Емкость конденсатора в чем измеряется. Емкость конденсатора и индуктивность катушки: основные характеристики и способы измерения — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое емкость конденсатора и индуктивность катушки. Как измерить емкость мультиметром. Какие существуют формулы для расчета индуктивности. Какие бывают типы конденсаторов и катушек индуктивности. Как проверить исправность конденсатора.

Содержание

Емкость конденсатора: определение и единицы измерения

Емкость конденсатора — это физическая величина, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. Емкость измеряется в фарадах (Ф).

Основная формула для расчета емкости конденсатора:

C = Q / U

где:

C — емкость конденсатора (Ф)
Q — накопленный заряд (Кл)
U — напряжение на обкладках конденсатора (В)

На практике чаще используются дольные единицы:

микрофарад (мкФ) = 10^-6 Ф
нанофарад (нФ) = 10^-9 Ф
пикофарад (пФ) = 10^-12 Ф

Индуктивность катушки: определение и единицы измерения

Индуктивность катушки — это физическая величина, характеризующая способность катушки накапливать энергию магнитного поля. Индуктивность измеряется в генри (Гн).

Основная формула для расчета индуктивности:

L = Φ / I

где:

L — индуктивность катушки (Гн)
Φ — магнитный поток, пронизывающий катушку (Вб)
I — сила тока, протекающего через катушку (А)

На практике чаще используются дольные единицы:

миллигенри (мГн) = 10^-3 Гн
микрогенри (мкГн) = 10^-6 Гн
наногенри (нГн) = 10^-9 Гн

Способы измерения емкости конденсатора

Существует несколько способов измерения емкости конденсатора:

1. Измерение мультиметром

Многие современные мультиметры имеют функцию измерения емкости. Порядок действий:

Установите переключатель мультиметра в режим измерения емкости
Подключите щупы к выводам конденсатора
Считайте показания с дисплея

2. Метод заряда-разряда

Этот метод основан на измерении времени заряда/разряда конденсатора через известное сопротивление. Порядок действий:

Подключите конденсатор последовательно с резистором известного номинала
Подайте напряжение на цепь и измерьте время заряда до 63% от напряжения источника
Рассчитайте емкость по формуле: C = t / R, где t — время заряда, R — сопротивление резистора

3. Мостовой метод

Используется мостовая схема, в одно плечо которой включается измеряемый конденсатор, а в другое — образцовый конденсатор известной емкости. Емкость определяется при балансировке моста.

Формулы для расчета индуктивности катушек

Существует несколько формул для расчета индуктивности катушек различной конфигурации:

1. Формула для однослойной цилиндрической катушки

L = (μ0 * N^2 * S) / l

где:

L — индуктивность (Гн)
μ0 — магнитная постоянная
N — число витков
S — площадь поперечного сечения катушки
l — длина катушки

2. Формула для тороидальной катушки

L = (μ0 * N^2 * h * ln(D2/D1)) / (2π)

где:

h — высота тороида
D2 — внешний диаметр
D1 — внутренний диаметр

3. Формула для многослойной катушки

L = (0.8 * d^2 * N^2) / (6d + 9l + 10c)

где:

d — диаметр катушки
l — длина обмотки
c — толщина обмотки

Основные типы конденсаторов и их характеристики

Существует несколько основных типов конденсаторов:

1. Керамические конденсаторы

Преимущества:

Компактные размеры
Широкий диапазон емкостей
Низкая стоимость

Недостатки:

Нестабильность емкости при изменении температуры
Относительно высокие потери на высоких частотах

2. Электролитические конденсаторы

Преимущества:

Большая емкость при малых габаритах
Низкая стоимость

Недостатки:

Полярность (нельзя менять полярность включения)
Ограниченный срок службы
Высокие токи утечки

3. Пленочные конденсаторы

Преимущества:

Высокая стабильность характеристик
Низкие потери на высоких частотах
Высокая надежность

Недостатки:

Относительно большие габариты
Высокая стоимость

Типы катушек индуктивности и их применение

Основные типы катушек индуктивности:

1. Тороидальные катушки

Особенности:

Замкнутый магнитопровод
Малое рассеяние магнитного поля
Высокая добротность

Применение: в фильтрах, трансформаторах, дросселях

2. Цилиндрические катушки

Особенности:

Простота изготовления
Широкий диапазон индуктивностей

Применение: в радиотехнических устройствах, резонансных контурах

3. Спиральные катушки

Особенности:

Компактные размеры
Возможность получения больших индуктивностей

Применение: в интегральных схемах, микроэлектронике

Проверка исправности конденсатора

Для проверки исправности конденсатора можно использовать следующие методы:

1. Проверка мультиметром

Установите мультиметр в режим измерения сопротивления

Подключите щупы к выводам конденсатора
Для исправного конденсатора показания должны быстро расти до бесконечности
Для неисправного конденсатора сопротивление будет низким или нулевым

2. Проверка на заряд-разряд

Зарядите конденсатор от источника напряжения
Отключите источник и замкните выводы конденсатора через светодиод
Исправный конденсатор должен вызвать кратковременную вспышку светодиода

3. Проверка емкости

Измерьте емкость конденсатора
Сравните измеренное значение с номинальным
Отклонение не должно превышать допустимый предел (обычно ±20%)

При выявлении неисправности конденсатор следует заменить для восстановления работоспособности электронного устройства.

Определение и формулы для расчета и измерения индуктивности: в чем измеряется

Если существует замкнутый контур, в котором протекает ток, создающий магнитное поле (магнитный поток), то между током и потоком существует взаимосвязь. Коэффициент пропорциональностями между этими величинами является определением индуктивности.

Контур с током

Также эту пропорциональность можно назвать характеристикой инерционности электрической цепи, которая напрямую связана с понятием ЭДС самоиндукции, которая возникает в цепи, когда изменяется сила тока.

Обозначение и единицы измерения

От чего зависит индуктивность

В честь Ленца, единица измерения индуктивности получила обозначение символом «L». Выражается в Генри, сокращенно Гн (в англоязычной литературе Н), в честь известного американского физика.

Джозеф Генри

Если при изменении тока в один ампер за каждую секунду ЭДС самоиндукции составляет 1 вольт, то индуктивность цепи будет измеряться в 1 генри.

Как может обозначаться индуктивность в других системах:

В системе СГС, СГСМ – в сантиметрах. Для отличия от единицы длины обозначается абгенри;
В системе СГСЭ – в статгенри.

Физика ёмкостных характеристик

Устройства, обладающие способностью хранения энергии в форме электрического заряда и производящие при этом разность потенциалов, называют конденсаторами. В простейшем виде они состоят из двух или более параллельных проводящих пластин, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга, но электрически разделённых либо воздухом, либо каким-либо другим изоляционным материалом, например, вощёной бумагой, слюдой, керамикой, пластмассой или специальным гелем.

Вам это будет интересно Расчёт и таблицы подбора сечения кабеля по мощности и току

Если подключить к пластинам источник напряжения, то одна из них получит избыток электронов, а на другой сформируется их дефицит. Ионы и электроны на каждой из этих пластин притягиваются друг к другу, но благодаря диэлектрическому барьеру они не соединяются, а накапливаются на плоскостях проводников. В результате первая пластина (электрод) окажется заряженной отрицательно, а вторая — положительно. Неподвижные заряды создают постоянное электрическое поле, теоретически сохраняемое неограниченное количество времени в незамкнутой электрической цепи.

Поток электронов на пластины называется зарядным током, продолжающим присутствовать до тех пор, пока напряжение на пластинах не сравняется с приложенным. В этот момент конденсатор считается полностью заряженным, то есть зарядов на пластинах становится так много, что они отталкивают вновь поступающие. При подключении к заряженному устройству нагрузки электроны и ионы находят новый путь друг к другу. В этом случае конденсатор работает как источник тока до момента потери разности потенциалов на электродах.

Способность конденсатора хранить заряд Q (измеряется в кулонах) называют ёмкостью. Чем больше площадь пластин и меньше расстояние между ними (благодаря усилению эффекта притяжения зарядов между обкладками), тем большая ёмкость устройства. Степень приближения пластин ограничивается способностью диэлектрика сопротивляться разрядке пробоем между ними. Таким образом, три характеристики определяют производительность конденсатора:

геометрия пластин;
расстояние между ними;
диэлектрический материал между пластинами.

Свойства

Имеет следующие свойства:

Зависит от количества витков контура, его геометрических размеров и магнитных свойств сердечника;
Не может быть отрицательной;
Исходя из определения, скорость изменения тока в контуре, ограничена значением его индуктивности;
При увеличении частоты тока реактивное сопротивление катушки увеличивается;
Обладает свойством запасать энергию – при отключении тока запасенная энергия стремится компенсировать падение тока.

Применение на практике

Свойства конденсатора используются при конструировании различных фильтров. Действие ёмкостного сопротивления в этом случае зависит от способа подключения детали:

Если он присоединён параллельно нагрузке, то получится фильтр, задерживающий высокие частоты. С их ростом падает сопротивление конденсатора. Соответственно, нагрузка на высоких частотах шунтируется сильнее, чем на низких.
Если деталь подключена последовательно с нагрузкой, то получится фильтр, задерживающий низкие частоты. Эта схема также не пропускает постоянное напряжение.
Ещё одна область применения — отделение переменной составляющей от постоянной. Например, в оконечных каскадах усилителей звуковой частоты. Чем выше ёмкость, тем более низкую частоту способен воспроизвести подключённый громкоговоритель.

В фильтрах электропитания, наряду с ёмкостным сопротивлением, используется также свойство накопления и отдачи заряда. В момент повышения нагрузки заряженная ёмкость фильтра разряжается, отдавая дополнительную энергию. Она также осуществляет подавление пульсаций и прочих паразитных сигналов, пропуская их через себя и замыкая на общий провод. Таким образом, обеспечивается сглаживание и поддержание напряжения на нагрузке в заданных пределах, и устранение нежелательных междукаскадных связей, вызывающих нестабильную работу.

Измерение сопротивления конденсаторов.

Схемы соединения катушек

Как радиотехнический элемент, катушки индуктивностей обладают свойствами соединений, полностью идентичными соединениям резисторов.

Параллельное соединение

Параллельное соединение:

L=1/(1/L1+1/L2+…+1/Ln).

Для двух элементов формула упрощается:

L=L1∙L2/(L1+L2).

Последовательное соединение

Общее значение последовательного соединения равняется сумме индуктивностей:

L=L1+L2+…+Ln.

Типы соединений

Добротность катушки

Одно из важнейших качеств катушек – это добротность. Данный параметр представляет собой отношение реактивного (индуктивного) сопротивления к активному. Активное сопротивление – это сопротивление проводника, из которого выполнен элемент, его можно считать постоянным, за исключением температурного коэффициента сопротивления материала, из которого выполнен провод.

Реактивное сопротивление прямо пропорционально частоте. Формула расчета добротности выглядит следующим образом:

Q=2∙π∙f∙L/R,

где:

π – число пи, ≈3,14,
f – частота,
R – сопротивление.

Обратите внимание! С ростом частоты сигнала добротность катушки индуктивности возрастает.

Индуктивность в электрических цепях

В то время как конденсатор оказывает сопротивление изменению переменного напряжения, индуктивность же сопротивляется переменному тока. Идеальная индуктивность не будет оказывать сопротивление постоянному току, однако, в реальности все индуктивные катушки сами по себе обладают определенным сопротивлением.

В целом, отношение между изменяющимися во времени напряжением V(t) проходящим через катушку с индуктивностью L и изменяющимся во времени током I(t), проходящим через нее можно представить в виде дифференциального уравнения следующего вида:

Когда переменный синусоидальной ток (АС) протекает через катушку индуктивности, возникает синусоидальное переменное напряжение (ЭДС). Амплитуда ЭДС зависит от амплитуды тока и частоте синусоиды, которую можно выразить следующим уравнением:

где ω является угловой частотой резонансной частоты F:

Причем, фаза тока отстает от напряжения на 90 градусов. В конденсаторе же все наоборот, там ток опережает напряжение на 90 градусов. Когда индуктивная катушка соединена с конденсатором (последовательно либо параллельно), то образуется LC цепь, работающая на определенной резонансной частоте.

Индуктивное сопротивление ХL определяется по формуле:

где ХL — индуктивное сопротивление, ω — угловая частота, F — частота в герцах, и L индуктивность в генри.

Индуктивное сопротивление — это положительная составляющая импеданса. Оно измеряется в омах. Импеданс катушки индуктивности (индуктивное сопротивление) вычисляется по формуле:

Одновитковой контур и катушка

Индуктивность контура, представляющего виток провода, зависит от величины протекающего тока и магнитного потока, пронизывающего контур. Для индуктивности контура формула определяет параметр, соответственно, через поток и силу тока:

L=Ф/I.

Ослабление магнитного потока из-за диамагнитных свойств окружающей среды снижает индуктивность.

Параметр для многовитковой катушки пропорционален квадрату количества витков, поскольку увеличивается не только магнитный поток от каждого витка, но и потокосцепление:

L=L1∙N2.

Для того чтобы рассчитать индуктивность катушки формула должна учитывать не только количество витков, но и тип намотки и геометрические размеры.

Идея суперконденсатора

Электричество — чрезвычайно универсальный вид энергии, обладающий одним недостатком — его трудно саккумулировать быстро. Химические батареи способны сохранять большое количество энергии, но требуют нескольких часов для полной зарядки. Этого недостатка лишены конденсаторы — они могут заряжаться практически мгновенно. Но их ёмкость не позволяет хранить большое количество энергии, поэтому весьма заманчивой выглядит идея суперконденсатора, сочетающего лучшие качества химических и электростатических накопителей электричества.

Несмотря на функциональную схожесть, аккумуляторные батареи и конденсаторы устроены совершенно по-разному. Гальванические элементы работают на принципе высвобождения электрической энергии во время химической реакции веществ внутри них. При истощении запаса активных реагентов они прекращают генерировать разность потенциалов и для нового цикла требуют инициирования током обратных химических реакций для восстановления активных веществ. Основные недостатки аккумуляторов по сравнении и конденсаторами:

непродолжительный жизненный цикл;
невысокая удельная мощность;
узкий диапазон температур зарядки и разрядки;
неспособность быстро отдать весь запас энергии.

Тем не менее обычные конденсаторы не используются в качестве активных источников напряжения из-за низкой ёмкости. Теоретические и практические суперконденсаторы (ультраконденсаторы) отличаются от обычных крайне высокой ёмкостью при большой плотности хранимой энергии, что позволяет их рассматривать как альтернативу химическим элементам.

Крупнейшие коммерческие устройства обладают ёмкостью до нескольких тысяч фарад, но их возможности всё равно несопоставимы с аккумуляторами, поэтому подобные устройства используются для хранения зарядов в течение относительно короткого периода времени. Они нашли широкое применение в качестве электрических эквивалентов механических маховиков, чтобы сглаживать напряжение источников питания, например, в ветровых турбинах или рекуперативных тормозных системах электрических транспортных средств.

Первые ультраконденсаторы появились в середине прошлого века и обладали не очень впечатляющими ёмкостями. С тех пор прогресс в совершенствовании материалов привёл к утоньшению диэлектрического слоя до одной молекулы, что позволило создавать устройства с выдающимися характеристиками. Дальнейшее развитие наноиндустрии стало основой для фундаментальных перемен в накоплении электричества. Возможно, в скором времени экологически опасные и капризные химические аккумуляторы заменят суперконденсаторы на основе молекулярно структурированных пластин и диэлектрического слоя.

Соленоид

Соленоид отличается от обычной катушки по двум признакам:

Длина обмотки превышает диаметр в несколько раз;
Толщина обмотки меньше диаметра катушки также в несколько раз.

Соленоидальный тип катушки

Параметры соленоида можно узнать из такого выражения:

L=µ0N2S/l,

где:

µ0 – магнитная постоянная;
N – количество витков;
S – площадь поперечного сечения обмотки;
l – длина обмотки.

Важно! Приведенное выражение справедливо для соленоида без сердечника. В противном случае необходимо дополнительно внести множитель µ, который равен магнитной проницаемости сердечника.

Обратите внимание! Используя подвижный сердечник, можно производить оперативное изменение параметров соленоида.

Чем большую магнитную проницаемость будет иметь сердечник, тем больше увеличится итоговое значение.

Тороидальная катушка (катушка с кольцевым сердечником)

Тороидальный тип обмотки рассчитывается по специальной формуле, которая предполагает, что используется соленоид с бесконечной длиной. Чтобы определять индуктивность формула для тора имеет следующий вид:

L=µ∙µ0N2S/(2π∙r),

где r – усредненный радиус тороидального сердечника.

Кольцевой сердечник прямоугольного сечения можно находить по следующей формуле:

L=µ∙µ0N2S∙h/(2π)∙ln(R/r),

где:

r – внутренний радиус сердечника;

R – внешний радиус;

h – высота.

Важно! Вторая формула позволяет узнавать результат с большей точностью.

Тороидальная намотка

Длинный прямой проводник

Как найти индуктивность прямого проводника? Существует формула, дающая точное значение при условии, что проводник имеет длину, значительно превышающую толщину:

L=µ0/(2π)∙l(µeln(l/r+1/4µi),

где:

µe и µi – магнитная проницаемость среды и материала проводника, соответственно;
l и r – длина и радиус проводника.

Какой магнитной проницаемостью обладает проводник, можно узнать из справочных материалов.

Содержание

1 Вопросы и задачи
2 Микроопыт
3 Любопытно, что…
4 Что читать в «Кванте» о емкости и индуктивности
5 Ответы 5.1 Микроопыт

По существу, Вольта и Ленц упоминают известные вам устройства — конденсатор и соленоид, характеристиками которых являются емкость и индуктивность. Интересно, что если первый электрический конденсатор — лейденская банка — появился на свет, можно сказать, не специально, то соленоид был «открыт» Ампером в ходе целенаправленных опытов по исследованию магнитного действия электрического тока. Единицы измерения емкости и индуктивности впоследствии получили имена Фарадея и Генри, чем, надо полагать, физики не только отдали дань знаменитым ученым, но и подчеркнули важность этих понятий.

Безусловно, и емкости, и индуктивности можно было бы посвятить отдельные выпуски «Калейдоскопа». Но история науки распорядилась так, что им пришлось «поработать» и рука об руку. Как только выяснилось, что разряд лейденской банки, а затем и индукционной катушки, носит колебательный характер, в исследования колебательного контура включилась целая плеяда видных физиков — Гельмгольц, Томсон (лорд Кельвин), Кирхгоф и др. Увенчалось это «наступление» на колебательный контур открытием Герцем электромагнитных волн, что возвестило начало эпохи радио и телевидения. Какой бы областью электро-, радио- и телетехники сегодня мы ни заинтересовались, везде обнаружим либо сами конденсаторы и катушки, либо «отголоски» их присутствия в более совершенных приборах. Так происходит везде, где встречаются переменные токи и электрические колебательные процессы.

Колебательный контур

Емкость и индуктивный элемент, соединенные в цепь, образуют колебательный контур с резко выраженными частотными свойствами и будут являться резонансной системой. В качестве системы используется конденсатор, изменяя емкость которого, можно производить коррекцию частотных свойств.

Последовательный и параллельный колебательные контуры

Если измерить резонансную частоту, используя известный конденсатор, то можно определить индуктивность катушки.

Индуктивность – важнейший элемент в разных областях электротехники. Для правильного применения нужно знать все параметры используемых элементов.

Устройство, которое позволяет определить параметры катушек индуктивности, в том числе добротность, может называться L-метр или Q-метр.

Q-метр для измерения добротности

История накопителей заряда

Самое раннее письменное свидетельство получения зарядов с помощью трения принадлежит учёному Фалесу из Милета (635—543 гг. до н. э.), который описал трибоэлектрический эффект от взаимодействия янтаря и сухой шерсти. Для приблизительно 2300 последующих лет любое получение электричества заключалось в трении двух различных материалов друг о друга.

Качественный рывок в знаниях о зарядах произошёл в эпоху Просвещения — период революционного развития научной мысли в образованных кругах. В это время электричество становится популярной темой, а энтузиастами было произведено немало опытов и экспериментов с генераторами на основе трения.

Первое устройство для хранения полученных зарядов было создано в 1745 г. двумя электриками (так тогда называли людей, изучающих природу статического электричества), работающими независимо друг от друга: Эвальдом фон Клейстом, деканом собора в Пруссии, и Питером ван Мюссенбруком, профессором математики и физики в университете Лейдена.

Открытие явления произошло во время опытов у обоих экспериментаторов, но с той разницей, что Мюссенбрук, во-первых, сделал немало усовершенствований первоначально созданного оборудования, а во-вторых, письменно сообщил коллегам о своих достижениях. Прошло совсем немного времени и учёные мира стали создавать накопители зарядов собственных конструкций. Это были первые шаги в эволюции конденсаторов, продолжающейся и в наши дни. Основные даты хронологии появления устройств для хранения зарядов:

1746 г. — изобретение лейденской банки в результате экспериментов по доработке устройства Клейста;
1750 г. — опыты Бенджамина Франклина с батареями конденсаторов;
1837 г. — публикация Майклом Фарадеем теории диэлектрической поляризации — научной основы работы накопителей;
конец XIX в. — начало практического применения лейденских банок вместе с первыми устройствами постоянного тока;
начало XX в. — изобретение слюдяных и керамических конденсаторов.

Измеритель емкости конденсаторов своими руками: принцип, схема

Почему вредно большое значение ESR

На нулевой частоте (постоянный ток) и низких частотах, как вы помните из статьи , конденсатор сам оказывает большое сопротивление электрическому току. В этом случае какие-то паразитные доли Ома сопротивления ESR не будут влиять на параметры электрической цепи. Все самое интересное начинается тогда, когда конденсатор работает в высокочастотных цепях (ВЧ).

Мы с вами знаем, что конденсатор пропускает через себя переменный ток. И чем больше частота, тем меньше сопротивление самого конденсатора. Вот вам формула, если позабыли:

где, Х_С — это сопротивление конденсатора, Ом

П — постоянная и равняется приблизительно 3,14

F — частота, измеряется в Герцах

С — емкость, измеряется в Фарадах

Но, одно то мы не учли… Сопротивление выводов и пластин с частотой не меняется! Так… и если пораскинуть мозгами, то получается, что на бесконечной частоте сопротивление конденсатора будет равняться его ESRу? Получается, наш конденсатор превращается в резистор? А как ведет себя резистор в цепи переменного тока? Да точно также как и в цепи постоянного тока: греется! Следовательно на этом резисторе будет рассеиваться мощность P в окружающую среду. А как вы помните, мощность через сопротивление и силу тока выражается формулой:

P=I2xR

где

I — это сила тока, в Амперах

R — сопротивление резистора ESR, в Омах

Значит, если ESR будет больше, то и мощность рассеивания тоже будет больше! То есть этот резистор будет хорошенько нагреваться.

Догоняете о чем я вам толкую? 😉

Из всего выше сказанного можно сделать простенький вывод: конденсатор с большим ESR в высокочастотных цепях с большими токами будет нагреваться. Ну да ладно, пусть себе греется… Резисторы и микросхемы тоже ведь греются и ничего! Но весь косяк заключается в том, что с увеличением температуры конденсатора меняется и его емкость! Есть даже такой интересный параметр конденсатора, как ТКЕ или Температурный Коэффициент Емкости. Этот коэффициент показывает, насколько поменяется емкость при изменении температуры. А раз уже «плавает» емкость, то вслед за ней «плывет» и схема.

Порядок проверки

Касание контактов щупами

Мультиметр может выявить такие причины неисправности, как пробой, влекущее за собой разрушение диэлектрика, разделяющего пластины, и ток идёт напрямую, при этом, сам конденсатор, по сути, становится простым проводником. Либо делает это частично, теряя свою ёмкость, становясь дополнительно активным сопротивлением в электрической цепи.

Сам конденсатор в силу своего принципа работы пропускает только переменный ток, а постоянный ни в коем случае, поэтому его сопротивление, замеряемое между выводами, достаточно большое и ограничивается очень малым током утечки через диэлектрик, разделяющий его рабочие пластины, накапливающие в себе заряд.

В неполярных конденсаторах, роль диэлектрика которых играет слюда, керамика, бумага, стекло, воздух ток утечки бесконечно мал, а сопротивление очень большое и при его измерении между выводами цифровым мультиметром прибор покажет бесконечность в виде 1 на цифровом табло. Поэтому, в случае пробоя, его сопротивление, замеряемое на выводах, составляет довольно малую величину — до нескольких десятков Ом.

Как правильно использовать прибор

Если номинальное напряжение неизвестно, то можно действовать исходя из того, что оно составляет 10-12 В. Обычно используют резисторы, имеющие сопротивление 5-10 КОм.

Чтобы проверить деталь, не выпаивая ее из схемы, параллельно с ней можно подсоединить конденсатор с такими же параметрами в рабочем состоянии. Если схема восстановит свою работу, то это означает, что деталь была неисправна и ее следует заменить.

Мостовая схема

Измерение емкости без выпаивания с платы сложно и доступно только профессиональному специалисту. Прибор для проверки электролитических конденсаторов без выпайки может быть использован только с учетом схемы подключения конденсатора. Дело в том, что полученный результат будет существенно зависеть от способа подключения детали и в различных ситуациях может показать труднообъяснимые результаты. Например, если параллельно с ним включена катушка, то при измерении емкости без выпайки будет показано нулевое сопротивление.

Вам это будет интересно Рейтинг лучших паяльных станций

Если неисправен конденсатор, надо его проверить, применив один из имеющихся методов. В случае неисправности потребуется его заменить, чтобы плата восстановила свою работоспособность.

Электрические цепи, состоящие из проводников и полупроводников, включают в себя элементы, позволяющие накапливать заряды и отдавать их в нужный момент. Из-за этой особенности такие элементы изначально стали называть ёмкостью. Название пришло со времён, когда электричество считали жидкостью, а её накопитель – сосудом. Это не совсем удачное определение применяется до сих пор, хотя сам элемент называется конденсатор.

Типы конденсаторов и их внешний вид

Схема измерения

Для определения ёмкости неизвестного конденсатора следует включить его в цепь из резистора и источника питания. Входное напряжение выбирается несколько меньшим номинального напряжения конденсатора, если оно неизвестно — достаточно будет 10–12 вольт. Ещё необходим секундомер. Для исключения влияния внутреннего сопротивления источника питания на параметры цепи, на входе надо установить выключатель.

Сопротивление подбирается экспериментально, больше для удобства отсчёта времени, в большинстве случаев в пределах пяти — десяти килоом. Напряжение на конденсаторе контролируется вольтметром. Время отсчитывается с момента включения питания — при зарядке и выключении, если контролируется разряд. Имея известные величины сопротивления и времени, по формуле t = RC вычисляется ёмкость.

Удобнее отсчитывать время разрядки конденсатора и отмечать значения в 90 % или 95 % от начального напряжения, в этом случае расчёт ведётся по формулам 2.2t = 2.2RC и 3t = 3RC. Таким способом можно узнать ёмкость электролитических конденсаторов с точностью, определяемой погрешностями измерений времени, напряжения и сопротивления. Применение его для керамических и других малой ёмкости, с использованием трансформатора 50 Hz, вычислением емкостного сопротивления — даёт непрогнозируемую погрешность.

Вычисления с помощью формул электротехники

Простейшая RC — цепь состоит из параллельно включённых резистора и конденсатора.

Выполнив математические преобразования (здесь не приводятся), определяются свойства цепи, из которых следует, что если заряженный конденсатор подключить к резистору, то он будет разряжаться так, как показано на графике.

Произведение RC называют постоянной времени цепи. При значениях R в омах, а C — в фарадах, произведение RC соответствует секундам. Для ёмкости 1 мкФ и сопротивления 1 кОм, постоянная времени — 1 мс, если конденсатор был заряжен до напряжения 1 В, при подключении резистора ток в цепи будет 1 мА. При зарядке напряжение на конденсаторе достигнет Vo за время t ≥ RC. На практике применяется следующее правило: за время 5 RC, конденсатор зарядится или разрядится на 99%. При других значениях напряжение будет изменяться по экспоненциальному закону. При 2.2 RC это будет 90 %, при 3 RC — 95 %. Этих сведений достаточно для расчёта ёмкости с помощью простейших приспособлений.

Видео

Конденсатор — элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов (обкладок), разделённых диэлектриком. Предназначен для использования его электрической ёмкости. Конденсатор, ёмкостью С, к которому приложено напряжение U, накапливает заряд Q на одной стороне и — Q — на другой. Ёмкость здесь в фарадах, напряжение — вольтах, заряд — кулоны. Когда ток силой 1 А протекает через конденсатор ёмкостью 1 Ф напряжение изменяется на 1 В за 1 с.

Одна фарада ёмкость огромная, поэтому обычно применяются микрофарады (мкФ) или пикофарады (пФ). 1Ф = 106 мкФ = 109 нФ = 1012 пФ. На практике используются значения от нескольких пикофарад до десятков тысяч микрофарад. Зарядный ток конденсатора отличается от тока через резистор. Он зависит не от величины напряжения, а от скорости изменения последнего. По этой причине для измерения ёмкости требуются специальные схемные решения, применительно к особенностям конденсатора.

Как сделать прибор для проверки конденсаторов своими руками

Провести измерение емкости можно с помощью несложного прибора. Для него необходимы следующие детали:

источник постоянного тока;
резистор;
конденсатор;
вольтметр.

Эта схема подойдет для проверки электролитических конденсаторов. Нужно выбрать входное напряжение таким, чтобы оно было немного меньше по сравнению с номинальным напряжением конденсатора. Один из выводов конденсатора к источнику питания подсоединяют через резистор. Вольтметр присоединяют к выводам конденсатора.

Схема проверки

После подключения измерителя начинается процесс зарядки конденсатора. Нужно засечь время, в течение которого он будет длиться. Величину сопротивления можно подобрать в значительной степени произвольно. При этом нужно ориентироваться на скорость зарядки. Нужно, чтобы она была такой, которую удобно измерять.

При проведении зарядки на вольтметре можно будет увидеть возрастание напряжения. В какой-то момент оно достигнет предельной величины и перестанет расти. Это будет конечный момент отсчета времени. Для вычисления емкости достаточно воспользоваться формулой: t=RC. В ней известно время и величина сопротивления резистора. Емкость можно определить из соотношения C=t/R.

Использование мультиметра

Проверяют конденсатор на наличие пробоя с помощью схемы самоделки — последовательно соединенной с ним лампочки 40 Вт, включенных в обычную сеть переменного тока. Если лампочка светит в половину накала, то деталь исправна. При ярком свете имеется пробой, при отсутствии — повреждены контакты.

Устройство и характеристики конденсатора

Конструкция конденсатора представляет собой две токопроводящие пластины, разделённые диэлектриком. Если приложить к пластинам напряжение от источника постоянного тока, то ток короткое время будет протекать через конденсатор, и он зарядится. На его пластинах (обкладках) накопится напряжение, равное напряжению источника. Длительность протекания тока и ёмкость его заряда зависят от площади обкладок и расстояния между ними. Ёмкость обозначается буквой С и измеряется в фарадах. Единица измерения в системе СИ – 1Ф (F). Обозначение принято в честь физика из Англии М. Фарадея.

Внимание! Ёмкость 1Ф – очень большая величина. Если рассматривать Землю как уединённый проводник в форме шара, то ёмкость составила бы около 700 мкФ

Поэтому электротехнические элементы измеряют в малых величинах: пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ), микрофарадах (мкФ).

Единицы измерения ёмкости

В цепях постоянного и переменного тока ёмкостной элемент ведёт себя по-разному. Если постоянный ток конденсатор через себя не пропускает, то переменному току, проходящему через него, оказывает определённое сопротивление. Это ещё одна важная характеристика конденсатора – ёмкостное сопротивление RC.

Сопротивление из разряда реактивных сопротивлений, рассчитывается по формуле:

Rс =1/6,28*f*C,

где:

Rc – емкостное сопротивление, Ом;
6,28 – 2 π;
f – частота тока, Гц;
C – емкость данного конденсатора, Ф.

Важно! Как видно из формулы, для токов разной частоты сопротивление одного и того же элемента меняется. Чем выше частота тока, тем ниже ёмкостное сопротивление конденсатора

Различают конденсаторы постоянной и переменной ёмкости. Вторые имеют конструкцию, в результате которой изменяется расстояние между пластинами.

По типу исполнения конденсаторы постоянной ёмкости бывают:

полярные электролитические;
однослойные и многослойные керамические;
высоковольтные керамические;
полиэстеровые;
танталовые;
полипропиленовые конденсаторы.

Конструкция зависит от порядкового разряда ёмкости элемента, применяемого материала для пластин и диэлектрика.

Самодельный С — метр

Не принимая во внимание разные экзотические решения, такие как баллистический гальванометр и мостовые схемы с магазином сопротивлений, изготовить простой прибор или приставку к мультиметру по силам и начинающему радиолюбителю. Широко распространённая микросхема серии 555 вполне подходит для этих целей. Это таймер реального времени со встроенным цифровым компаратором, в данном случае используется как генератор

Это таймер реального времени со встроенным цифровым компаратором, в данном случае используется как генератор.

Частота прямоугольных импульсов задаётся выбором резисторов R1–R8 и конденсаторов С1, С2 переключателем SA1 и равняется: 25 kHz, 2.5 kHz, 250 Hz, 25Hz — соответственно положениям переключателя 1, 2, 3 и 4–8. Конденсатор Сх заряжается с частотой следования импульсов через диод VD1, до фиксированного напряжения. Разряд происходит во время паузы через сопротивления R10, R12–R15. В это время образуется импульс длительностью, зависимой от емкости Сх (больше ёмкость — длиннее импульс). После прохождения интегрирующей цепи R11 C3 на выходе появляется напряжение, соответствующее длине импульса и пропорциональное величине ёмкости Сх. Сюда и подключается (Х 1) мультиметр для измерения напряжения на пределе 200 mV. Положения переключателя SA1 (начиная с первого) соответствуют пределам: 20 пФ, 200 пФ, 2 нФ, 20 нФ, 0.2 мкФ, 2 мкФ, 20 мкФ, 200 мкФ.

Наладку конструкции необходимо делать с прибором, который будет применяться в дальнейшем. Конденсаторы для наладки надо подобрать с ёмкостью, равной поддиапазонам измерений и как можно точнее, от этого будет зависеть погрешность. Отобранные конденсаторы поочерёдно подключаются к Х1. В первую очередь настраиваются поддиапазоны 20 пФ–20 нФ, для этого соответствующими подстроечными резисторами R1, R3, R5, R7 добиваются соответствующих показаний мультиметра, возможно придётся несколько изменить номиналы последовательно включённых сопротивлений. На других поддиапазонах (0.2 мкФ–200 мкФ) калибровка проводится резисторами R12–R15.

Провода, соединяющие резисторы с переключателем должны быть как можно короче, а если позволяет конструкция — размещены на его выводах. Переменные желательно использовать многооборотные, лучше вообще — постоянные, но это не всегда возможно. Тщательнейшим образом необходимо отмыть печатную плату от флюса и другой грязи, иначе паразитные ёмкости и сопротивления между проводниками могут привести к полной неработоспособности изделия.

При выборе источника питания следует учитывать, что амплитуда импульсов напрямую зависит от его стабильности. Интегральные стабилизаторы серии 78хх вполне здесь применимы Схема потребляет ток не более 20–30 миллиампер и конденсатора фильтра ёмкостью 47–100 микрофарад будет достаточно. Погрешность измерений, при соблюдении всех условий, может составить около 5 %, на первом и последнем поддиапазонах, по причине влияния ёмкости самой конструкции и выходного сопротивления таймера, возрастает до 20 %. Это надо учитывать при работе на крайних пределах.

Принцип действия прибора для проверки конденсаторов

Перед тем, как производить измерение, нужно выполнить разрядку конденсатора. Для этого его выводы соединяют друг с другом.

Щупы мультиметра обеспечивают разность потенциалов, которая может быть использована для зарядки конденсатора. По времени зарядки можно приблизительно оценить емкость. Измеряя сопротивление, можно определить наличие повреждений или пробой конденсатора.

Вам это будет интересно Все об проводах для сварки

При измерении параметра ESR используются сложные алгоритмы. В таком тестере используются специальные микросхемы для управления процессом проверки.

Виды конденсаторов

Снижение напряжения пробоя конденсатора

Снижение максимально возможного напряжения – это так называемый обратимый пробой. Его не определить тестером. Но в схеме при работе при номинально допустимом значении напряжения элемент ведёт себя как пробитый. При этом он будет измеряться тестером как рабочий.

Определить можно постепенной подачей напряжения от отдельного источника питания до величины, указанной на корпусе. У неисправного конденсатора пробой будет происходить раньше этой величины. Электролит закипит, и корпус начнёт греться.

Внимание! Если на маркировке стоит значение «60V», то при плавной подаче напряжения на выводы от нуля до 50V элемент должен вести себя нормально. Пробоя быть не должно

Измерение ёмкости конденсаторов с помощью измерительных приборов заводского изготовления или самодельных устройств позволяет производить ремонт и наладку электронных схем. Выявление неисправного конденсатора путём измерения его физических ёмкостных значений сохранит работоспособность электронного устройства и снизит время, затраченное на ремонт.

Что такое тестер конденсаторов

Конденсатор представляет собой радиодеталь, состоящую из двух обкладок, сделанных из проводников и диэлектрического слоя между ними. Электрическая емкость элемента измеряется в фарадах. Эта величина очень большая, поэтому на практике используются микрофарады или пикофарады.

Конденсаторы обычно бывают электролитическими или пленочными. В последних параметры мало меняются с течением времени. У электролитических ситуация другая. Жидкий состав, находящийся внутри, постепенно высыхает, и деталь теряет свои полезные свойства. Часто по внешнему виду нельзя судить по его исправности. Для проверки его нужно выпаивать.

Другая ситуация, когда важно проверить емкость, — это нарушение его работы от различных причин случайного характера — скачков напряжения или работы в условиях повышенной температуры. Неисправный элемент может послужить причиной неисправной работы всего устройства

Чтобы изучить ситуацию, необходимо определить, соответствует ли емкость конденсатора номинальному значению. Для этой цели применяют тестеры конденсаторов.

Они могут быть цифровыми или аналоговыми. Во время проверки может определяться емкость или ESR, параметр, который представляет собой последовательное эквивалентное сопротивление.

В некоторых мультиметрах имеется возможность непосредственной проверки емкости.

ESR-измерители производят определение эквивалентного последовательного сопротивления. Здесь речь идет о реактивном сопротивлении, которое обусловлено емкостью. Оно может существенно возрастать при увеличении частоты. Этот параметр оценивают с помощью сложных алгоритмов. Если он принимает слишком большую величину, то в некоторых ситуациях может быть нарушен температурный режим работы элемента. Это особенно опасно для электролитических элементов.

Вам это будет интересно Особенности набора электрика

Существуют специальные измерители емкости.

ESR-метр

Такой измерительный прибор оснащен жидкокристаллическим дисплеем. У него имеются 2 щупа: красный и черный. Первый считается положительным, второй — отрицательным. Перед тем, как проверять, элемент разряжают, закорачивая выводы друг на друга. Чтобы провести измерение, щупы соединяют с выводами конденсатора. Если используется полярная модель, необходимо при этом учитывать полярность щупов.

Затем прибор включают и через несколько секунд на экране появляются величины емкости и параметра ESR.

Измеритель емкости

Мультиметр

Для определения исправности конденсатора мультиметр можно перевести в режим определения сопротивления. Переключатель нужно установить на 2 МОм или 200 Ком. Нужно подобрать этот параметр таким образом, чтобы зарядка происходила не сразу, а в течение нескольких секунд.

К его выводам элемента, который нужно выпаять из схемы, подключают красный и черный щупы. Теперь необходимо следить за данными на дисплее. Если там 0, то это означает обрыв контактов или другое механическое повреждение. Если tester показывает увеличивающиеся цифры и в конце концов появляется 1, то это говорит о работоспособности детали. Если сразу появляется единица, то это означает, что в конденсаторе произошел пробой.

При использовании аналогового прибора у исправной детали можно будет увидеть постепенное движение стрелки. Мгновенная установка минимального значения говорит об обрыве, а максимального — свидетельствует о пробое.

В мультиметре предусмотрена возможность непосредственного измерения емкости. Для этого нужно установить переключатель аппарата для ее измерения и выбрать наиболее подходящую шкалу. Обычно для контактов конденсатора предусматриваются особые клеммы. Если их нет, надо воспользоваться красным и черными щупами. В последнем случае необходимо воспользоваться такими же клеммами, как при измерении сопротивления.

Если значение емкости равно или близко к номинальному, то элемент исправен и может быть использован. В противном случае он неработоспособен. Считается, что совпадение с разницей не более 20% говорит о радиотехнической пригодности детали.

Протечка электролита

Измерительные приборы

Самым доступным методом замера ёмкости является широко распространённый мультиметр с такой возможностью.

В большинстве случаев, подобные устройства имеют верхний предел измерений в десятки микрофарад, что достаточно для стандартных применений. Погрешность показаний не превышает 1% и пропорциональна ёмкости. Для проверки достаточно вставить выводы конденсатора в предназначенные гнёзда и прочитать показания, весь процесс занимает минимум времени. Такая функция присутствует не у всех моделей мультиметров, но встречается часто с разными пределами измерений и способами подключения конденсатора. Для определения более подробных характеристик конденсатора (тангенса угла потерь и прочих), используются другие устройства, сконструированные для конкретной задачи, не редко являются стационарными приборами.

В схеме измерения, в основном, реализован мостовой метод. Применяются ограничено в специальных профессиональных областях и широкого распространения не имеют.

Емкость конденсатора: виды и применение; принципы работы и маркировка

Конденсатором называется элемент электрической цепи, служащий в качестве накопителя заряда.

Областей применения этого устройства сейчас много, чем и обусловлен их большой ассортимент. Они различаются по материалам, из которых изготовлены, назначению, диапазону основного параметра. Но главной характеристикой конденсатора является его емкость.

Содержание

Принцип работы конденсатора

Конструкция

На схемах конденсатор обозначается в виде двух параллельных линий, не связанных между собой:

Это соответствует его простейшей конструкции — двум пластинам (обкладкам), разделенным диэлектриком. Фактическое исполнение этого изделия чаще всего представляет собой завернутые в рулон обкладки с прослойкой диэлектрика или иные причудливые формы, но суть остается той же самой.

Емкость конденсатора

Электрическая ёмкость – способность проводника накапливать электрические заряды. Чем больше заряд вмещает проводник при данной разности потенциалов, тем больше ёмкость. Зависимость между зарядом Q и потенциалом φ выражается формулой:

C=Q/φ

где Q заряд в кулонах (Кл), φ потенциал в вольтах (В).

Емкость измеряется в фарадах (Ф), что вы помните еще с уроков физики. −12 Ф/м, электрическая постоянная, а ε диэлектрическая проницаемость среды (табличная величина для каждого вещества).

В реальной жизни нам чаще приходится иметь дело не с одним проводником, а с системами таковых. Так, в обычном плоском конденсаторе емкость будет прямо пропорциональна площади пластин и обратно — расстоянию между ними:

C=εε0S/d

ε здесь — диэлектрическая проницаемость прокладки между пластинами.

Емкость параллельных и последовательных систем

Параллельное соединение емкостей представляет собой один большой конденсатор с тем же слоем диэлектрика и суммарной площадью пластин, поэтому общая емкость системы представляет собой сумму таковых у каждого из элементов. Напряжение при параллельном соединении будет одним и тем же, а заряд распределится между элементами схемы.

C=C1+C2+C3

Последовательное соединение конденсаторов характеризуется общим зарядом и распределенным напряжением между элементами. Поэтому суммируется не емкость, а обратная ей величина:

1/C=1/С1+1/С2+1/С3

Из формулы емкости одиночного конденсатора можно вывести, что при одинаковых элементах, соединенных последовательно, их можно представить в виде одного большого с той же площадью обкладки, но с суммарной толщиной диэлектрика.

Свойства конденсатора

Реактивное сопротивление

Конденсатор не может проводить постоянный ток, что видно из его конструкции. В такой цепи он может только заряжаться. Зато в цепях переменного тока он прекрасно работает, постоянно перезаряжаясь. Если не ограничения, исходящие из свойств диэлектрика (его можно пробить при превышении предела напряжения), этот элемент заряжался бы бесконечно (т. н. идеальный конденсатор, что-то вроде абсолютно черного тела и идеального газа) в цепи постоянного тока, а ток через него проходить не будет. Проще говоря, сопротивление конденсатора в цепи постоянного тока бесконечно.

При переменном токе ситуация иная: чем выше частота в цепи, тем меньше сопротивление элемента. 2)/2C

где U напряжение между обкладками, а q накопленный заряд.

Конденсатор в колебательном контуре

В замкнутом контуре, содержащем катушку и конденсатор, может быть сгенерирован переменный ток.

После зарядки конденсатора он начнет саморазряжаться, давая возрастающий по силе ток. Энергия разряженного конденсатора станет равной нулю, зато магнитная энергия катушки — максимальной. Изменение величины тока вызывает ЭДС самоиндукции катушки, и она по инерции пропустит ток в сторону второй обкладки, пока та полностью не зарядится. В идеальном случае такие колебания бесконечны, а в реальности они быстро затухают. Частота колебаний зависит от параметров как катушки, так и конденсатора:

где L индуктивность катушки.

Паразитная индуктивность

Конденсатор может обладать собственной индуктивностью, что можно наблюдать при повышении частоты тока в цепи. В идеальном случае эта величина незначительна, и ей можно пренебречь, но в реальности, когда обкладки представляют собой свернутые пластинки, не считаться с этим параметром нельзя, особенно если речь идет о высоких частотах. В таких случаях конденсатор совмещает в себе две функции, и представляет собой своеобразный колебательный контур с собственной резонансной частотой.

Чтобы добиться корректной работы схемы, рекомендуется применять конденсаторы, у которых резонансная f больше собственной частоты в цепи.

Эксплуатационные характеристики

Помимо указанных выше емкости, собственной индуктивности и энергоемкости, реальные конденсаторы (а не идеальные) обладают еще рядом свойств, которые нужно учитывать при выборе этого элемента для цепи. К ним относятся:

номинальное напряжение,
полярность,
ток утечки,
сопротивление материала обкладок,
диэлектрические потери,
зависимость емкости от температуры.

Чтобы понять, откуда берутся потери, необходимо разъяснить, что представляют собой графики синусоидальных тока и напряжения в этом элементе. Когда конденсатор заряжен максимально, ток в его обкладках равен нулю. Соответственно, когда ток максимален, напряжение отсутствует. То есть напряжение и ток сдвинуты по фазе на угол 90 градусов. В идеале конденсатор обладает только реактивной мощностью:

Q=UIsin 90

В реальности же обкладки конденсатора обладают собственным сопротивлением, а часть энергии расходуется на нагрев диэлектрика, что обуславливает ее потери. Чаще всего они незначительны, но иногда ими пренебрегать нельзя. Основной характеристикой этого явления служит тангенс угла диэлектрических потерь, представляющий собой отношение активной мощности (даваемой малыми потерями в диэлектрике) и реактивной. Измерить эту величину можно теоретически, представив реальную емкость в виде эквивалентной схемы замещения — параллельной или последовательной.

Определение тангенса угла диэлектрических потерь

При параллельном соединении величина потерь определяется отношением токов:

tgδ = Ir/Ic = 1/(ωCR)

В случае последовательного соединения угол вычисляется соотношением напряжений:

tgδ = Ur/Uc = ωCR

В реальности для замеров tgδ пользуются прибором, собранным по мостовой схеме. Его применяют для диагностики потерь в изоляции у высоковольтного оборудования. С помощью измерительных мостов можно измерять и другие параметры сетей.

Номинальное напряжение

Этот параметр указывается на маркировке. Он показывает предельную величину напряжения, которое может быть подано на обкладки. Превышение номинала может привести к пробою конденсатора и выходу его из строя. Зависит этот параметр от свойств диэлектрика и его толщины.

Полярность

Некоторые конденсаторы имеют полярность, то есть в схему его необходимо подключать строго определенным образом. Связано это с тем, что в качестве одной из обкладок используется какой-либо электролит, а диэлектриком служит оксидная пленка на другом электроде. При изменении полярности электролит просто разрушает пленку и конденсатор перестает работать.

Температурный коэффициент емкости

Он выражается отношением ΔC/CΔT где ΔT изменение температуры окружающей среды. Чаще всего эта зависимость линейна и незначительна, но для конденсаторов, работающих в агрессивных условиях, ТКЕ указывается в виде графика.

Разрушение конденсатора

Выход конденсатора из строя обусловлен двумя основными причинами — пробоем и перегревом. И если в случае пробоя некоторые их виды способны к самовосстановлению, то перегрев со временем приводит к разрушению.

Перегрев обусловлен как внешними причинами (нагреванием соседних элементов схемы), так и внутренними, в частности, последовательным эквивалентным сопротивлением обкладок. В электролитических конденсаторах он приводит к испарению электролита, а в оксиднополупроводниковых — к пробою и химической реакции между танталом и оксидом марганца.

Опасность разрушения в том, что часто оно происходит с вероятностью взрыва корпуса.

Техническое исполнение конденсаторов

Классифицировать конденсаторы можно по нескольким группам. Так, в зависимости от возможности регулировать емкость их разделяют на постоянные, переменные и подстроечные. По своей форме они могут быть цилиндрическими, сферическими и плоскими. Можно делить их по назначению. Но самой распространенной классификацией является таковая по типу диэлектрика.

Бумажные конденсаторы

В качестве диэлектрика используется бумага, очень часто промасленная. Как правило, такие конденсаторы отличает большой размер, но были варианты и в небольшом исполнении, без промасливания. Используются в качестве стабилизирующих и накопительных устройств, а из бытовой электроники постепенно вытесняются более современными пленочными моделями.

При отсутствии промасливания имеют существенный недостаток — реагируют на влажность воздуха даже при герметичной упаковке. Промокшая бумага увеличивает энергопотери.

Диэлектрик в виде органических пленок

Пленки могут быть выполнены из органических полимеров, таких как:

полиэтилентерифталат,
полиамид,
поликарбонат,
полисульфон,
полипропилен,
полистирол,
фторопласт (политетрафторэтилен).

По сравнению с предыдущими, такие конденсаторы имеют более компактные размеры, не увеличивают диэлектрические потери при увеличении влажности, но многие из них подвергаются риску выхода из строя при перегреве, а те, что этого недостатка лишены, отличаются более высокой стоимостью.

Твердый неорганический диэлектрик

Это может быть слюда, стекло и керамика.

Преимуществом этих конденсаторов считается их стабильность и линейность зависимости емкости от температуры, приложенного напряжения, а у некоторых — даже от радиации. Но иногда сама такая зависимость становится проблемой, и чем она менее выражена, тем дороже изделие.

Оксидный диэлектрик

С ним выпускаются алюминиевые, твердотельные и танталовые конденсаторы. Они имеют полярность, поэтому выходят из строя при неправильном подключении и превышении номинала напряжения. Но при этом они обладают хорошей емкостью, компактны и стабильны в работе. При правильной эксплуатации могут работать около 50 тыс. часов.

Вакуум

Такие устройства представляют собой стеклянную или керамическую колбу с двумя электродами, откуда выкачан воздух. В них практически отсутствуют потери, но малая емкость и хрупкость ограничивают сферу их применения радиостанциями, где величина емкости не так важна, а вот устойчивость к нагреву имеет принципиальное значение.

Двойной электрический слой

Если посмотреть, для чего нужен конденсатор, то можно понять, что этот тип — не совсем он. Скорее, это дополнительный или резервный источник питания, в качестве чего они и используются. Одни категория таких устройств — ионисторы — содержат в себе активированный уголь и слой электролита, другие работают на ионах лития. Емкость этих приборов может составлять до сотен фарад. К их недостаткам можно отнести высокую стоимость и активное сопротивление с токами утечки.

Маркировка конденсаторов

Каким бы ни был конденсатор, есть два обязательным параметра, которые должны быть отражены в маркировке — это его емкость и номинальное напряжение.

Помимо этого, на большинстве из них существует цифро-буквенное обозначение его характеристик. В соответствии с российскими стандартами конденсаторы маркируются четырьмя знаками.

Первая буква К означает «конденсатор», следующая цифра — вид диэлектрика, далее следует указатель назначения в виде буквы, последний значок может означать как тип конструкции, так и номер разработки, это уже зависит от завода-изготовителя. Третий пункт часто пропускается. Используется такая маркировка на достаточно крупных изделиях, где ее можно разместить. По ГОСТ расшифровка будет выглядеть так:

Первые буквы:

К — конденсатор постоянной емкости.
КТ — подстроечник.
КП — конденсатор переменной емкости.

Вторая группа — тип диэлектрика:

1, 61 вакуум,
2, 60 воздух,
3 газ,
4 твердый,
10, 15 керамика,
20 кварц,
21 стекло,
22 стеклокерамика,
23 стеклоэмаль,
31, 32 слюда,
40, 41, 42 бумага,
50 алюминиевый электролитический,
51 танталовый,
52 объемно-пористый,
53, 54 оксидные,
71 полистирол,
72 фторопласт,
73 ПЭТ,
75 комбинированный,
76 лак и пленка,
77 поликарбонат.

На маленьких конденсаторах всего этого не разместить, поэтому там применяется сокращенная маркировка, которая с непривычки может даже потребовать калькулятора, а иногда — лупу. В этой маркировке зашифрованы емкость, номинал напряжения и отклонения от основного параметра. Остальные параметры наносить нет смысла: это, как правило, керамические конденсаторы.

Маркировка керамических конденсаторов

Иногда с ними все просто — емкость отмечена числом и единицами: pF — пикофарад, nF — нанофарад, μF микрофарад, mF — миллифарад. То есть, надпись 100nF можно читать прямо. Номинал, соответственно, числом и буквой V. Но иногда не умещается и это, потому применяют сокращения. Так, часто емкость умещается в трех цифрах (103, 109 и т. д.), где последняя означает число нулей, а первые две — емкость в пикофарадах. Если в конце стоит цифра 9, значит, нулей нет, а между первыми двумя ставят запятую. При цифре 8 на конце запятую переносят еще на один знак назад.

Например, обозначение 109 расшифровывается как 1 пикофарад, а 100–10 пикофарад, 681–680 пикофарад, или 0,68 нанофарад, а 104- 100 тыс. -12 Ф.

На устройствах SMD емкость в пикофарадах обозначает буква, а цифра после нее — степень 10, на которую надо умножить это значение.

буква	C	буква	C	буква	C	буква	C
A	1	J	2,2	S	4,7	a	2,5
B	1,1	K	2,4	T	5,1	b	3,5
C	1,2	L	2,7	U	5,6	d	4
D	1,3	M	3	V	6,2	e	4,5
E	1,5	N	3,3	W	6,8	f	5
F	1,6	P	3,6	X	7,5	m	6
G	1,8	Q	3,9	Y	8,2	n	7
Y	2	R	4,3	Z	9,1	t	8

Номинальное рабочее напряжение таким же образом может маркироваться буквой, если полностью его написать проблематично. В России принят следующий стандарт буквенного обозначения номинала:

буква	V	буква	V
I	1	K	63
R	1,6	L	80
M	2,5	N	100
A	3,2	P	125
C	4	Q	160
B	6,3	Z	200
D	10	W	250
E	16	X	315
F	20	T	350
G	25	Y	400
H	32	U	450
S	40	V	500
J	50

Несмотря на списки и таблицы, лучше все-таки изучить кодировку конкретного производителя — в разных странах они могут отличаться.

К некоторым конденсаторам прилагается более развернутое описание их характеристик.

Емкость конденсатора

Как измерить емкость с помощью цифрового мультиметра?

Для точного измерения емкости конденсатора вам потребуются дорогие инструменты, такие как измеритель LCR, который может точно измерять индуктивность (L), емкость (C) и сопротивление (R), при этом учитывая различные параметры, такие как частота. Цифровой мультиметр (DMM) также может измерять емкость с некоторой точностью, но их диапазон очень мал.

Содержание

Емкость

Емкость — это способность конденсатора накапливать энергию в виде электрического заряда. Он хранит его между двумя проводящими пластинами, разделенными диэлектрической пленкой.

Измеряется в фарадах. Емкость в один фарад равна одному кулону заряда, накопленного в конденсаторе при приложении разности потенциалов в один вольт. Один фарад — очень большая единица. Поэтому емкость обычно измеряют в микрофарадах (мкФ) и миллифарадах (мФ).

Связанная статья: Как проверить конденсатор с помощью цифрового и аналогового мультиметра — 6 методов

Принцип работы

Мультиметр измеряет емкость, заряжая конденсатор известным током. В основном он измеряет скорость нарастания напряжения на конденсаторе. Скорость напряжения обратно пропорциональна емкости.

I _C = C dV/dt

Где

I _C = Ток конденсатора (известный ток, подаваемый счетчиком)
С = Емкость
dV/dt = Скорость изменения напряжения

Если напряжение растет медленно, емкость велика, и наоборот. Цифровые мультиметры не поддерживают более широкий диапазон измерений емкости.

Осторожно

Конденсаторы сохраняют заряд даже после отключения источника питания. Важно разрядить конденсатор, прежде чем прикасаться к нему или подключать его к измерителю.

Прежде всего, снимите блок питания, подключенный к схеме. Чтобы безопасно разрядить конденсатор, подключите резистор к его клеммам. У приличного конденсатора достаточно заряда, чтобы ударить человека током, и он может повредить счетчик, разрядившись через его внутреннюю цепь.

Похожие сообщения:

Как измерить ток с помощью цифрового и аналогового мультиметра?
Как измерить напряжение с помощью цифрового и аналогового мультиметра?

Измерение емкости

Емкость можно измерить с помощью недорогих цифровых мультиметров с измерением емкости «-|(-» или «F». Он может дать приблизительные показания, которые не очень точны. Для точных измерений используется измеритель LCR. что очень дорого, и они могут даже измерить емкость, когда конденсатор находится на плате, используя ESR (эквивалентное последовательное сопротивление)

Как вы знаете, используя цифровой или аналоговый мультиметр, мы можем измерять несколько электрических величин, таких как напряжение, ток, сопротивление, емкость, частота, температура, непрерывность и т. д., а также тестировать электрические и электронные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы. а также кабели и провода и т. д. В следующем руководстве по мультиметру мы покажем, как измерить точное значение емкости конденсатора с помощью цифрового мультиметра.

Метод 1:

Вот пошаговое руководство по измерению емкости с помощью цифрового мультиметра

Прежде всего, отключите питание, подаваемое на цепь. Убедитесь, что питание отключено, измерив напряжение на нем. Он должен показывать 0 вольт.
Выполните визуальный осмотр конденсатора. Неисправный конденсатор может иметь утечку, вздутие и трещину. Замените, если он неисправен, или выполните следующий шаг.

Безопасно разрядите конденсатор, подключив резистор к его клемме. Используйте соответствующий резистор (резистор 5 Вт) для безопасного разряда.

Если конденсатор находится в цепи, осторожно удалите его любым способом. Это дает неточные показания в цепи из-за других параллельных компонентов.

Поверните циферблат на символ емкости «-|(-» или «F». Нажмите кнопку «shift», чтобы активировать дополнительную функцию, если она находится на том же месте, что и другая функция.

Выберите приблизительные настройки диапазона с помощью циферблата. Некоторые цифровые мультиметры имеют функцию автоматического выбора диапазона.
Вставьте черный щуп в порт «COM», а красный щуп в правильный красный порт, отмеченный «-|(-».

Примечание. Некоторые цифровые мультиметры имеют специальные порты для размещения конденсатора, как показано на рисунке ниже.

Нажмите кнопку «REL» (если она есть на вашем глюкометре). Это вычтет емкость измерительных проводов. Это помогает в доказательстве точного и точного чтения для небольшой емкости.

Подсоедините черный провод к отрицательному (-), а красный к положительному (+) выводу конденсатора.

Неполярный конденсатор не имеет полярности. Полярный конденсатор имеет некоторую идентификацию отрицательного и положительного выводов, например, «a — отмеченная полоса рядом с отрицательным выводом» или «более длинная ножка — положительный вывод».

Счетчик начнет заряжать конденсатор. Поэтому подождите, пока показания на дисплее не станут стабильными. Если он показывает «OL», увеличьте диапазон измерителя.

Если он по-прежнему показывает «OL», емкость выходит за пределы допустимого диапазона прибора или конденсатор неисправен.
По завершении измерения снимите сначала красные щупы, а затем черные щупы.
Выключите мультиметр или поверните ручку на измерение напряжения.

Похожие сообщения:

Как измерить сопротивление с помощью цифрового и аналогового мультиметра?
Как измерить частоту с помощью мультиметра?

Способ 2:

Для этого вам понадобится батарея (напряжение ниже номинального напряжения нужного конденсатора), известный номинал резистора (например, 10 кОм), секундомер и мультиметр. Как правило, номинальное напряжение указано на паспортной табличке конденсатора. Мы зарядим конденсатор примерно на 63,2% от напряжения питания и зафиксируем показание.

Для этого выполните следующие действия

Отсоедините и полностью разрядите конденсатор
Подключите 10 кОм последовательно с положительными клеммами аккумулятора и конденсатора.
Подключите батарею 9 В и мультиметр к конденсатору для зарядки и включите секундомер.
Когда мультиметр показывает 5,7 В, остановите часы и запишите показания в секундах.
Теперь следуйте следующему примеру, чтобы узнать значение емкости.

Например, у нас есть конденсатор на 16 В, номинал 470 мкФ. если напряжение питания составляет 9 В , то 63,2% напряжения питания составляет около 5,7 В . Начнем заряжать конденсатор и заодно запустим секундомер. Когда мультиметр покажет 5,7 В, мы остановим секундомер и отметим время в секундах.

Допустим, время составило 4,7 секунды.

Теперь примените формулу постоянной времени для расчета значения емкости.

τ = RC

C = τ / R

Где: C — емкость, R — сопротивление в омах, τ — время в секундах.

Ввод значений

C = τ / R
C = 4,7 с/10000 Ом
C = 4,7 с/10000 Ом
С = 0,00047
С = 47 мФ
Кл = 470 мкФ

Важные моменты

Не прикасайтесь к кончикам измерительных проводов при измерении емкости. Это может привести к ошибкам в чтении.
Некоторые мультиметры не используют измерительные провода для измерения емкости. Для этого есть специальные порты.
Не закорачивайте клеммы для разрядки конденсатора. Это может повредить конденсатор. Используйте резистор.
Не забывайте о полярности поляризованных конденсаторов.
Не измеряйте емкость, если конденсатор подключен к цепи. Хотя измеритель LCR можно использовать для измерения емкости в цепи.
Аналоговый мультиметр не имеет источника питания для подачи постоянного тока. Следовательно, он не может измерить емкость. Тем не менее, его можно использовать для проверка конденсатора .
Если на нем есть трещины, вздутия или протечки. Не заряжайте его, он может взорваться, так как он неисправен.
Цифровой мультиметр не может обеспечить точное измерение, но дает приблизительные показания.
Используйте режим «REL» для очень малой емкости, чтобы получить более точные показания.
Измеритель LCR используется для точного и точного измерения емкости.

Похожие сообщения:

Как выполнить проверку непрерывности с помощью мультиметра?
Как проверить реле? Проверка реле SSR и катушки?

Важность измерения емкости

Конденсаторы имеют ограниченный срок службы, и их емкость уменьшается при непрерывном использовании. Это может повлиять на работу компонентов системы и в крайнем случае может привести к ее взрыву.

Измерение емкости говорит нам о фактическом состоянии конденсатора.
Сообщает, неисправен ли конденсатор. Неисправный конденсатор может быть коротким, открытым или иметь меньшую емкость, чем ожидалось.
На конденсаторах указан номинал. Их следует проверять, если значение попадает в его диапазон. Если нет, то они неисправны.
Неисправный конденсатор может вызвать сбой в системе.
Короткое замыкание конденсатора может привести к взрыву других компонентов, если они не защищены предохранителем.
Разомкнутый конденсатор может прервать подачу питания на другие компоненты.
Двигатель с конденсаторным пуском не может запуститься из-за неисправного конденсатора.
Однофазный двигатель может работать медленнее и шумнее из-за неисправного конденсатора.
Блок коррекции мощности не может работать должным образом, если ухудшается емкость одного из конденсаторов.
Физически изношенный конденсатор может взорваться.

Примечание. Этот пост был опубликован на сайте www.electricaltechnology.org

Связанные учебные пособия

Код конденсатора: как определить стоимость керамических конденсаторов?
Как проверить аккумулятор с помощью тест-метра?
Как проверить и исправить дефекты печатной платы (PCB)?
Как проверить диод с помощью цифрового и аналогового мультиметра
Как проверить транзистор мультиметром (DMM+AVO)
Как тестировать электрические и электронные компоненты и устройства с помощью мультиметра
Основные инструменты для электротехники и электроники
Как найти подходящий размер кабеля и провода для установки электропроводки?
Как подобрать розетки, розетку и выключатель подходящего размера?
Как подобрать автоматические выключатели нужного размера?
Как рассчитать номинал резистора для светодиода?
Как рассчитать время зарядки аккумулятора и ток зарядки? Пример
Как найти правильный размер заземляющего проводника, заземляющего провода и заземляющих электродов?
Калькулятор цветового кода резистора – расчет 3-, 4-, 5- и 6-полосных резисторов
Как найти номинал сгоревшего резистора? (4 метода)

Показать полную статью

Связанные статьи

Кнопка «Вернуться к началу»

US Tech Online -> Точное измерение чрезвычайно низких значений емкости

Многофункциональный мультиметр LCR-Reader-MPA компании Siborg System.

Майкл Обрехт, доктор философии, Siborg Systems
Существует три основных способа измерения емкости: заряд/разряд постоянным током, характеристика переменного тока и мостовые методы. Первый метод применим только к RC, а два последних — к измерениям LCR.

Первый способ реализуется зарядкой и разрядкой конденсатора известным током и измерением скорости нарастания результирующего напряжения; чем медленнее скорость нарастания, тем больше емкость.

Метод отклика для измерения емкости осуществляется путем пропускания известного высокочастотного переменного тока через устройство и регистрации результирующего напряжения на нем. Из их отношения рассчитывается величина импеданса.

Фазовый угол между напряжением и током также измеряется в сочетании с импедансом, эквивалентной емкостью или индуктивностью, и может быть рассчитано сопротивление. В более сложных приборах используются другие методы, такие как мостовая схема, в которой измеряемый компонент помещается в мостовую схему.

Путем изменения значений другой ветви моста определяется значение неизвестного импеданса. Этот косвенный метод измерения импеданса обеспечивает очень хорошую точность. Мост обычно также может измерять паразитное сопротивление, а также емкость и индуктивность.

LCR-Reader-MPA от Siborg предлагает только методы зарядки/разрядки постоянным током и методы отклика переменным током. Первый метод более эффективен в диапазоне от 1 мФ до 1 Ф, в то время как другой демонстрирует превосходную базовую точность 0,1% для значений емкости от 0,1 пФ до 1 мФ.

Работа мультиметра
Как видно из блок-схемы, при работе LCR-Reader-MPA на ИУ, подключенное в точках А и В, подается напряжение от источника напряжения через ограничительный резистор 100 Ом. Амплитуда и частота тестового сигнала регулируются.

Также возможно подать положительное или отрицательное напряжение постоянного тока на тестируемое устройство. Падение напряжения на ИУ измеряется Dau. Падение напряжения на резисторе Rj, измеряемое DAj, пропорционально току, протекающему через измеряемый компонент.

После оцифровки сигналов АЦП импеданс вычисляется по формуле импеданс ИУ Z = Rj* Vau/Vaj. Исходные значения импеданса (смещения), полученные при калибровке с открытыми и короткими щупами, сохраняются в энергонезависимой памяти прибора и учитываются при расчете импеданса измеряемой составляющей. Это устраняет смещения из-за внутренних паразитных характеристик устройства. В автоматическом режиме прибор автоматически выбирает оптимальную частоту и схему замещения для измерений.

Блок-схема LCR-Reader-MPA во время работы.

Пользователи также могут вручную выбрать режим измерения, а частоту тестового сигнала можно выбрать в диапазоне фиксированных значений от 100 Гц до 100 кГц. Испытательное напряжение может быть установлено на 1,0, 0,5 и 0,1 В (среднеквадратичное значение).

Путем пропускания постоянного тока через измеряемый компонент можно измерить напряжение и ток. По закону Ома рассчитывается сопротивление постоянному току (RDC). Подачей постоянного напряжения в прямом и обратном направлении обнаруживаются диоды и определяется полярность p-n перехода.

Для конденсаторов емкостью более 40 мФ емкость рассчитывается с использованием изменения напряжения на измеренном конденсаторе при его зарядке в течение определенного интервала времени и приложенного тока. Принцип работы частотомера основан на подсчете импульсов опорного генератора между двумя рампами входного сигнала за определенный период. При этом также подсчитывается количество периодов входного сигнала.

Затем вычисляется частота путем деления количества периодов входного сигнала на количество импульсов от опорного генератора и умножения на частоту опорного генератора. По сути, принцип измерения напряжения основан на сравнении входного сигнала с опорным напряжением.

Калибровка смещения емкости
Siborg также предлагает калибровочную плату смещения емкости, которая обеспечивает надежный метод определения паразитного смещения между измерительными выводами. Макет печатной платы использует отверстия для представления компонентов различных размеров.

После надлежащего проведения открытой калибровки прибора для конкретного размера компонента можно производить абсолютные измерения значений компонентов с точностью до трех фемтофарад.

Например, открытая калибровка была выполнена с размером компонента, установленным на 2920 (7,4 мм между кончиками пинцета). Результаты различаются незначительно, в зависимости от расстояния между кончиками пинцета и их окружением. Поднесение руки к пинцету может привести к смене нескольких фемтофарад.

На практике при использовании компонента 01005 и расстояния между концами пинцета 0,4 мм измеренная емкость составляет 0,249 пикофарад. 0201 с расстоянием между кончиками пинцета 0,6 мм показывает значение 0,225 пикофарад. Другим примером является значение измерения 0,177 пикофарад для компонента 0402 с 1 мм между кончиками пинцета.

Компания Siborg Systems разрабатывает и производит цифровые мультиметры с 2004 года. Основной линейкой продуктов компании являются мультиметры LCR-Reader, которые являются универсальными и точными пинцетами и обеспечивают базовую точность 0,1 процента для измерений L-C-R.

Контактное лицо: Siborg Systems, Inc., 24 Combermere Crescent, Waterloo, Ontario, N2L 5B1, Canada 519-888-9906 Электронная почта: [email protected] Web: http://www.siborg.com Конденсатор Формула

Электричество и магнетизмЭлектроника

емкость конденсатора

Емкость конденсатора – это способность конденсатора сохранять электрический заряд на единицу напряжения на своих обкладках конденсатора. Емкость находится путем деления электрического заряда на напряжение по формуле C=Q/V. Его единицей является Фарада.

Формула

Его формула выглядит следующим образом:

C=Q/V

Где C — емкость, Q — напряжение, а V — напряжение. Мы также можем найти заряд Q и напряжение V, переформулировав приведенную выше формулу следующим образом:

Q=CV

V=Q/C

Фарад — единица измерения емкости. Один фарад — это величина емкости, когда один кулон заряда хранится с одним вольтом на его пластинах.

Большинство конденсаторов, используемых в электронике, имеют емкость, указанную в микрофарадах (мкФ) и пикофарадах (пФ). Микрофарад — это одна миллионная часть фарада, а пикофарад — одна триллионная часть фарада.

Какие факторы влияют на емкость конденсатора?

Зависит от следующих факторов:

Площадь пластин

Емкость прямо пропорциональна физическому размеру пластин, определяемому площадью пластин, A. Большая площадь пластины дает большую емкость и меньшую емкость. На рис. (а) показано, что площадь пластины конденсатора с параллельными пластинами равна площади одной из пластин. Если пластины перемещаются относительно друг друга, как показано на рис. (b), площадь перекрытия определяет эффективную площадь пластины. Это изменение эффективной площади пластины является основным для определенного типа переменного конденсатора.

Разделение пластин

`Емкость обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Разделение пластин обозначено буквой d, как показано на рис. (а). Чем больше расстояние между пластинами, тем меньше емкость, как показано на рис. (b). Как обсуждалось ранее, напряжение пробоя прямо пропорционально расстоянию между пластинами. Чем дальше разнесены пластины, тем больше напряжение пробоя .

Диэлектрическая проницаемость материала

Как известно, изоляционный материал между обкладками конденсатора называется диэлектриком. Диэлектрические материалы имеют тенденцию уменьшать напряжение между пластинами для данного заряда и, таким образом, увеличивать емкость. Если напряжение фиксировано, из-за присутствия диэлектрика может быть сохранено больше заряда, чем без диэлектрика. Мера способности материала создавать электрическое поле называется диэлектрической проницаемостью или относительной диэлектрической проницаемостью и обозначается знаком ∈ 9.0027 р .

Емкость прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости. Диэлектрическая проницаемость вакуума определяется как 1, а диэлектрическая проницаемость воздуха очень близка к 1. Эти значения используются в качестве справочных, и все другие материалы имеют значения εr, указанные по отношению к вакууму или воздуху. Например, материал с εr=8 может иметь емкость, в восемь раз превышающую емкость воздуха, при прочих равных условиях.

Диэлектрическая проницаемость ∈r безразмерна, поскольку является относительной мерой. Это отношение абсолютной диэлектрической проницаемости материала,∈r, к абсолютной диэлектрической проницаемости вакуума,∈ ₀ , что выражается следующей формулой:

∈ _r =∈/∈ ₀

Ниже приведены некоторые распространенные диэлектрические материалы и типичные диэлектрические постоянные для каждого из них. Значения могут варьироваться, поскольку зависят от конкретного состава материала.

Материал Типичные значения ∈R

воздух 1.0
Тефлон 2,0
Бумага 2.5
Масло 4.0
MICA 5,0
Стекло 7,5
Ceramic 1200

Диэлектрическая проницаемость ∈R безразличия, поскольку она является относительной мерой. Это отношение абсолютной диэлектрической проницаемости материала,∈r, к абсолютной диэлектрической проницаемости вакуума,∈0, выражаемое следующей формулой:

∈r=∈/∈0

8,85×10-12 Ф/м.

Формула емкости в пересчете на физические параметры

Вы видели, что емкость напрямую связана с площадью пластины, A, и диэлектрической проницаемостью,εr, и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами, d. Точная формула для расчета емкости через эти три величины: m)

Производная емкость плоского конденсатора

Рассмотрим конденсатор с плоскими пластинами. Размер пластины большой, а расстояние между пластинами очень маленькое, поэтому электрическое поле между пластинами однородно.

Электрическое поле ‘E’ между плоским конденсатором равно:

отношение плоского конденсатора

Емкость цилиндрических конденсаторов физика

Рассмотрим цилиндрический конденсатор длиной L, образованный двумя коаксиальными цилиндрами радиусов ‘a’ и ‘b ‘.Предположим, что L >> b такое, что на концах цилиндров нет окантовывающего поля.

Пусть «q» — заряд конденсатора, а «V» — разность потенциалов между пластинами. Внутренний цилиндр заряжен положительно, а внешний цилиндр заряжен отрицательно. Мы хотим найти выражение для емкости цилиндрического конденсатора. Для этого рассмотрим цилиндрическую гауссову поверхность радиуса r такую, что a<

Если «E» — напряженность электрического поля в любой точке цилиндрической гауссовой поверхности, то по закону Гаусса:

Если «V» — разность потенциалов между пластинами, то

Это соотношение для емкости цилиндрический конденсатор.