При подключении конденсатора переменного тока начинают происходить более сложные процессы. Лучше их понять поможет такой инструмент, как вектор. Главная идея вектора в этом случае будет заключаться в том, что можно представить значение изменяющегося во времени сигнала как произведение комплексного сигнала, который является функцией оси, отображающей время и комплексного числа, которое, наоборот, не связано со временем.

Поскольку векторы представляются некоторой величиной и некоторым углом, начертить их можно в виде стрелки, которая вращается в координатной плоскости. Напряжение на устройстве немного отстает от тока, а оба вектора, которыми они обозначаются, вращаются на плоскости против часовых стрелок.

Конденсатор в сети переменного тока может периодически перезаряжаться: он то приобретает какой-то заряд, то, наоборот, отдает его. Это означает, что кондер и источник переменного электротока в сети постоянно обмениваются друг с другом электрической энергией. Такой вид электроэнергии в электротехнике носит название реактивной.

Конденсатор не позволяет проходить по сети постоянному электротоку. В таком случае он будет иметь сопротивление, приравнивающееся к бесконечности. Переменный же электроток способен проходить через это устройство. В этом случае сопротивление имеет конечное значение.

Постоянного напряжения и выставляем на его крокодилах напряжение в 12 Вольт. Лампочку тоже берем на 12 Вольт. Теперь между одним щупом блока питания и лампочки вставляем конденсатор:

Не-а, не горит.

А вот если напрямую сделать, то горит:


Отсюда напрашивается вывод: постоянный ток через конденсатор не течет!

Если честно, то в самый начальный момент подачи напряжения ток все-таки течет на доли секунды. Все зависит от емкости конденсатора.

Конденсатор в цепи переменного тока

Итак, чтобы узнать, течет ли переменный ток через конденсатор, нам нужен генератор переменного тока. Думаю, этот генератор частоты вполне сойдет:


Так как китайский генератор у меня очень слабенький, то мы вместо нагрузки-лампочки будем использовать простой на 100 Ом. Также возьмем и конденсатор емкостью в 1 микрофарад:


Спаиваем как-то вот так и подаем сигнал с генератора частоты:


Далее за дело берется . Что такое осциллограф и с чем его едят, читаем здесь . Будем использовать сразу два канала. На одном экране будут высвечиваться сразу два сигнала. Здесь на экранчике уже видны наводки от сети 220 Вольт. Не обращайте внимание.


Будем подавать переменное напряжение и смотреть сигналы, как говорят профессиональные электронщики, на входе и на выходе. Одновременно.

Все это будет выглядеть примерно вот так:


Итак, если у нас частота нулевая, то это значит постоянный ток. Постоянный ток, как мы уже видели, конденсатор не пропускает. С этим вроде бы разобрались. Но что будет, если подать синусоиду с частотой в 100 Герц?

На дисплее осциллографа я вывел такие параметры, как частота сигнала и его амплитуда: F – это частота, Ma – амплитуда (эти параметры пометил белой стрелочкой). Первый канал помечен красным цветом, а второй канал – желтым, для удобства восприятия.


Красная синусоида показывает сигнал, который выдает нам китайский генератор частоты. Желтая синусоида – это то, что мы уже получаем на нагрузке. В нашем случае нагрузкой является резистор. Ну вот, собственно, и все.

Как вы видите на осциллограмме выше, с генератора я подаю синусоидальный сигнал с частотой в 100 Герц и амплитудой в 2 Вольта. На резисторе мы уже видим сигнал с такой же частотой (желтый сигнал), но его амплитуда составляет каких-то 136 милливольт. Да еще и сигнал получился какой-то “лохматый”. Это связано с так называемыми “ “. Шум – это сигнал с маленькой амплитудой и беспорядочным изменением напряжения. Он может быть вызван самими радиоэлементами, а также это могут быть помехи, которые ловятся из окружающего пространства. Например очень хорошо “шумит” резистор. Значит “лохматость” сигнала – это сумма синусоиды и шума.

Амплитуда желтого сигнала стала меньше, да еще и график желтого сигнала сдвигается влево, то есть опережает красный сигнал, или научным языком, появляется сдвиг фаз . Опережает именно фаза, а не сам сигнал. Если бы опережал сам сигнал, то у нас бы тогда получилось, что сигнал на резисторе появлялся бы по времени раньше, чем сигнал, поданный на него через конденсатор. Получилось бы какое-те перемещение во времени:-), что конечно же, невозможно.

Сдвиг фаз – это разность между начальными фазами двух измеряемых величин . В данном случае напряжения. Для того, чтобы произвести замер сдвига фаз, должно быть условие, что у этих сигналов одна и та же частота . Амплитуда может быть любой. Ниже на рисунке приведен этот самый сдвиг фаз или, как еще его называют, разность фаз :

Давайте увеличим частоту на генераторе до 500 Герц


На резисторе уже получили 560 милливольта. Сдвиг фаз уменьшается.

Увеличиваем частоту до 1 КилоГерца


На выходе у нас уже 1 Вольт.

Ставим частоту 5 Килогерц


Амплитуда 1,84 Вольта и сдвиг фаз явно стает меньше

Увеличиваем до 10 Килогерц


Амплитуда уже почти такая же как и на входе. Сдвиг фаз менее заметен.

Ставим 100 Килогерц:


Сдвига фаз почти нет. Амплитуда почти такая же, как и на входе, то есть 2 Вольта.

Отсюда делаем глубокомысленные выводы:

Чем больше частота, тем меньшее сопротивление конденсатор оказывает переменному току. Сдвиг фаз убывает с увеличением частоты почти до нуля. На бесконечно низких частотах его величина составляет 90 градусов или π/2 .

Если построить обрезок графика, то получится типа что-то этого:


По вертикали я отложил напряжение, по горизонтали – частоту.

Итак, мы с вами узнали, что сопротивление конденсатора зависит от частоты. Но только ли от частоты? Давайте возьмем конденсатор емкостью в 0,1 микрофарад, то есть номиналом в 10 раз меньше, чем предыдущий и снова прогоним по этим же частотам.

Смотрим и анализируем значения:







Внимательно сравните амплитудные значения желтого сигнала на одной и той же частоте, но с разными номиналами конденсатора. Например, на частоте в 100 Герц и номиналом конденсатора в 1 мкФ амплитуда желтого сигнала равнялась 136 милливольт, а на этой же самой частоте амплитуда желтого сигнала, но с конденсатором в 0,1 мкФ уже была 101 милливольт(в реальности еще меньше из за помех). На частоте 500 Герц – 560 милливольт и 106 милливольт соответственно, на частоте в 1 Килогерц – 1 Вольт и 136 милливольт и так далее.

Отсюда вывод напрашивается сам собой: при уменьшении номинала конденсатора его сопротивление стает больше.

С помощью физико-математических преобразований физики и математики вывели формулу для расчета сопротивления конденсатора. Прошу любить и жаловать:

где, Х С – это сопротивление конденсатора, Ом

П – постоянная и равняется приблизительно 3,14

F – частота, измеряется в Герцах

С – емкость, измеряется в Фарадах

Так вот, поставьте в эту формулу частоту в ноль Герц. Частота в ноль Герц – это и есть постоянный ток. Что получится? 1/0=бесконечность или очень большое сопротивление. Короче говоря, обрыв цепи.

Заключение

Забегая вперед, могу сказать, что в данном опыте мы получили (ФВЧ). С помощью простого конденсатора и резистора, применив где-нибудь в звуковой аппаратуре такой фильтр на динамик, в динамике мы будет слышать только писклявые высокие тона. А вот частоту баса как раз и заглушит такой фильтр. Зависимость сопротивления конденсатора от частоты очень широко используется в радиоэлектронике, особенно в различных фильтрах, где надо погасить одну частоту и пропустить другую.

назначение, устройство, принцип действия. Как устроен конденсатор

Конденсатор (capacitor, cap) - это маленький «аккумулятор», который быстро заряжается при наличии напряжения вокруг него и быстро разряжается обратно, когда напряжения недостаточно для удержания заряда.

Основной характеристикой конденсатора является ёмкость. Она обозначается символом C , единица её измерения - Фарад. Чем больше ёмкость, тем больший заряд может удерживать конденсатор при заданном напряжении. Также чем больше ёмкость, тем меньше скорость зарядки и разрядки.

Типичные значения, применяемые в микроэлектронике: от десятков пикофарад (pF, пФ = 0.000000000001 Ф) до десятков микрофарад (μF, мкФ = 0.000001). Самые распростронённые типы конденсаторов: керамический и электролитический. Керамические меньше по размеру и обычно имеют ёмкость до 1 мкФ; им всё равно какой из контактов будет подключен к плюсу, а какой - к минусу. Электролитические конденсаторы имеют ёмкости от 100 пФ и они полярны: к плюсу должен быть подключен конкретный контакт. Ножка, соответствующая плюсу, делается длинее.

Конденсатор представляет собой две пластины, разделённые слоем диэлектрика. Пластины скапливают заряд: одна положительный, другая отрицательный; тем самым внутри создаётся напряжение . Изолирующий диэлектрик не даёт внутреннему напряжению превратиться во внутренний ток , который бы уравнял пластины.

Зарядка и разрядка

Рассмотрим такую схему:

Пока переключатель находится в положении 1, на конденсаторе создаётся напряжение - он заряжается. Заряд Q на пластине в определённый момент времени расчитывается по формуле:

C - ёмкость, e - экспонента (константа ≈ 2.71828), t - время с момента начала зарядки. Заряд на второй пластине по значению всегда точно такой же, но с противоположным знаком. Если резистор R убрать, останется лишь небольшое сопротивление проводов (оно и станет значением R ) и зарядка будет происходить очень быстро.

Изобразив функцию на графике, получим такую картину:

Как видно, заряд растёт не равномерно, а обратно-экспоненциально. Это связанно с тем, что по мере того, как заряд копится, он создаёт всё большее и большее обратное напряжение V c , которое «сопротивляется» V in .

Заканчивается всё тем, что V c становится равным по значению V in и ток перестаёт течь вовсе. В этот момент говорят, что конденсатор достиг точки насыщения (equilibrium). Заряд при этом достигает максимума.

Вспомнив Закон Ома , мы можем изобразить зависимость силы тока в нашей цепи при зарядке конденсатора.

Теперь, когда система находится в равновесии, поставим переключатель в положение 2.

На пластинах конденсатора заряды противоположных знаков, они создают напряжение - появляется ток через нагрузку (Load). Ток пойдёт в противоположном направлении, если сравнивать с направлением источника питания. Разрядка тоже будет происходить наоборот: сначала заряд будет теряться быстро, затем, с падением напряжения создаваемого им же, всё медленее и медленее. Если за Q 0 обозначить заряд, который был на конденсаторе изначально, то:

Эти величины на графике выглядят следующим образом:

Опять же, через некоторое время система придёт в состояние покоя: весь заряд потеряется, напряжение исчезнет, течение тока прекратится.

Если снова воспользоваться переключателем, всё начнётся по кругу. Таким образом конденсатор ничего не делает кроме как размыкает цепь когда напряжение постоянно; и «работает», когда напряжение резко меняется. Это его свойство и определяет когда и как он применяется на практике.

Применение на практике

Среди наиболее распространённых в микроэлектронике можно выделить такие шаблоны:

    Резервный конденсатор (bypass cap) - для уменьшения ряби напряжения питания

    Фильтрующий конденсатор (filter cap) - для разделения постоянной и изменяющейся составляющих напряжения, для выделения сигнала

Резервный конденсатор

Многие схемы расчитаны на получение постоянного, стабильного питания. Например 5 В. Их им поставляет источник питания. Но идеальных систем не существует и в случае резкого изменения потребления тока устройством, например когда включается компонент, источник питания не успевает «отреагировать» моментально и происходит кратковременный спад напряжения. Кроме того, в случаях когда провод от источника питания до схемы достаточно длинный, он начинает работать как антенна и тоже вносить нежелательный шум в уровень напряжения.

Обычно отклонение от идеального напряжения не превышает тысячной доли вольта и это являние абсолютно незначительно, если речь идёт о питании, например, светодиодов или электродвигателя. Но в логических цепях, где переключение логического нуля и логической единицы происходит на основе изменения малых напряжений, шумы питания могут быть ошибочно приняты за сигнал, что приведёт к неверному переключению, которое по принципу домино поставит систему в непредсказуемое состояние.

Для предотвращения таких сбоев, непосредственно перед схемой ставят резервный конденсатор

В моменты, когда напряжение полное, конденсатор заряжается до насыщения и становится запасом резервного заряда. Как только уровень напряжения на линии падает, резервный конденсатор выступает в роли быстрой батарейки, отдавая накопленный ранее заряд, чтобы заполнить пробел пока ситуация не нормализуется. Такая помощь основному источнику питания происходит огромное количество раз ежесекундно.

Если рассуждать с другой точки зрения: конденсатор выделяет из постоянного напряжения переменную составляющую и пропуская её через себя, уводит её с линии питания в землю. Именно поэтому резервный конденсатор также называют «bypass capacitor».

В итоге, сглаженное напряжение выглядит так:

Типичный конденсаторы, который используется для этих целей - керамические, номиналом 10 или 100 нФ. Большие электролитические слабо подходят на эту роль, т.к. они медленее и не смогут быстро отдавать свой заряд в этих условиях, где шум обладает высокой частотой.

В одном устройстве резервные конденсаторы могут присутствовать во множестве мест: перед каждой схемой, представляющей собой самостоятельную единицу. Так, например, на Arduino уже есть резервные конденсаторы, которые обеспечивают стабильную работу процессора, но перед питанием подключаемого к нему LCD экрана должен быть установлен свой собственный.

Фильтрующий конденсатор

Фильтрующий конденсатор используется для снятия сигнала с сенсора, который передаёт его в форме изменяющегося напряжения. Примерами таких сенсоров являеются микрофон или активная Wi-Fi антенна.

Рассмотрим схему подключения электретного микрофона. Электретный микрофон - самый распространённый и повсеместный: именно такой применяется в мобильных телефонах, в компьютерных аксессуарах, системах громкой связи.

Для своей работы микрофон требует питания. В состоянии тишины, его сопротивление велико и составляет десятки килоом. Когда на него воздействует звук, затвор встроенного внутри полевого транзистора открывается и микрофон теряет внутреннее сопротивление. Потеря и восстановление сопротивления происходит много раз ежесекундно и соответствует фазе звуковой волны.

На выходе нам интересно напряжение только в те моменты, когда звук есть. Если бы не было конденсатора C , на выход всегда бы дополнительно воздействовало постоянное напряжение питания. C блокирует эту постоянную составляющую и пропускает только отклонения, которые и соответствуют звуку.

Слышимый звук, который нам и интересен, находится низкочастотном диапазоне: 20 Гц - 20 кГц. Чтобы выделить из напряжения именно сигнал звука, а не высокочастотные шумы питания, в качестве C используется медленный электролитический конденсатор номиналом 10 мкФ. Если был бы использован быстрый конденсатор, например, на 10 нФ, на выход прошли бы сигналы, не связанные со звуком.

Обратите внимание, что выходной сигнал поставляется в виде отрицательного напряжения. То есть при соединении выхода с землёй, ток потечёт из земли к выходу. Пиковые значения напряжения в случае с микрофоном составляют десятки милливольт. Чтобы перевернуть напряжение обратно и увеличить его значение, выход V out обычно подключают к операционному уселителю.

Соединение конденсаторов

Если сравнивать с соединением резисторов , расчёт итогового номинала конденсаторов выглядит наоборот.

При параллельном соединении суммарная ёмкость суммируется:

При последовательном соединении, итоговая ёмкость расчитывается по формуле:

Если конденсатора всего два, то при последовательном соединении:

В частном случае двух одинаховых конденсаторов суммарная ёмкость последовательного соединения равна половине ёмкости каждого.

Предельные характеристики

В документации на каждый конденсатор указано максимальное допустимое напряжение. Его превышение может привести к пробою диэлектрика и взрыву конденсатора. Для электролитических конденсаторов обязательно должна быть соблюдена полярность. В противном случае либо вытечет электролит, либо опять же будет взрыв.

Почему конденсатор не пропускает постоянный ток, но зато пропускает переменный?

  1. Конденсатор не пропускает ток он может только заряжаться и разряжаться
    На постоянном токе конденсатор заряжается 1 раз а дальше становится бесполезным в цепи.
    На пульсирующем токе когда напряжение повышается он заряжается (накапливает в себе электрическую энергию) , а когда напряжение от максимального уровня начинает снижаться он возвращает энергию в сеть стабилизируя при этом напряжение.
    На переменном токе когда напряжение возрастает от 0 к максимуму конденсатор заряжается, когда снижается от максимума до 0 разряжается возвращая энергию обратно в сеть, когда полярность меняется все происходит точно также но с другой полярностью.
  2. Ток течт только до тех пор, пока конденсатор заряжается.
    В цепи постоянного тока конденсатор заряжается сравнительно быстро, после чего ток уменьшается и практически прекращается.
    В цепи переменного тока конденсатор заряжается, затем напряжение меняет полярность, он начинает разряжаться, а потом заряжаться в обратную сторону, и т. д. - ток течт постоянно.
    Ну представьте себе банку, в которую можно налить воду только до тех пор, пока она не заполнится. Если напряжение постоянное, банка заполнится и после этого ток прекратится. А если напряжение переменное - вода в банку заливается - выливается - заливается и т. д.
  3. конденсатор работает как в переменном токе так и в постоянном, т. к. он заряжается на постоянном токе и не может никуда деть ту энергию, для этого в цепь соединяют через ключ обратную ветвь, для смены полярности, чтобы его разрядить и освободить место для новой порции, неа переменном на оборот, кандр заряжается и разряжается за счет перемены полярностей....
  4. спасибо ребята за классную информацию!!!
  5. в чисто физическом плане: конденсатор - есть развыв цепи, т. к. его прокладки не соприкасаются друг с другом, между ними диэлектрик. а как мы знаем диэлектрики не проводят электричесний ток. поэтому постоянный ток через него и не идт.
    хотя.. .
    Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора) , по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течет, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора.

    а для переменного тока конденсатор является частью колебательного контура. он играет роль накопителя электрической энергии и в сочетаниии с катушкой, они прекрасно сосуществуют, переобразовывая электрическую энегрию в магнитную и обратно со скоростью/частотой равной их собственной omega = 1/sqrt(C*L)

    пример: такое явление как молния. думаю слышал. хотя плохой пример, там зарядка происходит через электризацию, изза трения атмосферного воздуха о поверхность земли. но пробой всегда как и в конденсаторе происходит только при достижении так называемого пробивного напряжения.

    не знаю, помогло ли тебе это 🙂

  6. Конденсатор на самом деле не пропускает сквозь себя ток. Конденсатор сначала накапливает на своих обкладках заряды - на одной обкладке избыток электронов, на другой недостаток - а потом отдает их, в результате во внешней цепи электроны бегают туда-сюда - с одной обкладки убегают, на вторую прибегают, потом обратно. То есть движение электронов туда-сюда во внешней цепи обеспечивается, в ней идет ток - но не внутри конденсатора.
    Сколько электронов может принять обкладка конденсатора при напряжении, в один вольт, называется емкостью конденсатора, но ее обычно измеряют не в триллионах электронов, а в условных единицах емкости - фарадах (микрофарадах, пикофарадах) .
    Когда говорят, что ток идет через конденсатор, это просто упрощение. Все происходит так, как будто бы через конденсатор шел ток, хотя на самом деле ток идет только снаружи конденсатора.
    Если углубляться в физику, то перераспределение энергии в поле между пластинами конденсатора называют током смещения в отличие от тока проводимости, представляющего собой перемещение зарядов, но ток смещения - это уже понятие из электродинамики, связанное с уравнениями Максвелла, совсем другой уровень абстракции.

Во всех радиотехнических и электронных устройствах кроме транзисторов и микросхем применяются конденсаторы. В одних схемах их больше, в других меньше, но совсем без конденсаторов не бывает практически ни одной электронной схемы.

При этом конденсаторы могут выполнять в устройствах самые разные задачи. Прежде всего, это емкости в фильтрах выпрямителей и стабилизаторов. С помощью конденсаторов передается сигнал между усилительными каскадами, строятся фильтры низких и высоких частот, задаются временные интервалы в выдержках времени и подбирается частота колебаний в различных генераторах.

Свою родословную конденсаторы ведут от , которую в середине XVIII века в своих опытах использовал голландский ученый Питер ван Мушенбрук. Жил он в городе Лейдене, так что нетрудно догадаться, почему так называлась эта банка.

Собственно это и была обыкновенная стеклянная банка, выложенная внутри и снаружи оловянной фольгой - станиолем. Использовалась она в тех же целях, как и современная алюминиевая, но тогда алюминий открыт еще не был.

Единственным источником электричества в те времена была электрофорная машина, способная развивать напряжение до нескольких сотен киловольт. Вот от нее и заряжали лейденскую банку. В учебниках физики описан случай, когда Мушенбрук разрядил свою банку через цепь из десяти гвардейцев взявшихся за руки.

В то время никто не знал, что последствия могут быть трагическими. Удар получился достаточно чувствительным, но не смертельным. До этого не дошло, ведь емкость лейденской банки была незначительной, импульс получился очень кратковременным, поэтому мощность разряда была невелика.

Как устроен конденсатор

Устройство конденсатора практически ничем не отличается от лейденской банки: все те же две обкладки, разделенные диэлектриком. Именно так на современных электрических схемах изображаются конденсаторы. На рисунке 1 показано схематичное устройство плоского конденсатора и формула для его расчета.

Рисунок 1. Устройство плоского конденсатора

Здесь S - площадь пластин в квадратных метрах, d - расстояние между пластинами в метрах, C - емкость в фарадах, ε - диэлектрическая проницаемость среды. Все величины, входящие в формулу, указаны в системе СИ. Эта формула справедлива для простейшего плоского конденсатора: можно просто расположить рядом две металлические пластины, от которых сделаны выводы. Диэлектриком может служить воздух.

Из этой формулы можно понять, что емкость конденсатора тем больше, чем больше площадь пластин и чем меньше расстояние между ними. Для конденсаторов с другой геометрией формула может быть иной, например, для емкости одиночного проводника или . Но зависимость емкости от площади пластин и расстояния между ними та же, что и у плоского конденсатора: чем больше площадь и чем меньше расстояние, тем больше емкость.

На самом деле пластины не всегда делаются плоскими. У многих конденсаторов, например металлобумажных, обкладки представляют собой алюминиевую фольгу свернутую вместе с бумажным диэлектриком в плотный клубок, по форме металлического корпуса.

Для увеличения электрической прочности тонкая конденсаторная бумага пропитывается изолирующими составами, чаще всего трансформаторным маслом. Такая конструкция позволяет делать конденсаторы с емкостью до нескольких сотен микрофарад. Примерно так же устроены конденсаторы и с другими диэлектриками.

Формула не содержит никаких ограничений на площадь пластин S и расстояние между пластинами d. Если предположить, что пластины можно развести очень далеко, и при этом площадь пластин сделать совсем незначительной, то какая-то емкость, пусть небольшая, все равно останется. Подобное рассуждение говорит о том, что даже просто два проводника, расположенные по соседству, обладают электрической емкостью.

Этим обстоятельством широко пользуются в высокочастотной технике: в некоторых случаях конденсаторы делаются просто в виде дорожек печатного монтажа, а то и просто двух скрученных вместе проводков в полиэтиленовой изоляции. Обычный провод-лапша или кабель также обладают емкостью, причем с увеличением длины она увеличивается.

Кроме емкости C, любой кабель обладает еще и сопротивлением R. Оба этих физических свойства распределены по длине кабеля, и при передаче импульсных сигналов работают как интегрирующая RC - цепочка, показанная на рисунке 2.

Рисунок 2.

На рисунке все просто: вот схема, вот входной сигнал, а вот он же на выходе. Импульс искажается до неузнаваемости, но это сделано специально, для чего и собрана схема. Пока же речь идет о влиянии емкости кабеля на импульсный сигнал. Вместо импульса на другом конце кабеля появится вот такой «колокол», а если импульс короткий, то он может и вовсе не дойти до другого конца кабеля, вовсе пропасть.

Исторический факт

Здесь вполне уместно вспомнить историю о том, как прокладывали трансатлантический кабель. Первая попытка в 1857 году потерпела неудачу: телеграфные точки - тире (прямоугольные импульсы) искажались так, что на другом конце линии длиной 4000 км разобрать ничего не удалось.

Вторая попытка была предпринята в 1865 году. К этому времени английский физик У. Томпсон разработал теорию передачи данных по длинным линиям. В свете этой теории прокладка кабеля оказалась более удачной, сигналы принять удалось.

За этот научный подвиг королева Виктория пожаловала ученого рыцарством и титулом лорда Кельвина. Именно так назывался небольшой город на побережье Ирландии, где начиналась прокладка кабеля. Но это просто к слову, а теперь вернемся к последней букве в формуле, а именно, к диэлектрической проницаемости среды ε.

Немножко о диэлектриках

Эта ε стоит в знаменателе формулы, следовательно, ее увеличение повлечет за собой возрастание емкости. Для большинства используемых диэлектриков, таких как воздух, лавсан, полиэтилен, фторопласт эта константа практически такая же, как у вакуума. Но вместе с тем существует много веществ, диэлектрическая проницаемость которых намного выше. Если воздушный конденсатор залить ацетоном или спиртом, то его емкость возрастет раз в 15…20.

Но подобные вещества обладают кроме высокой ε еще и достаточно высокой проводимостью, поэтому такой конденсатор заряд держать будет плохо, он быстро разрядится сам через себя. Это вредное явление называется током утечки. Поэтому для диэлектриков разрабатываются специальные материалы, которые позволяют при высокой удельной емкости конденсаторов обеспечивать приемлемые токи утечки. Именно этим и объясняется такое разнообразие видов и типов конденсаторов, каждый из которых предназначен для конкретных условий.

Наибольшей удельной емкостью (соотношение емкость / объем) обладают . Емкость «электролитов» достигает до 100 000 мкФ, рабочее напряжение до 600В. Такие конденсаторы работают хорошо только на низких частотах, чаще всего в фильтрах источников питания. Электролитические конденсаторы включаются с соблюдением полярности.

Электродами в таких конденсаторах является тонкая пленка из оксида металлов, поэтому часто эти конденсаторы называют оксидными. Тонкий слой воздуха между такими электродами не очень надежный изолятор, поэтому между оксидными обкладками вводится слой электролита. Чаще всего это концентрированные растворы кислот или щелочей.

На рисунке 3 показан один из таких конденсаторов.

Рисунок 3. Электролитический конденсатор

Чтобы оценить размеры конденсатора рядом с ним сфотографировался простой спичечный коробок. Кроме достаточно большой емкости на рисунке можно разглядеть еще и допуск в процентах: ни много ни мало 70% от номинальной.

В те времена, когда компьютеры были большими и назывались ЭВМ, такие конденсаторы стояли в дисководах (по-современному HDD). Информационная емкость таких накопителей теперь может вызвать лишь улыбку: на двух дисках диаметром 350 мм хранилось 5 мегабайт информации, а само устройство весило 54 кг.

Основным назначением показанных на рисунке суперконденсаторов был вывод магнитных головок из рабочей зоны диска при внезапном отключении электроэнергии. Такие конденсаторы могли хранить заряд несколько лет, что было проверено на практике.

Чуть ниже с электролитическими конденсаторами будет предложено проделать несколько простых опытов, чтобы понять, что может делать конденсатор.

Для работы в цепях переменного тока выпускаются неполярные электролитические конденсаторы, вот только достать их почему-то очень непросто. Чтобы как-то эту проблему обойти, обычные полярные «электролиты» включают встречно-последовательно: плюс-минус-минус-плюс.

Если полярный электролитический конденсатор включить в цепь переменного тока, то сначала он будет греться, а потом раздастся взрыв. Отечественные старые конденсаторы разлетались во все стороны, импортные же имеют специальное приспособление, позволяющее избежать громких выстрелов. Это, как правило, либо крестовая насечка на донышке конденсатора, либо отверстие с резиновой пробкой, расположенное там же.

Очень не любят электролитические конденсаторы повышенного напряжения, даже если полярность соблюдена. Поэтому никогда не надо ставить «электролиты» в цепь, где предвидится напряжение близкое к максимальному для данного конденсатора.

Иногда в некоторых, даже солидных форумах, начинающие задают вопрос: «На схеме означен конденсатор 470µF * 16V, а у меня есть 470µF * 50V, можно ли его поставить?». Да, конечно можно, вот обратная замена недопустима.

Конденсатор может накапливать энергию

Разобраться с этим утверждением поможет простая схема, показанная на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема с конденсатором

Главным действующим лицом этой схемы является электролитический конденсатор C достаточно большой емкости, чтобы процессы заряда - разряда протекали медленно, и даже очень наглядно. Это дает возможность наблюдать работу схемы визуально с помощью обычной лампочки от карманного фонаря. Фонари эти давно уступили место современным светодиодным, но лампочки для них продаются до сих пор. Поэтому, собрать схему и провести простые опыты очень даже просто.

Может быть, кто-то скажет: «А зачем? Ведь и так все очевидно, да если еще и описание почитать…». Возразить тут, вроде, нечего, но любая, даже самая простая вещь остается в голове надолго, если ее понимание пришло через руки.

Итак, схема собрана. Как она работает?

В положении переключателя SA, показанном на схеме, конденсатор C заряжается от источника питания GB через резистор R по цепи: +GB __ R __ SA __ C __ -GB. Зарядный ток на схеме показан стрелкой с индексом iз. Процесс заряда конденсатора показан на рисунке 5.

Рисунок 5. Процесс заряда конденсатора

На рисунке видно, что напряжение на конденсаторе возрастает по кривой линии, в математике называемой экспонентой. Ток заряда прямо-таки зеркально отражает напряжение заряда. По мере того, как напряжение на конденсаторе растет, ток заряда становится все меньше. И только в начальный момент соответствует формуле, показанной на рисунке.

Через некоторое время конденсатор зарядится от 0В до напряжения источника питания, в нашей схеме до 4,5В. Весь вопрос в том, как это время определить, сколько ждать, когда же конденсатор зарядится?

Постоянная времени «тау» τ = R*C

В этой формуле просто перемножаются сопротивление и емкость последовательно соединенных резистора и конденсатора. Если, не пренебрегая системой СИ, подставить сопротивление в Омах, емкость в Фарадах, то результат получится в секундах. Именно это время необходимо для того, чтобы конденсатор зарядился до 36,8% напряжения источника питания. Соответственно для заряда практически до 100% потребуется время 5* τ.

Часто, пренебрегая системой СИ, подставляют в формулу сопротивление в Омах, а емкость в микрофарадах, тогда время получится в микросекундах. В нашем случае результат удобнее получить в секундах, для чего придется микросекунды просто умножить на миллион, а проще говоря, переместить запятую на шесть знаков влево.

Для схемы, показанной на рисунке 4, при емкости конденсатора 2000мкФ и сопротивлении резистора 500Ω постоянная времени получится τ = R*C = 500 * 2000 = 1000000 микросекунд или ровно одна секунда. Таким образом, придется подождать приблизительно 5 секунд, пока конденсатор зарядится полностью.

Если по истечении указанного времени переключатель SA перевести в правое положение, то конденсатор C разрядится через лампочку EL. В этот момент получится короткая вспышка, конденсатор разрядится и лампочка погаснет. Направление разряда конденсатора показано стрелкой с индексом iр. Время разряда также определяется постоянной времени τ. График разряда показан на рисунке 6.

Рисунок 6. График разряда конденсатора

Конденсатор не пропускает постоянный ток

Убедиться в этом утверждении поможет еще более простая схема, показанная на рисунке 7.

Рисунок 7. Схема с конденсатором в цепи постоянного тока

Если замкнуть переключатель SA, то последует кратковременная вспышка лампочки, что свидетельствует о том, что конденсатор C зарядился через лампочку. Здесь же показан и график заряда: в момент замыкания переключателя ток максимальный, по мере заряда конденсатора уменьшается, а через некоторое время прекращается совсем.

Если конденсатор хорошего качества, т.е. с малым током утечки (саморазряда) повторное замыкание выключателя к вспышке не приведет. Для получения еще одной вспышки конденсатор придется разрядить.

Конденсатор в фильтрах питания

Конденсатор ставится, как правило, после выпрямителя. Чаще всего выпрямители делаются двухполупериодными. Наиболее распространенные схемы выпрямителей показаны на рисунке 8.

Рисунок 8. Схемы выпрямителей

Однополупериодные выпрямители также применяются достаточно часто, как правило, в тех случаях, когда мощность нагрузки незначительна. Самым ценным качеством таких выпрямителей является простота: всего один диод и обмотка трансформатора.

Для двухполупериодного выпрямителя емкость конденсатора фильтра можно рассчитать по формуле

C = 1000000 * Po / 2*U*f*dU, где C емкость конденсатора мкФ, Po мощность нагрузки Вт, U напряжение на выходе выпрямителя В, f частота переменного напряжения Гц, dU амплитуда пульсаций В.

Большое число в числителе 1000000 переводит емкость конденсатора из системных Фарад в микрофарады. Двойка в знаменателе представляет собой число полупериодов выпрямителя: для однополупериодного на ее месте появится единица

C = 1000000 * Po / U*f*dU,

а для трехфазного выпрямителя формула примет вид C = 1000000 * Po / 3*U*f*dU.

Суперконденсатор - ионистор

В последнее время появился новый класс электролитических конденсаторов, так называемый . По своим свойствам он похож на аккумулятор, правда, с несколькими ограничениями.

Заряд ионистора до номинального напряжения происходит в течение короткого времени, буквально за несколько минут, поэтому его целесообразно использовать в качестве резервного источника питания. По сути ионистор прибор неполярный, единственное, чем определяется его полярность это зарядкой на заводе - изготовителе. Чтобы в дальнейшем эту полярность не перепутать она указывается знаком +.

Большую роль играют условия эксплуатации ионисторов. При температуре 70˚C при напряжении 0,8 от номинального гарантированная долговечность не более 500 часов. Если же прибор будет работать при напряжении 0,6 от номинального, а температура не превысит 40 градусов, то исправная работа возможна в течение 40 000 часов и более.

Наиболее распространенное применение ионистора это источники резервного питания. В основном это микросхемы памяти или электронные часы. В этом случае основным параметром ионистора является малый ток утечки, его саморазряд.

Достаточно перспективным является использование ионисторов совместно с солнечными батареями. Здесь также сказывается некритичность к условию заряда и практически неограниченное число циклов заряд-разряд. Еще одно ценное свойство в том, что ионистор не нуждается в обслуживании.

Пока получилось рассказать, как и где работают электролитические конденсаторы, причем, в основном в цепях постоянного тока. О работе конденсаторов в цепях переменного тока будет рассказано в другой статье - .

Было рассказано об электролитических конденсаторах. В основном они применяются в цепях постоянного тока, в качестве фильтрующих емкостей в выпрямителях. Также без них не обойтись в развязывающих цепочках питания транзисторных каскадов, стабилизаторах и транзисторных фильтрах. При этом, как было сказано в статье, постоянного тока они не пропускают, а на переменном работать вовсе не хотят.

Для цепей переменного тока существуют неполярные конденсаторы, причем, множество их типов говорит о том, что условия работы очень разнообразные. В тех случаях, когда требуется высокая стабильность параметров, а частота достаточно высокая, применяются конденсаторы воздушные и керамические.

К параметрам таких конденсаторов предъявляются повышенные требования. В первую очередь это высокая точность (маленький допуск), а также незначительный температурный коэффициент емкости ТКЕ. Как правило, такие конденсаторы ставятся в колебательных контурах приемной и передающей радиоаппаратуры.

Если же частота невелика, например, частота осветительной сети или частоты звукового диапазона, то вполне возможно применение бумажных и металлобумажных конденсаторов.

Конденсаторы с бумажным диэлектриком имеют обкладки из тонкой металлической фольги, чаще всего алюминиевой. Толщина обкладок колеблется в пределах 5…10мкм, что зависит от конструкции конденсатора. Между обкладками вложен диэлектрик из конденсаторной бумаги, пропитанной изоляционным составом.

В целях повышения рабочего напряжения конденсатора бумага может быть положена в несколько слоев. Весь этот пакет скручивается, как ковровая дорожка, и помещается в корпус круглого или прямоугольного сечения. При этом, конечно, от обкладок делаются выводы, а корпус такого конденсатора ни с чем не соединен.

Бумажные конденсаторы используются в низкочастотных цепях при больших рабочих напряжениях и значительных токах. Одно из таких очень распространенных применений - включение трехфазного двигателя в однофазную сеть.

В металлобумажных конденсаторах роль обкладок выполняет распыленный в вакууме на конденсаторную бумагу тончайший слой металла, все того же алюминия. Конструкция конденсаторов такая же, как и бумажных, правда, габариты намного меньше. Область применения обоих типов примерно одинакова: цепи постоянного, пульсирующего и переменного тока.

Конструкция бумажных и металлобумажных конденсаторов, кроме емкости, обеспечивает этим конденсаторам еще и значительную индуктивность. Это приводит к тому, что на какой-то частоте бумажный конденсатор превращается в резонансный колебательный контур. Поэтому такие конденсаторы применяются лишь на частотах не более 1МГц. На рисунке 1 показаны бумажные и металлобумажные конденсаторы, выпускавшиеся в СССР.

Рисунок 1.

Старинные металлобумажные конденсаторы имели свойство самовосстановления после пробоя. Это были конденсаторы типов МБГ и МБГЧ, но теперь их заменили конденсаторы с керамическим или органическим диэлектриком типов К10 или К73.

В некоторых случаях, например, в аналоговых запоминающих устройствах, или по другому, устройствах выборки-хранения (УВХ) к конденсаторам предъявляются особые требования, в частности, малый ток утечки. Тогда на помощь приходят конденсаторы, диэлектрики которых выполнены из материалов с высоким сопротивлением. В первую очередь это фторопластовые, полистирольные и полипропиленовые конденсаторы. Несколько меньшее сопротивление изоляции у слюдяных, керамических и поликарбонатных конденсаторов.

Эти же конденсаторы используются в импульсных схемах, когда требуется высокая стабильность. В первую очередь для формирования различных временных задержек, импульсов определенной длительности, а также для задания рабочих частот различных генераторов.

Чтобы временные параметры схемы были еще более стабильны, в некоторых случаях рекомендуется использовать конденсаторы с повышенным рабочим напряжением: ничего плохого нет в том, чтобы в схему с напряжением 12В установить конденсатор с рабочим напряжением 400 или даже 630В. Места такой конденсатор займет, конечно, побольше, но и стабильность работы всей схемы в целом тоже увеличится.

Электрическая емкость конденсаторов измеряется в Фарадах Ф (F), но это величина очень большая. Достаточно сказать, что емкость Земного шара не превышает 1Ф. Во всяком случае, именно так написано в учебниках физики. 1 Фарада это емкость, при которой при заряде q в 1 кулон разность потенциалов (напряжение) на обкладках конденсатора составляет 1В.

Из только что сказанного следует, что Фарада величина очень большая, поэтому на практике чаще используются более мелкие единицы: микрофарады (мкФ, µF), нанофарады (нФ, nF) и пикофарады (пФ, pF). Эти величины получаются с помощью использования дольных и кратных приставок, которые показаны в таблице на рисунке 2.

Рисунок 2.

Современные детали становятся все меньше, поэтому не всегда удается на них нанести полную маркировку, все чаще пользуются различными системами условных обозначений. Все эти системы в виде таблиц и пояснений к ним можно найти в интернете. На конденсаторах, предназначенных для SMD монтажа, чаще всего не ставится вообще никаких обозначений. Их параметры можно прочитать на упаковке.

Для того, чтобы выяснить, как ведут себя конденсаторы в цепях переменного тока, предлагается проделать несколько простейших опытов. При этом, каких-то особых требований к конденсаторам не предъявляется. Вполне подойдут самые обычные бумажные или металлобумажные конденсаторы.

Конденсаторы проводят переменный ток

Чтобы убедиться в этом воочию, достаточно собрать несложную схему, показанную на рисунке 3.

Рисунок 3.

Сначала надо включить лампу через конденсаторы C1 и C2, соединенные параллельно. Лампа будет светиться, но не очень ярко. Если теперь добавить еще конденсатор C3, то свечение лампы заметно увеличится, что говорит о том, что конденсаторы оказывают сопротивлению прохождению переменного тока. Причем, параллельное соединение, т.е. увеличение емкости, это сопротивление снижает.

Отсюда вывод: чем больше емкость, тем меньше сопротивление конденсатора прохождению переменного тока. Это сопротивление называется емкостным и в формулах обозначается как Xc. Еще Xc зависит от частоты тока, чем она выше, тем меньше Xc. Об этом будет сказано несколько позже.

Другой опыт можно проделать используя счетчик электроэнергии, предварительно отключив все потребители. Для этого надо соединить параллельно три конденсатора по 1мкФ и просто включить их в розетку. Конечно, при этом надо быть предельно осторожным, или даже припаять к конденсаторам стандартную штепсельную вилку. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть не менее 400В.

После этого подключения достаточно просто понаблюдать за счетчиком, чтобы убедиться, что он стоит на месте, хотя по расчетам такой конденсатор эквивалентен по сопротивлению лампе накаливания мощностью около 50Вт. Спрашивается, почему не крутит счетчик? Об этом тоже будет рассказано в следующей статье.

принцип работы и для чего нужен?

Конденсатор — это устройство, предназначенное для накопления зарядов. От латинского слова condensare — уплотнять, сгущать, накапливать. Он стал одним из обязательных кирпичиков, из которых строятся электрические схемы.

Принцип работы конденсатора

Конденсатор, видимо, есть самый первый прибор, с помощью которого научились достаточно долго удерживать электрические заряды в одном месте.

Если зарядить какой-нибудь диэлектрик трением, например, ту же классическую расческу, потерев ее шерстью, то заряд на ее поверхности останется на некоторое время. Однако ни накопить его, ни как-то использовать не удастся: кроме пары-тройки фокусов с притягиванием к расческе всякого мусора, ничего не выйдет. Металл же зарядить трением вообще невозможно. Все заряды, которые были бы как-то им приняты, на поверхности не удерживаются, а разбегаются сразу по всей массе применяемого металла. Или сбегают с него, благодаря большой площади контакта с воздухом, всегда содержащим влагу, что делает задачу невозможной.

Удалось придумать накопление электричества благодаря свойству притяжения друг к другу зарядов разного знака. Если два листочка из фольги прижать друг к другу, проложив между ними тонкий слой хорошего диэлектрика, то такой сэндвич можно зарядить, прикоснувшись телами, содержащими заряды разного знака, к разным листочкам фольги. Заряды разного знака притягиваются друг к другу и обязательно побегут в фольге навстречу друг другу. Они бы и разрядились, не будь между слоями фольги диэлектрика. И заряды только растекутся каждый по своему листу фольги и, притягиваясь друг к другу, будут находиться в ней достаточно долго.

Вот это и называется конденсатор. Чем больше площадь фольги — тем больше емкость. Чтобы добиться большой площади, фольгу с изолятором сворачивают рулоном — две ленты фольги и две ленты бумаги — и помещают в банку, выводя наружу от каждой ленты по контакту. Снаружи банка запаивается, чтобы предотвратить поступление влаги внутрь. Вездесущая влага же и является причиной, по которой бумажную ленту пропитывают парафином.

Устройство конденсатора

а) устройство, б) внешний вид

1 – фольговые обкладки, 2 – внутренние выводы обкладок,
3 – парафинированная бумага, 4 – металлический корпус, 5 – провод

На рисунке изображено, как устроен простейший фольговый автомобильный конденсатор. У него один контакт выведен от одной обкладки наружу проводом, а другим является металлический корпус, внутри присоединенный ко второй обкладке.

Работа конденсатора в электрической цепи

Уже давно мы отошли от понимания электричества в терминах движения, действия зарядов и так далее. Теперь мы мыслим понятиями электрических цепей, где обычными вещами являются напряжения, токи, мощность. И к рассмотрению поведения зарядов прибегаем только, чтобы понять, как работает в цепи какое-нибудь устройство.

Например, конденсатор в простейшей цепи постоянного электрического тока является просто разрывом. Обкладки ведь не соприкасаются друг с другом. Поэтому, чтобы понять принцип действия конденсатора в цепи, придется все-таки вернуться к поведению зарядов.

Зарядка конденсатора

Соберем простую электрическую цепь, состоящую из аккумулятора, конденсатора, резистора и переключателя.

Конденсатор: принцип действия

εc  – ЭДС аккумулятора, C – конденсатор, R – резистор, K – переключатель  

Когда переключатель никуда не включен, тока в цепи нет. Если подключить его к контакту 1, то напряжение с аккумулятора попадет на конденсатор. Конденсатор начнет заряжаться настолько, насколько хватит его емкости. В цепи потечет ток заряда, который сначала будет довольно большим, а по мере зарядки конденсатора будет уменьшаться, пока совсем не сойдет на нуль.

Конденсатор при этом приобретет заряд такого же знака, как и сам аккумулятор. Разомкнув теперь переключатель К, получим разорванную цепь, но в ней стало два источник энергии: аккумулятор и конденсатор.

Конденсатор

Разрядка конденсатора

Если теперь перевести переключатель в положение 2, то заряд, накопленный на обкладках конденсатора, начнет разряжаться через сопротивление R.

Причем, сначала, при максимальном напряжении, и ток будет максимальным, величину которого можно вычислить, зная напряжение на конденсаторе, по закону Ома. Ток будет течь, то есть конденсатор будет разряжаться, а напряжение его падать. Соответственно и ток будет все меньше и меньше. И когда в конденсаторе заряда совсем не останется, ток прекратится.

Процессы внутри конденсатора

У ситуации, описанной в этих двух случаях, есть интересные особенности:

  1. Электрическая батарея постоянного напряжения, работая в цепи с конденсатором, дает, тем не менее, переменный ток: при зарядке он изменяется от максимального значения до 0.
  2. Конденсатор, имея некоторый заряд, при разряжении через резистор, даст тоже переменный ток, изменяющийся от максимального значения до 0.
  3. В обоих случаях после непродолжительного действия ток прекращается. Конденсатор в обоих случаях после этого демонстрирует разрыв в цепи — ток больше не течет.

Описанные процессы называются переходными. Они имеют место в электрических цепях с постоянным напряжением питания, когда в них установлены реактивные элементы. После прохождения переходных процессов реактивные элементы перестают влиять на режимы токов и напряжений в электрической цепи. Время, в течение которого переходный процесс завершается, зависит как от емкости конденсатора C, так и от активного сопротивления нагрузки R. Очевидно, что чем они больше, тем больше нужен и интервал времени, пока переходный процесс не завершится.

Параметр, характеризующий время переходного процесса, называется «постоянной времени» для данной схемы, обозначается греческой буквой «тау»:

Формула

Произведение сопротивления в омах на емкость в фарадах, если рассмотреть внимательно эти единицы измерения, действительно дает величину в секундах. 

Однако переходный процесс разрядки конденсатора — это процесс плавный. То есть, грубо говоря, он не заканчивается никогда.

Временная диаграмма разрядки конденсатора через резистор

Uc  – напряжение  на конденсаторе (вольт), U0  – первоначальное напряжение заряженного конденсатора, t – время (сек)

На рисунке видно, что конденсатор будет разряжаться «всегда», так как чем меньше на нем остается зарядов, тем меньший ток будет бежать по цепи, следовательно, тем медленнее будет идти процесс разрядки. Процесс экспоненциальный. По времени отложены значения в секундах величин, кратных постоянной времени. С некоторых значений можно считать процесс практически законченным, например, при 5t, когда напряжения на конденсаторе осталось порядка 0,7%.

Режим, когда переходный процесс завершен, называется стационарным, или режимом постоянного тока.

Принцип работы на переменном напряжении

Так же, как в механике масса обладает свойством инерции, в электричестве заряд в конденсаторе тоже проявляет инерционность. Действительно, при любых электрических процессах он начинает подзаряжаться (если напряжение на его контактах имеет такую же полярность, как и заряд в нем) или разряжаться (если полярность противоположная). Это влияет на картину токов в цепи, а на синусоидальном токе проявляется как сдвиг фазы между напряжением и током.

Фактически в цепи переменного тока непрерывно происходит переходный процесс.

Конденсатор в цепи переменного тока Процессы в конденсаторе

Переменное напряжение U то подзаряжает, то разряжает конденсатор, в результате этого в нем течет ток I, сдвинутый по времени на 90° от периода колебаний напряжения.

Формула

Считается, что конденсатор пропускает переменный ток, причем введен параметр «кажущееся сопротивление конденсатора». Он зависит от емкости конденсатора С и от частоты переменного напряжения ω.

Это реактивное сопротивление, которое используется в расчетах цепей, содержащих инерционные, реактивные компоненты. То есть везде, где применяются конденсаторы и катушки индуктивности.

Назначение компонента

Из рассмотренных свойств ясно, что нужны конденсаторы не как источники электрического питания, а именно как реактивные элементы схем, чтобы создавать определенные режимы переменного/импульсного тока.

Используются конденсаторы настолько многообразно, что здесь, на уровне «конденсатор для чайников», можно перечислить только бегло их применение:

  • В выпрямителях служат для сглаживания пульсаций тока.
  • В фильтрах (совместно с резисторами и/или индуктивностями) выступают в роли частотно зависимого элемента для выделения или гашения определенной полосы частот.
  • В колебательных контурах используется конденсатор, работающий при генерации синусоидального напряжения.
  • Несут функцию накопителя в устройствах, где нужно обеспечить мгновенное выделение большой энергии в виде импульса — например, в фотовспышках, лазерах и т.д.   
  • Используются в схемах точного управления временными событиями с использованием простейших по строению RC-цепей — реле времени, генераторы одиночных импульсов и т.д.
  • Фазосдвигающий конденсатор применяется в схемах питания синхронных и асинхронных, а также однофазных и трехфазных двигателей переменного тока.

Кроме собственно прибора «конденсатор», вполне успешно используются в технике явления, в основе которых лежит электрическая емкость.

Уровень можно измерить, используя факт того, что  жидкость, поднимаясь в датчике между проводниками, играющими роль обкладок, меняет диэлектрическую проницаемость среды, а, следовательно, и емкость прибора, что он и показывает как изменение уровня.

Если жидкость — вода, то она и сама может играть роль обкладки Измерение сверхмалых толщин

Аналогично этому, сверхмалые толщины можно измерять, меняя расстояние между двумя проводниками-обкладками или их эффективную площадь.

Похожие статьи:

Переменный конденсатор.Как он устроен,из чего состоит и где применяется | Электронные схемы

переменный конденсатор где применяется и для чего он нужен

переменный конденсатор где применяется и для чего он нужен

В радиоприемниках,для настройки на радиостанцию и изменения частотных характеристик колебательного контура,применяют переменный конденсатор.Хотя вместо него может быть и варикап и др,но об этом в другой статье.По схеме перем. конд. изображают как обычный конденсатор,но с чертой и стрелкой.

переменный конденсатор для настройки на радиостанцию на плате радиоприемника

переменный конденсатор для настройки на радиостанцию на плате радиоприемника

Переменный конденсатор состоит из неподвижной пластины называемой статор,и подвижной пластины-ротор.Вращаю ручку оси ротора,мы изменяем емкость конденсатора, вводя пластины ротора между пластинами статора.

переменный конденсатор с двумя секциями или сдвоенный конденсатор

переменный конденсатор с двумя секциями или сдвоенный конденсатор

На фото,перем.конденсаторы с воздушным диэлектриком.Диэлектрик между пластинами может быть пленочными,как в небольших перемен.конд. Из-за пленочного диэлектрика,такой конденсатор подвержен эффекту электрического шума,которое возникает из-за статического электричества на пленках.

трех-секционный переменный конденсатор

трех-секционный переменный конденсатор

Емкость на переменный конденсатор указывают от минимальной до максимальной,это может быть от 12 до 495пФ. Когда ротор будет выведен из пластин статора,тогда емкость будет минимальной и наоборот. Перемен. конд. могут быть и трех-секционными и более.

переменный конденсатор для УКВ

переменный конденсатор для УКВ

Такие конденсаторы можно найти в основном только в радиоприемниках,которые выпускались раньше.Сегодня для настройки применяют синтезаторы частоты.

советские сдвоенные переменные конденсаторы

советские сдвоенные переменные конденсаторы

Два переменных конденсатора в одном,нужны для того,чтобы одновременно изменять емкость входного фильтра и частоту гетеродина радиоприемника.

зарубежные четырех-секционные переменные конденсаторы с подстройкой

зарубежные четырех-секционные переменные конденсаторы с подстройкой

В зарубежных радиоприемниках можно найти в основном четырех-секционные перемен.конд. которые еще содержат и четыре подстроечных конденсатора.Подстройка видна как четыре "винтика",которые можно вращать плоской отверткой.Ими устанавливают диапазон емкости перемен.конд.

измерение емкости переменного конденсатора

измерение емкости переменного конденсатора

С одной стороны три вывода,посередине общий вывод-статор.Это два перемен. конденсатора,с одной стороны на максимальную емкость,а с другой на минимальную,для настройки на УКВ.

переменный конденсатор для укв радиоприемника

переменный конденсатор для укв радиоприемника

На фото показана распиновка таких конденсаторов.Емкость на разных конденсаторах соответственно тоже будет разная.В моем случае это два конденсатора до 140пФ,и два до 55пФ.

переменный конденсатор как подключить распиновка выводов

переменный конденсатор как подключить распиновка выводов

Если разобрать такой перем.конд., то можно увидеть пластину из четырех подстроечных конденсаторов,пластины ротора и пластины статора,пленочный диэлектрик.

что внутри переменного конденсатора из чего он состоит

что внутри переменного конденсатора из чего он состоит

Принцип работы и назначение конденсатора в электрической цепи

Данный элемент применяется практически в любых электронных приборах, поэтому, чтобы понять, в чем назначение конденсаторов, необходимо разобраться в их устройстве и принципах функционирования. Конденсатором называется одна из составных частей электрической цепи, у которой имеются две проводящие обкладки (одна обладает положительным зарядом, а другая – отрицательным). Чтобы исключить саморазрядку устройства, между обкладками помещают специальное вещество – диэлектрик, который препятствует перетоку заряда.

Конденсатор

Классификация устройств

Прежде, чем ответить на вопрос, для чего нужен конденсатор, следует разобраться, какие они бывают. Конденсаторы разделяются по следующим признакам:

  • Предназначение и выполняемые функции;
  • Рабочие условия;
  • Тип вещества, разделяющего обкладки.

Конденсаторы активно используются в цепях, где необходима их способность копить и хранить электрический заряд (требуется наличие емкостного устройства). Для этого внутри него установлены две обкладки с разными знаками заряда. Между ними расположено вещество, препятствующее их соприкосновению и разрядке. В большинстве случаев в качестве диэлектрика используется тантал или алюминий, но могут применяться и керамические материалы, слюда или полистирол.

Основным достоинством алюминиевых устройств является их более низкая, по сравнению с танталовыми, стоимость, а также более широкая сфера применения. Вместе с тем, танталовые аналоги более эффективны в использовании и обладают более высокими техническими характеристиками, поэтому при выборе следует учитывать не только фактор цены.

Виды конденсаторов

Дополнительная информация. Конденсаторы из тантала отличаются повышенной надежностью, у них широкий рабочий диапазон температур, что позволяет эксплуатировать их практически в любых условиях. Наиболее широкое применение они нашли в электронике и сопутствующих отраслях промышленности, поскольку обладают большой емкостью и компактными габаритами. К недостаткам устройств данного типа специалисты относят их более высокую цену и чувствительность к колебаниям тока и напряжения.

Силовые элементы применяются чаще всего в цепях с высоким напряжением. Специальная конструкция позволяет обеспечивать большую емкость, а значит, они могут использоваться для стабилизации обеспечения электричеством по линиям электропередач (компенсируют потери энергии). Кроме того, они активно используются для повышения мощности промышленных электроустановок. Диэлектрик в таком устройстве – это пропитанная изоляционным маслом металлизированная пропиленовая пленка.

Самыми широко используемыми являются керамические. Их емкость может варьироваться в значительных пределах – от 1 пикофарада до 0,1 микрофарада. Для предотвращения саморазряда применяется керамика, а в качестве преимущества специалисты отмечают доступную цену, широкие функциональные возможности, высокий уровень надежности и низкий –потерь.

Несмотря на свою дороговизну, на практике применяются серебряно-слюдяные конденсаторы. Они работают крайне стабильно, поддерживают высокую емкость, их корпус полностью герметичен. Но широкому распространению мешает высокая цена.

Применяются и бумажные или металлобумажные элементы. Их обкладка изготовлена из алюминиевой фольги, а в качестве диэлектрика используется бумага, пропитанная специальным составом.

Типы конденсаторов

Принцип функционирования

Основная причина, по которой описываемый элемент включается в электрическую схему, состоит в том, чтобы копить заряд в периоды повышенного напряжения и обеспечивать питание цепи в периоды низкого.

Принцип работы конденсатора заключается в следующем. Когда электрический прибор подключен к сети питания, конденсатор заряжается. На одной его пластине накапливаются электроны (частицы с отрицательным зарядом), а на другой – ионы, которые заряжены положительно. Соприкосновению их мешает диэлектрик. Такое устройство конденсатора позволяет накопить заряд. Ведь, как только прибор подключается к источнику тока, напряжение в цепи равно нулю. Затем, по мере наполнения зарядами, напряжение становится равным тому, которое подается от источника.

После того, как прибор отключается от розетки или батареи, происходит разряд конденсатора. Нагрузка в электрической цепи сохраняется, для этого прибору нужны напряжение и ток, который передает устройство. Необходимость питания прибора заставляет электроны в конденсаторе двигаться к ионам, образуется ток, который передается к другим элементам.

Устройство конденсатора

Возможное применение устройств

Конденсаторы служат решению самых разнообразных задач. В частности, они активно используются при хранении аналоговых и цифровых данных, часто устанавливаются в телемеханических устройствах для регулирования сигналов в соответствующем оборудовании, что сохраняет его от различных повреждений и проблем.

Широко распространено применение конденсаторов в источниках бесперебойного питания, что позволяет сглаживать напряжение при подключении к приборам различного оборудования (компьютеры, оргтехника и так далее).

Обратите внимание! По такому же принципу устроен источник бесперебойного питания. Во время подключения к электрической цепи он накапливает заряд, который потом можно использовать в течение короткого времени, что делает возможным выключение техники без каких-либо сбоев, а это особенно актуально в современных условиях, когда информация имеет крайне большое значение.

Описываемые элементы нашли свое применение в различных преобразователях напряжения. В частности, их можно использовать для увеличения напряжения в сети, величина которого будет превышать входное значение.

Важно! Эксплуатация конденсатора в качестве временного источника питания имеет некоторые ограничения. Это объясняется наличием у диэлектрика хоть небольшой, но проводимости. Поэтому устройство со временем постепенно разряжается, следовательно, при необходимости иметь стабильный источник тока лучше воспользоваться аккумуляторной батареей.

Применение конденсаторов

Наличие возможности накопить заряд, а потом быстро его направить в сеть позволяет сделать устройство незаменимым элементом при изготовлении лазеров, вспышек для фотоаппаратов и других подобных приборов.

Таким образом, без использования описываемого устройства практически невозможно представить современную электронную и электротехническую промышленность. Благодаря пониманию того, как работает конденсатор, его активно применяют при производстве различных устройств, как промышленного, так и бытового назначения. Он помогает обеспечить безопасность электрической цепи и увеличивает срок службы различных приборов.

Видео

Оцените статью:

Как устроен конденсатор кондиционера.

Главная страница
Компания "ВИПТЕК"
г. Москва, Локомотивный пр-д,
дом 21, корпус 5



режим работы: 9.00-21.00 


вентиляция
воздуховоды

кондиционеры
типы и характеристики систем кондиционирования

устройство кондиционера
устройство вентилятора
классификация теплоутилизаторов кондиционера
регуляторы потока в кондиционере

канальные кондиционеры

прямоточные и рециркуляционные системы кондиционеров
кондиционеры с частичной рециркуляцией
центральные кондиционеры

местные системы кондиционирования
местные неавтономные кондиционеры
местные автономные кондиционеры
местные автономные сплит-системы
оконные кондиционеры

кондиционеры с воздушным и водным охлаждением
канальные кондиционеры для загородных домов

общие сведения о кондиционировании
подготовка кондиционеров к установке
обзорные статьи по кондиционерам




Как устроен конденсатор кондиционера.

Как известно, кондиционер состоит из следующих основных узлов и элементов: конденсатора, испарителя, компрессора, регулятора потока (капиллярной трубки), вентиляторов и соединительных трубопроводов. В этой статье будет дан более подробный анализ конструктивных особенностей конденсаторов для кондиционеров и ситуаций их применения. Итак, конденсатор – устройство, отбирающее тепло у хладагента, и передающее его окружающей среде или охлаждающей жидкости.

Конденсатор с воздушным охлаждением состоит из теплообменника и вентиляторов. Теплообменники по своей конструкции и функциональному назначению весьма напоминают автомобильные радиаторы и состоят из трубок с оребрением. Пластины оребрения в местах касания с трубкой имеют бортик, служащий для увеличения площади контакта и улучшения теплопередачи. С этой же целью на пластинах оребрения используются насечки, создающие турбулентный воздушный поток, улучшающий обдув пластин.

Трубки располагаются в шахматном порядке в несколько рядов во избежание появления аэродинамической тени. Хладагент подается сверху вниз, так как в верхней части охлаждение из-за большей разницы температур происходит более интенсивно. В средней части теплообменника температура хладагента почти не меняется, происходит лишь процесс конденсации паров фреона.

Температура конденсации колеблется от плюс 42 до плюс 55 градусов по Цельсию. Воздух к теплообменнику подают вентиляторы. Основным недостатком конденсаторов с воздушным охлаждением является выброс тепла «на ветер» - плакали ваши денежки! Возможность обогрева атмосферы вам будет гарантирована. В этом случае необходима установка рекуператора.

Кожухотрубные конденсаторы представляют собой стальной кожух, являющийся емкостью для поступающего хладагента, и расположенные внутри него крепежные элементы с медными трубками, по которым снизу вверх подается вода. Горячий парообразный хладагент поступает сверху и, остывая, конденсируется на дне. В качестве охлаждающей жидкости может использоваться вода из системы оборотного водоснабжения, что позволяет утилизировать тепло, подогревая воду для бытовых нужд.

Конденсатор типа «труба в трубе». Конструктивно представляет собой два спиралевидных трубопровода, вставленные один в другой таким образом, что в сечении образуются две концентрические окружности. Хладагент может находиться как во внешней трубке, так и во внутренней – разницы нет никакой. Принципиальна только необходимость встречного движения хладагента и воды. Конденсаторы данного типа компактны и легки, используются в кондиционерах малой мощности.

Пластинчатые конденсаторы имеют два изолированных циркуляционных контура. Границей между контурами является изогнутая «елочкой» стальная пластина, хладагент и вода перемещаются навстречу друг другу. Площадь контакта достаточно велика и обеспечивает прекрасные характеристики по теплопередаче и скорости конденсации, поэтому этот тип конденсаторов получил наибольшее распространение. Компактность и высокий КПД обусловили применение пластинчатых конденсаторов в кондиционерах малой и средней мощности. 

Конденсатор в цепи постоянного тока для чего

Автор На чтение 18 мин. Опубликовано

При подключении конденсатора к источнику постоянного тока под действием электрического поля на нижнюю обкладку движутся электроны. В следствии, явления электростатической индукции с верхней обкладки конденсатора заряды уходят к положительному выводу источника питания в цепи возникает токток заряда по мере накопления зарядов в конденсаторе, растёт напряжение , а ток заряда уменьшается, и так, – конденсатор подключённый к источнику тока, заряжается до Uист .

Конденсатор в цепи постоянного тока

Кратковременный ток в цепи называется ток заряда, а так как он существует короткое время, то говорят, конденсатор постоянный ток не пропускает.

Считается что конденсатор заряжается если напряжение на нём составляет 0,63 от Uист и это происходит за время
равное Τ

Τ заряда – постоянная времени заряда конденсатора в секундах

Одна секунда – 1с = 10 3 мс = 10 6 мкс =10 12 нс

Rзар – сопротивление в Омах

График заряда конденсатора

Работа конденсатора в цепи постоянного тока

Считается, что конденсатор разрядится если напряжение на нём составляет 0,37 от напряжения источника и это происходит за время Τ разряда.

Во всех радиотехнических и электронных устройствах кроме транзисторов и микросхем применяются конденсаторы. В одних схемах их больше, в других меньше, но совсем без конденсаторов не бывает практически ни одной электронной схемы.

При этом конденсаторы могут выполнять в устройствах самые разные задачи. Прежде всего, это емкости в фильтрах выпрямителей и стабилизаторов. С помощью конденсаторов передается сигнал между усилительными каскадами, строятся фильтры низких и высоких частот, задаются временные интервалы в выдержках времени и подбирается частота колебаний в различных генераторах.

Свою родословную конденсаторы ведут от лейденской банки, которую в середине XVIII века в своих опытах использовал голландский ученый Питер ван Мушенбрук. Жил он в городе Лейдене, так что нетрудно догадаться, почему так называлась эта банка.

Собственно это и была обыкновенная стеклянная банка, выложенная внутри и снаружи оловянной фольгой – станиолем. Использовалась она в тех же целях, как и современная алюминиевая, но тогда алюминий открыт еще не был.

Единственным источником электричества в те времена была электрофорная машина, способная развивать напряжение до нескольких сотен киловольт. Вот от нее и заряжали лейденскую банку. В учебниках физики описан случай, когда Мушенбрук разрядил свою банку через цепь из десяти гвардейцев взявшихся за руки.

В то время никто не знал, что последствия могут быть трагическими. Удар получился достаточно чувствительным, но не смертельным. До этого не дошло, ведь емкость лейденской банки была незначительной, импульс получился очень кратковременным, поэтому мощность разряда была невелика.

Как устроен конденсатор

Устройство конденсатора практически ничем не отличается от лейденской банки: все те же две обкладки, разделенные диэлектриком. Именно так на современных электрических схемах изображаются конденсаторы. На рисунке 1 показано схематичное устройство плоского конденсатора и формула для его расчета.

Рисунок 1. Устройство плоского конденсатора

Здесь S – площадь пластин в квадратных метрах, d – расстояние между пластинами в метрах, C – емкость в фарадах, ε – диэлектрическая проницаемость среды. Все величины, входящие в формулу, указаны в системе СИ. Эта формула справедлива для простейшего плоского конденсатора: можно просто расположить рядом две металлические пластины, от которых сделаны выводы. Диэлектриком может служить воздух.

Из этой формулы можно понять, что емкость конденсатора тем больше, чем больше площадь пластин и чем меньше расстояние между ними. Для конденсаторов с другой геометрией формула может быть иной, например, для емкости одиночного проводника или электрического кабеля. Но зависимость емкости от площади пластин и расстояния между ними та же, что и у плоского конденсатора: чем больше площадь и чем меньше расстояние, тем больше емкость.

На самом деле пластины не всегда делаются плоскими. У многих конденсаторов, например металлобумажных, обкладки представляют собой алюминиевую фольгу свернутую вместе с бумажным диэлектриком в плотный клубок, по форме металлического корпуса.

Для увеличения электрической прочности тонкая конденсаторная бумага пропитывается изолирующими составами, чаще всего трансформаторным маслом. Такая конструкция позволяет делать конденсаторы с емкостью до нескольких сотен микрофарад. Примерно так же устроены конденсаторы и с другими диэлектриками.

Формула не содержит никаких ограничений на площадь пластин S и расстояние между пластинами d. Если предположить, что пластины можно развести очень далеко, и при этом площадь пластин сделать совсем незначительной, то какая-то емкость, пусть небольшая, все равно останется. Подобное рассуждение говорит о том, что даже просто два проводника, расположенные по соседству, обладают электрической емкостью.

Этим обстоятельством широко пользуются в высокочастотной технике: в некоторых случаях конденсаторы делаются просто в виде дорожек печатного монтажа, а то и просто двух скрученных вместе проводков в полиэтиленовой изоляции. Обычный провод–лапша или кабель также обладают емкостью, причем с увеличением длины она увеличивается.

Кроме емкости C, любой кабель обладает еще и сопротивлением R. Оба этих физических свойства распределены по длине кабеля, и при передаче импульсных сигналов работают как интегрирующая RC – цепочка, показанная на рисунке 2.

На рисунке все просто: вот схема, вот входной сигнал, а вот он же на выходе. Импульс искажается до неузнаваемости, но это сделано специально, для чего и собрана схема. Пока же речь идет о влиянии емкости кабеля на импульсный сигнал. Вместо импульса на другом конце кабеля появится вот такой «колокол», а если импульс короткий, то он может и вовсе не дойти до другого конца кабеля, вовсе пропасть.

Исторический факт

Здесь вполне уместно вспомнить историю о том, как прокладывали трансатлантический кабель. Первая попытка в 1857 году потерпела неудачу: телеграфные точки – тире (прямоугольные импульсы) искажались так, что на другом конце линии длиной 4000 км разобрать ничего не удалось.

Вторая попытка была предпринята в 1865 году. К этому времени английский физик У. Томпсон разработал теорию передачи данных по длинным линиям. В свете этой теории прокладка кабеля оказалась более удачной, сигналы принять удалось.

За этот научный подвиг королева Виктория пожаловала ученого рыцарством и титулом лорда Кельвина. Именно так назывался небольшой город на побережье Ирландии, где начиналась прокладка кабеля. Но это просто к слову, а теперь вернемся к последней букве в формуле, а именно, к диэлектрической проницаемости среды ε.

Немножко о диэлектриках

Эта ε стоит в знаменателе формулы, следовательно, ее увеличение повлечет за собой возрастание емкости. Для большинства используемых диэлектриков, таких как воздух, лавсан, полиэтилен, фторопласт эта константа практически такая же, как у вакуума. Но вместе с тем существует много веществ, диэлектрическая проницаемость которых намного выше. Если воздушный конденсатор залить ацетоном или спиртом, то его емкость возрастет раз в 15…20.

Но подобные вещества обладают кроме высокой ε еще и достаточно высокой проводимостью, поэтому такой конденсатор заряд держать будет плохо, он быстро разрядится сам через себя. Это вредное явление называется током утечки. Поэтому для диэлектриков разрабатываются специальные материалы, которые позволяют при высокой удельной емкости конденсаторов обеспечивать приемлемые токи утечки. Именно этим и объясняется такое разнообразие видов и типов конденсаторов, каждый из которых предназначен для конкретных условий.

Электролитический конденсатор

Наибольшей удельной емкостью (соотношение емкость / объем) обладают электролитические конденсаторы. Емкость «электролитов» достигает до 100 000 мкФ, рабочее напряжение до 600В. Такие конденсаторы работают хорошо только на низких частотах, чаще всего в фильтрах источников питания. Электролитические конденсаторы включаются с соблюдением полярности.

Электродами в таких конденсаторах является тонкая пленка из оксида металлов, поэтому часто эти конденсаторы называют оксидными. Тонкий слой воздуха между такими электродами не очень надежный изолятор, поэтому между оксидными обкладками вводится слой электролита. Чаще всего это концентрированные растворы кислот или щелочей.

На рисунке 3 показан один из таких конденсаторов.

Рисунок 3. Электролитический конденсатор

Чтобы оценить размеры конденсатора рядом с ним сфотографировался простой спичечный коробок. Кроме достаточно большой емкости на рисунке можно разглядеть еще и допуск в процентах: ни много ни мало 70% от номинальной.

В те времена, когда компьютеры были большими и назывались ЭВМ, такие конденсаторы стояли в дисководах (по-современному HDD). Информационная емкость таких накопителей теперь может вызвать лишь улыбку: на двух дисках диаметром 350 мм хранилось 5 мегабайт информации, а само устройство весило 54 кг.

Основным назначением показанных на рисунке суперконденсаторов был вывод магнитных головок из рабочей зоны диска при внезапном отключении электроэнергии. Такие конденсаторы могли хранить заряд несколько лет, что было проверено на практике.

Чуть ниже с электролитическими конденсаторами будет предложено проделать несколько простых опытов, чтобы понять, что может делать конденсатор.

Для работы в цепях переменного тока выпускаются неполярные электролитические конденсаторы, вот только достать их почему-то очень непросто. Чтобы как-то эту проблему обойти, обычные полярные «электролиты» включают встречно-последовательно: плюс-минус-минус-плюс.

Если полярный электролитический конденсатор включить в цепь переменного тока, то сначала он будет греться, а потом раздастся взрыв. Отечественные старые конденсаторы разлетались во все стороны, импортные же имеют специальное приспособление, позволяющее избежать громких выстрелов. Это, как правило, либо крестовая насечка на донышке конденсатора, либо отверстие с резиновой пробкой, расположенное там же.

Очень не любят электролитические конденсаторы повышенного напряжения, даже если полярность соблюдена. Поэтому никогда не надо ставить «электролиты» в цепь, где предвидится напряжение близкое к максимальному для данного конденсатора.

Иногда в некоторых, даже солидных форумах, начинающие задают вопрос: «На схеме означен конденсатор 470µF * 16V, а у меня есть 470µF * 50V, можно ли его поставить?». Да, конечно можно, вот обратная замена недопустима.

Конденсатор может накапливать энергию

Разобраться с этим утверждением поможет простая схема, показанная на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема с конденсатором

Главным действующим лицом этой схемы является электролитический конденсатор C достаточно большой емкости, чтобы процессы заряда – разряда протекали медленно, и даже очень наглядно. Это дает возможность наблюдать работу схемы визуально с помощью обычной лампочки от карманного фонаря. Фонари эти давно уступили место современным светодиодным, но лампочки для них продаются до сих пор. Поэтому, собрать схему и провести простые опыты очень даже просто.

Может быть, кто-то скажет: «А зачем? Ведь и так все очевидно, да если еще и описание почитать…». Возразить тут, вроде, нечего, но любая, даже самая простая вещь остается в голове надолго, если ее понимание пришло через руки.

Итак, схема собрана. Как она работает?

В положении переключателя SA, показанном на схеме, конденсатор C заряжается от источника питания GB через резистор R по цепи: +GB __ R __ SA __ C __ -GB. Зарядный ток на схеме показан стрелкой с индексом iз. Процесс заряда конденсатора показан на рисунке 5.

Рисунок 5. Процесс заряда конденсатора

На рисунке видно, что напряжение на конденсаторе возрастает по кривой линии, в математике называемой экспонентой. Ток заряда прямо-таки зеркально отражает напряжение заряда. По мере того, как напряжение на конденсаторе растет, ток заряда становится все меньше. И только в начальный момент соответствует формуле, показанной на рисунке.

Через некоторое время конденсатор зарядится от 0В до напряжения источника питания, в нашей схеме до 4,5В. Весь вопрос в том, как это время определить, сколько ждать, когда же конденсатор зарядится?

Постоянная времени «тау» τ = R*C

В этой формуле просто перемножаются сопротивление и емкость последовательно соединенных резистора и конденсатора. Если, не пренебрегая системой СИ, подставить сопротивление в Омах, емкость в Фарадах, то результат получится в секундах. Именно это время необходимо для того, чтобы конденсатор зарядился до 36,8% напряжения источника питания. Соответственно для заряда практически до 100% потребуется время 5* τ.

Часто, пренебрегая системой СИ, подставляют в формулу сопротивление в Омах, а емкость в микрофарадах, тогда время получится в микросекундах. В нашем случае результат удобнее получить в секундах, для чего придется микросекунды просто умножить на миллион, а проще говоря, переместить запятую на шесть знаков влево.

Для схемы, показанной на рисунке 4, при емкости конденсатора 2000мкФ и сопротивлении резистора 500Ω постоянная времени получится τ = R*C = 500 * 2000 = 1000000 микросекунд или ровно одна секунда. Таким образом, придется подождать приблизительно 5 секунд, пока конденсатор зарядится полностью.

Если по истечении указанного времени переключатель SA перевести в правое положение, то конденсатор C разрядится через лампочку EL. В этот момент получится короткая вспышка, конденсатор разрядится и лампочка погаснет. Направление разряда конденсатора показано стрелкой с индексом iр. Время разряда также определяется постоянной времени τ. График разряда показан на рисунке 6.

Рисунок 6. График разряда конденсатора

Конденсатор не пропускает постоянный ток

Убедиться в этом утверждении поможет еще более простая схема, показанная на рисунке 7.

Рисунок 7. Схема с конденсатором в цепи постоянного тока

Если замкнуть переключатель SA, то последует кратковременная вспышка лампочки, что свидетельствует о том, что конденсатор C зарядился через лампочку. Здесь же показан и график заряда: в момент замыкания переключателя ток максимальный, по мере заряда конденсатора уменьшается, а через некоторое время прекращается совсем.

Если конденсатор хорошего качества, т.е. с малым током утечки (саморазряда) повторное замыкание выключателя к вспышке не приведет. Для получения еще одной вспышки конденсатор придется разрядить.

Конденсатор в фильтрах питания

Конденсатор ставится, как правило, после выпрямителя. Чаще всего выпрямители делаются двухполупериодными. Наиболее распространенные схемы выпрямителей показаны на рисунке 8.

Рисунок 8. Схемы выпрямителей

Однополупериодные выпрямители также применяются достаточно часто, как правило, в тех случаях, когда мощность нагрузки незначительна. Самым ценным качеством таких выпрямителей является простота: всего один диод и обмотка трансформатора.

Для двухполупериодного выпрямителя емкость конденсатора фильтра можно рассчитать по формуле

C = 1000000 * Po / 2*U*f*dU, где C емкость конденсатора мкФ, Po мощность нагрузки Вт, U напряжение на выходе выпрямителя В, f частота переменного напряжения Гц, dU амплитуда пульсаций В.

Большое число в числителе 1000000 переводит емкость конденсатора из системных Фарад в микрофарады. Двойка в знаменателе представляет собой число полупериодов выпрямителя: для однополупериодного на ее месте появится единица

C = 1000000 * Po / U*f*dU,

а для трехфазного выпрямителя формула примет вид C = 1000000 * Po / 3*U*f*dU.

Суперконденсатор – ионистор

В последнее время появился новый класс электролитических конденсаторов, так называемый ионистор. По своим свойствам он похож на аккумулятор, правда, с несколькими ограничениями.

Заряд ионистора до номинального напряжения происходит в течение короткого времени, буквально за несколько минут, поэтому его целесообразно использовать в качестве резервного источника питания. По сути ионистор прибор неполярный, единственное, чем определяется его полярность это зарядкой на заводе – изготовителе. Чтобы в дальнейшем эту полярность не перепутать она указывается знаком +.

Большую роль играют условия эксплуатации ионисторов. При температуре 70˚C при напряжении 0,8 от номинального гарантированная долговечность не более 500 часов. Если же прибор будет работать при напряжении 0,6 от номинального, а температура не превысит 40 градусов, то исправная работа возможна в течение 40 000 часов и более.

Наиболее распространенное применение ионистора это источники резервного питания. В основном это микросхемы памяти или электронные часы. В этом случае основным параметром ионистора является малый ток утечки, его саморазряд.

Достаточно перспективным является использование ионисторов совместно с солнечными батареями. Здесь также сказывается некритичность к условию заряда и практически неограниченное число циклов заряд-разряд. Еще одно ценное свойство в том, что ионистор не нуждается в обслуживании.

Пока получилось рассказать, как и где работают электролитические конденсаторы, причем, в основном в цепях постоянного тока. О работе конденсаторов в цепях переменного тока будет рассказано в другой статье – Конденсаторы для электроустановок переменного тока.

Практически во всех электронных устройствах, от самых простых до высокотехнологичных, таких как материнские платы компьютеров, можно встретить один неизменно присутствующий элемент, являющийся пассивным компонентом. Но к сожалению, мало кто знает как устроен и для чего нужен конденсатор, и какие виды этого накопителя бывают.

Просто о сложном

Итак, это небольшое устройство для накопления электрического поля или заряда похоже на обычную банку, ту, в которой маринуют помидоры или хранят муку. Она точно так же в себе накапливает сухое вещество или жидкость, которую в неё поместят. Аналогия проста: по цепи бегут электроны, а на своей дороге встречают проводников, которые ведут их в «банку», где они и накапливаются, усиливая заряд.

Для того чтобы выяснить, много ли элекрончиков так можно собрать, и в какой момент накопление прекратится (банка лопнет), электрический процесс обычно сравнивают с водопроводом. Если представить трубу, в которой течёт вода, закачиваемая туда насосом, то где-то в центре трубопровода нужно вообразить мягкую мембрану, растягивающуюся под давлением жидкости. Очевидно, что она будет растягиваться до определённого предела, пока не разорвётся или, если попалась очень крепкая, не уравновесит силу насоса.

Такой пример показывает, как работает конденсатор, только мембрана заменяется электрическим полем, которое увеличивается по мере зарядки накопителя (работы насоса), уравновешивая напряжение источника питания. Очевидно, что этот процесс не бесконечный, и предельный заряд существует, по достижении которого «банка» выйдет из строя и перестанет выполнять свои функции.

Устройство и принцип работы

Конденсатор — устройство, состоящее из двух пластин (обкладок), имеющих между собой пустоту. Напряжение к нему подаётся через проводки, подсоединённые к пластинкам. Современные приборы, по сути, не сильно отличаются от макетов на уроках физики, они также состоят из диэлектрика и обкладок. Следует отметить, что именно вещество или его отсутствие (вакуум), плохо проводящее электричество, изменяет характеристики накопителя.

Суть принципа работы конденсатора проста: дали напряжение, и заряд начал накапливаться. Для примера следует рассмотреть как ведёт себя накопитель в двух вариантах электрической цепи:

  • Постоянный ток. Если в цепь с подключённым к ней конденсатором подать ток, то можно увидеть, что стрелка на амперметре начнёт двигаться, а потом быстро вернётся в исходное положение. Это объясняется просто: устройство быстро зарядилось, то есть источник питания был уравновешен обкладками накопителя, и тока не стало. Поэтому часто говорят, что в условиях постоянного тока конденсатор не работает. Такое утверждение неправильное, всё функционирует, но очень непродолжительное время.
  • Переменный ток — это когда электроны двигаются сначала в одну, а затем в другую сторону. Если представить такую цепь с подключённым к ней накопителем, то на обеих обкладках конденсатора будут попеременно накапливаться положительные и отрицательные заряды. Это говорит о том, что переменный ток свободно протекает через устройство.

Поскольку конденсатор задерживает постоянный ток, но пропускает переменный, отсюда формируются и сферы его назначения, например, для устройств, в которых нужно убрать постоянную составляющую в сигнале. Вполне очевидно, что накопитель обладает сопротивлением, а вот мощность на нём не выделяется, поэтому он не греется.

Основные виды

Рядовой пользователь не всегда знает о том, каким конденсатором снабжено его устройство. А ведь каждый вид имеет свои недостатки и преимущества, а также эксплуатационные особенности. Существуют две большие группы этих устройств, предназначенные для электрической цепи с переменным и постоянным током. Но всё-таки основная классификация ведётся по типу диэлектрика, который находится между облатками конденсатора. Основные виды:

  • Керамические. Имеют маленький размер, малый ток утечки и небольшую индуктивность. Отлично работают в условиях высоких частот, в цепях пульсирующего, постоянного и переменного тока. Представлены в различном диапазоне напряжений и ёмкостей, в зависимости от того, для чего конденсатор предназначен.
  • Слюдяные. В настоящее время почти не используются и не выпускаются. В накопителях такого типа диэлектриком служит слюда. Рабочее напряжение таких конденсаторов в диапазоне — 200−1500 В.
  • Бумажные. В алюминиевых облатках заключена конденсаторная бумага. Выдерживают напряжение 160−1500 В.
  • Полиэстеровые. Максимальная ёмкость не превышает 15 мФ, рабочее напряжение — 50−1500 В.
  • Полипропиленовые. Выгодно выделяются на фоне остальных собратьев двумя преимуществами. Первое — маленький допуск ёмкости (+/- 1%), второе — до 3 кВ рабочего напряжения.

Отдельно стоит отметить электролитические конденсаторы. Главное их отличие от других видов — подключения только к цепи постоянного или пульсирующего тока. Такие накопители имеют полярность — это особенность их конструкции, поэтому неправильное подключение ведёт к вздутию или взрыву устройства. Они обладают большой ёмкостью, что делает конденсатор электролитический пригодным для применения в выпрямительных цепях.

Сферы применения

Можно смело сказать, что конденсаторы используют практически во всех электронных и радиотехнических схемах. Чтобы иметь представление о том, где и зачем нужен конденсатор, следует вспомнить его способность сохранять заряд и разряжаться в нужное время, а также пропускать переменный ток и не пропускать постоянный. А это значит, что такие устройства используются во многих технических сферах, например:

  • телефонии;
  • в производстве счётных и запоминающих устройств;
  • автоматике;
  • при создании измерительных приборов и многих других.

Электрические накопители можно встретить как в телевизорах, так и в приборах радиолокации, где необходимо формировать импульс большой мощности, для чего и служит конденсатор. Невозможно встретить блок питания без этих устройств или сетевой фильтр.

Нужно сказать, что накопители применяют и в сферах, не связанных с электрикой, например, в производстве металла и добыче угля, где используют конденсаторные электровозы.

Как работает конденсатор?

Вы часто задаетесь вопросом, «как работает конденсатор»?

По крайней мере, я спрашивал себя об этом много раз, когда был моложе.

Мне никогда не нравилось «объяснение физики».

В нем говорится что-то вроде «конденсатор работает, накапливая энергию электростатически в электрическом поле» .

Не знаю, как вы, но это предложение не сделало меня мудрее, когда я только начинал заниматься электроникой.

Мне нравится отвечать на вопрос «как работает конденсатор?» говоря, что конденсатор работает как крошечная перезаряжаемая батарея с очень очень низкой емкостью.

Время, необходимое для разряда конденсатора, обычно составляет доли секунды. Настало время подзарядить его.

БЕСПЛАТНО Бонус: Загрузите основные электронные компоненты [PDF] - мини-книгу с примерами, которая научит вас, как работают основные компоненты электроники.

Что такое конденсатор?

Значит, конденсатор может накапливать заряд. И он может освободить заряд при необходимости. Но как это сделать? Как конденсатор работает на более глубоком уровне?

Конденсатор состоит из двух металлических пластин. С диэлектрическим материалом между пластинами.

Когда вы прикладываете напряжение к двум пластинам, создается электрическое поле. Положительный заряд будет накапливаться на одной пластине, а отрицательный - на другой.

И это то, что имеют в виду физики, когда говорят, что «конденсатор работает, накапливая энергию электростатически в электрическом поле».

Существует много разных типов конденсаторов.

Для чего нужен конденсатор?

Для фильтрации обычно используется конденсатор

А. Но что такое фильтрация?

Аналог батареи

Рассмотрим пример с аккумулятором.

Многие будильники получают питание от розетки на стене в доме. Иногда отключается электричество. У большинства будильников есть резервная батарея, которая берет на себя и питает будильник до тех пор, пока питание не вернется, чтобы время не сбрасывалось.

Ну, в электронных схемах точно так же можно использовать конденсаторы.

Конденсаторы развязки

Например, если у вас есть схема с микроконтроллером, на котором выполняется какая-то программа. Если напряжение на микроконтроллере падает всего на долю секунды, микроконтроллер перезапускается. А ты этого не хочешь.

Используя конденсатор, конденсатор может подавать питание на микроконтроллер за доли секунды, когда напряжение падает, так что микроконтроллер не перезапускается.Таким образом, он отфильтрует «шум» в линии электропередачи.

Этот тип фильтрации называется «развязкой». И конденсатор, используемый для этой цели, называется «развязывающим конденсатором». Его также называют «байпасным конденсатором».

Использование конденсаторов для фильтров

Вы также можете комбинировать конденсаторы и резисторы, чтобы сформировать фильтры, нацеленные на определенные частоты. Например, в аудиосистеме вы можете настроить высокие частоты, чтобы удалить их (например, в сабвуфере).Это называется фильтром нижних частот.

Возврат из «Как работают конденсаторы?» в «Электронные компоненты онлайн»

Конденсатор

- Конструкция и работа

Что такое конденсатор?

Конденсаторы

являются наиболее широко используемыми электронные компоненты после резисторов. Мы находим конденсаторы в телевизорах, компьютерах и во всех электронных устройствах. схемы. Конденсатор - это электронное устройство, которое хранит электрический заряд или электричество при подаче напряжения и при необходимости высвобождает накопленный электрический заряд.

Конденсатор действует как небольшая батарея, которая быстро заряжается и разряжается. Любой объект, на котором можно хранить электрический заряд, представляет собой конденсатор. Конденсатор тоже иногда называется конденсатор.

Что такое электрический заряд?

Электрический заряд - основное свойство частицы, такие как электроны и протоны. Этот электрический заряд заставляет их испытывать притягательную или отталкивающую силу, когда помещен в электромагнитное поле.

Электрические заряды бывают двух типов: положительные. и отрицательный. Электроны имеют отрицательный заряд, а протоны имеют отрицательный заряд. положительный заряд.

Как гравитационная энергия, присутствующая вокруг планет, таких как Земля, электрическая энергия присутствует вокруг заряженные частицы, такие как электроны и протоны. Тем не менее заряженные частицы проявляют силу только на небольшом расстоянии вокруг их и сверх того они не могут применить силу.Область до сила, действующая на заряженные частицы, называется электрической поле. Если мы поместим любую заряженную частицу внутрь этого регион, он испытает силу. Эта сила может быть отталкивающей или притягательной.

Электроэнергия или электрический заряд присутствующий вокруг заряженной частицы представлен электрическим силовые линии. Направление этих электрических линий сила различна для положительного и отрицательного заряда.Для положительный заряд, электрические силовые линии начинаются от центр заряженной частицы и улетает от него. Для отрицательный заряд, электрические силовые линии начинаются вдали от заряженная частица и движется к ее центру. В В электронике дырка считается положительным зарядом.

Когда отрицательно заряженная частица (электрон) находится в электрическом поле положительно заряженного частица (протон), она притягивается.С другой стороны, когда положительно заряженная частица (протон) помещается в электрическое поле другого протона, он отталкивается. В простом словами, противоположные электрические заряды притягиваются друг к другу и одинаковы электрические заряды отталкивают друг друга.

Строительство конденсатора

Базовая конструкция всех конденсаторов похожий.Конструкция конденсатора очень проста. А Конденсатор состоит из двух электропроводящих пластин, размещенных близко друг к другу, но не касаются друг друга. Эти проводящие пластины обычно изготавливаются из таких материалов, как алюминий, латунь или медь.

Проводящие пластины конденсатора разделены небольшим расстоянием. Пустое пространство между этими пластины заполнены непроводящим материалом или электрическим изолятор или диэлектрическая область.Непроводящий материал или область между двумя пластинами может быть воздухом, вакуумом, стеклом, жидкий или твердый. Этот непроводящий материал называется диэлектрик.

Две токопроводящие пластины конденсатора хорошие проводники электричества. Поэтому они легко могут пропускают через них электрический ток. Электропроводящие пластины конденсатор также удерживает электрический заряд.В конденсаторах эти пластины в основном используются для удержания или хранения электрических заряжать.

Плохой диэлектрический материал или среда проводник электричества. Они не могут пропускать электрический ток через них. В конденсаторах диэлектрическая среда или материал блокировать поток носителей заряда (особенно электронов) между проводящие пластины. В результате электрические заряды, которые попытаться перейти с одной пластины на другую пластина будет в ловушке внутри пластины из-за сильного сопротивления со стороны диэлектрик.

Если поместить проводящую среду между эти пластины, электрические заряды легко перетекают от одной пластины к другая тарелка. Однако между пластинами течет электрический ток. не желательно. Это указывает на выход из строя конденсатора.

Мы знаем, что электрический ток - это поток носителями заряда, тогда как электрическая сила или электрическое поле являются свойство электрических зарядов.Диэлектрический материал не позволяет поток носителей заряда, но они допускают электрическую силу, электрический заряд или электрическое поле, создаваемое заряженным частицы (электроны). В результате при накоплении заряда на две пластины, сильное электрическое поле создается между две тарелки.

Как конденсатор работает?

Конденсатор без источника напряжения

Когда на конденсатор не подается напряжение, общее количество электронов и протонов в левой пластине конденсатор равны.Мы знаем, что любой объект, имеющий равное количество электронов и протонов считается электрически нейтральный. Следовательно, полный заряд левой пластины компенсирует и становится электрически нейтральным. Следовательно, левая пластина конденсатор называется электрической нейтралью.

С другой стороны, правая пластина также имеет равное количество электронов и протонов.Таким образом, общая заряд правой пластины отменяется и становится электрически нейтральный.

Отсутствие электрического заряда означает отсутствие электрического поля. Следовательно, конденсатор не накапливает заряд при отсутствии напряжения. применены.

Зарядка конденсатор

Заряд будет построен на объекте, имеющем избыточное количество электронов или протонов.Чтобы произвести избыточное количество электронов или протонов, нам нужно подать напряжение на конденсатор.

Когда напряжение подается на конденсатор таким образом, чтобы положительный полюс аккумуляторной батареи подключен к левой стороне пластина конденсатора и отрицательный вывод аккумуляторной батареи подключен к правой боковой пластине конденсатора, происходит зарядка конденсатора.

Из-за этого напряжения питания большое количество электронов начинают двигаться от отрицательной клеммы аккумулятор через токопроводящий провод. Когда эти электроны достигают правой боковой пластины конденсатора, они испытывают сильное сопротивление диэлектрического материала. Диэлектрик материал или среда, присутствующие между пластинами, будут сильно противодействовать движению электронов с правой боковой пластины.Как в результате большое количество электронов захватывается или накапливается на правая боковая пластина конденсатора.

Из-за накопления избыточных электронов извне количество электронов (отрицательных носителей заряда) на правой боковой пластине станет больше, чем количество протоны (носители положительного заряда). В итоге правая сторона пластина конденсатора заряжается отрицательно.

С другой стороны, электроны слева боковая пластина испытывает сильную притягивающую силу от положительный полюс аккумуляторной батареи. В результате электроны оставьте левую боковую пластину и привлечете или переместите в сторону положительный полюс аккумуляторной батареи.

Отрицательный заряд на правой стороне пластина создает сильное отрицательное электрическое поле.Этот сильный отрицательное электрическое поле также толкает подобные заряды или электроны на левой пластине.

Из-за потери большого количества электронов с левой боковой пластины, количество протонов (носителей положительного заряда) станет больше, чем количество электроны (носители отрицательного заряда). В результате левая сторона пластина конденсатора заряжается положительно.Таким образом, оба проводящие пластины конденсатора заряжены.

Положительный и отрицательный заряды на обоих пластины оказывают друг на друга силу. Однако они не трогают друг с другом.

Из-за избыточного количества электронов на одна пластина и нехватка электронов на другой пластине, разность потенциалов или напряжение устанавливается между тарелки.Как конденсатор продолжает заряжаться, напряжение между пластинами увеличивается.

Напряжение между пластинами противостоит источнику напряжения. В результате, когда конденсатор полностью заряжен (напряжение между пластинами равно источнику напряжение) конденсатор перестает заряжаться. Потому что на данный момент энергия напряжения источника и напряжение конденсатора равны равный.В результате электроны или электрическое поле справа боковая пластина отталкивает электроны, идущие от источника напряжения.

Поэтому для дальнейшей зарядки конденсатора нам нужно увеличить напряжение на более высокий уровень. Когда напряжение подается на конденсатор повышен до более высокого уровня. Зарядка снова начинается наращивая проводящие пластины конденсатора, пока он выходит на новый уровень напряжения.Когда напряжение между пластины достигают нового уровня напряжения источника, он снова останавливается зарядка. Конденсаторы

спроектированы и изготовлены для работают при определенном максимальном напряжении. Если напряжение приложено к конденсатор превышает максимальное напряжение, электроны начинают перемещение между пластинами. Это приведет к необратимому повреждению конденсатора.

Разрядка конденсатор

Если внешний источник напряжения подключен к конденсатор удаляется, конденсатор остается заряженным.Однако, когда конденсатор подключен к любому электрическому устройству например, электрическая лампочка через проводящий провод, он запускается разрядка.

Когда конденсатор подключен к электрическая лампочка через проводящий провод, электроны захвачены на правой боковой пластине начинает протекать контур. Мы знать, что электрический ток - это поток носителей заряда (бесплатно электроны).Следовательно, когда свободные электроны или электрические ток достигает лампочки, она светится с большой силой.

Электроны, которые начали вытекать из правая боковая пластина через проводящий провод наконец достигла левую боковую пластину и заполните отверстия левой боковой пластины. Как В результате заряд на левой боковой пластине и правой боковой пластине начинает уменьшаться.Это снижает интенсивность электрического лампочку, потому что электрический ток, протекающий через электрическую лампочка уменьшается.

Наконец заряд хранится на левой пластине и правая пластина полностью освобождается. В результате лампочка выключится, потому что электрический ток не течет через лампочка. Таким образом, заряд хранится на левой пластине, а на правой. пластина конденсатора разряжена.

Конденсатор условное обозначение

Обозначение схемы основного конденсатора: показано на рисунке ниже. Обозначение конденсатора представлено проведя две параллельные линии близко друг к другу, но не трогательно. Он состоит из двух терминалов. Эти терминалы используются подключить в схему.

Емкость

Способность конденсатора накапливать электрическую заряд называется емкостью.Конденсаторы с большой емкостью будет хранить большое количество электрического заряда, тогда как конденсаторы с низкой емкостью сохранят небольшое количество электрический заряд.

Емкость конденсатора может быть по сравнению с размером резервуара для воды: чем больше объем воды резервуар, тем больше воды он может вместить. Аналогичным образом чем больше емкость, тем больше электрического заряда или электричества он может хранить.

Емкость конденсатора в основном зависит от размера плит, обращенных друг к другу, расстояние между двумя проводящими пластинами, а диэлектрическая проницаемость материал между пластинами.

Емкость конденсатора напрямую пропорционально размеру токопроводящих пластин и обратно пропорционально пропорционально расстоянию между двумя пластинами.

Другими словами, конденсатор с большой проводящие пластины хранят большое количество электрического заряда, тогда как конденсатор с небольшими токопроводящими пластинами накапливает небольшое количество электрического заряда. С другой стороны, конденсатор с большой расстояние между пластинами имеет низкую емкость (малая накопитель заряда), тогда как конденсатор с малым разделением расстояние между пластинами имеет высокую емкость (высокий заряд место хранения).

Емкость конденсатора измеряется в фарад. Он представлен символом Ф. Фарад назван в честь Английский физик Майкл Фарадей. Заряженный конденсатор емкостью 1 фарад с 1 кулоном электрического заряда имеет разность потенциалов или напряжение между его пластинами 1 вольт.

Один фарад - очень большая сумма емкость. Следовательно, в большинстве случаев мы используем очень маленькую единицу емкость.Наиболее распространенные единицы емкости, которые мы используем сегодня микрофарады (мкФ), нано фарад (нФ), пикофарад (пФ) и фемофарад (фФ).

1 микрофарад = 10 -6 фарад

1 нанофарад = 10 -9 фарад

1 пикофарад = 10 -12 фарад

1 фемофарад = 10 -15 фарад

Заряд на конденсаторе

Электрический заряд, накопленный конденсатором. зависит от напряжения, приложенного к конденсатору.

Если на конденсатор подается высокое напряжение, большой заряд передается пластинам конденсатора. В результате конденсатор накапливает большой заряд.

С другой стороны, если подается низкое напряжение на конденсатор передается только небольшой заряд к обкладкам конденсатора. В результате конденсатор хранит только небольшая сумма заряда.Однако емкость конденсатор остается постоянным. Мы не можем увеличить емкость конденсатора.

Взаимосвязь заряда, напряжения и емкость можно математически записать в трех формах:



Работа конденсатора - определение, основные схемы конденсатора, преимущества

Определение

Конденсатор - это электронное устройство, которое используется для хранения электрической энергии.Они используются только для хранения электронов и не способны их производить.

Изобретение конденсатора

За изобретением конденсатора стоит много историй. Известно, что немецкий ученый по имени Эвальд Георг фон Клейст изобрел конденсатор в ноябре 1745 года. Но у него не было никаких подробных записей или записей о своем изобретении. Таким образом, ему была приписана эволюция конденсатора. Спустя несколько месяцев голландский профессор Питер ван Мушенбрук обнаружил похожее устройство под названием Лейденская банка.Ученые подтвердили, что это первый конденсатор. Спустя годы оба ученых получили равное признание за изобретение конденсатора.

Годы спустя Бенджамин Франклин экспериментировал с лейденской банкой и смог сделать конденсатор меньшего размера, названный в его честь Площадь Франклина. Позже английский химик Майкл Фарадей начал эксперименты с лейденской банкой и изобрел первый коммерческий конденсатор. Этот конденсатор был сделан из больших бочек с маслом. Позже это было развито таким образом, что электроэнергия могла доставляться на очень большие расстояния.Нажмите здесь, чтобы узнать больше об истории изобретения конденсатора .

Лейденская банка

Лейденская банка в основном состоит из стеклянной банки, облицованной изнутри и снаружи металлической фольгой, обычно сделанной из свинца. Стеклянная банка была наполовину заполнена водой. Стеклянная банка использовалась в качестве диэлектрика. Сверху стеклянной банки вводится латунный стержень. Затем в сосуд подавали статический заряд от латунного стержня. Когда это доставлено, банка будет хранить два равных, но противоположных заряда в равновесии, которые переходят на землю, если дан заземляющий провод.Фигура лейденской банки приведена ниже.

Лейденская банка

Работа конденсатора

Конденсатор состоит из двух металлических пластин, разделенных непроводящим веществом или диэлектриком. Взгляните на приведенный ниже рисунок, чтобы узнать о диэлектрике в конденсаторе.

работа конденсатора

Хотя любое непроводящее вещество может использоваться в качестве диэлектрика, практически некоторые специальные материалы, такие как фарфор, майлар, тефлон, слюда, целлюлоза и так далее.Конденсатор определяется типом выбранного диэлектрика. Он также определяет применение конденсатора.
В зависимости от размера и типа используемого диэлектрика конденсатор может использоваться как для высокого, так и для низкого напряжения.
Для применения в схемах радионастройки в качестве диэлектрика обычно используется воздух. для применения в схемах таймера майлар используется в качестве диэлектрика. Для высоковольтных приложений обычно используется стекло. Для применения в рентгеновских аппаратах и ​​аппаратах МРТ в основном предпочтительна керамика.
Металлические пластины разделены расстоянием «d», и между пластинами помещен диэлектрический материал.
Диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика = e0e ……………… e0 - диэлектрик воздуха.

Диэлектрический материал является основным веществом, которое помогает хранить электрическую энергию.

Определение емкости

Есть два основных понятия для определения емкости. Электрическая концепция представлена ​​ниже.
Емкость называется накопительным потенциалом конденсатора.Другими словами, для существующей разности потенциалов или напряжения «V» на пластинах емкость называется величиной заряда «Q», накопленного между пластинами.

Емкость, C = Q / V
Физическая концепция емкости заключается в том, что емкость определяется физическими характеристиками двух пластин, так что емкость равна отношению между квадратной площадью пластины и расстоянием между пластинами, умноженное на за счет диэлектрика материала между пластинами

Емкость, C = e0e A / d

Работа конденсатора - видео

Фарад

Емкость конденсатора измеряется в единицах, называемых фарадами.
Конденсатор, как говорят, имеет емкость 1 Фарад, когда конденсатор может удерживать 1 ампер-секунду электронов при 1 вольте при скорости потока электронов 1 кулон электронов в секунду. Поскольку 1 Фарад - большое значение, конденсаторы обычно указываются в микрофарадах.

Базовые схемы конденсаторов

1. Конденсатор, подключенный к батарее

Конденсатор, подключенный к батарее, показан ниже.

Конденсатор подключен к батарее

Напряжение «V» появляется на конденсаторе, создавая емкость «C» и ток «I».Напряжение, создаваемое батареей, принимается пластиной, которая подключена к минусу батареи. Точно так же пластина на конденсаторе, которая прикрепляется к положительной клемме батареи, теряет электроны в батарее. Таким образом, конденсатор начинает заряжаться по уравнению

.

dq = C * dV, где dQ - небольшое изменение заряда, а dV - небольшое изменение напряжения.
Таким образом, ток можно выразить как
I = C * dV / dt.
Когда конденсатор полностью заряжен, он будет иметь такое же напряжение, как и батарея.

2. Последовательно подключенный конденсатор

Конденсаторы C1 и C2, соединенные последовательно, показаны на рисунке ниже.

конденсатор последовательной цепи

Когда конденсаторы соединены последовательно, общее напряжение «V» от батареи делится на V1 и V2 на конденсаторах C1 и C2. Общий заряд «Q» будет зарядом общей емкости.
Напряжение V = V1 + V2

Как и в любой последовательной цепи, ток I одинаков на всем

.

Следовательно, общая емкость цепи Ctotal = Q / V = ​​Q / (V1 + V2)

Далее можно рассчитать как 1 / Ctotal = 1 / C1 + 1 / C2

Таким образом, для схемы с числом последовательно соединенных «n» конденсаторов

1 / Cобщ. = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3 + …… + 1 / Cn

3.Конденсатор, включенный параллельно

Как показано на рисунке, два конденсатора C1 и C2 включены параллельно. Напряжение на обоих конденсаторах будет одинаковым, «В». Заряд конденсатора C1 равен Q1, а заряд конденсатора C2 равен Q2. Таким образом, мы можем записать уравнения как
C1 = Q1 / V и C2 = Q2 / V.
Общая емкость, Ctotal = (Q1 + Q2) / V = ​​Q1 / V + Q2 / V = ​​C1 + C2

Если имеется «n» конденсаторов, включенных параллельно, то общая емкость может быть записана как

.

Cобщ. = C1 + C2 + C3 +… + Cn

конденсатор параллельной цепи

Преимущества

  • Поскольку конденсатор может разрядиться за доли секунды, он имеет очень большое преимущество.Конденсаторы используются в приборах, требующих высокой скорости, например, во вспышках фотоаппаратов и в лазерных технологиях.
  • Конденсаторы используются для удаления пульсаций путем удаления пиков и заполнения впадин.
  • Конденсатор
  • А пропускает переменное напряжение и блокирует постоянное напряжение. Это использовалось во многих электронных приложениях.

Конденсатор: что это такое, что он делает и как работает, апрель 1960 г. Популярная электроника

Апрель 1960 г. Популярная электроника

Таблица содержания

Воск, ностальгирующий по истории ранней электроники.См. Статьи с Популярная электроника, опубликовано с октября 1954 года по апрель 1985 года. Настоящим подтверждаются все авторские права.

Вот очень хороший праймер на конденсаторах, которые появились в апрельском выпуске журнала Popular Electronics за 1960 год. Охватывается много вопросов, включая историю, форм-факторы, типы диэлектриков (керамические упоминается как новая разновидность в то время), приложения и т. д. Интересно, что единицы пикофарад (пФ) все еще назывались мкфарадами.Фактически, поскольку не еще много работы было сделано в области гигагерц (ГГц), было не так много используйте для pF, кроме, возможно, настройки отклика фильтра. Автор Кен Гилмор раскрывает смысл юмора при написании ранних экспериментов с емкостью, как он говорит: «Поскольку они не могли думать о многом, что делать с лейденской банкой, кроме как стоять и шокировать друг друга, у них не было необходимости в точной системе измерения накопленного заряда, или емкость банки.«

Конденсатор: что это такое, для чего он нужен и как работает

Кен Гилмор,

Конденсатор был изобретен в 1745 году экспериментаторами, искавшими способ чтобы «конденсировать» и хранить это недавно открытое любопытство, электричество. Хотя многие их идеи были ошибочными, они были очень близки к тому, чтобы сделать то, что намеревались сделать! Сегодняшние конденсаторы бывают тысяч разных размеров, форм и цветов. Это жизненно важно в эксплуатации всего, от семейного автомобиля до управляемые ракеты; но он делает то же самое и работает по тому же принципу как его далекий предок обнаружил в лаборатории Лейденского университета над два века назад.

Хранение заряда - что такое конденсатор?

Огромная молния врезается в землю с оглушительным ударом грома. Возможно, это. самая яркая демонстрация емкости в действии.

Управляемая ракета устремляется в небеса на столбе пламени. Без конденсаторов выполняя сотни различных работ над системами наведения, управления и стрельбы, он никогда не оторвался бы от земли.

Ваши радиоприемники и телевизоры изобилуют конденсаторами, которые используются в десятках различных способами.Радиостанции и телеканалы используют тысячи из них.

Ни ваш электрический холодильник, ни ваш машина заводилась без конденсаторов; ваши флуоресцентные лампы останутся темными.

Конденсаторы выделяют лампы-вспышки фотографов, помогают эффективно подавать электроэнергию к вашему дому, автоматически запускайте фонтаны с водой и открывайте двери при приближении их.

Что это за странное явление емкости, которое окружает нас повсюду? Как это работает? Что вызывает это? Что оно делает?

Ответ кажется слишком простым.Конденсатор - это устройство, которое может хранить электрический заряд. Благодаря этому, казалось бы, скромному достижению, он может выполнять удивительное разнообразие рабочих мест и является одним из самых важных в нашей электротехнической и электронные слуги.

Емкостный режим - Принцип работы конденсатора

Вы когда-нибудь ходили по ковру в прохладный и сухой день и чувствовали, как прыгает искра? ваши пальцы на дверной ручке, когда вы потянулись, чтобы открыть дверь? Знали ли вы это или нет, ваше тело было частью заряженного конденсатора; стены комнаты - включая дверь и дверную ручку - были другой частью.Вы создали электрическую зарядить, пройдя по коврику. Трение между вашей обувью и ковриком отложилось избыток электронов на вашем теле, каждый из которых помогает накапливать все больше и больше отрицательный заряд. Одновременно положительный заряд точно такой же силы скапливался на стенах.

Когда вы подошли к двери, конденсатор разрядился. Избыточные электроны в вашем теле перепрыгнул через пространство между пальцами и дверной ручкой, чтобы нейтрализовать заряд.

Конденсатор, образованный вашим телом и комнатой, очень отличается от тех. используется в радио, но работает точно так же. Радиоконденсатор обычно изготовлены из двух или более металлических пластин, параллельных друг другу, но не соприкасающихся. Они заряжаются, а не тереться о ковер (это можно было бы сделать так, но есть способ получше), но подключив их к батарее переключателем как показано на диаграмме справа.

Зарядка конденсатора

При разомкнутом переключателе нет заряда тарелки.Когда переключатель замкнут, положительный полюс батареи начинает притягивают свободные электроны от присоединенной к ней пластины, в то же время отрицательный вывод начинает вытеснять большое количество лишних электронов на пластину подключен к нему. Все больше и больше электронов накапливаются на пластине, заставляя ее непрерывно Батарею еще труднее насаживать на нее. Таким образом, одна тарелка занимает на отрицательном заряде, другой - на положительном.

Вскоре батарея переместила все электроны, на которые она могла.Поток прекращается; конденсатор полностью заряжен. Если бы теперь он был отключен и напряжение на нем измерялось, с помощью измерителя с очень высоким импедансом оно будет равно напряжению батареи.

Конденсатор фактически накапливает энергию в своем диэлектрике, то есть в изоляционном материал между металлическими пластинами. Диэлектрик может быть воздушным или любым другим изолятором.

Практические конденсаторы производятся с десятками различных видов диэлектриков, Это теоретическое представление показывает, как хранится заряд.В незаряженном конденсаторе количество свободных электронов в обеих пластинах одинаково. Электроны в молекулах диэлектрика можно увидеть, вращаясь вокруг своих ядер.

При подаче заряда картинка меняется. На отрицательной пластине теперь есть все свободных электронов. Поскольку это основной закон электричества, который как заряд отталкиваются друг от друга и, в отличие от зарядов, притягиваются, вращающиеся электроны в диэлектрике отталкиваются отрицательной пластиной и притягиваются к положительной.Они двигаются как можно дальше к положительной пластине, которая растягивает молекулы диэлектрик не по форме. Эти деформированные молекулы подобны пружинам, находящимся под напряжением: они пытаются вернуться к своей нормальной форме.

Пока подано напряжение зарядки, они ничего не могут сделать. Но если проводник между двумя пластинами проходит путь, молекулы диэлектрика отрываются, выталкивание лишних электронов из отрицательной пластины и разряд конденсатора.

Способность конденсатора сохранять напряжение называется емкостью. Вы можете иногда слышу, что это называется емкостью, но емкость грамматически верна.

Сжигание лампы-вспышки

Какая практическая польза от способности конденсатора накапливать заряд? Фотографов используйте его одним из самых простых и очевидных способов. В одном из типов вспышек они зарядите конденсатор, затем подключите лампу-вспышку к заряженным пластинам.Все электроны, накопленные на отрицательной стороне, пытаются за один раз устремиться к положительной пластине, через лампу-вспышку. Этот всплеск тока зажигает лампочку. (См. Схемы вверху следующей страницы.)

Почему бы не подключить аккумулятор напрямую к лампочке? Это можно было бы сделать, если бы большой было использовано достаточно батареи. Такая сверхмощная батарея могла обеспечить достаточный ток для включения лампы-вспышки. Но гораздо более легкое и компактное устройство, весящее всего несколько единиц. унции можно заставить делать ту же работу с помощью конденсатора.

Батарея, способная выдавать лишь небольшую струйку тока - гораздо меньшую, чем могла бы Требуется зажечь лампочку - можно использовать. Через некоторое время струйка накапливает мощный заряд на конденсаторе так же, как крошечный поток воды может в конечном итоге заполнить большой резервуар. Когда конденсатор полностью заряжен, он может создавать выброс тока даже более мощный, чем тяжелая батарея, и таким образом легко зажгите лампу-вспышку.

Положительные и отрицательные

О «положительном» и «отрицательном» заряде сказано много.Но Вы когда-нибудь задумывались, почему один полюс батареи называется положительным, а другой отрицательный? На самом деле это все ошибка, потому что то, что мы называем отрицательным, - это на самом деле положительный, и тот, который мы называем положительным, это ... Но, может быть, нам стоит начать с самого начала.

Старый Бен Франклин совершил первоначальную ошибку. Никто точно не знал, в каком направлении ток потек. Так предположил Франклин. Он назвал один полюс положительным, другой отрицательным, основанный на рассуждениях, что ток идет от положительного полюса, который он визуализировал как имеющий избыток тока, к отрицательному полюсу, который имел недостаток.

У него были пятьдесят на пятьдесят шансов угадать, но удача была против него. Многие Спустя годы было установлено, что ток действительно течет в обратном направлении. К тому времени положительная и отрицательная терминология утвердилась и стала решил, что никаких изменений вноситься не будет.

Независимо от того, правильные или неправильные этикетки, важно учитывать полярность. во многих конденсаторных цепях. Например, электролитические конденсаторы, используемые в расходные материалы будут испорчены, если они будут подключены с неправильной полярностью.

Конденсаторы в блоках питания

Емкостные «фильтры» часто используются в источниках питания для сглаживания пульсирующий постоянный ток, выход из выпрямительной цепи переменного тока, что позволяет ток, который нужно преобразовать в постоянный ток.

Без емкостного фильтра источник питания вырабатывает пульсирующий постоянный ток. Нынешние Луки только в одну сторону, но не стабильно. Картина пульсирующего d.c. от двухполупериодного блока питания выглядит так:

Но радио- и ТВ-приемникам нужен источник чистого постоянного тока, который повышается до определенного уровень напряжения и остается там.

Конденсатор, подключенный к источнику питания, дает именно такой эффект. Как напряжение повышается до максимума, конденсатор заряжается. Когда напряжение источника питания снова падает до нуля, конденсатор начинает разряжаться и помогает поддерживать напряжение близко к максимальному уровню до следующего скачка напряжения питания, который заряжает конденсатор снова для следующего цикла.

Вы можете заметить, что напряжение не остается точно на максимальном уровне во время разряда конденсатора. Но если компоненты схемы правильных значений выбран, он остается достаточно близко, так что разница не имеет значения.

Легко определить, когда конденсатор фильтра (или конденсаторы) в вашем радио идет плохо. Когда конденсатор начинает падать во время работы, пульсация становится больше. и больше. Вскоре это начинает сказываться на работе всего комплекта, и вы слышите громкий гул.По мере того, как становится хуже, речь и музыка искажаются или искажаются; тогда тяжелый гул - это все, что вы можете услышать.

Применения в цепях переменного тока

Два упомянутых выше примера использования конденсаторов - фотовспышка и фильтр - иметь дело с d.c. напряжения и токи. Но функция конденсатора переменного тока схемы возможно даже более важно. Чтобы понять, как это работает, давайте взглянем на две пластины и снова установка батареи.Только на этот раз их связывает - двухполюсный двухпозиционный переключатель, то есть переключатель, который может быстро реверсировать полярность зарядного тока, подаваемого на конденсатор.

При повороте переключателя влево конденсатор заряжается. Откройте переключатель и конденсатор сохраняет заряд.

Теперь переключатель повернут вправо. Это подключает конденсатор к батарее. снова, но с обратной полярностью; отрицательная пластина теперь подключена к положительный полюс аккумуляторной батареи и наоборот.

Электроны быстро проходят через батарею от отрицательной пластины к положительный, разряжающий конденсатор. Затем он снова заряжается, но на этот раз с противоположная полярность. Показанный амперметр, соединенный последовательно с одной пластиной, укажет текущий поток во время этого процесса.

Если переключатель находится влево, счетчик будет показывать протекающий ток, в то время как конденсатор заряжается. Когда переключатель перевернут, измеритель показывает ток в обратном направлении, в то время как конденсатор разряжает свой старый заряд и берет по новой.Если переключатель поворачивать вперед и назад достаточно быстро, глюкометр будет показать, что ток течет все время - сначала в одном направлении, затем в другом.

Таким образом, ясно, что даже если постоянный ток не может течь в конденсаторе цепь (кроме кратковременного периода зарядки), переменный ток может быть включен течь непрерывно, поочередно заряжая и разряжая конденсатор. Положить Иначе говоря, конденсатор «блокирует» постоянный ток, но «пропускает» переменный ток.Этот способности используются бесчисленным множеством способов. Вот, например, упрощенный усилитель схема, демонстрирующая эффект.

Сигнал вводится в цепь сетки лампы, усиливается и уходит. через пластинчатый контур. Чтобы трубка работала, тарелку нужно держать на высоком положительное напряжение - скажем, 200 вольт - в то время как сетка должна быть немного отрицательной.

Поскольку электронные лампы обычно работают с высоким положительным напряжением на пластинах и низкое отрицательное напряжение в сети, очевидно, возникает проблема: как трубки должны быть соединены между собой пластина-сетка без нарушения их соответствующих d, c, рабочие уровни?

Конденсатор изготавливается на заказ для этой работы.Поскольку усиливаемый сигнал переменный ток, он легко пройдет через конденсатор, в то время как постоянный ток, рабочее напряжение будет заблокирован.

Конденсатор, используемый таким образом, называется конденсатором связи или разделительным конденсатором. Либо имя правильное.

Способность конденсатора пропускать переменный ток. блокируя постоянный ток, также полезен в другом вид связи. Например, сигналы часто появляются там, где они не нужны. Конденсатор может «замкнуть» такой нежелательный сигнал на землю, оставляя цепь d.c, напряжение не изменилось. Это называется «обход».

Неограниченная универсальность - значения, типы, использование конденсаторов

Конденсатор был изобретен еще в октябре 1745 г. деканом Э. Г. фон Клейстом из Камминский собор в Померании. Несколько месяцев спустя - в январе 1746 года - Питер фон Мушенбрук, профессор Лейденского университета, сделал такое же открытие. все сначала. Каким-то образом Musschenbroek получил признание, и первые конденсаторы были назвал Лейденские банки в честь своего университета.Возможно, вы видели его в физике лаборатория; их до сих пор иногда используют для демонстрации принципа емкости.

Лейденская банка - это просто бутылка, у которой примерно три четверти внутреннего а внешние поверхности покрыты металлической фольгой. Два куска фольги изолированы. друг от друга стеклянным диэлектриком. Латунный стержень проходит через стопор и контактирует с внутренней фольгой.

Ранние экспериментаторы использовали сосуд, потому что они искали способ «уплотнить» и хранить электричество.Поскольку они думали об электричестве как о жидкости, они полагали, что банка была бы как раз тем, что могло бы его вместить. Название конденсаторное, которое до сих пор часто использованный вместо конденсатора, происходит из этих ранних попыток конденсировать электричество.

Мушенбрук и его соратники обнаружили, что если они коснутся медного стержня от лейденской банки до «электрической машины» (у них был примитивный электростатический генератор), банка сохранила заряд. Вы можете получить шок, удерживая внешнюю фольгу одной рукой и касаясь стержня другой.

Так как они не могли придумать ничего общего с лейденской банкой, кроме как стоять рядом и шокируют друг друга, им не нужна была точная система измерения накопленный заряд или емкость емкости.

По мере развития науки об электричестве стало очевидно, что система измерение было необходимо. Итак, была выбрана основная единица измерения емкости. Он был назван Фарад после Майкла Фарадея, одного из великих пионеров электротехники.

Фарад представляет собой определенное количество «запасаемой мощности» или емкости. Фактически использования, фарада оказалась слишком большой единицей, поэтому практичные конденсаторы обычно измеряется в микрофарадах (mf.) - одна миллионная фарада, и в микрофарадах (ммф.) - одна миллионная микрофарада. (Согласно одной системе обозначений, В аббревиатуре «μ» заменено на «m». Таким образом, "мф." становится "μf." и "ммф." становится «μμf». Значение в обоих случаях одно и то же.) Другими словами:

1 мф. (или мкФ) = 0,000001 фарад

1 ммс. (или мкФ) = 0,00000000000001 фарад

Переменные конденсатора

Емкость любого конденсатора определяется четырьмя факторами. Возьмем посмотрите на каждого.

1. Размер тарелок. Большие пластины могут удерживать больший заряд (больше электронов) чем маленькие тарелки.

2. Разделение тарелок. Чем ближе пластины друг к другу (без касаясь), тем больший заряд они могут хранить.

3. Кол-во тарелок. Чем больше пластин, тем больше емкость.

4. Диэлектрическая проницаемость. Каждый диэлектрический материал имеет свои собственная диэлектрическая проницаемость. Воздух имеет произвольно назначенную константу, равную 1. Слюда имеет константа около 7. Это означает, что слюда будет хранить примерно в семь раз больше заряда этот воздух может справиться со всеми остальными факторами.Бумага имеет диэлектрическую проницаемость их около 5, а некоторых видов керамики более 1000! У разных веществ разные константы, потому что каждая молекула имеет разную «естественную эластичность», что позволяет одни для хранения значительно большего количества энергии, чем другие. Среди часто используемых диэлектрики - пластмассы различных видов, воздух, слюда, бумага.

Типы конденсаторов

Вот некоторые из наиболее распространенных типов конденсаторов, классифицируемых в соответствии с диэлектрический материал.

Бумажные конденсаторы изготовлены из длинных полосок алюминиевой фольги, плотно обернутых в рулон, разделенный бумажным диэлектриком. Чтобы бумага стала лучше изолятором (чтобы предотвратить пробой конденсатора при подаче высокого напряжения на его обкладки), обычно его пропитывают маслом, воском или пластиком.

Пластиковые конденсаторы аналогичны, но в них используются тонкие листы пластика - майлар. а другие - как диэлектрик. У них одинаковое применение и примерно одинаковый размер. как бумажные конденсаторы.

Металлизированные бумажные конденсаторы - еще один вариант того же базового тип. Вместо полосок алюминиевой фольги обкладки этого конденсатора микроскопически тонкие слои металла, нанесенные методом напыления на диэлектрическую бумагу. Поскольку пластины такие тонкие, конденсатор можно свернуть в гораздо меньший размер. корпус, чем стандартный конденсатор такой же емкости.

Все эти варианты бумажного конденсатора широко используются в связке, байпасе, и схемы регулировки тембра.Обычно они трубчатые, а их емкость варьируется от около 250 мкФ. до 1,0 мкФ. или больше. Они имеют номинальное напряжение до 1600 вольт. - то есть выдерживают 1600 вольт без пробоя напряжения через диэлектрик и разрушающий конденсатор. Однако чаще всего используются конденсаторы в Диапазон 400-600 вольт.

Между различными типами существуют незначительные различия. Пластиковые конденсаторы могут быть легче сконструировать, чтобы выдерживать более высокие напряжения. Металлизированные, как уже говорилось ранее, меньше и стоят дороже.За этими исключениями три типа обычно взаимозаменяемые.

Печатная полоса вокруг одного конца этих трубчатых конденсаторов сообщает вам, какой вывод соединяется с внешним слоем фольги. В общем, отведение, отмеченное таким образом, должно быть подключен к "низкой" стороне цепи. Другими словами, подключите его к заземление, если возможно, или на сторону цепи, электрически ближайшую к земле потенциал. Полоса не указывает полярность подключений.Когда конденсатор используется таким образом, внешний слой фольги служит электростатическим экраном, поэтому что на работу конденсатора не будут влиять другие паразитные поля в пределах схема.

Масляные конденсаторы также используют слой бумаги в качестве диэлектрика; бумага пропитан специальным маслом, что придает ему высокую емкость и высокое напряжение. Обычно они используются как фильтры высоковольтных источников питания. Емкость варьируется от 1.0 мкФ. до 20,0 мкФ. или больше.

Масляные конденсаторы обычно помещаются в тяжелую канистру и могут иметь номинал 1000. вольт или больше.

Слюдяные конденсаторы изготавливаются из ряда плоских металлических полос (олово, медь, алюминий, и др.), разделенные листами слюды. Чередующиеся пластины соединяются вместе, и Вся сборка отлита в блок из пластика или керамики.

Их емкость варьируется от 10 мкФ. к .01 мкф. Слюда необычно хороший изолятор, поэтому конденсаторы со слюдяным диэлектриком могут быть построены с номинальными характеристиками до 5000 вольт и более и используются в высоковольтных передающих цепях.

В керамических конденсаторах нового типа в качестве диэлектрика используются листы керамики. В пластины обычно представляют собой серебро, наплавленное из паровой фазы. Керамический конденсатор обычно имеет только две пластины - по одной с каждой стороны керамического диска или одна на внешней стороне и одна на внутренняя поверхность керамической трубки.

Поскольку керамика имеет очень высокую диэлектрическую проницаемость, до 1200, относительно большая значения емкости могут быть получены с небольшими конденсаторами. Также утеплитель качество керамики отличное, поэтому эти агрегаты могут быть легко сконструированы для работы на несколько тысяч вольт. Они широко используются на телевидении, в военных и спутниковых сетях. оборудование связи и другие критические цепи.

Благодаря передовым технологиям производства стоимость керамики снизилась примерно до такой же диапазон, как у бумаги.У них есть один недостаток: они не так легко доступны. в больших общих ценностях.

Электролитические конденсаторы содержат наибольшее количество емкости в самое маленькое пространство. Они бывают размером до нескольких тысяч микрофарад, с рабочее напряжение до 600 вольт. Банки диаметром не менее дюйма и от четырех до шести дюймов длиной, которые устанавливаются поверх почти каждого шасси радио и телевизора электролитические конденсаторы. Обычно они используются в качестве фильтров источника питания.

Электролитики имеют чрезвычайно высокие значения емкости, поскольку диэлектрик толщиной всего несколько миллионных дюйма. Конденсатор изготавливается методом окунания. алюминиевый лист в электролитический раствор и создание тока от раствор алюминия. Под действием тока образуется слой оксида. на тарелке. Когда слой полностью сформирован, алюминий готов к работе. положительная пластина конденсатора. Диэлектрик - оксидное покрытие - уже на месте.Агрегат запечатан в канистре, наполненной проводящей жидкостью, которая становится отрицательная пластина готового конденсатора.

Это описание так называемого «мокрого» электролита. Также есть «сухой» электролитический. Единственная разница в том, что «мокрый» использует реальный раствор, в то время как «сухой» имеет пропитанный слой марли между пластинами. На практике практически исчезла влажность, потому что сухие удобнее производить, хранить, и пользуйся.

Электролитики, как и большинство других компонентов, становятся все меньше и меньше в этот век миниатюризации. Недавно разработанный тип - травленный алюминиевый электролит. - упаковывает еще большую емкость в меньший объем за счет использования пластины с были приданы шероховатости химическим травлением. Сильно увеличенное поперечное сечение травленого алюминий можно сравнить с обычной полированной поверхностью вот так:

Очевидно, протравленная пластина имеет гораздо большую площадь поверхности, подверженной воздействию электролита, и, следовательно, имеет большую емкость.Травленый алюминиевый конденсатор включен. на рынке, но значительно дороже обычного электролитического. Его дополнительная стоимость, конечно, стоит разницы в таких разнообразных приложениях как слуховые аппараты и ракеты, где очень важны вес и размер.

У электролитиков

есть несколько недостатков. Во-первых, ток утечки больше чем для любого другого типа. Во-вторых, у электролита есть положительный и отрицательный отрицательный терминал.Поэтому его нельзя использовать при изменении полярности (в переменном токе, схемы, например). Необходимо внимательно следить за тем, чтобы он был правильно подключен. Даже несколько секунд воздействия напряжения неправильной полярности могут испортить электролит, или даже вызвать его взрыв.

Переменные воздушные конденсаторы используются в каждой радиостанции для настройки на разные станции.

Один из комплектов пластин закреплен на раме и называется статором.В другой набор, который движется, называется ротором. Естественно, как и во всех конденсаторах. в два набора тарелок расположены близко друг к другу, но не соприкасаются. Емкость варьируется изменение размера сетки пластин. (Есть постоянные воздушные конденсаторы. Но они редки.)

Переменные воздушные конденсаторы имеют размер от долей мкФ. до 1200 мкФ. или больше. Те, которые используются в низковольтных приемных цепях, могут иметь от 10 до 30 отдельных пластин. менее чем на сотую дюйма.Крупные типы передачи могут иметь от 80 до 100 тарелки. разделенные полдюйма или более.

Переменные воздушные конденсаторы часто собираются вместе. Это означает, что несколько независимых конденсаторы расположены вдоль одного вала так, что они вращаются вместе. Этим способом, одновременно можно настраивать несколько контуров.

Хотя мы упомянули только фиксированную слюду, бумагу, масло, керамику и пластик. конденсаторы, есть переменные конденсаторы, в которых также используются некоторые из этих диэлектриков.Но в большинстве переменных конденсаторов в качестве диэлектрика используется воздух. Единственное распространенное исключение к этому относится небольшой слюдяной «подстроечный» конденсатор, который есть в большинстве радиоприемников. Эти блоки с емкостью всего несколько мкФ регулируются отверткой. Они используются для внесения незначительных изменений в схемы, в которых величина емкости является критическим. Например, гетеродин в супергетеродинном приемнике настроен на точную частоту с помощью слюдяного триммера.

Пока что перечислены только основные типы конденсаторов.Здесь очень много другие: вакуум, стекло, стекловидная эмаль, полистирол, тантал, Milinex и даже один с потрясающим названием политетрафторэтлен. У каждого свое преимущество и специальное использование. А некоторые, например тантал, становятся все более популярными.

Готовая рабочая лошадка

Многочисленные способы, упомянутые до сих пор, в которых конденсаторы используются, почти не царапаются поверхность работ, для которых подходит этот универсальный компонент.Каждое радио, Например, телевизор или передатчик или приемник связи должны работать на определенной заранее заданной частоте. Сигнал, отправляемый передатчиком, должен колебаться или вибрировать с определенной скоростью - столько раз в секунду. Получатели должны настроиться на эту точную частоту, чтобы уловить сигнал. Конденсаторы играют важную роль участие в цепях, определяющих рабочую частоту. Измените емкость и частота меняется. Когда вы настраиваете радио, вы регулируете емкость цепей настройки.

Другой важной функцией конденсатора является формирование волны. Наиболее распространенная форма волны это синусоида.

Электроэнергия, которая поступает в наши дома, находится в этой форме; это тоже форма выхода обычного генератора. Но для определенных целей - радар, телевидение, телеметрия, и это лишь некоторые из них - должны производиться сигналы самых разных форм.

Эти и тысячи других форм волны могут быть сформированы соединением конденсаторов вместе. в различных комбинациях с другими компонентами.

Небесные заряды

Ах да, еще кое-что. Какое отношение имеет емкость к молнии? В ненастная погода, стремительно поднимаются воздушные потоки. Частицы водяного пара в облаках проносится мимо других неподвижных частиц, и заряд накапливается за счет трения, просто как это происходит, когда обувь трутся о ковер. Заряд на облаках, сначала небольшой, быстро накапливается. В то же время подобный, но противоположный заряд накапливается. на земле под облаком.Когда облако мчится по небу, заряд движется по земле - его можно измерить с помощью подходящего оборудования.

Все выше и выше накапливается заряд, по мере того как проносятся все больше частиц водяного пара, каждое добавление к заряду. Сначала его можно измерить в вольтах, потом миллионах, потом триллионы вольт от облака до земли. Наконец, гигантский конденсатор - облако образуя одну плиту, земля другую - «ломается». Заряд дуги над изолирующий диэлектрик (воздух) и ослепляющая вспышка освещает небеса.Мамонт конденсатор разряжается яркой вспышкой молнии.

Емкость - простая способность двух тел накапливать электрический заряд. - таким образом, отвечает за один из наших самых полезных электрических компонентов, а также в то же время, для одного из самых зрелищных представлений природы.

Опубликовано 3 февраля 2020 г. (оригинал 05.07.2012)

Как конденсатор работает с постоянным током

В предыдущем посте мы рассмотрели концепцию, конструкцию и работу конденсатора как источника постоянного напряжения.Этот пост о Как конденсатор работает с DC . Конденсаторы широко используются в электронике постоянного тока. Когда мы думаем о постоянном токе и конденсаторе, возникают следующие вопросы:

.
  1. Как конденсатор работает с входом постоянного тока?
  2. Какое конечное напряжение конденсатора после зарядки?
  3. Сколько времени требуется для зарядки / разрядки конденсатора?

Давайте обсудим решение вышеперечисленных вопросов.

Как конденсатор работает с постоянным током

Конденсатор выполняет три задачи в цепях постоянного тока i.е. взятие на себя, удержание заряда и доставка заряда в определенное время. Когда конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения, конденсатор начинает процесс получения заряда. Это повысит напряжение на конденсаторе. Как только конденсатор набирает достаточный заряд, начинает течь ток, и вскоре напряжение на конденсаторе достигает значения, примерно равного напряжению источника постоянного тока. Когда на конденсаторе почти полное напряжение, через конденсатор больше не течет ток. Это займет некоторое время. Но есть интересный факт.Конденсатор не получит 100% заряда в тот же момент, когда на него будет подано постоянное напряжение. Конденсатор быстро получает первую часть от общего заряда, вторую часть медленно, третью часть медленнее и так далее. Следовательно, можно сказать, что конденсатор заряжается нелинейно.

Можно представить эту ситуацию на примере шины по аналогии с . Сравните автобус с конденсатором, свободное место с пространством и людей с электронами. В автобусе каждый старается занять место. Если остается меньше мест, людям нужно больше времени, чтобы найти свободное место.Точно так же электроны пытаются занять место на пластине конденсатора. Здесь электронам требуется время, чтобы попасть на пластины. Перемотайте конструкцию конденсатора. Для входного постоянного напряжения первая пластина заряжается до входного напряжения. Поскольку между двумя пластинами нет проводящего пути, второй пластине требуется некоторое время, чтобы зарядиться.

Это время определяет время зарядки конденсатора. Итак, нам необходимо выяснить параметры, от которых зависит время зарядки конденсатора. Согласно закону Ома, если сопротивление цепи увеличивается, меньше тока для зарядки конденсатора.Это увеличивает время, необходимое для зарядки конденсатора. Поскольку емкость и напряжение обратно пропорциональны друг другу, увеличение емкости требует больше времени для заряда конденсатора. Таким образом, с помощью этих соотношений можно сказать, что время зарядки конденсатора зависит как от сопротивления цепи, так и от емкости конденсатора. Это постоянная времени конденсатора. Но процесс измерения времени зарядки конденсатора сложен, поскольку конденсатор никогда не будет заряжаться с одинаковой скоростью.

Время зарядки или постоянная времени обозначается как τ (тау). Он определяет время, необходимое конденсатору емкостью «C», последовательно включенным с сопротивлением «R» Ом, для получения первой части полного заряда. Постоянная времени может быть математически определена как

.

Время зарядки = сопротивление x емкость
τ = R x C

Постоянная времени - это время, необходимое конденсатору для повышения напряжения или тока до 63,21% от максимума или уменьшения до 36,79% от начального значения.

Почему конденсатор заряжается до 63% приложенного напряжения?

Вот уравнение для напряжения на конденсаторе в любой момент времени во время зарядки.

V c = V i (1 - e -τ / RC )

Где В c = напряжение конденсатора, В i = входное напряжение, t = время зарядки, R = сопротивление, C = емкость

Цепь зарядки конденсатора

E.грамм. для R = 10 МОм и C = 0,1 мкФ постоянная времени составляет 1 секунду. Это не означает, что конденсатор полностью зарядится за 1 секунду. Это означает, что конденсатор будет заряжен до 63% входного напряжения за 2 секунды. Если мы продолжим подавать напряжение, конденсатор займет 63% разницы между текущим напряжением и входным напряжением. Этот процесс будет повторяться до тех пор, пока конденсатор не зарядится полностью. Мы получаем значение 63% или 0,63, когда добавляем одну постоянную времени в уравнение выше. Мы можем рассчитать ток в конденсаторе в любой момент (время), используя закон Ома.Рассмотрим ту же схему, что обсуждалась ранее. Вот уравнение тока при зарядке конденсатора.

I c = ( V i - V c ) R

В таблице ниже показаны значения напряжения и тока заряда конденсатора для соответствующей постоянной времени.

Положение переключателя Постоянная времени (τ) (в секундах) Напряжение зарядки конденсатора ( В, c ) (в вольтах) Ток зарядки конденсатора ( I c )
ВЫКЛ. 0 0 10 мкА
НА 1RC 63.2120 3,6787 мкА
НА 2RC 86,4664 1,3533 мкА
НА 3RC 95.0212 0,4978 мкА
НА 4RC 98.1684 0,1831 мкА
НА 5RC 99.3262 0,0673 мкА
НА 8RC 99.9664 3,3546 нА
НА 11RC 99.9983 0,1670 нА
НА 14RC 99,9999 8,3152 pA
НА 17RC 99.9999 0,4139 pA

Термин 1RC, 2RC и т. Д. Определяет, сколько раз постоянное напряжение должно быть приложено к конденсатору. Таблица выше напоминает важный факт, связанный с конденсатором i.е. : конденсатор никогда не будет полностью заряжен. . Каждый раз постоянное напряжение конденсатора медленно увеличивается (кроме первого), но никогда не будет равно входному напряжению. Ток, протекающий через цепь резисторного конденсатора, уменьшается с увеличением времени (τ). Вот график, показывающий поведение зарядного напряжения и тока конденсатора.

График зарядного тока и напряжения конденсатора

График напряжения и тока зарядки конденсатора имеет экспоненциальный характер соответственно нарастанию и убыванию.Кривая показывает, сколько времени нужно конденсатору для почти полного заряда. Экспоненциальный рост напряжения и экспоненциальное затухание тока в емкостной цепи не одинаковы или не совпадают с фазой и . Обратите внимание, что ось x графика изменяется относительно значения на оси y, чтобы иметь четкое представление об изменении напряжения или тока. График не соответствует конкретному масштабу. Через 5RC секунд зарядный ток I c ≈ 0 и напряжение зарядки V c ≈ входное напряжение.

Разряд конденсатора в цепях постоянного тока

Есть несколько способов разрядить заряженный конденсатор. Самый простой способ - использовать светодиод или резистор последовательно с конденсатором. Мы должны проявлять особую осторожность при выборе резистора или светодиода для разряда конденсатора. Перед использованием рекомендуется указать такие характеристики, как мощность, значение в случае резистора и прямой ток, напряжение в случае светодиода. Схема разрядки конденсатора показана ниже.

Схема разряда конденсатора

Вот уравнения для напряжения на конденсаторе и тока в конденсаторе в любой момент времени во время разряда.

V d = V i ( e -τ / RC ) I d = V d R

В таблице ниже показаны значения напряжения и тока разряда конденсатора для соответствующей постоянной времени. Во время разряда напряжение, с которого конденсатор начинает разряжаться, составляет последний заряд

.
Положение переключателя Постоянная времени (τ) (в секундах) Напряжение зарядки конденсатора ( В d ) Ток зарядки конденсатора ( I d )
ВЫКЛ. 0 ≈ 100 В 10 мкА
НА 1RC 36.7879 В 3,6787 мкА
НА 2RC 13,5335 В 1,3533 мкА
НА 3RC 4,9877 В 0,4978 мкА
НА 4RC 1.8315 В 0,1831 мкА
НА 5RC 0,6737 В 0,0673 мкА
НА 8RC 0,0335 В 3.3546 нА
НА 11RC 1,6701 мВ 0,1670 нА
НА 14RC 30,5902 мкВ 8,3152 pA
НА 17RC 4,1399 мкВ 0,4139 pA

Во время разрядки напряжение и ток конденсатора быстро уменьшаются на 1RC-секунду, а после этого происходит медленное уменьшение обеих величин. Вот график напряжения и тока разряда конденсатора.Оба графика экспоненциально падают в природе. За 5RC секунд ток разряда I d ≈ 0 и напряжение разряда В d ≈ 0.

График тока и напряжения разряда конденсатора

На этом пока все. Надеюсь, теперь вы знаете, как конденсатор работает с постоянным током. В следующем посте мы узнаем о конденсаторах в цепях переменного тока. Спасибо за прочтение и не забудьте оставить комментарий.

Конденсатор

Basic: как работают конденсаторы?

Конденсаторы накапливают электрическую энергию, накапливая заряды на электродах, и обычно используются вместе с индукторами для формирования контура LC-генератора.Принцип работы конденсатора заключается в том, что электрический заряд перемещается под действием силы электрического поля. Когда между проводниками находится среда, электрический заряд будет предотвращен, и электрический заряд будет накапливаться на проводнике, что приведет к накоплению электрического заряда.

Каталог

Ⅰ Введение

Принцип работы конденсатора заключается в накоплении электрической энергии путем накопления заряда на электроде, и он обычно используется вместе с индуктором для формирования колебательного контура LC.Принцип работы конденсатора заключается в том, что заряд будет двигаться под действием электрического поля. Когда между проводниками находится среда, это будет препятствовать движению заряда и заставит заряд накапливаться на проводнике, что приведет к накоплению заряда. Конденсаторы являются одним из электронных компонентов, используемых в большом количестве электронного оборудования, поэтому они широко используются для блокировки постоянного тока, связи, байпаса, фильтрации, контура настройки, преобразования энергии, схемы управления и т. Д.

В некотором смысле конденсаторы немного похожи на батареи. Хотя они работают по-разному, они оба могут накапливать электрическую энергию. Если вы узнали принцип работы аккумулятора, то должны знать, что аккумулятор имеет два электрода. Внутри батареи химическая реакция заставляет один электрод генерировать электроны, а другой электрод поглощает электроны. Конденсатор намного проще, и он не может производить электроны - он просто накапливает их.

Конденсаторы, резисторы и катушки индуктивности также называют тремя основными пассивными компонентами, и их годовой объем производства достиг примерно 2 триллионов единиц по всему миру.Чаще всего используются керамические конденсаторы. В то же время различные типы конденсаторов, такие как пленочные конденсаторы с превосходной изоляцией и стабильностью, электролитические конденсаторы, известные своей большой емкостью и т. Д., Также используются людьми с их соответствующими преимуществами и характеристиками.

Ⅱ Как работают конденсаторы?

Как и батарея, конденсатор также имеет два электрода. Внутри конденсатора эти два электрода соединены с двумя металлическими пластинами, разделенными диэлектриком.Диэлектрик может быть воздухом, бумагой, пластиком или любым другим материалом, который не проводит электричество и предотвращает контакт двух металлических полюсов друг с другом. Используя два куска алюминиевой фольги и лист бумаги, вы легко можете сделать конденсатор. Хотя изготовленный вами конденсатор не идеален с точки зрения емкости, он работает.

Основная конструкция конденсатора

Основная конструкция конденсатора - это два электрода (металлические пластины), обращенные друг к другу.При приложении постоянного напряжения (В) к двум электродам электроны мгновенно собираются на одном из электродов, электрод заряжается отрицательно, а другой электрод находится в состоянии недостаточного количества электронов, который заряжен положительно. Это состояние все еще существует после снятия напряжения постоянного тока. То есть между двумя электродами накапливается электрический заряд (Q). Между электродами вставлен диэлектрик (керамика, полиэтиленовая пленка и т. Д.). Поляризация диэлектрика увеличивает накопленный заряд.Индекс, показывающий, сколько заряда хранится в конденсаторе, называется емкостью (C).

Конденсатор в электронной схеме показан на рисунке:

Давайте посмотрим, что произойдет, когда мы соединим конденсатор и батарею вместе:

Металлическая пластина на конденсаторе, подключенная к отрицательному электроду аккумулятор поглотит электроны, генерируемые аккумулятором; Металлическая пластина на конденсаторе, подключенном к положительному электроду батареи, будет выпускать электроны в батарею.

В цепи движение заряда образует ток. Из-за отталкивающего эффекта изоэлектрического заряда ток наибольший в начале движения заряда, а затем постепенно уменьшается; и заряд конденсатора наименьший в начале движения заряда, который равен нулю. Емкость заряда постепенно увеличивается, а напряжение между двумя металлическими пластинами постепенно увеличивается. Когда оно увеличивается до уровня напряжения источника питания, зарядка завершается, и ток уменьшается до нуля.

После зарядки конденсатор и аккумулятор имеют одинаковое напряжение (если напряжение аккумулятора 1,5 вольт, напряжение конденсатора также будет 1,5 вольт). Маленькие конденсаторы имеют меньшую емкость, но большие конденсаторы могут удерживать много зарядов. Например, конденсатор размером с банку из-под газировки может удерживать достаточно заряда, чтобы зажечь лампочку фонарика в течение нескольких минут. Когда вы видите молнию в небе, вы видите огромный конденсатор, один из которых - темное облако в небе, а другой - земля. Молния - это явление высвобождения заряда между двумя «полюсами» темного облака и землей.Очевидно, такой огромный конденсатор может удерживать много зарядов!

Далее предположим, что вы подключаете конденсатор к цепи следующим образом:

У вас есть аккумулятор, лампочка и конденсатор. Если конденсатор очень большой, то вы увидите, что после подключения аккумулятора ток течет от аккумулятора к конденсатору для его зарядки, и лампочка загорится. Лампа постепенно потускнеет, и, наконец, как только конденсатор достигнет своей емкости, лампочка немедленно погаснет.Затем вы можете извлечь аккумулятор и заменить его куском провода. Ток будет течь от одного полюса конденсатора к другому. В этот момент лампочка снова загорится ярко, но вскоре лампочка постепенно потускнеет. Наконец, конденсатор разряжается (количество электронов на двух полюсах конденсатора одинаково), и лампочка снова гаснет.

В цепи движение заряда образует ток. Из-за притяжения противоположного заряда ток наибольший в начале процесса разряда, а затем постепенно уменьшается; зарядная емкость конденсатора является наибольшей в начале процесса разряда и затем постепенно уменьшается.Когда мощность снижается до нуля, разряд завершается, и ток снижается до нуля.

После того, как конденсатор заряжен, в цепи не течет ток, поэтому конденсатор может играть роль в блокировке постоянного тока. В цепи постоянного тока его можно рассматривать как обрыв.

Процесс зарядки конденсатора - это процесс накопления заряда. Когда конденсатор подключен к источнику питания постоянного тока, заряд на металлической пластине, подключенной к положительному электроду источника питания, будет двигаться к металлической пластине, подключенной к отрицательному электроду источника питания, под действием силы электрического поля.Так что металлическая пластина, подключенная к положительному полюсу блока питания, теряет заряд и заряжается положительно. Металлическая пластина, подключенная к отрицательному полюсу источника питания, заряжается отрицательно (заряды двух металлических пластин равны, а знаки противоположны), и конденсатор начинает заряжаться.

Процесс разрядки - это процесс высвобождения накопленного заряда конденсатором. Когда заряженный конденсатор находится на замкнутом пути без питания, заряд на отрицательно заряженной металлической пластине будет направлен на положительно заряженный металл под действием силы электрического поля.Пластина убегает, так что положительный и отрицательный заряды нейтрализуются, и конденсатор начинает разряжаться.

Заряд, накопленный в конденсаторе

Роль конденсатора можно визуально описать с помощью водонапорной башни, подключенной к водопроводу. Водонапорная башня может использоваться для «хранения» давления воды - когда вода, подаваемая водяным насосом системы водоснабжения, превышает количество воды, необходимое городу, избыток воды будет храниться в водонапорной башне.18, или 62,5 миллиарда) электронов. 1 ампер представляет собой скорость потока электронов, проходящих через 1 кулон электронов в секунду. Следовательно, конденсатор емкостью 1Ф может хранить 1 ампер-секунду электронов при напряжении 1 вольт.

Конденсатор емкостью 1Ф обычно довольно большой. В зависимости от допуска напряжения конденсатора он может быть размером с банку тунца или литровую бутылку содовой. Поэтому конденсаторы, которые вы видите, обычно измеряются в микрофарадах (частях на миллион).

Чтобы понять, насколько велик метод 1, его можно рассчитать следующим образом:

В типичной щелочной батарее AA вмещается около 2 штук.Электричество 8 ампер-часов. Это означает, что батарея AA может производить ток 2,8 ампера в течение 1 часа при 1,5 вольтах (около 4,2 ватт-часов, то есть батарея AA может поддерживать непрерывное горение 4-ваттной лампочки в течение чуть более часа).

Для удобства расчетов мы просто посчитали напряжение батарейки АА как 1 вольт. Для хранения энергии одной батареи AA в конденсаторе необходим конденсатор емкостью 3600 * 2,8 = 10080F, потому что 1 ампер-час эквивалентен 3600 ампер-секундам.

Если емкость 1 метода необходимо сохранить с помощью конденсатора размером с тунца, то размер батареи AA ничто по сравнению с размером конденсатора метода 10080! Очевидно, что если конденсатор не имеет высокого выдерживаемого напряжения, использовать конденсатор для хранения большого количества энергии нецелесообразно.

Ⅳ Основное применение конденсаторов

1. Фильтрация

Конденсатор, подключенный между положительным и отрицательным полюсами выхода постоянного тока модуля питания, может отфильтровывать ненужные компоненты переменного тока в модуле постоянного тока, что может мощность постоянного тока более плавная.

2. Развязка

Конденсатор, подключенный между положительным и отрицательным полюсами источника питания схемы усилителя, может предотвратить паразитные колебания, вызванные положительной обратной связью, образованной внутренним сопротивлением источника питания.

3. Шунтирование

В цепи сигналов переменного и постоянного тока подключите конденсатор параллельно двум концам резистора или выполните переход на общий потенциал из определенной точки цепи.Вы можете установить путь для сигнала переменного тока или импульсного сигнала, чтобы избежать компонентов сигнала переменного тока. Ослабление падения напряжения из-за сопротивления.

4. Соединение

В схеме обработки сигнала переменного тока он используется для соединения источника сигнала и схемы обработки сигнала или в качестве межкаскадного соединения двух усилителей. Он используется для отключения постоянного тока, поэтому сигнал переменного тока или импульсный сигнал будет проходить. И рабочие точки постоянного тока передней и задней цепей усилителя не влияют друг на друга.

5. Настройка

Конденсатор подключен к обоим концам колебательной катушки резонансного контура, который играет роль выбора частоты колебаний.

6. Компенсация

Вспомогательные конденсаторы подключены параллельно основному конденсатору резонансного контура. Регулировка этого конденсатора позволяет расширить частотный диапазон колебательного сигнала.

7. Нейтрализация

Конденсаторы, подключенные параллельно между базой и эмиттером триодного усилителя, образуют цепь отрицательной обратной связи для подавления автоколебаний, вызванных емкостью между триодами.

8. Стабилизация частоты

Конденсатор играет роль в стабилизации частоты колебаний в колебательном контуре.

9. Синхронизация

Конденсатор, включенный последовательно с резистором R в цепи постоянной времени RC, может определять время заряда и разряда.

10. Ускорение

Подключение к цепи обратной связи генератора для ускорения процесса положительной обратной связи и увеличения амплитуды колебательного сигнала.

11. Запуск

Соединены последовательно со вспомогательной обмоткой однофазного двигателя для обеспечения пускового сдвинутого по фазе переменного напряжения для двигателя и отключаются от вспомогательной обмотки после нормальной работы двигателя .

12. Эксплуатация

Соединены последовательно со вторичной обмоткой однофазного двигателя для обеспечения фазосдвинутого переменного тока для вторичной обмотки двигателя.Когда двигатель работает нормально, он включен последовательно со вспомогательной обмоткой.

Рекомендуемый артикул:

Что такое разделительный конденсатор?

Базовое знакомство с пленочными конденсаторами

Сделайте конденсатор из того, что у вас уже есть (как это работает, + расчеты): 10 шагов

Итак, мы вычислили 0,000000000440 фарадов
и при тестировании нашли 0,0000000000000173 фарада.
Это разница в 0,0000000000000267 фарадов.
К сожалению, вычисленное нами число немного отличается от найденного. Почему это могло быть так?

1) Окантовка: в идеальном мире конденсатор должен иметь электрическое поле только между двумя панелями. Однако это не всегда так, и поэтому, когда поле конденсатора выходит за пределы двух полей, инженеры называют это окантовкой.

2) Несовершенное измерение размеров / несовершенное измерение: При измерении мы предположили, что пластины представляют собой идеальные прямоугольники.Однако это было не так, и это могло привести к тому, что результат был отвергнут.

3) Неправильная диэлектрическая проницаемость: я взял диэлектрическую проницаемость Lexan с их веб-сайта. Однако не все пластмассы одинаковы - даже если они одного типа и могут быть изготовлены на одной фабрике в один и тот же день, они будут иметь разную диэлектрическую проницаемость.

4) Еще одна вещь, о которой следует помнить, это то, что алюминиевая лента держалась с помощью клея. Как сказал пользователь jmwells: «[Клей обычно} на латексной основе, это может отбросить ваши расчеты на 10%»

Как бы то ни было, в разных конденсаторах проблема здесь явно окаймляющая.Я знаю это, потому что есть кое-что, что я не учел при создании конденсатора. Есть инженерное эмпирическое правило для этих вещей: если отношение к наименьшей длине и расстояние между двумя пластинами меньше пятидесяти, то будет окантовка. Если он выше, окантовка все равно будет, но она будет достаточно маленькой, и ее можно будет игнорировать.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *