Что такое конденсатор и как он работает. Какие бывают виды конденсаторов. Для чего используются конденсаторы в электронных схемах. Как правильно выбрать и подключить конденсатор.
Принцип работы конденсатора
Конденсатор — это пассивный электронный компонент, способный накапливать и хранить электрический заряд. Он состоит из двух проводящих пластин (обкладок), разделенных диэлектриком. При подключении к источнику напряжения на обкладках конденсатора накапливаются противоположные по знаку заряды.
Основная характеристика конденсатора — электрическая емкость, измеряемая в фарадах (Ф). Она показывает, какой заряд накапливается на обкладках при подаче напряжения в 1 вольт.
Основные виды конденсаторов
По типу диэлектрика и конструкции различают следующие виды конденсаторов:
- Керамические — компактные, недорогие, для высокочастотных цепей
- Пленочные — стабильные характеристики, для фильтров и развязок
- Электролитические — большая емкость, полярные, для фильтрации и накопления
- Танталовые — миниатюрные, стабильные, для портативной электроники
- Слюдяные — точные, для высокочастотных и высоковольтных цепей
Применение конденсаторов в электронике
Конденсаторы широко используются в электронных схемах для выполнения следующих функций:
Фильтрация и сглаживание
Конденсаторы способны пропускать переменный ток и задерживать постоянный. Это свойство используется для фильтрации пульсаций в источниках питания и подавления помех в различных цепях. Как работает фильтрующий конденсатор? Он накапливает заряд при повышении напряжения и отдает его при понижении, сглаживая пульсации.
Разделение постоянной и переменной составляющих
Конденсатор пропускает только переменный сигнал, блокируя постоянную составляющую. Это позволяет разделять сигналы в многокаскадных усилителях, передавать информационный сигнал без постоянного смещения и т.д.
Накопление энергии
Благодаря способности накапливать заряд, конденсаторы используются как временные источники питания в импульсных схемах, для питания микросхем памяти при отключении основного питания и т.п. Как конденсатор накапливает энергию? При подаче напряжения между обкладками создается электрическое поле, в котором запасается энергия.
Как выбрать конденсатор для схемы
При выборе конденсатора для конкретной схемы нужно учитывать следующие параметры:
- Емкость — должна соответствовать расчетному значению
- Рабочее напряжение — не менее максимального напряжения в схеме
- Тип диэлектрика — в зависимости от назначения и условий работы
- Допустимый ток пульсаций — для фильтрующих конденсаторов
- Температурный коэффициент емкости — для прецизионных цепей
Правильный выбор типа и номинала конденсатора обеспечит надежную работу электронного устройства.
Как подключить конденсатор в схему
- Учитывать полярность для электролитических конденсаторов — плюс к плюсу источника питания
- Не превышать максимальное рабочее напряжение конденсатора
- Использовать короткие выводы для высокочастотных цепей
- Располагать фильтрующие конденсаторы максимально близко к нагрузке
- При параллельном соединении емкости складываются, при последовательном — уменьшаются
Правильное подключение конденсаторов обеспечит их долгую и надежную работу в составе электронных устройств.
Маркировка конденсаторов
На корпусе конденсатора обычно указывается следующая информация:
- Емкость — в пикофарадах, нанофарадах или микрофарадах
- Рабочее напряжение — максимально допустимое напряжение
- Допуск — отклонение емкости от номинала в процентах
- Полярность — для электролитических конденсаторов
- Температурный коэффициент — для керамических конденсаторов
Умение расшифровывать маркировку поможет правильно подобрать конденсатор для замены или ремонта электронных устройств.
Неисправности конденсаторов
Основные виды неисправностей конденсаторов:
- Обрыв — потеря электрического контакта между выводом и обкладкой
- Короткое замыкание — пробой диэлектрика между обкладками
- Утечка — повышенный ток утечки через диэлектрик
- Изменение емкости — выход за пределы допуска
- Потеря емкости — для электролитических конденсаторов при высыхании электролита
Как проверить исправность конденсатора? С помощью мультиметра можно измерить емкость, сопротивление изоляции, ток утечки. Неисправные конденсаторы подлежат замене.
-12 Ф/м..
• Полярность конденсатора;
• Номинальное напряжение
• Удельная емкость и другие.
Величина емкости конденсатора зависит от
• Площадь пластин. Это понятно из формулы: емкость прямо пропорциональна заряду. Естественно, увеличив площадь обкладок, получаем большее количество заряда.
• Расстояния между обкладками. Чем они ближе расположены, тем больше напряженность получаемого электрического поля.
Устройство конденсатора
Наиболее распространенные конденсаторы — это плоские и цилиндрические. Плоские состоят из пластин, удаленных друг от
друга на небольшое расстояние. Цилиндрические, собираются при помощи цилиндров равной длины и разного диаметра. Все конденсаторы, в принципе, устроены одинаково. Разница, в основном, в том, какой материал используется в качестве диэлектрика. По типу диэлектрической среды и классифицируют конденсаторы, которые бывают жидкими, вакуумными, твердыми, воздушными.
Как заряжается и разряжается конденсатор?
При подключении к источнику постоянного тока, обкладки конденсатора заряжаются, одна приобретает положительный потенциал, а другая отрицательный. Между обкладками противоположные по знаку, но равные по значению, электрические заряды создают электрическое поле. Когда напряжения станут одинаковыми и на обкладках, и на источнике подаваемого тока, движение электронов прекратится и зарядка конденсатора закончится. Определенный промежуток времени конденсатор сохраняет заряды и выполняет функции автономного источника электроэнергии. В таком состоянии он может находиться достаточно долгое время. Если вместо источника, включить в цепь резистор, то конденсатор разрядится на него.Процессы, происходящие в конденсаторе
При подключении прибора к переменному или постоянному току в нем будут происходить разные процессы. Постоянный ток не пойдет по цепи с конденсатором. Так как между его обкладками находится диэлектрик, цепь фактически разомкнута.
Переменный ток, за счет того что периодически меняет направление, может проходить через конденсатор. При этом происходит периодический разряд и заряд конденсатора. На протяжении первой четверти периода заряд идет до максимума, в нем запасается электроэнергия, в следующую четверть конденсатор разряжается и электрическая энергия возвращается обратно в сеть. В цепи переменного тока, конденсатор обладает кроме активного сопротивления, еще и реактивной составляющей. Кроме того, в конденсаторе, ток опережает напряжение на 90 градусов, это важно учитывать, при построении векторных диаграмм.
Применение
Конденсаторы используются в радиотехнике, электронике, автоматике. Конденсатор –незаменимый элемент, который применяется во многих отраслях электротехники, на предприятиях, в научных разработках. Как пример, при необходимости, выступает в качестве разделителя токов: переменного и постоянного, применяется в конденсаторных установках, если необходимо компенсировать реактивную мощность, применяется как накопитель электричества в электросетях.
Советуем прочесть — Последовательное и параллельное соединение конденсаторов
работа, типы, 5 применений (сначала прочтите это!) – Lambda Geeks
Contents [show]> Конденсатор — определения и обзор> Теория работы> Конденсатор в цепи постоянного тока> Конденсатор в цепи переменного тока> Конденсатор последовательно> Конденсаторы параллельно> Типы конденсаторов> Приложения> Часто задаваемые вопросы по конденсаторамКонденсатор — определения и обзорКонденсатор — одно из важнейших пассивных устройств, способных накапливать электрическую энергию. Это двухконтактное устройство.
емкость известен как эффект конденсатора.
емкость известен как эффект конденсатора.В 1704 году были обновлены древние формы конденсатора. Европейский эксперимент тогда обнаружил, что электрический заряд может сохраняться в стакане, наполненном водой. Позже в 1745 году Эвальд Георг из Германии обнаружил, что последовательно включенные высоковольтные электростатические генераторы могут хранить эту сумму. Раньше конденсаторы назывались конденсаторами или конденсаторами. Алессандро Вольта ввел термин в употребление в 1782 году. Термин «конденсатор» появился в 1926 году.
Типов конденсаторов очень много. Конденсаторы имеют не менее двух проводников в виде плоской металлической поверхности, разделенных диэлектрическими материалами. Проводником может быть электролит, фольга, тонкая пленка и т. Д. Непроводник — это диэлектрическое вещество, увеличивающее зарядную емкость конденсатора. В качестве диэлектрика для конденсатора используются такие материалы, как воздух, полиэтиленовая пленка, бумага, слюда, керамика.
Когда к клеммам конденсатора прикладывается внешнее напряжение, на диэлектрическом материале создается электрическое поле. Таким образом, положительный заряд собирается на одной пластине, а отрицательный — на другой шкале. Конденсаторы используются практически во всех электрических и электронных схемах. Разница между резистором и конденсатором заключается в том, что резистор рассеивает энергию, а идеальный конденсатор — нет.
Типы конденсаторов, источник изображения — Эрик Шредер из Сан-Франциско, Калифорния, США, Конденсаторы (7189597135), CC BY-SA 2.0Теория ОперацииКак упоминалось ранее, конденсатор имеет два проводника, разделенных диэлектрической средой. Конденсатор работает по принципу закона Кулона. Закон Кулона гласит:
Таким образом, заряд на одном проводнике будет генерировать силу на носителе другого проводника, которая дополнительно притягивает заряды противоположной полярности и вызывает колебания зарядов того же типа. Так индуцируется заряд противоположной полярности на поверхности другого проводника.
Оба проводника содержат одинаковое количество зарядов, а диэлектрический материал создает электрическое поле.
Емкость и единицы измерения емкости:Емкость стандартного конденсатора определяется как отношение заряда проводника к напряжению на проводниках.
С = Q / В
C — емкость, Q — заряд на поверхности каждого проводника, а V — напряжение между двумя проводниками.
Единица измерения емкости в системе СИ — Фарад (Ф)..Емкость в один фарад определяется как величина емкости, которую конденсатор может генерировать, если к каждому проводнику, имеющему напряжение в один вольт, приложить один кулон заряда.
В практических устройствах емкость определяется как:
С = dQ / dВ
* Большинство конденсаторов, доступных на рынке, имеют емкость в микрофарадах.
Конденсатор может вести себя по-разному в разное время, если он находится в активной электрической цепи.
Его поведение можно охарактеризовать как длительным, так и коротким сроком.
Длительная эквивалентность конденсатора действует как конфигурация разомкнутой цепи (ток не проходит).
Кратковременный эквивалент конденсаторов действует как конфигурация короткого замыкания.
V (t) = Q (t) / C = (1 / C) * [∫t0t I (τ) dτ] + V (t0)
Взяв производные, получаем —
I (t) = dQ (t) / dt = C * [dV (t) / dt]
Символ конденсатораДоступны разные типы конденсаторов. Для их представления также используются различные типы символов. Некоторые из них представлены ниже в виде диаграмм. Они очень полезны для описания схемы.
Различные символы для обозначения конденсатораКонденсатор в цепи постоянного токаДавайте обсудим схему постоянного тока, в которой конденсатор и резистор включены последовательно с источником постоянного напряжения — V0.
Предположим, что конденсатор ранее не был заряжен, а разомкнутый переключатель замкнут в момент t0.
Из закона напряжения Кирхгофа мы можем написать:
Во = ВR (т) + ВC (Т)
VR (t) — напряжение на резисторе R в момент времени t, а VC (t) — измеренное напряжение на конденсаторе схемы в момент времени t.
Vo = i (t) * R + (1 / C) * [∫t0 t I (τ) dτ]
Взяв производную с обеих сторон, получим —
RC * [di (t) / dt] + i (t) = 0
В момент t, скажем, это ноль. Напряжение резистора VXNUMX и конденсатора равно нулю.
В то время ток был бы — Io = Vo / R. Теперь решая дифференциальные уравнения —
I (t) = (Vo / R) * e (-т/т0)
V (t) = Vo (1 — e (-т/т0))
τ0 = РК.
Это называется «постоянной времени» схемы.
Конденсатор в цепи переменного токаВ цепи переменного тока конденсатор создает импеданс, который представляет собой векторную сумму сопротивления и реактивного сопротивления. Полное сопротивление и реактивное сопротивление конденсатора выражаются следующими выражениями.
Реактивное сопротивление = X = — 1 / ωC = — 1 / 2πfC
Импеданс = Z = 1 / jωC = — j / ωC = —j / 2πfC
Здесь ω — угловая частота; j мнимая единица.
Импеданс обратно пропорционален емкости. Увеличение емкости и частоты вызывает уменьшение импеданса и наоборот.
Q-фактор:
Q-фактор или коэффициент качества конденсатора определяется как отношение реактивного сопротивления к его сопротивлению. Коэффициент q является мерой эффективности. Формулу можно записать как —
Q = Хc / R = 1 / ωCR
ω — угловая частота, C — емкость конденсатора, Xc — реактивное сопротивление, R — эквивалентное сопротивление.
Конденсатор в серииНа схеме представлены конденсаторы в последовательном соединении. Это показывает, что вместо площади пластины добавлено расстояние разделения. Серия емкости действует как конденсатор меньше, чем любой из ее компонентов.
Эквивалентная емкость данного соединения —
1 / Ceq = ∑ 1 / Сi = 1 / С1 + 1 / С2 +… + 1 / Cn
Конденсаторы параллельноНа схеме представлены конденсаторы, включенные параллельно. На каждый конденсатор подается одинаковое напряжение. Здесь складываются емкости конденсаторов. Подключение емкости действует как сумматор.
Параллельное соединение конденсаторовЭквивалентная емкость —
Ceq = ∑ Сi = C1 + C2 +… + Cn
Типы конденсаторовНа рынке доступно огромное количество типов конденсаторов, основанных на многочисленных классификационных параметрах. Тип диэлектрического материала, упаковка устройства и структура пластин являются одними из определяющих факторов для классификации типов конденсаторов.
Диэлектрический материал
Практически все типы конденсаторов имеют диэлектрическое вещество.
Между двумя проводниками помещаются диэлектрические вещества, емкость заряда может быть увеличена. Лучше всего использовать материал с высокой диэлектрической проницаемостью или высоким пробивным напряжением в качестве диэлектрического материала.
Доступны различные диэлектрические материалы, такие как бумага, пластик, слюда, керамика, стекло, воздух и т. Д.
На основе диэлектрических материалов некоторые типы конденсаторов:
- Электролитический конденсатор
- Танталовый конденсатор
- Керамический конденсатор
Есть и другие типы, некоторые типы конденсаторов —
- Конденсатор, зависящий от напряжения
- Частотно-зависимый конденсатор
- Параллельный пластинчатый конденсатор
- Конденсатор развязки
Конденсаторы — одно из необходимых устройств, которые требуются почти для каждой электрической цепи.
Он имеет множество приложений в различных областях. Некоторые из самых важных —
Конденсатор имеет свойство заряжаться и разряжаться. Он может накапливать энергию, когда он отключен от источника зарядки. Используя это свойство, конденсаторы можно использовать как аккумулятор или аккумулятор.
Суперконденсаторы могут принимать и заряжать быстрее, чем обычные батареи, и выдерживать более значительное количество циклов зарядки и разрядки, чем стандартные аккумуляторные батареи. Но он более обширный.
Количество заряда, накопленного в диэлектрическом слое, равно или превышает заряд, накопленный в пластине конденсатора.
Импульсная мощностьКонденсаторы используются в импульсных системах питания. В основном здесь используются группы больших, преимущественно сконструированных, конденсаторов высокого напряжения и малой индуктивности.
Блоки конденсаторов также используются в источниках питания для получения плавных выходных сигналов в полуволновом или двухполупериодном выпрямителях.
Накопительные конденсаторы могут использоваться для зарядки насосных цепей.
Это помогает отвести и скрыть колебания тока от первичного источника, чтобы обеспечить чистый источник питания для цепей управления. Аудиосхемы также используют несколько конденсаторов.
Связь и развязка сигналовКонденсаторы пропускают сигнал переменного тока, но блокируют сигналы постоянного тока. Вот почему конденсаторы используются для разделения цепей переменного тока. Этот процесс известен как «связь по переменному току» или «емкостная связь».
Разделительный конденсатор защищает одну область схемы от другой. Они используются в заземлениях. Они также известны как байпасный конденсатор. Разделительные конденсаторы используются для смещения транзисторов.
ПамятьДинамическая цифровая память для двоичных компьютеров может быть создана с использованием конденсаторов.
Что такое конденсатор и для чего он используется?
Автор Сэмюэл Л. Гарбетт
Узнайте, как работают конденсаторы и для чего они используются, чтобы правильно реализовать их в своем следующем проекте «Сделай сам».
Когда-то известные как конденсаторы, конденсаторы являются одним из наиболее распространенных компонентов, используемых в схемотехнике. Легко следовать руководствам «Сделай сам», в которых используются такие компоненты, не зная, для чего они нужны и как они работают, но для этого не нужно много учиться.
Итак, что такое конденсатор и как он работает? Давай выясним.
Что такое конденсатор?
Конденсаторы (первоначально называемые электрическими конденсаторами) представляют собой аналоговые электрические компоненты, которые могут собирать и хранить электрическую энергию.
Когда постоянный ток течет в конденсатор, он заряжается энергией и высвобождает переменный ток обратно в цепь.
Большинство конденсаторов имеют положительную и отрицательную клеммы в виде ножек, площадок или пластин. Ток течет в одну из этих ветвей, через корпус конденсатора и выходит из другой ветви.
Эти компоненты дают инженерам возможность контролировать электрическую энергию в цепи. Всплески напряжения сглаживаются, а энергия может быть сохранена для последующего использования, и все это с использованием умной химии внутри самого конденсатора.
Конденсаторычасто сравнивают с аккумуляторами, но они совершенно разные. В отличие от батарей, вы можете разрядить конденсатор почти мгновенно, и они не предназначены для длительного хранения энергии.
Что такое емкость?
Емкость — это способность компонента накапливать электрический заряд и может быть измерена в единицах, называемых фарадами. Конденсатор с высокой емкостью (скажем, 1,0 Ф) может хранить больше энергии, чем конденсатор с низкой емкостью (скажем, 1,0 мФ).
Несмотря на то, что емкость важна при выборе конденсатора, ограничения по напряжению компонента также имеют решающее значение.
Для чего используется конденсатор?
Конденсаторышироко распространены в современном мире. Вы их не видите, но эти компоненты присутствуют практически в каждом электрическом и электронном устройстве, которое вы используете. Итак, что конденсатор делает в этих устройствах?
Давайте рассмотрим некоторые из наиболее распространенных применений конденсаторов.
- Вспышки камеры: До появления светодиодов вспышка камеры использовала маленькие лампочки накаливания для получения света. Винтажная камера не могла обеспечить достаточную мощность для создания яркой вспышки без слишком большого корпуса. Конденсаторы решили эту проблему, заряжая и накапливая энергию перед каждой вспышкой. Это пример импульсной мощности.
- Компьютеры: Энергозависимая память, такая как ОЗУ, теряет сохраненные данные при отключении питания. Это создает проблему, когда необходимо заменить источники питания, но конденсатор может решить эту проблему, обеспечивая временное питание. Это пример накопления энергии.
- Аналоговое стереооборудование: Усилители и другое аналоговое стереооборудование требуют точных схем для обеспечения чистого звука. Конденсаторы сглаживают колебания тока в таких цепях, уменьшая фон и нежелательные шумы. Это пример кондиционирования мощности.
Это создает проблему, когда необходимо заменить источники питания, но конденсатор может решить эту проблему, обеспечивая временное питание. Это пример накопления энергии.Здесь мы лишь поверхностно коснулись использования конденсаторов во всем мире. Некоторые бытовые устройства содержат десятки, если не сотни, конденсаторов, выполняющих уникальные функции.
Использование конденсаторов для самодельных проектов
Теперь, когда у вас есть общее представление о том, как работает конденсатор, вы можете использовать эти компоненты для различных приложений. Использование конденсаторов в ваших собственных схемах потребует некоторого обучения, но оно того стоит. Поэтому стоит провести небольшое исследование для себя, чтобы зажечь свое вдохновение.
Подпишитесь на нашу рассылку
Похожие темы
- Сделай сам
- Малый электрический
- Электроника
Об авторе
Сэмюэл — британский писатель, увлекающийся технологиями и увлеченный своими руками. Начав бизнес в области веб-разработки и 3D-печати, а также много лет работая писателем, Сэмюэл предлагает уникальное понимание мира технологий. Сосредоточившись в основном на технических проектах DIY, он любит делиться забавными и захватывающими идеями, которые вы можете попробовать дома. Вне работы Сэмюэля обычно можно встретить на велосипеде, за компьютерными видеоиграми или отчаянно пытающимся общаться со своим домашним крабом.
Райан 2013
