Конденсаторы что это. Конденсаторы: принцип работы, виды и применение в электронике

Что такое конденсатор и как он работает. Какие бывают виды конденсаторов. Где применяются конденсаторы в электронике и технике. Как выбрать подходящий конденсатор для схемы.

Что такое конденсатор и его основные характеристики

Конденсатор — это пассивный электронный компонент, способный накапливать и хранить электрический заряд. Он состоит из двух проводящих пластин (обкладок), разделенных диэлектриком. Основные характеристики конденсатора:

• Емкость — способность накапливать электрический заряд, измеряется в фарадах (Ф)
• Рабочее напряжение — максимальное напряжение, которое может выдержать конденсатор
• Ток утечки — небольшой ток, протекающий через диэлектрик
• Температурный коэффициент емкости — изменение емкости при изменении температуры

Как работает конденсатор? При подключении к источнику напряжения на обкладках конденсатора накапливаются разноименные заряды. После отключения источника заряд сохраняется. При замыкании цепи конденсатор разряжается, отдавая накопленную энергию.

Основные виды конденсаторов и их особенности

Существует несколько основных типов конденсаторов, различающихся конструкцией и применяемыми материалами:

Керамические конденсаторы

Это самые распространенные конденсаторы. Их особенности:

• Компактные размеры
• Широкий диапазон емкостей (от пФ до мкФ)
• Низкая стоимость
• Высокая стабильность характеристик

Керамические конденсаторы широко применяются в высокочастотных цепях, для фильтрации помех, в блоках питания.

Электролитические конденсаторы

Отличаются высокой удельной емкостью. Их характеристики:

• Большая емкость (до тысяч мкФ)
• Полярность подключения
• Относительно высокий ток утечки
• Ограниченный срок службы

Электролитические конденсаторы используются в цепях фильтрации, развязки, в импульсных источниках питания.

Пленочные конденсаторы

Изготавливаются с применением полимерных пленок. Их достоинства:

• Высокая стабильность параметров
• Низкие потери на высоких частотах
• Самовосстановление при пробое

Пленочные конденсаторы применяются в ВЧ и импульсных схемах, в измерительной технике.

Применение конденсаторов в электронных схемах

Конденсаторы выполняют множество важных функций в электронных устройствах:

Накопление энергии

Конденсаторы способны быстро накапливать и отдавать энергию. Это позволяет использовать их:

• В импульсных источниках питания
• Для питания мощных светодиодных вспышек
• В системах бесперебойного питания

Фильтрация сигналов

Конденсаторы пропускают переменный ток и задерживают постоянный. Это свойство применяется для:

• Сглаживания пульсаций в выпрямителях
• Фильтрации высокочастотных помех
• Разделения сигналов разной частоты

Формирование импульсов

В сочетании с резисторами конденсаторы позволяют создавать цепи задержки и формирования импульсов определенной длительности. Это используется в таймерах, генераторах и других устройствах.

Как выбрать подходящий конденсатор для схемы

При выборе конденсатора для конкретной схемы необходимо учитывать следующие параметры:

• Требуемую емкость
• Рабочее напряжение
• Допустимый ток утечки
• Температурную стабильность
• Частотные характеристики
• Габариты и способ монтажа

Важно выбирать конденсатор с запасом по напряжению — обычно в 1,5-2 раза выше рабочего напряжения схемы. Для точных цепей следует использовать конденсаторы с малым ТКЕ и низкими потерями.

Маркировка и обозначение конденсаторов на схемах

Конденсаторы имеют буквенно-цифровую маркировку, содержащую информацию о емкости, допуске, рабочем напряжении. На схемах конденсаторы обозначаются следующим образом:

• Неполярный конденсатор: два параллельных отрезка
• Полярный конденсатор: прямая линия и дуга
• Переменный конденсатор: две параллельные линии и стрелка

Рядом с обозначением указывается номинал емкости. Для электролитических конденсаторов также указывается полярность и рабочее напряжение.

Тестирование и проверка исправности конденсаторов

Для проверки работоспособности конденсаторов используются следующие методы:

• Измерение емкости мультиметром или специальным измерителем RLC
• Проверка сопротивления изоляции мегаомметром
• Визуальный осмотр на предмет вздутия, подтеков электролита
• Проверка способности конденсатора заряжаться и удерживать заряд

Неисправный конденсатор может иметь сниженную емкость, повышенный ток утечки или полный обрыв. Вздувшиеся электролитические конденсаторы подлежат немедленной замене.

Современные тенденции в развитии конденсаторов

Основные направления совершенствования конденсаторов:

• Увеличение удельной емкости
• Снижение внутреннего сопротивления и потерь
• Повышение рабочих напряжений и токов
• Улучшение температурной стабильности
• Миниатюризация

Активно развиваются суперконденсаторы, сочетающие высокую емкость с низким внутренним сопротивлением. Ведутся разработки гибких и прозрачных конденсаторов для носимой электроники. Совершенствуются технологии производства для снижения стоимости.

Конденсатор — электронное устройство, принцип работы, функциональное назначение, разновидности.

Конденсатор (электро-, Capacitor — Eng.) — элемент электрической цепи, который обеспечивает кратковременное накопление энергии и быструю отдачу накопленного. Применяются в цепях фильтров питания, цепях межкаскадовых связей, а также для фильтрации помех.

Основной характеристикой является ёмкость. Измеряется в Фарадах (Ф, F). Фарад характеризует заряды, создаваемые электрическими полями.
Емкость конденсатора пропорционально увеличивается с площадью обкладок и уменьшается с расстоянием между ними. Еще одной важным параметром конденсатора является рабочее напряжение. Напряжение это не с потолка берется, а характеризуется максимальным напряжением при превышении которого наступает пробой диэлектрика и выход конденсатора из строя. Качественные конденсаторы от дорожащих своим именем производителей, имеют солидный запас прочности и могут работать и на немного завышенных напряжениях без каких либо последствий. Потому именно их и стоит приобретать для лучшей стабильности и долговечности.

Существуют поляризированные и неполяризированные конденсаторы. При неправильном подключении поляризированного, он может выйти из строя из-за сильного нагрева, с последующим вскрытием или даже мини-взрывом.

Существует множество разновидностей конденсаторов.
В относительно сложных электронных схемах обычно применяются электролитические, полимерные и керамические. К тому же если конденсаторы используются с цифровым оборудованием, желательно чтобы они имели низкое эквивалентное последовательное сопротивление (Low — ESR). Чтобы это получить, производители используют более качественные компоненты конденсатора. Если требуется Low-ESR конденсатор а вы поставили обычный, он будет довольно сильно нагреваться и быстро выйдет из строя. Может быть за пару дней или даже часов.

Электролитические — самые недолговечные, по причине постоянного испарения электролита, особенно при повышенной температуре или плохой герметичности конденсатора. Но тем не менее, они и самые распространённые по причине своей дешевизны.

В основном, имеют срок службы не более 50 000 часов, обычно же 10 — 20 000. При испарении или недостаточном количестве электролита вздуваются и даже разрываются с характерным хлопком. Вздутые конденсаторы — показатель того что необходимо его заменить во избежании проблем с питанием и общей стабильностью.

Твёрдотельные полимерные

Относительно долговечны, очень редко вздуваются и намного компактней электролитических. Большинство производителей компьютерной техники, полностью перешли на полимерные конденсаторы, даже в бюджетном секторе. Нюанс в том, что они дороже электролитических. Потому этот переход был постепенным и произошёл благодаря массовому производству и удешевлению полимерных конденсаторов.

Принцип работы схож с электролитическими конденсаторами, только вместо электролита используется вязкий полимерный материал. Он практически не испаряется и имеет лучшие показатели, чем обычный электролит.

Керамические

Керамические конденсаторы умеют накапливать энергию с малыми потерями по току, лучше фильтруют помехи и не вздуваются в тяжёлых эксплуатационных условиях. А ещё они не вскрываются и не взрываются (есть исключения в некоторых видах полимерных), забрызгивая электролитом остальные компоненты схемы.
Имеют гораздо меньший размер в сравнении с электролитическими, меньше нагреваются. Срок службы 100 000 часов и более.

Не менее распространены танталовые конденсаторы, но применяются преимущественно в точной электронике с нанесением на саму плату. Танталовые конденсаторы, относятся к подвиду электролитических, но с натяжкой.

При малых размерах, имеют выдающиеся характеристики, а также долгий срок службы. Менее чувствительны к нефильтрованной высокочастотной составляющей, выносливы при работе с повышенной температурой, имеют низкий ESR.

цветовая маркировка и обозначение в схеме цепи переменного и постоянного тока, фото, видео урок как сделать конденсатор своими руками

Автор Aluarius На чтение 6 мин. Просмотров 333 Опубликовано 18.11.2015

Содержание

• 1 Немного истории
• 2 Устройство конденсатора
• 3 Диэлектрики
• 4 Виды конденсаторов
  • 4.1 Ионистор
• 5 Маркировка

Вопрос, что такое конденсатор, сегодня встречается нечасто, ведь даже начинающие радиолюбители и электрики сталкиваются с этим прибором постоянно.

Хотя точного определения дать никто из них не может. Так вот конденсатор – это прибор, в котором скапливается заряд и энергия электрического поля. Само слово так и переводится с латинского – накопление.

По сути, конденсатор – это пассивный электронный компонент, который состоит из двух электродов в виде пластин, а между ними залит диэлектрик. Так вот толщина диэлектрика в несколько раз меньше толщины пластин. Это простейшая схема конденсаторы, чтобы было понятно, как этот элемент устроен.

Разновидности конденсаторов

Немного истории

Все началось в середине 18 века в городе Лейдене (это Голландия). Ученый из этого города Питер ван Мушенбрук проводил опыты со стеклянной банкой, которая изнутри и снаружи была отделана станиолем – это оловянная фольга (кстати, в то время алюминий еще не был найдет, поэтому алюминиевой фольги не было). Чтобы зарядить лейденскую банку, необходимо было использовать так называемую электрофорную машину (в принципе, другого источника электричества в те времена не было). Этот источник электроэнергии давал напряжение в несколько сот киловольт.

А вот чтобы разрядить эту банку Мушенбрук использовал людей. Он ставил последовательно десять гвардейцев, которые держались за руки. Опасный был опыт, потому что еще никто не знал, что этот эксперимент может закончиться смертельным исходом. Правда, все обошлось, удар был не очень сильным, хотя чувствительным. Все дело в том, что емкость экспериментальной банки была незначительной, импульс получился короткий по времени, а, значит, и мощность разряда была не очень большой.

Изобретатель конденсатора

Устройство конденсатора

Итак, о простейшей конструкции прибора вы уже осведомлены. Кстати, в качестве диэлектрика может быть использован воздух. Так вот существует такое понятие, как емкость конденсатора. Именно этот показатель определяет возможность элемента принимать определенное количество электричества. Этот показатель определяется по формуле:

C=έS/4πd, где

• C – это емкость, измеряемая в фарадах;
• S – это площадь пластин в м²;
• d – расстояние между пластинами в м;
• έ – диэлектрическая проницаемость среды.

Внимание! Из этой формулы можно сделать вывод: чем больше площадь пластин и меньше расстояние между ними, тем больше конденсаторная емкость.

Конечно, нельзя использовать данную формулу, как стандартную для всех видов конденсаторов. Ведь геометрия у них может быть разной. Но зависимость площади и расстояния точно такая же.

Насчет геометрии. Пластины не всегда могут быть плоскими. К примеру, металлобумажные конденсаторы. Во-первых, у них цилиндрический корпус. Во-вторых, в роли пластин выступает алюминиевая фольга с пропитанной техническим трансформаторным маслом конденсаторной бумагой. Именно бумага выступает в роли диэлектрика. А масло выполняет функции изоляции. Поэтому сворачивается все эта конструкция в клубок по периметру корпуса элемента.

Чем показательна именно эта форма? Это компактные размеры и большая емкость до несколько сотен микрофарад. Таким же способом устроены и другие виды конденсаторов.

Конденсаторы в блоке питания

Вернемся к формуле и обратим внимание на тот факт, что все размерные показатели говорят о том, что конденсатор в цепи переменного тока будет работать даже в том случае, если площадь пластин будет малой, а расстояние между ними огромное. Все равно емкость (незначительная) будет присутствовать. Поэтому в электронной технике подчас вместо конденсаторов устанавливают две дорожки на плато или скрученные два проводка в пластиковой оплетке, по которым подается электрический ток. Даже многожильный кабель имеет определенную емкость.

Поэтому когда задается вопрос, как сделать конденсатор, можно привести эти примеры. Кстати, чем длиннее провод, тем больше его емкость.

Диэлектрики

Если посмотреть формулу, то диэлектрическая проницаемость стоит в ее знаменателе. То есть, чем больше проводимость среды, тем больше емкость конденсатора. Номинал этой величины – это вакуум. Точно такой же показатель имеют воздух, полиэтилен, лавсан и так далее.

Но есть и другие материалы, проницаемость которых в несколько раз больше. К примеру, если между двумя пластинами залить спирт или ацетон, то емкость такого прибора вырастает в 20 раз. Правда, при этом произойдет моментальное разряжение за счет высокой электропроводимости того же спирта. Ток утечки – так называется это явление.

Обозначение на схеме

Поэтому в качестве диэлектриков используются специально созданные материалы, которые обеспечивают большую емкость прибора и минимальный ток утечки. Именно большое разнообразие диэлектриков характеризует большое разнообразие самих конденсаторов, которые устанавливаются в различных приборах в соответствии с определенными условиями эксплуатации.

Виды конденсаторов

Определенной классификации нет, но есть две основные разновидности: простые и электролитические. Что касается второго вида, то:

• во-первых, у них емкость в разы больше, а, значит, и размеры;
• во-вторых, их подключение производится строго по полярности, то есть, один выход у них плюс, другой минус.

Все остальное разделение – это чисто назначение и подключение, а конкретно:

• назначение;
• по изменению емкости;
• способ установки;
• в зависимости от вида защиты.

Поэтому все конденсаторы можно обозначать по типам. К примеру, общего или специального назначения, с переменной или постоянной емкостью, подстрочные, для печатного, поверхностного или навесного монтажа, защищенные или незащищенные, герметичные или открытые, изолированные или нет. По виду установки также существует разделение: на пайке, защелках или на винт.

Отметим, что электролитический вид – это конденсатор в цепи постоянного тока. То есть, он применяется чаще всего именно здесь. Но это не говорит о том, что его нельзя установить в сеть переменного тока.

Ионистор

Об этом конденсатора хотелось бы сказать пару слов отдельно. Это элемент электролитического типа, схожий с работой аккумулятора. Начнем с того, что ионистор заряжается буквально за несколько минут, поэтому его можно даже использовать в качестве дополнительного источника питания, настолько большая у него емкость.

Ионистор

Правда, есть у этого прибора и свои ограничения. Особенно это касается условий эксплуатации, которые влияют на срок службы. К примеру, если температура окружающей среды не превышает +40С, а подаваемое на элемент напряжения составляет 60% от номинала, то срок эксплуатации его будет выше 400000 часов. Если температуру поднять до +70С, а напряжение до 80%, то срок службы падает до 500 часов.

Маркировка

Существует два вида маркировки:

• цифровая;
• цветовая.

Что касается первой, то здесь есть также небольшое разделение, которое зависит от количества цифр, используемых в марке. Если цифр три, то две первые определяют емкость, а последняя количество нулей. Если в числе встречается буква «R», то она играет роль запятой. К примеру, 0R4 обозначает, что конденсатор 0,4 пФ. То же самое и с четырехчисловой кодировкой, где последняя цифра обозначает количество нулей, а три первые емкость прибора. Вот такая несложная расшифровка.

Цветовая маркировка конденсаторов – более сложная. Запомнить ее любителям очень сложно. Да и нет никакой надобности. Сегодня в интернете в свободном доступе можно найти сервисы, который сами определяют марку конденсатора. Здесь важно правильно вставить в таблицу цвета, которые размещены в последовательности на самом элементе.

Физика — Конденсаторы — Бирмингемский университет

Батарея накапливает электрическую энергию и высвобождает ее в результате химических реакций, это означает, что ее можно быстро заряжать, но разряжать медленно. В отличие от батареи, конденсатор представляет собой компонент схемы, который временно накапливает электрическую энергию за счет распределения заряженных частиц на (обычно двух) пластинах для создания разности потенциалов. Для зарядки конденсатора может потребоваться меньше времени, чем для зарядки аккумулятора, и он может очень быстро высвобождать всю энергию.

Перейти к:

Введение

Видео

В фокусе

Заключение

Следующие шаги

Сколько мы можем взимать?

При подключении к ячейке или другому источнику питания электроны будут течь с отрицательного конца клеммы и накапливаться на одной пластине конденсатора. Другая пластина будет иметь чистый положительный заряд, поскольку электроны теряются в батарее, что приводит к разности потенциалов, эквивалентной напряжению элемента.

Конденсатор характеризуется своей емкостью ( C ), обычно выражаемой в единицах фарад . Это отношение заряда ( Ом ) к разности потенциалов ( В ), где Кл = Ом/В

Чем больше емкость, тем больший заряд может удерживать конденсатор. Используя показанную установку, мы можем измерить напряжение, когда конденсатор заряжается через резистор, как функцию времени (t).

 Как проверить поведение конденсатора?

 

Как проверить поведение конденсатора?

 Как найти постоянную времени?

 

Здесь вы можете увидеть график зависимости напряжения от времени при зарядке и разрядке конденсатора.

Уравнения кривых V-t для зарядки и разрядки конденсатора являются экспоненциальными, где напряжение пропорционально начальному напряжению в степени времени над емкостью. Таким образом, с небольшими математическими манипуляциями мы можем построить логарифмический график зависимости напряжения от времени разряжающегося конденсатора, чтобы легко получить постоянную времени ( τ = RC ) из градиента (-1/ RC ) и начальное напряжение из точки пересечения y.

Очень важно, чтобы используемый конденсатор имел большее номинальное напряжение, чем у элемента, и чтобы он был подключен с соблюдением полярности (отрицательная пластина должна быть подключена к отрицательному выводу элемента), иначе он может взорваться. Отрицательный конец обычно обозначается тире на корпусе конденсатора и обычно представляет собой более короткий контакт. Обратите внимание, однако, что не все конденсаторы поляризованы (обычно меньшие 9 конденсаторов).0047 мкФ единиц) и могут быть подключены любым способом. Еще одна важная вещь, о которой нужно позаботиться, это измерение напряжения через установленные промежутки времени. Одним из вариантов может быть использование осциллографа или использование конденсатора/резистора большего размера для увеличения времени зарядки/разрядки.

 

Что означают ваши измерения?

Конденсаторы являются обычным компонентом большинства электронных устройств и наиболее важны для хранения энергии. Поэтому разработка конденсаторов важна для технического прогресса аккумуляторов. Хотя текущее хранение энергии в значительной степени зависит от батарей, это может измениться в будущем, поскольку они медленно заряжаются и разряжаются, а вовлеченные химические процессы обычно вызывают потерю энергии за счет тепла. Хотя конденсаторы должны быть намного больше, чем батареи, чтобы хранить такое же количество заряда, они имеют значительные преимущества, включая гораздо более длительный срок службы и нетоксичные компоненты. Попытка заменить батареи этими суперконденсаторами и ультраконденсаторами является постоянной областью исследований.

Ранее мы говорили, что конденсаторы, в отличие от аккумуляторов, способны очень быстро разряжаться. По этой причине они находят широкое применение в нашей повседневной жизни и присутствуют почти во всех бытовых электронных устройствах. Они особенно полезны в устройствах, где требуется быстрый отклик, таких как лазеры и фотовспышки.

В эксперименте на видео выше мы продемонстрировали использование осциллографа для измерения постоянной времени конденсатора и узнали о важности полярности. Если у вас есть время, было бы интересно добавить в схему дополнительные компоненты. Добавив амперметр, мы можем измерить заряд и, следовательно, проделанную работу.

Если последовательно добавить конденсаторы, общая емкость составит 1/C = 1/C1+1/C2+1/C3+…+1/CN Где CN — емкость N-го конденсатора. . Добавление большего количества конденсаторов параллельно дает общую емкость C = C1+C2+C3+…+CN

Следующие шаги

 

Эти ссылки предоставляются для удобства и только в информационных целях; они не являются подтверждением или одобрением Бирмингемским университетом какой-либо информации, содержащейся на внешнем веб-сайте. Университет Бирмингема не несет ответственности за точность, законность или содержание внешнего сайта или последующих ссылок. Пожалуйста, свяжитесь с внешним сайтом для получения ответов на вопросы, касающиеся его содержания.

Разница между резистором и конденсатором

Резисторы и конденсаторы являются двумя наиболее распространенными компонентами электронных устройств, и каждый из них играет пассивную роль, воздействуя на электрические заряды в электрической или электронной цепи. Вот краткий обзор различий между конденсатором и резистором.

Что такое конденсаторы?

Конденсаторы в основном предназначены для накопления электрического заряда или энергии. Затем они могут высвобождать заряд или энергию, когда это необходимо. Конденсатор состоит из двух проводящих параллельных пластин, разделенных диэлектрической средой, которая по своей конструкции является плохим проводником электричества. Как только на конденсатор подается потенциал, положительные и отрицательные заряды накапливаются на сторонах пластин. Состояние, которое создает конденсатор, называется емкостью (С), которая измеряет способность компонента накапливать электрический заряд. Емкость эквивалентна электрическому заряду (Q), деленному на напряжение (В). Измеряется в фарадах (F), микрофарадах и нанофарадах. Два типа конденсаторов фиксированные и переменные. Фиксированный конденсатор допускает только фиксированную емкость, тогда как переменный конденсатор допускает регулируемую емкость.

Что такое резисторы?

Резисторы поглощают электрический заряд или энергию и преобразуют их в тепло. Они обычно используются для ограничения протекания тока в цепи. Резисторы — это, по сути, переключатели, которые включают или выключают ток. Они создают сопротивление, которое измеряется в омах. Уравнение для сопротивления: R (для сопротивления) = V (для напряжения), деленное на I (для тока, измеряемого в амперах). Два типа резисторов фиксированные и переменные. Фиксированный резистор создает фиксированное и неизменное значение сопротивления, измеряемое в омах, представленное символом Ω. Переменный резистор, напротив, предлагает переменные значения сопротивления.

См.: Схемы с переключаемыми конденсаторами: преимущества и области применения

Основные различия между конденсатором и резистором

Основные различия между резисторами и конденсаторами заключаются в том, как эти компоненты влияют на электрический заряд. В то время как резисторы применяют сопротивление для ограничения протекания тока, конденсаторы хранят энергию в электрическом поле до тех пор, пока она не понадобится. Добавление резисторов и конденсаторов последовательно увеличивает влияние их соответствующих функций. Это означает, что последовательное добавление резисторов увеличивает сопротивление, а последовательное добавление конденсаторов увеличивает емкость. Резисторы и конденсаторы обычно используются в радиокоммуникационном оборудовании и логических схемах, наряду с катушками индуктивности. Резисторы преобразуют электрическую энергию в тепло, которое затем рассеивается. Конденсаторы часто используются для фильтрации частот, разделяя положительные и отрицательные заряды.