Конденсаторы в электронике: Страница не найдена

Использование конденсатора в электронике. » Хабстаб

В электронике используются три основные свойства конденсатора:

• способность накапливать заряд
  
• способность пропускать переменный ток и не пропускать постоянный
  
• скорость с которой заряжается конденсатор можно вычислить
  

В зависимости от схемы включения, какое-то из этих свойств может проявляться сильнее других.

Наверное, самое известное свойство конденсатора — накопление энергии. И действительно в простейшем случае конденсатор можно представить себе как некий накопитель, например, бочку для воды, у которой нас интересуют два параметра: высота и вместимость между двумя метками(условно разделим бочку метками параллельными основанию, причём расстояние между двумя метками у всех бочек одинаковое ). Высота бочки определяет максимальный уровень воды в бочке, а вместимость — количество воды, которое можно поместить между двумя меткам .

Если провести аналогию с конденсатором, то высота бочки определяет максимальное напряжение до которого можно зарядить конденсатор, зарядить конденсатор до большего напряжения не получится, аналогично тому, что вода из бочки начнёт выливаться, а конденсатор просто выйдет из строя, а то ещё и взорвётся. Вместимость между двумя метками, у конденсатора её называют ёмкостью, она определяет какой заряд приходится на 1 вольт, в этом случае расстояние между метками бочки в конденсаторе представляет собой разность потенциалов равную 1 вольт.

Давайте рассмотрим конденсатор ёмкостью 1uF и максимальным напряжением 25V, на каждый вольт такого конденсатора приходится 1uF, а зарядить такой конденсатор можно до 25 вольт. Если мы зарядим такой конденсатор до 5V, в нём накопиться 5 раз по 1uF или 5uC(микрокулон, Q = C*U). Если же мы возьмём конденсатор 100V и 1uF и зарядим его до 5V, в нём также накопиться 5 раз по 1uF. Из этого можно сделать вывод, что низковольтный конденсатор можно запросто заменить более высоковольтным конденсатором такой же ёмкости.

Как это можно использовать?
Представьте себе микросхему, которая в определённые временные промежутки должна отдавать большой ток, причём за такой же промежуток времени она получает ток в несколько раз меньше, такой микросхеме для нормальной работы хорошо было бы под боком иметь бочонок с зарядом, роль такого бочонка, как раз и выполняет конденсатор и в таком случае он называется блокировочным или развязывающим. Развязывающим он называется потому, что как бы развязывает микросхему от общего питания и делает её в какой-то мере независимой от общего питания схемы. Что значит независимой от общего питания схемы?
Представьте себе плату на, которой расположены две микросхемы, у одной есть блокировочный конденсатор, у другой нет. Если мы кратковременно отключим питание схемы, та микросхема у которой нет блокировочного конденсатора сразу перестанет работать, а микросхема у которой есть блокировочный конденсатор, будет работать еще некоторое время, пока конденсатор не разрядиться, в этом и проявляется её в какой-то мере независимость.
Ёмкость блокировочного конденсатора обычно составляет 100nF и располагаться он должен как можно ближе к выводу микросхемы.

Второе применение бочонка — сглаживание пульсаций.
Представьте себе бочонок, в который вода подаётся и уходит как изображено на картинке ниже.

Когда уровень воды в бочонке превысит уровень сливного отверстия, какие бы брызги ни происходили в бочонке, на выходе их видно не будет, такой конденсатор называют сглаживающим, его можно встретить после диодного моста.

Ёмкость сглаживающего конденсатора — это отдельная тема, если она будет мала, то сглаживание будет происходить не полностью, а как на рисунке.

Примерное соотношение для выбора такого конденсатора, 1000uF на 1А. Развязывающий конденсатор то же сглаживает пульсации, но основная его задача обеспечить запас энергии.
Представляя конденсатор как бочку, очень просто понять параллельное соединение конденсаторов, если соединить два конденсатора параллельно, то их общая ёмкость будет равна сумме их ёмкостей.

Следующие включение конденсатора связано с его способностью пропускать переменный ток и не пропускать постоянный.

На просторах интернета можно найти такую картинку

она помогает запомнить это свойство конденсатора. Оно может пригодиться при работе со звуком, где полезным является только переменная составляющая сигнала, обозначенная на картинке синим цветом.

Такой конденсатор называют разделительным так как, он разделяет переменную и постоянную составляющую.

Ещё одно интересное свойство конденсатора — это скорость его зарядки. Также как вода не может мгновенно заполнить бочонок, также и конденсатор не может зарядиться мгновенно. Скорость заполнения бочонка ограничивает диаметр трубы, через которую подаётся вода, а скорость зарядки конденсатора ограничивает сопротивление, подключённое к одной из его обкладок.

Такое соединение конденсатора и резистора называют RC цепочкой, время зарядки конденсатора до 63% от приложенного напряжения легко посчитать по формуле

T = R*C

Т — постоянная времени зарядки RC цепи, измеряется в секундах.
Также из графика видно, что время зарядки конденсатора до 95%, от приложенного напряжения, составляет 3T. Разрядка конденсатора происходит по тому же закону.
Как это можно применить на практике?
Предположим через секунду после того как пришёл сигнал, надо включить двигатель, для этого мы берем резистор на 1Моm и конденсатор на 1uF, соединяем их как показано на картинке выше и подаем 10V. Постоянная времени такой цепи равна одной секунде, это значит, что через одну секунду напряжение на конденсаторе достигнет 63% от 10V и будет равно 6.3V, зафиксировав такое напряжение на конденсаторе мы можем смело включать двигатель.

И напоследок про последовательное соединение конденсаторов, в этом случае конденсатор удобно представить как смывной бачок унитаза. Представьте себе два бачка соединённых последовательно, но разных размеров, в которые подаётся вода. Механизмы, блокирующие подачу воды, в этих бочках соединены. Когда меньший бачок заполнится он заблокирует подачу воды, в другом бачке и получится такая ситуация: один бачок будет полный, а второй нет. Так же происходит при последовательном соединении двух конденсаторов, когда конденсатор с меньшей ёмкостью зарядиться, ток перестанет течь и конденсатор с большей ёмкостью больше заряжаться не будет. Оно и понятно, когда конденсатор с меньшей ёмкостью зарядиться, не будет разности потенциалов и как следствие, ток не потечёт.
На этом всё.

краткая классификация, состав материалов, применение

Конденсаторы могут быть с постоянной ёмкостью, переменной (КПЕ), подстроечные, саморегулирующиеся. Наиболее распространены в данный момент конденсаторы постоянной ёмкости. По назначению есть конденсаторы общего назначения и специального. Первые используются практически в любых видах электроники и электротехники, вторые применяются там, где нужны особые параметры конденсатора (импульсные, высоковольтные, помехоподавляющие, пусковые, дозиметрические и др.)

Также, все конденсаторы разделяются в зависимости от типа используемого диэлектрика, что является определяющим его основные эксплуатационные характеристики (стабильность ёмкости, величина потерь, сопротивление изоляции). По этой классификации различают диэлектрики: газообразный, жидкий, твёрдый неорганический, стеклянный, керамический, слюдяной, тонкослойный из неорганических плёнок. Также существуют вакуумные конденсаторы, в которых роль изоляции выполняет вакуум.

Функционально выделяются помехоподавляющие, снабберные, силовые, сглаживающие и другие. Кроме того, они могут различаться по форме электродов на цилиндрические, плоские, сферические и т.д. Есть несколько известных производителей этих изделий, среди которых наиболее надёжными считаются те, что выпускаются компанией Panasonic.

Достоинством электролитических конденсаторов считается их очень большая (по сравнению с альтернативами) ёмкость.

К недостаткам относится то, что достичь полной герметичности изделий не удаётся, в связи с чем наблюдается постепенное высыхание электролита.

Когда это происходит, теряется ёмкость и конденсатор начинает сильно разогреваться. Особенно быстро явление высыхания наблюдается в системах с частыми температурными колебаниями. Это нередко служит причиной выхода электротехники из строя, таким образом, они подлежат периодической замене.

Твердотельные полимерные конденсаторы лишены недостатков электролитических и отличаются высокой надёжностью, но стоимость их зачастую становится слишком высокой. Особой устойчивостью параметров характеризуются современные танталовые твердотельные конденсаторы.

Конденсатор

Данный элемент используется как фильтр переменного тока, так как при большой ёмкости конденсатора сопротивление последнего подавляет его низкие частоты, а при малой высокие.

В постоянном токе конденсатор используется как сглаживающий элемент, так как в момент заряда пропускает ток, а в момент завершения заряда и далее нет, и по мере заполнения его ёмкости ток так же плавно перестаёт течь.

Ёмкость считается самым важным элементом в конденсаторе и измеряется в Фарадах.

1 Фарад (ф) = 1 000 000 Микрофарад (мкФ)
1 мкФ = 1 000 000 Пикофарад (пФ)

Вторым по важности параметром конденсаторов, после ёмкости, является его рабочее напряжение. Превышение этого параметра может привести к выходу конденсатора из строя, поэтому при построении реальных схем принято применять конденсаторы с удвоенным значением рабочего напряжения.

Для увеличения значений ёмкости или рабочего напряжения используют приём объединения конденсаторов в батареи. При последовательном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение удваивается, а суммарная ёмкость уменьшается в два раза. При параллельном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение остаётся прежним, а суммарная ёмкость увеличивается в два раза.

Третьим по важности параметром конденсаторов является температурный коэффициент изменения ёмкости (ТКЕ). Он даёт представление об изменении ёмкости в условиях изменения температур.

При подключении конденсатора к источнику постоянного тока под действием электрического поля на нижнюю обкладку движутся электроны. В следствии, явления электростатической индукции с верхней обкладки конденсатора заряды уходят к положительному выводу источника питания и в цепи возникает ток – ток заряда, по мере накопления зарядов в конденсаторе, растёт напряжение, а ток заряда уменьшается, и так, – конденсатор подключённый к источнику тока, заряжается до U_ист

Конденсатор в цепи постоянного тока

​

Кратковременный ток в цепи называется ток заряда, а так как он существует короткое время, то говорят, конденсатор постоянный ток не пропускает.

Считается что конденсатор заряжается если напряжение на нём составляет 0,63 от U_ист и это происходит за время равное Τ

Ес – ЭДС ёмкости
Τ заряда – постоянная времени заряда конденсатора в секундах
Одна секунда – 1с = 103мс = 106мкс = 1012нс
R_зар – сопротивление в Омах
С – ёмкость в Фарадах

Τ = R_зар × С

График заряда конденсатора

Работа конденсатора в цепи постоянного тока

Считается, что конденсатор разрядится если напряжение на нём составляет 0,37 от напряжения источника и это происходит за время Τ разряда.

Τ_разр = R_разр × С

График разряда конденсатора

http://digitrode.ru/articles/1312-kakie-kondensatory-ispolzovat-v-proektah-s-arduino-i-drugih-elektronnyh-proektah.html

Электролитические конденсаторы HITACHI для силовой электроники

Основные особенности и параметры ЭК

1. Особенности конструкции

В обычном алюминиевом ЭК диэлектриком является окись алюминия, подобно p-n-переходу она имеет одностороннюю проводимость и способна выдерживать напряжение только одной полярности. Соответственно, при подаче обратного напряжения в ЭК возникают токи утечки.

Оксидный слой не может иметь равномерной толщины по всей поверхности, в зонах с наименьшей толщиной токи утечки I_l максимальны. Причиной их увеличения также является наличие примесей воды в электролите, что снижает и максимально допустимое напряжение ЭК.

Временная зависимость I_l после включения описывается выражением:

где I_l5 — ток утечки через 5 минут после подачи постоянного напряжения на ЭК, а показатель степени р имеет значение в диапазоне 0,5…1.

Общая формула для I_L в установившемся состоянии имеет следующий вид:

Практически все параметры ЭК являются термозависимыми. С ростом температуры увеличиваются емкость, проводимость электролита, ток утечки, снижается надежность за счет ускорения коррозионных процессов.

Важное значение имеет временная стабильность характеристик, непосредственно влияющих на срок службы ЭК. Как и для многих других компонентов, выработка ресурса конденсатора происходит при достижении его основными параметрами своих предельно допустимых значений. Одним из них является R_s или ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) ЭК, которое состоит из сопротивления выводов и алюминиевой фольги (R_Al), сопротивления электролита (R_E) и сопротивления диэлектрика (R_ox).

2. Потери

Суммарные потери ЭК можно оценить, зная ток утечки I_l, среднеквадратичное значение переменного тока I_RMS, текущего через конденсатор, и значения эквивалентных сопротивлений.

Общее омическое сопротивление R состоит из сопротивления металла и электролита.

Диэлектрические потери пропорциональны энергии, запасенной в конденсаторе: W_C = C × U²/2. Мощность P_l, рассеиваемая в ЭК, может быть определена следующим образом:

где ƒ — частота перезарядки конденсатора.

Если ток ЭК имеет синусоидальную форму, формула приобретет следующий вид:

Поскольку I = ω × C × U, а ω = 2π × ƒ, то

Сомножитель (A + B × ƒ) представляет собой известный всем cos φ. Однако пользоваться этим параметром неудобно, так как обычно φ близок к 90°, поэтому при расчетах режимов ЭК обычно используется угол δ = 90 – φ, называемый углом потерь: tangδ = sin (90 – φ)/cos (90 – φ)

sin (90 – φ), так как cos (90 – φ)

1. В результате мы получаем выражение для расчета мощности рассеяния в простейшей форме:

Ошибка, возникающая из-за принятой аппроксимации, несущественна для вычислений потерь ЭК, а измерение tangδ намного проще, чем cos φ. Этот параметр называется тангенсом угла потерь и приводится в справочных данных конденсаторов.

Подставляя в (2.2) U = I/ωC, получаем:

Таким образом можно определить R_S или ESR – эквивалентное последовательное сопротивление, значение которого должно указываться в технических характеристиках.

Как видно из (2.6), параметр R_S является частотно зависимым, типовой график R_S в функции от частоты для ЭК 68 мкФ 450 В приведен на рис. 1. Наличие нелинейной зависимости параметров конденсаторов несколько затрудняет расчеты потерь. Кроме того, если ток имеет сложный спектральный состав, необходимо знать величину каждой гармоники. Однако если низшие гармоники достаточно велики и частотно-зависимый компонент мал по сравнению с омическим сопротивлением, расчет становится достаточно простым. Обычно на частотах свыше 500 Гц ESR становится практически неизменным и формула для мощности потерь приобретает следующий вид.

3. Тепловой расчет

Температура перегрева ЭК зависит от R_S и среднеквадратичного значения переменного тока I_RMS. Обозначим температуру в наиболее нагретой точке конденсатора (в англоязычной литературе «hot spot») T_hs, а температуру окружающей среды — T_a. В рабочем диапазоне перегрев является линейной функцией мощности потерь Р, при этом справедливы следующие соотношения:

где R_th — тепловое сопротивление «точка перегрева — окружающая среда».

4. Срок службы и надежность

Как правило, производители ЭК в технической документации приводят минимальный набор параметров: предельное напряжение, допустимый ток пульсаций при заданной частоте, тангенс угла потерь, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), эквивалентная последовательная индуктивность (ESL). В спецификациях более «продвинутых» изготовителей ЭК можно найти таблицу поправочных коэффициентов для тока пульсаций и показатели надежности. Например, конденсаторы HU3/HU4 фирмы

HITACHI имеют ресурс свыше 600 тыс. часов при номинальном токе пульсаций и температуре 50 °С. Этот же параметр не превышает 4 тыс. часов при предельной температуре. Однако при расчете схемы разработчику хотелось бы знать, сколько конкретно прослужат емкости при заданных рабочих режимах. Это необходимо и для определения минимального номинала ЭК, поскольку современные высоковольтные конденсаторы вносят значительный вклад в габариты и стоимость изделия.

На ресурс и надежность ЭК основное влияние оказывают рабочее напряжение и температура. Для оценки влияния первого параметра на срок службы L_op используется следующее соотношение:

где U_op — рабочее напряжение, U_R – предельно допустимое напряжение, L_opR — срок службы ЭК при U = U_R.

Показатель степени n = 5 при 0,8U_R < U < U_R; n = 3 при 0,5U_R < U < 0,8U_R. Это означает, что снижение рабочего напряжения на 21% увеличивает ресурс ЭК вдвое, а при U < 0,5U_R, его влиянием можно пренебречь.

Срок службы имеет экспоненциальную температурную зависимость, график которой может быть описан выражением:

Надежность ЭК увеличивается с увеличением его линейных размеров, например, формула, учитывающая диаметр конденсатора, имеет следующий вид:

(Для конденсаторов, рассчитанных на 105° вместо 85°, в показателе степени должно быть 105).

Значение ƒ (D) для различных значений диаметра приведено в таблице 1.

Таблица 1

Параметр L_op определяется как время, в течение которого параметры ЭК находятся в пределах определенных допусков. У каждого производителя значения допусков свои. Например, HITACHI и RIFA так определяют предельное состояние ЭК:

• Изменение емкости более чем на 10…15%.
• Увеличение tangδ более чем в 1,3 раза.
• Увеличение ESR более чем в 2 раза.

Когда большое количество конденсаторов (назовем его N₀) испытывается при заданных условиях, то через определенное время некоторые параметры ЭК подойдут к своему предельному значению. Количество ЭК, сохраняющих свои параметры в пределах допусков — R (t), будет со временем становиться меньше в соответствии с выражением:

где λ — частота отказов.

Вероятность отказа F (t) можно определить как:

где S (t) — вероятность, что 1 конденсатор прослужит время t.

Зависимость срока службы L

op от вероятности отказа можно определить следующим образом:

где m — среднее время между отказами (в технической литературе этот параметр также называется MTBF — Mean Time Between Failure).

L_op и λ экспоненциально зависят от температуры: λ возрастает, а L_op снижается.

Упрощенное выражение для λ выглядит следующим образом:

Для конденсаторов 105° в показателе степени надо заменить 85 на 105.

Для примера рассчитаем температуру нагрева ЭК диаметром 50 мм при условии, что он работает при предельном напряжении (U = U_R) и срок службы должен быть не менее 5 лет.

Решая формулу 4.3 для T_hs, получим:

5. Электрическая и тепловая модель электролитического конденсатора

Упрощенная эквивалентная электрическая схема ЭК приведена на рис. 2а.

L — суммарная индуктивность выводов;

R — суммарное омическое сопротивление выводов, фольги и электролита;

R_L — сопротивление утечки;

R_th — тепловое сопротивление;

C_th — теплоемкость.

Параметр I_L определяется как омический ток при рабочем напряжении, не превышающем предельного значения. Данная модель с достаточной степенью точности может быть использована при расчетах с помощью программ схемотехнического моделирования (например, PSPICE).

Токи перезаряда конденсатора приводят к потерям мощности на омическом сопротивлении, кроме того, потери создаются токами утечки. Они проявляются в повышении температуры ΔT, пропорциональном мощности рассеяния Р.

где R_th — тепловое сопротивление конденсатора.

Наиболее нагретая точка, имеющая температуру T_hs, обычно расположена в геометрическом центре ЭК. Тепло распространяется во все стороны через электролит, фольгу, выводы, корпус и т. д. Основными параметрами, характеризующими тепловое поведение конденсатора, являются

R_thhc — тепловое сопротивление «точка перегрева — корпус» и R_thca — тепловое сопротивление «корпус — окружающая среда». Если ЭК установлен на теплосток, добавляется тепловое сопротивление «корпус — теплоотвод» R_thcс, зависящее от размера, формы радиатора и способа конвекции воздуха.

На тепловые режимы при импульсном характере работы влияние оказывает также тепловая емкость конденсатора C_th, которая зависит от массы и материала конденсатора. В модели ЭК такую емкость можно было бы установить параллельно каждому сопротивлению кроме R_thca — ей можно пренебречь благодаря низкой теплоемкости воздуха.

На рис. 2b и 2c приведены эквивалентные тепловые схемы для случая естественного охлаждения и установки ЭК на радиатор. Температура выводов конденсатора обозначена T

t, температура корпуса T_c измеряется в точке, противоположной выводам.

Приведенные выше выражения и цифры являются основными данными для расчета нагрева ЭК, в какой бы схеме он ни работал. К сожалению, в каталогах большинства фирм-производителей (как и в отечественных ТУ) тепловые характеристики конденсаторов, как правило, отсутствуют.

6. Параллельное и последовательное соединение ЭК

Соединение ЭК используется для повышения емкости, увеличения допустимого напряжения или тока пульсаций и не вызывает, на первый взгляд, никаких проблем. Однако проблемы существуют, и связаны они в первую очередь с возникновением переходных помех при включении из-за паразитной индуктивности соединительных проводов.

На рис. 3 показана схема параллельного соединения 4 конденсаторов C1 — C4 емкостью по 3300 мкФ. В схеме также присутствуют паразитные индуктивности проводов L1 — L4 (200 нГн между элементами и 600 нГн — подводящая цепь). Если бы в реальной схеме не было шунтирующего влияния распределенных сопротивлений проводов R1 — R4 и ESR-конденсаторов (R_s), то из-за наличия колебательных контуров могли бы наблюдаться очень высокие перенапряжения.

На рис. 4 приведены эпюры напряжения на емкости С4 для двух значений температуры — 20 и 85 °С. Разница в характере переходного напряжения объясняется тем, что при нагреве от 20 до 85 °С эквивалентное сопротивление ЭК (R_s) изменяет свое значение от 22 до 7 мОм. Величина перенапряжения зависит и от номинала конденсатора, оба указанных фактора необходимо учитывать при расчетах.

Последовательное соединение ЭК используется для высоковольтных схем. При этом, как правило, приходится включать конденсаторы последовательно-параллельно для получения необходимой величины емкости.

Анализ переходных искажений в комбинированной схеме производится аналогично, при этом следует учесть паразитные параметры проводов между последовательно соединенными конденсаторами. Не забудьте про разброс номиналов конденсаторов, который может привести к опасному разбалансу напряжений.

При последовательном соединении параллельно каждому ЭК необходимо установить резистор для устранения перекоса напряжения из-за разности токов утечки конденсаторов. Номиналы уравнивающих резисторов можно рассчитать по формуле:

где С — емкость вмкФ, R — сопротивление вкОм.

Формула 6.1 выведена на основании известного соотношения для тока утечки I_L = k × C × U_R, где константа k = 3 × 10^–3. Ток резистора I_R должен быть больше тока утечки, который имеет большой разброс и сильно зависит от условий эксплуатации. Часто оказывается, что правильно рассчитанный уравнивающий резистор рассеивает довольно большую мощность, и с этим приходится мириться.

Резисторы обеспечивают уравнивание напряжения только для постоянного тока и низких частот, распределение пульсаций с частотами порядка сотен герц и выше определяется только соотношением емкостей.

7. Причины отказов ЭК

Основным фактором, приводящим к деградации и выходу из строя ЭК, является диффузия электролита через изолятор. Этот процесс ускоряется с ростом температуры и в наибольшей степени определяет срок службы конденсатора.

Ниже приведены некоторые причины, способные привести к преждевременному отказу ЭК:

• переохлаждение (обычно ниже –40 °С) ? резкий рост ESR и падение емкости;
• перегрев (повышенная температура окружающей среды или превышение допустимого тока пульсаций) ? рост ESR и тока утечки, падение емкости;
• превышение рабочего напряжения ? рост ESR и падение емкости;
• переходные перенапряжения ? повышение тока утечки и внутреннее короткое замыкание;
• воздействие высоких частот ? изменение емкости и ESR;
• воздействие обратного напряжения ? повышение тока утечки, потеря емкости, увеличение ESR, сокращение срока службы;
• механические вибрации ? внутреннее короткое замыкание, увеличение тока утечки, потеря емкости.

8. Выбор и расчет ЭК

В самом общем случае расчет номинала ЭК включает следующие действия:

• Выбирается номинал конденсатора, обеспечивающий необходимую мощность нагрузки или заданное минимальное выпрямленное напряжение.
• Найденное значение корректируется с учетом разброса номинала, временного и температурного изменения номинала.
• Из каталога выбирается ближайшее минимальное значение номинала конденсатора.
• Рассчитывается среднеквадратичное значение тока пульсаций для нового конденсатора, определяется температура нагрева ЭК и срок его службы.

Электролитические конденсаторы для мощных применений

Специфика конденсаторов, предназначенных для использования в изделиях силовой электроники, в первую очередь определяется требованиями, предъявляемыми к звену постоянного тока преобразовательного устройства. При выборе ЭК для данного применения необходимо определить суммарное значение емкости и рабочего напряжения, обеспечивающих безопасное функционирование конвертора с учетом нагрузочных и тепловых режимов, а также колебаний напряжения питания.

На работу конденсаторов, применяемых в силовых DC-шинах, большое влияние оказывают их распределенные параметры: ESL (Equivalent Series inductance) — эквивалентная последовательная индуктивность и ESR (Equivalent Series Resistance) — эквивалентное последовательное сопротивление. Индуктивность ESL во многом определяет частотные свойства конденсатора и участвует в образовании паразитного контура шины. Распределенное сопротивление ESR в данном случае играет положительную роль, так как является демпфирующим для этого контура. Именно поэтому при использовании очень популярных в настоящее время пленочных конденсаторов, имеющих пониженное значение ESR, проблема ограничения коммутационных перенапряжений стоит более остро, чем для звена постоянного тока с электролитическими конденсаторами.

Важнейшим требованием, предъявляемым к DC-шине, является согласование ее рабочего напряжения с предельными характеристиками силовых ключей и напряжением питания преобразовательного устройства. При проектировании шины питания инвертора, работающего от промышленных сетей 400/690 В, приходится использовать параллельно-последовательное соединение достаточно большого количества ЭК. Это создает ряд проблем, как конструкторских, так и схемных: необходимо обеспечить надежное крепление банка конденсаторов, при работе в импульсных режимах схема соединений должна осуществлять выравнивание динамических токов и исключать перегрев и перегрузку по напряжению каждого конденсатора звена. В результате звено постоянного тока является узлом, во многом определяющим габариты, надежность и стоимость всего преобразователя.

На рис. 5 приведены варианты размещения двух параллельных пар последовательно соединенных конденсаторов. Обратите внимание на то, что даже положение их выводов существенно влияет на площадь токовой петли, непосредственно определяющей величину паразитной индуктивности DC-шины (1 см² × 10 нГн).

На рис. 6 показана конструкция DC-шины универсального модуля привода SEMIKUBE [5], разработанного дизайнерским центром компании SEMIKRON. На проектирование этого узла инвертора ушло достаточно много времени, большую часть которого занял поиск топологии, обеспечивающей минимальное значение распределенной индуктивности, отсутствие зон локального перегрева и абсолютную симметричность токов и напряжений ЭК. В окончательном виде получилась компактная конструкция, содержащая 12 (3 × 4) конденсаторов емкостью 4700 мкФ. Общая емкость звена постоянного тока составляет 14 мФ при напряжении 800 В, суммарная распределенная индуктивность копланарной шины SEMIKUBE имеет рекордно низкое значение — менее 12 нГн, небаланс токов не превышает 5%. Одна такая конструкция работает совместно с инвертором номинальной мощностью 220 кВт, удельная емкость при этом составляет около 60 мкФ/кВт.

Большинство из описанных выше проблем, связанных с необходимостью параллельно-последовательного соединения, обусловлены тем, что максимальное рабочее напряжение подавляющего большинства выпускаемых до настоящего времени ЭК не превышало 400–450 В. Этот факт стал причиной растущей популярности пленочных конденсаторов MKP/MPP, производимых ELECTRONICON, EPCOS. Эти компоненты способны работать при напряжении DC-шины до 1300 В и выше [6]. Однако широкое распространение компонентов данного типа пока ограничивается высокой стоимостью и большим весом, поэтому производители ЭК продолжают искать технологические способы повышения их блокирующей способности.

На российском и мировом рынке хорошо известна продукция компании HITACHI AIC, выпускающей широкую номенклатуру конденсаторов для различных применений, в том числе и мощных. Основные серии высоковольтных ЭК HITACHI и их краткие характеристики приведены на рис. 7. Существенным достижением фирмы на пути проектирования ЭК для силовой электроники можно считать разработку серии PH с рабочим/предельным напряжением 600/650/700 В (выделено красным цветом на рис. 7). Необходимо отметить, что значение 550–600 В (DC) является минимально допустимым, позволяющим конденсаторам работать без последовательного соединения в звене постоянного тока преобразователей, питающихся от промышленной сети 380 В (АС).

Характеристики ЭК серии РН приведены ниже и в таблице 2:

• рабочее напряжение: 600/650/700 В;
• tangδ = 0,2 при ƒ = 120 Гц;
• рабочая температура: –25… 85 °С;
• ток утечки: 0,01С·V (мкА) и не более 2 мА;
• срок службы: 6000 часов при 85 °С и номинальном токе пульсаций I_r;
• интенсивность отказов: 0,5 FIT (Failure In Time = 10^–9 отказов в час) в течение срока службы (это означает, что из 20 тыс. конденсаторов, находящихся в эксплуатации, за 10 лет откажет только 1).

Таблица 2. Основные характеристики ЭК серии РН

На рис. 8 показан внешний вид конденсатора серии РН и график зависимости среднего срока службы от нормированного значения тока пульсаций (I/I_r) при различной температуре.

В случае, если последовательное соединение емкостей необходимо (например, при питании от сетей 690 В), параллельно каждому конденсатору должен быть установлен балластный резистор R_s, выбранный в соответствии с рекомендациями, данными в табл. 3.

Таблица 3. Рекомендации по выбору балластных резисторов

Заключение

Разработка конструкции преобразователей средней и большой мощности является сложнейшей задачей, требующей тщательного подхода к анализу распределенных параметров конструкции. Одним из наиболее сложных в проектировании узлов силовых конверторов является звено постоянного тока, содержащее силовые шины и банк конденсаторов. Этот узел до сих пор во многом определяет надежность, габариты и стоимость всего изделия. Несмотря на разработку новых технологий конденсаторов (например, пленочных MKP/MPP) и многочисленные попытки проектирования так называемых «матричных» конверторов, осуществляющих прямое двунаправленное преобразование энергии от сети к потребителю, электролитические конденсаторы еще достаточно долго будут востребованы рынком.

Много лет компания HITACHI AIC является одним из мировых лидеров рынка ЭК, в производственной программе фирмы есть несколько серий высоконадежных конденсаторов, ориентированных на силовые применения, такие как инверторы для общепромышленных приводов и электротранспорта. Одной из наиболее интересных разработок последних лет явился выпуск компонентов серии РН, отличающихся повышенным рабочим напряжением. Это позволяет решить одну из наиболее сложных проблем, связанных с работой конденсаторов в промышленных преобразователях, избавиться в ряде случаев от необходимости последовательного соединения и повысить надежность звена постоянного тока.

Литература

1. HITACHI AIC Compact Aluminium-Electrolytic Capacitors 1998/1999.
2. RIFA Electrolytic Capacitors. Theory and Application.
3. Звонарев Е. Электролитические и танталовые конденсаторы HITACHI AIC // Силовая Электроника. 2007. № 2.
4. Колпаков А. Расчет конденсаторов шины питания мощных преобразовательных устройств // Компоненты и технологии. 2004. № 2.
5. Колпаков А. Инверторная платформа SEMIKUBE — quadratisch, praktisch, gut! // Компоненты и технологии. 2005. № 6.
6. Колпаков А. Конденсаторы ELECTRONICON для высоковольтных преобразовательных устройств // Компоненты и технологии. 2004. № 6.

Высоковольтные конденсаторы для силовой электроники, отечественные

Для повышения коэффициента мощности электроустановок переменного тока частотой 50 Гц в сетях напряжения 6,3…10,5…12,7 кВ. Используются как для местной компенсации, так и для комплектации конденсаторных установок компенсации реактивной мощности УКЛ-56 и УКЛ-57, блоков конденсаторов и шунтовых батарей.

Конденсаторы высоковольтные предназначены для повышения коэффициента мощности электроустановок переменного тока частотой 50 Гц в сетях напряжения 6,3…10,5…12,7 кВ. Используются как для местной компенсации, так и для комплектации конденсаторных установок компенсации реактивной мощности УКЛ-56 и УКЛ-57, блоков конденсаторов и шунтовых батарей.

Для работы в сетях напряжения 4,0…12,0 кВ с повышенным уровнем высших гармоник. Используются в составе БСК, силовых фильтров высших гармоник, фильтрокомпенсирующих устройств и статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности.

Назначение: для повышения коэффициента мощности электроустановок переменного тока частоты 50 Гц, в том числе комплектации низковольтных конденсаторных установок и высоковольтных шунтовых батарей.

Назначение: для повышения коэффициента мощности электроустановок переменного тока частоты 50 Гц, в том числе для комплектации низковольтных конденсаторных установок и низковольтных шунтовых батарей.

Для выравнивания напряжения по разрывам дугогасительных камер высоковольтных выключателей, в других аппаратах на линиях электропередач высокого напряжения переменного тока.

Для выравнивания напряжения по разрывам дугогасительных камер высоковольтных выключателей комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией.  

Для обеспечения высокочастотной связи на частотах от 36 до 750 кГц в линиях электропередач переменного тока частоты 50 и 60 Гц.

Для комплектования делителей ескостных трансформаторов напряжения, обеспечения высокочастотной связи по линиям электропередач переменного тока частоты 50 Гц напряжением 500, 750 и 1150 кВ, для телемеханики, защиты, измерения напряжения и отбора мощности.

Для отбора мощности.   

Для повышения коэффициента мощности электротермических установок частоты от 0,5 до 10 кГц и подстройки колебательного контура.

Для работы в батареях индукционных печей или других электротермических установках частоты 50 Гц.

Для работы в различных импульсных схемах и установках.

Конденсаторы высоковольтные предназначены для работы в качестве фильтрового элемента полупроводниковых преобразователей электропривода подвижного состава метрополитена.

Для работы в контурах высокочастотных фильтров тяговых подстанций.

Для работы в тиристорных импульсных преобразователях постоянного тока.

Для фильтров высоковольтных выпрямительных устройств и для работы в схемах умножения напряжения.

Для установок продольной компенсации линий электропередачи частоты 50 Гц.

Для повышения коэффициента мощности элетроустановок переменного тока частоты 50 Гц на железнодорожном транспорте.

Для защиты электродвигателей, трансформаторов и другого электрооборудования, коммутируемого вакуумными выключателями.    

Для использования совместно с последовательно включаемым наружным резистором в составе RC-цепей с целью защиты электродвигателей, трансформаторов и другого электрооборудования, коммутируемого вакуумными выключателями.

Для работы в качестве коммутирующих элементов в цепях переменного тока с напряже-нием трапецеидальной формы.

Для работы в силовых тиристорных преобразователях, инверторах и выпрямителях при трапецеидальной форме напряжения.

Для работы в полупроводниковых инверторах и преобразователях частоты при синусоидальной форме напряжения.

Для комплектации шунтовых батарей напряжением 6; 10; 35; 110 и 220 кВ частоты 50 Гц. Комплектуются конденсаторами КЭК1-1,05-63-1У1, КЭК1-1,05-75-1У1, КЭК2-1,05-125-1У1, КЭК2-1,05-150-1У1, КЭК1-2,1-100-1У1, КЭК2-2,1-200-1У1.

Для работы в схемах однофазных электродвигателей в качестве пусковых или рабочих и при использовании трехфазных асинхронных электродвигателей в качестве однофазных.

Для работы в пускорегулирующих аппаратах люминесцентных светильников в цепях переменного тока частоты 50/60 Гц.

Для работы в составе емкостных трансформаторов напряжения классов напряжений 110, 220, 330, 500 и 750 кВ класса точности 0,2.   

Наша компания занимается продажей высоковольтных конденсаторов от отечественных производителей. Мы гарантируем высокое качество продукции и своевременную поставку. Чтобы купить высоковольтные конденсаторы, свяжитесь с нами удобным для вас способом. Звоните, мы ответим на любые ваши вопросы!

Базовая электроника — поляризованные конденсаторы

Поляризованные конденсаторы имеют специфическую положительную и отрицательную полярность. При использовании этих конденсаторов в цепях всегда следует следить за тем, чтобы они были подключены в идеальной полярности . На следующем рисунке показана классификация поляризованных конденсаторов.

Давайте начнем обсуждение с электролитических конденсаторов.

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы — это конденсаторы, которые по названию указывают на то, что в них используется некоторое количество электролита. Это поляризованные конденсаторы, которые имеют анод (+) и катод (-) с определенной полярностью.

Металл, на котором изолирующий оксидный слой образуется при анодировании, называется анодом . Твердый или нетвердый электролит, который покрывает поверхность оксидного слоя, выполняет функцию катода . Электролитические конденсаторы имеют намного более высокое значение Емкость-Напряжение (CV), чем другие, из-за их большей поверхности анода и тонкого диэлектрического оксидного слоя.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Алюминиевые электролитические конденсаторы являются наиболее распространенными типами среди электролитических конденсаторов. В них чистая алюминиевая фольга с протравленной поверхностью действует как анод . Тонкий слой металла толщиной в несколько микрометров действует как диффузионный барьер , который помещается между двумя металлами для электрического разделения. Следовательно, диффузионный барьер действует как диэлектрик . Электролит действует как катод, который покрывает шероховатую поверхность оксидного слоя.

На следующем рисунке показано изображение алюминиевых электролитических конденсаторов различных размеров.

В зависимости от электролита существует три типа алюминиевых электролитических конденсаторов. Они —

• Влажные алюминиевые электролитические конденсаторы (не твердые)
• Диоксид марганца Алюминий Электролитические конденсаторы (твердые)
• Полимер Алюминий Электролитические конденсаторы (твердые)

Основным преимуществом этих алюминиевых электролитических конденсаторов является то, что они имеют низкие значения импеданса даже на частоте сети и дешевле. Они в основном используются в цепях электропитания, SMPS (импульсный источник питания) и DC-DC преобразователи .

Танталовые электролитические конденсаторы

Это электролитические конденсаторы другого типа, анод которых выполнен из тантала, на котором сформирован очень тонкий изолирующий оксидный слой . Этот слой действует как диэлектрик, а электролит действует как катод, который покрывает поверхность оксидного слоя.

На следующем рисунке показано, как выглядят танталовые конденсаторы.

Тантал обеспечивает высокую диэлектрическую проницаемость слоя. Тантал имеет большую емкость на единицу объема и меньший вес. Но они стоят дороже, чем алюминиевые электролитические конденсаторы, из-за частой недоступности тантала.

Ниобиевые электролитические конденсаторы

Ниобиевый электролитический конденсатор — это другой тип электролитических конденсаторов, в котором пассивированный металлический ниобий или монооксид ниобия рассматривается в качестве анода, а на анод добавляется изолирующий слой пятиокиси ниобия, так что он действует как диэлектрик. Твердый электролит укладывается на поверхность оксидного слоя, который действует как катод. На следующем рисунке показано, как выглядят ниобиевые конденсаторы.

Ниобиевые конденсаторы обычно выпускаются в виде чиповых конденсаторов SMD (для поверхностного монтажа). Они легко встраиваются в печатную плату. Эти конденсаторы должны работать в идеальной полярности. Любое обратное напряжение или ток пульсации, превышающий указанный, в конечном итоге разрушит диэлектрик и конденсатор.

Супер конденсаторы

Высокоемкие электрохимические конденсаторы со значениями емкости, намного превышающими другие конденсаторы, называются суперконденсаторами. Они могут быть классифицированы как группа, которая находится между электролитическими конденсаторами и аккумуляторными батареями. Они также называются ультраконденсаторами .

Есть много преимуществ с этими конденсаторами, такими как —

• Они имеют высокое значение емкости.
• Они могут хранить и доставлять заряд намного быстрее.
• Они могут обрабатывать больше циклов зарядки и разрядки.

Эти конденсаторы имеют много применений, таких как —

• Они используются в автомобилях, автобусах, поездах, лифтах и ​​кранах.
• Они используются при рекуперативном торможении.
• Они используются для резервного копирования памяти.

Типы суперконденсаторов: двухслойные, псевдо и гибридные.

Двухслойные конденсаторы

Двухслойные конденсаторы представляют собой электростатические конденсаторы. Осаждение заряда осуществляется в этих конденсаторах по принципу двухслойного.

• Все твердые вещества имеют отрицательный заряд на поверхностном слое при попадании в жидкость.

• Это связано с высоким диэлектрическим коэффициентом жидкости.

• Все положительные ионы приходят к поверхности твердого материала, чтобы сделать кожу.

• Осаждение положительных ионов вблизи твердого материала ослабевает с расстоянием.

• Заряд, создаваемый на этой поверхности за счет осаждения анионов и катионов, приводит к некоторому значению емкости.

Все твердые вещества имеют отрицательный заряд на поверхностном слое при попадании в жидкость.

Это связано с высоким диэлектрическим коэффициентом жидкости.

Все положительные ионы приходят к поверхности твердого материала, чтобы сделать кожу.

Осаждение положительных ионов вблизи твердого материала ослабевает с расстоянием.

Заряд, создаваемый на этой поверхности за счет осаждения анионов и катионов, приводит к некоторому значению емкости.

Это двухслойное явление также называется двойным слоем Гельмгольца. На рисунке ниже поясняется процедура явления двойного слоя, когда конденсатор заряжается и когда он разряжается.

Эти конденсаторы просто называются электрическими двухслойными конденсаторами (EDLC). Они используют углеродные электроды для достижения разделения заряда между поверхностью проводящего электрода и электролитом. Углерод действует как диэлектрик, а два других — как анод и катод. Разделение заряда намного меньше, чем в обычном конденсаторе.

Псевдо-конденсаторы

Эти конденсаторы следуют электрохимическому процессу для нанесения заряда. Это также называется фарадейским процессом . На электроде, когда какое-то химическое вещество восстанавливается или окисляется, генерируется некоторый ток. Во время такого процесса эти конденсаторы накапливают электрический заряд путем переноса электрона между электродом и электролитом. Это принцип работы псевдо-конденсаторов.

Они заряжаются намного быстрее и сохраняют заряд так же, как аккумулятор. Они работают с большей скоростью. Они используются в паре с батареями для улучшения жизни. Они используются в приложениях сетки для обработки колебаний мощности.

Гибридные конденсаторы

Гибридный конденсатор представляет собой комбинацию EDLC и псевдо-конденсатора. В гибридных конденсаторах активированный уголь используется в качестве катода, а предварительно легированный углеродный материал действует в качестве анода. Литий-ионный конденсатор является распространенным примером этого типа. На следующем рисунке показаны различные типы гибридных конденсаторов.

Они имеют высокую толерантность в широком диапазоне температур от -55 ° С до 200 ° С. Гибридные конденсаторы также используются в бортовых системах. Несмотря на высокую стоимость, эти конденсаторы очень надежны и компактны. Они прочные и выдерживают экстремальные удары, вибрацию и давление окружающей среды. Гибридные конденсаторы имеют более высокую плотность энергии и более высокую удельную мощность, чем любой электролитический конденсатор.

Нанотехнологии помогли Samsung создать уникальный конденсатор для миниатюрной электроники

Несмотря на стремительную миниатюризацию полупроводников, далеко не всю электронику можно создать в виде одного чипа. На монтажной плате всё ещё присутствует масса компонентов, например, отвечающих за цепи питания. Чтобы выпустить миниатюрное устройство разработчики также создают дискретные компоненты всё меньших размеров. Особенно в этом преуспела компания Samsung Electro-Mechanics, которая представила MLCC-конденсатор с уникальными свойствами.

Источник изображения: Samsung Electro-Mechanics

Конденсаторы MLCC или, по-русски, многослойные керамические конденсаторы играют важную роль в схемах стабилизации токов в цепях питания. Они используются в обвязке чипов и занимают на плате и в устройстве определённый объём пространства. Поэтому размеры конденсаторов по отношению к их рабочим характеристикам играют важную роль. Тем более что в составе смартфона может быть до 1000 таких компонентов.

Источник изображения: Samsung Electro-Mechanics

До сих пор в типоразмере элемента 0402 (длина 0,4 мм, ширина 0,2 мм) ёмкостью 1 мкФ максимальное рабочее напряжение составляло 4 В. Для использования в цепях питания смартфонов и в другой электронике этого недостаточно, чтобы обеспечить надёжную и долговременную работу устройств. Производители были вынуждены использовать более объёмные компоненты большего типоразмера.

Сегодня в Samsung Electro-Mechanics сообщили, что они смогли создать технологию и оборудование для выпуска многослойных керамических конденсаторов типоразмера 0402 ёмкостью 1 мкФ и рабочим напряжением 6,3 В. Эти элементы будут прекрасно работать в цепях стабилизации тока и не только. Миниатюризация сделала ещё один шаг вперёд.

Источник изображения: Samsung Electro-Mechanics

Отметим, чтобы создать и наладить производство таких конденсаторов в Samsung разработали технологию создания сверхтончайших диэлектрических плёнок, что можно считать отличным примером применения нанотехнологий на практике.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Роль конденсатора в электронных компонентах?

Идеальный партнер для электроники

В большинстве электронных устройств используются конденсаторы, которые являются бесценной частью электронных продуктов. Конденсаторы очень популярны во многих приложениях, таких как электронные схемы, силовые цепи и блоки питания.
Конденсатор вместе с сопротивлением и катушкой, которые составляют основу электронных схем, называют «большой тройкой пассивных компонентов». Пассивные компоненты — это электронная часть, которая получает энергию для потребления, хранения и поставки.

В отличие от интегральных схем (IC), у него нет активной операции, когда низкая мощность усиливается для постоянного вывода мощности. Вы также можете рассматривать конденсатор как простую деталь для приема и подачи электричества. Однако, что более важно, такие пассивные компоненты являются незаменимыми частями для точной работы активных компонентов.

Три пассивных компонента также называются LCR, что означает катушка, конденсатор и сопротивление.

Состоит из двух металлических пластин и изолятора, базовая модель конденсатора

[Рисунок.1] Основная структура конденсатора

Конденсатор в основном состоит из изолятора и двух металлических пластин, прикрепленных с обеих сторон изолятора. Изоляторы не проводят ток. Изолятор, используемый для конденсаторов, называется диэлектриком. Пока электричество течет, положительные и отрицательные заряды переносятся внутри проводника.

Заряженный электричеством, поток заряда запускается, но он блокируется, поскольку между металлическими пластинами находится изолятор.Затем заряды накапливаются только на одной из двух металлических пластин. Между тем, другая металлическая пластина, прикрепленная к изолятору, имеет противоположный заряд.

Таким образом, конденсаторы имеют структуру для хранения электричества между двумя металлическими пластинами. В качестве изоляционных материалов используются газы, масла, керамика и смолы. Что касается форм металлических пластин, существует большое разнообразие типов с параллельными пластинами, пленкой, многослойной и т. Д. Количество накопленных зарядов, а также поддерживаемые частоты различаются в зависимости от типов изоляторов или конструкции конденсаторов.Итак, необходимо выбрать подходящий конденсатор, отвечающий вашим требованиям.

Значение конденсаторов

В принципе конденсаторы состоят из двух важных частей.

1. Накопление электрического заряда (электричества)
2. переменный ток протекает, но не постоянный ток

Подробнее о хранении электроэнергии см. В вышеупомянутой базовой конструкции конденсатора.
Поскольку электрический заряд накапливается между металлическими пластинами, передача электрического заряда прекращается, и постоянный ток перестает течь.Однако, другими словами, до тех пор, пока конденсаторы не будут полностью заряжены, даже постоянный ток может протекать в течение короткого периода времени. В случае переменного тока направление тока переключается с определенным интервалом, а затем конденсатор заряжается и разряжается. Таким образом, электричество выглядит как проходящее через конденсатор.
Соответственно, чем выше частота переменного тока, тем легче проходит через конденсаторы. Таким образом, конденсаторы играют в электронной схеме следующие три важные роли.

1) Зарядка и разрядка электрических зарядов

Конденсаторы

могут заряжаться и разряжаться благодаря своей конструкции.Конденсаторы, обладающие электрическим зарядом и разрядом, также могут использоваться в качестве источника питания. Вспышки камеры используют эту особенность конденсаторов.
Чтобы получить сильный свет, к нему должно быть немедленно приложено высокое напряжение. Между тем, такое высокое напряжение не требуется в цепи для работы камеры. Кроме того, имеется подходящая конструкция конденсатора, в которой такое высокое световое излучение обеспечивается мгновенной разрядкой электрического заряда, накопленного в конденсаторе.

2) Поддержание напряжения на прежнем уровне

Помимо вышеупомянутой особенности, конденсаторы также имеют функции для поддержания напряжения на определенном уровне.Конденсаторы полезны для уменьшения пульсации напряжения. Когда на параллельную цепь подается высокое напряжение, конденсатор заряжается, а с другой стороны, он разряжается низким напряжением.
В то время как электричество выходит переменным током, большинство электронных схем работает с постоянным током. Следовательно, переменный ток преобразуется в постоянный ток через схему выпрямителя, которая преобразует переменный ток в постоянный, но преобразованный постоянный ток представляет собой нестабильный ток с пульсациями на этой стадии. Чтобы справиться с этим, используется конденсатор для коррекции пульсаций и постоянного поддержания напряжения.

3) Удаление шума

Что касается шумоподавления, то функция конденсатора, пропускающего переменный ток, но постоянный ток, полезна для устранения шума. В общем, поскольку шум в постоянном токе является высокочастотной составляющей переменного тока, он имеет тенденцию легко проходить через конденсатор.
Путем вставки ответвленной цепи между входом и выходом формируется земля для подключения к конденсатору. После этого переменная составляющая проходит только через конденсатор, а затем постоянный ток течет в выходной цепи.

Типы конденсаторов

Алюминиевый электролитический конденсатор

Конденсатор изготовлен из алюминия и другого металла. Поскольку оксидная пленка блокирует электричество, она используется в качестве диэлектрического материала, образуя поверхность алюминия. Конденсаторы этого типа обладают большой емкостью по доступной цене. Поэтому он широко используется в качестве конденсатора большой емкости. Однако у него есть некоторые слабые места, такие как плохие частотные характеристики, больший размер, потеря диэлектрика из-за утечки жидкости.

Танталовый конденсатор

Конденсатор использует тантал в качестве анода и пятиокись тантала в качестве диэлектрического материала. Он имеет относительно большую емкость и меньше по размеру, чем алюминиевый электролитический конденсатор. Кроме того, конденсатор превосходит алюминиевый конденсатор по характеристикам тока утечки, частотным характеристикам, конденсаторам и температурным характеристикам.

Электрический двухслойный конденсатор

Конденсаторы с двойным электрическим слоем имеют чрезвычайно большую емкость.Он более чем в 1000–10 000 раз превосходит алюминиевые электролитические конденсаторы, и его можно использовать многократно в течение длительного периода без ограничений, таких как количество циклов заряда / разряда. Благодаря уникальной особенности конденсатор можно использовать многократно. Конденсаторы с двойным электрическим слоем имеют электрические заряды, ориентированные на границе электролита и электрода, который называется «двойным электрическим слоем» и имеет размер одной молекулы. Слой используется в качестве диэлектрического материала конденсаторов с двойным слоем.Цена на конденсаторы с двойным электрическим слоем относительно высока по сравнению с другими.

Керамический конденсатор

Конденсаторы в основном делятся на три типа в зависимости от типа керамики, используемой в качестве диэлектрического материала: тип с низкой диэлектрической проницаемостью, тип с высокой диэлектрической проницаемостью и тип полупроводника. Основная особенность конденсатора заключается в том, что увеличение напряжения приводит к изменению его емкости. Небольшой конденсатор термостойкий, хотя он хрупкий и может быть поврежден или сломан.

Пленочный конденсатор

В этом типе пленки, такие как полиэстер и полиэтилен, используются в качестве диэлектрического материала.Полиэфирные, полипропиленовые и другие пленки зажаты между электродной фольгой с обеих сторон и намотаны в цилиндрическую форму. Неполярный конденсатор, который больше керамического, имеет высокое сопротивление изоляции и отсутствие электрических потерь. Он также обеспечивает высокую надежность с отличными частотными и температурными характеристиками.

Слюдяной конденсатор

В качестве диэлектрического материала конденсатора используется слюда — природный минерал. Слюда идеально подходит для конденсатора, так как обладает высокими диэлектрическими свойствами и может сниматься.Слюдяные конденсаторы обладают превосходными характеристиками, такими как сопротивление изоляции, тангенс угла диэлектрических потерь, частотные и температурные характеристики, хотя есть некоторые недостатки в том, что они дороги и имеют большой размер.
Для получения дополнительной информации о типах конденсаторов перейдите по ссылке ниже.
Типы конденсаторов. Базовые знания компонентов

Соответствующие технические знания

Почему конденсаторы являются важными компонентами электронных схем

С развитием технологий конденсаторы стали важными компонентами почти каждого электронного устройства.Они способны накапливать электрический заряд, но ненадолго.

By Potshangbam июль

Подобно перезаряжаемой батарее, конденсаторы накапливают и выделяют энергию. Конденсаторы хранят потенциальную энергию в электрическом поле, тогда как батареи накапливают энергию в форме химической энергии, которая позже превращается в электрическую. Конденсаторы обладают такими функциями, как возможность простой зарядки и разрядки. Сегодня растет спрос на более качественные конденсаторы для носимых устройств, бытовой электроники и промышленного применения.

Важность конденсаторов
Конденсатор, также известный как конденсатор, является одним из основных компонентов, необходимых для построения электронных схем. Конструкция схемы является неполной или она не будет функционировать должным образом без базовых компонентов, таких как резисторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы и т. Д. Основная функция конденсаторов — накапливать электростатическую энергию в электрическом поле и передавать эту энергию цепи. , когда необходимо. Они пропускают переменный ток, но блокируют прохождение постоянного тока, чтобы избежать опасного выхода из строя цепи.

Хотя конденсаторы крошечные, они обеспечивают различные преимущества в электронных схемах.

• Они накапливают энергию непосредственно на пластинах, что значительно ускоряет процесс зарядки / разрядки.
• Они эффективны при фильтрации нежелательных частот.
Конденсаторы
• могут эффективно справляться с потерями мощности и делать производство электроэнергии более экономичным.
• Они менее чувствительны к температуре.
• Конденсаторы разряжают ток практически мгновенно.
Конденсаторы
• предпочтительнее для приложений переменного тока.
• Они способны работать с приложениями с высоким напряжением и поэтому подходят для высокочастотных сценариев использования.
Конденсаторы
• имеют длительный срок службы почти от десяти до 15 лет.

Типы конденсаторов и их применение
Существует несколько типов конденсаторов разной конструкции, для разных применений и функций. Ниже приведены наиболее распространенные типы конденсаторов, используемых в электронных схемах.

Пленочные конденсаторы: К ним относятся полиэфирная пленка, металлизированная пленка, полипропиленовая пленка, пленка PTE и конденсаторы на основе полистирольной пленки. Что отличает их друг от друга, так это материал, используемый в качестве диэлектрика.

] Диэлектрик следует выбирать с осторожностью, исходя из его свойств. Пленочные конденсаторы имеют несколько преимуществ — они очень надежны и имеют длительный срок службы. Их предпочитают в условиях высоких температур.

Пленочные конденсаторы

используются в автомобильных электронных устройствах, поскольку они демонстрируют стабильность при работе при высоких температурах и в условиях вибрации.Широкое применение пленочных конденсаторов также можно объяснить их способностью выдерживать высокое напряжение.

Керамические конденсаторы: Эти конденсаторы не имеют полярности и имеют фиксированную емкость. В качестве диэлектрического материала они используют керамическое вещество. Обычно используются два типа керамических конденсаторов — многослойный керамический конденсатор (MLCC) и керамический дисковый конденсатор. Следует отметить, что керамические материалы плохо проводят электричество; поэтому электрические заряды не могут проходить через них.Обратной стороной керамических конденсаторов является то, что незначительное изменение температуры приводит к изменению их емкости.

Низкая индуктивность керамических конденсаторов делает их пригодными для высокочастотных применений. Они бывают небольших размеров и используются в различных электронных продуктах, включая телевизоры, мобильные телефоны, цифровые видеокамеры, ноутбуки и т. Д.

Электролитические конденсаторы: Их можно разделить на две категории: материал электрода (алюминий, тантал или ниобий) и свойства электролитов (влажный, твердый или гибрид влажный / твердый).Большинство электролитических конденсаторов имеют полярность; поэтому при постоянном напряжении важно исправлять полярность на обоих концах. Из-за своего небольшого размера и высокой емкости электролитические конденсаторы подходят для использования в цепях питания постоянного тока. Их применения — соединение и развязка. Недостатком электролитических конденсаторов является их относительно низкое напряжение.

Бумажные конденсаторы: Они сконструированы с использованием бумаги в качестве диэлектрика и способны накапливать достаточный электрический заряд.Диапазон емкости для них варьируется от 0,001 до 2 000 мкФ, а напряжение очень высокое — до 2000 В. Этот конденсатор поглощает влагу из воздуха, что снижает сопротивление изоляции диэлектрика. Бумажные конденсаторы используются в приложениях фильтрации. Их также можно использовать в приложениях, требующих высокого напряжения и большого тока.

Общие проблемы при использовании неподходящих конденсаторов
Плохой конденсатор может привести к различным проблемам. Когда в цепи используется неправильный конденсатор, он не может стабилизировать высокое напряжение, что может отрицательно повлиять на систему, вызывая ее выход из строя раньше ожидаемого срока службы.Следует помнить, что все конденсаторы сделаны из разных материалов. Следовательно, использование конденсатора плохого качества или конденсатора с неправильным номиналом может серьезно повлиять на работу схемы.

Другие проблемы, которые возникают из-за неправильного выбора конденсаторов, — это ненужная потеря мощности и нестабильные цепи. Кроме того, неправильный физический размер и тип конденсатора могут вызвать такие проблемы, как нежелательный шум, механическое напряжение, отказ цепи и т. Д. Также следует учитывать толщину внешнего слоя диэлектрика конденсатора.На этом слое обычно появляются трещины; поэтому толщина диэлектрика имеет большое значение для увеличения механической прочности, а также увеличения срока службы изделий.

Также, когда конденсатор низкого качества или когда в цепи более высокое напряжение, высока вероятность утечки химического изолятора. В таких случаях на печатную плату воздействует слабореактивное соединение, которое, в свою очередь, может повлиять на близлежащие компоненты и медную фольгу печатной платы.

Некоторые конденсаторы, имеющиеся на рынке

Модель: Конденсаторы полипропиленовые пленочные; Производитель: Panasonic

В этих конденсаторах, специально разработанных для подавления помех, используется негорючий пластиковый корпус и негорючая смола; они полностью соответствуют требованиям RoHS. Серия оснащена механизмом безопасности , который соответствует требованиям UL / CSA и европейского стандарта безопасности класса X2. Основные характеристики Влагостойкость проверена при 240 В переменного тока при 85 ° C / 85% в течение 1000 часов (C <1.0 мкФ) Имеет номинальное напряжение 275 В переменного тока, номинальную емкость от 0,10 мкФ до 4,7 мкФ и допуск емкости ± 10% (K), ± 20% (M). Диапазон температур категории от -40 ° C до + 110 ° C Контакт: www.panasonic.eu

Модель: Серия пленочных конденсаторов EPCOS B3277X / Y / Z; Производитель: TDK

Серия подходит для использования в цепях промежуточного контура, в качестве фильтров постоянного тока, для коррекции коэффициента мощности в промышленных преобразователях, а также для источников питания с повышенными требованиями к надежности.Эти приложения включают рентгеновское оборудование, светодиодное уличное освещение, индукционные плиты и электрические зарядные устройства . Основные характеристики Разработан для напряжений от 500 В до 1200 В постоянного тока со стандартной емкостью от 1,5 до 170 мкФ Максимальный ток до 36,5 А Максимальная рабочая температура компонентов, совместимых с RoHS, составляет 105 ° C. Контакт: www.tdk-electronics.tdk.com

Модель: керамический конденсатор MLCC, 100 нФ; Производитель: Murata

Компания утверждает, что это самый маленький в мире керамический конденсатор MLCC 100 нФ для смартфонов 5G.Его максимальная емкость составляет 0,1 мкФ (100 нФ). Компания добилась площади монтажной поверхности, которая примерно на 50 процентов меньше, а объем примерно на 80 процентов меньше, чем у ее собственных обычных продуктов (размер 2552,7 см) с емкостью 0,1 мкФ. Более того, емкость этого продукта примерно в десять раз больше, чем у других продуктов такого же размера (размер 20330,16 см), изначально выпускаемых компанией серийно. Контакт: www.murata.com

Модель: Vishay BC Компоненты 257 серии PRM-SI; Производитель: Vishay Intertechnology

Эта серия миниатюрных вставных алюминиевых электролитических конденсаторов позволяет создавать конструкции с более высокой плотностью мощности.Серия представляет собой цилиндрический алюминиевый корпус, изолированный синей гильзой. Конденсаторы серии 257 PRM-SI имеют номинальное напряжение до 500 В в 25 компактных корпусах размером от 22 мм x 25 мм до 35 мм x 60 мм. Устройства, соответствующие требованиям RoHS, также доступны с защелкивающимися клеммами с 3-контактным ключом Основные характеристики • Размер корпуса (Д x Д в мм): от 22 x 25 до 35 x 60 • Диапазон емкости: от 56 мкФ до 3300 мкФ • Допуск: ± 20% • Срок службы при + 85 ° C: 5 000 часов.vishay.com

Модель: серия KXF; Производитель: United Chemi-Con

Серия KXF включает сверхминиатюрные алюминиевые электролитические сквозные конденсаторы. Гарантия на эту серию составляет от 15 000 до 20 000 часов работы для цепей светодиодного освещения и других долговечных высоковольтных источников питания. Эти конденсаторы идеально подходят для высоконадежных приложений, таких как светодиоды, зарядные устройства, повышающие преобразователи и миниатюрные импульсные источники питания. Основные характеристики • Диапазон номинального напряжения от 160 В до 450 В постоянного тока • Диапазон емкости от 5,6 мкФ до 68 мкФ • Поляризованные конденсаторы, не устойчивые к растворителям • Диаметр от 10 до 18 мм • Соответствует RoHS2 Контакт: www.chemi-con.com

Конденсатор | Инжиниринг | Fandom

Конденсатор — это устройство, которое накапливает энергию в электрическом поле, созданном между парой проводников, на которых размещены одинаковые, но противоположные электрические заряды.Иногда для обозначения конденсатора используется более старый термин конденсатор .

Конденсаторы различных типов

Конденсаторы SMD: электролитические внизу, керамические над ними; керамические и электролитические конденсаторы со сквозным отверстием справа для сравнения

См. [1]

Обзор

[править | править источник]

Конденсатор состоит из двух электродов или пластин, каждая из которых накапливает противоположный заряд.Эти две пластины являются токопроводящими и разделены изолятором или диэлектриком . Заряд накапливается на поверхности пластин на границе с диэлектриком. Поскольку каждая пластина хранит равный, но противоположный заряд, общий заряд в конденсаторе всегда равен нулю.

Когда электрический заряд накапливается на пластинах, в области между пластинами создается электрическое поле, пропорциональное количеству накопленного заряда.Это электрическое поле создает разность потенциалов V = E · d между пластинами этого простого конденсатора с параллельными пластинами.

Электроны в молекулах перемещают или вращают молекулу к положительно заряженной левой пластине. Этот процесс создает противоположное электрическое поле, которое частично аннулирует поле, созданное пластинами. (Воздушный зазор показан для ясности; в реальном конденсаторе диэлектрик находится в прямом контакте с пластиной.)

Емкость [править | править источник]

Емкость конденсатора ( C ) является мерой количества заряда ( Q ), хранящегося на каждой пластине для данной разности потенциалов или напряжения ( В ), который появляется между пластинами:

В единицах СИ конденсатор имеет емкость в один фарад (Ф), когда один кулон (Кл) заряда вызывает разность потенциалов на пластинах в один вольт (В).Поскольку фарад — очень большая единица, значения конденсаторов обычно выражаются в микрофарадах (мкФ) x10 ⁻⁶ , нанофарадах (нФ) x10 ⁻⁹ или пикофарадах (пФ) x10 ⁻¹² .

Емкость пропорциональна площади поверхности проводящей пластины и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Он также пропорционален диэлектрической проницаемости диэлектрического (то есть непроводящего) вещества, разделяющего пластины.

Емкость конденсатора с параллельными пластинами определяется как:

[2]

где ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрика, A — площадь пластин, а d — расстояние между ними.

Накопленная энергия [править | править источник]

Поскольку противоположные заряды накапливаются на пластинах конденсатора из-за разделения зарядов, на конденсаторе возникает напряжение из-за электрического поля этих зарядов. Все возрастающая работа должна выполняться против этого постоянно увеличивающегося электрического поля по мере отделения большего количества зарядов. Энергия (измеряется в джоулях, в СИ), запасенная в конденсаторе, равна количеству работы, необходимой для установления напряжения на конденсаторе и, следовательно, электрического поля.Запасенная энергия определяется по формуле:

где V — напряжение на конденсаторе.

Гидравлическая модель [править | править источник]

Поскольку электрическая схема может быть смоделирована потоком жидкости, конденсатор можно смоделировать как камеру с гибкой диафрагмой, отделяющей вход от выхода. Как можно определить интуитивно, а также математически, это обеспечивает правильные характеристики: давление на устройстве пропорционально интегралу тока, установившийся ток не может проходить через него, но может передаваться импульсный или переменный ток, емкость параллельно соединенных блоков эквивалентна сумме их индивидуальных емкостей; и т.п.

Цепи с источниками постоянного тока [править | править источник]

Электроны не могут напрямую проходить через диэлектрик от одной пластины конденсатора к другой. Когда через конденсатор проходит ток, электроны накапливаются на одной пластине, а электроны удаляются с другой пластины. Этот процесс обычно называют «зарядкой» конденсатора, даже если конденсатор всегда электрически нейтрален. Фактически, ток через конденсатор приводит к разделению, а не к накоплению электрического заряда.Это разделение зарядов вызывает возникновение электрического поля между пластинами конденсатора, что приводит к возникновению напряжения на пластинах. Это напряжение V прямо пропорционально количеству разделенного заряда Q. Но Q — это просто интеграл по времени от тока I, протекающего через конденсатор. Математически это выражается как:

где

I — ток, текущий в обычном направлении, измеренный в амперах.

dV / dt — производная по времени от напряжения, измеренная в вольтах / секундах.

C — емкость в фарадах

Для цепей с источником постоянного (постоянного) напряжения напряжение на конденсаторе не может превышать напряжение источника. Таким образом, достигается равновесие, при котором напряжение на конденсаторе постоянное, а ток через конденсатор равен нулю. По этой причине обычно говорят, что конденсаторы блокируют постоянный ток.

Цепи с источниками переменного тока [править | править источник]

Ток конденсатора из-за переменного напряжения или источника тока периодически меняет направление.То есть переменный ток поочередно заряжает пластины в одном направлении, а затем в другом. За исключением момента, когда ток меняет направление, ток конденсатора всегда отличен от нуля в течение цикла. По этой причине обычно говорят, что конденсаторы «пропускают» переменный ток. Однако электроны никогда не пересекают пластины.

Поскольку напряжение на конденсаторе является интегралом тока, как показано выше, с синусоидальными волнами в цепях переменного тока или сигнальных цепях, это приводит к разности фаз 90 градусов, ток опережает фазовый угол напряжения.Можно показать, что переменное напряжение на конденсаторе находится в квадратуре с переменным током через конденсатор. То есть напряжение и ток «не совпадают по фазе» на четверть цикла. Амплитуда напряжения зависит от амплитуды тока, деленной на произведение частоты тока и емкости C. Отношение амплитуды напряжения к амплитуде тока называется реактивным сопротивлением конденсатора. Емкостное реактивное сопротивление определяется по формуле:

где

, угловая частота, измеренная в радианах в секунду

X _C = емкостное реактивное сопротивление, измеренное в омах

f = частота переменного тока в герцах

C = емкость в фарадах

и аналогична сопротивлению резистора.Ясно, что реактивное сопротивление обратно пропорционально частоте. То есть для очень высокочастотных переменных токов реактивное сопротивление приближается к нулю, так что конденсатор является почти коротким замыканием на очень высокочастотный источник переменного тока. И наоборот, для переменных токов очень низкой частоты реактивное сопротивление неограниченно возрастает, так что конденсатор представляет собой почти разомкнутую цепь для источника переменного тока очень низкой частоты.

Реактивность называется так потому, что конденсатор не рассеивает мощность, а просто накапливает ее.В электрических цепях, как и в механике, есть два типа нагрузки: резистивная и реактивная. Резистивные нагрузки (аналогичные скольжению объекта по шероховатой поверхности) рассеивают энергию, которая в них входит, в конечном итоге за счет электромагнитного излучения (см. Излучение черного тела), в то время как реактивные нагрузки (аналогичные пружине или движущемуся объекту без трения) сохраняют энергию.

Полное сопротивление конденсатора определяется по формуле:

где и — мнимая единица [3].

Следовательно, емкостное реактивное сопротивление является отрицательной мнимой составляющей импеданса.Отрицательный знак указывает, что ток опережает напряжение на 90 ° для синусоидального сигнала, в отличие от индуктора, где ток отстает от напряжения на 90 °.

Также важно то, что импеданс обратно пропорционален емкости, в отличие от резисторов и катушек индуктивности, для которых импедансы линейно пропорциональны сопротивлению и индуктивности соответственно. Вот почему формулы для последовательного и шунтирующего импеданса (приведенные ниже) являются обратными для резистивного случая. Последовательно суммируются импедансы.Сумма проводимости шунта.

В настроенной цепи, такой как радиоприемник, выбранная частота является функцией индуктивности (L) и емкости (C) последовательно и определяется выражением:

Это частота, на которой возникает резонанс в последовательной цепи RLC.

Для идеального конденсатора ток конденсатора пропорционален скорости изменения напряжения на конденсаторе во времени, где константа пропорциональности — это емкость C:

Импеданс в частотной области можно записать как

.

Это показывает, что конденсатор имеет высокое сопротивление для низкочастотных сигналов (когда ω мало) и низкое сопротивление для высокочастотных сигналов (когда ω велико). Это частотно-зависимое поведение объясняет большинство применений конденсатора (см. «Применения» ниже).

При использовании преобразования Лапласа [4] в анализе схем емкостное сопротивление в области с представляется следующим образом:

Конденсаторы и ток смещения [править | править источник]

Физик Джеймс Клерк Максвелл [5] изобрел концепцию тока смещения, d D / dt, чтобы согласовать закон Ампера с сохранением заряда в тех случаях, когда заряд накапливается, как в конденсаторе.Он интерпретировал это как реальное движение зарядов даже в вакууме, где он предположил, что это соответствует движению дипольных [6] зарядов в светоносном эфире [7]. Хотя от этой интерпретации отказались, поправка Максвелла к закону Ампера остается в силе.

Конденсаторные сети [править | править источник]

Конденсатор

может использоваться для блокировки постоянного тока, протекающего в цепи, и поэтому имеет важное применение при соединении сигналов переменного тока между каскадами усилителя, предотвращая прохождение постоянного тока.

Последовательное или параллельное расположение [править | править источник]

Основная статья: Последовательные и параллельные цепи

Конденсаторы в параллельной конфигурации имеют одинаковую разность потенциалов (напряжение). Их общая емкость ( C _экв ) определяется по формуле:

Ток, проходящий через последовательно соединенные конденсаторы, остается неизменным, но напряжение на каждом конденсаторе может быть разным.Сумма разностей потенциалов (напряжения) равна общему напряжению. Их общая емкость определяется как:

Параллельно общий накопленный заряд представляет собой сумму зарядов в каждом конденсаторе. При последовательном подключении заряд каждого конденсатора одинаков.

Одной из возможных причин для последовательного подключения конденсаторов является увеличение общего номинального напряжения. На практике к каждому конденсатору можно подключить очень большой резистор, чтобы обеспечить правильное разделение общего напряжения для отдельных номиналов, а не по мельчайшим различиям в значениях емкости.Другое применение — использование поляризованных конденсаторов в цепях переменного тока; конденсаторы соединены последовательно с обратной полярностью, так что в любой момент времени один из конденсаторов не проводит ток.

Двойственность конденсатора / индуктора [править | править источник]

С математической точки зрения, идеальный конденсатор можно рассматривать как инверсию идеальной катушки индуктивности, потому что уравнения напряжения-тока двух устройств могут быть преобразованы друг в друга путем обмена членами напряжения и тока.Подобно тому, как две или более катушек индуктивности могут быть соединены магнитным полем для создания трансформатора, два или более заряженных проводника могут быть соединены электростатически, образуя конденсатор. Взаимная емкость двух проводников определяется как ток, протекающий в одном проводе, когда напряжение на другом изменяется на единицу напряжения в единицу времени.

Конденсаторы

находят множество применений в электронных и электрических системах.

Накопитель энергии [править | править источник]

Конденсатор может накапливать электрическую энергию при отключении от цепи зарядки, поэтому его можно использовать как временный аккумулятор.Недавняя коммерческая доступность конденсаторов очень большой емкости, размером в один фарад и более, позволила таким компонентам заменять батареи в электронных устройствах без потери памяти, например, или для хранения энергии для доставки во время экстремальных пиковых нагрузок. как это часто бывает в чрезвычайно мощных автомобильных аудиосистемах.

Обработка сигналов [править | править источник]

Энергия, запасенная в конденсаторе, может использоваться для представления информации либо в двоичной форме, как в компьютерах, либо в аналоговой форме, как в схемах с переключаемыми конденсаторами и линиях задержки типа «ведро-бригада».Конденсаторы могут использоваться в аналоговых схемах в качестве компонентов интеграторов или более сложных фильтров, а также для стабилизации контура отрицательной обратной связи. В схемах обработки сигналов также используются конденсаторы для интеграции токового сигнала.

Приложения для источников питания [править | править источник]

Конденсаторы

обычно используются в источниках питания , где они сглаживают выход полнополупериодного или полуволнового выпрямителя. Их также можно использовать в схемах накачки заряда в качестве элемента накопления энергии при генерации более высоких напряжений, чем входное напряжение.Конденсаторы подключаются параллельно силовым цепям большинства электронных устройств и более крупных систем (например, заводов), чтобы отводить и скрывать колебания тока от первичного источника питания, чтобы обеспечить «чистый» источник питания для сигнальных или управляющих цепей. Аудиооборудование, например, использует несколько конденсаторов таким образом, чтобы отводить гудение линии электропередачи до того, как он попадет в сигнальную цепь. Конденсаторы действуют как локальный резерв для источника постоянного тока и отводят переменные токи от источника питания.

Конденсаторы используются для коррекции коэффициента мощности. Такие конденсаторы часто представляют собой три конденсатора, подключенных к трехфазной нагрузке. Обычно значения этих конденсаторов указываются не в фарадах, а скорее как реактивная мощность в вольт-амперах реактивной мощности (ВАр). Цель состоит в том, чтобы согласовать индуктивную нагрузку оборудования, содержащего двигатели, чтобы нагрузка выглядела в основном резистивной.

Конденсаторы также используются параллельно для прерывания блоков высоковольтного выключателя с целью распределения напряжения между этими блоками.В этом случае их называют градуировочными конденсаторами. На принципиальных схемах конденсатор, используемый в основном для накопления заряда постоянного тока, часто изображен вертикально на принципиальных схемах с нижней, более отрицательной пластиной, изображенной в виде дуги. Прямая пластина указывает на положительный вывод устройства, если он поляризован (см. Электролитический конденсатор).

Неполяризованные электролитические конденсаторы, используемые для фильтрации сигналов, обычно имеют две изогнутые пластины. Остальные неполяризованные конденсаторы нарисованы двумя прямыми пластинами.

Настроенные схемы [править | править источник]

Конденсаторы и катушки индуктивности используются вместе в настроенных схемах для выбора информации в определенных частотных диапазонах. Например, радиоприемники полагаются на переменные конденсаторы для настройки частоты станции. В динамиках используются пассивные аналоговые кроссоверы, а в аналоговых эквалайзерах используются конденсаторы для выбора различных звуковых диапазонов.

Сигнальная связь [править | править источник]

Поскольку конденсаторы пропускают переменный ток, но блокируют сигналы постоянного тока (при зарядке до приложенного постоянного напряжения), они часто используются для разделения компонентов переменного и постоянного тока сигнала.Этот метод известен как муфта переменного тока . (Иногда для того же эффекта используются трансформаторы.) Здесь используется большое значение емкости, значение которой не нужно точно контролировать, но чье реактивное сопротивление мало на частоте сигнала. Конденсаторы для этой цели, предназначенные для установки через металлическую панель, называются проходными конденсаторами и имеют несколько иное схематическое обозначение.

Шумовые фильтры, пускатели двигателей и демпферы [править | править источник]

Когда индуктивная цепь разомкнута, энергия, запасенная в магнитном поле индуктивности, быстро падает, создавая большое напряжение в разомкнутой цепи переключателя или реле.Если индуктивность достаточно велика, энергия вызовет искру, в результате чего точки контакта будут окисляться, портиться или иногда свариваться вместе, или разрушать твердотельный переключатель. Демпферный конденсатор во вновь разомкнутой цепи создает путь для этого импульса, чтобы обойти точки контакта, тем самым сохраняя их жизнь; они обычно использовались, например, в системах зажигания с контактным выключателем. Точно так же в схемах меньшего размера искры может быть недостаточно, чтобы повредить переключатель, но все же будут излучаться нежелательные радиочастотные помехи (RFI), которые поглощает конденсатор , фильтр .Демпферные конденсаторы обычно используются с последовательно включенным резистором с низким номиналом, чтобы рассеивать энергию медленнее и минимизировать радиопомехи. Такие комбинации резистор-конденсатор доступны в одном корпусе.

И наоборот, чтобы быстро инициировать ток через индуктивную цепь, требуется большее напряжение, чем требуется для его поддержания; в таких применениях, как большие двигатели, это может вызвать нежелательные пусковые характеристики, и пусковой конденсатор двигателя используется для хранения достаточной энергии, чтобы дать току начальный толчок, необходимый для запуска двигателя.

Применение преобразователя

[править | править источник]

Хотя конденсаторы обычно поддерживают фиксированную физическую структуру, а использование изменяет электрическое напряжение и ток, эффекты изменения физических и / или электрических характеристик диэлектрика при фиксированном электропитании также могут быть полезными. Конденсаторы с открытым пористым диэлектриком могут использоваться для измерения влажности воздуха. Конденсаторы с гибкой пластиной можно использовать для измерения деформации или давления.Конденсаторы используются в качестве преобразователя в конденсаторных микрофонах, где одна пластина перемещается под действием давления воздуха относительно фиксированного положения другой пластины.

Акселерометры

[править | править источник]

В некоторых акселерометрах используются конденсаторы MEMS, выгравированные на микросхеме, для измерения величины и направления вектора ускорения. Они используются для обнаружения изменений в ускорении, например. в качестве датчиков наклона или для обнаружения свободного падения, в качестве датчиков срабатывания подушки безопасности и во многих других приложениях.

Применение оружия [править | править источник]

Неизвестное военное применение конденсатора — в ЭМИ-оружии. В качестве диэлектрика используется пластиковая взрывчатка. Конденсатор заряжается и взрывчатка взрывается. Емкость становится меньше, но заряд на пластинах остается прежним. Это создает высокоэнергетическую электромагнитную ударную волну, способную разрушить незащищенную электронику на многие мили вокруг.

Идеальные и неидеальные конденсаторы [править | править источник]

На практике эту идеальную модель конденсатора часто приходится модифицировать, чтобы отразить конструкцию и работу конденсатора в реальном мире.Наиболее очевидным примером являются электролитические конденсаторы, где конденсатор поляризован так, что при обратном подключении напряжения конденсатор действует как резистор. Однако аналогичные проблемы диэлектрической утечки являются постоянным усложнением всей конструкции конденсаторов и приводят к постоянным улучшениям в конструкции конденсаторов, поскольку материал, используемый для изготовления диэлектриков, изменился с промасленной бумаги на майлар и с керамики на тефлон. Это также решает связанную с этим проблему диэлектрической стабильности; Смазанная маслом или пропитанная электролитом бумага со временем высыхает, уменьшая емкость и увеличивая утечку, что в современных компонентах устраняет проблему.

С другой стороны, требования большой площади пластины для разумно полезных емкостей конденсатора, а также разумной упаковки привели к повсеместной практике свертывания сэндвича пластина / диэлектрик в цилиндр, который затем герметизировали. Однако этот процесс также создает индуктивность, последовательно соединенную с емкостью, точно так же, как введение спирального провода с аналогичными характеристиками последовательно с плоским конденсатором; в чувствительных цепях эту индуктивность необходимо учитывать либо путем использования конденсатора, имеющего более низкую индуктивность, либо путем обхода большого конденсатора меньшим, неиндуктивным.В последнее время такая практика стала более распространенной в продукции, ориентированной на аудиофилов, поскольку было продемонстрировано, что индуктивные проблемы в недорогих конденсаторах ухудшают точность воспроизведения высоких частот.

В компьютерах и сотовых (мобильных) телефонах используются многослойные конденсаторы для поверхностного монтажа, поскольку в этих устройствах нет выводов и, следовательно, индуктивности выводов. Когда пластины конденсатора устанавливаются под прямым углом к ​​плате схемы, индуктивность может быть очень низкой. Для дальнейшего уменьшения индуктивности используются широкие проводники и небольшие зазоры, и конденсатор имеет соответствующую форму.

Диэлектрические материалы могут вызывать нежелательные побочные эффекты. Например, диэлектрическая проницаемость титаната бария [8], используемого в керамических конденсаторах, изменяется в зависимости от температуры и давления. Такие конденсаторы чувствительны к вибрации и изгибу и могут вызывать модуляцию сигнала в электронных схемах, называемую микрофоном .

Опасности и безопасность конденсаторов [править | править источник]

Конденсаторы могут сохранять заряд долгое время после отключения питания от цепи; этот заряд может вызвать поражение электрическим током (вплоть до поражения электрическим током) или повреждение подключенного оборудования.Поскольку конденсаторы имеют такое низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), они способны передавать большие токи в короткие замыкания; это может быть опасно. Перед обслуживанием содержащего его оборудования необходимо убедиться, что любой большой или высоковольтный конденсатор должным образом разряжен. В целях безопасности перед обращением с ними следует разрядить все конденсаторы большой емкости. Для конденсаторов на уровне платы это делается путем размещения резистора для сброса напряжения на клеммах, сопротивление которого достаточно велико, чтобы ток утечки не влиял на схему, но достаточно мало, чтобы разрядить конденсатор вскоре после отключения питания.Конденсаторы высокого напряжения следует хранить с закороченными клеммами для рассеивания накопленного заряда.

Большие заполненные маслом старые конденсаторы необходимо утилизировать надлежащим образом, поскольку некоторые из них содержат полихлорированные бифенилы [9] (ПХБ). Известно, что отходы ПХД могут попадать в грунтовые воды под свалками. При употреблении с питьевой загрязненной водой ПХД являются канцерогенными [10], даже в очень незначительных количествах. Если конденсатор физически большой, он более опасен и может потребовать дополнительных мер предосторожности, помимо описанных выше.Новые электрические компоненты больше не производятся с печатными платами. Устранение неоднозначности: имейте в виду, что печатная плата в электронике обычно означает печатную плату, в отличие от химии, где она может использоваться, как показано выше.

Конденсатор (компонент) Шаблон: Wikibookspar

«IEEE Spectrum», январь 2005 г. Том 42, № 1, Североамериканское издание.

• «Справочник ARRL для радиолюбителей, 68-е изд.», Лига радиолюбителей, Ньюингтон, штат Коннектикут, США, 1991
• «Теория основных схем с цифровыми вычислениями», Лоуренс П.Хелсман, Прентис-Холл, 1972 год
• Философские труды Королевского общества LXXII, Приложение 8, 1782 г. (Вольта вводит слово конденсатор )
• А. К. Майни «Электронные проекты для начинающих», «Пустак Махал», 2-е издание: март 1998 г. (ИНДИЯ [11])
• Музей искры (фон Клейст и Мушенбрук)
• Биография фон Клейста

Учебное пособие по конденсатору

: работа и использование в схемах

Конденсаторы

— один из наиболее часто используемых компонентов электронной схемы.Будет справедливо сказать, что практически невозможно найти работающую схему без использования конденсатора. Это руководство написано, чтобы дать хорошее представление о работе конденсаторов и их использовании в практических схемах. В этом руководстве рассматриваются три важных вопроса о конденсаторах, которые могут возникнуть у новичка.

1. Что такое конденсатор?
2. Работа конденсатора?
3. Как использовать конденсаторы в схемах?

К концу этого руководства вы лучше поймете принцип работы конденсаторов.Также из этого туториала Вы узнаете, как использовать конденсатор в практических схемах. Вы можете ознакомиться с предыдущим учебным пособием «Резисторы: работа и использование в схемах»

.

ЧТО ТАКОЕ КОНДЕНСАТОР:

Конденсатор — один из пассивных компонентов (не может генерировать энергию самостоятельно) в электронике. Этот конденсатор способен накапливать в нем электрический заряд, что приводит к развитию напряжения или, другими словами, потенциальной энергии на его выводах. Проще говоря, это похоже на аккумулятор, но он может хранить заряд только временно.Чтобы сделать вещи интересными, он по-разному реагирует на постоянный ток (постоянный ток) по сравнению с переменным током (переменный ток). Мы объясним это далее в разделе «Работа с конденсаторами», а теперь давайте посмотрим, как устроен конденсатор.

ВНУТРИ КОНДЕНСАТОРА:

Конструкция конденсатора довольно проста. Он состоит из двух проводящих пластин, подобных тем, что показаны на диаграмме выше (пластина 1 и пластина 2), где эти две пластины разделены небольшим расстоянием и с изоляторами между ними, также известными как диэлектрики.Это очень похоже на сэндвич, где у нас есть две проводящие пластины и изолирующий материал или диэлектрик, зажатый между ними.

Каждая крышка имеет определенную емкость. Мы уже знаем, что конденсатор способен накапливать электрический заряд на своих пластинах. Эта емкость определяет максимальное количество заряда, которое он может хранить. Чем больше пластины и меньше расстояние между ними, тем выше будет значение емкости. Эта емкость определяется формулой

.

C = Q / V

, где Q — количество заряда, а V — напряжение, приложенное к нему.

ФАРАДОВ:

Значит, у каждого конденсатора есть какое-то значение емкости. Единица измерения емкости измеряется в фарадах. Когда мы указываем значение емкости как 1 фарад, это означает, что конденсатор удерживает заряд в 1 кулон на своих проводящих пластинах, когда на его выводы подается одно напряжение.

РАБОТА КОНДЕНСАТОРА:

Теперь пора глубже погрузиться в работу конденсатора. Как указано выше, конденсатор действует иначе, чем переменный и постоянный ток.

КОНДЕНСАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА:

Давайте сначала рассмотрим DC и посмотрим, как он реагирует на DC.Первоначально конденсатор будет в разряженном состоянии, что означает, что на его пластинах будет нулевой заряд. Когда на его клеммы подается постоянное напряжение, ток течет и заряжает его. Первоначальный поток этого зарядного тока через конденсатор будет очень высоким. Это приводит к накоплению положительного заряда на одной пластине и отрицательного заряда на другой пластине. По мере увеличения заряда на пластинах конденсатора зарядный ток постепенно уменьшается из-за накопления заряда на пластинах конденсатора, и он сопротивляется протеканию тока.Также заряд, накопленный на пластинах, создает разность потенциалов на пластинах.

Поток зарядного тока продолжает заряжать конденсатор до тех пор, пока развиваемое напряжение не сравняется с приложенным к нему напряжением. В этот момент зарядный ток перестает течь из-за развиваемого напряжения на конденсаторе. В этом случае конденсатор полностью заряжен положительным зарядом на одной пластине, а эквивалентный отрицательный заряд существует на другой. Напряжение, развиваемое на конденсаторе, обычно обозначается как Vc.Конденсатор будет удерживать это напряжение Vc до тех пор, пока на нем не появится напряжение. Как только поданное напряжение прекращается, через конденсатор начинает течь разрядный ток. В этот момент напряжение Vc начинает падать, и заряд, накопленный на его пластинах, уменьшается.

Через некоторое время ток разряда замедляется, в этот момент скорость, с которой также замедляется падение напряжения. Через некоторое время напряжение конденсатора Vc достигнет нуля, и заряд, накопленный на его пластинах, станет нулевым.Это состояние называется состоянием разряда конденсатора. Теперь вы можете понять причину, по которой мы сравнили конденсатор с батареей.

КОНДЕНСАТОР С AC:

Как указывалось ранее, конденсатор по-разному реагирует при подаче переменного напряжения. При подаче постоянного напряжения конденсатор заряжается только в одном направлении. Однако, когда применяется переменный ток, конденсатор заряжается и разряжается поочередно в зависимости от его частоты. И поэтому с переменным напряжением конденсатор будет продолжать пропускать ток через него бесконечно, в отличие от постоянного тока, где конденсатор блокирует ток по прошествии определенного периода времени.

Здесь интересно то, что зарядный ток и ток разряда через конденсатор при воздействии переменного напряжения зависят от изменения напряжения, приложенного к его пластинам. Ток, протекающий в конденсаторе при подаче переменного тока, имеет тенденцию опережать напряжение на 90 °. Взгляните на график ниже.

Предположим, что переменное напряжение приложено к конденсатору, начальное напряжение будет минимальным, а в этот момент зарядный ток будет максимальным, как вы можете видеть на приведенном выше графике.Когда напряжение достигнет своего пикового значения, зарядный ток будет равен нулю. После достижения пикового значения напряжение начнет уменьшаться, и ток разряда также начнет течь от конденсатора. Когда напряжение переменного тока достигает нуля, завершая положительный полупериод сигнала, ток разряда будет максимальным. Как только сигнал начинается с отрицательного цикла, ток разряда постепенно начинает уменьшаться и достигает нуля, когда напряжение достигает максимума в отрицательном полупериоде. Таким образом, мы можем сделать вывод, что ток опережает напряжение на 90 ‘или напряжение отстает от тока на 90 ° в цепях переменного тока.Обычно это описывается как не совпадающие по фазе напряжение и ток.

РЕАКТИВНОСТЬ ЕМКОСТИ:

Еще одна важная вещь, которую нужно знать о конденсаторах в цепях переменного тока, — это то, что они обеспечивают сопротивление току, протекающему в цепях переменного тока. Это относится к реактивному сопротивлению, а точнее к емкостному сопротивлению. Это реактивное сопротивление определяется формулой

.

Xc = 1 / 2πFC или 1 / ωC (ω = 2πF)

Из приведенной выше формулы мы можем вывести, что емкостное реактивное сопротивление уменьшается с увеличением частоты сигнала переменного тока и емкости конденсатора.Когда частота сигнала высока или близка к Inifinity, реактивность будет близка к нулю. Здесь конденсатор действует как идеальный проводник. Кроме того, когда частота сигнала переменного тока становится меньше или близка к нулю, реактивное сопротивление будет очень высоким, и оно будет действовать как очень большое сопротивление или разрыв цепи для входящего сигнала.

ПРИМЕНЕНИЕ КОНДЕНСАТОРА:

Теперь, когда мы поняли, что такое конденсатор и как он работает. Давайте перейдем к самому важному разделу этой статьи «Применение конденсатора».

РАЗЪЕМНЫЙ КОНДЕНСАТОР:

Это конденсаторы, которые очень важно использовать во всех цифровых схемах. В идеале для работы цифровых ИС или микросхем требуется стабильное напряжение. Любые всплески или колебания напряжения могут привести к неработоспособности микросхемы, а иногда микросхема может быть разрушена. Именно здесь в игру вступает развязывающий конденсатор. Это конденсаторы, которые обычно устанавливаются рядом с микросхемами, соединяющими выводы VCC и GND микросхемы, как показано на приведенной выше принципиальной схеме.

Когда схема включена, развязка конденсатор начинает заряжаться через Vcc и прекращает зарядку, как только напряжение конденсатора достигает подаваемого напряжения. В этот момент, когда есть колебания напряжения питания, конденсатор будет подавать питание на ИС в течение короткого периода времени, чтобы поддерживать стабильное напряжение на ИС. Также при скачке входного напряжения питания конденсатор начинает заряжаться до нового напряжения питания. Это при этом поддерживает стабильное напряжение на входе IC1. В больших схемах с большим количеством ИС часто советуют использовать большой конденсатор рядом с источником питания и малый конденсатор рядом с каждой ИС, используемой в цепи.Большой конденсатор будет обеспечивать стабильное напряжение по всей цепи. Маленькие колпачки удовлетворяют потребности используемых с ними микросхем.

КОНДЕНСАТОР МУФТЫ:

Мы видели, что развязывающие конденсаторы используются для блокировки колебаний напряжения или, другими словами, они помогают блокировать сигналы переменного тока, поскольку колебания или падение напряжения являются формой сигнала переменного тока, поскольку напряжение сигнала изменяется со временем. Конденсатор связи, с другой стороны, блокирует сигнал постоянного тока, позволяя проходить сигналу переменного тока.Другими словами, эти конденсаторы используются для соединения или связи входного сигнала переменного тока со следующим этапом схемы путем блокировки нежелательных сигналов постоянного тока.

Эти конденсаторы широко используются в усилителях и аудио приложениях, где нас интересуют только сигналы переменного тока. Возьмем, к примеру, звуковую цепь, питаемую от источника постоянного тока напряжением 9 В. Схема принимает голосовой ввод с микрофона, и этот голосовой ввод (сигнал переменного тока) является нашей достопримечательностью. Существует большая вероятность того, что сигнал постоянного тока от источника питания 9 В может смешаться с этим входным голосовым сигналом.И чтобы исключить этот элемент постоянного тока из нашего голосового входа, используется конденсатор связи C1 (показанный на схеме выше), где он блокирует сигнал постоянного тока и пропускает сигнал с переменной частотой. Помните, мы узнали, что конденсатор предлагает очень высокое сопротивление или блокирует сигнал постоянного тока.

Не только постоянный ток, при правильном выборе значений конденсатора мы можем успешно блокировать нежелательные низкие частоты и разрешать только желаемые высокие частоты. Это регулируется реактивным сопротивлением конденсатора, которое задается формулой Xc = 1 / 2πFC (мы видели это ранее в этом руководстве).Помните, мы уже знаем, что конденсатор обеспечивает высокую реактивность на низких частотах, тогда как для высоких частот значение реактивного сопротивления будет низким. Поэтому для того, чтобы конденсатор связи допускал низкочастотные сигналы, нам необходимо использовать конденсаторы более высоких значений, а для высокочастотных сигналов будет достаточно более низких значений конденсаторов.

ФИЛЬТРЫ:

Это схемные блоки, используемые для фильтрации нежелательных частот из входного сигнала. Конденсаторы являются неотъемлемой частью конструкции фильтров наряду с резисторами и индукторами.Фильтры имеют расширенные функциональные возможности, чем разделительные конденсаторы. В основном есть три разных типа фильтров, о которых вам нужно знать.

ФИЛЬТР НИЗКОГО ПРОХОДА:

Фильтры нижних частот используются для разрешения частотных составляющих ниже частоты среза и блокируют частотные составляющие выше этой. Вот как это работает, когда входящий сигнал имеет низкую частоту. Конденсатор демонстрирует высокое реактивное сопротивление (высокое сопротивление) по сравнению с резистором. Следовательно, напряжение на конденсаторе будет очень высоким по сравнению с падением напряжения на резисторе.Следовательно, мы получим входящий сигнал без ослабления или с низким затуханием. Между тем, когда входящий сигнал имеет высокую частоту, реактивное сопротивление конденсатора будет низким. Таким образом, падение напряжения на резисторе будет очень большим по сравнению с напряжением конденсатора, что не позволит сигналу достичь следующего каскада.

ФИЛЬТР ВЫСОКОГО ПРОХОДА:

Это фильтры, которые пропускают только сигнал с частотами выше частоты среза и блокируют сигнал с более низкими частотами. Здесь происходит то, что входящий сигнал имеет низкую частоту. Конденсатор демонстрирует высокое реактивное сопротивление и действует как разомкнутая цепь для сигнала.С другой стороны, когда входящий сигнал высокочастотного конденсатора показывает низкое реактивное сопротивление (сопротивление). Это очень мало по сравнению с резистором R1. Здесь падение напряжения на конденсаторе будет очень минимальным по сравнению с резистором, что позволяет выводить высокочастотный сигнал без ослабления или с низким затуханием.

БАНДПАССОВЫЙ ФИЛЬТР:

Это комбинация фильтров высоких и низких частот. Этот фильтр пропускает только сигнал определенной полосы частот и блокирует сигнал за пределами этого диапазона частот.Этот тип фильтра в идеале должен иметь две частоты среза: верхнюю и нижнюю частоту среза. Этот фильтр блокирует сигнал, частота которого меньше нижней частоты среза и выше верхней частоты среза. Как вы можете видеть в приведенной выше схеме, она построена с использованием фильтров высоких и низких частот. Комбинация из них позволит использовать только полосу частот между верхними и нижними частотами среза и блокирует сигнал за пределами этих частот.

ЦЕПИ ГРМ:

Из того, что мы видели до сих пор, мы знаем, что при использовании конденсатора с постоянным током требуется время для зарядки и достижения приложенного напряжения.Эти схемы синхронизации используют эту характеристику конденсатора и используют ее для создания необходимых временных задержек. Но здесь, наряду с конденсатором, вместе с ним используется резистор для управления скоростью зарядки конденсатора, что, в свою очередь, влияет на временную задержку.

Показанная выше схема представляет собой RC-схему синхронизации, в которой на конденсатор C1 подается постоянный источник постоянного напряжения 9 В. Задержка времени, генерируемая с помощью этой схемы, определяется с помощью постоянной времени T. Постоянная времени может быть рассчитана по формуле

Т = RC

Конденсатору требуется 5Т или 5-кратная постоянная времени для полной зарядки.Таким образом, применение указанных выше значений резистора и конденсатора в этом уравнении даст задержку в 5 секунд. Пятисекундная задержка для достижения конденсатором напряжения питания 9 В на его выводах с момента включения питания.

5 зуб. = 5 x R x C

= 5 x 10 кОм x 100 мкФ

Время задержки = 5 сек.

Интересная вещь происходит за работой этой схемы, чтобы генерировать требуемую задержку времени. Чтобы понять это, давайте взглянем на кривую зарядки на графике конденсатора.

На приведенном выше графике показано соотношение между напряжением, током и временем, затрачиваемым на зарядку конденсатора. В момент времени t = 0 конденсатор будет в разряженном состоянии, и на цепь будет подаваться постоянное напряжение. После подачи напряжения зарядный ток течет через конденсатор, накапливая одинаковые и противоположные заряды на пластинах. Это приводит к увеличению напряжения конденсатора Vc. В начале зарядный ток будет максимальным. Конденсатор будет заряжен на 63% напряжения питания, когда время достигнет постоянной T, которая отмечена 1 на графике выше.

В связи с вышеупомянутой схемой T будет составлять 1 секунду, и к тому времени напряжение конденсатора будет 63% от 9 В, что составляет 5,67 В. И из графика вы можете вывести на 5T (постоянная времени), конденсатор будет заряжен до подаваемого напряжения, полностью остановив ток зарядки. Теперь говорят, что конденсатор полностью заряжен.

Используя уравнение 5T = 5RC, вы можете зафиксировать значения конденсатора и резистора, чтобы заставить эту RC-цепь генерировать требуемую временную задержку для любого приложения.

БАК ИЛИ НАСТРОЕННЫЕ ЦЕПИ:

Цепи этого типа чаще всего используются в радиопередатчиках, приемниках и приложениях выбора частоты. Конденсатор работает вместе с индуктором в этих цепях, чтобы выполнять свою работу. Цепи Tank или Tuned будут использоваться, когда нам нужно сгенерировать сигнал или получить сигнал определенной частоты из сложного сигнала с несколькими частотными компонентами в нем, и именно отсюда произошло слово «Tuned». Элементы в этой цепи C и L могут быть настроены в соответствии с нашими потребностями.

Работа вышеуказанной схемы основана на реактивном сопротивлении как конденсатора, так и индуктора. Как и конденсатор, индуктор демонстрирует реактивное сопротивление. Но в отличие от конденсатора индуктор демонстрирует высокое реактивное сопротивление к высокочастотным сигналам, тогда как конденсатор демонстрирует высокое реактивное сопротивление к низкочастотным сигналам. Эта цепь резервуара будет построена таким образом, чтобы реактивное сопротивление обоих элементов конденсатора и индуктора было одинаковым на частоте, тем самым достигая резонанса. В резонансе этот контур резервуара способен генерировать сигналы заданной частоты или принимать сигналы этой частоты.

Вот как это работает: когда конденсатор, подключенный к этой схеме, заряжен, он накапливает заряды между пластинами. Затем ток от конденсатора переместится в индуктор, который, в свою очередь, создаст вокруг него магнитное поле. Это приводит к истощению зарядов на пластинах, и напряжение на них падает до нуля. Индуктор имеет свойство сопротивляться изменению протекания через него тока. Как только ток от конденсатора прекращается, магнитное поле индуктора схлопывается, позволяя току течь через цепь.Этот ток достигает конденсатора и снова заряжает его, создавая заряды на его пластинах и вырабатывая на нем напряжение. Этот цикл продолжает повторяться снова и снова, генерируя сигналы резонансной частоты. Мы также можем использовать эту схему для извлечения сигналов этой частоты из сложного сигнала.

СВОДКА О КОНДЕНСАТОРАХ:

1. Конденсаторы состоят из двух параллельных пластин, разделенных изолирующей средой или диэлектриками.
2. Конденсаторы накапливают энергию в виде электрического заряда, в результате чего на пластинах возникает напряжение.
3. Количество заряда, которое он может хранить на своей пластине, определяется его значением емкости.
4. Он позволяет сигналу постоянного тока проходить только в течение определенного периода времени, позволяя сигналу переменного тока проходить бесконечно.
5. Обладает высоким реактивным сопротивлением (сопротивлением) низкочастотным сигналам и низким реактивным сопротивлением высокочастотным сигналам.
Конденсаторы
6. чаще всего используются в усилителях, фильтрах, источниках питания, трансиверах и т. Д.

Это в основном о конденсаторе и его работе.Надеюсь, что это руководство будет информативным и даст вам представление о его работе и использовании в практических схемах. Я также хотел бы добавить, что есть другие приложения Capacitor, которые мы не рассмотрели в этом руководстве. Но здесь я рассмотрел самые важные приложения.

В ближайшее время мы опубликуем руководство по другим компонентам. Подпишитесь на нашу рассылку новостей и следите за нами через каналы социальных сетей, чтобы получать регулярные обновления с нашего веб-сайта. Если у вас есть какие-либо вопросы относительно конденсаторов, оставьте их в поле для комментариев ниже, я буду рад ответить на ваши вопросы.

Онлайн-курс по аналоговой и цифровой электронике

Конденсатор — это пассивный двухконтактный электрический компонент, используемый для электростатического накопления энергии в электрическом поле. Формы практических конденсаторов сильно различаются, но все они содержат по крайней мере два электрических проводника (пластины), разделенные диэлектриком (т. Е. Изолятором). Конденсаторы широко используются в составе электрических цепей многих распространенных электрических устройств. В отличие от резистора, конденсатор не рассеивает энергию.Вместо этого конденсатор накапливает энергию в виде электростатического поля между пластинами.

Емкость выражается как отношение электрического заряда (Q) на каждом проводе к разности потенциалов (V) между ними. Единица измерения емкости в системе СИ — фарад (Ф). Типичные значения емкости находятся в диапазоне от примерно 1 пФ (10 ^-12 Ф) до примерно 470 мкФ (10 ^-6 Ф).

Отношение тока к напряжению

В отличие от резистора соотношение тока и напряжения конденсатора зависит от времени

\ begin {уравнение} I (t) = C {dV (t) \ over dt} \ end {уравнение}

, где I — ток в амперах (часто сокращается до «ампер»), V — разность потенциалов в вольтах, а C — емкость (измеряется в фарадах).

Переходная характеристика конденсатора

При первом включении переключателя напряжение на конденсаторе (предполагается, что он полностью разряжен) составляет ноль вольт; таким образом, сначала он ведет себя так, как если бы произошло короткое замыкание. Со временем напряжение на конденсаторе повысится до уровня напряжения батареи, что приведет к возникновению состояния, при котором конденсатор ведет себя как разомкнутая цепь. Ток в цепи определяется разницей напряжения между батареей и конденсатором, деленной на сопротивление R.

Таким образом, напряжение конденсатора в момент времени 0 равно

. \ begin {уравнение} V_c (0) = 0 \ end {уравнение}

Используя KCL, ток через резистор такой же, как у конденсатора

\ begin {уравнение} {V_o — V_c (t) \ over R} = {C {dV_c (t) \ over dt}} \ end {уравнение}

Преобразуя уравнение, мы получаем следующее дифференциальное уравнение

\ begin {уравнение} {dV_c (t) \ over dt} + {V_c (t) \ over RC} — {V_o \ over RC} = 0 \ end {уравнение}

Это дифференциальное уравнение состоит из трех членов: первой производной функции, самой функции (с константой в качестве множителя) и константы.{- {t \ over RC}}) \ end {уравнение}

где
• изменение — изменение напряжения конденсатора
• final — напряжение конденсатора на бесконечности
• начало — начальное напряжение конденсатора

Конденсаторы в цепях переменного тока

Мы можем использовать закон Ома для описания зависимости напряжения от тока конденсатора в цепи переменного тока. Вместо R (сопротивление) мы используем (Z) импеданс

. \ begin {уравнение} V = IZ \ end {уравнение}

Импеданс, векторная сумма реактивного сопротивления и сопротивления, описывает разность фаз и отношение амплитуд между синусоидально изменяющимся напряжением и синусоидально изменяющимся током на заданной частоте.Реактивное сопротивление (X) и полное сопротивление (Z) конденсатора равны

, соответственно. \ begin {уравнение} X = — {1 \ over {\ omega C}} = — {1 \ over {2 \ pi fC}} \ end {уравнение} \ begin {уравнение} Z = — {1 \ over {j \ omega C}} = — {j \ over {\ omega C}} = — {j \ over {2 \ pi fC}} \ end {уравнение}

, где j — мнимая единица, а ω и f — угловая частота и частота соответственно синусоидального сигнала. Фаза -j указывает на то, что переменное напряжение V отстает от переменного тока на 90 °, в отличие от резистора, у которого и V, и I синфазны.

Импеданс уменьшается с увеличением емкости и частоты. Это означает, что более высокочастотный сигнал или больший конденсатор приводят к более низкой амплитуде напряжения на амплитуду тока — «короткое замыкание» переменного тока или связь по переменному току. И наоборот, для очень низких частот реактивное сопротивление будет высоким, так что конденсатор будет почти разомкнутой цепью при анализе переменного тока.

Параллельные конденсаторы

Конденсаторы в параллельной конфигурации имеют одинаковое подаваемое напряжение.Их емкости складываются.

\ begin {уравнение} C_ {экв} = C_1 + C_2 + … + C_n \ end {уравнение}

Конденсаторы серии

При последовательном подключении общая разница напряжений от конца до конца распределяется между каждым конденсатором в соответствии с величиной, обратной его емкости. Вся серия действует как конденсатор меньшего размера, чем любой из ее компонентов.

\ begin {уравнение} {1 \ over C_ {eq}} = {1 \ over C_1} + {1 \ over C_2} + … + {1 \ over C_n} \ end {уравнение}

Список применений конденсаторов

Конденсаторы используются почти во всех электронных продуктах различными способами.На самом простом уровне они заряжаются током, а затем сразу же выпускают этот ток. Это может показаться не особенно впечатляющим, но именно эта зарядка и разрядка приводит в действие вспышку на вашей камере и настраивающий диск на вашем радио, и это предотвращает взрыв ваших громкоговорителей.

Время

Конденсаторы могут использоваться в цепи, зависящей от времени, потому что их зарядка и разрядка происходят через равные промежутки времени. Он может быть подключен к любому светоизлучающему диоду или системе громкоговорителя, и вполне вероятно, что любой мигающий свет или регулярный звуковой сигнал использует конденсатор синхронизации.

Сглаживание

Электричество от источника переменного тока колеблется через равные промежутки времени, что означает, что заряд в цепи постоянно меняется с положительного на отрицательный. На веб-сайте play-hookey.com объясняется, как при использовании трансформаторов выходная мощность источника переменного тока будет намного больше, чем выходная мощность источника постоянного тока. Тем не менее, многие бытовые приборы используют электричество постоянного тока за счет использования конденсатора. Конденсатор может преобразовывать переменный ток в постоянный, «сглаживая» ток.Представьте себе переменный ток в виде единой линии, постоянно извивающейся вверх и вниз. Конденсатор будет заряжаться, когда эта линия поднимается, и на пике разрядится. После полной разрядки он снова начинает заряжаться, так что выходной ток никогда не успевает полностью упасть и работает так, как если бы он был постоянным током.

Соединение

Конденсаторы могут пропускать переменный ток, но блокировать постоянный ток в процессе, который Клуб электроники называет «соединением конденсаторов». Это используется в случае громкоговорителя.Громкоговорители преобразуют переменный ток в звук, но они могут быть повреждены любым протекающим до них постоянным током. Конденсатор предотвращает это.

Настройка

Переменные конденсаторы используются в схемах настройки в радиосистемах путем подключения их к генератору LC, как описано на Electronixandmore.com. Конденсатор заряжается, а затем разряжается в катушку из проволоки, создавая магнитное поле. Как только конденсатор полностью разряжен, магнитное поле начинает разрушаться, перезаряжая конденсатор.Этот ток заряда и разряда имеет регулярные интервалы, но его можно изменить, заменив конденсатор. Если частота этих интервалов совпадает с частотой ближайшей радиостанции, то усилитель в магнитоле усилит этот сигнал, и вы услышите трансляцию.

Накопление энергии

В некоторых случаях, например в схеме вспышки камеры, требуется накопление энергии, а затем ее внезапное высвобождение. Именно это и делает конденсатор. В схеме камеры вы нажимаете кнопку, чтобы сделать снимок, и на конденсаторе высвобождается заряд.Как только он достигнет пикового уровня, конденсатор разряжается, вызывая вспышку.

Конденсаторы для электроники

Алюминиевые электролитические конденсаторы Основные продукты Nichicon алюминиевые электролитические конденсаторы с оксидом алюминия как их диэлектрик.По сравнению с другими диэлектриками большая емкость может быть получена с помощью оксида алюминия, потому что он может быть превращен в более тонкие листы, и поскольку он имеет более высокую диэлектрическая постоянная; кроме того, он предлагает более низкую стоимость за единица мощности. Это также делает миниатюризацию продукта относительно легко, так как площадь поверхности может быть увеличена за счет придания шероховатости поверхность оригинальной алюминиевой фольги.Используя большую емкость, качественная электродная фольга и высоконадежные электролиты, и опираясь на наш накопленный инженерно-технологический опыт, Nichicon заняла ведущую позицию на мировом рынке. Положительные термисторы, Posi-R Термистор — это разновидность полупроводника. в котором уровень электрического сопротивления изменяется в зависимости от к температуре.Термисторы с повышенным сопротивлением при повышении температуры называются положительными термисторами. Используются как элементы схемы размагничивания, перегрузки по току защитный элемент и керамические нагревательные элементы в автомобилях и различные виды электронных товаров, например телевизоры, холодильники и пылесосы. Posi-R был оценен как чрезвычайно высокого качества, с рыночной долей бракованный менее 0.1 ч. / Млн. Среди термисторов с одинаковая производительность, их особенностями являются небольшой размер, и высокое испытательное давление. Электрические двухслойные конденсаторы EVer CAP — высокопроизводительный конденсатор с двойным электрическим слоем, в котором используется активированный уголь для электродов.Он имеет емкость несколько сотен до в тысячу раз больше, чем у электролитных конденсаторов того же объем, а также отличается быстрой перезарядкой как большая емкость, так и возможности разряда. Имеет дополнительные преимущества в том, что его можно использовать полупостоянно, и что он оказывает незначительное воздействие на окружающую среду, так как не содержит кадмий или свинец, а также никель-кадмиевые и свинцовые аккумуляторные батареи.EVer CAP был оценен как обладающий, в частности, высокой пропускной способностью, а также превосходные температурные характеристики и напряжение удержание. Пленочные конденсаторы Пленочные конденсаторы — это те, которые использовать пластиковую пленку, например, из полиэтилена или полипропилена как диэлектрики. Похожие записи 05.09.2023 0 Coocox: CooCox. Текущее состояние дел. / CoIDE / Pluslab 05.09.2023 0 Приборы для измерения давления жидкости: Манометр — из чего состоит? Виды и типы 05.09.2023 0 Регулируемая индуктивность: Регулируемая катушка индуктивности на кольцевом сердечнике Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт