Как выглядят конденсаторы. Как устроены и работают конденсаторы: полное руководство

Что такое конденсатор и как он работает. Из каких частей состоит конденсатор. Какие бывают типы конденсаторов. Для чего используются конденсаторы в электронике. Как измерить емкость конденсатора.

Что такое конденсатор и как он устроен

Конденсатор — это электронный компонент, способный накапливать и хранить электрический заряд. Он состоит из двух проводящих пластин, разделенных диэлектриком (изолятором). Когда к пластинам подается напряжение, на них накапливаются противоположные заряды, создавая электрическое поле в диэлектрике. Это позволяет конденсатору запасать энергию.

Основные части конденсатора:

• Две проводящие пластины (обкладки)
• Диэлектрик между пластинами
• Выводы для подключения к цепи
• Корпус (у некоторых типов)

Емкость конденсатора зависит от площади пластин, расстояния между ними и свойств диэлектрика. Чем больше площадь и меньше расстояние, тем выше емкость.

Принцип работы конденсатора

Как работает конденсатор при зарядке и разрядке?

1. При подключении к источнику напряжения электроны перетекают с одной пластины на другую
2. На пластинах накапливаются противоположные заряды
3. В диэлектрике создается электрическое поле
4. При отключении источника заряд сохраняется на пластинах
5. При замыкании цепи конденсатор разряжается, отдавая накопленную энергию

Таким образом, конденсатор способен быстро накапливать заряд и так же быстро отдавать его в нагрузку. Это свойство определяет области применения конденсаторов.

Основные характеристики конденсаторов

Ключевые параметры конденсаторов:

• Емкость — способность накапливать заряд, измеряется в фарадах (Ф)
• Рабочее напряжение — максимально допустимое напряжение
• Ток утечки — малый ток, протекающий через диэлектрик
• Температурный коэффициент емкости
• Тангенс угла потерь
• Импеданс — полное сопротивление на переменном токе

Емкость — основная характеристика, определяющая накопительные свойства конденсатора. Типичные значения от пикофарад до микрофарад. Рабочее напряжение также важно учитывать при выборе конденсатора для схемы.

Типы конденсаторов

Существует множество разновидностей конденсаторов, различающихся конструкцией и применяемыми материалами:

• Керамические
• Пленочные
• Электролитические
• Танталовые
• Слюдяные
• Бумажные
• Воздушные
• Вакуумные

Наиболее распространены керамические и электролитические конденсаторы. Керамические имеют небольшую емкость, но стабильны. Электролитические обладают большой емкостью при малых размерах.

Применение конденсаторов в электронике

Конденсаторы широко используются в электронных устройствах для различных целей:

• Накопление энергии
• Фильтрация сигналов
• Сглаживание пульсаций
• Разделение постоянной и переменной составляющих
• Создание резонансных контуров
• Задержка сигналов
• Подавление помех

Например, в блоках питания конденсаторы сглаживают пульсации выпрямленного напряжения. В радиоприемниках входят в состав колебательных контуров. В цифровой технике обеспечивают развязку по питанию.

Как измерить емкость конденсатора

Для измерения емкости конденсатора используются специальные приборы — измерители емкости или мультиметры с функцией измерения емкости. Процесс измерения:

1. Разрядите конденсатор перед измерением
2. Подключите щупы прибора к выводам конденсатора
3. Выберите подходящий диапазон измерения
4. Считайте показания с дисплея
5. При необходимости повторите измерение несколько раз

Важно соблюдать полярность при измерении полярных конденсаторов. Для повышения точности желательно использовать специализированные измерители емкости.

Маркировка конденсаторов

На корпусе конденсатора обычно указываются его основные параметры:

• Номинальная емкость
• Допустимое отклонение емкости
• Рабочее напряжение
• Температурный коэффициент (для керамических)
• Полярность (для электролитических)

Емкость может указываться в явном виде или кодироваться. Например, 104 означает 10*104 пФ = 100 нФ. Буквенный код показывает допуск. Важно правильно расшифровывать маркировку при выборе конденсаторов.

Неисправности конденсаторов

Основные виды неисправностей конденсаторов:

• Пробой диэлектрика
• Обрыв внутренних соединений
• Изменение емкости
• Увеличение тока утечки
• Вздутие корпуса электролитических конденсаторов

Неисправные конденсаторы могут вызывать сбои в работе устройств. Для диагностики используются визуальный осмотр и измерение параметров. При обнаружении дефектов конденсатор подлежит замене.

Как проверить конденсаторы. Обучающее видео

Привет!

В прошлом выпуске мы разобрались с тем, как выглядят резисторы и как их правильно опознавать.
Сегодня поговорим о следующей по важности детали из списка радиоэлектронных компонентов — конденсаторе.

Конденсатор — элемент, способный запасать в себе энергию. Этот элемент состоит из металлических пластинок, присоединенных к внешним выводам, и непроводящему слою диэлектрика между ними. Его основное назначение — быстро запасти определенный заряд, а потом быстро его отдать в нагрузку.

Поскольку основное назначение конденсатора — запасать энергию, характеристика, которая за это отвечает —

емкость. Чем больше емкость, тем больше энергии «поместится» в конденсатор.

Вторая главная характеристика — максимальное допустимое напряжение. Она показывает, сколько вольт можно максимально подать на конденсатор. Если прикладываемое напряжение значительно меньше допустимого — ничего страшного и даже хорошо, срок службы конденсатора увеличится. Если же напряжение в цепи больше, чем допускает конденсатор — большой риск его электрического пробоя, после чего внутри получится короткое замыкание.

Чем меньше расстояние между пластинками конденсатора, тем больше получается его емкость. Но при этом маленькое расстояние хуже противостоит большому напряжению. Поэтому, например, электролитические конденсаторы одного размера могут быть либо большой емкости, но для небольшого напряжения, либо с маленькой емкостью, но большим допустимым напряжением.

Еще одна немаловажная характеристика — внутреннее сопротивление конденсатора. Оно же

ESR (Equivalent series resistance — Эквивалентное последовательное сопротивление). Схематически это выглядит так: любой физический конденсатор на схеме можно нарисовать как идеальный конденсатор и последовательно с ним резистор, величина которого и есть внутренним сопротивлением, ESR. Любой конденсатор обладает внутренним сопротивлением из-за материалов изготовления, сопротивления своих обложек и других факторов). От этого значения зависит максимальный отдаваемый ток, скорость разряда, эффективность подавления помех, нагрев самого конденсатора в процессе работы. Чем этот параметр меньше — тем лучше.

Рассмотрим основные типы существующих конденсаторов:

Электролитические. За счет жидкого электролита внутри они обладают большой емкостью. Но при этом плохо работают на больших частотах, и обладают важным свойством — полярностью. То есть у них есть плюс и минус. Если перепутать полярность питания — электролит начнет кипеть, расширяться и в итоге разорвет конденсатор.

Отдельно выделяются низкоимпедансные, или Low ESR модели. Это электролитические конденсаторы с уменьшенным внутренним сопротивлением, о котором мы вспомнили ранее. Керамические, которые в свою очередь делятся на однослойные дисковые и многослойные. Первые обычно рассчитаны на высокие напряжения, вторые имеют бОльшую емкость. У них между обложками расположена керамическая пластинка-изолятор. За счет этого при маленьких размерах можно добиться довольно большой емкости и допустимого напряжения. Хорошо работают в качестве помехоподавляющих, однако емкость сильно зависит от температуры и прикладываемого напряжения.

Пленочные. В них роль изолятора играет слюдяная, полипропиленовая, полистирольная или другая эластичная пленка. Самые распространенные благодаря своей универсальности и надежности.

Аудиоконденсаторы (Hi-End) — пленочного типа, разрабатываются специально для применения в аудиоаппаратуре. Имеют минимальное внутреннее сопротивление и не искажают звуковые сигналы, благодаря этому передают чистый, максимально качественный звук. Такие конденсаторы являются неотъемлемой частью дорогой Hi-Fi аппаратуры.

Танталовые. Уникальны из-за того, что обладают свойством самовосстанавливаться после пробоя и других негативных воздействий, очень долго сохраняют работоспособность и не теряют свойств. (картинка)

Пусковые. В общем случае это пленочные конденсаторы, а называются так, потому что используются для запуска и работы трехфазных электрических двигателей.

Как проверить, рабочий ли конденсатор?

Базовую работоспособность можно проверить с помощью мультиметра. Для полной проверки, включая внутреннее сопротивление, понадобится ESR-метр.

При проверке исправности конденсатора сначала можно измерить его сопротивление. Нужно установить самый большой предел измерений. Сопротивление должно постепенно увеличиваться, и в итоге достигнуть бесконечности. Если оно остановилось на каком-то значении — у конденсатора большой ток утечки, что свидетельствует либо о его плохом качестве, либо о повреждении диэлектрика (пробое). Такой конденсатор использовать нельзя. Кстати, нагляднее всего это делать на аналоговом мультиметре, хотя и цифровой тоже подходит.

Если сопротивление конденсатора равно нулю — внутри него короткое замыкание, что тоже есть явной поломкой.

Если ваш мультиметр имеет функцию измерения емкости — можно более детально изучить состояние конденсатора. Если емкость значительно больше, чем заявленная — расстояние между обложками где-то уменьшилось, например, вследствии механического воздействия.

А значит, уменьшилось и допустимое напряжение конденсатора. Такой конденсатор хоть и можно дальше использовать, но лучше заменить.

Если емкость меньше, чем должна быть — это тоже чревато ухудшением свойств конденсатора. В случае с электролитическими это означает, что внутри них «высох» электролит, и они уже не обладают нужными свойствами, хуже держат заряд и имеют высокое внутреннее сопротивление. Проверить какой-то конденсатор прямо на плате, как правило, проблематично и часто невозможно, потому что другие компоненты вокруг него сильно влияют на результаты замеров.

Но по внешнему виду тоже можно найти проблему. Чаще всего проблемы возникают в электролитах. Достаточно поискать конденсаторы со вздувшимся верхом — их без сомнений нужно заменять. Верхушка вздувается из-за того, что электролит либо улетучивается сам по себе и расширяется, либо он сильно нагревается в процессе работы, кипит и превращается в газ.

Дальше стоит «прозвонить» все конденсаторы. Если где-то мультиметр показывает короткое замыкание, а по схеме его не должно быть — стоит перестраховаться и выпаять конденсатор, проверив его отдельно.

В этом видео мы рассказали вам основные свойства конденсаторов, их применение и методы быстрой проверки. Надеемся, вы узнали что-то новое и полезное для себя.

Большой выбор конденсаторов в нашем интернет-магазине позволяет вам подобрать любую модель для замены вышедшей из строя или для проектирования разных самодельных конструкций.
А все актуальные ценовые предложения, акции и специальные цены вы можете первыми узнавать на канале Electronoff в Telegram.

2021-08-3016:02

Немного о конденсаторах на материнских платах и не только

Собственно основной причиной выхода из строя большинства материнских является потеря емкости конденсаторов. Конечно бывают и другие, как то слет прошивки биоса, отвал чипсета и прочее, но сегодня о конденсаторах.

И для начала  немного теории из википедии:

Электролитические конденсаторы — конденсаторы, которые в качестве диэлектрика используют тонкую оксидную пленку, нанесенную на поверхность одного из электродов (металлического) — анода, а в роли второго электрода — катода — выступает электролит. Главная особенность электролитических конденсаторов состоит в том, что они, по сравнению с другими типами конденсаторов, обладают большой ёмкостью при достаточно небольших габаритах, кроме того, они являются полярными электрическими накопителями, иначе говоря, должны включаться в электрическую цепь с соблюдением полярности. Существуют и «неполярные» электролитические конденсаторы, но при равной ёмкости их габариты больше (как и цена).

Устройство электролитического конденсатора
Электролитические конденсаторы устроены, как правило, следующим образом: слой электролита заключается между электродами с металлическим типом проводимости, один из которых покрыт тонким слоем диэлектрика (оксидной плёнкой). За счёт чрезвычайно малой толщины диэлектрика, ёмкость конденсатора достигает значительных величин. Однако, соприкосновение двух проводящих пластин, разделённых тонким диэлектриком не является идеальным, для устранения воздушного зазора, в пространство между пластинами вводят электролит. В качестве электролита часто используют концентрированные растворы кислот и щелочей.

По типу наполнения электролитом электролитические конденсаторы можно разделить на: жидкостные, сухие, оксидно-полупроводниковые и оксидно-металлические.

В жидкостных конденсаторах используют жидкий электролит, для увеличения ёмкости анод изготавливают объёмно-пористым, например, путем прессования порошка металла и спекания его при высокой температуре. В сухих конденсаторах применяется вязкий электролит. В этом случае конденсатор, изготавливается из двух лент фольги (оксидированной и неоксидированной), между которыми размещается прокладка из бумаги или ткани, пропитанная электролитом. В оксидно-полупроводниковых конденсаторах в качестве катода используется проводящий оксид (диоксид марганца). В оксидно-металлических функции катода выполняет металлическая пленка оксидного слоя.

Изготовляемые промышленностью алюминиевые электролитические конденсаторы состоят из двух тонких алюминиевых пластин. Между пластинами помещается бумага, пропитанная электролитом. Данная сборка сворачивается спиралью и упаковывается в корпус с двумя электрическими выводами. Под действием электролита и приложенного электрического напряжения, алюминиевая фольга анода окисляется, на поверхности фольги образуется тонкий слой диэлектрика — оксида алюминия.

Приложенное внешнее напряжение влияет на срок службы конденсатора. При напряжении обратной полярности, процесс регенерации диэлектрического слоя прекращается, он постепенно разрушается, приводя к повышенным значениям токов утечки, что приводит к повреждению электрической схемы, причем все это сопровождается выделением тепла, появлением дыма и ядовитых испарений в самом конденсаторе, что может привести ко взрыву. Поэтому, электролитические конденсаторы способны работать лишь в цепях с пульсирующим, либо постоянным током.

Для тех, кто прокрутил теорию, нормальный конденсатор выглядит так:

В следствие высыхания электролита, и прочих факторов, испорченный конденсатор можно определить визуально, выглядит он так:

Конечно, чтоб «шапку» разворотило до такой степени, как на фото это редкость, но в целом и такое встречал, а обычно «шапка» просто становится круглой, Такой конденсатор, как я уже сказал визуально на взгляд определить очень легко, даже при не большом вздутии он теряет свои свойства.

Так же случается, что электролит вытекает через нижнюю часть, конденсатора, в таком случае так же визуально на плате можно обнаружить вытекший электролит (по цвету что то типа ржаво-коричневого).

Так же случается, что конденсатор просто высыхает, и ни сверху, ни снизу из него ничего не вытекает, и визуально ничего не определить, в таком случае поможет только проверка мультиметром, который может мерить емкость конденсаторов.

На данный момент во всех более менее топовых материнских платах ставят конденсаторы с сухим электролитом. Лично я не встречал конденсаторов такого типа, которые бы вышли из строя, и при выборе материнской платы рекомендую обращать внимание, поскольку лучше немного переплатить за лучшую материнскую плату, чем потом в случае чего тратиться на ремонт материнской платы с  обычными конденсаторами.

Конденсаторы с сухим электролитом выглядят так:

И напоследок опять немного теории:

В алюминиевых конденсаторах с сухим электролитом (OS-CON) используется электролит на основе органических полупроводников и катод из алюминиевой фольги, что позволяет получить лучшие значения ESR. Несмотря на то, что технологически OS-CON конденсаторы близки к танталовым конденсаторам с твердым электролитом, появились они лет на 10 раньше танталовых. Из-за отсутствия подверженного высыханию жидкого электролита, OS-CON конденсаторы превосходят обычные алюминиевые по сроку службы. Большинство из них рассчитаны на предельную температуру 105 °C, но в последнее время стали появляться OS-CON конденсаторы, специфицированные для температуры 125 °C.

Как работают конденсаторы? — Объясните это Stuff

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 12 октября 2021 г.

Почти все дни смотрите в небо, и вы увидите огромные конденсаторы. парит над твоей головой. Конденсаторы (иногда называемые конденсаторами) энергоаккумулирующие устройства, которые широко используются в телевизорах, радиоприемники и другое электронное оборудование. Настроить радио на станции, сделайте фото со вспышкой на цифровую камеру или пролистайте каналы на вашем HDTV, и вы делаете хорошо использование конденсаторов. конденсаторы, которые дрейфуют по небу, более известны как облака и, хотя они абсолютно гигантские по сравнению с конденсаторами, которые мы используем в электронике они хранят энергию точно так же. Давайте принимать более пристальный взгляд на конденсаторы и как они работают!

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

Содержание

1. Что такое конденсатор?
2. Что такое емкость?
3. Как измерить емкость?
4. Почему конденсаторы накапливают энергию?
5. Почему у конденсаторов две пластины?
6. Как облачные конденсаторы вызывают молнии
7. Кто изобрел конденсаторы?
8. Узнать больше

Что такое конденсатор?

Возьмите два электрических проводника (вещи, которые пропускают электричество через них) и разделить их изолятором (материал который не пропускает электричество очень хорошо) и вы делаете конденсатор: что-то, что может накапливать электрическую энергию. Добавление электроэнергии к конденсатору называется зарядка ; высвобождение энергии из конденсатор известен как , разряжающийся .

Фото: Небольшой конденсатор в транзисторной радиосхеме.

Конденсатор немного похож на батарею, но у него другая задача делать. Аккумулятор использует химические вещества для хранения электрической энергии и высвобождения это очень медленно через цепь; иногда (в случае кварца смотреть) это может занять несколько лет. Конденсатор обычно высвобождает это энергия гораздо быстрее — часто за секунды или меньше. Если вы принимаете фото со вспышкой, например, вам нужна ваша камера, чтобы произвести огромная вспышка света за долю секунды. Конденсатор прикреплен к вспышке заряжается в течение нескольких секунд, используя энергию вашего аккумуляторы фотоаппарата. (Для зарядки конденсатора требуется время, и это почему обычно приходится немного подождать.) Как только конденсатор полностью заряжен, он может высвободить всю эту энергию. в одно мгновение через ксеноновую лампу-вспышку. Зап!

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

Фото: Внутри электролитический конденсатор немного похож на рулет. «Плиты» представляют собой два очень тонких листа металла; диэлектрик — маслянистая пластиковая пленка между ними. Все это упаковано в компактный цилиндр и покрыто защитным металлическим корпусом. ВНИМАНИЕ: Открытие конденсаторов может быть опасным. Во-первых, они могут выдерживать очень высокие напряжения. Во-вторых, диэлектрик иногда состоит из токсичных или едких химических веществ, которые могут обжечь вашу кожу.

Произведение искусства: изготовление электролитического конденсатора путем скручивания листов алюминиевой фольги (серого цвета) и диэлектрического материала (в данном случае бумаги или тонкой марли, пропитанной кислотой или другим органическим химикатом). Листы фольги подключаются к клеммам (синие) наверху, поэтому конденсатор можно подключить к цепи. Изображение предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США из патента США 2,089,683: Электрический конденсатор Фрэнка Кларка, General Electric, 10 августа 1937 г.

Вы можете зарядить конденсатор, просто подключив его к электрическая цепь. Когда вы включаете питание, электрический заряд постепенно накапливается на пластинах. Одна пластина получает положительный заряд а другая пластина получает равный и противоположный (отрицательный) заряд. Если вы отключаете питание, конденсатор держит свой заряд (хотя со временем он может медленно утекать). Но если подключить конденсатор ко второй цепи, содержащей что-то вроде электрического двигатель или лампочка-вспышка, заряд будет течь от конденсатора через двигатель или лампу, пока на пластинах не останется ничего.

Хотя у конденсаторов фактически есть только одна функция (хранение заряд), их можно использовать для самых разных целей в электротехнике. схемы. Их можно использовать как устройства для измерения времени (поскольку требуется определенное, предсказуемое количество времени для их зарядки), как фильтры (схемы, пропускающие только определенные сигналы), для сглаживания напряжения в цепях, для настройки (в радиоприемниках и телевизорах) и для множество других целей. Большие суперконденсаторы также могут быть используются вместо батареек.

Что такое емкость?

Количество электроэнергии, которое может хранить конденсатор, зависит от его емкость . Емкость конденсатора немного похожа размер ведра: чем больше ведро, тем больше воды в нем можно хранить; чем больше емкость, тем больше электричества может конденсатор хранить. Есть три способа увеличить емкость конденсатор. Один из них заключается в увеличении размера пластин. Другой — сдвиньте пластины ближе друг к другу. Третий способ – сделать диэлектрик настолько хороший изолятор, насколько это возможно. Использование конденсаторов диэлектрики из различных материалов. В транзисторных радиоприемниках настройка осуществляется большой переменный конденсатор тот между его пластинами нет ничего, кроме воздуха. В большинстве электронных схем конденсаторы представляют собой герметичные компоненты с керамическим диэлектриком. таких как слюда и стекло, бумага, пропитанная маслом, или пластмассы, такие как майлар.

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

Как измерить емкость?

Размер конденсатора измеряется в единицах, называемых фарадами (F), названный в честь английского пионера электротехники Майкла Фарадея (1791–1867). Один фарад это огромная емкость так что на практике большинство конденсаторов, с которыми мы сталкиваемся, просто доли фарада — обычно микрофарады (миллионные доли фарада, пишется мкФ), нанофарады (тысячно-миллионные доли фарада, записанные как нФ), и пикофарад (миллионные доли фарада, пишется pF). Суперконденсаторы хранят гораздо большие заряды, иногда исчисляется тысячами фарад.

Почему конденсаторы накапливают энергию?

Если вы находите конденсаторы загадочными и странными, и они не имеют для вас особого смысла, вместо этого попробуйте думать о гравитации. Предположим, вы стоите у подножия нескольких ступеней и вы решаете начать восхождение. Вы должны поднять свое тело против земного притяжения, которая представляет собой притягивающую (притягивающую) силу. Как говорят физики, чтобы подняться, нужно «совершить работу». лестницу (работают против силы тяжести) и используют энергию. Энергия, которую вы используете, не теряется, но хранится в вашем теле в виде гравитационной потенциальной энергии, которую вы могли бы использовать для других целей (например, спускаясь с горки обратно на уровень земли).

То, что вы делаете, когда карабкаетесь по ступенькам, лестницам, горам или чему-то еще, работает против Земли. гравитационное поле. Очень похожее происходит в конденсаторе. Если у вас положительный электрический заряд и отрицательный электрический заряд, они притягиваются друг к другу как противоположные полюса двух магнитов — или как ваше тело и Земля. Если вы разъедините их, вам придется «делать работу» против этого электростатического заряда. сила. Опять же, как и при подъеме по ступенькам, энергия, которую вы используете, не теряется, а накапливается зарядами по мере их подъема. отдельный. На этот раз он называется электрическая потенциальная энергия . А это, если вы не догадались к настоящему времени — это энергия, которую хранит конденсатор. Две его пластины имеют противоположные заряды и разделение между ними создает электрическое поле. Вот почему конденсатор накапливает энергию.

Работа: разделение положительных и отрицательных зарядов сохраняет энергию. Это основное Принцип работы конденсатора.

Почему у конденсаторов две пластины?

Фото: очень необычный регулируемый конденсатор с плоскими пластинами, который Эдвард Беннет Роза и Ной Эрнест Дорси из Национального бюро стандартов (NBS) использовали для измерения скорости света в 1907. Точное расстояние между пластины можно было регулировать (и измерять) с помощью микрометрического винта. Фото предоставлено Цифровыми коллекциями Национального института стандартов и технологий, Гейтерсбург, Мэриленд, 20899.

Как мы уже видели, конденсаторы имеют две проводящие пластины. разделены изолятором. Чем больше тарелки, тем ближе они и чем лучше изолятор между ними, тем больше заряд конденсатор может хранить. Но почему все это правда? Почему бы и нет конденсаторы просто имеют одну большую пластину? Попробуем найти простой и удовлетворительное объяснение.

Предположим, у вас есть большая металлическая сфера, закрепленная на изолирующем, деревянная подставка. Вы можете хранить определенное количество электрического заряда на сфера; чем он больше (чем больше его радиус), тем больше заряд вы можете хранить, и чем больше заряда вы храните, тем больше потенциал (напряжение) сферы. В конце концов, однако, вы достигнете точка, в которой, если вы добавите хотя бы один дополнительный электрон (т. наименьшая возможная единица заряда), конденсатор перестанет работать. Воздух вокруг него распадется, превратившись из изолятора в проводник: заряд пролетит по воздуху на Землю (землю) или другой соседний проводник как искра — электрический ток — в мини заряд молнии. Максимальное количество заряда, которое вы можете хранить на сфера — это то, что мы подразумеваем под ее емкостью. Напряжение (В), заряд (Q) и емкость связаны очень простым уравнением:

С = Q/V

Таким образом, чем больше заряда вы можете сохранить при заданном напряжении, не вызывая воздух, чтобы сломаться и искрить, тем выше емкость. Если бы ты мог как-то накопить больше заряда на сфере не доходя до точки где вы создали искру, вы бы эффективно увеличили ее емкость. Как вы можете это сделать?

Забудьте о сфере. Предположим, у вас есть плоская металлическая пластина с максимально возможный заряд, хранящийся на нем, и вы обнаружите, что тарелка находится на определенное напряжение. Если вы поднесете вторую такую ​​же тарелку близко к это, вы обнаружите, что можете хранить гораздо больше заряда на первой пластине для одинаковое напряжение. Это потому, что первая пластина создает электрический ток. поле вокруг него, которое «индуцирует» равный и противоположный заряд на второй тарелке. Таким образом, вторая пластина снижает напряжение первой пластины. Теперь мы можем хранить больше заряда на первой пластине. не вызывая искры. Мы можем продолжать делать это, пока не достигнем исходное напряжение. С большим зарядом (Q), сохраненным для точно такой же напряжение (В), уравнение C = Q/V говорит нам, что мы увеличили емкость нашего устройства хранения заряда, добавив вторую пластину, и именно поэтому конденсаторы имеют две пластины, а не одну. На практике дополнительная тарелка составляет огромная разница — какая Вот почему все практические конденсаторы имеют две пластины.

Как увеличить емкость?

Интуитивно понятно, что если увеличить тарелки, можно будет хранить больше заряда (так же, как если вы сделаете шкаф больше, вы сможете набить больше вещи внутри него). Таким образом, увеличивая площадь пластин, также увеличивает емкость. Менее очевидно, если мы уменьшим расстояние между пластинами, что также увеличивает емкость. Это потому что чем короче расстояние между пластинами, тем больше эффект пластины лежат одна на другой. Вторая тарелка, будучи ближе, еще больше снижает потенциал первой пластины, и что увеличивает емкость.

Работа: диэлектрик увеличивает емкость конденсатора за счет уменьшения электрического поле между его пластинами, таким образом уменьшая потенциал (напряжение) каждой пластины. Это означает, что вы можете хранить больше заряд на пластинах при одном и том же напряжении. Электрическое поле в этом конденсаторе направлено от положительной пластины слева к отрицательной пластине справа. Поскольку противоположные заряды притягиваются, полярные молекулы (серые) диэлектрика выстраиваются в противоположную сторону — и это то, что уменьшает поле.

Последнее, что мы можем сделать, чтобы увеличить емкость, это заменить диэлектрик (материал между пластинами). Воздух работает довольно хорошо, но другие материалы еще лучше. Стекло как минимум в 5 раз больше эффективнее воздуха, поэтому первые конденсаторы (лейденские банки, используя обычное стекло в качестве диэлектрика) работал так хорошо, но он тяжелый, непрактичный, и его трудно втиснуть в маленькое пространство. Вощеный бумага примерно в 4 раза лучше воздуха, очень тонкая, дешевая, легкая в обработке. делать большими кусками и легко раскатывать, что делает его превосходным, практичный диэлектрик. Лучшие диэлектрические материалы сделаны из полярных молекулы (с большим положительным электрическим зарядом на одной стороне и больше отрицательного электрического заряда на другом). Когда они сидят в электрическое поле между двумя пластинами конденсатора, они выстраиваются в линию с их заряды, направленные противоположно полю, что эффективно уменьшает его. Что снижает потенциал на пластинах и по-прежнему увеличивает их емкость. Теоретически вода, состоящая из действительно крошечных полярные молекулы, могли бы стать отличным диэлектриком, примерно в 80 раз лучше воздуха. На практике, однако, это не так хорошо (течет и высыхает и превращается из жидкости в лед или пар при относительно скромные температуры), поэтому он не используется в реальных конденсаторах.

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

Кто изобрел конденсаторы?

Вот краткая история ключевых моментов в истории конденсаторов:

Узнайте больше

На этом сайте

• Электричество
• Электроника
• Резисторы
• Суперконденсаторы
• Транзисторы

На других сайтах

• MagLab: Учебное пособие по конденсаторам: интерактивная страница Java, на которой можно поэкспериментировать с использованием конденсаторов в простой схеме двигателя. Из этого вы можете видеть, чем конденсатор отличается от батареи: в то время как батарея вырабатывает электрическую энергию из хранимых химических веществ, конденсатор просто хранит электрическую энергию в течение ограниченного времени (он не производит никакой энергии).
Конденсатор из алюминиевой фольги
• от jwmiller, Intructables. Хотите знать, как работает конденсатор? Попробуйте сделать из кухонной фольги сами!

Книги для читателей постарше

• Конденсаторы Р. П. Дешпанде. McGraw-Hill Education, 2014. Очень подробный справочник, который знакомит с наукой о емкости, рассматривает различные типы конденсаторов и рассматривает типичные области применения.
• Конденсаторы: теория, типы и применение Александра Л. Шульца. Nova Science, 2010. Хороший краткий обзор.
• Электрические силовые конденсаторы от D.M. Тагаре. Tata McGraw-Hill Education, 2001. Вводит понятие конденсатора, описывает различные типы, объясняет конструкцию и производство конденсаторов, а также рассматривает, как конденсаторы будут развиваться в будущем.

Книги для юных читателей

• Марка: Electronics by Charles Platt. Maker Media, 2015. «Эксперимент 9: время и конденсаторы» (стр. 75 печатной книги) знакомит нас с конденсаторами и тем, как мы можем использовать их в схемах синхронизации.
• Электронные гаджеты для злого гения Роберта Э. Яннини. McGraw-Hill Professional, 2014. Множество достаточно простых практических электронных проектов, подходящих для подростков и взрослых. Довольно многие из них используют конденсаторы для синхронизации или простого накопления энергии. Угощения включают «Сверлильный станок с разрядом конденсатора и тестер диэлектрика» и «Взрыв конденсатора», а также есть связанные проекты по обнаружению электрических полей, тестированию клеток Фарадея и многому другому.

Видео

• MAKE представляет: The Capacitor: небольшой 8-минутный видеоролик о конденсаторах от Колина Каннингема из MAKE.
• Конденсаторы: электроника от А до Я: 5-минутное анимированное введение в историю конденсаторов.

Статьи

Общие сведения

• Вперед, соедините катушку индуктивности и конденсатор и посмотрите, что получится. Ретт Аллен, Wired, 11 мая 2016 г. Аккуратное введение в LC (индуктор-конденсатор) и LRC (индуктор-резистор-конденсатор) ) схемы и что они могут сделать для вас.
• How Atoms Dance in Dielectrics Дуглас Маккормик, IEEE Spectrum, 5 октября 2015 г. Как структура диэлектрика определяет его емкость?
• Можно ли питать телефон от конденсатора? Ретт Аллен, Wired, 23 мая 2013 г. Если конденсаторы могут накапливать заряд, могут ли они питать что-то вроде мобильного телефона? Насколько большим должен быть конденсатор для питания телефона?
• Leaking Capacitors Muck up Motherboards Сэмюэл К. Мур и Ю-Цу Чиу, IEEE Spectrum, 1 февраля 2003 г. Что происходит, когда на печатных платах выходят из-под контроля конденсаторы с плохим электролитом?

Исторический

• Эти две статьи дают хорошее представление о том, как конденсаторы были изобретены в 18 веке и как они развивались с тех пор: History of the Capacitor—The Pioneering Years by Steven Dufresne, Hackaday, 12 июля 2016 г. и История конденсатора — современная эра, Стивен Дюфресн, Hackaday, 26 июля 2016 г.
• Кто изобрел первую батарею конденсаторов («батарея» из лейденских банок)? Это сложно, Адам Аллерханд, Proceedings of the IEEE, Volume 106, Issue 3, March 2018.

Патенты

Для получения более подробной технической информации попробуйте просмотреть некоторые из них. Если вы ищете старые патенты, имейте в виду, что конденсаторы когда-то были широко известны как «конденсаторы», и поисковые системы не всегда знают, что эти два термина эквивалентны.

• Патент США US 1,774,455A: Электрический конденсатор Сэмюэля Рубена, 26 августа 1930 г. (подана 19 октября 2925 г.). Один из первых электролитических конденсаторов.
• Патент США 2 089 683: Электрический конденсатор Фрэнка Кларка, General Electric, 10 августа 19 г.37.
• GB189601069A: Улучшения электрических конденсаторов или связанные с ними Чарльзом Поллаком, General Electric, подана 15 января 1896 г., выдана 15 мая 1897 г. Это британская версия оригинального патента Поллака на электролитический конденсатор, патент Германии (DE) 92564. Версия для США по патенту США 672,913: Электролитический выпрямитель тока и конденсатор.

Как работает конденсатор?

Вы здесь: Главная / Конденсаторы / Как работает конденсатор?

19 сентября, 2013 Øyvind Nydal Dahl 132 комментариев

Вы часто задаетесь вопросом, «как работает конденсатор»?

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

Мне никогда особо не нравилось «объяснение физики».

В нем говорится что-то вроде «конденсатор работает за счет электростатического накопления энергии в электрическом поле» .

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

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

Время, необходимое для разрядки конденсатора, обычно составляет доли секунды. И вот пришло время его перезарядить.

БЕСПЛАТНЫЙ бонус: Загрузите «Основные электронные компоненты» [PDF] — мини-книгу с примерами, которые научат вас работать с основными компонентами электроники.

Что такое конденсатор?

Итак, конденсатор может накапливать заряд. И он может высвободить заряд, когда это необходимо. Но как это сделать? Как работает конденсатор на более глубоком уровне?

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

При подаче напряжения на две пластины создается электрическое поле. Положительный заряд будет накапливаться на одной пластине, а отрицательный — на другой.

Именно это имеют в виду физики, когда говорят, что «Конденсатор работает за счет электростатического накопления энергии в электрическом поле».

Существует множество различных типов конденсаторов.

Что делает конденсатор?

Конденсатор обычно используется для фильтрации. Но что такое фильтрация?

Аналогия с аккумулятором

Давайте рассмотрим пример с аккумулятором.

Многие будильники питаются от настенной розетки в доме. Иногда мощность падает. В большинстве будильников есть резервная батарея, которая будет питать будильник до тех пор, пока питание не включится, чтобы время не сбрасывалось.

Точно так же можно использовать конденсаторы в электронных схемах.

Развязывающие конденсаторы

Например, если у вас есть схема с микроконтроллером, выполняющим какую-то программу. Если напряжение на микроконтроллере падает всего на долю секунды, микроконтроллер перезагружается. А ты этого не хочешь.

При использовании конденсатора конденсатор может обеспечивать питание микроконтроллера в те доли секунды, когда напряжение падает, так что микроконтроллер не перезагружается. Таким образом, он отфильтрует «шум» в линии электропередач.

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

Использование конденсаторов для фильтров

Вы также можете комбинировать конденсаторы и резисторы для создания фильтров, предназначенных для определенных частот. Например, в аудиосистеме вы можете нацелить высокие частоты, чтобы удалить их (например, в сабвуфере).