Конденсаторы определение. Конденсаторы: устройство, виды и характеристики

Что такое конденсатор и как он устроен. Какие бывают типы конденсаторов. Каковы основные характеристики конденсаторов. Как рассчитать емкость конденсатора. Где применяются конденсаторы в электронике.

Что такое конденсатор и как он устроен

Конденсатор — это пассивный электронный компонент, способный накапливать и хранить электрический заряд. Простейший конденсатор состоит из двух проводящих пластин (обкладок), разделенных диэлектриком.

Основные части конденсатора:

• Обкладки — проводящие пластины, на которых накапливается заряд
• Диэлектрик — изолирующий материал между обкладками
• Выводы — для подключения к электрической цепи

Как работает конденсатор? При подаче напряжения на обкладки, они приобретают противоположные по знаку заряды. Чем больше площадь обкладок и чем меньше расстояние между ними, тем больший заряд может накопить конденсатор.

Основные характеристики конденсаторов

Ключевые параметры конденсаторов:

• Емкость — способность накапливать электрический заряд, измеряется в фарадах (Ф)
• Рабочее напряжение — максимально допустимое напряжение между обкладками
• Ток утечки — ток, протекающий через диэлектрик при приложенном напряжении
• Температурный коэффициент емкости — изменение емкости при изменении температуры
• Собственная индуктивность — паразитный параметр, ограничивающий работу на высоких частотах

Как рассчитать емкость плоского конденсатора? Для этого используется формула:

C = ε * ε0 * S / d

где C — емкость, ε — диэлектрическая проницаемость, ε0 — электрическая постоянная, S — площадь пластин, d — расстояние между пластинами.

Виды конденсаторов по конструкции

Основные типы конденсаторов по конструкции:

• Плоские — две параллельные пластины
• Цилиндрические — свернутые в рулон обкладки
• Сферические — вложенные друг в друга сферы
• Керамические — слои металла и керамики
• Электролитические — с жидким или твердым электролитом
• Пленочные — из тонких слоев пленки и металла

Каждый тип имеет свои особенности и область применения. Например, электролитические конденсаторы обладают большой емкостью, но чувствительны к полярности подключения.

Классификация конденсаторов по типу диэлектрика

По материалу диэлектрика конденсаторы делятся на:

• Воздушные — диэлектрик воздух
• Бумажные — пропитанная бумага
• Слюдяные — из слоев слюды
• Керамические — керамический диэлектрик
• Стеклянные — стеклянная прослойка
• Пленочные — из полимерных пленок
• Электролитические — с жидким или твердым электролитом

От типа диэлектрика зависят такие параметры как рабочее напряжение, емкость, стабильность, допустимая рабочая температура и другие характеристики конденсатора.

Как соединять конденсаторы в схемах

Основные способы соединения конденсаторов в электрических схемах:

Параллельное соединение конденсаторов

При параллельном подключении общая емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов:

C = C1 + C2 + C3 + …

Напряжение на всех конденсаторах одинаковое.

Последовательное соединение конденсаторов

При последовательном соединении обратная величина общей емкости равна сумме обратных величин емкостей конденсаторов:

1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + …

Заряд на всех конденсаторах одинаковый.

На практике часто используются смешанные схемы с параллельно-последовательным соединением конденсаторов для получения нужной емкости и рабочего напряжения.

Применение конденсаторов в электронике

Основные области применения конденсаторов:

• Накопление и хранение электрического заряда
• Фильтрация сигналов и помех
• Разделение постоянной и переменной составляющих
• Сглаживание пульсаций напряжения
• Создание резонансных контуров
• Блокировка по питанию микросхем
• Запуск электродвигателей

Конденсаторы являются одним из базовых компонентов электроники и применяются практически во всех электронных устройствах.

Как выбрать конденсатор для схемы

При выборе конденсатора для конкретной схемы нужно учитывать следующие факторы:

• Требуемую емкость
• Рабочее напряжение схемы
• Допустимые отклонения емкости
• Рабочую частоту
• Температурный диапазон
• Габаритные размеры
• Стоимость

Правильный выбор типа и параметров конденсатора обеспечивает надежную работу электронного устройства. При высоких требованиях рекомендуется использовать прецизионные конденсаторы с малыми допусками.

Конденсатор

Публикации по материалам Д. Джанколи. «Физика в двух томах» 1984 г. Том 2.

Конденсатор — это устройство для накопления электрического заряда; он состоит из двух проводников (обкладок), расположенных близко друг к другу, но не соприкасающихся. Типичный плоский конденсатор представляет собой пару параллельных пластин площадью А, разделенных небольшим промежутком d (рис. 25.1, а). Часто пластины, разделяют прокладкой из бумаги или другого диэлектрика (изолятора) и сворачивают в рулон (рис. 25.1,6).

Предположим, что конденсатор подключен к источнику напряжения, например к батарее. (Батарея — это устройство, на клеммах которого поддерживается относительно постоянная разность потенциалов). Подсоединенный к батарее конденсатор быстро заряжается: одна его обкладка приобретает положительный заряд, другая-равный по величине отрицательный (рис. 25.2).

Заряд, приобретаемый каждой из обкладок конденсатора, пропорционален разности потенциалов

V_ba:

Q = CV_ba (25.1)

Коэффициент пропорциональности С называется емкостью конденсатора. Единица емкости, кулон на вольт, называется фарад (Ф). На практике чаще всего применяются конденсаторы емкостью от 1 пФ (пикофарад, 10^-12Ф) до 1 мкФ (микрофарад, 10^-6 Ф). Формулу (25.1) впервые вывел Вольт в конце XVIII в.

Определение емкости конденсатора

Емкость С служит характеристикой данного конденсатора. Величина емкости С зависит от размеров, формы и взаимного расположения обкладок, а также от вещества, заполняющего промежуток между обкладками. В этом разделе мы будем считать, что между обкладками находится вакуум или воздух.

Емкость конденсатора, согласно (25.1), можно определить экспериментально, непосредственно измерив заряд Q пластины при известной разности потенциалов V_ba

.

Если геометрическая конфигурация конденсаторов достаточно проста, то можно определить емкость С аналитически. Для иллюстрации рассчитаем емкость С конденсатора с параллельными пластинами площадью А, находящимися на расстоянии d друг от друга (плоский конденсатор) (рис. 25.3). Будем считать, что величина d мала по сравнению с размерами пластин, так что электрическое поле Е между пластинами однородно и искривлением силовых линий у краев пластин можно пренебречь. Ранее мы показали, что напряженность электрического поля между близко расположенными параллельными пластинами равна Е = ?/?₀, а силовые линии перпендикулярны пластинам.
Поскольку плотность заряда равна ? = Q/A, то

Напряженность электрического поля связана с разностью потенциалов соотношением

Мы можем взять интеграл от одной пластины до другой вдоль траектории, направленной навстречу силовым линиям:

Установив связь между Q и V_ba, выразим теперь емкость С через геометрические параметры:

Справедливость полученного вывода очевидна: чем больше площадь А, тем «свободнее» разместятся на ней заряды, отталкивание между ними будет меньше и каждая пластина сможет удерживать больший заряд. Чем больше расстояние d между пластинами, тем слабее заряды на одной пластине будут притягивать заряды на другой: на пластины от батареи поступает меньше заряда и емкость оказывается меньше.

Обратим также внимание, что формула справедлива при использовании в качестве диэлектрика — вакуума. Для других изоляторов используется коэффициент диэлектрической проницаемости К.
Тогда, с учётом коэффициента, ёмкость конденсатора будет равна:

С = К?₀ A/d , либо С = ?_A/d

Например, для некоторых диэлектриков коэффициент К будет равен:

Вакуум: К = 1.0000
Воздух (1 атм): К = 1.0006
Парафин: К = 2.2
Эбонит: К = 2.8
Пластик (поливинильный): К = 2.8-4.5
Бумага: К = 3-7
Кварц: К = 4.3
Стекло: К = 4-7
Фарфор: К = 6-8
Слюда: К = 7
Более подробно это будет рассмотрено далее в публикации — «Диэлектрики».

Продолжение следует. Коротко о следующей публикации:

Последовательное и параллельное соединения конденсаторов.
Конденсаторы можно соединять различными способами. На практике это используют очень часто, и емкость комбинации конденсаторов зависит от того, как они соединены. Два основных способа соединения — параллельное и последовательное.

Альтернативные статьи:
Дизель-генератор, Асинхронный генератор.

---

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Электроемкость. Конденсаторы

Что такое электроемкость проводников

Если у нас есть два проводника, изолированных друг от друга, которым мы сообщаем некоторые заряды (обозначим их соответственно q1 и q2), то между ними возникнет определенная разность потенциалов. Ее величина будет зависеть от формы проводников, а также от исходных величин зарядов. Обозначим такую разность Δφ. Если мы говорим о разности, возникающей в электрическом поле между двумя точками, то ее обычно обозначают U.

В рамках темы данной статьи нам больше всего интересна такая разность потенциалов между проводниками, когда их заряды противоположны по знаку, но равны друг другу по модулю. В таком случае мы можем ввести новое понятие – электрическая емкость (электроемкость).

Определение 1

Электрической емкостью системы, состоящей из двух проводников, называется отношение заряда одного проводника (q) к разности потенциалов между этими двумя проводниками.

В виде формулы это записывается так: C=q∆φ=qU.

Для измерения электрической емкости применяется единица, называемая фарад. Она обозначается буквой Ф.

1Φ=1 Кл1 В.

Конфигурации и размеры проводников, а также свойства диэлектрика определяют величину электроемкости заданной системы. Наибольший интерес для нас представляют проводники особой формы, называемые конденсаторами.

Определение 2

Конденсатор – это проводник, конфигурация которого позволяет локализовать (сосредотачивать) электрическое поле в одной выделенной части пространства. Проводники, составляющие конденсатор, называются обкладками.

Определение 3

Если мы возьмем две плоские пластины из проводящего материала, расположим их на небольшом расстоянии друг от друга и проложим между ними слой диэлектрика, то мы получим простейший конденсатор, называемый плоским. При его работе электрическое поле будет располагаться преимущественно в промежутке между пластинами, но небольшая часть этого поля будет рассеиваться вокруг них.

Определение 4

Часть электрического поля вблизи конденсатора называется полем рассеяния.

Иногда в задачах мы можем не учитывать его и работать только с той частью электрического поля, которое расположено между обкладками. Однако пренебрегать полем рассеяния допустимо далеко не всегда, поскольку это может привести к ошибочным расчетам из-за нарушения потенциального характера электрического поля.

Рисунок 1.6.1. Электрическое поле в плоском конденсаторе.

Рисунок 1.6.2. Электрическое поле конденсатора без учета поля рассеяния, не обладающее потенциальностью.

Модуль напряженности электрического поля, которое создает каждая обкладка в плоском конденсаторе, выражается соотношением следующего вида:

E1=σ2ε0.

Исходя из принципа суперпозиции, можно утверждать, что напряженность E→ поля, которое создают обе пластины конденсатора, будет равна сумме напряженностей E+→ и E-→ полей каждой пластины, то есть E→=E+→+E-→.

Векторы напряженностей обеих пластин во внутренней части конденсатора будут параллельны друг другу. Значит, мы можем выразить модуль напряженности их суммарного поля в виде формулы E=2E1=σε0.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Как рассчитать электроемкость конденсатора

Вне пластин векторы напряженности будут направлены в противоположные друг от друга стороны, значит, E будет равно нулю. Если мы обозначим заряд каждой обкладки как q, а ее площадь как S, то соотношение qS даст нам представление о поверхностной плотности. Умножив E на расстояние между обкладками (d), мы получим разность потенциалов между пластинами в однородном электрическом поле. Теперь возьмем оба этих соотношения и выведем из них формулу, по которой может быть рассчитана электрическая емкость конденсатора.

C=q∆φ=σ·SE·d=ε0Sd.

Определение 5

Электрическая емкость плоского конденсатора – величина, обратно пропорциональная расстоянию между обкладками и прямо пропорциональная их площади.

Заполнение пространства между проводниками диэлектрическим материалом может увеличить электроемкость плоского конденсатора в число раз, кратное undefined.

Определение 6

Введем обозначение емкости в виде буквы С и запишем это в виде формулы:

C=εε0Sd.

Данная формула называется формулой электроемкости плоского конденсатора.

Конденсаторы бывают не только плоскими. Возможны и другие конфигурации, также обладающие специфическими свойствами.

Определение 7

Сферическим конденсатором называется система из 2-х концентрических сфер, сделанных из проводящего материала, радиусы которых равны R1 и R2 соответственно.

Определение 8

Цилиндрическим конденсатором называется системы из двух проводников цилиндрической формы, длина которых равна L, а радиусы R1 и R2.

Обозначим проницаемость диэлектрического материала как ε и запишем формулы, по которым можно найти электрическую емкость конденсаторов:

• C=4πε0εR1R2R2-R1(сферический конденсатор),
• C=2πε0εLlnR2R1(цилиндрический конденсатор).

Как рассчитать электроемкость батареи конденсаторов

Определение 9

Если мы соединим несколько проводников между собой, то мы получим конструкцию, называемую батареей.

Способы соединения могут быть разными. Если соединение будет параллельным, то напряжение всех конденсаторов в системе будет одинаково: U1=U2 =U, а заряды можно найти по формулам q1=С1U и q2=C2U. При таком соединении вся система может считаться одним конденсатором, электроемкость которого равна C, заряд – q=q1+q2, а напряжение – U. В виде формулы это выглядит так:

С=q1+q2U или C=C1+C2

Определение 10

Если в батарее конденсаторов элементы соединены параллельно, то для нахождения общей электроемкости нам нужно сложить емкости ее отдельных элементов.

Рисунок 1.6.3. Конденсаторы, соединенные параллельно. C=C1+C2

Рисунок 1.6.4. Конденсаторы, соединенные последовательно: 1C=1C1+1C2

Если же батарея состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов, то заряды обоих будут одинаковы: q1=q2=q. Найти их напряжения можно так: U1=qC1 и U2=qC2. Такую систему тоже можно считать одним конденсатором, заряд которого равен q, а напряжение U=U1+U2.

C=qU1+U2 или 1C=1C1+1C2

Определение 11

Если конденсаторы в батарее соединены последовательно, то для нахождения общей электроемкости нам нужно сложить величины, обратные емкостям каждого из них.

Справедливость обеих формул, приведенных выше, не зависит от количества конденсаторов в батарее.

Рисунок 1.6.5. Смоделированное электрическое поле плоского конденсатора.

Формулы конденсатора

Формулы емкости конденсаторов

Для любого конденсатора справедлива формула:

   

где C – емкость конденсатора; q – величина заряда одной из обкладок конденсатора; – разность потенциалов между его обкладками.

Емкость конденсатора, между пластинами которого находится диэлектрик (C) (диэлектрическая проницаемость которого равна в раз больше, чем емкость такого же воздушного конденсатора ():

   

Для расчета емкости плоского конденсатора применяют формулу:

   

где – электрическая постоянная; S – площадь каждой (или наименьшей) пластины; d – расстояние между пластинами.

Емкость плоского конденсатора, содержащего N слоев диэлектрика (толщина i-го слоя равна , диэлектрическая проницаемость i-го слоя , определяется как:

   

Электрическая емкость цилиндрического конденсатора вычисляют как:

   

где l – высота цилиндров; – радиус внешней обкладки; – радиус внутренней обкладки.

Емкость сферического (шарового) конденсатора находят по формуле:

   

где – радиусы обкладок конденсатора.

Формулы для расчета емкости соединения конденсаторов

При параллельном соединении конденсаторов суммарная емкость батареи (C) равна сумме емкостей отдельных конденсаторов (), ее составляющих:

   

Электрическая емкость последовательного соединения конденсаторов может быть вычислена по формуле:

   

Если последовательно соединены N конденсаторов, с емкостями то емкость батареи вычислим как:

   

Сопротивление конденсатора

При включении конденсатора в цепь с постоянным током сопротивление конденсатора считают бесконечно большим.

Если конденсатор включен в цепь переменного тока, то его сопротивление называют емкостным и вычисляют при помощи формулы:

   

где – частота переменного тока; – угловая частота тока; C – емкость конденсатора.

Формула энергии поля конденсатора

   

где –энергия поля конденсатора; q – заряд конденсатора; C – емкость конденсатора; – разность потенциалов между обкладками конденсатора.

Энергия поля плоского конденсатора:

   

Примеры решения задач по теме «Конденсатор»

Электроёмкость. Конденсаторы

Изучение электрических явлений вы начали еще в восьмом классе, познакомившись с явлением электризации. Сегодня мы можем провести классический опыт. Возьмем две стеклянные банки разных размеров, предварительно изолировав их от земли. Поднесем к каждой из этих банок одинаковый заряженный шар на изолированной ручке.

Если теперь мы измерим потенциалы каждой из банок, с помощью электрометров, то убедимся, что эти потенциалы не равны. Это наводит на мысли о том, что на различных телах накопление заряда происходит по-разному. Другой опыт, который мы можем провести — это разноименно зарядить два проводника.

Как вы понимаете, с увеличением заряда, будет расти напряженность электрического поля между данными проводниками. При неизменном расстоянии между проводниками, с увеличением напряженности будет расти и разность потенциалов, то есть, электрическое напряжение. При достаточно большом напряжении, диэлектрик становится проводящим (поскольку не существует идеальных диэлектриков). Возникает явление, которое называется пробоем диэлектрика: между проводниками проскакивает искра, в результате чего они разряжаются. Это говорит нам о том, что чем меньше увеличивается напряжение с увеличением заряда, тем больший заряд можно накопить. Таким образом, мы можем заключить, что необходимо ввести физическую величину, которая характеризует способность накапливать электрический заряд. Эта величина называется электроемкостью или просто емкостью.

Поскольку напряжение между двумя проводниками пропорционально напряженности электрического поля, а напряженность, в свою очередь, пропорциональна зарядам на проводниках, можно сделать вывод, что напряжение пропорционально зарядам на проводниках:

Как мы уже сказали, чем меньше увеличивается напряжение с увеличением заряда, тем больший заряд можно накопить. Поэтому, определение электроемкости для двух проводников звучит так: электроемкость двух проводников — это отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между ними:

Единицей измерения электроемкости является фарад (в честь Майкла Фарадея):

Как видно из формулы электроемкость двух проводников равна 1 Ф, если при сообщении им зарядов 1 Кл и –1 Кл, между ними возникает напряжение в 1 В.

Как мы уже говорили, заряд в 1 Кл — это очень большой заряд, поэтому, электроемкость в 1 Ф — тоже очень большая. На практике используются такие величины, как микрофарады и нанофарады.

Итак, мы дали определение электроемкости для двух проводников. Система проводников, используемых для накопления электрического заряда, называется конденсатором. Конденсатор состоит из двух проводников, которые разделены слоем диэлектрика.

Толщина диэлектрика должна быть невелика по сравнению с размерами проводников. Проводники в конденсаторе называются обкладками. В качестве обкладок часто используют очень тонкие металлические пластины, а в качестве диэлектрика — бумагу или воздух.

На сегодняшнем уроке мы рассмотрим плоский конденсатор. Плоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга.

Поле внутри такого конденсатора будет однородным. Для того, чтобы зарядить конденсатор, достаточно подключить его к полюсам источника тока. Накопив заряд, конденсатор может сам являться источником тока некоторое время. Но, надо сказать, что конденсатор разряжается очень быстро. Электроемкость плоского конденсатора характеризуется площадью пластин и расстоянием между этими пластинами:

Очевидно, что чем больше площадь пластин, тем больший заряд можно на них накопить. Тем не менее, чем больше расстояние между пластинами, тем выше напряжение между ними:

Поскольку электроемкость обратно пропорциональна напряжению, мы можем заключить, что чем больше расстояние между пластинами, тем меньше электроемкость плоского конденсатора:

Таким образом, мы выяснили, что электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между ними:

Конечно же, электроемкость зависит и от диэлектрика, который используется в конденсаторе, поэтому в формуле мы видим диэлектрическую проницаемость. Также, в формуле есть коэффициент пропорциональности, который называется электрической постоянной. Значение электрической постоянной соответствует диэлектрической проницаемости вакуума:

Конденсаторы классифицируются по нескольким признакам: по форме обкладок, по типу диэлектрика и по назначению.

В основном конденсаторы бывают трех форм: плоские, сферические и цилиндрические.

Также конденсаторы разделяют по типу диэлектрика на керамические, бумажные и электролитические конденсаторы.

Кроме этого, конденсаторы классифицируются по назначению.

Помимо конденсаторов с постоянной электроемкостью, существуют также конденсаторы, которые обладают переменной электроемкостью. В таком конденсаторе есть статор и ротор. Вращая ротор, можно изменять суммарную площадь перекрываемую пластинами и, таким образом, изменять электроемкость. Конденсаторы с переменной емкостью широко используются в радиотехнике. Например, изменяя емкость конденсатора, можно настраивать радиоприемник на нужную частоту (или, как мы говорим, на нужную волну).

Кроме этого, на практике нередко используются конденсаторные батареи. Конденсаторная батарея представляет собой набор из нескольких конденсаторов постоянной емкости, соединенных между собой параллельно или последовательно. В зависимости от соединения, между параметрами конденсатора наблюдаются различные закономерности, которые сведены в таблицу:

Пример решения задачи.

Задача. Когда конденсатор с постоянной электроёмкостью зарядили от источника тока, напряжение между пластинами конденсатора составило 300 В. После этого, к конденсатору подключили лампочку, которая прогорела ровно 1,5 с, а потом погасла. Предполагая, что в течение этих полутора секунд, по лампочке проходил постоянный ток в 20 мА, определите электроёмкость данного конденсатора.

Емкость плоского и других конденсаторов

Конфигурация конденсатора такова, что поле, которое создается зарядами, локализовано между обкладками. В общем случае электроемкость конденсатора равна:

\[C=\frac{q}{{\varphi }_1-{\varphi }_2}=\frac{q}{U}\left(1\right),\]

где ${\varphi }_1-{\varphi }_2=U$ — разность потенциалов обкладок, которую называют напряжением и обозначают $U$. Емкость по определению считается положительной величиной. Она зависит только от геометрии обкладок конденсатора их взаиморасположения и диэлектрика. Форму обкладок и их расположение подбирают так, чтобы внешние поля минимально влияли на внутреннее поле конденсатора. Силовые линии поля конденсатора начинались на проводнике с положительным зарядом и заканчивались на проводнике с отрицательным зарядом. Конденсатор может быть проводником, который помещен в полость, окруженную замкнутой оболочкой.

В соответствии с конфигураций конденсаторов можно выделить три большие группы: плоские, сферические и цилиндрические (по форме обкладок). Вычисление емкости конденсатора сводится к определению $напряжения$ конденсатора при известном заряде на его обкладках.

Плоский конденсатор

Плоский конденсатор (рис.1) — это две разноименно заряженные пластины, разделенные тонким слоем диэлектрика. Формула для расчета емкости такого конденсатора представляет собой выражение:

\[С=\frac{\varepsilon {\varepsilon }_0S}{d}\left(2\right),\]

где $S$ — площадь обкладки, $d$ — расстояние между обкладками, $\varepsilon $ — диэлектрическая проницаемость вещества. Чем меньше $d$, тем больше совпадает расчётная емкость конденсатора (2), с реальной емкостью.

Рис. 1

Электроемкость плоского конденсатора, заполненного N слоями диэлектрика, толщина слоя с номером i равна $d_i$, диэлектрическая проницаемость этого слоя ${\varepsilon }_i$ вычисляется по формуле:

\[C=\frac{{\varepsilon }_0S}{\frac{d_1}{{\varepsilon }_1}+\frac{d_2}{{\varepsilon }_2}+\dots +\frac{d_N}{{\varepsilon }_N}}\ \left(3\right).\]

Сферический конденсатор

В том случае, если внутренний проводник шар или сфера, внешняя замкнутая оболочка — концентрическая ему сфера, то конденсатор является сферическим. Сферический конденсатор (рис.2) состоит из двух концентрических проводящих сферических поверхностей с пространством между обкладками, заполненным диэлектриком. Емкость его можно рассчитать по формуле:

\[C=4\pi \varepsilon {\varepsilon }_0\frac{R_1R_2}{R_2-R_1}\ \left(4\right),\]

где $R_1{\ и\ R}_2$ — радиусы обкладок.

Рис. 2

Цилиндрический конденсатор

Емкость цилиндрического конденсатора равна:

\[C=\frac{2\pi \varepsilon {\varepsilon }_0l}{{ln \left({R_2}/{R_1}\right)\ }}\left(5\right),\]

где $l$ — высота цилиндров, $R_1$ и $R_2$ — радиусы обкладок. Этот вид конденсаторов представляет собой две коаксиальных (соосных) проводящих цилиндрических поверхности (рис.3).

Рис. 3

Еще одной, но не маловажной характеристикой всех конденсаторов является пробивное напряжение ($U_{max}$)— это напряжение, при котором происходит электрический разряд через слой диэлектрика.4\frac{В}{м}.$

Соединение конденсаторов — Основы электроники

В электрических цепях применяются различные способы соединения конденсаторов. Соединение конденсаторов может производиться: последовательно, параллельно и последовательно-параллельно (последнее иногда называют смешанное соединение конденсаторов). Существующие виды соединения конденсаторов показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Способы соединения конденсаторов.

Параллельное соединение конденсаторов.

Если группа конденсаторов включена в цепь таким обра­зом, что к точкам включения непосредственно присоединены пластины всех конденсаторов, то такое соединение называется параллельным соединением конденсаторов (рисунок 2.).

Рисунок 2. Параллельное соединение конденсаторов.

При заряде группы конденсаторов, соединенных параллель­но, между пластинами всех конденсаторов будет одна и та же разность потенциалов, так как все они заряжаются от одного и того же источника тока. Общее же количе­ство электричества на всех конденсаторах будет равно сумме количеств электричества, помещающихся на каждом из кон­денсаторов, так как заряд каждого их конденсаторов проис­ходит независимо от заряда других конденсаторов данной группы. Исходя из этого, всю систему параллельно соединен­ных конденсаторов можно рассматривать как один эквива­лентный (равноценный) конденсатор. Тогда общая емкость конденсаторов при параллельном соединении равна сумме емкостей всех соединенных конденсаторов.

Обозначим суммарную емкость соединенных в батарею конденсаторов бук­вой Собщ, емкость первого конденсатора С1 емкость второго С2 и емкость третьего С3. Тогда для параллельного соединения конденсаторов будет справедлива следующая формула:

Последний знак + и многоточие указывают на то, что этой формулой можно пользоваться при четырех, пяти и во­обще при любом числе конденсаторов.

Последовательное соединение конденсаторов.

Если же соединение конденсаторов в батарею производится в виде цепочки и к точкам включения в цепь непосредственно присоединены пластины только первого и последнего конденсаторов, то такое соединение конденсаторов называется последо­вательным (рисунок 3).

Рисунок 2. Последовательное соединение конденсаторов.

При последовательном соединении все конденса­торы заряжаются одинаковым количеством электричества, так как непосредственно от источника тока заряжаются только крайние пластины (1 и 6), а остальные пластины (2, 3, 4 и 5) заря­жаются через влияние. При этом заряд пла­стины 2 будет равен по величине и противо­положен по знаку за­ряду пластины 1, заряд пластины 3 будет равен по величине и противоположен по знаку заряду пла­стины 2 и т. д.

Напряжения на различных конденсаторах будут, вообще говоря, различными, так как для заряда одним и тем же количеством электричества конденсаторов различной емкости всегда требуются различные напряжения. Чем меньше емкость конденсатора, тем большее напряжение необходимо для того, чтобы зарядить этот конденсатор требуемым количеством электричества, и наоборот.

Таким образом, при заряде группы конденсаторов, соединенных последовательно, на конденсаторах малой емкости напряжения будут больше, а на конденсаторах большой емкости — меньше.

Аналогично предыдущему случаю можно рассматривать всю группу конденсаторов, соединенных последовательно, как один эквивалентный конденсатор, между пластинами которого существует напряжение, равное сумме напряжений на всех конденсаторах группы, а заряд которого равен заряду любого из конденсаторов группы.

Возьмем самый маленький конденсатор в группе. На нем должно быть самое большое напряжение. Но напряжение на этом конденсаторе составляет только часть общего напряже­ния, существующего на всей группе конденсаторов. Напря­жение на всей группе больше напряжения на конденсаторе, имеющем самую малую емкость. А отсюда непосредственно следует, что общая емкость группы конденсаторов, соединен­ных последовательно, меньше емкости самого малого конден­сатора в группе.

Для вычисления общей емкости при последовательном со­единении конденсаторов удобнее всего пользоваться следую­щей формулой:

Для частного случая двух последовательно соединенных конденсаторов формула для вычисления их общей емкости будет иметь вид:

Последовательно-параллельное (смешанное) соединение конденсаторов

Последовательно-параллельным соединением конденсаторов называется цепь имеющая в своем составе участки, как с параллельным, так и с последовательным соединением конденсаторов.

На рисунке 4 приведен пример участка цепи со смешанным соединением конденсаторов.

Рисунок 4. Последовательно-параллельное соединение конденсаторов.

При расчете общей емкости такого участка цепи с последовательно-параллельным соединением конденсаторов этот участок разбивают на простейшие участки, состоящие только из групп с последовательным или параллельным соединением конденсаторов. Дальше алгоритм расчета имеет вид:

1. Определяют эквивалентную емкость участков с последовательным соединением конденсаторов.

2. Если эти участки содержат последовательно соединенные конденсаторы, то сначала вычисляют их емкость.

3. После расчета эквивалентных емкостей конденсаторов перерисовывают схему. Обычно получается цепь из последовательно соединенных эквивалентных конденсаторов.

4. Рассчитывают емкость полученной схемы.

Один из примеров расчета емкости при смешанном соединении конденсаторов приведен на рисунке 5.

Рисунок 5. Пример расчета последовательно-параллельного соединения конденсаторов.

Подробнее о расчетах соединения конденсаторов можно узнать в мультимедийном учебнике по основам электротехники и электроники:

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

как найти, отчего зависит напряжение на этом элементе

Конденсатор — это электротехнический элемент, позволяющий накапливать заряд. Самая простая его форма представляет две пластины, разделенные слоем диэлектрика. Если на пластины подать напряжение, то оно сохранится какое-то время после его снятия. Важно знать, в чем измеряется емкость конденсатора, для правильного построения схем с этими элементами.

Применение в технике

Конденсаторы применяются в различной электро- и радиоаппаратуре. Эти элементы способны накапливать заряд и поддерживать напряжение (например, сетевое) на должном уровне во время незначительных перебоев с питанием. Конденсаторы большой емкости сами используются как питающие элементы для малогабаритной мобильной аппаратуры. Они еще называются ионисторы. Их недостатком является необходимость частого подзаряда.

Большое значение имеют эти элементы и в фильтрующих устройствах, приборах, задача которых не пропустить помехи в полезный сигнал, или уловить нужный сигнал в постоянном напряжении повышенного уровня.

Без конденсаторов не обходится ни один генератор переменного сигнала. Их назначение — задать частоту генерации, период и другие временные параметры. Здесь используются очень точные элементы, с допуском по номиналу не более 1%.

Конденсаторы бывают как постоянной, так и переменной емкости. Элементы переменной емкости используются в аппаратуре, требующей настройки на разные частоты. Например, это широко используется в настройке радиочастот в FM -приемниках.

Формулы для расчета конденсаторов

Для решения задач техники и прикладных теоретических расчетов нужно знать законы, по которым электрические величины взаимодействуют друг с другом. Эти законы выражаются формулами. Например, напряжение на конденсаторе зависит от его емкости и заряда, накопленного им.

Определение емкости

Это значение зависит от нескольких параметров. Чтобы его рассчитать, нужно знать, в чем измеряется емкость конденсатора. Эта величина эквивалентна тому, сколько кулон заряда накапливается элементом при напряжении в 1 вольт, приложенном к нему. Измеряется она в фарадах. Емкость этих элементов зависит также и от их формы.

• Плоские конденсаторы — самая простая разновидность накопителей заряда. Как найти емкость конденсатора, имеющего плоскую форму, можно узнать, если определить все параметры, влияющие на это. На его емкость влияет расстояние между его обкладками (токопроводящие пластины) d, площадь самих обкладок S, диэлектрическая проницаемость вещества между обкладками ε и электрическая постоянная ε0, которая равна 8,85 ⋅ 10^-12 фарад на метр. Формула конденсатора такова:

С = ε ⋅ ε0 ⋅ S/d

• Цилиндрический конденсатор также состоит из двух заряженных обкладок, обе они имеют форму цилиндров, расположенных один внутри другого. Внутренний цилиндр цельный, внешний — полый. Расстояние между обкладками равно разности радиусов этих цилиндров. Формулу емкости конденсатора можно представить такой же, как в предыдущем случае, с той разницей, что площадь обкладок рассчитывается исходя из их высоты и радиуса:

С = 2 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ h ⋅ R вн /(R нар — R вн) = ε ⋅ ε0 ⋅ S / d

где h — высота обкладки,

Rвн — внутренний радиус, R нар — наружный радиус,

π = 3,14.

• Зарядом может обладать не только тело с двумя обкладками, но и проводящий шарообразный объект. Если подать на него напряжение, а потом измерить потенциал между ним и землей, то потенциал будет ненулевым. Формула для расчета шарообразного накопителя заряда:

С = 4 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ R

где R — радиус шара.

Если в формулу подставить радиус Земли и диэлектрическую проницаемость воздуха, можно получить значение емкости Земли в фарадах. После расчетов:

С (Земли) = 700 микрофарад

Такую емкость могут иметь современные электролитические конденсаторы.

Если разместить один шар внутри другого и подать между ними напряжение, то полученная конструкция тоже будет накапливать заряд между поверхностями шаров. Определение емкости такой конструкции можно провести по формуле:

С = ε ⋅ ε0 ⋅4⋅π ⋅ R1 ⋅ R2 / (R2 — R1)

где R2 и R1 — радиусы соответствующих шарообразных поверхностей.

Емкость конденсатора зависит также и от типа используемого диэлектрика. Наиболее распространены керамические, электролитические, бумажные, воздушные и слюдяные наполнители.

Вычисление энергии

Накопители заряда обладают и другими параметрами. Один из них — это энергия. При зарядке конденсатора на его обкладках накапливается потенциальная энергия.

Она создаёт силу, притягивающую разноименно заряженные пластины, а также ток, который питает электроприборы, если использовать ионистор как источник питания. Энергию можно выразить как зависимость от напряжения обкладок и емкости:

W = C ⋅ U ² /2

Ток утечки через диэлектрик

Ток утечки появляется в элементе, если есть пути протекания электрического тока с одной обкладки на другую. Чем менее изолирующими свойствами обладает диэлектрик, тем больше будет ток утечки. Особенно это применимо к конденсаторам с диэлектриком в виде промасленной бумаги. Этот параметр зависит и от конструкции элемента, и от загрязненности его корпуса. Если элемент негерметичен, ток утечки может увеличиваться при проникании влаги внутрь корпуса. Этот ток можно рассчитать по закону Ома:

I ут = U/R d

где I ут — ток утечки,

U — напряжение на обкладках,

R d — сопротивление изоляции диэлектрика.

Соединение элементов

При создании схем применяется различное соединение элементов. Элементы схемы могут быть соединены:

• Параллельно;
• Последовательно;
• Параллельно — последовательно (смешанно).

Как найти ёмкость параллельно соединенных элементов? Нужно понять, что является общим при таком типе соединения. Так как напряжение прикладывается одновременно ко всем обкладкам, то оно является общим. Заряд же будет для каждого своим. По формуле:

q = C ⋅ U, здесь q — суммарный заряд, то есть

q = ΣC i ⋅ U = U ⋅ ΣC i

С общее будет равняться сумме всех С.

При последовательном соединении элементов общим для всех них будет заряд. В то же время напряжение будет для каждого из них разным, и общее будет складываться из всех по отдельности.

U = q / C, здесь U — сумма напряжений на всех элементах

U общее = q ⋅ Σ (1/ C i)

1/С общее = 1/С 1 +1/С 2 +… +1/C i

При таком соединении значение общей емкости будет меньше самого маленького значения этой величины в группе.

В случае использования смешанного соединения необходимо вычислить отдельно общую емкость для параллельного и отдельно для последовательного соединения. После этого по формуле последовательного соединения найти общее для двух получившихся величин значение.

Конденсатор

и емкость — определение, типы и использование

Конденсатор — это электрический компонент, который имеет способность накапливать энергию в виде электрических зарядов, которые создают разность потенциалов, которая представляет собой статическое напряжение, очень похожее на небольшую перезаряжаемую батарею. .

Самая основная конструкция конденсатора состоит из двух параллельных проводников (металлическая пластина), разделенных диэлектрическим материалом. Когда к конденсатору подключается источник напряжения, пластина конденсатора заряжается.Металлическая пластина, прикрепленная к положительной клемме, будет заряжена положительно, а пластина, прикрепленная к отрицательной клемме, будет заряжена отрицательно.

Изображение будет загружено в ближайшее время

Символы конденсаторов

Типы конденсаторов

1. Пленочные конденсаторы: Пленочные конденсаторы — это конденсаторы, в которых в качестве диэлектрической среды используется пластиковая пленка. Они доступны практически любого номинала и напряжения до 1500 вольт. Они колеблются от 10% до 0,01% при любом допуске.Кроме того, пленочные конденсаторы бывают разных форм и стилей. Есть два типа пленочных конденсаторов: свинцовый радиальный и осевой.

2. Керамические конденсаторы: керамические конденсаторы — это те конденсаторы, в которых в качестве диэлектрического материала используется керамика. Он используется в высокочастотных цепях, таких как аудио в RF. В керамических конденсаторах можно получить как высокую, так и низкую емкость, изменяя толщину керамического диска.

3. Электролитические конденсаторы: Электролитические конденсаторы — это конденсаторы, в которых оксидный слой используется в качестве диэлектрического материала.Обладает большой переносимостью. В основном есть два типа электролитических конденсаторов: танталовые и алюминиевые. Они доступны с рабочим напряжением примерно до 500 В, но максимальные значения емкости недоступны при высоком напряжении, а устройства с более высокой температурой доступны, но встречаются редко.

4. Конденсатор переменной емкости: в конденсаторах переменной емкости в качестве диэлектрической среды в основном используется воздух. Переменный конденсатор — это конденсатор, емкость которого можно механически регулировать несколько раз.Например, эта форма конденсатора используется для установки резонансной частоты в LC-цепях, чтобы изменить радио в соответствии с импедансом в устройствах антенных тюнеров.

Определение емкости конденсатора

Накопление зарядов в проводниках вызывает разность потенциалов на конденсаторе. Количество накопленного заряда называется удерживающей способностью конденсатора. Эта способность удержания заряда называется емкостью. Накопленный заряд в конденсаторе прямо пропорционален напряжению, развиваемому на конденсаторе:

Q V

Q = C / V

C = Q / V

C — константа пропорциональности, также называемая емкостью конденсатор.Единица измерения емкости — Фарад (Ф) — 1 кулон на вольт.

Изображение будет загружено в ближайшее время

Значение емкости зависит от физических характеристик, площади пластин конденсатора «A», расстояния между пластинами «d», диэлектрической проницаемости диэлектрической среды «ε».

C = ε x \ [\ frac {A} {d} \]

Энергия конденсатора

Энергия сохраняется в джоулях и равна половине емкости, умноженной на квадрат напряжения конденсатора.

E = C × V2 / 2

Конденсатор в серии

Общая емкость конденсаторов, соединенных последовательно C1, C2, C3, ..:

Изображение будет скоро загружено

\ [\ frac {1} {C_ {Total}} \] = \ [\ frac {1} {C_ {1}} \] + \ [\ frac {1} {C_ {2}} \] + \ [\ frac {1} {C_ {3}} \] + …

Конденсатор, подключенный параллельно

Общая емкость конденсаторов, подключенных параллельно C1, C2, C3, ..:

Изображение будет скоро загружено

CTotal = C1 + C2 + С3 +…

Факторы, влияющие на емкость

• Площадь поверхности: Площадь поверхности двух пластин влияет на значение емкости. Чем выше значение площади поверхности, тем выше емкость.

• Расстояние: Расстояние между пластинами влияет на значение емкости. Чем меньше значение расстояния, тем выше емкость.

• Диэлектрическая среда: Тип материала, разделяющего две пластины, называемый «диэлектриком».«Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем выше значение емкости.

Использование конденсатора

Конденсаторы имеют как электрические, так и электронные приложения. Они используются для нескольких вещей, таких как фильтры, системы накопления энергии, стартеры двигателя, сигнальные устройства. устройства обработки и т. д.

• Конденсаторы используются для хранения энергии, которая может использоваться устройством для временных отключений электроэнергии, когда им требуется дополнительная мощность.

• Конденсаторы используются для блокировки постоянного тока после полной зарядки, но еще позволить переменному току проходить через определенную цепь.

• Конденсаторы используются в качестве датчиков для нескольких вещей, таких как измерение влажности, уровня топлива, механической деформации и т. Д.

• Конденсаторы могут использоваться в цепи, зависящей от времени. Его можно подключить к любому светодиоду или акустической системе, и вполне вероятно, что любой мигающий свет / регулярный звуковой сигнал использует конденсатор синхронизации.

Интересные факты

• Конденсаторы с высокой емкостью изготовлены из материала с высокой диэлектрической проницаемостью.

• Конденсатор может принимать и временно накапливать энергию от цепи. Затем конденсатор вернет энергию в схему позже.

Конденсаторы — обзор | Темы ScienceDirect

Конденсатор

Конденсатор — это устройство с двумя выводами, схематически описанное на рис. 12.8.

Рис. 12.8. Символ конденсатора.

Емкость можно определить как

(12.7) C = ε0εrAd

, где ε0 — диэлектрическая проницаемость вакуума, εr — относительная диэлектрическая проницаемость материала между пластинами, A — площадь пластин, а d — расстояние между пластинами.

Заряд конденсатора описывается как

(12,8) q (t) = Cv (t)

, где C — емкость в кулонах. Мы можем определить ток как

(12.9) i = dq (t) dt⇒i = Cdv (t) dt

, что является идеальным соотношением напряжения и тока конденсатора.

Как уже упоминалось, закон Тевенина гласит, что сумма напряжений в замкнутой цепи должна равняться нулю. Если мы хотим узнать заряд конденсатора в некоторый момент времени t для схемы на рис. 12.9, мы можем написать

рис.12.9. RC-цепь.

(12.10) (Vs − QC) −IR = 0

(12.11) ∴ (Vs − QC) −dQdtR = 0

Это линейное дифференциальное уравнение первого порядка, которое может быть решено путем разделения частей; он имеет вид dydx + P (x) y = Q (x) с Q (x) = 0.

(12.12) ⇒dQdtR = (Vs − QC)

(12.13) dQdt = 1R (Vs − QC)

(12.14) dQdtC = 1R (VsC − Q)

Разделим по частям и возьмем определенный интеграл для обе стороны:

(12.15) dQ (VsC − Q) ≡ − 1RCdt

(12.16) ∫Q = 0Q = Q (t) dQ (VsC − Q) ≡ − 1RC∫t = 0tdt

Вызов ln (m / n) = ln (m) — ln (n)

(12.17) lnQ (t) −CVs − CVs = −tRC

(12,18) ∴Q (t) = CVs (1 − e − t / RC)

, что дает заряд конденсатора через время t. Помня, что q (t) = Cv (t), мы также можем получить напряжение на нем.

Энергия, запасенная на конденсаторе, определяется как

(12.19) E = 12CV2

. Конденсаторы в параллельной сети (рис. 12.10) эквивалентны по определению

рис. 12.10. Конденсатор последовательно и параллельно.

(12.20) Ceq = C0 + C1 + C2 + ⋯ Cn

Последовательные конденсаторы (рис.12.10) эквивалентны

(12.21) 1Ceq = 1C0 + 1C1 + 1C2 + + 1Cn

Конденсаторы задаются множеством параметров:

•

Емкость в фарадах (F), определенная ранее математически

•

Рабочее напряжение в вольтах (В), максимальное напряжение, которое можно безопасно приложить к клеммам устройства

•

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) в Ом (Ом)

Конденсаторы также определяются их конструкцией, которая адаптирует их к их применению.Что не было упомянуто в списке параметров, так это материал диэлектрика, который определяет характеристики накопления энергии устройства.

Керамика

Керамические конденсаторы состоят из слоев керамики, разделенных слоями металла. Керамические конденсаторы имеют самое низкое эквивалентное последовательное сопротивление.

Электролитический алюминий

Электролитические алюминиевые конденсаторы могут быть изготовлены с большой емкостью. Пластины конденсатора могут быть покрыты очень тонким слоем оксида алюминия, который имеет очень высокую диэлектрическую проницаемость (~ 10).Таким образом, если мы посмотрим на уравнение. (12.21) мы видим, что мы можем построить большой диэлектрик, не занимая слишком много места и не слишком увеличивая расстояние между пластинами; это приравнивается к большей потенциальной емкости.

Электролитические конденсаторы имеют более высокий коэффициент рассеяния, чем другие конденсаторы. Коэффициент рассеяния — это совокупность всех потерь энергии в конденсаторе при неидеальной работе. Коэффициент рассеяния определяется как

(12,22) D = RsXc

, где Rs — последовательное эквивалентное сопротивление, а Xc — последовательное эквивалентное реактивное сопротивление, которое эквивалентно

(12.23) XcÀ1j2πfC

Именно по этой причине ток пульсаций является ограничивающим фактором как для алюминиевых, так и для танталовых конденсаторов (см. Далее). Переменный ток, возникающий из-за омических и диэлектрических потерь, вызывает повышение температуры в конденсаторе, что может значительно сократить срок его службы. Поэтому электролитическим конденсаторам часто дают номинальный пульсирующий ток, который нельзя превышать.

Тантал

Конденсаторы имеют конструкцию, аналогичную электролитическому алюминию, с точки зрения нанесенного тонкого слоя оксида тантала, который имеет высокую диэлектрическую проницаемость (приблизительно 27).Следовательно, танталовые конденсаторы, как правило, обладают теми же преимуществами большой емкости, что и электролитические алюминиевые конденсаторы. Кроме того, однако, они, как правило, имеют более низкое ESR, что увеличивает стабильность конденсатора. В качестве компромисса для высокой емкости в небольшом пространстве, но с хорошей стабильностью, танталовые конденсаторы, как правило, имеют более высокую стоимость.

Пленочные

Пленочные конденсаторы — универсал в мире конденсаторов. Они обеспечивают недорогой стабильный конденсатор с хорошими характеристиками утечки.Они сформированы за счет использования слоев пластиковой пленки между слоями проводника. Современные конденсаторы имеют более сложные методы наслоения, которые обеспечивают эквивалентную последовательную емкость. Таким способом эквивалентное последовательное сопротивление в конденсаторах этого типа может быть значительно уменьшено. Пленочные конденсаторы — это гибкие неполяризованные конденсаторы, которые широко используются.

Серия

и параллельные конденсаторы — стенограмма видео и урока

Параллельные конденсаторы

Если два или более конденсатора соединены параллельно, каждый конденсатор независимо подключается к одному источнику напряжения, которым часто является батарея.Это означает, что каждый конденсатор имеет одинаковое напряжение на пластинах.

Параллельные конденсаторы: каждый конденсатор независимо подключается к батарее, поэтому каждый конденсатор имеет одинаковое напряжение на своих пластинах.

Основываясь на конфигурации конденсаторов, вы можете рассчитать эквивалентную емкость для всей цепи. Поскольку мы знаем, что каждый конденсатор имеет одинаковое напряжение на пластинах, мы можем рассчитать эквивалентную емкость по формуле, которую вы видите на экране прямо сейчас:

Эквивалентная емкость конденсаторов, включенных параллельно (Ceq), равна C1 + C2 + C3, и так далее, пока вы не просуммируете все переменные.Это означает, что эквивалентная емкость любого количества конденсаторов, подключенных параллельно, представляет собой просто сумму всех индивидуальных емкостей. Эквивалентная емкость больше, чем емкость любого из отдельных конденсаторов.

Если бы у вас была цепь с двумя параллельно включенными конденсаторами, один с емкостью 12 Ф, а другой с емкостью 8 Ф, какова емкость одного конденсатора, который можно было бы использовать для замены обоих?

Чтобы ответить на этот вопрос, вам необходимо рассчитать эквивалентное сопротивление цепи, которое вы можете увидеть в отработанном виде прямо сейчас на своем экране:

Как видите, после выполнения переменных по формуле эквивалентная емкость составляет 20 F.

Последовательные конденсаторы

Помимо параллельного соединения, конденсаторы также могут быть включены последовательно в электрическую цепь. Если два конденсатора подключены последовательно друг к другу, они находятся в одной ветви цепи. Поскольку они не подключены к источнику напряжения независимо, каждый конденсатор может иметь разное напряжение на пластинах. Однако, поскольку все они подключены напрямую друг к другу, каждый последовательно включенный конденсатор будет хранить одинаковое количество заряда.

Последовательные конденсаторы: каждый конденсатор подключается к следующему в той же ветви схемы, поэтому каждый конденсатор сохраняет одинаковое количество заряда.

Еще раз, мы можем рассчитать эквивалентную емкость группы конденсаторов, включенных последовательно, используя определение емкости, которое вы можете видеть на своем экране прямо сейчас:

Таким образом, эквивалентная емкость конденсаторов, включенных последовательно, равна 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3.Следовательно, эквивалентная емкость нескольких конденсаторов, соединенных последовательно, меньше емкости любого отдельного конденсатора.

Давайте рассмотрим конкретный пример, чтобы увидеть, как это работает. Какова эквивалентная емкость цепи, содержащей три последовательно соединенных конденсатора с емкостями 10 Ф, 5 Ф и 2 Ф?

Как мы и ожидали (и теперь вы можете видеть на экране), эквивалентное сопротивление (1,25 Ф) меньше, чем емкость любого из отдельных конденсаторов.

Последовательные и параллельные конденсаторы

Что произойдет, если у вас будет более сложная схема, в которой одни конденсаторы включены последовательно, а другие — параллельно? В этом случае вам нужно разбить схему на несколько частей. Объедините все конденсаторы, которые включены последовательно, и любые, которые включены параллельно. Затем перерисуйте схему и повторяйте этот процесс, пока не получите только одно окончательное эквивалентное сопротивление.

Рассмотрим пример. Какая эквивалентная емкость цепи, показанной сейчас на вашем экране?

Сначала найдите эквивалентную емкость двух последовательно соединенных конденсаторов (12 Ф и 6 Ф):

Теперь у вас есть цепь с двумя конденсаторами, включенными параллельно.Вы можете сложить емкости этих двух вместе, чтобы получить эквивалентную емкость всей цепи.

Эквивалентная емкость всей этой схемы составляет 12 F.

Резюме урока

Конденсатор — это электрическое устройство, которое используется в схемах для хранения заряда и электрической энергии. Емкость конденсатора определяется как его способность накапливать заряд, а емкость рассчитывается как отношение величины накопленного заряда к приложенному напряжению:

Когда конденсаторы соединены параллельно в цепи, каждый конденсатор имеет одинаковое напряжение на своих пластинах.Когда конденсаторы соединены последовательно, каждый конденсатор сохраняет одинаковое количество заряда.

Эквивалентная емкость цепи — это емкость одного конденсатора, который может заменить все остальные конденсаторы в цепи. На экране вы увидите, что формула для конденсаторов, подключенных параллельно, выглядит следующим образом. Также на экране вы можете видеть, что формула для конденсаторов, соединенных последовательно, выглядит следующим образом:

Определение, типы, применение, работа с [изображениями]

В этом посте вы узнаете о конденсаторах , их типах, спецификациях , приложениях, цветовом кодировании емкости и методе буквенного кода.

Конденсаторы и типы

Конденсаторы электрический или электронный компонент, который накапливает электрические заряды. По сути, конденсатор состоит из 2 параллельных пластин, сделанных из проводящих материалов, и диэлектрического материала (воздуха, слюды, бумаги, пластика и т. Д.), Помещенного между ними, как показано на рисунке.

Конденсатор

Технические характеристики конденсаторов

Технические характеристики конденсаторов:

1. Значение емкости
2. Номинальное напряжение
3. Температурный коэффициент
4. Диапазон частот
5. Диэлектрическая постоянная
6. Диэлектрическая прочность
7. Коэффициент мощности

1.Значение емкости

Значение емкости конденсатора измеряется в единицах его емкости и выражается в фарадах, микрофарадах и нанофарадах.

2. Номинальное напряжение

Номинальное напряжение — это рабочее напряжение конденсатора, которое измеряется в вольтах.

3. Температурный коэффициент

Температурный коэффициент представляет собой стабильность значения емкости при изменении температуры. Выражается в ppm / ° c.

4. Диапазон частот

Диапазон частот — это максимальная частота, до которой конденсатор может безопасно работать.

5. Диэлектрическая проницаемость

Диэлектрическая постоянная — это свойство диэлектрика, которое влияет на значение емкости. Его можно определить как отношение емкостей.

6. Диэлектрическая прочность

Диэлектрическая прочность — это способность конденсатора выдерживать напряжение на единицу толщины диэлектрического материала без пробоя. Он измеряется в кв / мм или кв / см. Это зависит от толщины диэлектрика, температуры и частоты питания.

7.Коэффициент мощности

Коэффициент мощности указывает минимальные потери в конденсаторе. Он указывает долю входной мощности, рассеиваемую как тепловые потери в конденсаторе. Чем ниже коэффициент мощности, тем лучше будет качество конденсатора.

Коэффициент мощности (Q) конденсатора, обратный коэффициенту мощности. Если коэффициент мощности равен 0,001, то коэффициент качества (Q) равен 1000. Таким образом, чем выше, тем лучше качество конденсатора.

Читайте также: Типы резисторов и их условные обозначения.

Типы конденсаторов

Ниже приведены три различных типа конденсаторов:

1. Фиксированные конденсаторы
   1. Слюдяные конденсаторы
   2. Керамические конденсаторы
   3. Бумажные конденсаторы
   4. Пластиковые конденсаторы
   5. Электролитические конденсаторы
      1. Сухой тип конденсатора Тип электролитический конденсатор
2. Регулируемые конденсаторы
3. Переменные конденсаторы

1.Конденсаторы постоянной емкости

Конденсаторы с фиксированным значением емкости известны как конденсаторы постоянной емкости.

Фиксированные конденсаторы Символ

Пример: Слюдяной конденсатор, бумажный конденсатор, пластиковый конденсатор и т. Д.

Фиксированный конденсатор Пример1

Различные фиксированные конденсаторы показаны на рисунке.

Пример 2 фиксированного конденсатора

В зависимости от используемого диэлектрического материала конденсаторы постоянной емкости далее подразделяются на:

1. Слюдяные конденсаторы
2. Керамические конденсаторы
3. Бумажные конденсаторы
4. Пластиковые конденсаторы
5. Электролитические конденсаторы

1.Конденсаторы слюдяные

• Конденсаторы этого типа используются в качестве диэлектрического материала.
• Листы слюды и металлическая фольга сохраняются как альтернатива. Количество листов слюды и металлической фольги определяет значение емкости.

Слюдяные конденсаторы

• Детали конструкции показаны на рисунке, из которого видно, что альтернативные металлические детали (1,3,5) и (2,4,6) соединены вместе, образуя 2 отдельных набора и вывод К этим двум наборам подключается провод для внешнего подключения.
• Весь блок помещен в металлический корпус или залит смолой.

Применения слюдяных конденсаторов:

Они используются,

1. В схемах настройки и соединения радиосистем и телевизионных систем.
2. В измерителе в качестве стандартных конденсаторов.

2. Керамические конденсаторы

• В этих конденсаторах керамика используется в качестве диэлектрического материала.
• Керамический материал получают в виде тонкого диска или трубки путем смешивания титаната бария, талька и силиката магния в различных соотношениях.

Керамический конденсатор

• На поверхность керамического корпуса нанесена металлическая пленка из меди, к которой прикреплены провода. Вся сборка покрыта пластиком для внешней защиты.

Применения керамических конденсаторов:

Используются:

1. Цепи в баке и согласующие цепи.
2. В качестве соединительного и байпасного компонента.
3. Схема фильтров с резистором.
4. В цепи транзистора.
5. В телевизионных передатчиках и приемниках.

3. Бумажные конденсаторы

• На рисунке представлены детали конструкции бумажного конденсатора, в котором бумага действует как диэлектрический материал.

Бумажные конденсаторы

• Здесь бумага помещается между двумя алюминиевыми металлическими фольгами и скручивается в цилиндрическую форму.
• Два выводных провода соединены с металлической фольгой для внешнего подключения.
• Вся установка окунается в воск и помещается в металлический корпус.

Применения бумажных конденсаторов:

Они используются:

1. В качестве статора в однофазных двигателях в настольных вентиляторах, мельницах, охладителях воды и т. Д.
2. В цепях фильтров и системах электропитания.

4. Пластиковые конденсаторы

• На рисунке показаны детали конструкции пластикового конденсатора, который состоит из пластика в качестве диэлектрического материала.

Пластиковый конденсатор

• Две алюминиевые фольги и пластиковая (полиэфирная) пленка хранятся попеременно и скручиваются в цилиндрическую форму.
• Медные выводы спаяны с двумя металлическими фольгами, и весь блок покрыт полимерным литьем.

Применения пластиковых конденсаторов:

Они используются:

1. Для схем синхронизации
2. В схемах настройки и
3. В интегральных схемах

5. Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы поляризованы, поэтому эти конденсаторы являются поляризованными. используются там, где необходима энергия с необходимой полярностью. Здесь оксидная пленка, полученная в результате химической реакции, действует как диэлектрический материал.

Электролитические конденсаторы далее подразделяются на:

1. Электролитический конденсатор мокрого типа
2. Электролитический конденсатор сухого типа

1. Электролитический конденсатор мокрого типа

• Детали конструкции показаны на рисунке, который состоит из размещенных алюминиевых стержней. в базовом электролите, помещенном в алюминиевый контейнер.

Электролитический конденсатор мокрого типа

• Теперь постоянный ток пропускается через c с помощью D.C. источник подключен между стержнем и контейнером.
• Тонкая пленка оксида нанесена на стержень, который подключен к положительной клемме источника. Таким образом, стержень действует как положительный вывод конденсатора. Источник отключается, когда стержень полностью покрывается оксидной пленкой.
• Таким образом, стержень действует как (+) ve вывод, контейнер как (-) ve вывод с оксидной пленкой в ​​качестве диэлектрического материала.

2. Электролитический конденсатор сухого типа

• Конструктивные детали электролитических конденсаторов сухого типа показаны на рисунке, который содержит два алюминиевых листа, разделенных слоем сеточного сепаратора, насыщенного жидким химическим веществом борной кислоты.

Сухой электролитический конденсатор (A)

• Медные подводящие провода припаяны к алюминиевой фольге для внешнего подключения.

Электролитический конденсатор сухого типа (B)

• Напряжение постоянного тока подается на медные выводы, которые осаждают пленку оксида алюминия на фольге, подключенной к положительному выводу источника питания. так что фольга действует как (+) ve терминал, а другая фольга действует как (-) ve терминал.
• Теперь фольга свернута в цилиндрическую форму и заключена в алюминиевую или пластиковую трубку.

Применение электролитических конденсаторов:

Электролитические конденсаторы используются:

1. В качестве фильтров в схемах выпрямителя.
2. В ТВ и радиоприемниках для настройки.
3. В качестве байпасного конденсатора в схемах усилителя.

Иногда вместо алюминиевой фольги используют танталовую (Ta) фольгу с пятиокиси тантала в качестве диэлектрика, и название конденсатора становится танталовым электролитическим конденсатором. Конструктивные детали танталового конденсатора такие же, как у алюминиевого электролитического конденсатора.

Танталовые конденсаторы имеют следующие особенности:

1. Их размер небольшой
2. Их значение емкости высокое
3. Более длительный срок службы
4. Меньший ток утечки

2. Регулируемые конденсаторы

Конденсаторы, значение которых можно регулировать известны как регулируемые конденсаторы. Они всегда подключаются последовательно или параллельно с конденсаторами постоянной емкости. Эти типы конденсаторов используются там, где требуется небольшое изменение емкости.

Регулируемые конденсаторы Symbol

Ex: Триммер и прокладки.

Регулируемый конденсатор Рис. 1

Подстроечные резисторы показаны на рисунке.

Регулируемый конденсатор Рис. 2

Регулируемые конденсаторы — это очень маленькие конденсаторы, которые используются в качестве вторичных конденсаторов. Они подключаются последовательно или параллельно с конденсаторами постоянной емкости.

Регулируемый конденсатор

Если регулируемый конденсатор соединен последовательно с конденсатором постоянной емкости, он называется подстроечным резистором. Если он подключен параллельно конденсатору постоянной емкости, он называется прокладкой.

Регулируемый конденсатор чашечного типа:

• На рисунке представлен триммер / подушечка чашечного типа, в котором значение емкости можно изменять, изменяя расстояние между чашками.
• Он содержит фиксированную нижнюю чашку, над которой верхняя чашка размещается с помощью винта, который может вращаться как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки.
• Вращая винт, к которому подсоединена верхняя чашка, можно отрегулировать расстояние между верхней и нижней чашками до получения требуемого значения емкости.
• Эти чашки сделаны из алюминия, а воздух действует как диэлектрический материал.

Применения регулируемых конденсаторов:

Они используются,

1. В цепи связи в радиоприемниках.
2. В схемах настройки для точной настройки.

3. Конденсаторы переменной емкости

Конденсаторы, значение емкости которых можно непрерывно изменять, называются конденсаторами переменной емкости.

Переменный конденсатор Рис. 1

Переменные конденсаторы показаны на рисунке.

Переменный конденсатор Рис. 2 Переменные конденсаторы

• На рисунке представлены детали конструкции переменного конденсатора, который состоит из 2 наборов полукруглых пластин, из которых один набор фиксирован, называемый статором, а другой набор подвижно называется ротором.

Групповой конденсатор

• В конденсаторах этих типов ротор закреплен на валу, который вращает пластины ротора в неподвижных пластинах или из них. Это вращение ротора увеличивает или уменьшает площадь контакта между ротором и статором, что изменяет значение емкости.Когда 2 или 3 комплекта размещаются на одном валу, они называются конденсаторами группы или фигурой группы конденсаторов (B).

Применения переменных конденсаторов:

Они используются:

1. В схемах включения радиостанций для выбора радиостанций.
2. В осцилляторе для регулировки резонансной частоты.

Различия между триммером и прокладками

Цветовая кодировка емкости

Конденсаторы небольшого размера идентифицируются по цветным полосам на их поверхности.Для определения значения емкости используются следующие шаги:

• Удерживайте конденсатор так, чтобы цветные полосы начинались с левой стороны.
• Считайте цветные полосы слева направо.
• Первая полоса указывает первую цифру, вторая полоса указывает вторую цифру, третья полоса указывает множитель или количество нулей, которые должны быть добавлены после второй цифры, четвертая полоса указывает допуск в процентах, пятая указывает на соответствие температуры эффективная, а шестая полоса указывает рабочее напряжение.
• Значение емкости указано в пикофарадах (P.F.).

Цветовая кодировка конденсатора.

Емкость. Метод буквенного кода.

.

. Конденсаторы малой емкости, такие как пленочные или дисковые, обозначаются системой буквенного кода. Код состоит из 2 или 3 цифр и дополнительного буквенного кода допуска. В двухзначном коде эти два числа представляют собой значение емкости конденсатора в пикофарадах (т.е. 47 = 47 пФ). Трехбуквенный код состоит из двух цифр значения и множителя (например, 471 = 47 × 10 = 470 пФ).Трехзначные коды обычно характеризуются дополнительным буквенным кодом допуска, как указано ниже:

Пример: Рассмотрим конденсатор, на корпусе которого напечатан код 473j, значение которого равно

. в таблице ниже:

Коды

Применения конденсаторов

Используются конденсаторы:

1. Конденсаторы, используемые для хранения электроэнергии.
2. Для сопротивления изменению приложенного напряжения.
3. Для блокировки постоянного тока и разрешить a.c; через это.
4. Улучшает п.. схемы.
5. Для пуска однофазного переменного тока мотор.
6. Для передачи высокочастотных сигналов и блокировки низкочастотных сигналов.

---

Вот и все, спасибо за прочтение.

Если вам понравилась эта статья, поделитесь с друзьями. Сообщите нам в комментариях, если у вас возникнут вопросы по «конденсаторам и типу ».

Читать далее:

определение в Кембриджском словаре английского языка

Рабочие также заменили двигатели конденсатных насосов и ряд схемных плат, конденсаторов и инверторных плат.Это концептуальная иллюстрация того, как магнетизм переворачивается (см. Компас) приложением электрического поля (синие точки), приложенного к золотым конденсаторам. Тем не менее, он не хочет оговаривать сроки, когда мы увидим такие конденсаторы в продуктах, и предостерегает от каких-либо больших ожиданий в ближайшее время.Подобно тому, как ультраконденсаторы преодолели разницу между электролитическими конденсаторами и батареями, псевдоконденсаторы еще больше стирают грань между ультраконденсаторами и батареями. На самом деле, единственный способ получить такой высокий ток — это использовать конденсаторную батарею типа , которая может быть очень быстро разряжена.Материалы, известные как сопряженные полимеры, считаются очень многообещающими кандидатами для применения в электронике, включая конденсаторы, фотодиоды, датчики, органические светодиоды и термоэлектрические устройства. Они по горячим следам ищут идеальный «суперконденсатор», своего рода конденсатор , который накапливает энергию с помощью угольных электродов, погруженных в раствор электролита.Но конденсатор — это не обычная пара металлических пластин.

Эти примеры взяты из корпусов и из источников в Интернете. Любые мнения в примерах не отражают мнение редакторов Cambridge Dictionary, Cambridge University Press или его лицензиаров.

Общие сведения о конденсаторах — AP Physics B

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или другие ваши авторские права, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту. Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в качестве ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права. Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно считаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

49 CFR § 173.176 — Конденсаторы. | CFR | Закон США

§ 173.176 Конденсаторы.

(a) Конденсаторы, включая конденсаторы, содержащие электролит, не отвечающий определению какого-либо класса или подкласса опасности, как определено в этой части, должны соответствовать следующим требованиям:

(1) За исключением асимметричных конденсаторов, конденсаторы, не установленные в оборудовании, должны транспортироваться в незаряженном состоянии.

(2) Каждый конденсатор или модуль должны быть защищены от потенциальной опасности короткого замыкания при транспортировке следующим образом:

(i) За исключением асимметричных конденсаторов, когда емкость накопления энергии конденсатора меньше или равна 10 Втч или когда емкость накопления энергии каждого конденсатора в модуле меньше или равна 10 Втч, конденсатор или модуль должен быть защищен от короткого замыкания или снабжен металлической лентой, соединяющей клеммы; или

(ii) За исключением асимметричных конденсаторов, когда емкость накопления энергии конденсатора или конденсатора в модуле превышает 10 Втч, конденсатор или модуль должны быть оснащены металлической лентой, соединяющей клеммы.

(iii) Когда емкость накопления энергии асимметричного конденсатора превышает 0,3 Вт · ч, или когда емкость накопления энергии каждого конденсатора в модуле превышает 0,3 Вт · ч, конденсатор или модуль должны быть защищены от короткого замыкания.

(3) Конденсаторы, содержащие электролит, который соответствует определению одного или нескольких классов или подклассов опасности, как определено в этой части, должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать перепад давления 95 кПа (0,95 бар, 14 фунтов на кв. Дюйм).

(4) Конденсаторы должны быть спроектированы и изготовлены таким образом, чтобы безопасно сбрасывать давление, которое может повышаться при использовании через вентиляционное отверстие или слабое место в корпусе конденсатора.Любая жидкость, которая выделяется при вентиляции, должна удерживаться упаковкой или оборудованием, в котором установлен конденсатор.

(5) За исключением асимметричных конденсаторов, конденсаторы, изготовленные после 31 декабря 2013 г., или асимметричные конденсаторы, изготовленные после 31 декабря 2015 г., должны иметь маркировку емкости накопления энергии в Вт-ч.

(b) Конденсаторы должны быть упакованы в прочную внешнюю тару. Для перевозки по воздуху конденсаторы должны быть надежно закреплены внутри внешней тары.Конденсаторы, установленные в оборудовании, могут предлагаться для транспортировки в неупакованном виде или на поддонах, если конденсаторы имеют эквивалентную защиту со стороны оборудования, в котором они находятся.

(c) Конденсаторы, содержащие электролит, не отвечающий определению какого-либо класса или подкласса опасности, как определено в этой части, в том числе при настройке в модуле или при установке в оборудование, не подпадают под действие каких-либо других требований этого подраздела.

(d) За исключением асимметричных конденсаторов, конденсаторы, содержащие электролит, который соответствует определению одного или нескольких классов или подклассов опасности, как определено в этой части, с емкостью накопления энергии 10 Втч или менее, не подпадают под действие каких-либо других требований настоящего стандарта. подразделе, когда они способны выдержать 1.Испытание на падение с высоты 2 м (3,9 фута) без упаковки на жесткую, неупругую, плоскую и горизонтальную поверхность без потери содержимого.

(e) Асимметричные конденсаторы, содержащие электролит, который соответствует определению одного или нескольких классов или подклассов опасности, как определено в этой части, с емкостью накопления энергии 20 Втч или менее, в том числе при конфигурации в модуле, не подпадают под действие других положения данного подраздела, когда конденсаторы способны выдержать испытание на падение с 1,2 метра (3,9 фута) без упаковки на жесткую, неупругую, плоскую и горизонтальную поверхность без потери содержимого.

(f) За исключением асимметричных конденсаторов, конденсаторы, содержащие электролит, отвечающие определению одного или нескольких классов или подклассов опасности, как определено в этой части, которые не установлены в оборудовании и с емкостью накопления энергии более 10 Втч, подлежат рассмотрению. требованиям данного подраздела.

(g) Асимметричные конденсаторы, содержащие электролит, отвечающие определению одного или нескольких классов или подклассов опасности, как определено в этой части, которые не устанавливаются в оборудование и с емкостью накопления энергии более 20 Втч, подпадают под действие требований этот подраздел.

(h) Конденсаторы, установленные в оборудовании и содержащие электролит, отвечающие определению одного или нескольких классов или подклассов опасности, как определено в этой части, не подпадают под действие каких-либо других требований этого подраздела при условии, что оборудование упаковано в прочную внешнюю упаковку. и таким образом, чтобы предотвратить случайное срабатывание конденсаторов во время транспортировки.