Применение конденсаторов в электротехнике: Страница не найдена — ELQUANTA.RU

Что такое конденсатор? Принцип работы, назначение и устройство конденстатора

Конденсатор – распространенное двухполюсное устройство, применяемое в различных электрических цепях. Он имеет постоянную или переменную ёмкость и отличается малой проводимостью, он способен накапливать в себе заряд электрического тока и передавать его другим элементам в электроцепи.
Простейшие примеры состоят из двух пластинчатых электродов, разделенных диэлектриком и накапливающих противоположные заряды. В практических условиях мы используем конденсаторы с большим числом разделенных диэлектриком пластин.

Принцип действия

Назначение конденсатора и принцип его работы – это распространенные вопросы, которыми задаются новички в электротехнике. В электрических схемах данные устройства могут использоваться с различными целями, но их основной функцией является сохранение электрического заряда, то есть, такое устройство получает электрический ток, сохраняет его и впоследствии передает в цепь.

Для лучшего понимания принципа работы посмотрите статью про то, как сделать простой конденсатор своими руками.

Заряд конденсатора начинается при подключении электронного прибора к сети. В момент подключения прибора на электродах конденсатора много свободного места, потому электрический ток, поступающий в цепь, имеет наибольшую величину. По мере заполнения, электроток будет уменьшаться и полностью пропадет, когда ёмкость устройства будет полностью наполнена.

В процессе получения заряда электрического тока, на одной пластине собираются электроны (частицы с отрицательным зарядом), а на другой – ионы (частицы с положительным зарядом). Разделителем между положительно и отрицательно заряженными частицами выступает диэлектрик, в качестве которого могут использоваться различные материалы.

В момент подключения электрического устройства к источнику питания, напряжение в электрической цепи имеет нулевое значение. По мере заполнения ёмкостей напряжение в цепи увеличивается и достигает величины, равной уровню на источнике тока.

При отключении электрической цепи от источника питания и подключении нагрузки, конденсатор перестает получать заряд и отдает накопленный ток другим элементам. Нагрузка образует цепь между его пластинами, потому в момент отключения питания положительно заряженные частицы начнут двигаться по направлению к ионам.

Начальный ток в цепи при подключении нагрузки будет равняться напряжению на отрицательно заряженных частицах, разделенному на величину сопротивления нагрузки. При отсутствии питания конденсатор начнет терять заряд и по мере убывания заряда в ёмкостях, в цепи будет снижаться уровень напряжения и величины тока. Этот процесс завершится только тогда, когда в устройстве не останется заряда.

На рисунке выше представлена конструкция бумажного конденсатора:

а) намотка секции;
б) само устройство.
На этой картинке:

1. Бумага;
2. Фольга;
3. Изолятор из стекла;
4. Крышка;
5. Корпус;
6. Прокладка из картона;
7. Оберточная бумага;
8. Секции.

Ёмкость конденсатора считается важнейшей его характеристикой, от него напрямую зависит время полной зарядки устройства при подключении прибора к источнику электрического тока. Время разрядки прибора также зависит от ёмкости, а также от величины нагрузки. Чем выше будет сопротивление R, тем быстрее будет опустошаться ёмкость конденсатора.

В качестве примера работы конденсатора можно рассмотреть функционирование аналогового передатчика или радиоприемника. При подключении прибора к сети, конденсаторы, подключенные к катушке индуктивности, начнут накапливать заряд, на одних пластинах будут собираться электроды, а на других – ионы. После полной зарядки ёмкости устройство начнет разряжаться. Полная потеря заряда приведет к началу зарядки, но уже в обратном направлении, то есть, пластины имевшие положительный заряд в этот раз будут получать отрицательный заряд и наоборот.

Назначение и использование конденсаторов

В настоящее время их используют практически во всех радиотехнических и различных электронных схемах.
В электроцепи переменного тока они могут выступать в качестве ёмкостного сопротивления. К примеру, при подключении конденсатора и лампочки к батарейке (постоянный ток), лампочка светиться не будет. Если же подключить такую цепь к источнику переменного тока, лампочка будет светиться, причем интенсивность света будет напрямую зависеть от величины ёмкости используемого конденсатора. Благодаря этим особенностям, они сегодня повсеместно применяются в цепях в качестве фильтров, подавляющих высокочастотные и низкочастотные помехи.

Конденсаторы также используются в различных электромагнитных ускорителях, фотовспышках и лазерах, благодаря способности накапливать большой электрический заряд и быстро передавать его другим элементам сети с низким сопротивлением, за счет чего создается мощный импульс.

Во вторичных источниках электрического питания их применяют для сглаживания пульсаций при выпрямлении напряжения.

Способность сохранять заряд длительное время дает возможность использовать их для хранения информации.

Использование резистора или генератора тока в цепи с конденсатором позволяет увеличить время заряда и разряда ёмкости устройства, благодаря чему эти схемы можно использовать для создания времязадающих цепей, не предъявляющих высоких требований к временной стабильности.

В различной электрической технике и в фильтрах высших гармоник данный элемент применяется для компенсации реактивной мощности.

Электрический конденсатор. презентация, доклад

Текст слайда:

Применение конденсаторов.

Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники.
Конденсаторы (совместно с катушками индуктивностиКонденсаторы (совместно с катушками индуктивности и/или резисторамиКонденсаторы (совместно с катушками индуктивности и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтровКонденсаторы (совместно с катушками индуктивности и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связиКонденсаторы (совместно с катушками индуктивности и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т.

 п..
При быстром разряде конденсатора можно получить импульсПри быстром разряде конденсатора можно получить импульс большой мощности, например, в фотовспышкахПри быстром разряде конденсатора можно получить импульс большой мощности, например, в фотовспышках, электромагнитных ускорителяхПри быстром разряде конденсатора можно получить импульс большой мощности, например, в фотовспышках, электромагнитных ускорителях, импульсных лазерах с оптической накачкойПри быстром разряде конденсатора можно получить импульс большой мощности, например, в фотовспышках, электромагнитных ускорителях, импульсных лазерах с оптической накачкой, генераторах Маркса, (ГИН; ГИТ)При быстром разряде конденсатора можно получить импульс большой мощности, например, в фотовспышках, электромагнитных ускорителях, импульсных лазерах с оптической накачкой, генераторах Маркса, (ГИН; ГИТ), генераторах Кокрофта-Уолтона и т. п.
Так как конденсатор способен длительное время сохранять заряд, то его можно использовать в качестве элемента памяти или устройства хранения электрической энергии.
В промышленной электротехнике конденсаторы используются для компенсацииВ промышленной электротехнике конденсаторы используются для компенсации реактивной мощностиВ промышленной электротехнике конденсаторы используются для компенсации реактивной мощности и в фильтрах высших гармоник.
Конденсаторы способны накапливать большой заряд и создавать большую напряженность на обкладках, которая используется для различных целей, например, для ускорения заряженных частицКонденсаторы способны накапливать большой заряд и создавать большую напряженность на обкладках, которая используется для различных целей, например, для ускорения заряженных частиц или для создания кратковременных мощных электрических разрядовКонденсаторы способны накапливать большой заряд и создавать большую напряженность на обкладках, которая используется для различных целей, например, для ускорения заряженных частиц или для создания кратковременных мощных электрических разрядов (см. генератор Ван де Граафа).
Измерительный преобразователь (ИП) малых перемещений: малое изменение расстояния между обкладками очень заметно сказывается на ёмкости конденсатора.
ИП влажности воздуха, древесины (изменение состава диэлектрика приводит к изменению емкости).
В схемах РЗиАВ схемах РЗиА конденсаторы используются для реализации логики работы некоторых защит. В частности, в схеме работы АПВ использование конденсатора позволяет обеспечить требуемую кратность срабатывания защиты.
Измерителя уровня жидкости. Непроводящая жидкость, заполняет пространство между обкладками конденсатора, и ёмкость конденсатора меняется в зависимости от уровня

Конденсаторы в электротехнике | Техника и Программы

Своеобразная область применения изоляционных материалов— это конденсаторы. Толща изоляции, находящаяся между двумя металлическими обкладками, — это резервуар, в котором накапливается запас электрической энергии.

В разных схемах конденсаторы работают по-разному. В высокочастотных установках — в радиопередатчиках, в установках для нагрева — энергия подается в конденсатор на стотысячные или миллионные доли секунды, а затем энергия нацело уходит из конденсатора. Конденсаторы, предназначенные работать в таком режиме быстрого накопления и быстрой же отдачи энергии, называются контурными. Они составляют часть колебательного высокочастотного контура. Контурные конденсаторы должны иметь самую высококачественную изоляцию. В них часто применяется керамика — например, одна из разновидностей фарфора — стеатит. Диэлектрическая постоянная этого материала около 6. Стеатитовые конденсаторы прекрасно работают на частотах от 100 тыс. до 1 млн. гц.

Другой распространенный для контурных конденсаторов керамический материал составляется из двуокиси титана. Его диэлектрическая постоянная бывает 50—60, т. е. в 10 раз больше, нежели у стеатита. Титановые конденсаторы выгодно использовать и на более низких частотах (до 10 тыс. гц).

В последние годы ведутся исследования конденсаторов, изоляция которых имеет диэлектрическую постоянную в несколько тысяч. Такими свойствами обладает виннокаменная соль, титанат бария. В толще материала с такой диэлектрической постоянной можно накапливать большие количества электрической энергии. Но эти материалы очень капризны, с изменением температуры их диэлектрическая постоянная также сильно меняется. Диэлектрическая постоянная меняется и с величиной приложенного к конденсатору напряжения. Форма кривой напряжения сильно искажается. Иногда это свойство может иметь полезные применения. Колебательный контур с таким конденсатором может умножать частоту подводимого к нему тока. Но часто искажения кривых токов и напряжений недопустимы. Будущее покажет, найдут ли эти конденсаторы широкое промышленное применение.

Во многих установках напряжение на конденсаторах почти совершенно постоянное. Назначение этих конденсаторов — тодько пропустить через себя небольшую переменную составляющую тока. В таком режиме работают фильтровые конденсаторы, сглаживающие выпрямленный ток, и разделительные конденсаторы в генераторах с электронными лампами. Электрическая энергия в этих конденсаторах находится на долгосрочном хранении. К изоляции этих конденсаторов можно предъязлять менее строгие требования, нежели к изоляции контурных конденсаторов.

В фильтровых и разделительных конденсаторах часто применяют изоляцию из бумаги, пропитанной парафином или маслом. Обкладку делают из алюминиевой фольги. Если к такому конденсатору приложить слишком высокое напряжение, бумажная изоляция пробивается и конденсатор выходит из строя.

Интересная новинка последних лет — конденсаторы с цинковыми обкладками. Цинк испаряют и пары его оседают тончайшим слоем на бумагу. Получаются непробиваемые конденсаторы. Если к ним приложить слишком высокое напряжение, то в каком то месте слой бумаги прожжет искра. Но эта же искра разовьет столько тепла, что вызовет испарение цинковых обкладок. Цинк — металл с низкой температурой кипения. Когда цинк испарится вокруг пробитого места, пробой прекратится. Конденсатор с цинковыми обкладками — это самозалечивающийся конденсатор.

Для боевых самолетов делают бензобаки, обложенные слоем резины. Когда такой бак пронизывает пуля, то отверстия затягиваются резино-вым слоем. Есть нечто общее между этими самозалечивающимися баками и конденсаторами с цинковыми обкладками.

Источник: Электричество работает Г.И.Бабат 1950-600M

Емкость, Электрический конденсатор. Виды Характеристики, при…

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про электрический конденсатор, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое электрический конденсатор,конденсатор,конденсаторы,переменный конденсатор,подстроечный конденсатор,суперконденсатор,ионистр,применение конденсаторов , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

электрический конденсатор

Конденсатор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухполюсник с определенным или переменным значением емкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделенных диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок (см. рис.). Практически применяемые конденсаторы имеют много слоев диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свернутые в цилиндр или параллелепипед со скругленными четырьмя ребрами (из-за намотки).

Конденсатор является пассивным однопортовым элементом

• Сопротивление: конститутивное отношение определяется как .
• Емкость: конститутивное отношение определяется как .
• Индуктивность : конститутивное отношение определяется как .
• Memristance(не включен): конститутивное отношение определяется как .

где произвольная функция от двух переменных.

Основа конструкции конденсатора — две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик

Слева — конденсаторы для поверхностного монтажа; справа — конденсаторы для объемного монтажа; сверху — керамические; снизу — электролитические. На танталовых конденсаторах (слева) полоской обозначен «+», на алюминиевых (справа) маркируют «-».

SMD-конденсатор на плате, макрофотография

Различные конденсаторы для объемного монтажа

Содержание

• 1 История
• 2 Свойства конденсатора
• 3 Обозначение конденсаторов на схемах
• 4 Характеристики конденсаторов
  • 4.1 Основные параметры
    • 4.1.1 Ёмкость
    • 4.1.2 Удельная емкость
    • 4.1.3 Плотность энергии
    • 4.1.4 Номинальное напряжение
    • 4.1.5 Полярность
    • 4.1.6 Опасность разрушения (взрыва)
  • 4.2 Паразитные параметры
    • 4.2.1 Электрическое сопротивление изоляции диэлектрика конденсатора, поверхностные утечки Rd и саморазряд
    • 4.2.2 Эквивалентное последовательное сопротивление — Rs
    • 4.2.3 Эквивалентная последовательная индуктивность — Li
    • 4. 2.4 Тангенс угла диэлектрических потерь
    • 4.2.5 Температурный коэффициент емкости (ТКЕ)
    • 4.2.6 Диэлектрическая абсорбция
    • 4.2.7 Паразитный пьезоэффект
    • 4.2.8 Самовосстановление
• 5 Классификация конденсаторов
• 6 Сравнение конденсаторов постоянной емкости
• 7 применение конденсаторов и их работа
• 8 Маркировка конденсаторов
  • 8.1 Маркировка советских и российских конденсаторов
    • 8.1.1 Старая система обозначений
    • 8.1.2 Новая система обозначений

История

В 1745 году в Лейдене немецкий каноник Эвальд Юрген фон Клейст и независимо от него голландский физик Питер ван Мушенбрукизобрели конструкцию-прототип электрического конденсатора — «лейденскую банку» . Первые конденсаторы, состоящие из двух проводников разделенных непроводником (диэлектриком), упоминаемые обычно как конденсатор Эпинуса или электрический лист, были созданы еще раньше .

Свойства конденсатора

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течет, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора, замыкаясь так называемым током смещения.

В методе гидравлических аналогийконденсатор — это гибкая мембрана, вставленная в трубу. Анимация демонстрирует мембрану, которая растягивается и сокращается под действием потока воды, что аналогично заряду и разряду конденсатора под действием электрического тока.

С точки зрения метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом

,

,где j — мнимая единица, ω — циклическая частота (рад/с) протекающего синусоидального тока, f — частота в Гц, C — емкость конденсатора (фарад). Отсюда также следует, что реактивное сопротивление конденсатора равно: . Для постоянного тока частота равна нулю, следовательно, реактивное сопротивление конденсатора бесконечно (в идеальном случае).

При изменении частоты изменяются диэлектрическая проницаемость диэлектрика и степень влияния паразитных параметров — собственной индуктивности и сопротивления потерь. На высоких частотах любой конденсатор можно рассматривать как последовательный колебательный контур, образуемый емкостью C, собственной индуктивностью LCи сопротивлением потерь Rn.

Резонансная частота конденсатора равна

При f > fp конденсатор в цепи переменного тока ведет себя как катушка индуктивности . Следовательно, конденсатор целесообразно использовать лишь на частотах f < fp, на которых его сопротивление носит емкостный характер. Обычно максимальная рабочая частота конденсатора примерно в 2—3 раза ниже резонансной.

Конденсатор может накапливать электрическую энергию. Энергия заряженного конденсатора:

где U — напряжение (разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор, а q — электрический заряд.

Обозначение конденсаторов на схемах

В России условные графические обозначения конденсаторов на схемах должны соответствовать ГОСТ 2.728-74

либо международному стандарту IEEE 315—1975:

Обозначение по ГОСТ 2.728-74	Описание
	Конденсатор постоянной емкости
	Поляризованный (полярный) конденсатор
	подстроечный конденсатор переменной емкости
	Варикап

На электрических принципиальных схемах номинальная емкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах (1 мкФ = 1·106 пФ = 1·10−6 Ф) и пикофарадах, но нередко и в нанофарадах (1 нФ = 1·10−9 Ф). При емкости не более 0,01 мкФ, емкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, то есть постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала емкости в других единицах указывают единицу измерения. Для электролитических конденсаторов, а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала емкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах (В) или киловольтах (кВ). Например так: «10 мкФ x 10 В». Для переменных конденсаторовуказывают диапазон изменения емкости, например так: «10 — 180». В настоящее время изготавливаются конденсаторы с номинальными емкостями из десятичнологарифмических рядов значений Е3, Е6, Е12, Е24, то есть на одну декаду приходится 3, 6, 12, 24 значения, так, чтобы значения с соответствующим допуском (разбросом) перекрывали всю декаду.

Так как ионистр ( суперконденсатор ) фактически является конденсатором, то на схемах он отображается точно также как конденсатор

Характеристики конденсаторов

Основные параметры

Ёмкость

Основной характеристикой конденсатора является его емкость, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной емкости, в то время как реальная емкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная емкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению емкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q = CU). Типичные значения емкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до тысяч микрофарад. Однако существуют конденсаторы (ионисторы) с емкостью до десятков фарад.

Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью S каждая, расположена на расстоянии d друг от друга, в системе СИ выражается формулой: , где — диэлектрическая проницаемость среды, заполняющая пространство между пластинами (в вакууме равна единице), —электрическая постоянная, численно равная 8,854187817·10−12 Ф/м. Эта формула справедлива, лишь когда d намного меньше линейных размеров пластин.

Для получения больших емкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая емкость батареи параллельно соединенных конденсаторов равна сумме емкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

или

Если у всех параллельно соединенных конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделенный на фрагменты меньшей площади.

При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы, так как от источника питания они поступают только на внешние электроды, а на внутренних электродах они получаются только за счет разделения зарядов, ранее нейтрализовавших друг друга. Общая емкость батареи последовательносоединенных конденсаторов равна

или

Эта емкость всегда меньше минимальной емкости конденсатора, входящего в батарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможность пробояконденсаторов, так как на каждый конденсатор приходится лишь часть разницы потенциалов источника напряжения.

Если площадь обкладок всех конденсаторов, соединенных последовательно, одинакова, то эти конденсаторы можно представить в виде одного большого конденсатора, между обкладками которого находится стопка из пластин диэлектрика всех составляющих его конденсаторов.

Удельная емкость

Конденсаторы также характеризуются удельной емкостью — отношением емкости к объему (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной емкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.

Плотность энергии

Плотность энергии электролитического конденсатора зависит от конструктивного исполнения. Максимальная плотность достигается у больших конденсаторов, где масса корпуса невелика по сравнению с массой обкладок и электролита. Например, у конденсатора EPCOS B4345 с емкостью 12 000 мкФ, максимально допустимым напряжением 450 В и массой 1,9 кг плотность энергии при максимальном напряжении составляет 639 Дж/кг или 845 Дж/л. Особенно важен этот параметр при использовании конденсатора в качестве накопителя энергии, с последующим мгновенным ее высвобождением, например, в пушке Гаусса.

Номинальное напряжение

Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах.

Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается, что связано с увеличением тепловойскорости движения носителей заряда и, соответственно, снижению требований для образования электрического пробоя.

Полярность

Современные конденсаторы, разрушившиеся без взрыва благодаря специальной разрывающейся конструкции верхней крышки . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Разрушение возможно из-за нарушения режима эксплуатации (температуры, напряжения, полярности) или старения. Конденсаторы с разорванной крышкой практически неработоспособны и требуют замены, а если она просто вздувшаяся, но еще не разорвана, то, скорее всего, скоро он выйдет из строя или сильно изменятся параметры, что сделает его использование невозможным. В одно время был период времени который назывался конденсаторной чумой, т к чень ьрльшое количесво конденсаторов и часто выходило из строя изза исползования некачественного электролита.

Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.

Опасность разрушения (взрыва)

Взрывы электролитических конденсаторов — довольно распространенное явление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения (актуально для импульсных устройств). В современных компьютерах перегрев конденсаторов — также очень частая причина выхода их из строя, когда они стоят рядом с источниками повышенного тепловыделения (радиаторы охлаждения).

Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой емкости устанавливают вышибной предохранительный клапан или выполняют надсечку корпуса (часто ее можно заметить в виде креста или в форме букв X, K или Т на торце цилиндрического корпуса, иногда, на больших конденсаторах, она покрыта пластиком). При повышении внутреннего давления вышибается пробка клапана или корпус разрушается по насечке, пары электролита выходят в виде едкого газа и, даже, брызг жидкости. При этом разрушение корпуса конденсатора происходит без взрыва, разбрасывания обкладок и сепаратора.

Взорвавшийся электролитический конденсатор на печатной плате жидкокристаллического монитора. Видны волокна бумажного сепаратора обкладок и развернувшиеся фольговые алюминиевые обкладки.

Старые электролитические конденсаторы выпускались в герметичных корпусах и в конструкции их корпусов не предусматривалась взрывобезопасность. Скорость разлета осколков при взрыве корпуса устаревших конденсаторов может быть достаточно большой, чтобы травмировать человека.

В отличие от электролитических, взрывоопасность оксиднополупроводниковых (танталовых) конденсаторов связана с тем, что такой конденсатор фактически представляет собой взрывчатую смесь: в качестве горючего служит тантал, а в качестве окислителя — двуокись марганца, и оба этих компонента в конструкции конденсатора перемешаны в виде тонкого порошка. При пробое конденсатора или при его случайной переполюсовке выделившееся при протекании тока тепло инициирует реакцию между данными компонентами, протекающую в виде сильной вспышки с хлопком, что сопровождается разбрасыванием искр и осколков корпуса. Сила такого взрыва довольно велика, особенно у крупных конденсаторов, и способна повредить не только соседние радиоэлементы, но и плату. При тесном расположении нескольких конденсаторов возможен прожог корпусов соседних конденсаторов, что приводит к одновременному взрыву всей группы.

Паразитные параметры

Реальные конденсаторы, помимо емкости, обладают также собственными последовательным и параллельным сопротивлением ииндуктивностью. С достаточной для практики точностью, эквивалентную схему реального конденсатора можно представить как показано на рисунке, где все двухполюсники подразумеваются идеальными.

Эквивалентная схема реального конденсатора и некоторые формулы.
C0 — собственная емкость конденсатора;
Rd — сопротивление изоляции конденсатора;
Rs — эквивалентное последовательное сопротивление;
Li — эквивалентная последовательная индуктивность.

Электрическое сопротивление изоляции диэлектрика конденсатора, поверхностные утечки Rd и саморазряд

Сопротивление изоляции — это сопротивление конденсатора постоянному току, определяемое соотношением Rd = U / Iут, где U — напряжение, приложенное к конденсатору, Iут — ток утечки.

Из-за тока утечки, протекающего через слой диэлектрика между обкладками и по поверхности диэлектрика, предварительно заряженный конденсатор с течением времени теряет заряд (саморазряд конденсатора). Часто, в спецификациях на конденсаторы, сопротивление утечки определяют через постоянную времени T саморазряда конденсатора, которая численно равна произведению емкости на сопротивление утечки:

T — это время, за которое начальное напряжение на конденсаторе, неподключенном ко внешней цепи уменьшится в e раз.

Хорошие конденсаторы с полимерными и керамическими диэлектриками имеют постоянные времени саморазряда достигающие многих сотен тысяч часов.

Эквивалентное последовательное сопротивление — Rs

Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС (англ. ESR), внутреннее сопротивление) обусловлено, главным образом, электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контакта(-ов) между ними, а также учитывает потери в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор, вследствиеповерхностного эффекта.

В большинстве практических случаев этим параметром можно пренебречь, но, иногда (напр., в случае использованияэлектролитических конденсаторов в фильтрах импульсных блоков питания), достаточно малое его значение существенно для надежности и устойчивости работы устройства. В электролитических конденсаторах, где один из электродов являетсяэлектролитом, этот параметр при эксплуатации со временем деградирует, вследствие испарения растворителя из жидкого электролита и изменения его химического состава, вызванного взаимодействием с металлическими обкладками, что происходит относительно быстро в низкокачественных изделиях (см. Capacitor plague (англ.)).

Некоторые схемы (например, стабилизаторы напряжения) критичны к диапазону изменения ЭПС конденсаторов в своих цепях. Это связано с тем, что при проектировании таких устройств инженеры учитывают этот параметр в фазочастотной характеристике (ФЧХ) обратной связи стабилизатора. Существенное изменение со временем ЭПС примененных конденсаторов изменяет ФЧХ, что может привести к снижению запаса устойчивости контуров авторегулирования, и, даже, к самовозбуждению.

Существуют специальные приборы (ESR-метр (англ.)) для измерения этого достаточно важного параметра конденсатора, по которому можно часто определить пригодность его дальнейшего использования в определенных целях. Этот параметр, кроме собственно емкости (емкость — это основной параметр) — часто имеет решающее значение в исследовании состояния старого конденсатора и принятия решения, стоит ли использовать его в определенной схеме, или он прогнозируемо выйдет за пределы допустимых отклонений.

Эквивалентная последовательная индуктивность — Li

Эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. Результатом этой распределенной паразитной индуктивности является превращение конденсатора в колебательный контур с характерной собственной частотой резонанса. Эта частота может быть измерена и обычно указывается в параметрах конденсатора либо в явном виде либо в виде рекомендованной максимальной рабочей частоты.

Тангенс угла диэлектрических потерь

Тангенс угла диэлектрических потерь — отношение мнимой и вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости.

Потери энергии в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках. При протекании переменного тока через конденсатор векторы напряжения и тока сдвинуты на угол где δ — угол диэлектрических потерь. При отсутствии потерь δ = 0. Тангенс угла потерь определяется отношением активной мощности Pа креактивной Pр при синусоидальном напряжении определенной частоты. Величина, обратная tg δ, называется добротностью конденсатора. Термины добротности и тангенса угла потерь применяются также для катушек индуктивности и трансформаторов.

Температурный коэффициент емкости (ТКЕ)

ТКЕ — относительное изменение емкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (кельвин). ТКЕ определяется так:

.

где — изменение емкости, вызванное изменением температуры на .
Таким образом, изменение емкости от температуры (при не слишком больших изменениях температуры) выражается линейной функцией:

,

где — изменение температуры в °C или К относительно нормальных условий, при которых специфицировано значение емкости, — емкость при нормальных условиях. TKE применяется для характеристики конденсаторов с практически линейной зависимостью емкости от температуры. Однако ТКЕ указывается в спецификациях не для всех типов конденсаторов.

Для конденсаторов, имеющих существенно нелинейную зависимость емкости от температуры и для конденсаторов с большими изменениями емкости от воздействия температуры окружающей среды в спецификациях нормируются относительное изменение емкости в рабочем диапазоне температур или в виде графика зависимости емкости от температуры.

Диэлектрическая абсорбция

Если заряженный конденсатор быстро разрядить до нулевого напряжения путем подключения низкоомной нагрузки, а затем снять нагрузку и наблюдать за напряжением на выводах конденсатора, то мы увидим, что напряжение на обкладках снова появится как если бы мы разрядили конденсатор не до нуля. Это явление получило название диэлектрическая абсорбция (диэлектрическое поглощение). Конденсатор ведет себя так, словно параллельно ему подключено множество последовательныхRC-цепочек с различной постоянной времени. Интенсивность проявления этого эффекта зависит в основном от свойств диэлектрика конденсатора.

Подобный эффект можно наблюдать практически на всех типах диэлектриков. В электролитических конденсаторах он особенно ярок и является следствием химических реакций между электролитом и обкладками. У конденсаторов с твердым диэлектриком (например, керамических и слюдяных) эффект связан с остаточной поляризацией диэлектрика. Наименьшим диэлектрическим поглощением обладают конденсаторы с неполярными диэлектриками: тефлон (фторопласт), полистирол, полипропилени т. п.

Эффект зависит от времени зарядки конденсатора, времени закорочения, иногда от температуры. Количественное значение абсорбции принято характеризоватькоэффициентом абсорбции, который определяется в стандартных условиях.

Особое внимание в связи с эффектом следует уделять измерительным цепям постоянного тока: прецизионным интегрирующим усилителям, устройствам выборки-хранения, некоторым схемам на переключаемых конденсаторах.

Паразитный пьезоэффект

Многие керамические материалы, используемые в качестве диэлектрика в конденсаторах (например, титанат бария, обладающий очень высокой диэлектрической проницаемостью в не слишком сильных электрических полях) проявляют пьезоэффект — способность генерировать напряжение на обкладках при механических деформациях. Это характерно для конденсаторов с пьезоэлектрическими диэлектриками. Пьезоэффект ведет к возникновению электрических помех, в устройствах, где использованы такие конденсаторы при воздействии акустического шума или вибрации на конденсатор. Это нежелательное явление иногда называют («микрофонным эффектом»).

Также, подобные диэлектрики проявляют и обратный пьезоэффект — при работе в цепи переменного напряжения происходит знакопеременная деформация диэлектрика, генерирующая акустические колебания, порождающие дополнительные электрические потери в конденсаторе.

Самовосстановление

Конденсаторы с металлизированным электродом (бумажный и пленочный диэлектрик) обладают важным свойством самовосстановления (англ. self-healing, cleaning) электрической прочности после пробоя диэлектрика. Механизм самовосстановления заключается в отгорании металлизации электрода после локального пробоя диэлектрика посредством микродугового электрического разряда.

Классификация конденсаторов

Существует три типа конденсаторов, основным среди них является электростатический конденсатор с сухим сепаратором. Эта классическая модель конденсатора имеет очень маленькую емкость и в основном используется в радиоэлектронике. Емкость конденсатора измеряется в фарадах и для электростатического колеблется в диапазоне пикофарад (пФ).

Следующий тип конденсатора — электролитический, он обеспечивает более высокую емкость в сравнении электростатическим и оценивается в микрофарадах (мкФ), что в миллион раз больше пикофарада. Сепаратор в таких конденсаторах влажного типа. Как и в электрических батареях, конденсаторы имеют разные полюса, которые необходимо соблюдать при использовании.

Третий тип – это суперконденсатор, его емкость оценивается в фарадах и в тысячи раз больше емкости электролитического. Суперконденсатор используется для хранения энергии, подвергающейся частым циклам заряда/разряда при высоких значениях силы тока и короткой длительности.

Суперконденсатор(ионистр), также известный как ультраконденсатор или двухслойный конденсатор, отличается от обычного конденсатора тем, что имеет очень большую емкость. Конденсатор хранит энергию с помощью статического заряда, в противовес электрохимическим реакциям батареи. Применение дифференциального напряжения на положительную и отрицательную пластины заряжает конденсат

Слюдяной герметичный конденсатор в металлостеклянном корпусе типа «СГМ» для навесного монтажа

Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность емкости, величину потерь и др.

По виду диэлектрика различают:

• Конденсаторы вакуумные (между обкладками находится вакуум).
• Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
• Конденсаторы с жидким диэлектриком.
• Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклопленочные),слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических пленок.
• Конденсаторы с твердым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, пленочные, комбинированные — бумажнопленочные, тонкослойные из органических синтетических пленок.
• Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего большой удельной емкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах), или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесенный непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спеченного порошка. Время наработки на отказ типичнного электролитического конденсатора 3000-5000 часов при максимально допустимой температуре, качественные конденсаторы имеют время наработки на отказ не менее 8000 часов при температуре 105°С . Рабочая температура — основной фактор, влияющий на продолжительность срока службы конденсатора. Если нагрев конденсатора незначителен из-за потерь в диэлектрике, обкладках и выводах, (например, при использовании его во времязадающих цепях при небольших токах или в качестве разделительных), можно принять, что интенсивность отказов снижается вдвое при снижении рабочей температуры на каждые 10 °C вплоть до +25 °C. При работе конденсаторов в импульсных сильноточных цепях (например, в импульсных источниках питания) такая упрощенная оценка надежности конденсаторов некорректна и расчет надежности более сложен.
• Твердотельные конденсаторы — вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник . Время наработки на отказ ~50000 часов при температуре 85°С. ЭПС меньше чем у жидко-электролитических и слабо зависит от температуры. Не взрываются.

Керамический подстроечный конденсатор

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей емкости:

• Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие своей емкости (кроме как в течение срока службы).
• Переменные конденсаторы — конденсаторы, которые допускают изменение емкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление емкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термо­конденсаторы). Применяются, например, в радиоприемниках для перестройки частоты резонансного контура.
• Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, емкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных емкостей сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение емкости.

В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространенные низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Также различают конденсаторы по форме обкладок: плоские, цилиндрические, сферические и другие.

Сравнение конденсаторов постоянной емкости

Тип конденсатора	Используемый диэлектрик	Особенности/применения	Недостатки
Конденсаторы с твердым органическим диэлектриком
бумажные конденсаторы
Масляные конденсаторы переменного тока	Промасленная бумага	В основном разрабатывались для обеспечения очень больших емкостей для промышленного применения в цепях переменного тока, выдерживая при этом большие токи и высокие пиковые напряжения частотой силовой питающей сети. В их задачи входит пуск и работа электрических моторов переменного тока, разделение фаз, коррекция коэффициента мощности, стабилизация напряжения, работа с контрольным оборудованием и т. д.	Ограничены низкой рабочей частотой, поскольку на высоких частотах имеют высокие диэлектрические потери.
Масляные конденсаторы постоянного тока	Бумага или ее комбинация с ПЭТ	Разработаны для работы при постоянном токе для фильтрации, удвоения напряжения, предотвращения образования дуги, как проходные и разделительные конденсаторы	При наличии пульсаций требуют уменьшения рабочего напряжения согласно предоставленным производителем графикам. Обладают бо́льшими размерами в сравнении с аналогами с полимерными диэлектриками.
Бумажные конденсаторы	Бумага/пропитанная бумага	Пропитанная бумага широко использовалась в старых конденсаторах. В качестве пропитки использовался воск, масло или эпоксидная смола. Некоторые подобные конденсаторы до сих пор применяются для работы при высоком напряжении, но в большинстве случаев теперь вместо них используют пленочные конденсаторы.	Большой размер. Большаягигроскопичность, из-за чего они поглощают влагу из воздуха даже при наличии пластикового корпуса и пропитки. Поглощенная влага ухудшает их характеристики, повышая диэлектрические потери и понижая сопротивление изоляции.
Металлизированные бумажные конденсаторы	Бумага	Меньший размер, чем у бумажно-фольговых конденсаторов	Подходят только для слаботочных применений. Вместо них стали широко применяться металлизированные пленочные конденсаторы.
Энергонакопительные конденсаторы	Конденсаторная крафт-бумага, пропитаннаякасторовым маслом или схожей жидкостью с высокой диэлектрической постоянной, и пластинки из фольги	Разработаны для работы в импульсном режиме с высоким током разряда. Лучше переносят изменение полярности напряжения чем многие полимерные диэлектрики. Обычно применяются в импульсных лазерах,генераторах Маркса, для импульсной сварки, при электромагнитной формовке и иных задачах, требующих использования импульсов большой мощности.	Имеют большой размер и вес. Их энергоемкость значительно меньше чем у конденсаторов использующих полимерные диэлектрики. . Не способны к самолечению. Отказ подобного конденсатора может быть катастрофичным из-за большого объема накопленной энергии.
пленочные конденсаторы
Полиэтилентерефталатныеконденсаторы	Полиэтилентерефталатная пленка	Меньше чем бумажные или полипропиленовые конденсаторы со схожими характеристиками. Могут использовать полоски фольги, металлизированную пленку или их комбинации. ПЭТ конденсаторы почти полностью заменили бумажные для задач, где требуется работа с прямым (постоянным) током. Имеют рабочие напряжения вплоть до 60000 вольт при постоянном токе, а рабочую температуру до 125 °C. Обладают невысокой гигроскопичностью.	Температурная стабильность ниже чем у бумажных. Могут применяться при низкочастотном переменном токе, но непригодны при высокочастотном из-за чрезмерного нагрева диэлектрика.
Полиамидные конденсаторы	Полиамид	Рабочая температура до 200 °C. Высокое сопротивление изоляции, хорошая стабильность, малый тангенс угла потерь.	Большие размеры и высокая цена.
Каптоновые конденсаторы	Полиимидная пленка марки Каптон	Аналогичны ПЭТ, но обладают значительно более высокой рабочей температурой (вплоть до 250 °C).	Дороже ПЭТ. Температурная стабильность ниже чем у бумажных конденсаторов. Также могут применяться только при низкочастотном переменном токе, так как при высоких частотах происходит сильный нагрев диэлектрика.
Поликарбонатные конденсаторы	Поликарбонат	Имеют лучшее сопротивление изоляции, тангенс угла потерь и диэлектрическую адсорбцию в сравнении с полистирольными конденсаторами. Обладают лучшей влагостойкостью. Температурный коэффициент примерно ±80 ppm. Выдерживают полное рабочее напряжение на всем температурном диапазоне (от −55 °C до 125 °C)	Максимальная рабочая температура ограничена на уровне 125 °C.
Полисульфоновые конденсаторы	Полисульфон	Аналогичны поликарбонатным. Могут выдерживать полное номинальное напряжение на сравнительно высоких температурах. Поглощение влаги около 0,2 %, что ограничивает их стабильность.	Малая доступность и высокая стоимость.
Полипропиленовые конденсаторы	Полипропилен	Чрезвычайно низкий тангенс угла потерь, более высокая диэлектрическая прочность, чем у поликарбонатных и ПЭТ конденсаторов. Низкая гигроскопичность и высокое сопротивление изоляции. Могут использовать полоски фольги, металлизированную пленку или их комбинации. Пленка совместима с технологией самолечения, повышающей надежность. Могут работать на высоких частотах, в том числе при большой мощности, например, для индукционного нагрева (часто вместе с водяным охлаждением), благодаря очень низким диэлектрическим потерям. При более высоких емкостях и рабочем напряжении, например от 1 до 100 мкФ и напряжением до 440 вольт переменного тока, могут применяться как пусковые для работы с некоторыми типами однофазных электрических моторов.	Более чувствительны к повреждениям от кратковременных перенапряжений или переполюсовке чем пропитанные маслом бумажные конденсаторы.
Полистирольные конденсаторы	Полистирол	Отличные пленочные высокочастотные конденсаторы общего применения. Имеют отличную стабильность, высокую влагостойкость и малый отрицательный температурный коэффициент, позволяющий использовать их для компенсации положительного температурного коэффициента других компонентов. Идеальны для маломощных высокочастотных и прецизионных аналоговых задач.	Максимальная рабочая температура ограничена +85 °C. Сравнительно большие по размеру.
Фторопластовые конденсаторы	Политетрафторэтилен	Отличные пленочные высокочастотные конденсаторы общего применения. Очень низкие диэлектрические потери. Рабочая температура до 250 °C, огромное сопротивление изоляции, хорошая стабильность. Используются в критичных задачах.	Большой размер из-за низкой диэлектрической постоянной, более высокая цена в сравнении с другими конденсаторами.
Металлизированные полиэтилентерефталатные и поликарбонатные конденсаторы	ПЭТ или Поликарбонат	Надежные и значительно меньшие по размеру. Тонкая металлизация может использоваться для придания им свойства самовосстановления.	Тонкая металлизация ограничивает максимальный ток.
Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком
Многоуровневые пластинчатые слюдяные конденсаторы	Слюда	Преимущества данных конденсаторов основаны на том, что их диэлектрик инертен. Он не изменяется со временем ни физически, ни химически, а также имеет хорошую температурную стабильность. Обладают очень высокой стойкостью к коронным разрядам.	Без правильной герметизации подвержены влиянию влажности, что ухудшает их параметры. Высокая цена из-за редкости и высокого качества диэлектрика, а также ручной сборки.
Металлизированные или серебряные слюдяные конденсаторы	Слюда	Те же преимущества, в дополнение обладают большей устойчивостью к влаге.	Более высокая цена.
Стеклянные конденсаторы	Стекло	Аналогичны слюдяным. Стабильность и частотные характеристики лучше, чем у слюдяных. Очень надежные, очень стабильные, стойкие к радиации.	Высокая цена.
Температурно-компенсированные керамические конденсаторы	Смесь сложных соединений титанатов	Дешевые, миниатюрные, обладают превосходными высокочастотными характеристиками и хорошей надежностью. Предсказуемое линейное изменение емкости относительно температуры. Имеются изделия, выдерживающие до 15000 вольт	Изменение емкости при различном приложенном напряжении, частоте, подвержены старению.
Керамические конденсаторы с высокой диэлектрической постоянной	Диэлектрики, основанные на титанате бария	Миниатюрнее температурно-компенсированных конденсаторов из-за большей диэлектрической постоянной. Доступны для напряжений вплоть до 50000 вольт.	Обладают меньшей температурной стабильностью, емкость значительно изменяется при различном приложенном напряжении.
Конденсаторы с оксидным диэлектриком
Алюминиевые электролитические конденсаторы	Оксид алюминия	Огромное отношение емкости к объему, недорогие, полярные. В основном применяются как сглаживающие и питающие конденсаторы в источниках питания. Наработка на отказ конденсатора с максимально допустимой рабочей температурой 105 °C при расчете составляет до 50000 часов при температуре 75 °C	Высокие токи утечки, большое внутреннее сопротивление и индуктивность ограничивают возможность использования их на высоких частотах. Имеют низкую температурную стабильность и плохие отклонения параметров. Могут взорваться при превышении допустимых параметров и/или перегреве, при приложении обратного напряжения. Максимальное напряжение около 500 вольт.
Танталовые конденсаторы	Оксид тантала	Большое отношение емкости к объему, малый размер, хорошая стабильность, большой диапазон рабочих температур. Широко используются в миниатюрном оборудовании и компьютерах. Доступны как в полярном, так и неполярном исполнении. Твердотельные танталовые конденсаторы имеют намного лучшие характеристики по сравнению с имеющими жидкий электролит.	Дороже алюминиевых электролитических конденсаторов. Максимальное напряжение ограничено планкой около 50 вольт. Взрываются при превышении допустимого тока, напряжения или скорости нарастания напряжения, а также при подаче напряжения неправильной полярности.
Твердотельные конденсаторы	Оксид алюминия, оксидтантала	Вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ ~50000 часов при температуре 85°С. ЭПС меньше чем у жидко-электролитических и слабо зависит от температуры. Не взрываются.	Дороже обычных. При 105°С срок службы как у обычных электролитических. Рабочие напряжения до 35 В.
Конденсаторы с двойным электрическим слоем
Конденсаторы с двойным электрическим слоем (ионисторы)	Тонкий слой электролита иактивированный уголь	Огромная емкость относительно объема, маленький размер, низкоеэквивалентное последовательное сопротивление. Доступны номиналы в сотни и даже тысячи фарад. Это сравнительно новая технология. Обычно используются для временного питания оборудования при замене батарей. Могут заряжаться и разряжаться бо́льшими токами, чем батареи, что делает их ценными для гибридных автомобилей. Полярные, имеют низкое номинальное напряжение (вольт на конденсаторную ячейку). Группы ячеек соединяются последовательно для повышения общего рабочего напряжения.	Относительно высокая стоимость.
Литий-ионные конденсаторы	Ион лития	Литий-ионные конденсаторы обладают большей энергоемкостью, сравнимой с батареями, безопаснее в сравнении с литий-ионными батареями, в которых начинается бурная химическая реакция при высокой температуре. По сравнению с ионисторами они имеют большее выходное напряжение. Удельная мощность у них сравнимa, но плотность энергии у Li-ion конденсаторов гораздо выше.	Новая технология.
Конденсаторы вакуумные
Вакуумные конденсаторы	Вакуумные конденсаторы используют стеклянные или керамические колбы с концентрическими цилиндрическими электродами.	Чрезвычайно малые потери. Используются для мощных высоковольтных радиочастотных задач, таких как индукционный нагрев, где даже малые потери приводят к чрезмерному нагреву самого конденсатора. При ограниченном токе искры могут обладать самовосстановлением.	Очень высокая цена, хрупкость, большой размер, низкая емкость.

12 пФ, 20 кВ вакуумный конденсатор постоянной емкости.

Два 8 мкФ, 525 В бумажных электролитических конденсатора в радио 1930х годов.

Применение конденсаторов и их работа

Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники.

• Конденсаторы (совместно с катушками индуктивности и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п.

• Во вторичных источниках электропитания конденсаторы применяются для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.

• При быстром разряде конденсатора можно получить импульс большой мощности, например, в фотовспышках,электромагнитных ускорителях, импульсных лазерах с оптической накачкой, генераторах Маркса, (ГИН; ГИТ), генераторах Кокрофта-Уолтона и т. п.

• Так как конденсатор способен длительное время сохранять заряд, то его можно использовать в качестве элемента памяти (см.DRAM, Устройство выборки и хранения).

• Конденсатор может использоваться как двухполюсник, обладающий реактивным сопротивлением, для ограничения силы переменного тока в электрической цепи (см. Балласт).

• Процесс заряда и разряда конденсатора через резистор (см. RC-цепь) или генератор тока занимает определенное время, что позволяет использовать конденсатор в времязадающих цепях, к которым не предъявляются высокие требования временной и температурной стабильности (в схемах генераторов одиночных и повторяющихся импульсов, реле времени и т. п.).

• В электротехнике конденсаторы используются для компенсации реактивной мощности и в фильтрах высших гармоник.

• Конденсаторы способны накапливать большой заряд и создавать большую напряженность на обкладках, которая используется для различных целей, например, для ускорения заряженных частиц или для создания кратковременных мощных электрических разрядов (см. генератор Ван де Граафа).

• Измерительный преобразователь (ИП) малых перемещений: малое изменение расстояния между обкладками очень заметно сказывается на емкости конденсатора.
• ИП влажности воздуха, древесины (изменение состава диэлектрика приводит к изменению емкости).

• В схемах РЗиА конденсаторы используются для реализации логики работы некоторых защит. В частности, в схеме работы АПВ использование конденсатора позволяет обеспечить требуемую кратность срабатывания защиты.

• Измерителя уровня жидкости. Непроводящая жидкость заполняет пространство между обкладками конденсатора, и емкость конденсатора меняется в зависимости от уровня.

• Фазосдвигающего конденсатора. Такой конденсатор необходим для пуска, а в некоторых случаях и работы однофазных асинхронных двигателей. Также он может применяться для пуска и работы трехфазных асинхронных двигателей при питании от однофазного напряжения.

• Аккумуляторов электрической энергии (см. Ионистор). В этом случае на обкладках конденсатора должно быть достаточно постоянное значения напряжения и тока разряда. При этом сам разряд должен быть значительным по времени. В настоящее время идут опытные разработки электромобилей и гибридов с применением конденсаторов. Также существуют некоторые модели трамваев, в которых конденсаторы применяются для питания тяговых электродвигателей при движении по обесточенным участкам.

Маркировка конденсаторов

Маркировка советских и российских конденсаторов

Существуют две системы обозначения советских/российских конденсаторов: буквенная (старая) и цифровая (новая).

Старая система обозначений

Буквенная система распространяется на конденсаторы, разработанные до 1960 года. В этой системе первая буква К означает конденсатор, вторая — тип диэлектрика (Б — бумажный, С — слюдяной, К — керамический, Э — электролитический и так далее…), третья — конструктивные особенности (герметичность исполнения или условия эксплуатации). Для упрощения системы обозначений часто первую букву К пропускают, оставляя вторую и последующие .

Новая система обозначений

В соответствии с новой (цифровой) системой маркировки конденсаторы делятся на группы по виду диэлектрика, назначению и варианту исполнения . Согласно этой системе, первая буква «К» означает «конденсатор», дальше следует цифра, обозначающая вид диэлектрика, и буква, указывающая, в каких цепях может использоваться конденсатор; после нее стоит номер разработки или буква, указывающая вариант конструкции .

См. также

• резистор , переменный резистор , подстроечный резистор , варистор ,
• мемристор , пизастор , четвёртый пассивный элемент электротехники ,
• катушка индуктивности , индуктивность , виды индуктивностей , характеристики индуктивности ,
• Электрический импеданс
• Вариконд
• Твердотельный конденсатор
• Ионистор
• Переходный процесс
• Схемы на переключаемых конденсаторах
• Метод Печини

Статью про электрический конденсатор я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развии теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое электрический конденсатор,конденсатор,конденсаторы,переменный конденсатор,подстроечный конденсатор,суперконденсатор,ионистр,применение конденсаторов и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Функции конденсатора. Назначение и применение конденсаторов

Конденсатор — это элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов обкладок, разделённых диэлектриком и предназначенный для использования его ёмкости. Ёмкость конденсатора — есть отношение заряда конденсатора к разности потенциалов, которую заряд сообщает конденсатору.

В качестве диэлектрика в конденсаторах используются органические и неорганические материалы, в том числе оксидные плёнки некоторых металлов. При приложении к конденсатору постоянного напряжения происходит его заряд; при этом затрачивается определённая работа, выражаемая в джоулях.

Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники.Конденсаторы (совместно с катушками индуктивности и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п.

В вторичных источниках электропитания конденсаторы применяются для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.

В промышленной электротехнике конденсаторы используются для компенсации реактивной мощности и в фильтрах высших гармоник.

Конденсаторы способны накапливать большой заряд и создавать большую напряжённость на обкладках, которая используется для различных целей, например, для ускорения заряженных частиц или для создания кратковременных мощных электрических разрядов.

Измерительный преобразователь (ИП) малых перемещений: малое изменение расстояния между обкладками очень заметно сказывается на ёмкости конденсатора. ИП влажности воздуха, древесины (изменение состава диэлектрика приводит к изменению ёмкости).

Измерителя уровня жидкости. Непроводящая жидкость заполняет пространство между обкладками конденсатора, и ёмкость конденсатора меняется в зависимости от уровня.

Фазосдвигающего конденсатора. Такой конденсатор необходим для пуска, а в некоторых случаях и работы однофазных асинхронных двигателей. Также он может применяться для пуска и работы трёхфазных асинхронных двигателей при питании от однофазного напряжения.

Аккумуляторов электрической энергии. В этом случае на обкладках конденсатора должно быть достаточно постоянное значения напряжения и тока разряда. При этом сам разряд должен быть значительным по времени.

В настоящее время идут опытные разработки электромобилей и гибридов с применением конденсаторов. Также существуют некоторые модели трамваев, в которых конденсаторы применяются для питания тяговых электродвигателей при движении по обесточенным участкам.

Классификация конденсаторов.

Рисунок 1.

Условное обозначение на схемах.

Взависимости от назначения конденсаторы разделяются на две большие группы: общего и специального назначения.

Группа общего назначения включает в себя широко применяемые конденсаторы, используемые в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ней относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования.

Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся: высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и др.

В зависимости от способа монтажа конденсаторы могут выполняться для печатного и навесного монтажа, а также в составе микромодулей и микросхем или для сопряжения с ними. Выводы конденсаторов для навесного монтажа могут быть жёсткие или мягкие, аксиальные или радиальные из проволоки круглого сечения или ленты, в виде лепестков, с кабельным вводом, в виде проходных шпилек, опорных винтов и т. п.

По характеру защиты от внешних воздействий конденсаторы выполняются: незащищёнными, защищёнными, неизолированными, изолированными, уплотнёнными и герметизированными.

Незащищённые конденсаторы допускают эксплуатацию в условиях повышенной влажности только в составе герметизированной аппаратуры. Защищённые конденсаторы допускают эксплуатацию в аппаратуре любого конструктивного исполнения. Неизолированные конденсаторы (с покрытием или без него) не допускают касаний своим корпусом шасси аппаратуры. Изолированные конденсаторы имеют достаточно хорошее изоляционное покрытие и допускают касания корпусом шасси аппаратуры. Уплотнённые конденсаторы имеют уплотнённую органическими материалами конструкцию корпуса. Герметизированные конденсаторы имеют герметичную конструкцию корпуса, который исключает возможность сообщения окружающей среды с его внутренним пространством. Герметизация производится с помощью керамических и металлических корпусов или стеклянных колб. По виду диэлектрика все конденсаторы можно разделить на группы: с органическим, неорганическим, газообразным и оксидным диэлектриком.

.

Роль конденсатора в электронной схеме заключается в накоплении электрического заряда, разделения постоянной и переменной составляющей тока, фильтрации пульсирующего тока и многое другое. Как и резисторы, конденсатор бывают разных типов и емкостей. Выпускаются в разных корпусах, самые маленькие это ЧИП SMD конденсаторы, которые применяются например в сотовых телефонах.

Конструктивно конденсатор состоит из двух проводящих обкладок, изолированных диэлектриком. В зависимости от конструкции и назначения конденсатора диэлектриком может служить воздух, бумага, керамика, слюда.

Основными параметрами конденсаторов являются:

Номинальная ёмкость. Ёмкость измеряют в Фарадах (Ф). В электронике используются конденсаторы с разными емкостями, это пикофарады, нанофарады и микрофарады.

Номинальное напряжение. Это напряжение, при котором конденсатор выполняет свои функции. Номинальное напряжение маркируют на корпусе конденсатора, при превышении этого напряжения конденсаторы взрываются.

Допуск. Также как у резисторов и у конденсаторов есть допустимое отклонение величины его реальной ёмкости от той, что указана на его корпусе, у конденсаторов может достигать 20 – 30%. В технике, где требуется особая точность номинальных значений ёмкости, применяются конденсаторы с малым допуском (1% и менее).

Изображается конденсатор на принципиальных схемах так, как показано на рисунке.

Типы конденсаторов

Электролитический полярный конденсатор.

Кроме обычных конденсаторов (пико и нанофарадов) существуют электролитические. Емкость их намного больше, чем у обычных, следовательно, габариты также существенно больше. Отличительная особенность электролитических конденсаторов – полярность.

Если обычные конденсаторы можно впаивать в схему не беспокоясь о полярности прикладываемого к конденсатору напряжения, то электролитический конденсатор необходимо включать в схему строго в соответствии с полярностью напряжения. У электролитических конденсаторов один вывод плюсовой, другой минусовой.

Подстроечный конденсатор.

Также широкое применение получили подстроечные конденсаторы. Подстроечные конденсаторы необходимы в тех случаях, когда требуется точная подстройка ёмкости в электронной схеме. В таких конденсаторах подстройку ёмкости производят один раз или очень редко.

Конденсатор переменной емкости (КПЕ).

Наряду с подстроечными конденсаторами существуют и конденсаторы переменной ёмкости. В отличие от подстроечных, переменные конденсаторы служат для частой подстройки ёмкости. В простом (не цифровом) приёмнике настройка на радиостанцию как раз и осуществляется с помощью конденсатора переменной ёмкости.

Конденсатор не пропускает постоянный ток и является для него изолятором.

Для переменного тока конденсатор не является преградой. Сопротивление конденсатора (ёмкостное сопротивление) переменному току уменьшается с увеличением его ёмкости и частоты тока, и наоборот, увеличивается с уменьшением его ёмкости и частоты тока.

В электротехнике и радиоэлектронике широкое распространение получили различные виды конденсаторов. Каждый из них представляет собой устройство с двумя полюсами, имеющее определенное или переменное значение емкости и очень малую проводимость. Самый простой вариант конденсатора включает в себя два электрода в виде пластин или обкладок, где накапливаются разряды с противоположным значением. Чтобы избежать замыкания, они разделяются между собой тонкими .

Стандартный выпускаемый конденсатор состоит из электродов в виде многослойного рулона лент, разделяемых диэлектриком. Конфигурация конденсатора, чаще всего, представляет собой параллелепипед или цилиндр.

Как работает конденсатор

В сравнении с обычной батареей, конденсатор имеет существенные отличия. У него совершенно другая максимальная емкость, а также скорость зарядки и разрядки.

При подключении к источнику питания в самом начале ток зарядки будет иметь максимальное значение. Однако, по мере того, как заряд накапливается, наблюдается постепенное уменьшение тока, который полностью пропадает при полном заряде. Напряжение во время зарядки, наоборот, увеличивается и по окончании процесса становится равным напряжению в источнике питания.

Обозначение конденсаторов на схеме.

В случае подключения нагрузки при отключенном источнике питания, конденсатор сам становится источником тока. В этот момент, между пластинами происходит образование цепи. Через нагрузку происходит движение отрицательно заряженных электронов к ионам, обладающим положительным зарядом. В данном случае, вступает в силу закон притяжения разноименных зарядов. При прохождении тока через нагрузку происходит постепенная потеря заряда и, в конечном итоге, разрядка конденсатора. Одновременно, снижается напряжение и ток. Процесс разрядки считается завершенным, когда напряжение на электродах будет равным нулю.

Время зарядки полностью зависит от величины , а время его разрядки находится в зависимости от величины подключаемой нагрузки.

Применение конденсаторов

Конденсаторы, так же как транзисторы и , нашли широкое применение для электронных и радиотехнических схем. В электрических цепях они играют роль емкостного сопротивления. Благодаря способности к быстрой разрядке и созданию импульсов, они применяются в конструкциях фотовспышек, лазерах и ускорителях электромагнитного типа.

Очень эффективны конденсаторы при переключении электродвигателя с 380 на 220 вольт. Во время переключения к третьему выводу, происходит сдвиг фазы на 90 градусов. Таким образом, появляется возможность подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть.

Применение конденсаторов в технике довольно обширно. Практически в каждой электрической или электронной схеме содержатся эти радиоэлементы. Трудно представить блок питания, в котором бы не было конденсаторов. Они наряду с резисторами и транзисторами являются основой радиотехники.

А что же такое конденсатор? Это простейший элемент, с двумя металлическими обкладками, разделенными диэлектрическим веществом. Принцип работы этих приборов основан на способности сохранения электрического заряда, т. е. заряжаться, а в нужный момент разряжаться.

В современной электронике применение конденсаторов весьма широкое и разностороннее. Разберем, в каких сферах техники, и с какой целью используются эти приборы:

1. В телевизионной и радиотехнической аппаратуре — для реализации колебательных контуров, а также их блокировки и настройки. Также их используют для разделения цепей различной частоты, в выпрямительных фильтрах и т. д.
2. В радиолокационных приборах — с целью формирования импульсов большой мощности.
3. В телеграфии и телефонии — для разделения цепей постоянного и различной частоты, симметрирования кабелей, искрогашения контактов и прочее.
4. В телемеханике и автоматике — с целью реализации принципа, разделения цепей пульсирующего и постоянного токов, искрогашения контактов, в тиратронных импульсных генераторах и т. д.
5. В сфере счетных устройств — в специальных запоминающих устройствах.
6. В электроизмерительной аппаратуре — для получения образцов емкости, создания переменных емкостей (лабораторные переменные емкостные приборы, магазины емкости), создания измерительных устройств на емкостной основе и т. д.
7. В лазерных устройствах — для формирования мощных импульсов.

Применение конденсаторов в современном электроэнергетическом комплексе также довольно разнообразно:

• для повышения коэффициента мощности, а также для промышленных установок;
• для создания продольной компенсационной емкости дальних а также для регулировки напряжения распределительных сетей;
• для отбора емкостной энергии от высоковольтных линий передач и для подключения к ним специальной защитной аппаратуры и приборов связи;
• для защиты от перенапряжения сети;
• для применения в мощных тока, в схемах импульсного напряжения;
• для разрядной электрической сварки;
• для запуска конденсаторных электродвигателей и для создания требуемого сдвига фаз дополнительных обмоток двигателей;
• в осветительных приборах на основе люминесцентных ламп;
• для гашения радиопомех, которые создаются электрическим оборудованием и электротранспортом.

Применение конденсаторов в неэлектротехнических областях промышленности и техники также весьма широко. Так, в сфере металлопромышленности эти компоненты обеспечивают бесперебойную работу высокочастотных установок для плавки и термообработки металлов. Применение конденсаторов в угольной и металлорудной добывающей промышленности позволило построить транспорт на конденсаторных электровозах. А в электровзрывных устройствах используется электрогидравлический эффект.

Подведя итог, скажем, что конденсаторов настолько широка, что она охватывает все сферы нашей жизни, нет такого направления, где бы ни использовались эти приборы.

« «Типы конденсаторов и их применение на — презентация на Slide-Share.ru 🎓

1

Первый слайд презентации: Презентация по электротехнике на тему: « «Типы конденсаторов и их применение на подвижном составе железнодорожного транспорта»

Выполнил студент Сухов Максим Игоревич студент 113 группы СПб ГБПОУ Электромеханический техникум железнодорожного транспорта имени А. С. Суханова Презентация по электротехнике на тему: « «Типы конденсаторов и их применение на подвижном составе железнодорожного транспорта»

Изображение слайда

2

Слайд 2: Цель презентации

Развить интерес к электротехнике Для выполнения задач Для роста и развития Цель презентации

Изображение слайда

3

Слайд 3

Конденсатор  — двухполюсник с постоянным или переменным значением ёмкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.  Конденсатор  является пассивным электронным компонентом. Конденсатор является пассивным электронным компонентом.  Ёмкость  конденсатора измеряется в Фарадах. Конденсатор является пассивным электронным компонентом [. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин (называемых  обкладками ), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок (см. рис.). 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).

Изображение слайда

4

Слайд 4: Строение

Изображение слайда

5

Слайд 5: По виду диэлектрика различают

Конденсаторы вакуумные  (между обкладками находится  вакуум). Конденсаторы с  газообразным  диэлектриком. Конденсаторы с  жидким  диэлектриком. Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком:  стеклянные  (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёначатые),   слюдяные,   керамические, тонкослойные из неорганических плёнок. По виду диэлектрика различают

Изображение слайда

6

Слайд 6

Изображение слайда

7

Слайд 7: Электроёмкость

Изображение слайда

8

Слайд 8: Обозначение на схемах

Изображение слайда

9

Слайд 9: Применение конденсаторов и их работа

используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности,  фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п. Во вторичных источниках электропитания конденсаторы применяются для сглаживания пульсации выпрямленного напряжения. При быстром разряде конденсатора можно получить импульс большой мощности, например, в фотовспышках, электромагнитных ускорителях, импульсных лазерах с оптической накачкой, генераторах Маркса. Так как конденсатор способен длительное время сохранять заряд, то его можно использовать в качестве элемента памяти. Процесс заряда и разряда конденсатора через резистор или генератор тока занимает определённое время, что позволяет использовать конденсатор во  времязадающих цепях, к которым не предъявляются высокие требования временной и температурной стабильности. В электротехнике конденсаторы используются для компенсации реактивной мощности и в фильтрах высших  гармоник. Конденсаторы способны накапливать большой заряд и создавать большую напряжённость на обкладках, которая используется для различных целей, например, для ускорения  заряженных частиц или для создания кратковременных мощных электрических разрядов. Измерительный преобразователь малых перемещений: малое изменение расстояния между обкладками очень заметно сказывается на ёмкости конденсатора. В схемах  РЗиА  конденсаторы используются для реализации логики работы некоторых защит. В частности, в схеме работы  АПВ  использование конденсатора позволяет обеспечить требуемую кратность срабатывания защиты. Применение конденсаторов и их работа

Изображение слайда

10

Слайд 10

Изображение слайда

11

Слайд 11: Опасность разрушения

Взрывы электролитических конденсаторов — довольно распространённое явление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением  эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения. Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают вышибной предохранительный клапан или выполняют надсечку корпуса. Старые электролитические конденсаторы выпускались в герметичных корпусах и в конструкции их корпусов не предусматривалась взрывобезопасность. Скорость разлёта осколков при взрыве корпуса устаревших конденсаторов может быть достаточной для того, чтобы травмировать человека. Опасность разрушения

Изображение слайда

12

Последний слайд презентации: Презентация по электротехнике на тему: « «Типы конденсаторов и их применение на: Итоги

Энергия конденсатора обычно не очень велика, к тому же она не сохраняется долго из-за неизбежной утечки заряда. Поэтому заряженные конденсаторы не могут заменить, например, аккумуляторы в качестве источников электрической энергии. Но конденсаторы имеют одно важное свойство : они могут накапливать энергию более или менее длительное время, а при разрядке через цепь малого сопротивления отдают энергию почти мгновенно. Именно это свойство широко используют на практике. Итоги

Изображение слайда

Презентация на тему типы конденсаторов. Презентация на тему типы конденсаторов и их применение. сравнению с размерами проводников

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Лицей № 7» г. Бердск

Конденсаторы

8 класс

Учитель физики

И.В.Торопчина

Конденсатор

Конденсатор- это устройство, предназначенное для накопления электрического заряда и энергии электрического поля.

Конденсатор

Конденсатор представляет собой два

проводника (обкладки), разделенных слоем

диэлектрика, толщина которого мала по

сравнению с размерами проводников.

Все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора и однородно.

Заряд конденсатора — это абсолютное значение заряда одной из обкладок конденсатора.

— по виду диэлектрика : воздушные,

слюдяные, керамические,

электролитические. — по форме обкладок : плоские,

сферические, цилиндрические. — по величине емкости:

постоянные, переменные.

• В зависимости от назначения конденсаторы имеют различное устройство.

• Обычный технический бумажный конденсатор состоит из двух полосок алюминиевой фольги, изолированных друг от друга и от металлического корпуса бумажными лентами, пропитанными парафином. Полоски и ленты туго свернуты в пакет небольшого размера

Конденсаторы переменной электроемкости

Обозначение конденсаторов

Конденсатор постоянной ёмкости

Конденсатор переменной ёмкости

Электроемкость

Физическая величина, характеризующая способность двух проводников накапливать электрический заряд называется электроёмкостью, или ёмкостью.

При увеличении заряда в 2, 3, 4 раза соответственно в 2, 3, 4

раза увеличатся показания электрометра, т. е. увеличится

напряжение между пластинами конденсатора.

Отношение заряда к напряжению будет оставаться

постоянным:

Электроёмкость конденсатора

• Величина, измеряемая отношением заряда ( q) одной из пластин конденсатора к напряжению ( U) между пластинами, называется электроёмкостью конденсатора .
• Электроёмкость конденсатора вычисляется по формуле:

C = q / U

Единицы электроемкости

Электроемкость измеряется в фарадах(Ф)

[ С ] = 1Ф (фарад)

Электроемкость двух проводников численно

равна единице, если при сообщении им зарядов

+1 Кл и -1 Кл между ними возникает разность

потенциалов 1В

1Ф = 1Кл/В

Единицы электроемкости

1 мкФ (микрофарад)=10 -6 Ф

1 нФ (нанофарад)=10 -9 Ф

1 пФ (пикофарад)=10 -12 Ф

• Чем больше площадь пластин, тем больше ёмкость конденсатора.
• При уменьшении расстояния между пластинами конденсатора при неизменном заряде ёмкость конденсатора увеличивается.
• При внесении диэлектрика ёмкость конденсатора увеличивается.

Емкость конденсатора зависит от площади пластин, расстояния между пластинами, от свойств внесённого диэлектрика.

Электроемкость

от геометрических

размеров проводников

Зависит

от формы проводников и

их взаимного расположения

от электрических свойств

среды между проводниками

Энергия конденсатора

• Для того чтобы зарядить конденсатор, нужно совершить работу по разделению положительных и отрицательных зарядов. В соответствии с законом сохранения энергии, совершённая работа А равна энергии конденсатора Е, т. е

А = Е,

где Е — энергия конденсатора.

• Работу электрическое поле конденсатора, можно найти по формуле: А = qU cp ,

где U ср — это среднее значение напряжения.

U ср = U/2; тогда А = qU ср = qU/2, так как q = CU, то А = CU 2 /2.

• Энергия конденсатора ёмкостью С равна:

W = CU 2 /2

• Конденсаторы могут длительное время накапливать энергию, а при разрядке они отдают её почти мгновенно.
• Свойство конденсатора накапливать и быстро отдавать электрическую энергию широко используется в электротехнических и электронных устройствах, в медицинской технике (рентгеновская техника, устройства электротерапии), при изготовлении дозиметров, аэрофотосъёмке.

• Лампа-вспышка питается электрическим током разрядки конденсатора.
• Газоразрядные трубки зажигаются при разрядки батареи конденсаторов.
• Радиотехника .

Первый конденсатор был изобретен в 1745 г. немецким юристом и учёным Эвальд Юрген фон Клейстом

Первый конденсатор: одна обкладка-ртуть, другая обкладка- рука экспериментатора, державшая банку.

• Почти такой же опыт и почти в то же время был поставлен в голландском городе Лейдене профессором университета Питером ван Мушенбруком.
• Зарядив воду и взяв банку в одну руку, он прикоснулся другой рукой к металлическому стержню, служившему для подвода заряда к воде. При этом Мушенбрук ощутил такой сильный удар в руки, плечи и грудь, что потерял сознание, и два дня приходил в себя.
• Эксперимент ван Мушенбрука получил большую известность, поэтому конденсатор стал известен как «лейденская банка».

Домашнее задание

§ 54, Упражнение 38

Питер ван Мушенбрук ()

Что такое конденсатор? Конденсатор (от лат. condense «уплотнять», «сгущать») двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.лат.двухполюсникёмкостипроводимостью диэлектриком

Свойства конденсатора Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора, замыкаясь так называемым током смещенияцепи постоянного тока переменного токатоком смещения

В терминах метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом:метода комплексных амплитуд импедансом Резонансная частота конденсатора равна: Резонансная частота При конденсатор в цепи переменного тока ведёт себя как катушка индуктивности. Следовательно, конденсатор целесообразно использовать лишь на частотах, на которых его сопротивление носит ёмкостный характер. Обычно максимальная рабочая частота конденсатора примерно в 23 раза ниже резонанснойкатушка индуктивности

Основные параметры. Ёмкость Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q = CU). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до сотен микрофарад. Однако существуют конденсаторы с ёмкостью до десятков фарад. ёмкостьэлектрический зарядзаряд напряжениюфарад Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью каждая, расположенных на расстоянии d друг от друга, в системе СИ выражается формулойСИ

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею. Если у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшей площади. При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы, так как от источника питания они поступают только на внешние электроды, а на внутренних электродах они получаются только за счет разделения зарядов, ранее нейтрализовавших друг друга. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна

Удельная ёмкость. Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.

Плотность энергии Плотность энергии электролитического конденсатора зависит от конструктивного исполнения. Максимальная плотность достигается у больших конденсаторов, где масса корпуса невелика по сравнению с массой обкладок и электролита. Например, у конденсатора EPCOS B4345 емкостью мкФ x 450 В и массой 1.9кг плотность энергии составляет 639Дж/кг или 845Дж/л. Особенно важен этот параметр при использовании конденсатора в качестве накопителя энергии, с последующим мгновенным её высвобождением, например, в пушке Гауссапушке Гаусса

Номинальное напряжение Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах. Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается, что связано с увеличением тепловой скорости движения носителей заряда и, соответственно, снижению требований для образования электрического пробоя.температурыскоростиносителей заряда

Полярность Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.электролитические электролитавзрыва

В настоящее время широко применяются бумажные конденсаторы для напряжений в несколько сот вольт и ёмкостью в несколько микрофарад. В таких конденсаторах обкладками служат две длинные ленты тонкой металлической фольги, а изолирующей прокладкой между ними – несколько более широкая бумажная лента, пропитанная парафином. Бумажной лентой покрывается одна из обкладок, затем ленты туго свёртываются в рулон и укладываются в специальный корпус. Такой конденсатор, имея размеры спичечного коробка, обладает ёмкостью 10мкФ (металлический шар такой ёмкости имел бы радиус 90км).

В радиотехнике применяются слюдяные конденсаторы небольшой ёмкости (от десятков до десятков тысяч пикофарад). В них листки станиоля прокладываются слюдой так, что все нечётные листки станиоля, соединённые вместе, образуют одну обкладку конденсатора, тогда как чётные листки образуют другую обкладку. Внешний вид и отдельные части такого конденсатора показаны на рисунке. Эти конденсаторы могут работать при напряжениях от сотен до тысяч вольт.

В последнее время слюдяные конденсаторы в радиотехнике начали заменять керамическими. Диэлектриком в них служит специальная керамика. Обкладки керамических конденсаторов изготавливаются в виде слоя серебра, нанесённого на поверхность керамики и защищённого слоем лака. Керамические конденсаторы изготавливаются на ёмкости о единиц до сотен пикофарад и на напряжения от сотен до тысяч вольт.

Широкое распространение получили так называемые электролитические конденсаторы, диэлектриком в которых служит тончайший окисный слой на поверхности алюминия или тантала, находящийся в контакте со специальным электролитом. Эти конденсаторы имеют большую ёмкость (до нескольких тысяч микрофарад) при небольших размерах.

Часто используются конденсаторы переменной емкости с воздушным или твёрдым диэлектриком. Они состоят из двух систем металлических пластин, изолированных друг от друга. Одна система пластин неподвижна, вторая может вращаться вокруг оси. Вращая подвижную систему, плавно изменяют ёмкость конденсатора.

«Переменный ток» — Определение. Переменным током называется электрический ток, изменяющийся во времени по модулю и направлению. Переменный ток. Генератор переменного тока. ЭЗ 25.1 Получение переменного тока при вращении катушки в магнитном поле.

«Действие электрического тока» — Вам нужно сделать точный слепок с некоторого деревянного рельефа. Как по химическому действию тока можно судить о количестве прошедшего электричества? Какие действия электрического тока, проявляются в вашей квартире? «Подумаем». Выберите на демонстрационном столе оборудование для опыта в соответствии с рисунком.

«Мощность электрического тока» — А. A=IU Б. P=UI В. I=U/R А. A=UI Б. P=UI В. A=UIt А. Вт Б. А В. В А. 100 Вт Б. 400 Вт В. 4 кВт. Действие тока характеризуют две величины. Напряжение… Работа тока A=UIt. Электрический ток… Сила тока… Мощность электрического утюга равна 600 Вт, а мощность телевизора 100 Вт. Знать определение работы и мощности электрического тока на участке цепи?

«Электроемкость и конденсаторы» — Параллельное. Конденсаторы. Конденсатор переменной емкости. Все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора. -q. Энергия заряженного конденсатора. Соединение конденсаторов. Электроемкость. Последовательное. Обозначение на электрических схемах: Конденсатор постоянной емкости. +q. Вывод формулы энергии заряженного конденсатора.

«Переменный электрический ток» — В результате средняя мощность за период. Переменный Электрический ток. Мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения. E=-ф’= -bs(cos ?t)’= = bs? * sin ?t = em sin ?t. И наоборот, незатухающие вынужденные колебания имеют большое практическое значение. U=Um cos ?t.

«Конденсатор физика» — — Бумажный конденсатор — слюдяной конденсатор электролитический конденсатор. Назначение конденсаторов. Конденсаторы. При подключении электролитического конденсатора необходимо соблюдать полярность. Воздушный конденсатор. Определение конденсатора. Презентация по Физике на Тему: Бумажный конденсатор. Работу выполнила: Даутова Регина.

Всего в теме 9 презентаций

Конденсатор

| Инжиниринг | Fandom

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

Конденсаторы различных типов

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

См. [1]

Обзор [править | править источник]

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

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

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

Емкость [править | править источник]

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

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

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

Емкость конденсатора с параллельными пластинами определяется как:

[2]

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

Накопленная энергия [править | править источник]

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

где V — напряжение на конденсаторе.

Гидравлическая модель [править | править источник]

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

Цепи с источниками постоянного тока [править | править источник]

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

где

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

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

C — емкость в фарадах

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

Цепи с источниками переменного тока [править | править источник]

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

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

где

, угловая частота, измеренная в радианах в секунду

X _C = емкостное реактивное сопротивление, измеренное в омах

f = частота переменного тока в герцах

C = емкость в фарадах

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

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

Полное сопротивление конденсатора определяется по формуле:

где и — мнимая единица [3].

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

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

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

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

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

Импеданс в частотной области можно записать как

.

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

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

Конденсаторы и ток смещения [править | править источник]

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

Конденсаторные сети [править | править источник]

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

Последовательное или параллельное расположение [править | править источник]

Основная статья: Последовательные и параллельные цепи

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

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

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

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

Двойственность конденсатора / индуктора [править | править источник]

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

Конденсаторы

находят множество применений в электронных и электрических системах.

Накопитель энергии [править | править источник]

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

Обработка сигналов [править | править источник]

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

Применение источников питания [править | править источник]

Конденсаторы

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

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

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

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

Настроенные схемы [править | править источник]

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

Сигнальная связь [править | править источник]

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

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

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

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

Применение преобразователя

[править | править источник]

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

Акселерометры

[править | править источник]

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

Применение оружия [править | править источник]

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

Идеальные и неидеальные конденсаторы [править | править источник]

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

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

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

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

Опасности и безопасность конденсаторов [править | править источник]

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

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

Конденсатор (компонент) Шаблон: Wikibookspar

«IEEE Spectrum», январь 2005 г. Том 42, № 1, издание для Северной Америки.

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

Конденсатор

| Инжиниринг | Fandom

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

Конденсаторы различных типов

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

См. [1]

Обзор [править | править источник]

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

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

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

Емкость [править | править источник]

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

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

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

Емкость конденсатора с параллельными пластинами определяется как:

[2]

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

Накопленная энергия [править | править источник]

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

где V — напряжение на конденсаторе.

Гидравлическая модель [править | править источник]

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

Цепи с источниками постоянного тока [править | править источник]

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

где

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

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

C — емкость в фарадах

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

Цепи с источниками переменного тока [править | править источник]

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

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

где

, угловая частота, измеренная в радианах в секунду

X _C = емкостное реактивное сопротивление, измеренное в омах

f = частота переменного тока в герцах

C = емкость в фарадах

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

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

Полное сопротивление конденсатора определяется по формуле:

где и — мнимая единица [3].

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

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

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

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

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

Импеданс в частотной области можно записать как

.

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

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

Конденсаторы и ток смещения [править | править источник]

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

Конденсаторные сети [править | править источник]

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

Последовательное или параллельное расположение [править | править источник]

Основная статья: Последовательные и параллельные цепи

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

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

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

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

Двойственность конденсатора / индуктора [править | править источник]

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

Конденсаторы

находят множество применений в электронных и электрических системах.

Накопитель энергии [править | править источник]

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

Обработка сигналов [править | править источник]

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

Применение источников питания [править | править источник]

Конденсаторы

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

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

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

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

Настроенные схемы [править | править источник]

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

Сигнальная связь [править | править источник]

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

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

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

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

Применение преобразователя

[править | править источник]

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

Акселерометры

[править | править источник]

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

Применение оружия [править | править источник]

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

Идеальные и неидеальные конденсаторы [править | править источник]

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

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

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

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

Опасности и безопасность конденсаторов [править | править источник]

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

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

Конденсатор (компонент) Шаблон: Wikibookspar

«IEEE Spectrum», январь 2005 г. Том 42, № 1, издание для Северной Америки.

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

Конденсатор

| Инжиниринг | Fandom

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

Конденсаторы различных типов

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

См. [1]

Обзор [править | править источник]

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

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

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

Емкость [править | править источник]

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

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

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

Емкость конденсатора с параллельными пластинами определяется как:

[2]

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

Накопленная энергия [править | править источник]

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

где V — напряжение на конденсаторе.

Гидравлическая модель [править | править источник]

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

Цепи с источниками постоянного тока [править | править источник]

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

где

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

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

C — емкость в фарадах

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

Цепи с источниками переменного тока [править | править источник]

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

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

где

, угловая частота, измеренная в радианах в секунду

X _C = емкостное реактивное сопротивление, измеренное в омах

f = частота переменного тока в герцах

C = емкость в фарадах

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

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

Полное сопротивление конденсатора определяется по формуле:

где и — мнимая единица [3].

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

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

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

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

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

Импеданс в частотной области можно записать как

.

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

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

Конденсаторы и ток смещения [править | править источник]

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

Конденсаторные сети [править | править источник]

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

Последовательное или параллельное расположение [править | править источник]

Основная статья: Последовательные и параллельные цепи

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

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

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

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

Двойственность конденсатора / индуктора [править | править источник]

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

Конденсаторы

находят множество применений в электронных и электрических системах.

Накопитель энергии [править | править источник]

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

Обработка сигналов [править | править источник]

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

Применение источников питания [править | править источник]

Конденсаторы

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

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

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

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

Настроенные схемы [править | править источник]

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

Сигнальная связь [править | править источник]

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

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

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

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

Применение преобразователя

[править | править источник]

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

Акселерометры

[править | править источник]

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

Применение оружия [править | править источник]

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

Идеальные и неидеальные конденсаторы [править | править источник]

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

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

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

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

Опасности и безопасность конденсаторов [править | править источник]

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

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

Конденсатор (компонент) Шаблон: Wikibookspar

«IEEE Spectrum», январь 2005 г. Том 42, № 1, издание для Северной Америки.

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

симистор — Какова роль конденсаторов в этой цепи переменного тока?

Для анализа схемы мы можем разбить ее на две части:

1.Подавление радиопомех LC-фильтр

Симистор может использоваться для обеспечения переменного управления мощностью переменного тока с использованием техники «переключения с фазовой задержкой», при которой симистор запускается частично в течение каждого полупериода. Каждый раз, когда симистор запускается, его ток нагрузки резко (за несколько микросекунд) переключается с нуля на значение, установленное его сопротивлением нагрузки и мгновенными значениями напряжения питания. В резистивно нагруженных схемах это действие переключения неизбежно генерирует импульс RFI, который является наименьшим, когда симистор срабатывает вблизи точек пересечения нуля 0 ° и 180 ° формы сигнала линии питания (в которых токи включения равны минимальный), и является наибольшим, когда устройство срабатывает под углом 90 ° после начала каждого полупериода (когда токи включения максимальны).

Импульсы радиопомех возникают с частотой, вдвое превышающей частоту питающей сети, и могут быть очень раздражающими. Обычно радиочастотные помехи можно устранить, установив на интерфейс простой LC-фильтр. Фильтр устанавливается рядом с симистором и значительно снижает скорость нарастания токов в сети переменного тока.

2. Сеть триггера с переменной задержкой по фазе

Когда на схему подается входное напряжение, c1 и c2 начинают заряжаться со скоростью, определяемой сопротивлением R2. Каждый раз, когда напряжение на конденсаторе c3 превышает напряжение отключения диакритического контура, диаконтакт срабатывает и начинает проводить.Затем конденсатор C3 начинает разряжаться через проводящий диак в затвор симистора.

Следовательно, симистор включается и пропускает ток на нагрузку. Изменяя сопротивление R2, изменяется скорость заряда конденсатора и, следовательно, регулируется напряжение, при котором триак запускается как в положительном, так и в отрицательном полупериоде входа.

Ссылка:

Оптимизация симисторов

Снижение шума импульсного регулятора с LC-фильтром

Руководство для начинающих по DIAC

8.2: Емкость и конденсаторы — Engineering LibreTexts

Конденсатор — это устройство, которое накапливает энергию. Конденсаторы хранят энергию в виде электрического поля. Проще говоря, конденсатор может представлять собой немного больше пары металлических пластин, разделенных воздухом. Поскольку это разомкнутая цепь, постоянный ток не будет проходить через конденсатор. Если это простое устройство подключено к источнику постоянного напряжения, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {1} \), отрицательный заряд будет накапливаться на нижней пластине, а положительный заряд — на верхней пластине.Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не станет равным напряжению источника напряжения. При этом на пластинах накопится определенное количество электрического заряда.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Базовый конденсатор с источником напряжения.

Способность этого устройства накапливать заряд в зависимости от возникающего на нем напряжения называется емкостью. Его символ — C, и на нем есть единицы фарад (F), в честь Майкла Фарадея, английского ученого 19 века, который провел первые работы в области электромагнетизма.По определению, если общий заряд в 1 кулон связан с потенциалом в 1 вольт на пластинах, то емкость составляет 1 фарад.

\ [1 \ text {farad} \ Equiv 1 \ text {coulomb} / 1 \ text {volt} \ label {8.1} \]

или более широко,

\ [C = \ frac {Q} {V} \ label {8.2} \]

Где

\ (C \) — емкость в фарадах,

\ (Q \) — заряд в кулонах,

\ (В \) — напряжение в вольтах.

Из уравнения \ ref {8.2} мы можем видеть, что для любого заданного напряжения, чем больше емкость, тем большее количество заряда может быть сохранено. Мы также можем видеть, что для конденсатора определенного размера, чем больше напряжение, тем больше сохраняется заряд. Эти наблюдения напрямую связаны с количеством энергии, которое может храниться в конденсаторе.

Неудивительно, что энергия, запасенная в конденсаторе, пропорциональна емкости. Он также пропорционален квадрату напряжения на конденсаторе.2 \ label {8.3} \]

Где

\ (Вт \) — энергия в джоулях,

\ (C \) — емкость в фарадах,

\ (В \) — напряжение в вольтах.

Основной конденсатор состоит из двух проводящих пластин, разделенных изолятором или диэлектриком. Этот материал может быть воздухом или изготовлен из множества различных материалов, таких как пластмасса и керамика. Это изображено на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Компоненты конденсатора общего назначения.

Для практических конденсаторов пластины могут быть уложены друг на друга поочередно или даже сделаны из фольги и сформированы в свернутую трубку. Как бы мы ни были сконструированы, характеристики диэлектрика будут играть важную роль в работе устройства, как мы увидим.

В общем, емкость увеличивается непосредственно с увеличением площади пластины, \ (A \), и обратно пропорционально расстоянию между пластинами, \ (d \). Кроме того, он также пропорционален физической характеристике диэлектрика; диэлектрическая проницаемость \ (\ varepsilon \).Таким образом, емкость равна:

\ [C = \ varepsilon \ frac {A} {d} \ label {8.4} \]

Где

\ (C \) — емкость в фарадах,

\ (A \) — площадь пластины в квадратных метрах,

\ (d \) — расстояние между пластинами в метрах,

\ (\ varepsilon \) — диэлектрическая проницаемость диэлектрика между пластинами.

Следует отметить, что эффективная площадь пластин несколько больше, чем точная физическая площадь пластин. Это связано с явлением, называемым окантовкой.По сути, силовые линии электрического поля выступают наружу на краях пластины, а не поддерживают равномерную параллельную ориентацию. Это показано на Рисунке \ (\ PageIndex {3} \)

.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Электрическое поле конденсатора с окантовкой.

Из уравнения \ ref {8.4} очевидно, что диэлектрическая проницаемость диэлектрика играет основную роль в определении объемной эффективности конденсатора, другими словами, величины емкости, которая может быть упакована в компонент заданного размера.Некоторые диэлектрики заметно эффективнее других. Чтобы упростить сравнение, часто используется относительная диэлектрическая проницаемость, то есть отношение диэлектрической проницаемости к диэлектрической проницаемости вакуума, \ (\ varepsilon_0 \).

Таблица относительной диэлектрической проницаемости для различных диэлектриков приведена в таблице \ (\ PageIndex {1} \). Ряд обычных диэлектриков, таких как различные полиэтиленовые пленки и слюда, имеют диэлектрическую проницаемость в два-шесть раз больше, чем у воздуха, но есть также керамические диэлектрики, диэлектрики которых в сотни или тысячи раз больше, чем у воздуха.

Материал	Относительная диэлектрическая проницаемость, \ (\ varepsilon_r = \ varepsilon / \ varepsilon_0 \)
Вакуум	1 (\ (\ varepsilon_0 \) = 8,85E −12 фарад / метр)
Воздух	1.00058986 (на СТП)
ПТФЭ / тефлон	2,1
Полиэтилен / XLPE	2.25
Полиимид	3,4
Полипропилен	2,2–2,36
полистирол	2,4–2,7
Полиэстер (майлар)	3,1
Бумага	1,4
Слюда	3-6
Диоксид кремния	3.9
Резина	7
Бриллиант	5,5-10
Кремний	11,68
диоксид титана	86-173
титанат стронция	310
Титанат кальция и меди	> 250 000

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): относительная диэлектрическая проницаемость различных диэлектриков.Данные взяты из Википедии и других источников.

На первый взгляд может показаться, что лучшим выбором будет выбор диэлектрика с самой высокой диэлектрической проницаемостью, но это не всегда так. Есть несколько других факторов, которые влияют на это решение, включая температурную стабильность, сопротивление утечке (эффективное параллельное сопротивление), ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) и прочность на пробой. Для идеального конденсатора сопротивление утечки будет бесконечным, а ESR будет нулевым.

В отличие от резисторов, конденсаторы не имеют максимальных значений рассеиваемой мощности. Вместо этого они имеют максимальное номинальное напряжение. Пробивная прочность диэлектрика устанавливает верхний предел того, насколько большое напряжение может быть приложено к конденсатору, прежде чем он будет поврежден. Пробивная сила измеряется в вольтах на единицу расстояния, таким образом, чем ближе пластины, тем меньшее напряжение может выдержать конденсатор. Например, уменьшение расстояния между пластинами вдвое увеличивает емкость, но также снижает ее номинальное напряжение вдвое.В таблице \ (\ PageIndex {2} \) перечислены прочности на пробой множества различных диэлектриков. Сравнение таблиц таблиц \ (\ PageIndex {1} \) и \ (\ PageIndex {2} \) намекает на сложность ситуации. Например, рассмотрим полистирол в сравнении с полипропиленом. Полистирол имеет умеренно увеличенную диэлектрическую проницаемость, но полипропилен имеет значительное преимущество с точки зрения прочности на пробой. Как следствие, при использовании полипропилена пластины можно располагать намного ближе друг к другу, при этом достигая того же номинального напряжения, что и у конденсатора из полистирола.Следовательно, полипропиленовый конденсатор потребует меньшего объема при той же емкости. Дополнительным преимуществом является то, что полипропилен, помимо других характеристик, демонстрирует высокую температурную стабильность и низкое влагопоглощение. Сравнивая полипропилен с полиэфиром, мы обнаружили, что улучшенная диэлектрическая проницаемость полиэфира наряду с аналогичной прочностью на пробой дает улучшенный объемный КПД по сравнению с полипропиленом. К сожалению, полиэстер страдает большей температурной зависимостью.

Вещество	Предел прочности на пробой (кВ / мм)
Воздух	3.0
Боросиликатное стекло	20-40
PTFE (тефлон, изолирующая пленка)	60–173
Полиэтилен	19–160
Полипропилен	650
полистирол	19,7
PEEK (полиэфирэфиркетон)	23
Полиэстер (майлар)	580
Неопреновый каучук	15.7-26,7
Вода дистиллированная	65-70
Вощеная бумага	40-60
Слюда	118
Бриллиант	2 000
PZT (керамика)	10-25

Таблица \ (\ PageIndex {2} \): Электрическая прочность различных диэлектриков.{12} \). В отличие от резисторов, физический размер которых зависит от их номинальной мощности, а не значения сопротивления, физический размер конденсатора зависит как от его емкости, так и от его номинального напряжения (следствие уравнения \ ref {8.4}. Скромные конденсаторы для поверхностного монтажа могут быть довольно малы, в то время как конденсаторы фильтра источника питания, обычно используемые в устройствах бытовой электроники, таких как аудиоусилитель, могут быть значительно больше, чем батарея ячейки D. Выборка конденсаторов показана на рисунке \ (\ PageIndex {4} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Конденсаторы различных стилей и корпусов.

Спереди и слева на фото различные конденсаторы с пластиковой пленкой. Конденсатор в форме диска использует керамический диэлектрик. Небольшое квадратное устройство, расположенное спереди, представляет собой конденсатор для поверхностного монтажа, а справа от него — танталовый конденсатор в форме капли, обычно используемый для байпаса источника питания в электронных схемах. Конденсатор среднего размера справа с загнутыми выводами — это бумажный конденсатор, когда-то очень популярный в аудиосистемах.Некоторые конденсаторы имеют обжимное кольцо с одной стороны, включая большое устройство с винтовыми клеммами. Это алюминиевые электролитические конденсаторы. Эти устройства, как правило, демонстрируют высокий объемный КПД, но, как правило, не обеспечивают максимальной производительности в других областях, таких как абсолютная точность и ток утечки. Обычно они поляризованы, что означает, что провода должны соответствовать полярности приложенного напряжения. Вставка их в цепь обратной стороной может привести к катастрофическому отказу. Полярность обычно обозначается серией знаков минус и / или полосой, указывающей на отрицательный вывод.Танталовые конденсаторы также поляризованы, но обычно обозначаются знаком плюс рядом с положительным выводом. Переменный конденсатор, используемый для настройки радио, показан на рисунке \ (\ PageIndex {5} \). Один набор пластин прикреплен к раме, а набор пересекающихся пластин прикреплен к валу. Вращение вала изменяет величину перекрывающейся площади пластины и, таким образом, изменяет емкость.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): переменный конденсатор.

Для конденсаторов большой емкости значение емкости и номинальное напряжение обычно печатаются непосредственно на корпусе.В некоторых конденсаторах используется «MFD», что означает «микрофарады». Хотя цветовой код конденсатора существует, как и цветовой код резистора, он, как правило, не используется. Для конденсаторов меньшего размера используется числовой код, который перекликается с цветовым кодом. Обычно он состоит из трехзначного числа, например «152».

Первые две цифры — это часть точности, а третья цифра — это степень десятичного множителя. Результат выражается в пикофарадах. Таким образом, 152 — это 1500 пф.

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Условные обозначения схемы конденсатора (вверху-внизу): неполяризованный, поляризованный, переменный.

Условные обозначения конденсаторов показаны на рисунке \ (\ PageIndex {6} \). Широко используются три символа. Первый символ, использующий две параллельные линии для отражения двух пластин, относится к стандартным неполяризованным конденсаторам. Второй символ обозначает поляризованные конденсаторы. В этом варианте положительный вывод рисуется прямой линией для этой пластины и часто обозначается знаком плюс. Отрицательный вывод нарисован изогнутой линией. Третий символ используется для переменных конденсаторов и проходит через него стрелкой, как реостат.

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): измеритель LCR, предназначенный для измерения емкости, сопротивления и индуктивности.

Для получения точных измерений конденсаторов можно использовать измеритель LCR, такой как показанный на рисунке \ (\ PageIndex {7} \). Эти устройства предназначены для измерения трех общих пассивных электрических компонентов: резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности ¹ . В отличие от простого цифрового мультиметра, измеритель LCR может также измерять значения при различных частотах переменного тока, а не только постоянного тока, а также определять вторичные характеристики, такие как эквивалентное последовательное сопротивление и эффективное сопротивление параллельной утечки.

8.2.2: Технические данные конденсатора

Часть типовой спецификации конденсатора показана на рисунке \ (\ PageIndex {8} \). Это для серии металлизированных пленочных конденсаторов со сквозными отверстиями, в которых в качестве диэлектрика используется полипропилен. Сначала мы видим список общих функций. Во-первых, мы обнаружили, что конденсаторы имеют огнестойкое эпоксидное покрытие и также соответствуют требованиям RoHS. Затем мы переходим к набору технических характеристик электрических характеристик. Например, мы видим, что эта серия доступна в двух вариантах: один рассчитан на 800 вольт постоянного тока, а другой — на 1600 вольт постоянного тока.Кроме того, допуск может быть как \ (\ pm \) 3%, так и \ (\ pm \) 5%. Коэффициент рассеяния \ ((\ tan \ delta) \) является мерой, имеющей особое значение для работы переменного тока и пропорционален ESR (эквивалентное последовательное сопротивление, в идеале 0), чем меньше, тем лучше. Сопротивление изоляции указывает значение эффективного сопротивления параллельной утечки (чем выше, тем лучше), здесь около 30 000 M \ (\ Omega \). Наконец, мы видим данные о физических размерах, необходимые для макетов печатных плат.

8.2.3: Последовательные и параллельные конденсаторы

Несколько конденсаторов, включенных последовательно и / или параллельно, ведут себя иначе, чем резисторы.Параллельное размещение конденсаторов увеличивает общую площадь пластины и, таким образом, увеличивает емкость, как указано в уравнении \ ref {8.4}. Следовательно, конденсаторы, включенные параллельно, увеличивают ценность, ведя себя как последовательно включенные резисторы. Напротив, когда конденсаторы размещаются последовательно, расстояние между пластинами увеличивается, что снижает емкость. Поэтому конденсаторы, подключенные последовательно, ведут себя как резисторы, подключенные параллельно. Их значение находится через величину, обратную суммированным обратным величинам, или через правило произведения-суммы.

Рисунок \ (\ PageIndex {8} \): Спецификация конденсатора.Предоставлено Panasonic

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Найдите эквивалентную емкость сети, показанной на рисунке \ (\ PageIndex {9} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {9} \): Схема для примера \ (\ PageIndex {1} \).

Эти конденсаторы подключены параллельно, поэтому эквивалентное значение представляет собой сумму трех емкостей:

\ [C_ {Total} = C_1 + C_2 + C_3 \ nonumber \]

\ [C_ {Total} = 1 \ mu F + 100 нФ + 560 нФ \ nonumber \]

\ [C_ {Total} = 1.66 \ му F \ nonumber \]

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Найдите эквивалентную емкость сети, показанной на рисунке \ (\ PageIndex {10} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {10} \): Схема для примера \ (\ PageIndex {2} \).

В этой схеме мы обнаруживаем, что левый и средний конденсаторы включены параллельно. Эта комбинация последовательно с конденсатором справа:

\ [C_ {left} = C_1 + C_2 \ nonumber \]

\ [C_ {left} = 3,3 \ mu F + 4.7 \ му F \ nonumber \]

\ [C_ {left} = 8 \ mu F \ nonumber \]

\ [C_ {Total} = \ frac {C_ {left} C_3} {C_ {left} + C_3} \ nonumber \]

\ [C_ {Total} = \ frac {8 \ mu F16 \ mu F} {8 \ mu F + 16 \ mu F} \ nonumber \]

\ [C_ {Total} \ приблизительно 5,33 \ mu F \ nonumber \]

Если в цепи нет ничего, кроме источника напряжения, подключенного параллельно группе конденсаторов, напряжение будет одинаковым на всех конденсаторах, как и в резистивной параллельной цепи. Если вместо этого схема состоит из нескольких конденсаторов, соединенных последовательно с источником напряжения, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {11} \), напряжение будет делиться между ними обратно пропорционально.Другими словами, чем больше емкость, тем меньше ее доля в приложенном напряжении. Напряжения также можно определить, предварительно определив эквивалентную последовательную емкость. Затем общий заряд может быть определен с использованием приложенного напряжения. Наконец, отдельные напряжения вычисляются по формуле \ ref {8.2}, \ (V = Q / C \), где \ (Q \) — общий заряд, а \ (C \) — интересующая емкость. Это показано в следующем примере.

Рисунок \ (\ PageIndex {11} \): Простая последовательная схема, состоящая только из конденсаторов.

Пример \ (\ PageIndex {3} \)

Найдите напряжения на конденсаторах на рисунке \ (\ PageIndex {12} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {12} \): Схема для примера \ (\ PageIndex {3} \).

Первый шаг — определить общую емкость. Поскольку они расположены последовательно, мы можем использовать правило взаимности:

\ [C_ {Total} = \ frac {1} {\ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} + \ frac {1} {C_3}} \ nonumber \]

\ [C_ {Total} = \ frac {1} {\ frac {1} {2 \ mu F} + \ frac {1} {4 \ mu F} + \ frac {1} {8 \ mu F}} \ nonumber \]

\ [C_ {Total} \ около 1.143 \ му F \ nonumber \]

Отсюда определяем общий заряд:

\ [Q = V C \ nonumber \]

\ [Q = 12 V1.143 \ mu F \ nonumber \]

\ [Q = 13,71 \ mu C \ nonumber \]

Заряд постоянен на всех конденсаторах серии, поэтому:

\ [V_ {2uF} = \ frac {Q} {C} \ nonumber \]

\ [V_ {2uF} = \ frac {13,71 \ mu C} {2 \ mu F} \ nonumber \]

\ [V_ {2 мкФ} = 6,855 В \ nonumber \]

\ [V_ {4uF} = \ frac {Q} {C} \ nonumber \]

\ [V_ {4uF} = \ frac {13.71 \ mu C} {4 \ mu F} \ nonumber \]

\ [V_ {4 мкФ} = 3,427 В \ nonumber \]

\ [V_ {8uF} = \ frac {Q} {C} \ nonumber \]

\ [V_ {8uF} = \ frac {13,71 \ mu C} {8 \ mu F} \ nonumber \]

\ [V_ {8uF} = 1,714V \ nonumber \]

Сумма трех напряжений составляет 12 вольт (в пределах ошибки округления) и проверяет KVL, как ожидалось.

8.2.4: Практический совет

Может возникнуть соблазн попробовать, но не пытайтесь проверить работу Example \ (\ PageIndex {3} \) в лаборатории с помощью стандартного цифрового мультиметра.Причина в том, что внутреннее сопротивление типичного цифрового вольтметра на много порядков ниже сопротивления утечки конденсаторов. В результате на счетчик будет передан заряд, что испортит измерение. Это было бы похоже на попытку измерить напряжения на цепочке резисторов, каждый из которых превышает 100 МОм \ (\ Омега \), с помощью измерителя с внутренним сопротивлением 1 МОм \ (\ Омега \). Сопротивление измерителя преобладает в параллельной комбинации и вызывает чрезмерную нагрузку, которая портит измерение.Для таких измерений необходим специальный вольтметр, электростатический вольтметр или электрометр. Иногда их называют счетчиками без перезарядки.

8.2.5: Взаимосвязь тока и напряжения

Основное соотношение тока и напряжения конденсатора не такое же, как у резисторов. Конденсаторы не так сильно противостоят току; продуктивнее думать о том, как они на это реагируют. Ток через конденсатор равен емкости, умноженной на скорость изменения напряжения конденсатора во времени (т.е.е., его наклон). То есть не важно значение напряжения, а скорее то, как быстро изменяется напряжение. При фиксированном напряжении ток конденсатора равен нулю, и поэтому конденсатор ведет себя как разомкнутый. Если напряжение меняется быстро, ток будет высоким, и конденсатор будет вести себя как короткое замыкание. Выражается формулой:

\ [i = C \ frac {d v} {d t} \ label {8.5} \]

Где

\ (i \) — ток, протекающий через конденсатор,

\ (C \) — емкость,

\ (dv / dt \) — скорость изменения напряжения конденсатора во времени.

Особенно полезная форма уравнения \ ref {8.5}:

\ [\ frac {d v} {d t} = \ frac {i} {C} \ label {8.6} \]

Другой способ взглянуть на Уравнение \ ref {8.5} указывает, что если конденсатор питается от источника постоянного тока, напряжение будет расти с постоянной скоростью (\ (dv / dt \)). Он непрерывно накапливает заряд на пластинах конденсатора со скоростью \ (I \), что эквивалентно \ (Q / t \). Пока присутствует ток, питающий конденсатор, напряжение на конденсаторе будет продолжать расти.Хорошая аналогия: у нас есть труба, по которой вода поступает в резервуар, а уровень в резервуаре продолжает расти. Этот процесс накопления заряда на пластинах называется зарядкой конденсатора. Например, рассматривая схему на рисунке \ (\ PageIndex {13} \), мы видим источник тока, питающий единственный конденсатор. Если бы мы изобразили зависимость напряжения конденсатора от времени, мы бы увидели что-то вроде графика на рисунке \ (\ PageIndex {14} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {13} \): Конденсатор с источником тока.

Рисунок \ (\ PageIndex {14} \): напряжение конденсатора в зависимости от времени.

С течением времени напряжение на конденсаторе увеличивается с положительной полярностью сверху вниз. При теоретически идеальном конденсаторе и источнике это будет продолжаться вечно или до тех пор, пока источник тока не будет отключен. В действительности, эта линия либо начнет отклоняться по горизонтали, когда источник достигнет своих пределов, либо конденсатор выйдет из строя, как только будет достигнуто его напряжение пробоя.Наклон этой линии определяется размером источника тока и емкостью.

Пример \ (\ PageIndex {4} \)

Определите скорость изменения напряжения на конденсаторе в цепи, показанной на рисунке \ (\ PageIndex {15} \). Также определите напряжение конденсатора через 10 миллисекунд после включения питания.

Рисунок \ (\ PageIndex {15} \): Схема для примера \ (\ PageIndex {4} \).

Сначала отметьте направление источника тока. Это создаст отрицательное напряжение на конденсаторе сверху вниз.Скорость изменения:

\ [\ frac {dv} {dt} = \ frac {i} {C} \ nonumber \]

\ [\ frac {dv} {dt} = \ frac {−5 \ mu A} {30 nF} \ nonumber \]

\ [\ frac {dv} {dt} \ приблизительно -166,7 \ text {вольт в секунду} \ nonumber \]

Таким образом, каждую секунду напряжение повышается еще на −166,7 вольт. Предполагая, что при подаче питания он полностью разряжен, через 10 миллисекунд он вырастет до −166,7 В / с, умноженных на 10 мс, или −1,667 вольт.

Уравнение \ ref {8.6} позволяет лучше понять поведение конденсаторов.Как только что отмечалось, если конденсатор приводится в действие источником постоянного тока, напряжение на нем растет с постоянной скоростью \ (i / C \). Существует предел того, насколько быстро может изменяться напряжение на конденсаторе. Мгновенное изменение означает, что \ (dv / dt \) бесконечно, и, следовательно, ток, управляющий конденсатором, также должен быть бесконечным (что невозможно). Это не проблема резисторов, которые подчиняются закону Ома, это ограничение конденсаторов. Поэтому можно констатировать особо важную характеристику конденсаторов:

\ [\ text {Напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно.} \ label {8.7} \]

Это наблюдение будет ключом к пониманию работы конденсаторов в цепях постоянного тока.

Список литературы

¹ Дроссели — тема следующей главы.

Мало что делают конденсаторы идеально

Почему конденсаторы?

Конденсаторы обеспечивают огромные преимущества для производительности системы распределения. Наиболее заметно то, что конденсаторы уменьшают потери, высвобождают емкость и уменьшают падение напряжения.Давайте немного углубимся в детали.

3 вещи, которые идеально подходят конденсаторам

Потери и емкость

Отводя реактивную мощность на двигатели и другие нагрузки с низким коэффициентом мощности, конденсаторы уменьшают линейный ток. Пониженный ток освобождает емкость; та же схема может обслуживать большую нагрузку. Пониженный ток также значительно снижает потери в линии I ² R.

Падение напряжения

Конденсаторы обеспечивают повышение напряжения , которое частично компенсирует падение напряжения, вызванное системными нагрузками.Коммутируемые конденсаторы могут регулировать напряжение в цепи.

При правильном применении и контроле конденсаторы могут значительно улучшить характеристики распределительных цепей. Но если ее не применять или не контролировать должным образом, реактивная мощность от конденсаторных батарей может привести к потерям и высоким напряжениям.

Наибольшая опасность перенапряжений возникает при небольшой нагрузке . Правильное планирование помогает обеспечить правильную установку конденсаторов.

Более сложные контроллеры (например, двусторонние радиостанции с мониторингом) снижают риск неправильного управления конденсаторами по сравнению с простыми контроллерами (например, таймером).

Конденсаторы творит чудеса, накапливая энергию. Конденсаторы — это простые устройства: две металлические пластины, зажатые вокруг изоляционного диэлектрика. При зарядке до заданного напряжения противоположные заряды заполняют пластины по обе стороны от диэлектрика. Сильное притяжение зарядов на очень коротком расстоянии, разделяющем их, создает резервуар энергии.

Конденсаторы противостоят изменениям напряжения. Чтобы заполнить пластины зарядом, требуется время, а после зарядки требуется время, чтобы разрядить напряжение.

Винтажный столб 1963 года с конденсаторной батареей и черными фарфоровыми изоляторами (фото предоставлено Astro Powerlines через Flickr)

В системах переменного тока конденсаторы не хранят свою энергию очень долго — всего за половину цикла . Каждый полупериод конденсатор заряжается, а затем разряжает накопленную энергию обратно в систему. Чистая передача реальной мощности равна нулю.

Конденсаторы обеспечивают питание именно тогда, когда оно необходимо реактивной нагрузке. Когда двигателю с низким коэффициентом мощности требуется питание от системы, конденсатор должен его обеспечить.Затем в следующем полупериоде двигатель высвобождает свою избыточную энергию, а конденсатор поглощает ее.

Конденсаторы и реактивные нагрузки обменивают эту реактивную мощность взад и вперед.

Это приносит пользу системе, потому что реактивная мощность (и дополнительный ток) не должна передаваться от генераторов на всем пути через множество трансформаторов и многие мили линий; конденсаторы могут обеспечивать реактивную мощность локально. Это освобождает линии для передачи реальной мощности, мощности, которая действительно работает .

Устранение штрафов

Высокий коэффициент мощности устраняет штрафы в долларах при работе с низким коэффициентом мощности . В течение многих лет большинство коммунальных предприятий требовали в среднем не менее 85% коэффициента мощности для каждого ежемесячного счета.

Сейчас многие из этих же ЖКХ требуют 95%… иначе заплатят штраф !

Фактическая формулировка или формула в контракте на оплату коммунальных услуг может указывать требуемый коэффициент мощности, или это может относиться к выставлению счетов за киловольт-ампер, или это может относиться к выставлению счетов за киловатт с использованием множителей регулировки коэффициента мощности.Попросите представителя коммунального предприятия объяснить конкретный тарифный договор, используемый в вашем ежемесячном счете. Это гарантирует, что вы предпринимаете правильные шаги для получения максимальной экономии денег за счет поддержания надлежащего коэффициента мощности.

Первичные и вторичные силовые конденсаторы

Конденсаторы для коррекции коэффициента мощности обычно подключаются шунтом через линии электропередач. Они могут быть запитаны непрерывно или включаться и выключаться в зависимости от изменений нагрузки.

Два типа конденсаторов выполняют коррекцию коэффициента мощности: вторичный (низкое напряжение) и первичный (высокое напряжение).Эти конденсаторы рассчитаны на киловар .

Вторичные (низковольтные) конденсаторы

Низковольтные конденсаторы с металлизированным полипропиленовым диэлектриком доступны с номинальным напряжением от 240 до 600 В в диапазоне от 2,5 до 100 квар, трехфазный . Эти конденсаторы обычно подключаются рядом с отстающими реактивными нагрузками на вторичных линиях. Конденсаторы низкого напряжения могут либо снизить требования к кВА на близлежащих линиях и трансформаторах, либо обеспечить большую киловаттную нагрузку, не требуя линий или трансформаторов с более высокими номиналами.

Низковольтные конденсаторы (на фото: конденсаторная батарея 150 кВАр; кредит: конденсатор-banks.com)

Первичные (высоковольтные) конденсаторы

Высоковольтные конденсаторы для первичных высоковольтных линий имеют полностью пленочные диэлектрики и доступны с от 2,4 до 25 кВ номинальные параметры в диапазоне от 50 до 400 квар . Соединяя эти конденсаторы последовательно и параллельно, можно достичь более высоких номиналов квар. Поскольку современные высоковольтные конденсаторы потребляют меньше ватт на квар, чем низковольтные конденсаторы, они могут работать более эффективно.

Высоковольтные конденсаторы для первичных высоковольтных линий (на фото: Cap Bank 115 кВ; кредит: ece.mtu.edu)

Высоковольтные конденсаторы для воздушных распределительных сетей могут быть установлены на столбах в батареях по 300 до 3600 квар практически при любом первичном напряжении до 34,5 кВ , междуфазно. Встраиваемые конденсаторы для повышения коэффициента мощности в подземных распределительных сетях доступны в том же диапазоне размеров и номинального напряжения.

Высоковольтные конденсаторы для воздушных распределительных сетей

Растущее использование электроприводов и оборудования для обслуживания зданий привело к увеличению общих силовых нагрузок, а также индуктивной квар в большинстве энергосистем.

Их желательно отменить, потому что:

• Нагрузочная способность подстанции и трансформатора может облагаться налогом до полного теплового лимита.
• Высокая индуктивная потребность в киловарах может вызвать чрезмерное падение напряжения.
• Местные коммунальные предприятия взимают штрафы за коэффициент мощности.

Размер коррекции коэффициента мощности (количество квар) , который должен быть введен в систему электроснабжения, определяет метод, который будет использоваться. Если нагрузка меньше, чем 500 квар , конденсаторы могут обеспечить емкостное реактивное сопротивление для компенсации индуктивного реактивного сопротивления, но если нагрузка превышает 500 квар, обычно устанавливается синхронный конденсатор.

Также, если есть большие, быстрые и случайные колебания потребления квар в течение дня, предпочтителен синхронный конденсатор. Однако, если изменения в потреблении квар незначительны и могут быть скорректированы с помощью конденсаторов, дополнительные конденсаторные батареи являются более практичным решением.

Ссылки //

Конденсаторы — Практические EE

Конденсаторы — это устройства, накапливающие электрическую потенциальную энергию в электрическом поле. Они построены путем размещения двух проводящих поверхностей в непосредственной близости друг от друга, но разделенных изоляционным диэлектрическим материалом.Чем больше площадь поверхности в непосредственной близости и близость этой близости, так и тип диэлектрического материала определяют емкость.

Обозначения конденсаторов Конденсатор Поляризованный конденсатор

Общие уравнения конденсаторов

Отношение тока / напряжения:

Ток через конденсатор равен емкости, умноженной на скорость изменения напряжения (производная напряжения по времени).

Это уравнение означает пару важных вещей:

• Напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно, для этого потребуется бесконечный ток.Конденсаторы борются с резкими перепадами напряжения.
• Ток через конденсатор пропорционален скорости изменения напряжения. Константа пропорциональности — это Емкость.
• Ток через конденсатор может изменяться мгновенно.

Реактивное сопротивление:

Реактивное сопротивление конденсатора = -1 деленное на 2 * Pi * Частота в Гц * Емкость; Реактивное сопротивление имеет единицы

Ом.

• Реактивное сопротивление конденсатора уменьшается с увеличением частоты.Конденсаторы действуют как короткие замыкания для высокочастотных сигналов и действуют как разомкнутые цепи для низкочастотных сигналов.
• Отрицательное реактивное сопротивление означает, что ток ведет к напряжению (ток быстро меняется, напряжение отстает)
• Для идеального конденсатора его сопротивление равно 0, поэтому его полное сопротивление составляет:

Импеданс:

Основные характеристики реальных конденсаторов

• Емкость — номинальная емкость
• Допуск — погрешность емкости
• Максимальное напряжение
• Тангенс потерь или эквивалентное последовательное сопротивление — указывает, какое сопротивление имеет конденсатор
• Пульсирующий ток

Реальные конденсаторы бывают разных значений и их ограничивающая спецификация для большинства приложений — это номинальное напряжение.Размер конденсаторов зависит как от емкости, так и от номинального напряжения, что немного отличается от размера резисторов, размер которых в основном определяется только номинальной мощностью.

Тангенс потерь и СОЭ

В большинстве случаев применения конденсаторов требуется минимальное эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Но в случае импульсных преобразователей мощности обычно требуется некоторое ESR в большом выходном конденсаторе, и вам необходимо проверить его номинал на соответствие требованиям регулятора. Однако некоторые поставщики конденсаторов не указывают ESR, а вместо этого указывают тангенс угла потерь.Почему они это делают? Чтобы предоставить вам захватывающую возможность преобразовать тангенс угла потерь в ESR. Вот как это сделать.

В техническом паспорте конденсатора будет указан тангенс угла потерь на заданной частоте. Вам нужны оба значения для преобразования в ESR.

Касательная потеря к ESR Преобразование:

ESR = [тангенс потерь], деленный на величину 2 * Pi * [Частота тангенса угла потерь] * [Емкость конденсатора]

Пульсации тока

Типы конденсаторов

Колпачки керамические

• Неполяризованный.Неважно, к какой клемме вы подключаете положительное или отрицательное напряжение.
• Размер корпуса определяется сочетанием емкости и номинального напряжения.
• Доступен в исполнении для поверхностного монтажа (SMD) или в исполнении со сквозным отверстием. В керамических конденсаторах
  SMD используются те же размеры корпуса, что и в резисторах SMD, что является правильным с точки зрения промышленности.
Цермаовые конденсаторы
• SMD очень недороги, могут быть очень маленькими, иметь очень низкое паразитное последовательное сопротивление (ESR) и являются очевидным выбором. использовать, если вам не нужны особые характеристики, предоставляемые другими типами.
• Основным недостатком керамических конденсаторов является то, что они не обладают такой большой емкостью, как другие типы. Емкость доступна до 100 мкФ.
• Керамические колпачки доступны с различными типами диэлектрика, и тип диэлектрика имеет большое влияние на допуск. Ниже перечислены четыре наиболее распространенных типа.
  • C0G : +/- 30 ppm / C (30 частей на миллион на градус Цельсия). Это тот, который используется, когда вам нужна точность емкости
  • X5R : +/- 15% в указанном диапазоне температур от -55C до + 85C
  • X7R : +/- 15% в указанном диапазоне температур -55C до + 125С.Обычно вы хотите использовать X5R и X7R.
  • Y5V : +22% / — 82% в указанном диапазоне температур от -30 ° C до + 85 ° C. Этот тип очень неточный, и я бы избегал их.

Конденсатор для поверхностного монтажа Керамический конденсатор со сквозным отверстием

Алюминий электролитический

• Поляризованные. Вы должны подключить один вывод к положительному напряжению, а другой — к отрицательному, иначе он буквально взорвется. И да, я знаю это по личному опыту.
• Держать большую емкость и иметь хорошие номиналы напряжения
• Недостатки: большой размер, высокое ESR (обратите внимание, что высокое ESR не всегда плохо)
• Лучше справляются с большими динамическими токами, чем другие типы, даже если они имеют высокое ESR, кроме керамических колпачков.
• Обычно используется для объемной развязывающей емкости, которая поддерживает постоянное напряжение на шинах питания, а также в коммутационных преобразователях постоянного тока, где высокое значение ESR часто требуется для стабильности управления.
• Алюминиевые электролитические колпачки имеют определенный срок службы, что очень важно.Это указано в часах работы, и типичное значение составляет 2000 часов. Это очень короткий срок, всего 83 дня! Чем тогда может быть полезно это устройство? Ответ заключается в том, что срок службы указан для устройства при максимальной указанной температуре и максимальном указанном напряжении. Если вы запустите устройство при более низкой температуре или более низком напряжении, оно прослужит намного дольше. По сути, если вы разрабатываете что-то, что рассчитано только на пару лет, то 2000-часовая деталь вполне подойдет, если вы проектируете что-то, что будет длиться больше, например, 5, 7 или 10 лет, тогда найдите деталь с более длительным сроком службы.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Танталовые электролитические колпачки

• Обеспечивает большую емкость в небольшом размере.
• Имеют низкое ESR: выше, чем у керамических колпачков, но намного ниже, чем у алюминиево-электролитических
• Относительно дорого
• Будьте очень осторожны, чтобы не превысить характеристики напряжения или динамического тока. Их режим отказа — это каскадное короткое замыкание с тепловым разгоном, что плохо, поскольку может вызвать возгорание.
• Откровенно говоря, может быть лучше использовать алюминиево-полимерные колпачки следующего типа, которые имеют те же преимущества, но без режима катастрофического отказа.

Танталовые конденсаторы

Алюминиевые полимерные колпачки

• Имеют низкое ESR и высокую емкость в небольшом корпусе
• Не имеют режима катастрофического отказа танталовых колпачков
• Относительно высокая стоимость
• Это деталь, которую нужно использовать, если вам нужно много емкости в небольшом пространстве.

Алюминиевые полимерные конденсаторы

Общие значения конденсаторов

1,0	10	100	1000	0.01	0,1	1,0	10	100	1000
1,1	11	110	1100
1,2	12	120	1200
1,3	13	130	1300
1.5	15	150	1500	0,015	0,15	1,5	15	150	1500
1,6	16	160	1600
1,8	18	180	1800
2.0	20	200	2000
2,2	22	220	2200	0,022	0,22	2,2	22	220	2200
2,4	24	240	2400
2.7	27	270	2700
3,0	30	300	3000
3,3	33	330	3300	0,033	0,33	3,3	33	330	3300
3.6	36	360	3600
3,9	39	390	3900
4,3	43	430	4300
4.7	47	470	4700	0,047	0,47	4,7	47	470	4700
5,1	51	510	5100
5,6	56	560	5600
6.2	62	620	6200
6,8	68	680	6800	0,068	0,68	6,8	68	680	6800
7,5	75	750	7500
8.2	82	820	8200
9,1	91	910	9100

Номинальное напряжение конденсатора

	10 В	10 В
16 В	16 В	16 В
		20 В
25В	25 В	25 В
	35V	35V
50 В	50 В	50 В	50 В
	63В
100 В	100 В		100 В
	160В
			200В
	250 В			250 В
	350 В
			400 В	400 В
	450 В
600В
				630В
1000В

Трехбуквенный код керамического конденсатора

Колпачки I класса

Первый символ		Второй символ		Третий символ
Письмо	Сиг Инжир *	Цифра	Множитель 10 x	Письмо	Допуск
С	0.0	0	–1	G	+/- 30
Б	0,3	1	-10	H	+/- 60
л	0,8	2	-100	Дж	+/- 120
А	0,9	3	-1000	К	+/- 250
М	1.0	4	+1	L	+/- 500
п	1,5	6	+10	M	+/- 1000
р	2,2	7	+100	N	+/- 2500
S	3,3	8	+1000
Т	4.7
В	5,6
U	7,5

Крышки класса II

Первый символ		Второй символ		Третий символ
Письмо	Низкая температура	Цифра	High Temp	Письмо	Изменение
Х	-55C (-67F)	2	+ 45C (+ 113F)	D	+/- 3.3%
Y	-30C (-22F)	4	+65 (+ 149F)	E	+/- 4,7%
Z	+ 10C (+ 50F)	5	+85 (+ 185F)	Ф	+/- 7,5%
		6	+105 (+ 221F)	П	+/- 10%
		7	+125 (+ 257F)	R	+/- 15%
				S	+/- 22%
				Т	+ 22% / -33%
				U	+ 22% / -56%
				В	+ 22% / -82%

Полезные видео