Конденсатор в цепи постоянного тока как работает: Конденсатор в цепи постоянного тока

Содержание

Конденсатор в цепи постоянного тока

Заряд конденсатора через резистор

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

ЕсЭДС ёмкости

Τ заряда – постоянная времени заряда конденсатора в секундах

Одна секунда – 1с = 103мс = 106мкс =1012нс

Rзар – сопротивление в Омах

С – ёмкость в Фарадах

Τ = Rзар × С

График заряда конденсатора

Разряд конденсатора через резистор

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.

Τразр = Rразр × С

График разряда конденсатора

В учебниках такого не найдешь: Как работает конденсатор и другие электронные компоненты | RuAut

Конденсатор
, по своей сути, — это 2 кусочка фольги (обкладки) с бумажкой между ними. (Про такие конденсаторы, как: слюдяные, фторопластовые, керамические, электролиты и пр. пока не вспоминаем) .
Так вот, бумажка ток не проводит, потому и конденсатор ток не проводит. Если у нас цепь, в которой течет ток переменный, то электроны, прибегая на первый кусочек фольги, заряжают его. Но, как известно, заряды одинаковой полярности отталкиваются, поэтому электроны с другого кусочка фольги убегают. Сколько электронов на одну обкладку прибежало, столько с другой обкладки и убежало. Количество прибежавших и убежавших электронов (значение тока), будет зависеть от напряжения в контуре и емкости конденсатора (то есть от размеров кусочков фольги и толщины бумажки, которая все еще между ними).

Как будет работать конденсатор в цепи постоянного и переменного тока?
Этот момент можно объяснить на примере воды в шланге. Что такое постоянный ток в случае воды и шланга? Это будет вода, текущая по шлангу (проводнику) в одном направлении. А что такое

переменный ток? Это та же самая вода в шланге, но она уже не течет в одном направлении, а дергается туда-сюда с определенной амплитудой, как будто ее кто-то пытается качать поршневым насосом, в котором неисправен клапан. В такой модели давлению воды будет соответствовать напряжение контура сети, а значению мгновенного расхода воды будет соответствовать величина тока.
Далее… Как реализовать конденсатор в нашей сконструированной модели? Представьте, что кто-то засунул в шланг презерватив и он там застрял. Что будет с током? Постоянный ток в таких условиях течь не сможет, — презерватив наполнится, растянется и нет, не лопнет, а просто уже воду больше не пропустит. А вот с переменным током произойдет другая история, так как презерватив растянется, но позволит воде дергаться со своей амплитудой.
Кстати емкость конденсатора, на таком примере, будет соответствовать размеру презерватива: чем больше презерватив, тем большему количеству воды он позволяет дергаться (то есть, тем больший переменный ток он пропустит). Чтобы зарядить такой презерватив-конденсатор, нужно просто подключить его к насосу, он наполнится определенным количеством воды, в зависимости от его емкости. Как только насос отключится, то такой конденсатор начнет разряжаться — вода из него будет вытекать.

И вкратце, про другие электронные компоненты в проекции шланга с водой.
Резистором будет сужение в шланге. Чем меньше отверстие, тем больше сопротивление, тем меньшее количество воды (значение тока) в этом месте протекает.
Диод — это клапан, через который вода (ток) проходит только в одном направлении.
Катушка индуктивности или дроссель — это турбина с большим ротором. Чтобы разогнать такую турбину, нужно выждать некоторое время после включения насоса. А после отключения насоса, благодаря инерции, такая турбина продолжит еще некоторое время качать воду (выдавать ток в сети, когда контур уже отключен от источника).

Источник: Из просторов сети

Конденсатор в электрической цепи

Конденсаторы наравне с резисторами относят к наиболее многочисленным элементам радиотехнических устройств. Они состоят из двух обкладок, изолированных со всех сторон. Основной функцией конденсатора является сохранение внутри себя заряда при кратковременной подаче на него постоянного напряжения.

Замечание 1

Существуют различные виды конденсаторов. Их различают по емкости, а она рассчитывается исходя из вместительности обкладок и расстояния между ними.

На одной обкладке сохраняются положительно заряженные частицы, а на второй – отрицательно заряженные. При взаимодействии обкладок возникает притяжение. Это не позволяет терять энергию заряженному конденсатору.

Для разрядки конденсатора в электрической цепи необходимо замкнуть два выхода от обкладок. Процесс осуществляется при помощи хорошего проводника. Конденсаторы с большой емкостью лучше разряжаются резисторами, то есть через сопротивление.

Конденсатор и цепь постоянного тока

Существует два вида электрического тока:

  • постоянный ток;
  • переменный ток.

Конденсаторы ведут себя по-разному в условиях электрической цепи. Постоянный ток через конденсатор не будет течь. Однако опытным путем установлено, что в первые доли секунды после подачи напряжения ток начинает течь. Незначительными показателями обычно пренебрегают при расчетах.

Конденсатор и цепь переменного тока

При определении значений переменного тока в конденсаторе применяют генератор и цифровой осциллограф. При подаче переменного напряжения фиксируются показатели сигнала тока на выходе и входе конденсатора. На мониторе осциллографа отобразится график сигнала, а также его амплитуда. При пропускании переменного тока через конденсатор сигнал получается с определенными шумами. Помехи сигналу придают различные радиоэлементы. В число таких элементов входят резисторы. При увеличении частоты сигнала создается меньшее сопротивление переменному току со стороны конденсатора. Сдвиг фаз убывает при увеличении частоты вплоть до минимальных значений. На низких частотах величина сдвига фаз достигает 90 градусов. Из этого следует, что сопротивление конденсатора зависит от частоты сигнала.

Готовые работы на аналогичную тему

В ходе физико-математических преобразований удалось вывести универсальную формулу, используемую в расчетах сопротивления конденсатора:

$X_c=\frac{1}{2}\pi {FC}$, где:

  • $X_c$ – сопротивление конденсатора, оно выражается в омах (Ом),
  • $\pi$ — постоянная величина, равна примерно 3,14.

В расчетах также используется емкость $C$ и частота $F$.

При подставлении в указанную формулу нулевых значений частоты, получаем постоянный ток с бесконечно большим сопротивлением. В этом случае происходит обрыв цепи. Такой показатель также называют Фильтром Высокой Частоты. Если применить подобный фильтр конденсатора или резистора на звуковом оборудовании, то в динамике аппаратуры пользователь услышит писк, состоящий из высоких тонов. Фильтр полностью заглушает частоту баса. Такие фильтры активно используют в радиоэлектронных приборах, где необходимо погасить нежелательную частоту и пропустить другую.

Принцип работы конденсатора

Конденсаторы стали основными элементами, из которых строятся все электрические схемы. Они удерживают заряды в неизменном положении долгое время. Накопление энергии происходит методом взаимного притяжения зарядов. Чем больше площадь соединительного элемента, тем больше емкость конденсатора. При достижении большой площади фольгу и изолятор сворачивают в виде рулона. Получается две ленты бумаги и фольги. Затем их помещают в корпус и выводят наружу ленты по определенному контакту. Корпус не должен собирать внутри влагу. Для этого ленту из бумаги обычно пропитывают парафином. Примерно так выглядит простой конденсатор, который можно встретить под капотом любой автомашины. Один контакт конденсатора всегда должен быть выведен от одной обкладки проводом наружу. Металлический корпус устройства внутри присоединяется ко второй обкладке.

Конденсатор в самой простой электрической цепи при постоянном токе является разрывом. Обкладки устройства никогда не соприкасаются друг с другом.

Любая электрическая цепь состоит из четырех главных элементов:

  • электродвижущей силы аккумулятора;
  • резистора;
  • конденсатора;
  • переключателя.

В цепи нет тока при не включенном переключателе. При подключении к первому контакту образуется напряжение с аккумулятора, которое передается на конденсатор. В это время конденсатор начинает процесс зарядки. Он продолжается до тех пор, пока емкость не будет полностью занята. В цепи начинает течь ток заряда. Его значения уменьшаются по мере того, как долго заряжается конденсатор. Ток заряда после полной зарядки достигает нулевых значений.

Аккумулятор имеет идентичный знак заряда наравне с конденсатором. После размыкания переключателя получается разорванная электрическая цепь, где есть два источника энергии:

  • конденсатор;
  • аккумулятор.

При разрядке конденсатора нужно перевести переключатель в соответствующий режим. Тогда накопленный заряд на обкладках конденсатора начнет через сопротивление разряжаться.

Электрическая батарея постоянного напряжения при работе конденсатора способна выдавать переменный ток. В процессе зарядки его значения изменяются от максимальных до нуля. Конденсаторы с незначительным зарядом в процессе разрядки через резистор дают переменный ток, который изменяется от максимального значения до нуля. После этого конденсатор демонстрирует разрыв цепи, по которой ток больше не может течь.

Подобные процессы в электрической цепи называются переходными. Они происходят в цепях с постоянным напряжением при участии реактивных элементов.

Эти процессы выражаются следующей формулой:

$\tau = RC$, где:

  • $\tau$ — постоянная времени переходного процесса,
  • $R$ – это активное сопротивление нагрузки,
  • $C$ – емкость конденсатора.

Расчет электрической цепи постоянного тока с конденсаторами

Данный элемент используется как фильтр переменного тока, так как при большой ёмкости конденсатора сопротивление последнего подавляет его низкие частоты, а при малой высокие.

В постоянном токе конденсатор используется как сглаживающий элемент, так как в момент заряда пропускает ток, а в момент завершения заряда и далее нет, и по мере заполнения его ёмкости ток так же плавно перестаёт течь.

Ёмкость считается самым важным элементом в конденсаторе и измеряется в Фарадах.

1 Фарад (ф) = 1 000 000 Микрофарад (мкФ) 1 мкФ = 1 000 000 Пикофарад (пФ)

Вторым по важности параметром конденсаторов, после ёмкости, является его рабочее напряжение. Превышение этого параметра может привести к выходу конденсатора из строя, поэтому при построении реальных схем принято применять конденсаторы с удвоенным значением рабочего напряжения.

Для увеличения значений ёмкости или рабочего напряжения используют приём объединения конденсаторов в батареи. При последовательном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение удваивается, а суммарная ёмкость уменьшается в два раза. При параллельном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение остаётся прежним, а суммарная ёмкость увеличивается в два раза.

Третьим по важности параметром конденсаторов является температурный коэффициент изменения ёмкости (ТКЕ). Он даёт представление об изменении ёмкости в условиях изменения температур.

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 и в цепи возникает ток – ток 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

Ес – ЭДС ёмкости Τ заряда – постоянная времени заряда конденсатора в секундах Одна секунда – 1с = 103мс = 106мкс = 1012нс Rзар – сопротивление в Омах С – ёмкость в Фарадах

Τ = Rзар × С

Плоский конденсатор

Существует множество типов конденсаторов различной формы и внутреннего устройства. Рассмотрим самый простой и принципиальный — плоский конденсатор. Плоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин проводника (обкладок), электрически изолированных друг от друга воздухом, или специальным диэлектрическим материалом (например бумага, стекло или слюда).

Электростатика[ | ]

Основная статья: Электростатика

Электростатикой

называют раздел учения об электричестве, в котором изучаются взаимодействия и свойства систем электрических зарядов, неподвижных относительно выбранной инерциальной системы отсчета.

Величина электрического заряда (иначе, просто электрический заряд) может принимать и положительные, и отрицательные значения; она является численной характеристикой носителей заряда и заряженных тел. Эта величина определяется таким образом, что силовое взаимодействие, переносимое полем между зарядами, прямо пропорционально величине зарядов, взаимодействующих между собой частиц или тел, а направления сил, действующих на них со стороны электромагнитного поля, зависят от знака зарядов.

Электрический заряд любой системы тел состоит из целого числа элементарных зарядов, равных примерно 1,6⋅10−19 в системе СИ или 4,8⋅10−10ед. СГСЭ. Носителями электрического заряда являются электрически заряженные элементарные частицы. Наименьшей по массе устойчивой в свободном состоянии частицей, имеющей один отрицательный элементарный электрический заряд, является электрон (его масса равна 9,11⋅10−31 кг). Наименьшая по массе устойчивая в свободном состоянии античастица с положительным элементарным зарядом — позитрон, имеющая такую же массу, как и электрон. Также существует устойчивая частица с одним положительным элементарным зарядом — протон (масса равна 1,67⋅10−27 кг) и другие, менее распространённые частицы. Выдвинута гипотеза (1964 г.), что существуют также частицы с меньшим зарядом (±⅓ и ±⅔ элементарного заряда) — кварки; однако они не выделены в свободном состоянии (и, по-видимому, могут существовать лишь в составе других частиц — адронов), в результате любая свободная частица несёт лишь целое число элементарных зарядов.

Электрический заряд любой элементарной частицы — величина релятивистски инвариантная. Он не зависит от системы отсчёта, а значит, не зависит от того, движется этот заряд или покоится, он присущ этой частице в течение всего времени её жизни, поэтому элементарные заряженные частицы зачастую отождествляют с их электрическими зарядами. В целом, в природе отрицательных зарядов столько же, сколько положительных. Электрические заряды атомов и молекул равны нулю, а заряды положительных и отрицательных ионов в каждой ячейке кристаллических решеток твёрдых тел скомпенсированы.

Заряд конденсатора. Ток

По своему предназначению конденсатор напоминает батарейку, однако все же он сильно отличается по принципу работы, максимальной емкости, а также скорости зарядки/разрядки.

Рассмотрим принцип работы плоского конденсатора. Если подключить к нему источник питания, на одной пластине проводника начнут собираться отрицательно заряженные частицы в виде электронов, на другой – положительно заряженные частицы в виде ионов. Поскольку между обкладками находиться диэлектрик, заряженные частицы не могут «перескочить» на противоположную сторону конденсатора. Тем не менее, электроны передвигаются от источника питания — до пластины конденсатора. Поэтому в цепи идет электрический ток.

В самом начале включения конденсатора в цепь, на его обкладках больше всего свободного места. Следовательно, начальный ток в этот момент встречает меньше всего сопротивления и является максимальным. По мере заполнения конденсатора заряженными частицами ток постепенно падает, пока не закончится свободное место на обкладках и ток совсем не прекратится.

Время между состояниями «пустого» конденсатора с максимальным значением тока, и «полного» конденсатора с минимальным значением тока (т.е. его отсутствием), называют переходным периодом заряда конденсатора.

Активное и реактивное сопротивления

Хотя активное и реактивное сопротивления очень похожи. Даже значения обоих параметров измеряются в Омах, но они не совсем одинаковы. В результате этого невозможно сложить их вместе непосредственно. Вместо этого их нужно суммировать «векторно». Другими словами, необходимо округлить каждое значение, а затем сложить их вместе и выделить квадратный корень из этого числа:

Xtot2 = Xc2 + R2

В данной статье были подробно описаны основные компоненты, устройство и принцип работы конденсаторов, а также приведены базовые формулы, предназначенные для того, чтобы посчитать полезный объём прибора. Для более глубокого ознакомления необходимо внимательно рассмотреть типы данных деталей и их практические особенности в различных схемах и устройствах.

Заряд конденсатора. Напряжение

В самом начале переходного периода зарядки, напряжение между обкладками конденсатора равняется нулю. Как только на обкладках начинают появляться заряженные частицы, между разноименными зарядами возникает напряжение. Причиной этому является диэлектрик между пластинами, который «мешает» стремящимся друг к другу зарядам с противоположным знаком перейти на другую сторону конденсатора.

На начальном этапе зарядки, напряжение быстро растет, потому что большой ток очень быстро увеличивает количество заряженных частиц на обкладках. Чем больше заряжается конденсатор, тем меньше ток, и тeм медленнее растет напряжение. В конце переходного периода, напряжение на конденсаторе полностью прекратит рост, и будет равняться напряжению на источнике питания.

Как видно на графике, сила тока конденсатора напрямую зависит от изменения напряжения.

Формула для нахождения тока конденсатора во время переходного периода:

  • Ic — ток конденсатора
  • C — Емкость конденсатора
  • ΔVc/Δt – Изменение напряжения на конденсаторе за отрезок времени

Основные причины короткого замыкания

Все многообразие причин возникновения коротких замыканий можно свести к следующим:

  • Нарушение изоляции
  • Внешние воздействия
  • Перегрузка сети

Нарушение изоляции вызывается как естественным износом, так и внешним вмешательством. Естественное старение элементов электросети ускоряется за счет длительного теплового воздействия тока (тепловое старение изоляции), агрессивных химических сред.

Внешние воздействия могут быть вызваны грызунами, насекомыми и другими животными. Сюда же относится и человеческий фактор. Это может быть “кривой” электромонтаж, либо несоблюдение техники электробезопасности.

Намного чаще короткое замыкание вызывается перегрузкой сети из-за подключения большого количества потребителей тока. Так, если совокупная мощность одновременно включенных в бытовую сеть электроприборов превышает допустимую нагрузку на проводку, с большой вероятностью произойдет короткое замыкание, так как сила тока в такой цепи начинает превышать допустимое значение. Такое явление можно часто наблюдать в домах со старой проводкой, где провода чаще всего алюминиевые и не рассчитаны на современные мощные электроприборы.

Разряд конденсатора

После того как конденсатор зарядился, отключим источник питания и подключим нагрузку R. Так как конденсатор уже заряжен, он сам превратился в источник питания. Нагрузка R образовала проход между пластинами. Отрицательно заряженные электроны, накопленные на одной пластине, согласно силе притяжения между разноименными зарядами, двинутся в сторону положительно заряженных ионов на другой пластине.

В момент подключения R, напряжение на конденсаторе то же, что и после окончания переходного периода зарядки. Начальный ток по закону Ома будет равняться напряжению на обкладках, разделенном на сопротивление нагрузки.

Как только в цепи пойдет ток, конденсатор начнет разряжаться. По мере потери заряда, напряжение начнет падать. Следовательно, ток тоже упадет. По мере понижения значений напряжения и тока, будет снижаться их скорость падения.

Время зарядки и разрядки конденсатора зависит от двух параметров – емкости конденсатора C и общего сопротивления в цепи R. Чем больше емкость конденсатора, тем большее количество заряда должно пройти по цепи, и тем больше времени потребует процесс зарядки/разрядки ( ток определяется как количество заряда, прошедшего по проводнику за единицу времени). Чем больше сопротивление R, тем меньше ток. Соответственно, больше времени потребуется на зарядку.

Продукт RC (сопротивление, умноженное на емкость) формирует временную константу τ (тау). За один τ конденсатор заряжается или разряжается на 63%. За пять τ конденсатор заряжается или разряжается полностью.

Для наглядности подставим значения: конденсатор емкостью в 20 микрофарад, сопротивление в 1 килоом и источник питания в 10В. Процесс заряда будет выглядеть следующим образом:

Практические измерения

Значение ёмкости конденсатора обозначается на корпусе в дробных фарадах или с помощью цветового кода. Но со временем компоненты способны потерять свои качества, поэтому для некоторых критических случаев последствия могут быть неприемлемыми. Существуют и другие обстоятельства, требующие измерений. Например, необходимость знать общую ёмкость цепи или части электрооборудования. Приборов, осуществляющих непосредственное считывание ёмкости, не существует, но значение может быть вычислено вручную или интегрированными в измерительные устройства процессорами.

Для обнаружения фактической ёмкости нередко используют осциллограф как средство измерения постоянной времени (т). Эта величина обозначает время в секундах, за которое конденсатор заряжается на 63%, и равна произведению сопротивления цепи в омах на ёмкость цепи в фарадах: т=RC. Осциллограф позволяет легко определить постоянную времени и даёт возможность с помощью расчётов найти искомую ёмкость.

Существует также немало моделей любительского и профессионального электронного измерительного оборудования, оснащённого функциями для тестирования конденсаторов. Многие цифровые мультиметры обладают возможностью определять ёмкость. Эти устройства способны контролируемо заряжать и разряжать конденсатор известным током и, анализируя нарастание результирующего напряжения, выдавать довольно точный результат. Единственный недостаток большинства таких приборов — сравнительно узкий диапазон измеряемых величин.

Вам это будет интересно Характеристика и схема подключения электросчётчика СО-505

Более сложные и специализированные инструменты — мостовые измерители, испытывающие конденсаторы в мостовой схеме. Этот метод косвенного измерения обеспечивает высокую точность. Современные устройства такого типа оснащены цифровыми дисплеями и возможностью автоматизированного использования в производственной среде, они могут быть сопряжены с компьютерами и экспортировать показания для внешнего контроля.

Расстояние между пластинами

Емкость конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Для того чтобы объяснить природу влияния этого фактора, необходимо вспомнить механику взаимодействия зарядов в пространстве (электростатику).

Если конденсатор не находится в электрической цепи, то на заряженные частицы, расположенные на его пластинах влияют две силы. Первая — это сила отталкивания между одноименными зарядами соседних частиц на одной пластине. Вторая – это сила притяжения разноименных зарядов между частицами, находящимися на противоположных пластинах. Получается, что чем ближе друг к другу находятся пластины, тем больше суммарная сила притяжения зарядов с противоположным знаком, и тем больше заряда может разместится на одной пластине.

Расчет тока короткого замыкания в сети 0,4 кВ

Введение

В соответствии с пунктом 3.1.8. ПУЭ электрические сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания, обеспечивающую по возможности наименьшее время отключения при этом указано что защита должна проверяться по отношению наименьшего расчетного тока короткого замыкания (далее — тока КЗ) к номинальному току плавкой вставки предохранителя или расцепителя автоматического выключателя. (Подробнее о выборе защиты от токов короткого замыкания читайте статью: Расчет электрической сети и выбор аппаратов защиты)

Относительная диэлектрическая проницаемость

Не менее значимым фактором, влияющим на емкость конденсатора, является такое свойство материала между обкладками как относительная диэлектрическая проницаемость ɛ. Это безразмерная физическая величина, которая показывает во сколько раз сила взаимодействия двух свободных зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме.

Материалы с более высокой диэлектрической проницаемостью позволяют обеспечить большую емкость. Объясняется это эффектом поляризации – смещением электронов атомов диэлектрика в сторону положительно заряженной пластины конденсатора.

Поляризация создает внутренне электрическое поле диэлектрика, которое ослабляет общую разность потенциала (напряжения) конденсатора. Напряжение U препятствует притоку заряда Q на конденсатор. Следовательно, понижение напряжения способствует размещению на конденсаторе большего количества электрического заряда.

Ниже приведены примеры значений диэлектрической проницаемости для некоторых изоляционных материалов, используемых в конденсаторах.

  • Бумага – от 2.5 до 3.5
  • Стекло – от 3 до 10
  • Слюда – от 5 до 7
  • Порошки оксидов металлов – от 6 до 20

Дифференцирующая RC цепь

Ао «чебоксарский электроаппаратный завод», чебоксары

Еще одно ругательное слово, которое пришло с математики – дифференцирующий. Башка начинает сразу же болеть от одного только их произношения. Но, куда деваться? Электроника и математика неразлучные друзья.

А вот и сама дифференциальная цепочка

В схеме мы только переставили резистор и конденсатор местами

Ну а теперь проведем также все опыты, как мы делали с интегрирующей цепью. Для начала подаем на вход дифференциальной цепи низкочастотный двухполярный меандр с частотой в 1,5 Герца и с размахом в 5 Вольт. Желтый сигнал – это сигнал с генератора частоты, красный – с выхода дифференциальной цепочки:

Как вы видите, конденсатор успевает почти полностью разрядится, поэтому у нас получилась вот такая красивая осциллограмма.

Давайте увеличим частоту до 10 Герц

Как видите, конденсатор не успевает разрядиться, как уже приходит новый импульс.

Сигнал в 100 Герц сделал кривую разряда еще менее заметной.

Ну и добавим частоту до 1 Килогерца

Какой на входе, такой и на выходе

С такой частотой конденсатор вообще не успевает разряжаться, поэтому вершинки выходных импульсов гладкие и ровные.

Но и на этом тоже ништяки не заканчиваются.

Давайте я подниму входной сигнал над “уровнем моря”, то есть выведу его в положительную часть полностью. Смотрим, что получается на выходе (красный сигнал)

Ничего себе, красный сигнал по форме и по положению остался таким же, посмотрите – в нем нет постоянной составляющей, как в желтом сигнале, который мы подавали из нашего генератора функций.

Могу даже желтый сигнал вывести в отрицательную область, но на выходе мы все равно получим переменную составляющую сигнала без всяких хлопот:

Да и вообще пусть сигнал будет с небольшой отрицательной постоянной составляющей, все равно на выходе мы получим переменную составляющую:

Все то же самое касается и любых других сигналов:

В результате опытов мы видим, что основная функция дифференциальной цепи – это выделение переменной составляющей из сигнала, который содержит в себе как переменную, так и постоянную составляющую. Иными словами – выделение переменного тока из сигнала, который состоит из суммы переменного тока и постоянного тока.

Почему так происходит? Давайте разберемся. Рассмотрим нашу дифференциальную цепь:

Если внимательно рассмотреть эту схему, то мы можем увидеть тот же самый делитель напряжения, как и в интегрирующей цепи. Конденсатор – частотно-зависимый радиоэлемент. Итак, если подать сигнал с частотой в 0 Герц (постоянный ток), то у нас конденсатор тупо зарядится и потом вообще перестанет пропускать через себя ток. Цепь будет в обрыве. Но если мы будем подавать переменный ток, то и через конденсатор он тоже начнет проходить. Чем больше частота – тем меньше сопротивление конденсатора. Следовательно, весь переменный сигнал будет падать на резисторе, с которого мы как раз и снимаем сигнал.

Но если мы будем подавать смешанный сигнал, то есть переменный ток + постоянный ток, то на выходе мы получим просто переменный ток. В этом мы с вами уже убеждались на опыте. Почему так произошло? Да потому что конденсатор не пропускает через себя постоянный ток!

Номинальное напряжение

Второй по значимости характеристикой после емкости является максимальное номинальное напряжение конденсатора. Данный параметр обозначает максимальное напряжение, которое может выдержать конденсатор. Превышение этого значения приводит к «пробиванию» изолятора между пластинами и короткому замыканию. Номинальное напряжение зависит от материала изолятора и его толщины (расстояния между обкладками).

Следует отметить, что при работе с переменным напряжением нужно учитывать именно пиковое значение (наибольшее мгновенное значение напряжения за период). Например, если эффективное напряжение источника питания будет 50В, то его пиковое значение будет свыше 70В. Соответственно необходимо использовать конденсатор с номинальным напряжением более 70В. Однако на практике, рекомендуется использовать конденсатор с номинальным напряжением не менее в два раза превышающим максимально возможное напряжение, которое будет к нему приложено.

Последствия короткого замыкания

Во время КЗ температура в зоне контакта возрастает до нескольких тысяч градусов. Помимо воспламенения изоляции, расплавления и механических повреждений выключателей и розеток и возгорания проводки, следствием замыкания может стать выход из строя компьютерного и телекоммуникационного оборудования и линий связи, которые находятся рядом, вследствие сильного электромагнитного воздействия.

Но падение напряжения и выход из строя оборудования — не самое опасное последствие. Нередко короткие замыкания становятся причиной разрушительных пожаров, зачастую с человеческими жертвами и огромными экономическими потерями.

Из-за удаленности и большого сопротивления до места замыкания защитное оборудование может не сработать. Бывают ситуации, когда ток недостаточен для срабатывания защиты и отключения напряжения, но в месте КЗ его вполне хватает для расплавления проводов и возникновения источников возгорания. Поэтому, токи коротких замыканий очень важны для расчетов аварийных режимов работы.

Электрическая ёмкость

Способность устройства накапливать заряд прежде всего зависит от его ёмкости. Найти её величину можно разделив заряд, сосредоточенный на пластинах, на разность потенциалов между ними: C = q / U. Полученный результат измеряется в фарадах [F]. Так, ёмкость в 1 фарад будет равняться значению заряда в 1 кулон создавшему напряжение на выводах конденсатора 1 вольт. Кулон — это довольно большая величина. Поэтому на практике при различных расчётах приходится иметь дело с микрофарадами (µF), нанофарадами (nF) и пикофарадами (pF).

Энергия устройства

Зарядить конденсатор мгновенно невозможно. Для этого процесса требуется определённое время. Это явление используется в радиотехнике. Так, с помощью конденсатора сглаживаются импульсные всплески. В первом приближении конденсатор похож на аккумулятор. Но при этом он отличается от него принципом накопления энергии, ёмкостью и скоростью заряда разряда. При подключении источника питания к выводам обкладок устройства конденсатор накапливает на них заряд.

Работу устройства можно объяснить по аналогии с протеканием воды. Пусть имеется сосуд с жидкостью площадью поперечного сечения S. По сути, это эквивалент ёмкости. Тогда вода это будет заряд, а высота водяного столба — напряжение. Получается, что энергия — это произведение зарядов на высоту. Но если аккумулятор можно представить как сосуд, в котором имеется тонкий шланг (вывод) и по которому вытекает вода (заряд), то в конденсаторе его диаметр трубки будет равен размеру всей банки. То есть устройство может мгновенно отдать весь накопленный заряд.

При подаче напряжения на обкладки происходит электризация диэлектрика. В результате происходит смещение и на пластины передаётся энергия. На одной из них возникнет избыток электронов, и она условно зарядится отрицательно, а на второй недостаток — проводник станет положительным. Поэтому в формуле, определяющей заряд на обкладках конденсатора, большое значение имеет диэлектрическая проницаемость непроводящего ток вещества.

Между обкладками возникает сила. Величина действующей со стороны первой равняется F = ε1 * q, а со стороны второй F = ε2 * q. Таким образом, можно записать: F = ε1 * q = ε2 * q = E / 2 * q. При увеличении расстояние между обкладками от нулевого до d, будет выполняться работа: A = F * d. Она направлена на преодоление силы взаимодействия между заряженными проводниками.

То есть: A = E / 2 * q * d. Исходя из того, что ε = U/d будет верно записать: А = 1 / 2 q * U. Значит, механическая работа A в соответствии с законом сохранения энергии будет равна количеству зарядов, запасённых в электрическом поле конденсатора: Wэ = C * U 2 / 2.

Следует отметить, что при подаче переменного сигнала внутри диэлектрика происходит постоянная смена знаков заряда. В итоге происходит нагревание, что приводит конденсатор к выходу из строя. Характеризуется это явление тангенсом угла диэлектрических потерь. Определяется он как отношение затраченной мощности к реактивной.

Принцип работы конденсатора в цепи постоянного тока

Состоит из двух обкладок разделенных диэлектриком малой толщины, по сравнению с толщиной этих обкладок. Но на практике эти обкладки свернуты в многослойный рогалик, ой рулон в форме цилиндра или параллелепипеда разделенных все тем же диэлектриком. При подключении к источнику питания на обкладках скапливаются заряды. При зарядке на одной пластине скапливаются положительно заряженные частицы ионы , а на другой отрицательно заряженные частицы электроны. Диэлектрик служит препятствием, чтобы частицы не перескакивали на другую обкладку.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Урок 27. КОНДЕНСАТОР в цепи переменного тока

Что такое конденсатор и для чего он нужен?


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.

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. 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. 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:. 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.

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:. 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. 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:. 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. На практике же, все выпускаемые конденсаторы представляют собой многослойные рулоны лент электродов в форме цилиндра или параллелепипеда, разделенных между собой слоями диэлектрика. По принципу работы он схож с батарейкой только на первый взгляд, но все же он сильно отличается от него по принципу и скорости заряда-разряда, максимальной емкости.

Заряд конденсатора. В момент подключения к источнику питания оказывается больше всего места на электродах, поэтому и ток будет зарядки максимальным, но по мере накопления заряда, ток будет уменьшаться и пропадет полностью после полного заряда.

При зарядке на одной пластине будут собираться отрицательно заряженные частицы- электроны, а на другой — ионы, положительно заряженные частицы. Диэлектрик выступает препятствием для их перескакивания на противоположную сторону конденсатора.

При зарядке растет и напряжение с нуля перед началом зарядки и достигает в самом конце максимума, равного напряжению источника питания. Разрядка конденсатора. Если после окончания зарядки отключить источник питания и подключить нагрузку R, то он сам превратится в источник тока. При подключении нагрузки образовывается цепь между пластинами. Отрицательно заряженные электроны двинуться через нагрузку к положительно заряженных ионам на другой пластине по закону притяжения между разноименными зарядами.

В момент подключения нагрузки , начальный ток по закону Ома будет равняться величине напряжения на электродах равного в конце зарядке конденсатора напряжению источника питания , разделенному на сопротивление нагрузки. Одновременно с этим начнет снижаться величина напряжения, соответственно по закону Ома и ток.

В то же время чем выше уровень разряда обкладок, тем ниже будет скорость падения напряжения и силы тока. Процесс завершится после того, как напряжение на электродах конденсатора станет равно нулю. Время зарядки конденсатора на прямую зависит от величины его емкости.

Чем большей она величины, тем дольше будет проходить по цепи большее количество заряда. Время разрядки зависит от величины подключенной нагрузки. Чем больше подключено сопротивление R, тем меньше будет ток разрядки.

Конденсаторы широко используются во всех электронных и радиотехнических схемах. Они вместе с транзисторами и резисторами являются основой радиотехники. 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. Прежде, чем ответить на вопрос, для чего нужен конденсатор, следует разобраться, какие они бывают. Конденсаторы разделяются по следующим признакам:.

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. 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.

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.

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. Эксплуатация конденсатора в качестве временного источника питания имеет некоторые ограничения.


Конденсатор в цепи постоянного и переменного тока

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Ёмкость конденсатора измеряется в фарадах. Первые конденсаторы, состоящие из двух проводников, разделенных непроводником диэлектриком , упоминаемые обычно как конденсатор Эпинуса или электрический лист, были созданы ещё раньше [3]. Конденсатор является пассивным электронным компонентом [4]. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин называемых обкладками , разделённых диэлектриком , толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок см. Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами из-за намотки.

Цепь электрического генератора, содержащая конденсатор . Конденсатор не пропускает постоянный ток (соответствующий). Когда контакты прерывателя вновь замкнутся, конденсатор быстро разрядится и будет готов к работе при . УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА.

Для чего нужен конденсатор в электрической цепи

Мы знаем, что конденсатор не пропускает через себя постоянного тока. Поэтому в электрической цепи, в которой последовательно с источником тока включен конденсатор, постоянный ток протекать не может. Рисунок 1. Сравнение конденсатора в цепи переменного тока с пружиной, на которую воздействует внешняя сила. В течение первой четверти периода, когда переменная ЭДС нарастает, конденсатор заряжается, и поэтому по цепи проходит зарядный электрический ток i , сила которого будет наибольшей вначале, когда конденсатор не заряжен. По мере приближения заряда к концу сила зарядного тока будет уменьшаться. Заряд конденсатора заканчивается и зарядный ток прекращается в тот момент, когда переменная ЭДС пе-рестает нарастать, достигнув своего амплитудного значения. Этот момент соответствует концу первой четверти периода. После этого переменная ЭДС начинает убывать, одновременно с чем конденсатор начинает разряжаться.

Конденсатор в цепи переменного тока. Емкостное сопротивление конденсатора.

На практике же, все выпускаемые конденсаторы представляют собой многослойные рулоны лент электродов в форме цилиндра или параллелепипеда, разделенных между собой слоями диэлектрика. По принципу работы он схож с батарейкой только на первый взгляд, но все же он сильно отличается от него по принципу и скорости заряда-разряда, максимальной емкости. Заряд конденсатора. В момент подключения к источнику питания оказывается больше всего места на электродах, поэтому и ток будет зарядки максимальным, но по мере накопления заряда, ток будет уменьшаться и пропадет полностью после полного заряда.

Большая индуктивность алюминиевых оксидных конденсаторов — это свойство, связанное исключительно с рулонной конструкцией конденсатора и ее очень легко снизить — достаточно подводить к полосам фольги не один токоввод, а много — по всей длине ленты, и соединить их параллельно и так делают в конденсаторах для фотовспышек. А вот со свойствами электролита, с низкой подвижностью ионов связан рост активного последовательного сопротивления с частотой.

Конденсатор в цепи постоянного тока

Мы знаем, что конденсатор не пропускает через себя постоянного тока. Поэтому в электрической цепи, в которой последовательно с источником тока включен конденсатор, постоянный ток протекать не может. Рисунок 1. Сравнение конденсатора в цепи переменного тока с пружиной, на которую воздействует внешняя сила. В течение первой четверти периода, когда переменная ЭДС нарастает, конденсатор заряжается, и поэтому по цепи проходит зарядный электрический ток i , сила которого будет наибольшей вначале, когда конденсатор не заряжен. По мере приближения заряда к концу сила зарядного тока будет уменьшаться.

Переходные процессы в цепях постоянного тока с конденсатором

Соберем цепь с конденсатором , в которой генератор переменного тока создает синусоидальное напряжение. Разберем последовательно, что произойдет в цепи, когда мы замкнем ключ. Начальным будем считать тот момент, когда напряжение генератора равно нулю. Изменение тока и напряжения в цепи с емкостью. Таким образом, ток с наибольшей силой устремляется в свободный от заряда конденсатор, но тут же начинает убывать по мере заполнения зарядами пластин конденсатора и падает до нуля, полностью зарядив его.

В цепи нет тока при не включенном переключателе. постоянного напряжения при работе.

Конденсатор в электрической цепи

Конденсатор — это устройство, способное накапливать электрический заряд. Такую же функцию выполняет и аккумуляторная батарея, но в отличие от неё конденсатор может моментально отдать весь накопленный заряд. Эта величина измеряется в фарадах.

Электрический конденсатор

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: КАК РАБОТАЕТ RC — ЦЕПЬ — ОБЪЯСНЯЮ НА ПАЛЬЦАХ

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Магнитный воин -какие силы стоят за эффектом Джанибекова? Решите задачу по физике 1 ставка. Какая польза народному хозяйству от астрономии и теории эволюции?

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок.

§52. Конденсаторы, их назначение и устройство

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. 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. 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.

Принцип работы конденсатора

Лампочку тоже берем на 12 Вольт. Теперь между одним щупом блока питания и лампочки вставляем конденсатор:. Не-а, не горит. Отсюда напрашивается вывод: постоянный ток через конденсатор не течет!


Как работает конденсатор в цепи постоянного тока

Статья предоставлена специалистами сервиса Автор Автор24 — это сообщество учителей и преподавателей, к которым можно обратиться за помощью с выполнением учебных работ. Конденсаторы наравне с резисторами относят к наиболее многочисленным элементам радиотехнических устройств. Они состоят из двух обкладок, изолированных со всех сторон.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Конденсатор в цепи переменного тока

Научный форум dxdy


Емкость зависит от диэлектрической проницаемости, размеров и формы конденсатора. В схемах постоянного тока один вывод конденсатора стыкуется к земле точка 4, 0V , второй к тому месту в схеме точка 1, 5V , где требуется, собственно, работа конденсатора. Заряд достигает определенного уровня зависит от характеристик конденсатора и напряжения в цепи и после этого ток от точки 1 до точки 2 перестает течь. Как только напряжение 5V в цепи пропадает, происходит разрядка конденсатора , ток начинает течь обратно от точки 2 на обкладке конденсатора к точке 1, стараясь поддерживать напряжение в цепи.

Затем конденсатор полностью разряжается ток перестает течь. Практическое применение этого свойства конденсатора заключается в поддерживании стабильности напряжения в цепи в точке 1. Как только напряжение становится чуть ниже 5V, конденсатор начинает отдавать свой накопленный заряд. Как только напряжение стабилизируется, становится равным 5V, конденсатор вновь начинает заряжаться.

Свойство накапливать и отдавать заряд используется во многих схемах электронной и аналоговой аппаратуры. На основе конденсатора изготавливаются следующие основные элементы схем:. Что нужно для подключения нагрузки к микроконтроллеру Для подключения нагрузки к микроконтроллеру понадобятся следующие вещи: сам микроконтроллер биполярный транзистор NPN типа два […]. Что такое резистор. Ограничение тока резистором Итак, резистор… Базовый элемент построения электрической цепи.

Работа резистора заключается в ограничении тока, протекающего по цепи. Ваш e-mail не будет опубликован. Сохранить моё имя, email и адрес сайта в этом браузере для последующих моих комментариев. Емкость конденсатора. Формула емкости Основная характеристика — емкость C , измеряется в Фарадах. Цикл полной зарядки и разрядки конденсатора Рассмотрим цикл полной зарядки и полной разрядки конденсатора. Разрядка конденсатора Как только напряжение 5V в цепи пропадает, происходит разрядка конденсатора , ток начинает течь обратно от точки 2 на обкладке конденсатора к точке 1, стараясь поддерживать напряжение в цепи.

Стабилизация напряжения Практическое применение этого свойства конденсатора заключается в поддерживании стабильности напряжения в цепи в точке 1. Применение конденсаторов Свойство накапливать и отдавать заряд используется во многих схемах электронной и аналоговой аппаратуры.

На основе конденсатора изготавливаются следующие основные элементы схем: Фильтр. Используется в радиоэлектронной аппаратуре, акустических системах, в самых различных аналоговых и электронных устройствах.

Допустим, у нас есть линия 5V , соединяющая два устройства — источник звукового сигнала и усилитель который подает звуковой сигнал на динамики. Допустим, сигнал 5V приходит с определенной частотой, не превышающей 20кГц, длина одного импульса равна 2мс. Чтобы в колонки не проходили эти импульсы помех и мы не слышали посторонних звуков из динамиков , мы встраиваем в схему между усилителем и источником сигнала конденсатор , рассчитанный на время заряда при 5V более 10мкс, но намного меньше 2мс.

Конденсатор будет заряжаться импульсами помех брать их на себя, то есть фильтровать и эти импульсы не будут проходить в усилитель. Так же он будет отбирать часть полезного сигнала, но так как время его зарядки намного меньше 2мс, то его влияния мы не заметим. Выпрямитель напряжения. При выпрямлении переменного напряжения используется диодный мост. Диодный мост попеременно пропускает напряжение, подавая его на одну общую линию.

Чтобы этих колебаний не происходило, опять же, встраиваем после диодного моста конденсатор. Он будет заряжаться и отдавать ток в моменты перепада и пропадания напряжения на общем выводе Генераторы импульсов и таймеры. Обычно в таких устройствах конденсатор применяется вместе с катушкой индуктивности. Вместе они составляют колебательный контур , основанный на свойствах конденсатора копить и отдавать заряд и на свойствах катушки копить и отдавать магнитную составляющую тока.

Они работают в паре. Конденсатор заряжается и разряжается определенное время, зависящее от характеристик конденсатора. Подобрав нужные конденсаторы , можно рассчитать время разряда и заряда каждого из них и, исходя из этого, собрать целый таймер или генератор импульсов определенной длины и частоты. Остались вопросы? Напишите комментарий. Автор публикации не в сети 2 месяца. Комментарии: 0 Публикации: 31 Регистрация: Что нужно для подключения нагрузки к микроконтроллеру Для подключения нагрузки к микроконтроллеру понадобятся следующие вещи: сам микроконтроллер биполярный транзистор NPN типа два […] 0.

Оставьте комментарий Отменить ответ Ваш e-mail не будет опубликован. Навигация по записям Предыдущая запись Что такое электричество. Понятие электричества на примере постоянного тока Обратно к списку записей Следующая запись Работа постоянного электрического тока. Вход Вход. Потеряли пароль?


Конденсатор в электрической цепи

Лампочку тоже берем на 12 Вольт. Теперь между одним щупом блока питания и лампочки вставляем конденсатор:. Не-а, не 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 постоянного тока. Следующие калькуляторы делают расчеты параметров разряда и заряда конденсаторов от.

Электрический конденсатор

Последний раз редактировалось profrotter Убрал лишний мягкий знак в «зарядиться». Здравствуйте, уважаемые форумчане. Хочу понять, как будет вести себя конденсатор в цепи постоянного тока. Есть цепь, состоящая из ЭДС, нагрузки и конденсатора подключенных последовательно. Предположим, был замкнут ключ и тока в цепи не было, конденсатор разряжен. Вот я замыкаю ключ. Что произойдет?

Конденсатор в цепи постоянного тока

Продолжаем изучать электронику, и на очереди у нас разбор того, как ведет себя конденсатор в цепи переменного тока, постоянного тока, для чего он нужен, а также несколько примеров практического применения. Конденсатор является пассивным элементом электронной схемы, состоящей их двух токопроводящих обкладок, которые разделены каким-нибудь диэлектриком. Основной задачей конденсатора является накопление определенного объема электростатического заряда на обкладках, после включения его в цепь под напряжением. Когда питание отключается, конденсатор сохраняет полученный заряд.

Мы знаем, что конденсатор не пропускает через себя постоянного тока.

Принцип работы конденсатора

Выпрямитель выдает пульсирующее напряжение постоянного тока, которое не годится для питания большинства электронных цепей, поэтому в блоках питания, как правило, после выпрямителя стоит фильтр. Фильтр преобразует пульсирующее напряжение в гладкое напряжение постоянного тока. Простейшим фильтром является конденсатор , включенный параллельно выходу выпрямителя. На рисисунке сравнивается выходное напряжение выпрямителя без фильтра и с фильтрующим конденсатором. Конденсатор работает в такой цепи следующим образом. Когда на аноде диода положительный потенциал, по цепи течет ток.

§ 2.7. КОНДЕНСАТОР В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Ёмкость конденсатора измеряется в фарадах. Первые конденсаторы, состоящие из двух проводников, разделенных непроводником диэлектриком , упоминаемые обычно как конденсатор Эпинуса или электрический лист, были созданы ещё раньше [3]. Конденсатор является пассивным электронным компонентом [4]. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин называемых обкладками , разделённых диэлектриком , толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок см.

Конденсатор. в цепи постоянного тока. Лекция для учителей физики города и района. Учитель физики Русаков А. В. Конденсатор представляет собой.

В учебниках такого не найдешь: Как работает конденсатор и другие электронные компоненты

Постоянный ток не может идти по цепи, содержащей конденсатор, так как обкладки конденсатора разделены диэлектриком. Переменный же ток может идти по цепи, содержащей конденсатор. Есть источники постоянного и переменного напряжений, в которых постоянное напряжение на зажимах источника равно действующему значению переменного напряжения. Цепь состоит из конденсатора и лампы накаливания, соединенных последовательно.

Конденсатор: что это такое и для чего он нужен

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Подключение конденсатора в схемах и как он в них работает (часть 2)

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.

Заряд и разряд конденсатора. Конденсатор представляет собой устройство, способное накапливать электрические заряды.

Конденсатор в цепи переменного тока. Емкостное сопротивление конденсатора.

Конденсатор — это устройство, способное накапливать электрический заряд. Такую же функцию выполняет и аккумуляторная батарея, но в отличие от неё конденсатор может моментально отдать весь накопленный заряд. Эта величина измеряется в фарадах. При подсоединении цепи к источнику электрического тока через конденсатор начинает течь электрический ток. В начале прохождения тока через конденсатор его сила имеет максимальное значение, а напряжение — минимальное. По мере накопления устройством заряда сила тока падает до полного исчезновения, а напряжение увеличивается. В процессе накопления заряда электроны скапливаются на одной пластинке, а положительные ионы — на другой.

Как работает конденсатор. Емкость конденсатора.

Следующие калькуляторы делают расчеты параметров разряда и заряда конденсаторов от источника постоянной энергии через сопротивление. Закон Ома гласит, что напряжение на конденсаторе и резисторе будет равно ЭДС источника, таким образом получаем следующую формулу:. Но сила тока и заряд также зависят и от временного интервала.


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. Емкость конденсатора зависит от ве-, личины пластин, расстояния между ними и рода разделяющего их диэлектрика, его диэлектрической проницаемости. У фарфора диэлектрическая проницаемсклъ больше, чем у бумаги, поэтому при замене в конденсаторе бумаги фарфором ток в цепи увеличивается, хотя фарфор является лучшим изолятором, чем бумага. 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.

Как конденсатор работает с DC

В предыдущем посте мы рассмотрели концепцию, конструкцию и работу конденсатора в качестве источника постоянного напряжения. Этот пост посвящен теме . Как работает конденсатор с DC . Конденсаторы широко используются в электронике постоянного тока. Вопросы приходят на ум, когда мы думаем о постоянном токе и конденсаторе:

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

Давайте обсудим решение вышеуказанных вопросов.

Как конденсатор работает с постоянным током Конденсатор

выполняет три задачи в цепях постоянного тока: принимает заряд, удерживает заряд и отдает заряд в определенное время. Когда конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения, конденсатор начинает процесс приобретения заряда. Это создаст напряжение на конденсаторе. Как только конденсатор приобретает достаточный заряд, начинает течь ток, и вскоре напряжение на конденсаторе достигает значения, приблизительно равного напряжению источника постоянного тока. Когда на конденсаторе почти полное напряжение, ток через конденсатор больше не течет.Это займет некоторое время. Но есть интересный факт. Конденсатор не будет заряжаться на 100% в тот же момент, когда на него подается постоянное напряжение. Конденсатор получает первую часть полного заряда быстро, вторую часть медленнее, третью часть медленнее и так далее. Следовательно, мы можем сказать, что конденсатор заряжается нелинейно.

Вы можете представить себе эту ситуацию с аналогом шины . Сравните автобус с конденсатором, свободное место с пространством и людей с электронами. В автобусе каждый пытается занять место.Если осталось меньше мест, людям нужно больше времени, чтобы найти свободное место. Точно так же электроны пытаются занять место на пластине конденсатора. Здесь электронам требуется некоторое время, чтобы попасть на пластины. Перемотать 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 получить заряд.

Это время определяет время зарядки конденсатора. Итак, нам необходимо выяснить параметры, от которых зависит время заряда конденсатора.Согласно закону Ома, если сопротивление цепи увеличивается, меньший ток доступен для зарядки конденсатора. Это увеличивает время, необходимое для зарядки конденсатора. Поскольку емкость и напряжение обратно пропорциональны друг другу, увеличение значения емкости требует больше времени для зарядки конденсатора. Таким образом, с этими соотношениями мы можем 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, за которое конденсатор емкостью «С» фарад, включенный последовательно с сопротивлением «R» Ом, приобретает первую часть полного заряда. Постоянную времени можно математически определить как

.

Время зарядки = сопротивление x емкость
τ = R x C

Постоянная времени — это время, необходимое конденсатору для увеличения напряжения или тока до 63.21 % от максимума или уменьшится 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.

В c = В 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 заряжаться 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 подставляем одну постоянную времени в приведенное выше уравнение. Мы можем рассчитать ток в любой момент (время) в конденсаторе, используя закон Ома.Рассмотрим ту же схему, что обсуждалась ранее. Вот уравнение тока во время заряда конденсатора.

I c = ( V i V c ) R

В таблице ниже приведены значения зарядного напряжения и тока конденсатора для соответствующей постоянной времени.

Положение переключателя Постоянная времени (τ) (в секундах) Напряжение заряда 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 нД
НА 11RC 99,9983 0,1670 нА
НА 14RC 99,9999 8,3152 пА
НА 17RC 99,9999 0,4139 пА

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 сохранит полный заряд, данный ему . Каждый раз постоянное напряжение на конденсаторе медленно увеличивается (кроме первого), но оно никогда не будет равно входному напряжению. Ток, протекающий через цепь резистора-конденсатора, уменьшается с увеличением времени (τ). Вот график, показывающий поведение зарядного напряжения и тока конденсатора.

График зарядного тока и напряжения конденсатора

График зарядного напряжения и тока конденсатора имеет экспоненциальный рост и падение соответственно.Кривая показывает, сколько времени требуется конденсатору, чтобы получить почти полный заряд. Экспоненциальный рост напряжения и экспоненциальный спад тока в емкостной цепи не совпадают или не совпадают в фазе . Обратите внимание, что ось x графика изменена относительно значения по оси y, чтобы иметь четкое представление об изменении напряжения или тока. График не соответствует определенному масштабу. Через 5RC секунд зарядный ток I c ≈ 0 и зарядное напряжение V c ≈ входное напряжение.

Разряд конденсаторов в цепях постоянного тока

Существует несколько способов разрядить заряженный конденсатор. Самый простой способ — использовать светодиод или резистор последовательно с конденсатором. Мы должны проявлять крайнюю осторожность при выборе резистора или светодиода для разряда конденсатора. Перед использованием рекомендуется ссылаться на такие характеристики, как мощность, значение в случае резистора и прямого тока, напряжение в случае светодиода. Схема разрядки конденсатора показана ниже.

Цепь разрядки конденсатора

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

V D D = V I ( E -τ / RC ) I D = V D / R

В таблице ниже приведены значения напряжения и тока разрядки конденсатора для соответствующей постоянной времени. Во время разрядки напряжение, при котором конденсатор начинает разряжаться, равно последнему заряду

.
Положение переключателя Постоянная времени (τ) (в секундах) Напряжение заряда конденсатора ( В d ) Ток заряда 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 пА
НА 17RC 4,1399 мкВ 0,4139 пА

Во время разрядки напряжение и ток конденсатора быстро уменьшаются в течение 1RC секунды, после чего происходит медленное уменьшение обеих величин. Вот график напряжения и тока разряда конденсатора.Оба графика имеют экспоненциально падающий характер. Через 5RC секунд ток разряда I d ≈ 0 и напряжение разряда В d ≈ 0,

График тока и напряжения разрядки конденсатора

На данный момент это все. Надеюсь, теперь вы знаете, как конденсатор работает с постоянным током. В следующем посте мы узнаем о конденсаторе в цепях переменного тока. Спасибо за чтение и не забудьте оставить комментарий.

Конденсаторы в цепях постоянного тока

  • Изучив этот раздел, вы сможете описать:
  • • Переходные процессы в цепях постоянного тока.
  • • Соотношения переходного напряжения и тока в простой цепи CR

Напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно, поскольку требуется некоторое время, чтобы электрический заряд накопился или покинул пластины конденсатора.

Рис.4.2.1 Цепь CR

На рис. 4.2.1, когда переключатель переключается из положения A в положение B, напряжение конденсатора пытается зарядиться до того же напряжения, что и напряжение батареи, но, в отличие от цепи резистора, напряжение конденсатора не может сразу измениться до своего значения. максимальное значение, которое будет (E).

Рис. 4.2.2 Напряжение конденсатора

Зарядка и разрядка конденсатора

Как только переключатель достигает положения B, ток в цепи очень быстро возрастает, так как конденсатор начинает заряжаться. Хотя напряжение (см. рис. 4.2.2) все еще низкое, скорость его изменения велика, а график напряжения изначально очень крутой, показывая, что напряжение изменяется за очень короткое время. По мере зарядки конденсатора скорость изменения напряжения замедляется, а заряд замедляется по мере увеличения зарядного тока (см. рис. 4.2.3) падает. Кривая, описывающая зарядку конденсатора, следует распознаваемому математическому закону, описывающему экспоненциальную кривую, пока ток практически не станет равным нулю, а напряжение на конденсаторе не станет максимальным.

Рис. 4.2.3 Ток конденсатора

Если теперь переключатель переводится в положение C, питание отключается и происходит короткое замыкание между C и R. Это вызывает разрядку конденсатора через R. Немедленно протекает максимальный ток (см. рис. 4.2.3), но на этот раз в направлении, противоположном направлению во время зарядки.Снова экспоненциальная кривая описывает падение этого отрицательного тока обратно к нулю. Напряжение в это время также экспоненциально падает, пока конденсатор не разрядится полностью.

Противоположности

Сравните графики, описывающие действия схемы CR, описанной выше, и схемы LR в разделе 4.4. Обратите внимание, что описанные кривые одинаковы, но кривые напряжения и тока «поменялись местами». Эти «противоположные» эффекты L и C будут заметны во многих действиях, описанных в последующих модулях.

 

Конденсатор

A работает только в цепях переменного тока B цепях постоянного тока класса 12 физики CBSE

Подсказка: Конденсаторы используются в различных электронных устройствах в наше время, и эти электронные устройства используются для работы от переменного тока, а иногда и от постоянного тока. Конденсатор накапливает заряд во время цепи постоянного тока и меняет полярность во время цепи переменного тока.

Полное решение:
Конденсатор состоит из двух металлических пластин с диэлектрическим материалом между пластинами.Когда вы прикладываете напряжение к двум пластинам, создается электрическое поле, конденсатор работает, накапливая энергию электростатически в электрическом поле.
 Конденсатор – это электронный компонент, который накапливает и выделяет электричество в цепи. Он также пропускает переменный ток, не пропуская постоянный ток. Конденсатор является неотъемлемой частью электронного оборудования и поэтому почти всегда используется в электронной схеме.
— Емкость в цепях постоянного тока: — Когда конденсаторы подключены к напряжению питания постоянного тока, они заряжаются до значения приложенного напряжения, действуя как устройства временного хранения, и поддерживают или удерживают этот заряд неопределенно долго, пока присутствует напряжение питания. .

— Емкость в цепях переменного тока: — Конденсатор подключается непосредственно к напряжению питания переменного тока. По мере увеличения и уменьшения напряжения питания конденсатор заряжается и разряжается в соответствии с этим изменением. По цепи будет течь ток сначала в одном направлении, затем в другом. Однако на самом деле через конденсатор
не протекает ток. Следовательно, мы можем сказать, что конденсатор работает как на переменном, так и на постоянном токе.

Таким образом, вариант C является правильным ответом.

Дополнительная информация:
Использование конденсаторов:
— Накопление энергии
— Импульсная мощность и оружие
— Кондиционирование мощности
— Коррекция коэффициента мощности
— Подавление и связь

Caps. а еще испортить.
Конденсаторы являются основной причиной отказа электронных систем. Конденсаторы выходят из строя по разным причинам, таким как износ, старение, напряжение обратной полярности, вызывающее повреждение, механическое повреждение при сборке, выход из строя диэлектрика, повреждение, вызванное высокой температурой во время пайки, эксплуатации, испытаний и т. д.

Как конденсаторы работают в цепях постоянного тока?

Вопрос задан: Лори Борер
Оценка: 4,6/5 (33 голоса)

При использовании в цепи постоянного или постоянного тока конденсатор заряжается до напряжения питания, но блокирует протекание через него тока , поскольку диэлектрик конденсатора непроводящий и в основном является изолятором…. В этот момент говорят, что конденсатор «полностью заряжен» электронами.

Что происходит, когда конденсатор подключен к постоянному току?

Когда конденсаторы подключены к постоянному напряжению питания постоянного тока, их пластины заряжаются до тех пор, пока значение напряжения на конденсаторе не станет равным внешнему приложенному напряжению . … Затем емкость в цепях переменного тока зависит от частоты, поскольку конденсатор постоянно заряжается и разряжается.

Почему конденсаторы используются в постоянном токе?

Конденсаторы полезны для уменьшения пульсаций напряжения . При подаче на параллельную цепь высокого напряжения конденсатор заряжается, а с другой стороны, разряжается при низком напряжении. В то время как вытекающий ток представляет собой переменный ток, большинство электронных схем работают с постоянным током.

Что такое конденсатор в цепи постоянного тока?

Конденсатор представляет собой электрический компонент, хранящий электрический заряд .На рис. 1 показана простая RC-цепь, в которой используется источник постоянного напряжения. Конденсатор изначально не заряжен. Как только ключ замыкается, ток течет к и от первоначально незаряженного конденсатора.

Как конденсатор работает на переменном и постоянном токе?

Конденсатор состоит из двух металлических пластин с диэлектрическим материалом между пластинами. Когда вы прикладываете напряжение к двум пластинам, создается электрическое поле, конденсатор работает за счет электростатического накопления энергии в электрическом поле …. Следовательно, мы можем сказать, что конденсатор работает как на переменном, так и на постоянном токе.

Найдено 19 связанных вопросов

Конденсаторы переменного или постоянного тока?

Конденсаторы

бывают разных форм, и их номинал измеряется в фарадах (F). Конденсаторы используются как в системах переменного, так и постоянного тока (мы обсудим это ниже).

Каково основное применение конденсатора?

Конденсаторы чаще всего используются для хранения энергии .Дополнительные области применения включают преобразование мощности, соединение или развязку сигналов, электронную фильтрацию шума и дистанционное зондирование. Благодаря своему разнообразному применению конденсаторы используются в самых разных отраслях промышленности и стали жизненно важной частью повседневной жизни.

Преобразуют ли конденсаторы переменный ток в постоянный?

Да, сам по себе конденсатор не преобразует переменный ток в постоянный . Однако конденсаторы подключены через мостовые выпрямители, чтобы получить более плавный сигнал постоянного тока без пульсаций.

Какова формула конденсатора?

Основное уравнение для расчета конденсатора: C = εA/d , В этом уравнении C — емкость; ε — диэлектрическая проницаемость, показатель того, насколько хорошо диэлектрический материал удерживает электрическое поле; А — площадь параллельной пластины; d — расстояние между двумя проводящими пластинами.

Зачем использовать конденсатор в цепи?

Конденсаторы широко используются в электронных схемах для блокирования постоянного тока и пропускания переменного тока .В сетях аналоговых фильтров они сглаживают выходной сигнал источников питания. … В системах передачи электроэнергии они стабилизируют напряжение и поток мощности.

Обрыв конденсаторов в цепях постоянного тока?

Конденсаторы становятся разомкнутыми , что означает, что в цепи происходит разрыв, в устойчивом состоянии постоянного тока, в то время как катушки индуктивности замыкаются, что означает, что они становятся проводом, в D.C. устойчивое состояние. Хороший способ запомнить это — понять, почему это происходит. Конденсаторы накапливают заряд в электростатическом поле.

Как ведет себя индуктор в цепи постоянного тока?

Когда индуктор подключен к цепи с источником постоянного тока (DC), в определенных условиях будут происходить два процесса, которые называются «сохранение» и «затухание» энергии. … Индуктор действует как обычный соединительный провод, его сопротивление равно нулю .Ток iL через индуктор не может резко измениться.

Можно ли зарядить конденсатор постоянным током?

Когда конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения, конденсатор начинает процесс приобретения заряда. Это создаст напряжение на конденсаторе. Как только конденсатор приобретает достаточный заряд, начинает течь ток, и вскоре напряжение на конденсаторе достигает значения, приблизительно равного напряжению источника постоянного тока.

Что произойдет, если конденсатор соединить последовательно?

Когда конденсаторы соединены последовательно, общая емкость меньше любой из отдельных емкостей последовательных конденсаторов. Если два или более конденсатора соединены последовательно, общий эффект будет таким же, как у одиночного (эквивалентного) конденсатора, имеющего сумму расстояний между пластинами отдельных конденсаторов .

Почему постоянный ток блокируется конденсатором?

Конденсатор блокирует постоянный ток, поскольку, как только он заряжается до входного напряжения с той же полярностью, дальнейшая передача электронов невозможна, чтобы восполнить медленный разряд из-за утечки, если таковая имеется. следовательно, поток электронов , который представляет собой электрический ток, остановлен.

Как конденсаторы влияют на ток?

По сути, ток «видит » конденсатор как разомкнутую цепь …. Таким образом, конденсатор пропускает больший ток по мере увеличения частоты источника напряжения. Емкостное реактивное сопротивление. Как мы видели, переменный ток может течь по цепи с емкостью.

Каков принцип работы конденсатора?

Конденсатор работает по тому принципу, что емкость проводника увеличивается, когда к нему приближается заземленный проводник . Следовательно, конденсатор имеет две параллельные пластины, обращенные друг к другу в противоположных направлениях и разделенные некоторым расстоянием или зазором.

Как рассчитать площадь конденсатора?

Используемая формула:

C=kε0Ad где, A – площадь пластин плоского конденсатора, k – диэлектрическая проницаемость диэлектрического материала, ε0 – диэлектрическая проницаемость вакуума и расстояние между пластинами.

Можно ли подключить конденсатор наоборот?

В цепи переменного тока не имеет значения если конденсатор (предназначенный для этой цепи) подключен наоборот.В цепи постоянного тока одни конденсаторы могут быть подключены наоборот, а другие нет.

Как преобразовать постоянный ток в пульсирующий?

Подключить ЦАП, управлять им из таблицы SINE , хранящейся в памяти . Если желаемая частота достаточно низкая, вы можете использовать выход ШИМ вместо ЦАП. В качестве альтернативы (с большим трудом) вы можете использовать синусоидальный генератор и схему прецизионного выпрямителя.

Короткое замыкание конденсаторов?

Полностью разряженный конденсатор первоначально действует как короткое замыкание (ток без падения напряжения) при внезапном приложении напряжения.После полной зарядки до этого уровня напряжения он действует как разомкнутая цепь (падение напряжения при отсутствии тока).

В каких предметах домашнего обихода используется конденсатор?

Применение конденсатора включает в себя различные отрасли: « электроника, бытовая техника, связь, электроэнергетика, электрические железные дороги, гибридные автомобили, энергия ветра, солнечная энергия , строительство электросетей, строительство электрифицированных железных дорог и энергосберегающее освещение».

В каких устройствах используются конденсаторы?

Конденсаторы

являются важными компонентами в широком спектре электронных систем, включая смартфоны , бытовые электроприборы, электромобили и медицинские устройства , и это лишь некоторые из них.

Разница между конденсаторами переменного и постоянного тока

Конденсатор представляет собой электронное устройство, состоящее из двух пластин из электропроводящего материала, разделенных непроводящим материалом или изолятором.Он используется в электрических приложениях и цепях с использованием переменного / переменного тока (переменного тока) и постоянного тока (постоянного тока) для достижения определенных результатов, основанных на способности конденсатора накапливать и разряжать ток.

История конденсаторов

Первым устройством, которое можно назвать конденсатором, является лейденская банка, открытая немецким изобретателем Эвальдом Георгом фон Клейстом в 1745 году. Это была стеклянная банка, частично заполненная водой и закрытая пробкой, через которую проходил провод. Это.Провод погрузился в воду и при контакте с генератором статического электричества вызвал зарядку банки. Банка разрядилась, когда провод коснулся или приблизился к проводящему материалу. В следующем году голландский физик Питер ван Мусшенбрук из Лейденского университета независимо открыл тот же принцип емкости.

Типы конденсаторов

Конденсаторы подразделяются на несколько категорий в зависимости от конструкции и материалов, используемых в производстве, но в отношении электричества существует всего два основных типа: поляризованные и неполяризованные.Поляризованные конденсаторы, известные как электролитические конденсаторы, должны строго соответствовать полярности и напряжению. Неполяризованные конденсаторы имеют ограничения только по номинальному напряжению.

Конденсаторы в цепях постоянного тока

Электролитические конденсаторы на плате

Две пластины конденсатора, электрически изолированные друг от друга, накапливают энергию в виде емкости. Когда постоянный ток подается на цепь только с сопротивлением и емкостью, конденсатор заряжается до уровня приложенного напряжения.Поскольку постоянный ток течет только в одном направлении, после полной зарядки конденсатора ток больше не течет. Эта характеристика позволяет конденсаторам «блокировать» протекание постоянного тока.

Конденсаторы в цепях переменного тока

В цепях переменного тока переменный ток периодически меняет направление, заряжая конденсатор то в одном, то в другом направлении. Поскольку пластины разряжаются во время изменения направления, выходной ток конденсатора меняется в фазе с переменным напряжением.Вот как говорят, что конденсаторы «пропускают» переменный ток.

Использование для конденсаторов

Конденсаторы находят широкое применение в электрических и электронных схемах. Их можно использовать в цепях связи, цепях развязки, схемах фильтрации и в источниках питания для сглаживания выходного сигнала. Конденсаторы находят специальное применение для цепей, использующих высокие или низкие частоты, используя присущие конденсаторам характеристики и то, как они реагируют на разные диапазоны частот, демонстрируя различные уровни импеданса.

Анализ установившегося состояния постоянного тока

Первое, на что нужно обратить внимание, это то, что такое установившееся состояние постоянного тока. По сути, все это означает, что схема была активна/работала в течение длительного времени. Для элементов, рассеивающих мощность, таких как резисторы, это не имеет большого значения, но для элементов, накапливающих энергию, таких как катушки индуктивности и конденсаторы, это меняет их поведение.

Конденсаторы становятся разомкнутыми, что означает, что в цепи происходит разрыв, в устойчивом состоянии постоянного тока, в то время как катушки индуктивности становятся короткими замыканиями, что означает, что они становятся проводом, в D.C. устойчивое состояние.

Хороший способ запомнить это — понять, почему это происходит. Конденсаторы накапливают заряд в электростатическом поле. Заряд будет продолжать накапливаться на пластинах до тех пор, пока напряжение не достигнет максимума (обычно равного напряжению источника напряжения) и больше не сможет увеличиваться/изменяться. Учитывая, что ток через конденсатор равен i = C(dv/dt), поэтому емкость, умноженная на производную напряжения на емкости, если напряжение максимально, dv/dt = 0, поскольку напряжение больше не изменяется, поэтому я = 0, и это разомкнутая цепь.Для катушек индуктивности они хранят энергию в магнитном поле, которое индуцируется, когда ток проходит через их петли (индуктор в своей самой простой форме — это просто петлевой провод). Его напряжение зависит от изменяющегося тока, v=L(di/dt), где L — индуктивность, а di/dt — производная тока. В установившемся режиме постоянного тока ток больше не изменяется (он достигает максимума через катушку индуктивности), поэтому di/dt = 0, поэтому напряжение равно 0. в открытые цепи и катушки индуктивности в провода.Для задачи 1 установившаяся цепь будет иметь вид:

В разомкнутой ветви ток не течет, поэтому мы можем, по сути, представить, что его там нет:

Поскольку мы просто находим ток в одной из двух параллельных ветвей, мы можем получить ток через резистор 2 Ом, просто используя закон делителя тока, который гласит:

Итак:

ПРИМЕЧАНИЕ. Вы можете игнорировать первый резистор 6 Ом (тот, что рядом с источником тока 12 ампер) для ради использования формулы делителя тока, поскольку ток через нее устанавливается источником тока, поэтому общий ток, поступающий на две ветви, по-прежнему составляет 12 ампер (закон делителя тока касается только того, как общий ток делится между несколькими ветвями) .

Задача 2 немного сложнее. Начинаем так же, установив катушки индуктивности на провода:

Но быстро упираемся в проблему. Оба являются короткими замыканиями, что обычно означает, что они отводят весь ток, протекающий через соседние/параллельные ветви, через них (поскольку ток течет по пути наименьшего сопротивления, а сопротивление провода равно 0), но поскольку их два, мы имеем чтобы определить, какой из них получает больше отведенного тока.

Чтобы сделать это, мы просто должны сказать, что токи, протекающие через индукторы, изменяются со временем, поскольку они достигают устойчивого состояния постоянного тока, в конечном итоге достигая своих максимальных значений постоянного тока.Затем мы можем найти, в чем они правы, когда они достигают устойчивого состояния постоянного тока. В любом случае это теория, на практике все намного проще, чем кажется. По сути, нам просто нужно сделать делитель тока, используя индуктивности вместо сопротивлений.

Таким образом, первый шаг, как и в любой задаче на делитель тока, состоит в том, чтобы найти общий ток, проходящий через две ветви. Для этой проблемы это всего -4 А (или 4 ампера, направленные вниз). Это связано с тем, что два источника тока, 4 А и -8 А, подключены параллельно, поэтому их можно просто добавить.

Мы также можем удалить два резистора, поскольку катушки индуктивности технически являются короткозамкнутыми, поэтому все -4 А будут проходить через катушки индуктивности, а не через резисторы. При этом схема упрощается до:

Затем мы применяем делитель тока, чтобы найти i1, затем используем i1 + i2 = -4, поскольку общий ток просто разделяется на две ветви, чтобы найти i2.

Проблема 3 очень похожа на проблему 2, за исключением конденсаторов. Мы устанавливаем схему в устойчивое состояние постоянного тока, получаем две разомкнутые цепи, где были конденсаторы:

Это мало что говорит нам о v1 и v2, за исключением того, что они дают в сумме 16 В, поскольку они параллельны источнику напряжения.Чтобы на самом деле найти их, мы делаем то же, что и для катушек индуктивности: мы предполагаем, что напряжения изменяются во времени, прежде чем они достигают своего максимального/постоянного состояния, и получаем правильное напряжение, когда они достигают устойчивого состояния по постоянному току. Чтобы сделать это на практике, мы используем делитель напряжения, который указывает:

В этом случае мы просто используем емкости вместо сопротивлений.

Конденсатор постоянного напряжения – Learnchannel-TV.com

Конденсатор на постоянное напряжение — накопитель энергии

Тест:

Вот принципиальная схема для лучшего понимания:

Энергия, хранящаяся в конденсаторе

Конденсатор — назначение и обозначение

При постоянном напряжении конденсатор действует как аккумулятор заряда .По существу, конденсатор состоит из двух пластин, которые электрически отделены друг от друга — либо воздухом, либо изолятором (диэлектриком).

Характеристическим значением конденсатора является емкость C . Он описывает способность конденсатора накапливать определенное количество заряда Q на своих пластинах при определенном напряжении.

Q = C * V     или    C = Q / V

Проще говоря: «Чем больше конденсатор и чем выше напряжение, тем больше зарядов помещается на пластинах конденсатора».

Единица измерения: [Кл] = фарад F = 1 Кл/В («Один фарад равен одному коломбу на вольт»)

Обычные размеры:
Millifarad MF = 10 -3 F
-3 F
Microfarad μf = 10 -6 F
Nanofarad NF = 10 -9 F
Picofarad PF = 10 -12 F

Как определить емкость конденсатора?

Расстояние между пластинами: Чем меньше расстояние между пластинами, тем сильнее притягиваются друг к другу заряды на противоположных пластинах, и тем больше зарядов находит «пространство» на пластинах.

Конденсатор — расстояние между пластинами и емкость

Площадь плиты A: Чем больше площадь плиты, тем больше грузов можно разместить на плите.
Диэлектрик: Электрические диполи диэлектрика выравниваются с зарядами конденсатора и «нейтрализуют» их. Таким образом, на пластинах конденсатора оказывается больше зарядов.

Конденсатор — диэлектрический и емкость


Кривая зарядки и разрядки

Конденсатор — кривая зарядки и разрядки

 

График зарядки конденсатора

Определите время зарядки или разрядки конденсатора

Как видно, кривые заряда и разряда конденсатора имеют криволинейную форму, которую можно описать по e-функции.При этом конденсатор фактически никогда не будет полностью заряжен, что на практике, конечно, не имеет смысла.

Как правило, конденсатор заряжается и разряжается тем медленнее, чем больше его емкость и чем больше сопротивление R, включенное последовательно. Это основа для так называемой постоянной времени Ƭ (произносится как «Тау»):

Ƭ = R * C в секундах с

На практике вы должны применить следующее эмпирическое правило: Конденсатор полностью заряжен или разряжен после 5 Ƭ .Таким образом, напряжение на конденсаторе достигло 0,99 напряжения питания.

Уровень приложенного напряжения не влияет на время зарядки!

Всегда заряжайте и разряжайте конденсаторы, особенно большие, через последовательный резистор!

 


Цепи конденсаторов

Конденсатор серии

Конденсатор серии

Как видно на рисунке, расстояния между пластинами складываются при последовательном соединении конденсаторов.Это означает, что общая емкость должна быть уменьшена:

1 9083 = 1 = 1 + 1 + 1
+ .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.