Назначение и устройство конденсатора. Конденсаторы: назначение, устройство и принцип работы

Что такое конденсатор и для чего он нужен. Как устроен конденсатор и какие бывают виды. Где применяются конденсаторы в электронике и электротехнике. Основные характеристики и параметры конденсаторов.

Что такое конденсатор и его основное назначение

Конденсатор — это пассивный электронный компонент, способный накапливать и хранить электрический заряд. Основное назначение конденсатора:

• Накопление и хранение электрического заряда
• Разделение цепей по постоянному току
• Фильтрация высокочастотных помех
• Сглаживание пульсаций напряжения
• Формирование импульсов определенной длительности
• Создание колебательных контуров

Главная особенность конденсатора заключается в способности быстро заряжаться и разряжаться, накапливая и отдавая электрическую энергию.

Устройство и принцип работы конденсатора

Как устроен конденсатор? Простейший конденсатор состоит из двух проводящих пластин (обкладок), разделенных диэлектриком. Принцип работы основан на явлении электростатической индукции:

1. При подключении к источнику тока на обкладках накапливаются разноименные заряды
2. Между обкладками возникает электрическое поле
3. Энергия поля определяет запасенную в конденсаторе энергию
4. При отключении источника заряды остаются на обкладках
5. При замыкании цепи происходит разряд конденсатора

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

Основные виды и типы конденсаторов

По типу диэлектрика и конструкции выделяют следующие основные виды конденсаторов:

• Керамические — компактные, для высоких частот
• Пленочные — стабильные характеристики, высокое напряжение
• Электролитические — большая емкость, низкая стоимость
• Танталовые — миниатюрные, для поверхностного монтажа
• Слюдяные — высокая стабильность, работа на высоких частотах
• Бумажные — дешевые, для силовой электроники
• Воздушные — переменной емкости, для радиотехники

Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, определяющие область применения.

Основные характеристики и параметры конденсаторов

Важнейшими характеристиками конденсаторов являются:

• Номинальная емкость — количество заряда при номинальном напряжении
• Рабочее напряжение — максимально допустимое напряжение
• Температурный коэффициент емкости — зависимость емкости от температуры
• Тангенс угла потерь — характеризует потери энергии в диэлектрике
• Собственная индуктивность — паразитный параметр на высоких частотах
• Сопротивление изоляции — определяет ток утечки
• Максимальный импульсный ток — допустимая скорость разряда

При выборе конденсатора учитывают эти и другие параметры в зависимости от условий применения.

Применение конденсаторов в электронике и электротехнике

Конденсаторы широко используются в различных областях электроники и электротехники:

• Источники питания — сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения
• Радиотехника — создание колебательных контуров и фильтров
• Импульсная техника — формирование импульсов заданной длительности
• Цифровая электроника — развязка цепей питания микросхем
• Силовая электроника — компенсация реактивной мощности
• Автомобильная электрика — подавление помех и шумов
• Бытовая техника — запуск электродвигателей

Без конденсаторов сложно представить работу современных электронных устройств.

Как выбрать конденсатор для конкретной схемы

При выборе конденсатора для применения в электронной схеме необходимо учитывать следующие факторы:

1. Требуемая емкость и допустимый разброс
2. Максимальное рабочее напряжение
3. Диапазон рабочих температур
4. Частотные свойства (для ВЧ схем)
5. Габаритные размеры и тип монтажа
6. Стабильность параметров во времени
7. Стоимость и доступность компонента

Правильный выбор типа конденсатора позволяет оптимизировать характеристики и надежность электронного устройства.

Маркировка и обозначение конденсаторов на схемах

На принципиальных электрических схемах конденсаторы обозначаются буквой C с порядковым номером. Существуют следующие способы маркировки емкости конденсаторов:

• Буквенно-цифровой код (например, 104 = 100 000 пФ = 0.1 мкФ)
• Прямое указание емкости и единиц измерения
• Цветовая маркировка (для керамических конденсаторов)
• Кодированная маркировка (для SMD компонентов)

Также на корпусе указывается максимальное рабочее напряжение и другие параметры. Умение читать маркировку позволяет правильно выбирать и использовать конденсаторы.

Проверка и измерение параметров конденсаторов

Для проверки исправности и измерения характеристик конденсаторов применяются следующие методы:

• Измерение емкости с помощью RLC-метра
• Проверка сопротивления изоляции мегаомметром
• Измерение тока утечки
• Проверка ESR (эквивалентного последовательного сопротивления)
• Визуальный осмотр на предмет вздутия, подтеков и т.п.
• Проверка работоспособности в реальной схеме

Регулярная диагностика позволяет своевременно выявлять неисправные конденсаторы и предотвращать выход из строя электронной аппаратуры.

Конденсатор: применение и виды

Содержание

• 1 Конденсатор – что такое?
• 2 Где применяются конденсаторы
• 3 Типы конденсаторов
• 4 Виды конденсаторов
• 5 Принцип работы конденсатора
• 6 Характеристики конденсатора
• 7 От чего зависит емкость
• 8 Свойства конденсатора
• 9 Видео

В магазинах электротехники конденсаторы чаще всего можно увидеть в виде цилиндра, внутри которого располагается множество лент из пластин и диэлектриков.

Конденсатор – что такое?

Конденсатор – это часть электрической цепи, состоящей из 2 электродов, которые способны накапливать, сосредотачивать или передавать ток другим устройствам. Конструктивно электроды представляют собой обкладки конденсатора, у которых заряды противоположны. Для того чтобы устройство работало, между пластинами размещен диэлектрик – элемент, не позволяющий двум пластинам соприкоснуться друг с другом.

Определение конденсатора произошло от латинского слова «condenso», что обозначает уплотнение, сосредоточение.

Конденсатор с обкладками

Элементы для пайки емкостей служат для транспортировки, измерения, перенаправления и передачи электроэнергии и сигналов.

Где применяются конденсаторы

Как подобрать конденсатор

Каждый начинающий радиолюбитель часто задается вопросом: для чего нужен конденсатор? Новички не понимают, зачем он нужен, и ошибочно считают, что он может полноценно заменить батарейку или блок питания.

В комплектацию всех радиоустройств входят конденсаторы, транзисторы и резисторы. Данные элементы составляют кастет платы или целый модуль в схемах со статичными значениями, что делает его базой для любого электроприбора, начиная от небольшого утюга и заканчивая промышленными приборами.

Модульный конденсатор

Применение конденсаторов чаще всего наблюдается в качестве:

1. Фильтрующего элемента для ВЧ и НЧ помех;
2. Нивелира резких скачков переменного тока, а так для статики и напряжения на конденсаторе;
3. Выравнивателя пульсаций напряжения.

Назначение конденсатора и его функции определяются целями использования:

1. Общего назначения. Это конденсатор, в конструкции которого присутствуют только низковольтные элементы, расположенные на небольших платах, например, таких приборах, как телевизионный пульт, радио, чайник и т.д.;
2. Высоковольтные. Конденсатор в цепи постоянного тока поддерживает производственные и технические системы, находящиеся под высоким напряжением;
3. Импульсные. Емкостный формирует резкий скачок напряжения и подает его на принимающую панель устройства;
4. Пусковые. Используются для пайки в тех устройствах, которые предназначены для запуска, включения/выключения приборов, например, пульт или блок управления;
5. Помехоподавляющие. Конденсатор в цепи переменного тока используется в спутниковом, телевизионном и военном оборудовании.

Типы конденсаторов

Устройство конденсатора определятся видом диэлектрика. Он бывает следующих типов:

1. Жидкий. Диэлектрик в жидком виде встречается нечасто, в основном, такой вид используется в промышленности или для радиоустройств;
2. Вакуумный. Диэлектрик в конденсаторе отсутствует, а вместо него расположены пластины в герметичном корпусе;
3. Газообразный. Основан на взаимодействии химических реакций и применяется для производства холодильного оборудования, производственных линий и установок;
4. Электролитический конденсатор. Принцип основан на взаимодействии металлического анода и электрода (катода). Оксидный слой анода является полупроводниковой частью, вследствие чего такой вид элемента схемы считается наиболее производительным;
5. Органический. Диэлектрик может быть бумажным, пленочным и т.д. Он не способен накапливать, а только лишь слегка нивелировать скачки напряжения;
6. Комбинированный. Сюда относятся металло-бумажные, бумажно-пленочные и т.д. Коэффициент полезного действия увеличивается, если в состав диэлектрика входит металлическая составляющая;
7. Неорганический. Выделяют наиболее распространенные: стеклянный и керамический. Их использование обуславливается долговечностью и прочностью;
8. Комбинированный неорганический. Стекло-пленочный, а также стекло-эмалевый, которые выделяются отличными нивелирующими свойствами.

Комбинированные конденсаторы

Виды конденсаторов

Конденсатор CBB61

Элементы радиоплаты различаются по типу изменения емкости:

1. Постоянные. Элементы поддерживают постоянную емкость напряжения до конца всего срока годности. Данный вид наиболее распространенный и универсальный, так как он подходит для того, чтобы сделать любой тип устройств;
2. Переменные. Обладают способностью к перемене объема емкости при использовании реостата, варикапы или при изменении температурного режима. Механический метод с помощью реостата предполагает впайку дополнительного элемента на плату, в то время как при использовании вариконды изменяется лишь объем поступающего напряжения;
3. Подстроечные. Являются наиболее гибким видом конденсатора, с помощью которого можно максимально быстро и эффективно увеличить пропускную способность системы при минимальных реконструкциях.

Принцип работы конденсатора

Конденсатор 2a104j

Рассмотрим, как работает конденсатор при подключении к источнику питания:

1. Накопление заряда. При подключении к сети ток направляется на электролиты;
2. Заряженные частицы распределяются на пластину, согласно своему заряду: отрицательные – на электроны, а положительные – на ионы;
3. Диэлектрик служит преградой между двумя пластинами и не дает частицам смешиваться.

Конденсатор с диэлектриком

Определение емкости конденсатора проводится путем расчета отношения заряда одного проводника к его потенциальной мощности.

Важно! Диэлектрик также способен снимать образовавшееся напряжение на конденсаторе в процессе работы устройства.

Характеристики конденсатора

Характеристики условно делятся на пункты:

1. Величина отклонения. В обязательном порядке каждый конденсатор перед тем, как попасть в магазин, проходит ряд тестов на производственной линии. После проведения испытаний каждой модели производитель указывает диапазон допустимых отклонений от исходного значения;
2. Величина напряжения. В основном используются элементы напряжением 12 или 220 Вольт, но также существуют и на 5, 50, 110, 380, 660, 1000 и более Вольт. Для того чтобы избежать перегорания конденсатора, пробоя диэлектрика, лучше всего приобретать элемент с запасом напряжения;
3. Допустимая температура. Данный параметр очень важен для мелких устройств, работающих от сети 220 Вольт. Как правило, чем больше напряжение, тем выше уровень допустимой температуры для работы. Температурные параметры измеряются с помощью электронного термометра;
4. Наличие постоянного или переменного тока. Пожалуй, один из важнейших параметров, так как от него полностью зависит производительность проектируемого оборудования;
5. Количество фаз. В зависимости от сложности устройства, можно использовать однофазные или трехфазные конденсаторы. Для подключения элемента напрямую достаточно однофазного, а если плата представляет собой «город», то рекомендуется использовать трехфазный, так как он более плавно распределяет нагрузку.

Емкостные конденсаторы

От чего зависит емкость

Емкость конденсатора зависит от типа диэлектрика и указывается на корпусе, измеряется в мкФ или uF. Варьируется в диапазоне от 0 до 9 999 пФ в пикофарадах, тогда как в микрофарадах – от 10 000 пФ до 9 999 мкФ. Эти характеристики прописаны в государственном стандарте ГОСТ 2.702.

Обратите внимание! Чем больше емкость электролитов, тем больше время зарядки, и тем больше заряда устройство сможет передать.

Чем больше величина нагрузки или мощность прибора, тем короче время разряда. При этом сопротивление играет немаловажную роль, так как от него зависит количество исходящего электропотока.

Главной частью конденсатора является диэлектрик. Он обладает следующим рядом характеристик, влияющих на мощность оборудования:

1. Сопротивление изоляции. Сюда относится как внутренняя, так и внешняя изоляция, сделанная из полимеров;
2. Максимальное напряжение. Диэлектрик определяет, какое напряжение конденсатор способен накапливать или передавать;
3. Величина потерь энергии. Зависит от конфигурации диэлектрика и его характеристик. Как правило, энергия рассеивается постепенно или резкими импульсами;
4. Уровень емкости. Для того чтобы конденсатор мог сохранять небольшое количество энергии непродолжительное время, необходимо, чтобы он поддерживал постоянный объем емкости. Чаще всего, он выходит из строя именно по причине невозможности пропускать заданный объем напряжения;

Полезно знать! Аббревиатура «АС», расположенная на корпусе элемента, обозначает переменное напряжение. Накопленное напряжение на конденсаторе невозможно использовать или передавать – его необходимо гасить.

Конденсатор минимальной емкости

Свойства конденсатора

Конденсатор выступает в роли:

1. Индуктивной катушки. Рассмотрим на примере обычной лампочки: она загорится, только если подключить ее напрямую к источнику переменного тока. Отсюда вытекает правило, что чем больше емкость, тем мощнее будет световой поток лампочки;
2. Накопителя заряда. Свойства позволяют ему быстро заряжаться и разряжаться, тем самым создавая сильнейший импульс с малым сопротивлением. Применяется для производства различных видов ускорителей, лазерных установок, электровспышек и т.д.;
3. Аккумулятора полученного заряда. Мощный элемент способен продолжительное время сохранять полученную порцию тока, при этом он может служить адаптером для других устройств. По сравнению с аккумуляторной батареей, конденсатор теряет часть заряда по истечению времени, а также не способен вместить большой объем электричества, например, для промышленных масштабов;
4. Зарядки электродвигателя. Подключение осуществляется через третий вывод (рабочее напряжение конденсатора на 380 или 220 Вольт). Благодаря новой технологии, стало возможным использование трехфазного двигателя (с поворотом фазы на 90 градусов), при использовании стандартной сети;
5. Устройства-компенсатора. Используется в промышленности для стабилизации реактивной энергии: часть поступающей мощности растворяется и на выходе из конденсатора корректируется под определенный объем.

Видео

Мультипекарь Redmond RMB-611

2172 ₽ Подробнее

Мультипекарь Redmond RMB-611

2172 ₽ Подробнее

Встраиваемые электрические духовые шкафы

Оцените статью:

Конденсаторы назначение

Содержание: Определение Принцип работы Виды Основные технические характеристики Где и для чего применяются Заключение. В физике этот термин употребляется для описания целой ниши электротехнических изделий, назначение которых работать как накопитель энергии. Количество накопленной энергии зависит от ёмкости и квадрата напряжения на его обкладках, поделенное на 2. При этом ток через него протекает только в процессе заряда.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Электрические конденсаторы. Определение, классификация, применение.
• Конденсаторы: назначение, устройство, принцип действия
• Классификация конденсаторов
• Назначение и подключение пусковых конденсаторов для электродвигателей
• Назначение и подключение пусковых конденсаторов для электродвигателей
• Виды конденсаторов. Устройство и особенности. Параметры и работа
• Электрический конденсатор
• Виды конденсаторов
• Виды конденсаторов
• Что такое конденсатор?

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Компоненты часть 1, конденсаторы X типа.

Электрические конденсаторы. Определение, классификация, применение.

В магазинах электротехники конденсаторы чаще всего можно увидеть в виде цилиндра, внутри которого располагается множество лент из пластин и диэлектриков. Конденсатор — это часть электрической цепи, состоящей из 2 электродов, которые способны накапливать, сосредотачивать или передавать ток другим устройствам.

Конструктивно электроды представляют собой обкладки конденсатора, у которых заряды противоположны. Для того чтобы устройство работало, между пластинами размещен диэлектрик — элемент, не позволяющий двум пластинам соприкоснуться друг с другом. Элементы для пайки емкостей служат для транспортировки, измерения, перенаправления и передачи электроэнергии и сигналов. Каждый начинающий радиолюбитель часто задается вопросом: для чего нужен конденсатор?

Новички не понимают, зачем он нужен, и ошибочно считают, что он может полноценно заменить батарейку или блок питания. В комплектацию всех радиоустройств входят конденсаторы, транзисторы и резисторы. Данные элементы составляют кастет платы или целый модуль в схемах со статичными значениями, что делает его базой для любого электроприбора, начиная от небольшого утюга и заканчивая промышленными приборами. Применение конденсаторов чаще всего наблюдается в качестве:.

Назначение конденсатора и его функции определяются целями использования:. Устройство конденсатора определятся видом диэлектрика. Он бывает следующих типов:. Элементы радиоплаты различаются по типу изменения емкости:. Рассмотрим, как работает конденсатор при подключении к источнику питания:. Определение емкости конденсатора проводится путем расчета отношения заряда одного проводника к его потенциальной мощности.

Диэлектрик также способен снимать образовавшееся напряжение на конденсаторе в процессе работы устройства. Емкость конденсатора зависит от типа диэлектрика и указывается на корпусе, измеряется в мкФ или uF.

Эти характеристики прописаны в государственном стандарте ГОСТ 2.

Обратите внимание! Чем больше емкость электролитов, тем больше время зарядки, и тем больше заряда устройство сможет передать. Чем больше величина нагрузки или мощность прибора, тем короче время разряда. При этом сопротивление играет немаловажную роль, так как от него зависит количество исходящего электропотока.

Главной частью конденсатора является диэлектрик. Он обладает следующим рядом характеристик, влияющих на мощность оборудования:. Полезно знать! Накопленное напряжение на конденсаторе невозможно использовать или передавать — его необходимо гасить. RU — интернет-энциклопедия про всё, что связано с домашней электрикой: выключатели, розетки, лампочки, люстры, проводка.

Советы, инструкции и наглядные примеры.

Конденсаторы: назначение, устройство, принцип действия

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Ёмкость конденсатора измеряется в фарадах. Первые конденсаторы, состоящие из двух проводников, разделенных непроводником диэлектриком , упоминаемые обычно как конденсатор Эпинуса или электрический лист, были созданы ещё раньше [3]. Конденсатор является пассивным электронным компонентом [4]. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин называемых обкладками , разделённых диэлектриком , толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок см. Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами из-за намотки.

Конденсаторы специального назначения – конденсаторы, к которым предъявляются особые требования (по напряжению, частоте, виду действующих.

Классификация конденсаторов

Заряд и разряд конденсатора. Конденсатор представляет собой устройство, способное накапливать электрические заряды. Простейшим конденсатором являются две металлические пластины электроды , разделенные каким-либо диэлектриком. Конденсатор 2 можно зарядить, если соединить его электроды с источником 1 электрической энергии постоянного тока рис. При заряде конденсатора свободные электроны, имеющиеся на одном из его электродов, устремляются к положительному полюсу источника, вследствие чего этот электрод становится положительно заряженным. Электроны с отрицательного полюса источника устремляются ко второму электроду и создают на нем избыток электронов, поэтому он становится отрицательно заряженным. В результате протекания зарядного тока i3 на обоих электродах конденсатора образуются равные, но противоположные по знаку заряды и между ними возникает электрическое поле, создающее между электродами конденсатора определенную разность потенциалов.

Назначение и подключение пусковых конденсаторов для электродвигателей

Электрические конденсаторы являются средством накопления электроэнергии в электрическом поле. Типичными областями применения электрических конденсаторов являются сглаживающие фильтры в источниках электропитания, цепи межкаскадной связи в усилителях переменных сигналов, фильтрация помех, возникающих на шинах электропитания электронной аппаратуры и т д. Электрические характеристики конденсатора определяются его конструкцией и свойствами используемых материалов. При выборе конденсатора для конкретного устройства нужно учитывать следующие обстоятельства:.

Что такое конденсатор?

Назначение и подключение пусковых конденсаторов для электродвигателей

Конденсатор — элемент, способный накапливать электрическую энергию. Первый конденсатор был создан в году Питером ванн Мушенбруком. Конденсатор состоит из металлических электродов — обкладок, между которыми находится диэлектрик. По сравнению с обкладками, диэлектрик имеет небольшую толщину. Это и определяет свойство конденсатора накапливать заряд: положительные и отрицательные заряды на его обкладках удерживают друг друга, взаимодействуя через тонкий непроводящий слой. Для увеличения площади обкладок пластины некоторых конденсаторов изготавливают из полосок фольги, разделенных полоской диэлектрика и скрученных в рулон.

Виды конденсаторов. Устройство и особенности. Параметры и работа

На предыдущих уроках мы знакомились с элементарными электрическими понятиями и принципами, в частности, мы говорили об электризации — явлении перераспределения заряда. Разговор о более глубоком исследовании этого явления начнем с опыта. Изначально пусть нам даны две разные по размеру изолированные банки, подключенные к электроскопу рис. Теперь к каждой из банок поднесли одинаково заряженное тело. Естественно, с каждой банкой произойдет процесс электризации, и стрелки обоих электроскопов разойдутся. Однако оказалось, что электроскоп большей банки показал меньшее отклонение рис. Данный опыт доказывает, что различные тела электризуются одним и тем же зарядом по-разному конкретно большая банка одним и тем же зарядом зарядилась до меньшего потенциала. И существует некоторая величина, которая показывает способность тела накапливать электрический заряд.

Конденсаторы на основе полиэстера — это конденсаторы общего назначения, а конденсаторы на основе полипропилена применяются в.

Электрический конденсатор

Конденсатор электролитический алюминиевый К из серии CD — предназначен для использования в бытовой технике. Диэлектриком электролитических конденсаторов является тонкий слой оксида металла, нанесенный электролитическим способом на тонкую ленту из фольги — является одной обкладкой конденсатора. Другая обкладка конденсатора образуется из пропитанной электролитом бумажной ленты и соприкасающейся с ней другой, не окисленной ленты из фольги.

Виды конденсаторов

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Принцип работы конденсатора (часть 1)

Конденсатором называется система из двух или более проводников обкладок , разделенных диэлектриком, предназначенная для использования ее электрической емкости. Электрическая емкость — способность накапливать на обкладках конденсатора электрический заряд. Если взять две изолированные металлические пластины, расположенные на некотором расстоянии друг от друга, и зарядить их равными разноимёнными зарядами, то на одну из пластин при этом перейдёт некоторый отрицательный заряд добавится некоторое избыточное число электронов , а на другой появится равный ему положительный заряд соответствующее число электронов будет удалено из пластины. Емкость характеризуется отношением заряда к величине напряжения на обкладках:. Емкость зависит от геометрических размеров обкладок, толщины диэлектрика и его диэлектрической проницаемости. Диэлектрическая проницаемость в свою очередь у конденсаторов постоянной емкости — константа, а у нелинейных конденсаторов — зависит от напряженности электрического поля.

Во всех радиотехнических и электронных устройствах кроме транзисторов и микросхем применяются конденсаторы. В одних схемах их больше, в других меньше, но совсем без конденсаторов не бывает практически ни одной электронной схемы.

Виды конденсаторов

На практике же, все выпускаемые конденсаторы представляют собой многослойные рулоны лент электродов в форме цилиндра или параллелепипеда, разделенных между собой слоями диэлектрика. По принципу работы он схож с батарейкой только на первый взгляд, но все же он сильно отличается от него по принципу и скорости заряда-разряда, максимальной емкости. Заряд конденсатора. В момент подключения к источнику питания оказывается больше всего места на электродах, поэтому и ток будет зарядки максимальным, но по мере накопления заряда, ток будет уменьшаться и пропадет полностью после полного заряда. При зарядке на одной пластине будут собираться отрицательно заряженные частицы- электроны, а на другой — ионы, положительно заряженные частицы.

Что такое конденсатор?

Конденсаторы общего назначения — конденсаторы, применяемые в большинстве видов радиоэлектронной аппаратуры. К конденсаторам этого вида не применяются особые требования. Конденсаторы специального назначения — конденсаторы, к которым предъявляются особые требования по напряжению, частоте, виду действующих сигналов и т. Например к данному виду конденсаторов относятся: импульсные, высоковольтные, пусковые, помехоподавляющие, а так же и другие конденсаторы.

Конденсатор в цепи переменного и постоянного тока: что это такое, виды

Как устроен конденсатор?

В простейшем случае конденсатор состоит из двух металлических пластин (обкладок) и диэлектрика (изолятора) между ними. Чем больше размер пластин и чем меньше зазор между ними, тем больше емкость конденсатора.

Вообще говоря, конденсатор накапливает на обкладках заряд (множество элементарных частиц, каждая из которых обладает элементарным зарядом). Чем больший заряд накоплен, тем большая запасена энергия. Ёмкость конденсатора зависит также и от вида диэлектрика.

Две пластины, разделенные тонким воздушным слоем (воздух — тоже диэлектрик), обладают очень небольшой емкостью, и в таком виде конденсаторы не используются.

С помощью специальных материалов и технологических ухищрений научились достаточно большую ёмкость втискивать в очень небольшой объём.

Самый характерный пример — электролитические конденсаторы.

В них две металлические обкладки в виде длинных полос (чаще всего из алюминиевой фольги) разделены слоем бумаги, пропитанной электролитом.

Электролит вызывает образование тонкой пленки оксида (окисла), которая является хорошим диэлектриком.

Поэтому электролитические конденсаторы называют ещё оксидными. Полосы сворачивают и помещают в цилиндрический алюминиевый корпус.

Раньше выводы конденсаторов делали из меди – как из материала с высокой электропроводностью. Теперь же их нередко делают из более дешевых сплавов на основе железа. В этом можно убедиться, если поднести к ним магнит. Фирмачи научились экономить!

В керамических конденсаторах диэлектриком служит пластинка из керамики, а обкладками – напыленные на керамику пленки металлических сплавов.

Где и как используются конденсаторы?

Перед тем как начать рассказывать об области применения конденсаторов, вспомним, что конденсатор это — две пластины, разделенные диэлектриком. Поэтому ток через конденсатор (в первом приближении) идти не может. Однако в цепи с конденсатором могут происходить процессы заряд и разряда. И во время этих процессов в цепи будут протекать токи заряда или разряда.

Таким образом, если переменное напряжение будет приложено к цепи с конденсатором, в ней будет протекать переменный ток. Поэтому конденсатор можно охарактеризовать такой величиной как емкостное сопротивление (обозначается в технической литературе как Хс).

Емкостное сопротивление зависит от ёмкости конденсатора и частоты приложенного напряжения. Чем ёмкость и частота больше, тем меньше емкостное сопротивление. На этих эффектах основано применение конденсаторов в схемах фильтрации источников питания.

В компьютерных блоках питания для получения постоянных напряжений +3,3, +5, и +12 В используется двухполупериодная схема выпрямление с двумя диодами и фильтрующим конденсатором. Без конденсатора на нагрузке будет пульсирующее напряжение одной полярности.

Источник постоянного напряжения можно представить в виде эквивалентной схемы из генератора и двух сопротивлений, где R1 — это внутреннее сопротивление выпрямителя, а R2 — емкостное сопротивление конденсатора.

Генератор – это сумма постоянного и переменного напряжений (пульсирующее напряжение содержит в себе постоянную и переменную составляющую).

Таким образом, сигнал с генератора подается на частотно-зависимый делитель напряжения. Выходной сигнал снимается с нижнего плеча (конденсатора). Для постоянного напряжения сопротивление конденсатора очень велико, гораздо больше сопротивления выпрямителя. Поэтому уменьшения постоянного напряжения не происходит.

Для переменного напряжения сопротивления конденсатора очень мало, гораздо меньше сопротивления выпрямителя, поэтому происходит сильное ослабление переменной составляющей.

Вообще, такая комбинация активного сопротивления и конденсатора называется фильтром нижних частот, который пропускает постоянную составляющую и какой-то диапазон низких частот.

Чем выше частота входного переменного напряжения, тем сильнее оно ослабляется.

Так как необходимо сильное подавление пульсаций переменного напряжения, то используется электролитические конденсаторы большой емкости.

Назначение керамических SMD конденсаторов на материнской плате — подавлять высокочастотные помехи, возникающие при переключении транзисторов в микросхемах. Таким образом, электролитические конденсаторы фильтруют относительно низкочастотные помехи и пульсации, а керамические — более высокочастотные.

Приведем еще один пример разделения переменной и постоянной составляющей. Пусть в схеме на рисунке сигнал в точке А будет иметь постоянную составляющую 5 В и переменную амплитудой 2 В.

После конденсатора, в точке В будет уже только переменная составляющая той же амплитудой 2 В (если емкостное сопротивление конденсатора мало для такой частоты). Интересно, не правда ли?

По существу, это тоже частотно-зависимый делитель напряжения, где в виде нижнего плеча выступает сопротивление нагрузки. Такую комбинацию называют фильтром верхних частот, который не пропускает постоянную составляющие и низкие частоты, так как в емкостное сопротивление будет для них большим.

Советуем изучить Термопара: что это такое

Заканчивая, отметим маленькую деталь: так как максимальное напряжение на конденсаторе будет равно сумме постоянной и переменной составляющей, его рабочее напряжение должно быть не менее этой величины.

Купить конденсаторы можно

Продолжение следует.

Сопротивление конденсатора переменному напряжению

При включении конденсатора в цепь с переменным током, ток свободно проходит через конденсатор. Это объясняется очень просто: происходит процесс постоянной зарядки и разрядки конденсатора. При этом говорят, что в цепи присутствует емкостное сопротивление конденсатора, помимо активного сопротивления.

И так, конденсатор, который включен в цепь переменного тока, ведет себя как сопротивление, то есть оказывает влияние на силу тока, текущую в цепи. Величину емкостного сопротивления обозначим как , его величина связана с частотой тока и определена формулой:

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

Если конденсатор включен в цепь переменного тока, то в нем не затрачивается мощность, потому что фаза тока сдвинута по отношению к напряжению на . Если рассмотреть один период колебания тока в цепи (T), то происходит следующее: при заряде конденсатора (это составляет ) энергия в поле конденсатора запасается; на следующем отрезке времени () конденсатор разряжается и отдает энергию в цепь. Поэтому ёмкостное сопротивление называют реактивным (безваттным).

Следует заметить, что в каждом реальном конденсаторе реальная мощность (мощность потерь) все же тратится, при течении через него переменного тока. Это вызвано тем, что происходят изменения в состоянии диэлектрика конденсатора. Помимо этого существует некоторая утечка в изоляции обкладок конденсатора, поэтому появляется небольшое активное сопротивление, которое как бы включено параллельно конденсатору.

Эквивалентная схема конденсатора

Эквивалентная схема: поскольку пластины в конденсаторе имеют некоторое сопротивление, и поскольку ни один диэлектрик не является идеальным изолятором, не существует такой вещи, как «идеальный» конденсатор. В реальной жизни конденсатор имеет как последовательное сопротивление, так и параллельное сопротивление (сопротивление утечки), взаимодействующие с его чисто емкостными характеристиками:

Рисунок 2 – Эквивалентная схема конденсатора

К счастью, относительно легко изготовить конденсаторы с очень маленьким последовательным сопротивлением и очень высоким сопротивлением утечки!

Конденсатор в цепи переменного тока

Соберем цепь с конденсатором, в которой генератор переменного тока создает синусоидальное напряжение. Разберем последовательно, что произойдет в цепи, когда мы замкнем ключ. Начальным будем считать тот момент, когда напряжение генератора равно нулю.

Рис. 1. Изменение тока и напряжения в цепи с емкостью

Таким образом, ток с наибольшей силой устремляется в свободный от заряда конденсатор, но тут же начинает убывать по мере заполнения зарядами пластин конденсатора и падает до нуля, полностью зарядив его.

Сравним это явление с тем, что происходит с потоком воды в трубе, соединяющей два сообщающихся сосуда (рис. 2),один из которых наполнен, а другой пустой. Стоит только выдвинуть заслонку, преграждающую путь воде, как вода сразу же из левого сосуда под большим напором устремится по трубе в пустой правый сосуд. Однако тотчас же напор воды в трубе начнет постепенно ослабевать, вследствие выравнивания уровней в сосудах, и упадет до нуля. Течение воды прекратится.

Рис. 2. Изменение напора воды в трубе, соединяющей сообщающиеся сосуды, сходно с изменением тока в цепи во время заряда конденсатора

Подобно этому и ток сначала устремляется в незаряженный конденсатор, а затем постепенно ослабевает по мере его заряда.

С началом второй четверти периода, когда напряжение генератора начнет сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее убывать, заряженный конденсатор будет разряжаться на генератор, что вызовет в цепи ток разряда. По мере убывания напряжения генератора конденсатор все больше и больше разряжается и ток разряда в цепи возрастает. Направление тока разряда в этой четверти периода противоположно направлению тока заряда в первой четверти периода. Соответственно этому кривая тока, пройдя нулевое значение, располагается уже теперь ниже оси времени.

К концу первого полупериода напряжение на генераторе, а также и на конденсаторе быстро приближается к нулю, а ток в цепи медленно достигает своего максимального значения. Вспомнив, что величина тока в цепи тем больше, чем больше величина переносимого по цепи заряда, станет ясным, почему ток достигает максимума тогда, когда напряжение на пластинах конденсатора, а следовательно, и заряд конденсатора быстро убывают.

С началом третьей четверти периода конденсатор вновь начинает заряжаться, но полярность его пластин, так же как и полярность генератора, изменяется «а обратную, а ток, продолжая течь в том же направлении, начинает по мере заряда конденсатора убывать, В конце третьей четверти периода, когда напряжения на генераторе и конденсаторе достигают своего максимума, ток становится равным нулю.

В последнюю четверть периода напряжение, уменьшаясь, падает до нуля, а ток, изменив свое направление в цепи, достигает максимальной величины. На этом и заканчивается период, за которым начинается следующий, в точности повторяющий предыдущий, и т. д.

Итак, под действием переменного напряжения генератора дважды за период происходят заряд конденсатора (первая и третья четверти периода) и дважды его разряд (вторая и четвертая четверти периода). Но так как чередующиеся один за другим заряды и разряды конденсатора сопровождаются каждый раз прохождением по цепи зарядного и разрядного токов, то мы можем заключить, что по цепи с емкостью проходит переменный ток.

Убедиться в этом можно на следующем простом опыте. Подключите к сети переменного тока через лампочку электрического освещения мощностью 25 Вт конденсатор емкостью 4—6 мкф. Лампочка загорится и не погаснет до тех пор, пока не будет разорвана цепь. Это говорит о том, что по цепи с емкостью проходил переменный ток. Однако проходил он, конечно, не сквозь диэлектрик конденсатора, а в каждый момент времени представлял собой или ток заряда или ток разряда конденсатора.

Диэлектрик же, как нам известно, поляризуется под действием электрического поля, возникающего в нем при заряде конденсатора, и поляризация его исчезает, когда конденсатор разряжается.

При этом диэлектрик с возникающим в нем током смещения служит для переменного тока своего рода продолжением цепи, а для постоянного разрывает цепь. Но ток смещения образуется только в пределах диэлектрика конденсатора, и поэтому сквозного переноса зарядов по цепи не происходит.

Плоский конденсатор и его емкость

Плоским конденсатором называют конденсатор, который состоит из двух одинаковых пластин, которые параллельны друг другу. Пластины могут быть разной формы. На практике чаще всего можно встретить квадратные, прямоугольные и круглые пластины. Давайте рассмотрим простой плоский квадратный конденсатор.

плоский конденсатор

где

d — расстояние между пластинами конденсатора, м

S — площадь самой наименьшей пластины, м2

ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрика между обкладками конденсатора

Готовая формула для плоского конденсатора будет выглядеть так:

где

С — емкость конденсатора, ф

ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрика

ε — диэлектрическая постоянная, ф/м

S — площадь самой наименьшей пластины, м2

d — расстояние между пластинами, м

Да, знаю, у вас сразу возникает вопрос: «А что такое диэлектрическая постоянная?» Диэлектрическая постоянная — это постоянная величина, которая нужная для вычислений в некоторых формулах электромагнетизма. Ее значение равняется 8, 854 × 10-12 ф/м.

Диэлектрическая проницаемость — эта величина зависит от типа диэлектрика, который находится между обкладками конденсатора. Например, для воздуха и вакуума это значение равняется 1, для некоторых других веществ можете посмотреть в таблице.

Какой можно сделать вывод из этой формулы? Хотите сделать конденсатор с огромной емкостью, делайте площадь пластин как можно больше, расстояние между пластинами как можно меньше и заправляйте вместо диэлектрика дистиллированную воду.

В настоящее время конденсаторы делают из нескольких пластин в виде слоеного торта. Это примерно выглядит вот так.

многослойный конденсатор

В этом случае формула такого конденсатора примет вид:

формула многослойного конденсатора

где n — это количество пластин

Паразитные параметры

Отдельные виды параметров являются паразитными, которые стараются снизить при конструировании и изготовлении. Их описание приведено ниже.

Эквивалентная схема

Данный параметр зависит от свойств диэлектрика и материала корпуса. Он показывает, насколько уменьшается заряд с течением времени у элемента, не включенного во внешнюю цепь. Утечка происходит в результате неидеальности диэлектрика и по его поверхности.

Для некоторых конденсаторов в характеристиках указывается постоянная времени Т, которая показывает время, в течении которого напряжение на обкладках уменьшится в е (2.71) раз. Численно постоянная времени равняется произведению сопротивления утечки на емкость.

Эквивалентное последовательное сопротивление (Rs)

Эквивалентное последовательное сопротивление ЭПС (в англоязычной литературе ERS) слагается из сопротивления материала обкладок и выводов. К нему также может добавляться поверхностная утечка диэлектрика.

По своей сути, ЭПС представляет собой сопротивление, соединенное последовательно с идеальным конденсатором. Такая цепь в некоторых случаях может влиять на фазочастотные характеристики. ЭПС обязательно должно учитываться при проектировании импульсных источников питания и контуров авторегулирования.

Электролитические конденсаторы имеют особенность, когда из-за наличия внутри паров электролита, воздействующих на выводы, величина ЭПС со временем увеличивается.

Эквивалентная последовательная индуктивность (Li)

Поскольку выводы обкладок и сами обкладки металлические, то они имеют некоторую индуктивность. Таким образом, конденсатор представляет собой резонансный контур, что может оказать влияние на работу схемы в определенном диапазоне частот. Наименьшую индуктивность имеют СМД компоненты ввиду отсутствия у них проволочных выводов.

Тангенс угла диэлектрических потерь

Отношение активной мощности, передаваемой через конденсатор, к реактивной, называется тангенсом угла диэлектрических потерь. Данная величина зависит от потерь в диэлектрике и вызывает сдвиг фазы между напряжением на обкладке и током. Тангенс угла потерь важен при работе на высоких частотах.

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)

ТКЕ означает изменение емкости при колебаниях температуры. ТКЕ может быть как положительным, так и отрицательным, в зависимости от того, как ведет себя емкость при изменениях температуры.

Для фильтрующих и резонансных цепей для компенсации температурного дрейфа в одной цепи используют элементы с разным ТКЕ, поэтому многие производители группируют выпускаемые элементы по величине и знаку коэффициента.

Советуем изучить В розетке ток постоянный или переменный

Диэлектрическая абсорбция

Данный эффект еще называют эффектом памяти. Проявляется он в том, что при разряде конденсатора через низкоомную нагрузку через некоторое время на обкладках возникает небольшое напряжение.

Величина диэлектрической абсорбции зависит от материалов, из которых изготовлен элемент. Она минимальна для тефлона и полистирола и максимальна для танталовых конденсаторов

Важно учитывать эффект при работе с прецизионными устройствами, особенно интегрирующими и дифференцирующими цепями

Паразитный пьезоэффект

Так называемый «микрофонный эффект» выражается в том, что при воздействии механических нагрузок, в том числе акустических колебаний, керамический диэлектрик в некоторых типах устройств проявляет свойства пьезоэлектрика и начинает генерировать помехи.

Самовосстановление

Свойством самовосстановления после электрического пробоя обладают электролитические бумажные и пленочные конденсаторы. Такие типы конденсаторов и их разновидности нашли применение в цепях, обеспечивающих запуск электродвигателей, в особенности, если трехфазный асинхронный электродвигатель включается в однофазную сеть. Свойство восстановления широко используется в силовой технике.

Характеристики и свойства

К параметрам конденсатора, которые используют для создания и ремонта электронных устройств, относят:

1. Ёмкость — С. Определяет количество заряда, которое удерживает прибор. На корпусе указывается значение номинальной ёмкости. Для создания требуемых значений элементы включают в цепь параллельно или последовательно. Эксплуатационные величины не совпадают с расчетными.
2. Резонансная частота — fр. Если частота тока больше резонансной, то проявляются индуктивные свойства элемента. Это затрудняет работу. Чтобы обеспечить расчетную мощность в цепи, конденсатор разумно использовать на частотах меньше резонансных значений.
3. Номинальное напряжение — Uн. Для предупреждения пробоя элемента рабочее напряжение устанавливают меньше номинального. Параметр указывается на корпусе конденсатора.
4. Полярность. При неверном подключении произойдет пробой и выход из строя.
5. Электрическое сопротивление изоляции — Rd. Определяет ток утечки прибора. В устройствах детали располагаются близко друг к другу. При высоком токе утечки возможны паразитные связи в цепях. Это приводит к неисправностям. Ток утечки ухудшает емкостные свойства элемента.
6. Температурный коэффициент — TKE. Значение определяет, как ёмкость прибора меняется при колебаниях температуры среды. Параметр используют, когда разрабатывают устройства для эксплуатации в тяжелых климатических условиях.
7. Паразитный пьезоэффект. Некоторые типы конденсаторов при деформации создают шумы в устройствах.

Подразделения конденсаторов по возможности изменения емкости

По данному параметру детали этой категории делят на:

• постоянные;
• переменные;
• подстроечные.

Специфические названия определяют главные конструктивные особенности, целевое назначение. Типовой постоянный конденсатор создают из проводящих обкладок, свернутых в рулон для уменьшения габаритов. Между ними устанавливают диэлектрик. Сборку помещают в металлический корпус или заливают полимером для обеспечения необходимых параметров защищенности.

Радиальный конденсатор с электролитическим наполнителем

В переменных и подстроечных моделях применяют наборы из пластин с механическим приводом. Изменением положения рабочих элементов устанавливают необходимое значение емкости. Каждое изделие рассчитано на определенный диапазон рабочих параметров. Такие конденсаторы применяют для точной настройки колебательного контура. Их устанавливают в радиоэлектронных блоках, чтобы регулировать отдельные рабочие параметры в процессе эксплуатации.

Принцип работы схем на балластном конденсаторе

В этой схеме конде-р является фильтром тока. Напряжение на нагрузку поступает только до момента полного заряда конде-ра, время которого зависит от его ёмкости. При этом никакого тепловыделения не происходит, что снимает ограничения с мощности нагрузки.

Чтобы понять, как работает эта схема и принцип подбора балластного элемента для LED, напомню, что напряжение – скорость движения электронов по проводнику, сила тока – плотность электронов.

Для диода абсолютно безразлично, с какой скоростью через него будут «пролетать» электроны. Расчет конде-ра основан на ограничении тока в цепи. Мы можем подать хоть десять киловольт, но если сила тока составит несколько микр оампер, количества электронов, проходящих через светоизлучающий кристалл, хватит для возбуждения лишь крохотной части светоизлучателя и свечения мы не увидим.

В то же время при напряжении несколько вольт и силе тока десятки ампер плотность потока электронов значительно превысит пропускную способность матрицы диода, преобразовав излишки в тепловую энергию, и наш LED элемент попросту испарится в облачке дыма.

Сравнение мейнфрейма и суперкомпьютера.

Суперкомпьютеры — это машины, которые находятся сегодня на пике доступных вычислительных мощностей, особенно в области операций с числами. Суперкомпьютеры используются для научных и инженерных задач (высокопроизводительные вычисления, например, в области метеорологии или моделирования ядерных процессов), где ограничивающими факторами являются мощность процессора и объем оперативной памяти, тогда как мэйнфреймы используются для целочисленных операций, которые являются требовательными к скорости обмена данными, надежности и способности одновременной обработки множества процессов (инвентаризация товаров, резервирование авиабилетов, банковские операции).

В контексте общей вычислительной мощности мэйнфреймы проигрывают суперкомпьютерам.

Практические измерения

Значение ёмкости конденсатора обозначается на корпусе в дробных фарадах или с помощью цветового кода. Но со временем компоненты способны потерять свои качества, поэтому для некоторых критических случаев последствия могут быть неприемлемыми. Существуют и другие обстоятельства, требующие измерений. Например, необходимость знать общую ёмкость цепи или части электрооборудования. Приборов, осуществляющих непосредственное считывание ёмкости, не существует, но значение может быть вычислено вручную или интегрированными в измерительные устройства процессорами.

Для обнаружения фактической ёмкости нередко используют осциллограф как средство измерения постоянной времени (т). Эта величина обозначает время в секундах, за которое конденсатор заряжается на 63%, и равна произведению сопротивления цепи в омах на ёмкость цепи в фарадах: т=RC. Осциллограф позволяет легко определить постоянную времени и даёт возможность с помощью расчётов найти искомую ёмкость.

Существует также немало моделей любительского и профессионального электронного измерительного оборудования, оснащённого функциями для тестирования конденсаторов. Многие цифровые мультиметры обладают возможностью определять ёмкость. Эти устройства способны контролируемо заряжать и разряжать конденсатор известным током и, анализируя нарастание результирующего напряжения, выдавать довольно точный результат. Единственный недостаток большинства таких приборов — сравнительно узкий диапазон измеряемых величин.

Принцип работы и характеристики конденсаторов

Устройство конденсатора представляет собой две металлические пластинки-обкладки, разделенные тонким слоем диэлектрика. Соотношение размеров и расположения обкладок и характеристика материала диэлектрика определяет показатель емкости.

Разработка конструкции любого типа конденсатора преследует целью получение максимальной емкости в расчете на минимальные размеры для экономии пространства на печатной плате устройства. Одна из наиболее популярных по внешнему виду форм — в виде бочонка, внутри которого скручены металлические обкладки с диэлектриком между ними. Первый конденсатор, изобретенный в городе Лейдене (Нидерланды) в 1745 году, получил название «Лейденской банки».

Принципом работы компонента является способность заряжаться и разряжаться. Зарядка возможна благодаря нахождению обкладок на малом расстоянии друг от друга. Близкорасположенные заряды, разделенные диэлектриком, притягиваются друг к другу и задерживаются на обкладках, а сам конденсатор таким образом хранит энергию. После отключения источника питания компонент готов к отдаче энергии в цепи, разряду.

Параметры и свойства, определяющие рабочие характеристики, качество и долговечность работы:

• электрическая емкость;
• удельная емкость;
• допускаемое отклонение;
• электрическая прочность;
• собственная индуктивность;
• диэлектрическая абсорбция;
• потери;
• стабильность;
• надежность.

Способность накапливать заряд определяет электрическую емкость конденсатора. При расчете емкости нужно знать:

• площадь обкладок;
• расстояние между обкладками;
• диэлектрическую проницаемость материала диэлектрика.

Для повышения емкости нужно увеличить площадь обкладок, уменьшить расстояние между ними и использовать диэлектрик, материал которого обладает высокой диэлектрической проницаемостью.

Для обозначения емкости используется Фарад (Ф) — единица измерения, получившая свое название в честь английского физика Майкла Фарадея. Однако 1 Фарад — слишком большая величина. Например, емкость нашей планеты составляет менее 1 Фарада. В радиоэлектронике используются меньшие значения: микрофарад (мкФ, миллионная доля Фарада) и пикофарад (пФ, миллионная доля микрофарада).

Watch this video on YouTube

Удельная емкость рассчитывается из отношения емкости к массе (объему) диэлектрика. На этот показатель влияют геометрические размеры, и повышение удельной емкости достигается за счет снижения объема диэлектрика, но при этом повышается опасность пробоя.

Допускаемое отклонение паспортной величины емкости от фактической определяет класс точности. Согласно ГОСТу, существует 5 классов точности, определяющих будущее использование. Компоненты высшего класса точности применяются в цепях высокой ответственности.

Электрическая прочность определяет способность удерживать заряд и сохранять рабочие свойства. Заряды, сохраняющиеся на обкладках, стремятся друг к другу, воздействуя на диэлектрик

Электрическая прочность — важное свойство конденсатора, определяющее длительность его использования. В случае неправильной эксплуатации произойдет пробой диэлектрика и выход компонента из строя

Собственная индуктивность учитывается в цепях переменного тока с катушками индуктивности. Для цепей постоянного тока не берется в расчет.

Диэлектрическая абсорбция — появление напряжения на обкладках при быстром разряде. Явление абсорбции учитывается для безопасной эксплуатации высоковольтных электрических устройств, т.к. при коротком замыкании существует опасность для жизни.

Потери обусловлены малым пропусканием тока диэлектриком. При эксплуатации компонентов электронных устройств в разных температурных условиях и разной влажности свое влияние оказывает показатель добротности потерь. На него также влияет рабочая частота. На низких частотах сказываются потери в диэлектрике, на высоких — в металле.

Стабильность — параметр конденсатора, на который также оказывает влияние температура окружающей среды. Ее воздействия делятся на обратимые, характеризуемые температурным коэффициентом, и необратимые, характеризуемые коэффициентом температурной нестабильности.

Надежность работы конденсатора в первую очередь зависит от условий эксплуатации. Анализ поломок говорит о том, что в 80% случаев причиной выхода из строя является пробой.

В зависимости от назначения, типа и области применения различаются и размеры конденсаторов. Самые маленькие и миниатюрные, размерами от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, используются в электронике, а самые крупные — в промышленности.

Как подключается

Подключение конденсатора в цепь с постоянным током происходит следующим образом: плюс (анод) источника тока соединяется с электродом, который покрыт окисной пленкой. В случае несоблюдения этого требования может произойти пробой диэлектрика. Именно по этой причине жидкостные конденсаторы нужно подключать в цепь с переменным источником тока, соединяя встречно последовательно две одинаковые секции. Или нанести оксидный слой на оба электрода. Таким образом, получается неполярный электроприбор, работающий в сетях как с постоянным, так и с Но и в том и в другом случаях результирующая емкость становится в два раза меньше. Униполярные электрические конденсаторы обладают значительными размерами, зато могут включаться в цепи с переменным током. Маркировка производится цветом и цифровым кодом. Цифровая маркировка емкости конденсаторов приведена ниже.

Таблица цифровой маркировки емкости конденсаторов.

Физические размеры конденсатора

Для большинства применений в электронике минимальный размер является целью для разработки компонентов. Чем меньшие по размеру компоненты можно изготовить, тем большая схема может быть встроена в меньший корпус, при этом, как правило, также уменьшается вес. В случае конденсаторов существуют два основных ограничивающих фактора для минимального размера устройства: рабочее напряжение и емкость. И эти два фактора, как правило, противоречат друг другу. Для любого конкретного выбранного диэлектрического материала единственный способ увеличить номинальное напряжение конденсатора – это увеличить толщину диэлектрика. Однако, как мы видели, это приводит к уменьшению емкости. Емкость можно восстановить, увеличив площадь пластины, но это делает компонент больше. Вот почему вы не можете судить о емкости конденсатора в фарадах просто по размеру. Конденсатор любого заданного размера может быть относительно высоким по емкости и с низким рабочим напряжением, или наоборот, или иметь некоторый компромисс между двумя этими крайностями. Посмотрим для примера следующие две фотографии:

Рисунок 3 – Масляный конденсатор высокого напряжения

Это довольно большой конденсатор по физическим размерам, но он имеет довольно низкое значение емкости: всего 2 мкФ. Тем не менее, его рабочее напряжение довольно высокое: 2000 вольт! Если бы этот конденсатор был перепроектирован так, чтобы между его пластинами был более тонкий слой диэлектрика, то могло бы быть достигнуто, по крайней мере, стократное увеличение емкости, но за счет значительного снижения его рабочего напряжения. Сравните приведенную выше фотографию с приведенной ниже. Конденсатор, показанный на нижнем рисунке, представляет собой электролитический компонент, по размерам подобный приведенному выше, но с очень отличающимися значениями емкости и рабочего напряжения:

Рисунок 4 – Электролитический конденсатор

Более тонкий слой диэлектрика дает ему гораздо большую емкость (20000 мкФ) и резко снижает рабочее напряжение (постоянное напряжение 35 В, напряжение 45 В в пике).

Вот некоторые образцы конденсаторов разных типов, все по размеру меньше, чем показанные ранее:

Рисунок 5 – Керамические конденсаторыРисунок 6 – Пленочные конденсаторыРисунок 7 – Электролитические конденсаторыРисунок 8 – Танталовые конденсаторы

Электролитические и танталовые конденсаторы являются полярными (чувствительны к полярности) и всегда помечаются как таковые. У электролитических конденсаторов отрицательные (-) выводы отмечаются стрелками на корпусе. У некоторых полярных конденсаторов полярность обозначена на положительном выводе. У большого электролитического конденсатора на 20 000 мкФ, показанного выше, положительный (+) вывод помечен знаком «плюс». Керамические, майларовые, пленочные и воздушные конденсаторы не имеют маркировки полярности, потому что эти типы являются неполярными (они не чувствительны к полярности).

Конденсаторы являются очень распространенными компонентами в электронных схемах. Внимательно посмотрите на следующую фотографию – каждый компонент, обозначенный на печатной плате буквой «С», является конденсатором:

Рисунок 9 – Конденсаторы на сетевой карте

Некоторые конденсаторы на плате – это стандартные электролитические конденсаторы: C₃₀ (верхняя часть платы, в центре) и C₃₆ (левая сторона, 1/3 от вершины). Некоторые другие представляют собой особый вид электролитических конденсаторов, называемый танталовым, потому что именно этот тип металла используется для изготовления пластин. Танталовые конденсаторы имеют относительно высокую емкость для своих физических размеров. На плате, показанной выше, танталовые конденсаторы: C₁₄ (чуть ниже слева от C₃₀), C₁₉ (непосредственно под R₁₀, который ниже C₃₀), C₂₄ (нижний левый угол платы) и C₂₂ (внизу справа).

Примеры еще меньших по размеру конденсаторов можно увидеть на этой фотографии:

Рисунок 10 – Конденсаторы на жестком диске

Конденсаторы на этой печатной плате из соображений экономии места являются «устройствами поверхностного монтажа», как и все резисторы. В соответствии с соглашением о маркировке компонентов конденсаторы могут быть идентифицированы по меткам, начинающимся с буквы «C».

16 примеров конденсаторов в реальной жизни — StudiousGuy

Конденсатор — это электронный компонент, который в основном используется для хранения энергии в виде электрических зарядов. Внутренняя структура конденсатора состоит из двух металлических пластин, расположенных параллельно друг другу и разделенных диэлектрической средой. Материал изготовления, обычно предпочтительный для изготовления обкладок конденсатора, включает проводящие металлы, такие как тантал, алюминий и т. д., в то время как диэлектрические материалы, используемые для целей изоляции, включают воздух, вакуум, керамику, бумагу, пластик и т. д. Конденсатор способен накапливать как отрицательные, а также положительные электрические заряды и подпадают под категорию пассивных электронных компонентов. Свойство, которое определяет способность конденсатора накапливать заряд, известно как емкость и определяется как отношение электрических зарядов, которые накапливаются на проводящих пластинах конденсатора, к разности потенциалов, возникающей на проводящих пластинах из-за накопления. обвинений. Единицами измерения емкости являются кулоны на вольт и фарады. Фарады — это единица измерения емкости в системе СИ, названная в честь английского физика Майкла Фарадея. В зависимости от типа применения, способности накапливать заряд и формы диэлектрического материала, используемого для разделения проводящих пластин, конденсаторы можно разделить на несколько категорий, таких как конденсаторы постоянной емкости, конденсаторы переменной емкости, поляризованные конденсаторы, неполяризованные конденсаторы. , электролитический конденсатор, бумажный конденсатор, керамический конденсатор, слюдяные конденсаторы и т. д.

Указатель статей (щелкните, чтобы перейти)

Существует множество повседневных приложений, в которых можно легко наблюдать за использованием конденсатора или демонстрацией принципа действия емкости. Некоторые из таких примеров перечислены ниже:

1. Вспышка камеры

Вспышка камеры представляет собой один из наиболее ярких примеров применения конденсаторов в реальной жизни. Камера обычно требует огромного количества энергии за короткий промежуток времени, чтобы произвести вспышку, яркую и яркую, как того хочет пользователь. Использование батареи не является эффективным способом генерирования такого огромного количества энергии, поэтому для этой цели во внутренней схеме камеры развернут массив конденсаторов, которые имеют тенденцию накапливать энергию, подаваемую источником батареи, в форме. электрических зарядов. При нажатии на спусковую кнопку или переключатель конденсатор начинает быстро разряжаться, и заряженные частицы начинают с большой скоростью течь к цепи лампочки, тем самым генерируя фонарик, который ярко светится на долю секунд.

2. Вентиляторы

Вентилятор — это еще один пример повседневного использования гаджетов и устройств, которые используют конденсаторы для своей основной работы. Здесь конденсатор обычно помогает инициировать вращательное движение лопастей вентилятора, а также отвечает за поддержание вращательного движения движущихся лопастей. Для этой цели конденсатор создает необходимый магнитный поток, требуемый для создания достаточной величины крутящего момента. Затем к лопастям вентилятора прикладывается крутящий момент или сила кручения, заставляя лопасти вентилятора вращаться вокруг своей оси.

3. Система аварийного отключения компьютеров

Конденсаторы также пригодятся в случае аварийного отключения. Например, некоторые из систем аварийного отключения, разработанные для компьютеров, содержат внутреннюю электронную схему, в которую встроен массив конденсаторов на выходной стороне. Здесь основной задачей конденсатора является обеспечение необходимой подачи энергии, которая питает компьютерную систему в течение определенного промежутка времени. Скорость разряда конденсаторов довольно высока, а резервное питание сохраняется значительно меньшее время. Это означает, что пользователь может сохранить важные файлы и правильно завершить работу системы только с помощью систем питания на основе конденсаторов. Основным преимуществом использования таких систем является высокая надежность и минимальная потребность в дополнительных зарядных схемах. Это связано с тем, что конденсаторы заряжаются автоматически при включении устройства.

4. Звуковое оборудование

Одним из основных применений конденсаторов является фильтрация и обработка сигналов. Процесс фильтрации сигнала подразумевает удаление пульсаций и пиков из исходного входного сигнала и создание сглаженного сигнала на выходе. Свойство конденсаторов фильтровать сигнал можно использовать для фильтрации шума, поэтому конденсаторы часто используются в определенном звуковом оборудовании и гаджетах, таких как громкоговорители, микрофоны, низкочастотные динамики, твитеры и т. д. Помимо удаления нежелательных шумовых сигналов, конденсаторы также помогают в улучшении сигнала, усилении и репликации. Конденсаторы обычно включаются в автомобильные аудиосистемы для дополнительного усиления сигнала всякий раз, когда величина принимаемого сигнала падает ниже определенного уровня из-за колебаний диапазона и электромагнитных помех.

5. Преобразователи переменного тока в постоянный

Преобразователи переменного тока в постоянный используются почти во всех электронных гаджетах, решениях и схемах, включая мобильные телефоны, компьютеры, зарядные устройства, телевизоры, промышленные машины, бытовые электронные гаджеты и т. д. Преобразователь переменного тока в постоянный преобразование обычно включает преобразование пульсирующего сигнала в устойчивый сигнал путем пропускания сигнала через электронную схему. Для выполнения преобразования переменного тока в постоянный цепи диодного выпрямителя считаются достаточно эффективными, поскольку конструкция и сборка таких схем сравнительно проще, и они, как правило, обеспечивают большую выходную мощность постоянного тока, меньший коэффициент пульсаций и высокочастотный сигнал. Такие схемы обычно используют свойства зарядки и разрядки конденсатора для надежного преобразования сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока.

6. Устройства накопления энергии 

Конденсатор можно использовать вместо батарей в качестве альтернативного компонента для хранения энергии. Обычно конденсаторы используются в качестве накопителей энергии в приложениях, где требуется всплеск мощности. Кроме того, свойство конденсатора накапливать и высвобождать заряженные частицы со значительно более высокой скоростью делает его эффективным устройством временного накопления энергии со сроком службы, который сравнительно больше, чем у традиционных батарей или энергетических устройств.

7. Датчики

Датчики – это устройства, которые принимают физический сигнал из окружающей среды в качестве входных данных, передают входной сигнал в блок обработки и производят выходные данные на основе обработки или анализа данных. На рынке доступно множество датчиков, таких как датчики приближения, датчики движения, инфракрасные датчики, датчики влажности и т. д. Большинство датчиков, доступных на рынке, используют конденсаторы и емкость для получения результата или обеспечения стабильного выхода. Входной сигнал, полученный окружением, подается на структуру конденсатора. Любая деформация или изменение исходной конструкции конденсатора приводит к изменению значения емкости. Увеличение или уменьшение значения емкости конденсатора обычно зависит от изменения величины расстояния между двумя проводящими пластинами конденсатора. Затем изменение расстояния между пластинами конденсатора передается на выходной или дисплейный блок устройства, и информация отображается соответствующим образом.

8. Схемы настройки

Схемы настройки являются важной частью большинства аналоговых электронных устройств и гаджетов. В основном они используются в ручках регулировки громкости и частоты традиционных радиопередатчиков и приемников. Внутренняя схема, которая управляет операцией регулировки значения усиления или частоты, использует конденсаторы и катушки индуктивности. Зарядка и разрядка конденсатора через проволочную катушку приводит к генерации магнитного поля. Магнитное поле создается, когда конденсатор заряжается, и уменьшается, когда конденсатор разряжается. Накопление и высвобождение заряженных частиц происходят через равные промежутки времени. Частота, с которой происходит зарядка и разрядка, соответствует частоте ближайшей железнодорожной станции.

9. Системы коррекции коэффициента мощности

В электроэнергетической системе коэффициент мощности в основном определяется как отношение реальной мощности, поглощаемой нагрузкой, к полной мощности, циркулирующей в цепи. Поскольку коэффициент мощности представляет собой отношение, это безразмерная величина, обычно находящаяся в диапазоне от -1 до +1. Коррекция коэффициента мощности может быть просто определена как метод увеличения коэффициента мощности источника питания. Для этого обычно используют конденсаторы для коррекции коэффициента мощности. Значение конденсаторов коррекции коэффициента мощности обычно измеряется в реактивных вольт-амперах, а не в фарадах. Такие конденсаторы имеют тенденцию обеспечивать опережающий ток, который нейтрализует отстающий ток, протекающий в цепь, тем самым поддерживая значение коэффициента мощности как можно ближе к единице. Конденсаторы коррекции коэффициента мощности, встроенные в системы электропитания, в первую очередь предназначены для уменьшения гармонических токов и балансировки индуктивной нагрузки, создаваемой различными устройствами, такими как асинхронные двигатели, электродвигатели и линии передачи. Если гармонический ток не устраняется из цепи, он имеет тенденцию течь к системе электропитания переменного тока и повреждать оборудование, поэтому конденсаторы для коррекции коэффициента мощности также защищают систему электропитания.

10. Цепи безопасности

Как следует из самого названия, цепь безопасности обычно развертывается во внутренней схеме электронных устройств для обеспечения работы или работы этого конкретного устройства или гаджета. Для этой цели в цепях безопасности обычно используются конденсаторы. Такие конденсаторы обычно называют безопасными конденсаторами. Безопасные конденсаторы могут использоваться как в бытовых, так и в коммерческих целях. Принцип работы большинства предохранительных конденсаторов прост: емкостное реактивное сопротивление, создаваемое предохранительным конденсатором при определенном значении частоты сигнала переменного тока, помогает установить предел максимального значения рабочего тока. Если сигнал превышает пороговый уровень, он обходится или цепь разрывается. Некоторые из наиболее распространенных опасностей, с которыми может справиться безопасный конденсатор, включают поражение электрическим током, взрыв, пожар, высокую температуру, утечку энергии, радиацию и т. д. В зависимости от положения, в котором конденсатор развернут во внутренней схеме устройства, предохранительные конденсаторы можно разделить на три категории, а именно: линейные, антенные соединения и линейные байпасы.

11. Системы стабилизации напряжения

Стабилизатор напряжения — это устройство, которое в основном используется для защиты гаджета, подключенного на стороне нагрузки цепи, путем сглаживания зашумленного входного сигнала, обхода колебаний напряжения и устранения всплесков и переходные процессы от сигнала, проходящего через цепь. Свойство конденсаторов, благодаря которому они могут пропускать через себя сигналы переменного тока, но блокировать сигналы постоянного тока, служит основным принципом работы стабилизаторов напряжения. Некоторые из реальных приложений, в которых преобразование сигнала достигается с помощью конденсаторов, включают подстанции общего назначения. Здесь конденсаторы используются для балансировки индуктивной нагрузки, создаваемой линиями электропередач. Одним из наиболее важных достоинств использования конденсаторов для преобразования сигналов является то, что конденсаторы могут очень легко отделять сигналы переменного тока от сигналов постоянного тока с более высокой эффективностью, тем самым обеспечивая прохождение сигнала постоянной величины через цепь.

12. Оперативная память

ОЗУ или оперативная память — это элемент памяти, который используется в качестве основного элемента памяти в большинстве вычислительных устройств. Оперативная память в основном является энергозависимым элементом памяти. Это означает, что информация сохраняется в памяти только до момента включения устройства. После выключения устройства информация, хранящаяся в оперативной памяти, теряется. Оперативную память или оперативную память можно разделить на две широкие категории, а именно, DRAM, т. е. динамическую оперативную память, или SRAM, т. е. статическую оперативную память. Конденсатор является одним из основных элементов, содержащихся во внутренней структуре DRAM, который помогает во временном хранении данных путем создания следа двоичных битов в соответствии с зарядкой или разрядкой конденсатора. Устройство имеет тенденцию считывать высокое состояние или двоичное значение 1, когда конденсатор полностью заряжен, в то время как устройство считывает низкое состояние или двоичное значение 0, когда конденсатор разряжен.

13. Устройства с зарядовой связью

Устройства с зарядовой связью представляют собой интегральную схему, которая в основном состоит из массива взаимосвязанных или связанных конденсаторов. Обычно устройство с зарядовой связью использует конденсатор в аналоговой форме. Внешняя цепь обычно подключается к устройству с зарядовой связью или ПЗС для управления потоком зарядов внутри цепи. Одним из известных приложений, в которых используются устройства с зарядовой связью, является цифровая обработка изображений.

14. Схемы связи и развязки

Схемы связи и развязки являются еще одним примером приложений, в которых можно легко наблюдать за применением конденсаторов. Связь — это процесс, посредством которого электрический сигнал, протекающий по цепи, передается от одной части цепи к другой части. Если энергия передается от одной части цепи к другой, не проходя через конденсатор, существует сравнительно больше шансов отказа устройства, потери сигнала и короткого замыкания. Точно так же в развязывающих схемах используются конденсаторы для развязки одной части схемы от другой, то есть предотвращения распространения электронного сигнала, проходящего через схему, между определенными частями подсистем. Процесс развязки изолирует различные части электронной схемы и помогает удалить шум из схемы. Развязывающий конденсатор, также известный как шунтирующий конденсатор, обладает значительно большим сопротивлением и обычно размещается между землей и источником питания.

15. Элемент синхронизации

Зарядка и разрядка конденсатора происходят через равные промежутки времени. Это особое свойство конденсаторов делает их подходящими для работы в качестве синхронизирующих цепей или устройств. Чтобы установить синхронизацию схемы на определенное время, необходимо выбрать конденсатор с соответствующим значением емкости. Для этого отмечают время заряда и разряда конденсатора. Индикаторное устройство, такое как зуммер или светодиод, обычно подключается к выходу схемы синхронизации, чтобы указать включение и выключение элемента синхронизации.

16. Импульсная входная мощность и триггерные системы для оружия

Способность конденсаторов производить всплески энергии за короткий промежуток времени обычно используется в различных импульсных системах питания и оружии. Некоторые из наиболее распространенных устройств или гаджетов, которые работали на импульсной мощности, подаваемой конденсатором или массивом конденсаторов, включают сети формирования импульсов, ускорители частиц, импульсные лазеры, электромагнитное формование, генераторы Маркса и т. д. Кроме того, такие устройства, как взрывающийся мост проволочный детонатор или ударный детонатор могут работать только на мощных и быстрых импульсных сигналах, поэтому в таких устройствах в качестве источника питания также используются конденсаторы. Здесь основная цель состоит в том, чтобы за короткое время передать нужное количество энергии, достаточное для срабатывания детонаторов. Кроме того, конденсаторы также могут использоваться в качестве источников питания для электромагнитных рельсовых пушек, катушек или электромагнитной защиты.

Конденсаторы для слуховых аппаратов: требования и технологии

За последние два десятилетия технологии слуховых аппаратов значительно улучшились. Хотя ранние конструкции слуховых аппаратов были аналоговыми, большинство современных устройств являются цифровыми. Цифровые слуховые аппараты используют передовые цифровые технологии и могут реализовывать различные типы алгоритмов, включая шумоподавление, подавление обратной связи и регистрацию статистических данных. Конденсаторы являются основными компонентами как аналоговых, так и цифровых слуховых аппаратов, и их характеристики сильно влияют на общую производительность продукта. Поэтому для разработчиков схем крайне важно убедиться, что они выбрали правильные конденсаторы при разработке слухового аппарата.

Ключевые соображения при выборе конденсаторов для слуховых аппаратов

Схема типичного слухового аппарата состоит из многокаскадной системы усиления звука, микрофона, динамика и батареи. В отличие от электронных систем общего назначения, для слуховых аппаратов требуются электронные компоненты с особыми характеристиками. Одним из ключевых соображений для этих приложений является размер компонента. Высокий объемный КПД и впечатляющие рабочие характеристики танталовых конденсаторов делают их предпочтительным выбором для современных слуховых аппаратов.

Одним из основных применений конденсаторов в слуховых аппаратах является фильтрация сигналов. Для этого использования требуются высокие значения емкости. Для этого приложения обычно используются миниатюрные танталовые конденсаторы для поверхностного монтажа, поскольку они имеют высокие значения емкости и, следовательно, более высокий объемный КПД.

Танталовые конденсаторы с конформным покрытием и литые танталовые конденсаторы для поверхностного монтажа

Двумя наиболее распространенными типами танталовых конденсаторов для поверхностного монтажа являются конденсаторы с конформным покрытием и литые конденсаторы. С точки зрения свойств оба типа имеют почти одинаковые электрические характеристики. Компоненты с конформным покрытием обычно использовались в ранних конструкциях слуховых аппаратов. Для устройств нового поколения большинство производителей в настоящее время используют литые конденсаторы.

Одна из основных причин, по которой для использования в современных слуховых аппаратах предпочтительнее использовать литые конденсаторы для поверхностного монтажа, заключается в том, что они обеспечивают впечатляющую однородность размеров и повторяемость. Для сравнения, компоненты с конформным покрытием лишены этих характеристик, и эта неравномерность размеров (хотя и незначительная) делает их далеко не идеальными для крупносерийных производственных линий захвата и размещения.

Технология формованных конструкций позволяет производить миниатюрные танталовые конденсаторы с плоскими и гладкими верхами. Эта конструкция с плоской вершиной позволяет ручным и автоматическим машинам легко выбирать компоненты. Для компонентов, которые не имеют гладких и плоских вершин, таких как устройства с конформным покрытием, машины обычно пропускают их при захвате во время сборки.

Различные технологии изготовления конденсаторов также приводят к различным условиям оплавления припоя. Эти характеристики оплавления припоя в значительной степени определяют общую надежность компонента. Для литого танталового конденсатора выводы компонента специально разработаны для поглощения термомеханических напряжений, вызванных оплавлением припоя. В отличие от формованных танталовых компонентов, танталовые конденсаторы с конформным покрытием плохо реагируют на оплавление припоя и подвержены термомеханическим нагрузкам, которые могут привести к растрескиванию и выходу компонента из строя.

После оплавления припоя электронные сборки обычно очищают специальными растворами. В узлах поверхностного монтажа с трещинами, вызванными термомеханическими нагрузками, чистящие растворы могут проникать через трещины и существенно влиять на электрические характеристики устройства. Это загрязнение характерно для сборок с конденсаторами с конформным покрытием. Для сравнения, выводы формованных конденсаторов специально разработаны для предотвращения таких дефектов. Высокая устойчивость этих компонентов к загрязнению во время очистки делает их лучшим выбором для слуховых аппаратов.

Помимо слуховых аппаратов, танталовые конденсаторы также широко используются в других медицинских устройствах, таких как портативные медицинские устройства, кардиостимуляторы и другие медицинские устройства жизнеобеспечения и нежизнеспособного жизнеобеспечения. Эти компоненты обладают впечатляюще высокой надежностью, что делает их подходящим вариантом для критически важных приложений. Кроме того, эти пассивные компоненты имеют длительный срок службы.

Заключение

Конденсаторы используются как в аналоговых, так и в цифровых слуховых аппаратах для фильтрации и других целей. Из-за нехватки места для этих устройств требуются миниатюрные компоненты с высокой емкостью и высокой надежностью.

Высокая объемная эффективность, совместимость с технологическими процессами и впечатляющая надежность танталовых конденсаторов делают их непревзойденным выбором для слуховых аппаратов. Двумя наиболее распространенными типами технологий поверхностного монтажа танталовых конденсаторов являются танталовые конденсаторы с конформным покрытием и литые танталовые конденсаторы.

По сравнению с конденсаторами для поверхностного монтажа с конформным покрытием, литые компоненты имеют однородную и регулярную топологию, высокую устойчивость к загрязнениям и впечатляющие свойства оплавления припоя. Эти характеристики делают их идеальным выбором для использования в слуховых аппаратах и ​​аналогичных медицинских приборах.

Для чего нужен развязывающий конденсатор?

Системный шум стал серьезной проблемой как для аналоговых, так и для цифровых устройств. Требование к скоростным интерфейсам и более низкому энергопотреблению привело к тому, что устройства стали чувствительными к помехам от силовых и сигнальных линий. Развязывающий конденсатор или блокировочный конденсатор в цепи обеспечивает высокие переходные токи в ИС и уменьшает пульсации мощности. Такие конденсаторы размещаются близко к выводам питания ИС.

Аналоговые схемы, такие как аудиоусилители, во время работы издают гудение или потрескивание, в то время как цифровые схемы, такие как микроконтроллеры, ведут себя неустойчиво и непредсказуемо. Это происходит потому, что входное напряжение нестабильно. Любое устройство будет работать точно, если отклонения, такие как сбои, скачки напряжения и компоненты переменного тока, останутся в пределах допуска. Хорошая конструкция печатной платы должна обеспечивать плавное входное напряжение за счет устранения внутрисистемных шумов питания за счет надлежащего размещения развязывающих и обходных конденсаторов.

 

Руководство по проектированию регулируемого импеданса

6 глав — 56 страниц — 60 минут чтения

 

Зачем нужна развязка?

Развязка обеспечивает низкоомный путь от источника питания до земли. Поэтому выбор конденсатора с низкой индуктивностью, но высокой емкости (низкий импеданс) очень важен.

Влияние емкостной связи на обратный путь тока.

На приведенном ниже графике показаны как положительные, так и отрицательные источники питания. Он показывает, как ослабление источника питания (PSR) высокопроизводительного усилителя ухудшается с частотой около 20 дБ/декада. Около 90 дБ на постоянном токе, PSR быстро падает на более высоких частотах, что означает попадание нежелательной энергии в линии электропередачи на выход. Вот почему необходимо избегать попадания этой высокочастотной энергии в ИС. Это можно сделать, включив электролитические конденсаторы (для низкочастотной развязки) и керамические конденсаторы (для высокочастотной развязки).

Отклонение источника питания от частоты для высокопроизводительного операционного усилителя. Кредит на диаграмме: Analog Devices

Спецификации отклонения источника питания не обязательно указываются в спецификациях. Но вы всегда можете найти рекомендуемые схемы развязки блока питания в разделе приложений таблицы данных. Этим рекомендациям следует всегда следовать, чтобы обеспечить правильную работу устройства.

Чувствительность ИС

Чувствительность микросхемы к колебаниям напряжения питания представлена ​​коэффициентом отклонения источника питания (PSRR) или PSR (в дБ). PSRR — отношение изменения выходного напряжения к изменению напряжения питания.

Что такое развязывающий конденсатор?

Размещение развязывающего конденсатора

Развязывающий конденсатор — это пассивный компонент, способный локально накапливать энергию. Из-за самой своей природы для зарядки и разрядки требуется время. Он предотвращает быстрые изменения напряжения, защищая систему или микросхему, обеспечивая надлежащее питание постоянным током.

Развязывающий конденсатор подключен между источником питания и нагрузкой/IC параллельно. Для подавления возмущений напряжения для каждой ИС их необходимо размещать локально, т. е. как можно ближе к ИС. Все распределительные сети имеют фактическое полное сопротивление и индуктивность, что предотвращает мгновенную подачу тока, развязывающий конденсатор контролирует провалы и прозвоны напряжения питания и обеспечивает стабильность напряжения в цепи.

Что такое шунтирующий конденсатор?

Размещение шунтирующего конденсатора

Байпасный конденсатор используется для предотвращения проникновения шума в систему путем обхода его на землю. Он подключается между выводами напряжения питания (Vcc) и заземления (GND) для уменьшения помех источника питания и скачков напряжения на линиях питания.

В чем разница между развязывающим и шунтирующим конденсатором?

Развязывающий конденсатор накапливает энергию и рассеивает ее обратно в шину питания, обеспечивая плавный ток. Байпасный конденсатор обеспечивает обратный путь сигнала переменного тока для переключения между шиной питания и шиной заземления.

Разница между развязывающим и шунтирующим конденсатором.

Учитывая их назначение и функции, как шунтирующие, так и развязывающие конденсаторы могут использоваться взаимозаменяемо. При питании любого устройства основная цель состоит в том, чтобы обеспечить путь с очень низким импедансом по отношению к заземлению входной мощности. Вот некоторые из немногих заметных отличий:

• Шунтирующие конденсаторы используются для обеспечения низкоомного шунтирующего пути для высокочастотных шумовых сигналов. Они обеспечивают подавление высокочастотного шума до того, как он распространится по всей цепи, что приведет к неисправности цепи и проблеме электромагнитных помех. С другой стороны, развязывающие конденсаторы используются для стабилизации колебаний напряжения.
• Для функции низкоимпедансного шунтирования достаточно одного электролитического конденсатора, но для стабилизации сигнала требуются конденсаторы двух разных типов.

Также прочитайте, как обрабатывать текущий обратный путь для лучшей целостности сигнала.

 

Руководство по проектированию высокоскоростной печатной платы

8 глав — 115 страниц — 150 минут чтения

 

Для чего нужен развязывающий конденсатор?

Развязывающие конденсаторы используются для изоляции или развязки двух цепей. Другими словами, они отделяют сигналы переменного тока от сигналов постоянного тока или наоборот.

• В случае падения входного напряжения развязывающий конденсатор обеспечивает достаточное питание ИС для поддержания уровня напряжения.
• В случае повышения напряжения развязывающий конденсатор предотвращает протекание избыточного тока через ИС, чтобы поддерживать стабильное напряжение.

Конденсаторы какого типа используются для развязки?

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы большей емкости (от 1 до 100 мкФ) используются для развязки низкочастотного шума. Эти конденсаторы действуют как резервуары заряда для выполнения требований к мгновенному заряду схемы. Такие конденсаторы не следует размещать на расстоянии более 2 дюймов от микросхемы. Поскольку все электролитические конденсаторы поляризованы, они не могут выдержать более 1 В обратного смещения без повреждений. Они имеют относительно высокие токи утечки, которые зависят от конструкции, электрических размеров и номинального напряжения в зависимости от приложенного напряжения. Тем не менее, ток утечки не оказывает существенного влияния на развязку.

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы с малой индуктивностью для поверхностного монтажа (0,01 мкФ – 0,1 мкФ) используются для развязки высокочастотных помех источника питания. Эти конденсаторы подключаются непосредственно к контактам питания микросхемы.

Керамический конденсатор с малой индуктивностью для высокочастотной развязки

Керамические конденсаторы компактны и имеют малые потери. Они имеют широкий температурный диапазон, низкое ESR/ESL, стабильность, надежность и могут выдерживать широкий диапазон напряжений. Имеются конденсаторы типов X7R, Z5U и Y5V номиналом до нескольких мкФ, с высокой диэлектрической проницаемостью и номинальным напряжением до 200 В. Керамический конденсатор типа X7R предпочтительнее, поскольку он демонстрирует меньшее изменение емкости в зависимости от напряжения смещения постоянного тока. по сравнению с Z5U и Y5U.

Кроме того, керамические конденсаторы NP0 (COG) (0,1 мкФ или меньше) также используются из-за их более низкой диэлектрической проницаемости и низкого коэффициента напряжения.

Многослойные керамические (MLCC) конденсаторы для поверхностного монтажа

MLCC используются для обхода и фильтрации на частотах 10 МГц и более из-за их конструкции с низкой индуктивностью.

Для повышения эффективности все развязывающие конденсаторы должны быть подключены непосредственно к заземляющему экрану с низким импедансом. Рекомендуется подключать эти конденсаторы с помощью коротких дорожек или переходных отверстий, чтобы минимизировать последовательную индуктивность.

 

 

Как разместить развязывающий конденсатор?

Размещение развязывающего конденсатора имеет решающее значение, поскольку он снижает импеданс шин питания. В идеале он должен максимизировать емкость и минимизировать сопротивление и индуктивность. Компоненты, такие как ИС, зависят от их входного напряжения, чтобы быть максимально стабильным во время работы.

• Развязывающий конденсатор следует размещать как можно ближе к ИС, поскольку он защищает эти чувствительные микросхемы, отфильтровывая любой чрезмерный шум. Чем дальше они находятся, тем менее эффективны.

Эффективное размещение развязывающего конденсатора на печатной плате.

На рисунке слева (как показано выше) соединение как с контактом питания, так и с землей сделано максимально коротким. Это самая эффективная аранжировка. На рисунке справа (как показано выше) трассировка печатной платы может вызывать помехи, образуя петлю. Такая схема менее эффективна из-за избыточной индуктивности и сопротивления дорожки печатной платы.

• Всегда подключайте развязывающие конденсаторы между источником питания и нагрузкой/ИС параллельно друг другу.
• Последовательное подключение конденсатора к дорожкам входного и выходного сигналов устраняет низкочастотные переходные процессы из входных и выходных сигналов.
• Параллельное размещение конденсатора с резистором снижает высокочастотные электромагнитные помехи.
• При использовании переходных отверстий для доступа к плоскости питания подключите конденсатор к выводу компонента, а затем к переходному отверстию, чтобы обеспечить протекание тока через плоскость.

Компоновка развязывающего конденсатора

• Развязывающие конденсаторы также эффективны для развязки аналоговых и цифровых сигналов. Это достигается подключением конденсатора между проводами переменного тока и заземлением цифровой печатной платы.
• Убедитесь, что силовые и заземляющие слои являются непрерывными и смежными:  Размещение   конденсаторов рядом с выводами питания и заземления ИС имеет решающее значение. Это делает пути цепи к земляным и силовым плоскостям как можно короче.
• Симметричное размещение смежных плоскостей питания и земли:  Смежные плоскости питания и заземления должны располагаться симметрично. Также рекомендуется свести к минимуму количество слоев между плоскостями и развязывающими конденсаторами.

Для получения дополнительной информации о размещении развязывающих конденсаторов для BGA и шины питания см. Рекомендации по размещению развязывающих конденсаторов при проектировании печатных плат.

Как выбрать емкость развязывающего конденсатора?

Количество конденсаторов, используемых в цепи, зависит от количества контактов питания и заземления и имеющихся сигналов ввода-вывода. Выбирайте развязывающие конденсаторы с достаточно высокими собственными резонансными частотами, исходя из ширины полосы сигнала или рабочей частоты.

Понятие собственной резонансной частоты:  Конденсатор остается емкостным до этой частоты и начинает проявляться как индуктор выше этой частоты. Импеданс развязывающего конденсатора достигает минимального импеданса на частоте ω =1/√LC. Эта частота известна как резонансная частота развязывающего конденсатора.

Меньшая емкость и меньшая индуктивность дают более высокую резонансную частоту. Более высокая собственная резонансная частота достигается за счет выбора компонента меньшего размера для поверхностного монтажа, потому что, как правило, меньший корпус компонента имеет меньшую паразитную индуктивность.

Емкость конденсатора, развязывающего низкочастотные помехи, должна находиться в диапазоне от 1 мкФ до 100 мкФ. Емкость конденсатора, развязывающего высокочастотные помехи, должна находиться в диапазоне от 0,01 мкФ до 0,1 мкФ.

• Низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и эквивалентная последовательная индуктивность (ESL): Поскольку конденсатор должен быстро обеспечивать ток, выберите конденсатор с низкими ESR и ESL.
• Меньший размер упаковки:  Компактные конденсаторы позволяют уменьшить размер контура, что еще больше снижает индуктивность.

Как подобрать размер развязывающего конденсатора для цифровых ПДН?

Размер развязывающего конденсатора оценивается на основе импеданса сети распределения электроэнергии (PDN) и заряда, необходимого для переключающей ИС. Точная оценка размера конденсатора и его правильное размещение помогают уменьшить пульсации и шум в PDN.

Расчет емкости развязывающего конденсатора на основе тока, потребляемого при переключении, и напряжения ИС.

Где: Т _{нарастание} — время нарастания, V _IC — напряжение IC, а ΔI — потребляемый ток.

Примечание:  Приведенная выше формула действительна, если ширина полосы сигнала меньше частоты собственного резонанса развязывающего конденсатора. Полоса пропускания сигнала определяется как: (0,35/время нарастания сигнала).

Как подобрать размер развязывающего конденсатора для аналоговых ПДН?

При обеспечении стабильного питания аналоговой ИС развязывающий конденсатор постоянно заряжается и разряжается, обеспечивая стабильное питание при работе аналоговой ИС.

Размер развязывающего конденсатора для аналоговой ИС определяется как:

Ток, потребляемый ИС, будет возрастающей функцией напряжения и частоты ИС.

Где: f — частота, V _IC — напряжение IC, а I — потребляемый ток.

Как выбрать размер развязывающего конденсатора в зависимости от импеданса PDN?

Развязывающие конденсаторы своевременно обеспечивают необходимый заряд и снижают выходное сопротивление габаритных ПДН. На практике развязывающий конденсатор эффективен только в определенном диапазоне частот. Полное сопротивление практического развязывающего конденсатора линейно уменьшается с уменьшением частоты и увеличивается с увеличением частоты. Это увеличение импеданса практического развязывающего конденсатора происходит из-за паразитной индуктивности развязывающего конденсатора.

Также читайте, Как уменьшить паразитную емкость в разводке печатной платы.

Один из лучших способов определить размер развязывающего конденсатора основан на целевом импедансе PDN.

Размер развязывающего конденсатора зависит от требуемой пульсации напряжения, целевого импеданса PDN и целевого напряжения PDN.

Где: f — частота, V _IC — напряжение IC, V _{пульсация} — пульсация напряжения, а Z _PDN — целевое сопротивление PDN.

Целевой импеданс PDN и напряжение пульсаций PDN являются функциями емкости, что делает решение очень сложной задачи. Вычисление «С» требует нескольких итераций. Приведенное выше уравнение является более точным, поскольку оно может учитывать влияние резонансной частоты развязывающего конденсатора и резонансы, возникающие из-за паразитных помех в топологии печатной платы.

Вычисляя Z _PDN для различных значений C и f, мы приходим к лучшим значениям C, чтобы получить наименьшее Z _ПДН на все диапазоны частот.

Примечание: Точное значение используемых развязывающих конденсаторов всегда указывается в техническом описании ИС.

Как выбрать номинал шунтирующего конденсатора?

Реактивное сопротивление конденсатора, добавленного в цепь, должно составлять 1/10 или меньше сопротивления при параллельном включении. Ток всегда проходит по пути с наименьшим сопротивлением, поэтому, если вы хотите переключить сигнал переменного тока на землю, конденсатор должен иметь более низкое сопротивление. Емкость используемого обходного конденсатора составляет:

Где: f — частота, а X _C — реактивное сопротивление. ‘f’ зависит от рабочей частоты платы.

Конденсаторы являются одним из самых универсальных компонентов, используемых в сборках печатных плат, и одной из их наиболее важных функций является развязка.