Для чего нужны конденсаторы в схемах. Конденсаторы в электрических схемах: принцип работы, виды и применение

Что такое конденсатор и как он работает в электрической цепи. Какие бывают виды конденсаторов. Для чего используются конденсаторы в различных устройствах. Как правильно подобрать конденсатор для схемы.

Что такое конденсатор и как он устроен

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

• Обкладки — металлические пластины, на которых накапливается заряд
• Диэлектрик — непроводящий материал между обкладками (бумага, керамика, воздух и др.)

При подключении конденсатора к источнику напряжения на одной обкладке накапливаются положительные заряды, на другой — отрицательные. Между обкладками возникает электрическое поле, в котором запасается энергия конденсатора.

Основные параметры конденсаторов

Главные характеристики конденсатора:

• Емкость — способность накапливать электрический заряд, измеряется в фарадах (Ф)
• Рабочее напряжение — максимально допустимое напряжение между обкладками
• Тип диэлектрика — определяет свойства конденсатора
• Полярность — бывают полярные и неполярные конденсаторы
• Температурный коэффициент емкости — зависимость емкости от температуры

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

Принцип работы конденсатора в электрической цепи

Как работает конденсатор в электрической схеме:

1. При подключении к источнику постоянного тока конденсатор заряжается — на обкладках накапливаются заряды
2. Когда напряжение на обкладках сравняется с напряжением источника, ток прекращается
3. При отключении источника конденсатор сохраняет накопленный заряд
4. При разрядке через нагрузку конденсатор отдает накопленную энергию

В цепи переменного тока конденсатор периодически заряжается и разряжается, создавая емкостное сопротивление. Это позволяет использовать его для фильтрации сигналов.

Основные виды конденсаторов

По типу диэлектрика и конструкции различают следующие виды конденсаторов:

• Керамические — компактные, для высоких частот
• Пленочные — стабильные характеристики, для фильтров
• Электролитические — большая емкость, полярные
• Танталовые — миниатюрные, для SMD-монтажа
• Слюдяные — высокая стабильность, для ВЧ-техники
• Бумажные — дешевые, для низких частот
• Воздушные — переменной емкости, для настройки контуров

Выбор типа конденсатора зависит от требуемых параметров схемы — емкости, рабочего напряжения, стабильности, частотного диапазона.

Применение конденсаторов в электронике

Конденсаторы широко используются в электронных устройствах для различных целей:

• Накопление энергии и сглаживание пульсаций в блоках питания
• Разделение постоянной и переменной составляющих сигнала
• Частотная фильтрация в аудиотехнике
• Создание колебательных контуров в радиотехнике
• Подавление помех и наводок в цифровой технике
• Пусковые и рабочие конденсаторы в электродвигателях
• Компенсация реактивной мощности в энергетике

Правильный выбор типа и параметров конденсатора критически важен для работоспособности электронных схем.

Как рассчитать необходимую емкость конденсатора

Расчет требуемой емкости конденсатора зависит от его назначения в схеме. Основные формулы:

• Для фильтра: C = 1 / (2π * f * R), где f — частота среза, R — сопротивление нагрузки
• Для накопителя энергии: C = 2W / U^2, где W — запасаемая энергия, U — напряжение
• Для времязадающей цепи: C = t / (R * ln2), где t — временная константа, R — сопротивление

При расчетах необходимо учитывать допуски на емкость реальных конденсаторов и запас по рабочему напряжению.

Маркировка конденсаторов

На корпусе конденсатора обычно указывается:

• Номинальная емкость (например, 100 мкФ)
• Допустимое напряжение (например, 16В)
• Полярность для электролитических конденсаторов
• Допуск емкости (например, ±20%)
• Рабочая температура (например, -40…+85°C)

Емкость может быть закодирована цифрами или цветовой маркировкой. Важно правильно расшифровывать маркировку при выборе конденсаторов.

Правила использования конденсаторов в схемах

При применении конденсаторов следует соблюдать ряд правил:

• Не превышать максимальное рабочее напряжение
• Учитывать полярность электролитических конденсаторов
• Использовать конденсаторы с подходящим температурным коэффициентом
• Устанавливать фильтрующие конденсаторы как можно ближе к микросхемам питания
• Применять конденсаторы с малым ESR для импульсных схем
• Не допускать перегрева конденсаторов током утечки

Соблюдение этих правил обеспечит надежную работу электронных устройств с конденсаторами.

Конденсаторы. Что это и для чего они нужны.

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 светильниках применяется  для компенсации реактивной мощности.

 

 

Электрическая энергия, вырабатываемая генераторами электростанций, характеризуется их активной и реактивной мощностью. Активная мощность потребляется электроприемниками, преобразуясь в тепловую, механическую и другие виды энергии. Реактивная мощность характеризует электроэнергию, преобразуемую в энергию электрических и магнитных полей. В электрической сети и ее электроприемниках происходит процесс обмена энергией между электрическими и магнитными полями. Устройства, которые целенаправленно участвуют в этом процессе, называют источниками реактивной мощности(ИРМ). Такими устройствами могут быть не только генераторы электрических станций, но и синхронные компенсаторы, реакторы, конденсаторы, реактивной мощностью которых управляют по определенному закону регулирования с помощью специальных средств.

Реактивная мощность снижает эффективность использования всей энергосистемы, ее пытаются максимально снизить с помощью конденсаторных установок.

Конденсаторы в электрических и электронных схемах: назначение, устройство, принцип действия

Емкость конденсатора

Электрические заряды

Как вы знаете, существует два типа зарядов: положительный заряд и отрицательный заряд. Ну и все как обычно, одноименные заряды отталкивается, а разноименные  – притягиваются. Физика седьмой класс).

Давайте еще раз рассмотрим простую модель конденсатора.

Если мы соединим наш конденсатор с каким-нибудь источником питания постоянного тока, то мы его зарядим. В этот момент положительные заряды, которые идут от плюса источника питания, осядут на одной пластине, а отрицательные заряды с минуса источника питания – на другой.

Самое интересное то, что количество положительных зарядов будет равняться количеству отрицательных зарядов.

Даже если мы отсоединим источник питания постоянного тока, то у нас конденсатор так и останется заряженным.

Почему так происходит?

Во-первых, заряду некуда течь. Хотя с течением времени он все равно будет разряжаться. Это  зависит от материала диэлектрика.

Во-вторых, происходит взаимодействие зарядов. Положительные заряды притягиваются к отрицательным, но они не могут соединиться с друг другом, так как им мешает диэлектрик, который, как вы знаете, не пропускает электрический ток. В это время между обкладками конденсатора возникает электрическое поле, которое как раз и запасает энергию конденсатора.

Когда конденсатор заряжается, электрическое поле между обкладками становится сильнее. Соответственно, когда конденсатор разряжается, электрическое поле слабеет. Но как много заряда мы можем “впихнуть” в конденсатор? Вот здесь и применяется такое понятие, как емкость конденсатора.

Что такое емкость

Емкость конденсатора – это его способность накапливать заряд на своих пластинах в виде электрического поля.

Но ведь емкость может быть не только у конденсатора. Например, емкость бутылки 1 литр, или емкость бензобака – 100 литров и так далее. Мы ведь не можем впихнуть в бутылку емкость в 1 литр больше, чем рассчитана эта бутылка, так ведь? Иначе остатки жидкости просто не влезут в бутылку и будут выливаться из нее. Точно такие же дела и обстоят с конденсатором. Мы не сможем впихнуть в него заряда больше, если он не рассчитан на это. Поэтому, емкость конденсатора выражается формулой:

где

С – это емкость, Фарад

Q – количество заряда на одной из обкладок конденсатора, Кулоны

U – напряжение между пластинами, Вольты

Получается, 1 Фарад – это когда на обкладках конденсатора хранится заряд в 1 Кулон и напряжение между пластинами 1 Вольт. Емкость может принимать только положительные значения.

Значение в 1 Фарад – это слишком много. На практике в основном пользуются значениями микрофарады, нанофарады и пикофарады. Хочу вам напомнить, что приставка “микро” – это 10-6 , “нано” – это 10-9 , пико – это 10-12 .

Назначение установок КРМ

Конденсаторные установки известны еще и как установки КРМ – то есть компенсаторы реактивной мощности. Они широко используются в энергетике, трансформаторах, асинхронных двигателях и другом оборудовании с появляющейся реактивной мощностью. Данное явление доставляет определенные неприятности подключенному оборудованию из-за создания дополнительного напряжения в сети. Для снижения негативных последствий и предназначены установки, компенсирующие реактивную мощность.

Очень часто возникает вопрос, зачем нужна конденсаторная установка для чего используется это устройство? Основной функцией данных систем является поддержание заданного уровня коэффициента мощности потребителя. С этой целью в реальном времени отслеживаются изменения нагрузки, после чего в нужный момент происходит включение или отключение нужного количества конденсаторных батарей.

Большая часть нагрузки современных электрических сетей создается на промышленных предприятиях электродвигателями, трансформаторами и другим оборудованием с электромагнитными системами. Для их работы используется реактивная энергия, под действием которой появляется фазовый сдвиг между током и напряжением. При включении нагрузки происходит потребление не только активной, но и реактивной энергии. В связи с этим полная мощность увеличивается в среднем на 20-25% относительно активной мощности. Это соотношение и будет коэффициентом мощности.

Для того чтобы исключить попадание в сеть реактивной мощности применяются различные виды конденсаторных установок. За счет этого она вырабатывается и остается на месте, где и потребляется электрическими нагрузками.

Существует несколько видов установок компенсации реактивной мощности: автоматические высоковольтные и низковольтные, тиристорные, фильтрокомпенсирующие, а также тиристорные установки с фильтрацией высших гармоник. Отдельно следует отметить конденсаторные установки нерегулируемые, компенсирующие реактивную мощность постоянных нагрузок. Типичными примерами такого оборудования различные виды насосов, особенно используемых в системах тепло- и водоснабжения. В этом случае коэффициент мощности повышается за счет приложения постоянной мощности конденсаторов напрямую к реактивной нагрузке.

Максимальное рабочее напряжение на конденсаторе

Все конденсаторы имеют какое-то предельное напряжение, которое можно на них подавать. Дело все в том, что может произойти пробой диэлектрика, и конденсатор выйдет из строя. Чаще всего это напряжение пишут на самом корпусе конденсатора. Например, на электролитическом конденсаторе.

максимальное рабочее напряжение конденсатора

В технической документации этот параметр чаще всего обозначается, как WV, что с английского Working Voltage (рабочее напряжение), или DC WV – Direct Current Working Voltage – постоянное рабочее напряжение конденсатора.

Здесь есть один нюанс, о котором часто забывают. Дело в том, что на конденсаторе написано именно на какое постоянное напряжение он рассчитан, а не переменное. Если такой конденсатор, как на рисунке выше, с максимальным рабочим напряжением в 50 Вольт вставите в цепь переменного тока с источником питания, который выдает 50 Вольт переменного тока, то ваш конденсатор взорвется.

Так как 50 Вольт переменного тока – это действующее напряжение. Его максимальное значение будет 50 × √2 = 70,7 Вольт, что намного больше, чем 50 Вольт.

Расчёт необходимой ёмкости

Выбирая конденсатор, необходимо предупредить ситуацию, при которой фазный ток превысит своё номинальное значение. Поэтому к подсчётам необходимо подойти очень тщательно — неправильные результаты могут привести не только к поломке конденсатора, но и перегоранию обмоток двигателя. На практике для пуска моторов небольшой мощности пользуются упрощённым подбором исходя из соображений, что для каждых 100 Вт мощности двигателя необходимо 7 мкФ ёмкости при соединении в треугольник. При подключении обмотки в звезду это значение уменьшается вдвое. Если в однофазную сеть присоединяют мотор на три фазы с мощностью 1 квт, то необходим конденсатор зарядом 70—72 мкФ при соединении обмоток треугольником, и 36 мкФ в случае подключения звездой.

Расчёт необходимого значения ёмкости для работы производится по формулам.

При схеме соединения звездой:

Ср=2800 I / U

Если обмотки образуют треугольник:

Ср=4800 I / U

I — номинальный ток двигателя. Если по каким-либо причинам его значение неизвестно, для расчёта необходимо воспользоваться формулой:

I = P / (3 U).

При этом U = 220 В при соединении звездой, U = 380в — треугольником.

Р — мощность, измеряемая в ваттах.

При пуске двигателя со значительной нагрузкой на валу параллельно с рабочей ёмкостью необходимо включить пусковую.

Её значение рассчитывают по формуле:

Сп=(2,5÷3,0) Ср

Пусковая ёмкость должна превышать значение рабочей в 2,5 — 3 раза.

Очень важен правильный выбор значения напряжения для конденсатора. Этот параметр, так же как и ёмкость, влияет на цену и габариты прибора. Если напряжение сети больше номинального значения конденсатора, пусковое приспособление выйдет из строя. Но и использовать оборудование с завышенным напряжением также не стоит. Ведь это приведёт к неэффективному увеличению габаритов конденсаторной батареи.

Оптимальным является значение напряжения конденсатора в 1,15 раз превышающее значение напряжения сети: Uk =1,15 U с.

Очень часто при включении мотора с тремя обмотками в однофазную сеть используются конденсаторы типа КГБ-МН или БГТ (термостойкие). Они выполнены из бумаги. Металлический корпус полностью герметичен. Имеет прямоугольный вид. Необходимо учитывать, что допустимые значения напряжения и ёмкости, обозначенные на приборе, указаны для постоянного тока. Поэтому при работе на переменном токе необходимо уменьшать показатели напряжения конденсатора в 2 раза.

Расчёт необходимой ёмкости.

Для чего нужен конденсатор

Конденсаторы широко используются во всех электронных и радиотехнических схемах. Они вместе с транзисторами и резисторами являются основой радиотехники. Применение конденсаторов в электротехнических устройствах и бытовой технике:

• Важным свойством конденсатора в цепи переменного тока является его способность выступать в роли емкостного сопротивления (индуктивное у катушки). Если подключить последовательно конденсатор и лампочку к батарейке, то она не будет светиться. Но если подключить к источнику переменного тока, то она загорится. И светиться будет тем ярче, чем выше емкость конденсатора. Благодаря этому свойству они широко применяются в качестве фильтра, который способен довольно успешно подавлять ВЧ и НЧ помехи, пульсации напряжения и скачки переменного тока.
• Благодаря способности конденсаторов долгое время накапливать заряд и затем быстро разряжаться в цепи с малым сопротивлением для создания импульса, делает их незаменимыми при производстве фотовспышек, ускорителей электромагнитного типа, лазеров и т. п.
• Способность конденсатора накапливать и сохранять электрический заряд на продолжительное время, сделало возможным использование его в элементах для сохранения информации. А так же в качестве источника питания для маломощных устройств. Например, пробника электрика, который достаточно вставить в розетку на пару секунд пока не зарядится в нем встроенный конденсатор и затем можно целый день прозванивать цепи с его помощью. Но к сожалению , конденсатор значительно уступает в способности накапливать электроэнергию аккумуляторной батареи из-за токов утечки (саморазряда) и неспособности накопить электроэнергию большой величины.
• Конденсаторы используются при подключении электродвигателя 380 на 220 Вольт. Он подключается к третьему выводу, и благодаря тому что он сдвигает фазу на 90 градусов на третьем выводе- становится возможным использования трехфазного мотора в однофазной сети 220 Вольт.
• В промышленности конденсаторные установки применяются для компенсации реактивной энергии.

Конденсатор переменного тока.

Где и для чего применяются

Всё же ответим на вопрос «для чего предназначен конденсатор?» с практической точки зрения. Для этого рассмотрим несколько схем.

Самое широкое применение электролитические конденсаторы нашли в качестве уже не раз упомянутого фильтра сетевых пульсаций в блоках питания. На схеме ниже изображено, где именно устанавливается электролит. Чем больше нагрузка – тем большая ёмкость электролита нужна для сглаживания пульсаций.

Следующее место, где применяются конденсаторы – это фильтры высоких и низких частот. Ниже на схеме приведены типовые включения. Таким образом в акустических системах разводят басы, средние и высокие частоты по динамикам без применения активных компонентов.

Балластные блоки питания часто используются для зарядки небольших аккумуляторов и питания маломощных устройств, таких как дешевые светодиодные лампочки, радиоприёмники и прочие. Плёночный конденсатор устанавливается последовательно с питающим устройством, ограничивая ток за счёт своего реактивного сопротивления – в этом и заключается принцип работы такой простой схемы.

Снабберы – это устройства, предназначенные для защиты полупроводниковых ключей и контактов реле от нагрузок, возникающих при коммутации. В современных импульсных высокочастотных БП нашли применение снабберы из резистора и конденсатора, таким образом улучшаются основные параметры в цепи и снижаются нагрузки на ключи, как и потери мощности на его нагрев. Принцип действия снаббера состоит в замедлении фронтов роста и спада напряжения на ключе за счет использования постоянной времени заряда ёмкости.

Принцип действия и для чего нужен конденсатор

Из обозначения и схематического изображения можно сделать заключение, что в качестве простейшего конденсатора могут выступить даже две металлические пластины, расположенные рядом. В качестве диэлектрика при этом справится воздух. Теоретически нет никакого ограничения на площадь пластин и расстояние между ними. Поэтому даже при разводе на огромные расстояния и уменьшении их размера, пускай и незначительная, но какая-то емкость сохраняется.

Такое свойство нашло использование в высокочастотной технике. Так, их научились делать даже в виде обычных дорожек печатного монтажа, а также просто скручивая два провода, которые находятся в полиэтиленовой изоляции. При использовании кабеля емкость конденсатора (мкф) увеличивается вместе с длиной. Но следует понимать, что если передаваемый импульс короткий, а провод длинный, то он может просто не дойти до точки назначения. Может использоваться конденсатор в цепи постоянного и переменного тока.

Работа конденсатора в электрической цепи

Уже давно мы отошли от понимания электричества в терминах движения, действия зарядов и так далее. Теперь мы мыслим понятиями электрических цепей, где обычными вещами являются напряжения, токи, мощность. И к рассмотрению поведения зарядов прибегаем только, чтобы понять, как работает в цепи какое-нибудь устройство.

Например, конденсатор в простейшей цепи постоянного электрического тока является просто разрывом. Обкладки ведь не соприкасаются друг с другом. Поэтому, чтобы понять принцип действия конденсатора в цепи, придется все-таки вернуться к поведению зарядов.

Зарядка конденсатора

Соберем простую электрическую цепь, состоящую из аккумулятора, конденсатора, резистора и переключателя.

Конденсатор: принцип действия

ε_c  – ЭДС аккумулятора, C – конденсатор, R – резистор, K – переключатель  

Когда переключатель никуда не включен, тока в цепи нет. Если подключить его к контакту 1, то напряжение с аккумулятора попадет на конденсатор. Конденсатор начнет заряжаться настолько, насколько хватит его емкости. В цепи потечет ток заряда, который сначала будет довольно большим, а по мере зарядки конденсатора будет уменьшаться, пока совсем не сойдет на нуль.

Конденсатор при этом приобретет заряд такого же знака, как и сам аккумулятор. Разомкнув теперь переключатель К, получим разорванную цепь, но в ней стало два источник энергии: аккумулятор и конденсатор.

Конденсатор

Разрядка конденсатора

Если теперь перевести переключатель в положение 2, то заряд, накопленный на обкладках конденсатора, начнет разряжаться через сопротивление R.

Причем, сначала, при максимальном напряжении, и ток будет максимальным, величину которого можно вычислить, зная напряжение на конденсаторе, по закону Ома. Ток будет течь, то есть конденсатор будет разряжаться, а напряжение его падать. Соответственно и ток будет все меньше и меньше. И когда в конденсаторе заряда совсем не останется, ток прекратится.

Процессы внутри конденсатора

У ситуации, описанной в этих двух случаях, есть интересные особенности:

1. Электрическая батарея постоянного напряжения, работая в цепи с конденсатором, дает, тем не менее, переменный ток: при зарядке он изменяется от максимального значения до 0.
2. Конденсатор, имея некоторый заряд, при разряжении через резистор, даст тоже переменный ток, изменяющийся от максимального значения до 0.
3. В обоих случаях после непродолжительного действия ток прекращается. Конденсатор в обоих случаях после этого демонстрирует разрыв в цепи — ток больше не течет.

Описанные процессы называются переходными. Они имеют место в электрических цепях с постоянным напряжением питания, когда в них установлены реактивные элементы. После прохождения переходных процессов реактивные элементы перестают влиять на режимы токов и напряжений в электрической цепи. Время, в течение которого переходный процесс завершается, зависит как от емкости конденсатора C, так и от активного сопротивления нагрузки R. Очевидно, что чем они больше, тем больше нужен и интервал времени, пока переходный процесс не завершится.

Параметр, характеризующий время переходного процесса, называется «постоянной времени» для данной схемы, обозначается греческой буквой «тау»:

Формула

Произведение сопротивления в омах на емкость в фарадах, если рассмотреть внимательно эти единицы измерения, действительно дает величину в секундах. 

Однако переходный процесс разрядки конденсатора — это процесс плавный. То есть, грубо говоря, он не заканчивается никогда.

Временная диаграмма разрядки конденсатора через резистор

U_c  – напряжение  на конденсаторе (вольт), U – первоначальное напряжение заряженного конденсатора, t – время (сек)

На рисунке видно, что конденсатор будет разряжаться «всегда», так как чем меньше на нем остается зарядов, тем меньший ток будет бежать по цепи, следовательно, тем медленнее будет идти процесс разрядки. Процесс экспоненциальный. По времени отложены значения в секундах величин, кратных постоянной времени. С некоторых значений можно считать процесс практически законченным, например, при 5t, когда напряжения на конденсаторе осталось порядка 0,7%.

Режим, когда переходный процесс завершен, называется стационарным, или режимом постоянного тока.

Основные параметры конденсаторов

Ёмкость конденсатора-характеризует энергию,которую способен накопить конденсатор,а также ток который он способен пропустить через себя. Измеряется в Фарадах с множительной приставкой (нано, микро и т.д.). Самые используемые номиналы для рабочих и пусковых конденсаторов от 1 мкФ (μF) до 100 мкФ (μF). Номинальное напряжение конденсатора- напряжение, при котором конденсатор способен надёжно и долговременно работать, сохраняя свои параметры.

Известные производители конденсаторов указывают на его корпусе напряжение и соответствующую ему гарантированную наработку в часах,например:

• 400 В – 10000 часов;
• 450 В – 5000 часов;
• 500 В – 1000 часов.

Неполярные конденсаторы

К неполярным конденсаторам относят конденсаторы, для которых неважна полярность. Такие конденсаторы обладают симметричностью. Обозначение неполярных конденсаторов на электросхемах выглядит вот так.

обозначение конденсатора на схеме

Конденсаторы переменной емкости

Эти виды конденсаторов имеют воздушный диэлектрик и могут менять свою емкость под действием внешней силы, например, такой как рука человека. Ниже на фото советские типы таких переменных конденсаторов.

переменные конденсаторы

Современные выглядят чуточку красивее

подстроечные конденсаторы

Переменный конденсатор от подстроечного отличается лишь тем, что переменный конденсатор крутят чаще, чем подстроечный. Подстроечный крутят раз в жизни)

На схемах обозначаются так.

переменный конденсатор обозначение на схеме

Слева -переменный, справа – подстроечный.

Пленочные конденсаторы

Пленочные конденсаторы являются самыми распространенными в большом семействе конденсаторов. Они названы так потому, что вместо диэлектрика здесь используется тонкая пленка, которая может состоять из полиэстера, полипропилена, поликарбоната, тефлона и много еще из чего. Такие конденсаторы идут от номинала 5 пФ и до 100 мкФ. Они могут быть сделаны по принципу бетерброда

А также по принципу рулета

Давайте рассмотрим К73-9 советский пленочный конденсатор.

к73-9 советский конденсатор

Что же у него внутри? Смотрим.

Как и ожидалось, рулончик из фольги с диэлектриком-пленкой

что внутри конденсатора

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы – это конденсаторы, которые изготавливают из керамики или фарфора, которые покрывают серебром. Берут диск квадратной или круглой формы, напыляют с с двух сторон серебро, выводят выводы и вуаля! Конденсатор готов! То есть и есть самый простой плоский конденсатор, о котором мы говорили выше в этой статье.

Хотите получишь емкость больше? Не вопрос! Складываем диски в бутерброд и увеличиваем емкость

Выглядеть керамические конденсаторы могут вот так:

керамические конденсаторыкерамические каплевидные конденсаторы

SMD конденсаторы

smd конденсаторы

SMD конденсаторы – это керамические конденсаторы, которые построены по принципу бутерброда.

строение SMD конденсатора

Они используются в микроэлектронике, так как обладают крошечными размерами и удобны в плане промышленного производства с помощью роботов, которые автоматически расставляют SMD компоненты на плату.Такой тип конденсаторов вы без труда можете найти на платах своих мобильных телефонов, на материнских платах компьютеров, а также в современных гаджетах.

Общая концепция

Конденсатор состоит из двух проводящих обкладок и диэлектрика между ними. И все, больше ничего. С виду простая радиодеталь, но работает на высоких и низких частотах по-разному.

Обозначается на схеме двумя параллельными линиями.

Принцип работы

Эта радиодеталь хорошо демонстрирует явление электростатической индукции. Разберем на примере.

Если подключить к конденсатору постоянный источник тока, то в начальный момент времени ток начнет скапливаться на обкладках конденсатора. Это происходит за счет электростатической индукции. Сопротивление практически равно нулю.

Электрическое поле за счет электростатической индукции притягивает разноименные заряды на две противоположные обкладки. Это свойство материи называется емкостью. Емкость есть у всех материалов. И даже у диэлектриков, но у проводников она значительно больше. Поэтому обкладки конденсатора выполнены из проводника.

Основное свойство конденсатора это емкость.

По мере накопления зарядов, поле начинает ослабевать, а сопротивление нарастает. Почему так происходит? Места на обкладках все меньше, одноименные заряды на них действуют друг на друга, а напряжение на конденсаторе становится равным источнику тока. Такое сопротивление называется реактивным, или емкостным. Оно зависит от частоты тока, емкости радиодеталей и проводов.

Когда на обкладках не останется места для электрического тока, то и ток в цепи прекратиться. Электростатическая индукция пропадает. Теперь остается электрическое поле, которое держит заряды на своих обкладках и не отпускает их. А электрическому току некуда деваться. Напряжение на конденсаторе станет равным ЭДС (напряжению) источнику тока.

А что будет, если повысить ЭДС (напряжение) источника тока? Электрическое поле начнет все сильнее давить на диэлектрик, поскольку места на обкладках уже нет. НО если напряжение на конденсаторе превысит допустимые знания, то диэлектрик пробьет. И конденсатор станет проводником, заряды освободятся, и ток пойдет по цепи. Как тогда использовать конденсатор для высоких напряжений? Можно увеличить размер диэлектрика и расстояние между обкладками, но при этом уменьшается емкость детали.

Между обкладками находится диэлектрик, который препятствует прохождению постоянного тока. Это именно барьер для постоянного тока. Потому, что постоянный ток создает и постоянное напряжение. А постоянное напряжение может создавать электростатическую индукцию только при замыкании цепи, то есть, когда конденсатор заряжается.

Так конденсатор может сохранять энергию до тех пор, пока к нему не подключится потребитель.

Конденсатор и цепь постоянного тока

Добавим в схему лампочку. Она загорится только во время зарядки.
Еще одна важная особенность — когда происходит процесс зарядки током, то напряжение отстает от тока. Напряжение как бы догоняет ток, поскольку сопротивление нарастает плавно, по мере зарядки. Электрические зарядам нужно время, чтобы переместиться к обкладкам конденсатора. Так называется время зарядки. Оно зависит от емкости, частоты и напряжения.

Лампочка затухает при полной зарядке.

Постоянный электрический ток не проходит через конденсатор только после его зарядки.

Цепь с переменным током

А что если поменять полярность на источнике тока? Тогда конденсатор начнет разряжаться, и снова заряжаться, поскольку меняется полярность источника.

Электростатическая индукция возникает постоянно, если электрический ток переменный.Каждый раз, когда ток начинает менять свое направление, начинается процесс зарядки и разрядки.

Поэтому, конденсатор пропускает переменный электрический ток.

Чем выше частота — тем меньше реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора.

Особенности устройства с переменным электротоком

Чтобы определить, будет ли проходить переменный электроток, необходимо устройство подключить в соответствующую цепь. Основным источником электроэнергии в таком случае должно являться устройство, генерирующее именно переменный электроток.

Постоянный электрический ток не идет через конденсатор, а вот переменный, наоборот, протекает, причем устройство постоянно оказывает сопротивление проходящему через него электротоку. Величина этого сопротивления связана с частотой. Зависимость здесь обратно пропорциональная: чем ниже частота, тем выше сопротивление. Если к источнику переменного электротока подключить кондер, то наибольшее значение напряжения здесь будет зависеть от силы тока.

Убедиться в том, что конденсатор может проводить переменный электроток, наглядно поможет простейшая цепь, составленная из:

• Источника тока. Он должен быть переменным.
• Конденсатора.
• Потребителя электротока. Лучше всего использовать лампу.

Однако стоит помнить об одном: лампа загорится лишь в том случае, если устройство имеет довольно большую емкость. Переменный ток оказывает на конденсатор такое влияние, что устройство начинает заряжаться и разряжаться. А ток, который проходит по сети во время перезарядки, повышает температуру нити накаливания лампы. В результате она и светится.

От емкости устройства, подключенного к сети переменного тока, во многом зависит электроток перезарядки. Зависимость прямо пропорциональная: чем большей емкостью обладает, тем больше величина, характеризующая силу тока перезарядки. Чтобы в этом убедиться, достаточно лишь повысить емкость. Сразу после этого лампа начнет светиться ярче, так как нити ее будут больше накалены. Как видно, конденсатор, который выступает в качестве одного из элементов цепи переменного тока, ведет себя иначе, нежели постоянный резистор.

При подключении конденсатора переменного тока начинают происходить более сложные процессы. Лучше их понять поможет такой инструмент, как вектор. Главная идея вектора в этом случае будет заключаться в том, что можно представить значение изменяющегося во времени сигнала как произведение комплексного сигнала, который является функцией оси, отображающей время и комплексного числа, которое, наоборот, не связано со временем.

Конденсатор в сети переменного тока может периодически перезаряжаться: он то приобретает какой-то заряд, то, наоборот, отдает его. Это означает, что кондер и источник переменного электротока в сети постоянно обмениваются друг с другом электрической энергией. Такой вид электроэнергии в электротехнике носит название реактивной.

Сравнение рабочего и пускового конденсатора

Сравнительная таблица применения конденсаторов для асинхронных двигателей, включенных на напряжение 220 В.

Таблица сравнения характеристик.

В связи с тем, что указанные типы конденсаторов имеют относительно большие габариты и стоимость, в качестве рабочего и пускового конденсатора можно использовать полярные (оксидные) конденсаторы. Они обладают следующим достоинством: при малых габаритах они имеют намного большую емкость, чем бумажные. Наряду с этим существует весомый недостаток: включать в сеть переменного тока напрямую их нельзя. Для использования совместно с двигателем, нужно применить полупроводниковые диоды.

Схема включения несложная, но в ней есть недостаток: диоды должны быть подобраны в соответствии с токами нагрузки. При больших токах диоды необходимо устанавливать на радиаторы. Если расчет будет неверным, или теплоотвод меньшей площади, чем требуется, диод может выйти из строя и пропустит в цепь переменное напряжение. Полярные конденсаторы рассчитаны на постоянное напряжение и при попадании на них напряжения переменного они перегреваются, электролит внутри них закипает и они выходят из строя, что может принести вред не только электромотору, но и человеку, обслуживающему данное устройство.

Напряжение 220 В – является напряжением опасным для жизни. В целях соблюдения правил безопасной эксплуатации электроустановок потребителей, сохранения жизни и здоровья лиц, эксплуатирующих данные устройства, применение данных схем включения должен проводить специалист.

Преимущества использования конденсаторных установок

Основными положительными качествами компенсационных систем является отсутствие каких-либо вращающихся частей, небольшие удельные потери активной мощности, возможность подбора любой практически необходимой мощности компенсации, возможность подключения к любой точке сети, простая эксплуатация и монтаж, отсутствие шумов во время работы, относительно низкие капиталовложения.

Конденсаторные установки бывают в двух вариантах:

• Модульные – используют для компенсирования реактивной мощности в групповых сетях и сетях энергообеспечения на крупных и средних предприятиях.
• Моноблочные – имеют широкое применение для компенсирования реактивной мощности в групповых сетях на малых предприятиях.

Если предприятие работает, круглые сутки и образование реактивной энергии случается постоянно, то выгодно чтобы конденсаторные установки работали круглые сутки. Но если на производстве, работа распределена неравномерно, предположим, в ночное время нагрузка значительно снижается, необходимо обеспечивать их выключение, так как непрерывная работа может привести к лишнему увеличению напряжения в электросетях.

Таким производствам больше подходят установки с автоматической регулировкой. Они имеют автоматический регулятор, он постоянно следит за значение коэффициента мощности, и, регулирует количество подключенных батарей, что позволяет максимально возмещать её объем.

Срок окупаемости при правильном выборе, может составить от шести месяцев до полутора лет.

Установка диммера

Установка электросчетчика в квартире

Установка и монтаж ГРЩ

Установка солнечных батарей

Установка подрозетников

Установка распаечных коробок

Принцип работы и назначение

В электрических схемах данные устройства могут использоваться с различными целями, но их основной функцией является сохранение электрического заряда, то есть, конденсатор получает электрический ток, сохраняет его и впоследствии передает в цепь. При подключении конденсатора к электрической сети на электродах конденсатора начинает накапливаться электрический заряд. В начале зарядки конденсатор потребляет наибольшую величину электрического тока, по мере зарядки конденсатора электроток уменьшается и когда емкость конденсатора будет наполнена ток пропадет совсем.

При отключении электрической цепи от источника питания и подключении нагрузки, конденсатор перестает получать заряд и отдает накопленный ток другим элементам, сам, как бы становится источником питания.

Основная техническая характеристика конденсатора, это емкость. Емкостью называется способность конденсатора накапливать электрический заряд. Чем больше емкость конденсатора, тем большее количество заряда он может накопить и соответственно отдать обратно в электрическую цепь. Емкость конденсатора измеряется в Фарадах. Конденсаторы различаются по конструкции, материалов из которых они изготовлены и области применения. Самый распространенный конденсатор это – конденсатор постоянной емкости.

Конденсаторы постоянной емкости изготавливаются из самых различных материалов и могут быть – металлобумажными, слюдяными, керамическими. Такие конденсаторы как электрокомпонент используются во всех электронных устройствах.

Для увеличения площади обкладок пластины некоторых конденсаторов изготавливают из полосок фольги, разделенных полоской диэлектрика и скрученных в рулон. Увеличить емкость также можно уменьшением толщины диэлектрика между обкладками и применением материалов с большей диэлектрической проницаемостью. Между обкладками конденсаторов располагают твердые, жидкие вещества и газы, в том числе и воздух.

Из формулы очевиден и такой факт: даже при небольших площадях обкладок и на любых расстояниях между обкладками емкость не равна нулю. Два проложенных рядом проводника тоже обладают емкостью. В связи с этим высоковольтная кабельная линия способна накапливать заряд, а на высоких частотах проводники вносят в устройства связи «паразитные» емкости, с которыми приходится бороться.

Конденсаторы небольшой емкости получают на печатных платах, располагая две дорожки напротив друг друга. Каким бы качественным не был диэлектрик в конденсаторе, он все равно имеет сопротивление. Его величина велика, но в заряженном состоянии конденсатора ток между обкладками все равно есть. Это приводит к явлению «саморазряда»: заряженный конденсатор со временем теряет свой заряд. В таблице ниже подробно рассмотрена маркировка и расшифровка конденсаторов по их основным свойствам.

Таблица типовых обозначений и маркировки конденсаторов.

Емкость конденсатора измеряется в Фарадах, 1 фарад – это огромная величина. Такую ёмкость будет иметь металлический шар размеры которого будут превышать размеры нашего солнца в 13 раз. Шар размером в планету Земля будет иметь иметь емкость всего 710 микрофарад. Обычно, емкость конденсаторов которые мы применяем в электротехнических устройствах обзначается в микрофарадах  (mF), пикофарадах  (nF), нанофарадах ( nF).

Следует знать что, 1 микрофарад равен 1000 нанофарад. Соответственно, 0.1 uF равен 100 nF.  Кроме главного параметра, на корпусе элементов отмечается допустимое отклонение реальной ёмкости от указанной и напряжение, на которое рассчитано устройство. При его превышении прибор может выйти из строя. Этих знаний тебе будет вполне достаточно для начала и для того чтобы самостоятельно продолжить изучение конденсаторов и их физических свойств в специальной технической литературе.

Что такое конденсатор, как он работает и для чего его назначение

Рубрика: Статьи обо всем, Статьи про радиодетали

Опубликовано 29.02.2020   ·   Комментарии: 0   ·   На чтение: 5 мин   ·   Просмотры:

Post Views: 2 065

Конденсатор — это вторая по популярности радиодеталь после резистора. Он важен и незаменим, участвует в формировании сигналов и фильтрации питания. А ведь изначально, самым первым конденсатором была лейденская банка, которая была изобретена в 1745 году. С тех пор конденсаторы стали неотъемлемой частью электроники.

Содержание

Общая концепция

Конденсатор состоит из двух проводящих обкладок и диэлектрика между ними. И все, больше ничего. С виду простая радиодеталь, но работает на высоких и низких частотах по-разному.

Обозначается на схеме двумя параллельными линиями.

Принцип работы

Эта радиодеталь хорошо демонстрирует явление электростатической индукции. Разберем на примере.

Если подключить к конденсатору постоянный источник тока, то в начальный момент времени ток начнет скапливаться на обкладках конденсатора. Это происходит за счет электростатической индукции. Сопротивление практически равно нулю.

Электрическое поле за счет электростатической индукции притягивает разноименные заряды на две противоположные обкладки. Это свойство материи называется емкостью. Емкость есть у всех материалов. И даже у диэлектриков, но у проводников она значительно больше. Поэтому обкладки конденсатора выполнены из проводника.

Чем больше емкость — тем больше может накопиться зарядов на обкладках конденсатора, т.е. электрического тока.

Основное свойство конденсатора — это емкость. Она зависит от площади пластин, расстояния между ними и материала диэлектрика, которым заполняют пространство между обкладками.

По мере накопления зарядов, поле начинает ослабевать, а сопротивление нарастает. Почему так происходит? Места на обкладках все меньше, одноименные заряды на них действуют друг на друга, а напряжение на конденсаторе становится равным источнику тока. Такое сопротивление называется реактивным, или емкостным. Оно зависит от частоты тока, емкости радиодеталей и проводов.

Когда на обкладках не останется места для электрического тока, то и ток в цепи прекратится. Электростатическая индукция пропадает. Теперь остается электрическое поле, которое держит заряды на своих обкладках и не отпускает их. А электрическому току некуда деваться. Напряжение на конденсаторе станет равным ЭДС (напряжению) источнику тока.

А что будет, если повысить ЭДС (напряжение) источника тока? Электрическое поле начнет все сильнее давить на диэлектрик, поскольку места на обкладках уже нет. Но если напряжение на конденсаторе превысит допустимые знания, то диэлектрик пробьет. И конденсатор станет проводником, заряды освободятся, и ток пойдет по цепи. Как тогда использовать конденсатор для высоких напряжений? Можно увеличить размер диэлектрика и расстояние между обкладками, но при этом уменьшается емкость детали.

Между обкладками находится диэлектрик, который препятствует прохождению постоянного тока. Это именно барьер для постоянного тока. Потому, что постоянный ток создает и постоянное напряжение. А постоянное напряжение может создавать электростатическую индукцию только при замыкании цепи, то есть, когда конденсатор заряжается.

Так конденсатор может сохранять энергию до тех пор, пока к нему не подключится потребитель.

Конденсатор и цепь постоянного тока

Добавим в схему лампочку. Она загорится только во время зарядки.

Еще одна важная особенность — когда происходит процесс зарядки током, то напряжение отстает от тока. Напряжение как бы догоняет ток, поскольку сопротивление нарастает плавно, по мере зарядки. Электрические зарядам нужно время, чтобы переместиться к обкладкам конденсатора. Так называется время зарядки. Оно зависит от емкости, частоты и напряжения.

По мере зарядки, лампочка начинает тусклее светиться.

Лампочка затухает при полной зарядке.

Постоянный электрический ток не проходит через конденсатор только после его зарядки.

Цепь с переменным током

А что если поменять полярность на источнике тока? Тогда конденсатор начнет разряжаться, и снова заряжаться, поскольку меняется полярность источника.

Электростатическая индукция возникает постоянно, если электрический ток переменный. Каждый раз, когда ток начинает менять свое направление, начинается процесс зарядки и разрядки.

Поэтому, конденсатор пропускает переменный электрический ток.

Чем выше частота — тем меньше реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора.

Назначение и функции конденсаторов

Конденсатор играет огромную роль как в аналоговой, так и цифровой технике. Они бывают электролитическими и керамическими, и отличаются своими свойствами, но не общей концепцией. Примеры использования:

• Фильтрует высокочастотные помехи;
• Уменьшает и сглаживает пульсации;
• Разделяет сигнал на постоянные и переменные составляющие;
• Накапливает энергию;
• Может использоваться как источник опорного напряжения;
• Создает резонанс с катушкой индуктивности для усиления сигнала.

Примеры использования

В усилителях обычно используются для защиты сабвуферов, фильтрации питания, термостабилизации и разделение постоянной составляющей от переменной. А электролитические в автономных схемах с микроконтроллерами могут долго обеспечивать питание за счет большой емкости.

В данной схеме транзистор VT1 постоянно открыт, чтобы усиливать звук без искажений. Но если вход замнется или на него поступи постоянный ток, то транзистор откроется, перейдет в насыщение и перегреется. Чтобы этого не допустить, нужен конденсатор. С1 позволяет отделить постоянную оставляющую от переменной. Переменный сигнал легко проходит на базу транзистора, а постоянный сигнал не проходит.

С2 совместно с резистором R3 выполняет функцию термостабилизации. Когда усилитель работает, транзистор нагревается. Это может внести искажения в сигнал. Поэтому, резистор R3 помогает удержать рабочую точку при нагреве. Но когда транзистор холодный и стабилизации не требуется резистор может уменьшить мощность усилителя. Поэтому, в дело вступает С2. Он проводит через себя усиленный сигнал шунтируя резистор, тем самым, не снижая номинальную мощность схемы. Если его емкость будет ниже расчетной, он начнет вносить фазовые искажения в выходной сигнал.

Чтобы схема качественно работала, обязательно хорошее питание. Когда схема в пиковые значения потребляет больше тока, то это всегда сильная нагрузка на источник питания. С3 фильтрует помехи по питанию и помогает снизить нагрузку. Чем больше емкость — тем лучше звук, но до определенных значений, все зависит от схемы.

А в блоках питания используется тот же принцип, как и в предыдущей схеме по питанию, но здесь емкость нужна гораздо больше. На этой схеме емкость элеткролита может быть как 1000 мкФ, так и 10 000 мкФ.

Еще на диодный мост можно параллельно включить керамические конденсаторы, которые будут шунтировать схему от высокочастотных наводок и шума сети 220 В.

Фазовые искажения

Конденсатор может искажать переменный сигнал по фазе. Это происходит из-за неверного расчета емкости, общего сопротивления и взаимодействия с другими радиодеталями. Не стоит забывать и о том, что любая радиодеталь имеет как реактивное, так и активное сопротивление.

Post Views: 2 065

 

Конденсатор: применение и виды

Содержание

• Конденсаторы для установок промышленной частоты
• Смешанная маркировка
• Виды конденсаторов
• Конденсаторы на основе керамики
• Свойства конденсатора
• Меры предосторожности при использовании ЭК
• Фильтровые и импульсные конденсаторы
• Область применения
• Маркировка
• Разновидности корпусов
• Техническое исполнение конденсаторов
• Механизм и строение

Конденсаторы для установок промышленной частоты

К данному виду относят устройства для увеличения коэффициента мощности в установках переменного тока с определенной, постоянной частотой 50 Гц. Такие приборы выполняют как для внутреннего, так и для применения вне помещения при температуре не более 50 °С. Они выполняются как в однофазном, так и трехфазном исполнении. При трехфазном исполнении силовой косинусный конденсатор соединяется в виде треугольника. Иногда применяют предохранитель для защиты от пробоя.

Автоматическое прерывание питания конденсаторов при перегрузке силовой сети по току за счет повышенного напряжения обеспечивает специальное электротоковое реле. Защиты от токов короткого замыкания добиваются за счет установки плавких предохранителей. В схемах управления для включения и отключения применяют магнитные пускатели большой величины, установки оснащаются возможностью регулировки и индикаторами рабочего состояния.

Смешанная маркировка

К параметрам обозначения конденсаторов относятся буквенно-цифровая и цифровая кодировки. Первый вариант называют смешанным обозначением. Вид маркировки конденсаторов представляет ряд букв и цифр. Ёмкость для радиодеталей бытового и гражданского назначения указывают в микрофарадах (mf).

Число перед буквами – величина ёмкостной характеристики. Например, 50mf означает пятьдесят микрофарад. Как правило, после этого выражения указывают допуск отклонения от номинального значения ёмкости в процентном отношении.

Если на корпусе ЭК сделана надпись «100mf ±5%», то значит, что показатель ёмкости радиокомпонента находится в пределах 95-105 мкф.

Далее следует число с буквенным кодом: V, VDC, WV или VDCW. Выражение 15 VDC означает рабочее напряжение 15 вольт.

Маркировка

На корпусе обязательно ставят знаки полярности «+» и «-». На корпусе конденсаторе маленького размера со стороны отрицательного вывода делают круговую канавку или цветовую радиальную полосу.

Обозначение полярности выводов

Виды конденсаторов

Бумажные и металлобумажные конденсаторы

У бумажного конденсатора диэлектриком, разделяющим фольгированные обкладки, является специальная конденсаторная бумага. В электронике бумажные конденсаторы могут применяться как в цепях низкой частоты, так и в высокочастотных цепях.

Хорошим качеством электрической изоляции и повышенной удельной емкостью обладают герметичные металлобумажные конденсаторы, у которых вместо фольги (как в бумажных конденсаторах) используется вакуумное напыление металла на бумажный диэлектрик.

Бумажный конденсатор не имеет большую механическую прочность, поэтому его начинку помещают в металлический корпус, служащий механической основой его конструкции.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор
Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Электролитические конденсаторы

В электролитических конденсаторах, в отличии от бумажных, диэлектриком является тонкий слой оксида металла, образованный электрохимическим способом на положительной обложке из того же металла.

Вторую обложку представляет собой жидкий или сухой электролит. Материалом, создающим металлический электрод в электролитическом конденсаторе, может быть, в частности, алюминий и тантал. Традиционно, на техническом жаргоне «электролитом» называют алюминиевые конденсаторы с жидким электролитом.

Но, на самом деле, к электролитическим также относятся и танталовые конденсаторы с твердым электролитом (реже встречаются с жидким электролитом). Почти все электролитические конденсаторы поляризованы, и поэтому они могут работать только в цепях с постоянным напряжением с соблюдением полярности.

В случае инверсии полярности, может произойти необратимая химическая реакция внутри конденсатора, ведущая к разрушению конденсатора, вплоть до его взрыва по причине выделяемого внутри него газа.

К электролитическим конденсаторам так же относится, так называемые, суперконденсаторы (ионисторы) обладающие электроемкостью, доходящей порой до нескольких тысяч Фарад.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

В качестве положительного электрода используется алюминий. Диэлектрик представляет собой тонкий слой триоксида алюминия (Al₂O₃),

Свойства:

• работают корректно только на малых частотах;
• имеют большую емкость.

Характеризуются высоким соотношением емкости к размеру: электролитические конденсаторы обычно имеют большие размеры, но конденсаторы другого типа, одинаковой емкости и напряжением пробоя были бы гораздо больше по размеру.

Характеризуются высокими токами утечки, имеют умеренно низкое сопротивление и индуктивность.

Танталовые электролитические конденсаторы

Это вид электролитического конденсатора, в котором металлический электрод выполнен из тантала, а диэлектрический слой образован из пентаоксида тантала (Ta₂O₅).

Свойства:

• высокая устойчивость к внешнему воздействию;
• компактный размер: для небольших (от нескольких сотен микрофарад), размер сопоставим или меньше, чем у алюминиевых конденсаторов с таким же максимальным напряжением пробоя;
• меньший ток утечки по сравнению с алюминиевыми конденсаторами.

Полимерные конденсаторы

В отличие от обычных электролитических конденсаторов, современные твердотельные конденсаторы вместо оксидной пленки, используемой в качестве разделителя обкладок, имеют диэлектрик из полимера. Такой вид конденсатора не подвержен раздуванию и утечке заряда.

Физические свойства полимера способствуют тому, что такие конденсаторы отличаются большим импульсным током, низким эквивалентным сопротивлением и стабильным температурным коэффициентом даже при низких температурах.

Полимерные конденсаторы могут заменять электролитические или танталовые конденсаторы во многих схемах, например, в фильтрах для импульсных блоков питания, или в преобразователях DC-DC.

Конденсаторы на основе керамики

Дисковая модель обладает высоким уровнем емкости. Ее показатель колеблется от 1 pF до 220 nF, а самое высокое рабочее напряжение не должно быть выше 50 V.

К плюсам данного типа можно отнести:

• малые потери тока;
• небольшой размер;
• низкий показатель индукции;
• способность функционировать при высоких частотах;
• высокий уровень температурной стабильности емкости;
• возможность работы в цепях с постоянным, переменным и пульсирующим током.

Основу многослойного устройства составляют чередующиеся тонкие слои из керамики и металла.

Этот вид похож на однослойный дисковый. Но такие устройства обладают высоким показателем емкости. Максимальное рабочее напряжение на корпусе этих приборов не указывается. Так же как и на однослойной модели, напряжение не должно быть выше 50 V.

Устройства функционируют в цепях с постоянным, переменным и пульсирующим током.

Плюсом высоковольных керамических конденсаторов является их способность функционировать под высоким уровнем напряжения. Диапазон рабочего напряжения колеблется от 50 до 15000 V, а показатель емкости может составлять от 68 до 150 pF.

Могут функционировать в цепях с постоянным, переменным и пульсирующим током.

Свойства конденсатора

Реактивное сопротивление

Конденсатор не может проводить постоянный ток, что видно из его конструкции. В такой цепи он может только заряжаться. Зато в цепях переменного тока он прекрасно работает, постоянно перезаряжаясь. Если не ограничения, исходящие из свойств диэлектрика (его можно пробить при превышении предела напряжения), этот элемент заряжался бы бесконечно (т. н. идеальный конденсатор, что-то вроде абсолютно черного тела и идеального газа) в цепи постоянного тока, а ток через него проходить не будет. 2)/2C

где U — напряжение между обкладками, а q — накопленный заряд.

Конденсатор в колебательном контуре

В замкнутом контуре, содержащем катушку и конденсатор, может быть сгенерирован переменный ток.

После зарядки конденсатора он начнет саморазряжаться, давая возрастающий по силе ток. Энергия разряженного конденсатора станет равной нулю, зато магнитная энергия катушки — максимальной. Изменение величины тока вызывает ЭДС самоиндукции катушки, и она по инерции пропустит ток в сторону второй обкладки, пока та полностью не зарядится. В идеальном случае такие колебания бесконечны, а в реальности они быстро затухают. Частота колебаний зависит от параметров как катушки, так и конденсатора:

где L — индуктивность катушки.

Паразитная индуктивность

Конденсатор может обладать собственной индуктивностью, что можно наблюдать при повышении частоты тока в цепи. В идеальном случае эта величина незначительна, и ей можно пренебречь, но в реальности, когда обкладки представляют собой свернутые пластинки, не считаться с этим параметром нельзя, особенно если речь идет о высоких частотах. В таких случаях конденсатор совмещает в себе две функции, и представляет собой своеобразный колебательный контур с собственной резонансной частотой.

Чтобы добиться корректной работы схемы, рекомендуется применять конденсаторы, у которых резонансная f больше собственной частоты в цепи.

Меры предосторожности при использовании ЭК

При работе с конденсаторами нельзя дотрагиваться до горячих корпусов. При вздутии корпуса элемента необходимо обесточить цепь, дождаться, пока он остынет, и демонтировать. Перед демонтажем двухполюсники большой ёмкости необходимо разрядить.

Электролитические конденсаторы любых типов требуют внимательного подхода. Соблюдение правил установки и эксплуатации продляет срок их службы и сохраняет величину основного параметра – ёмкость. При отсутствии необходимых номиналов параллельное и последовательное включение элементов позволяет добиваться необходимых рабочих характеристик. Параллельное соединение увеличивает ёмкость, последовательное – допустимое напряжение.

Фильтровые и импульсные конденсаторы

Фильтровые устройства предназначены для работы в контурах фильтров высокой частоты специализированных тяговых подстанций как внутри помещения, так и снаружи. Они работают при одновременном наложении напряжения постоянного и переменного тока частотой от 100 до 1600 Гц, при этом значение напряжения переменного тока не должно превышать соответственно 1 кВ. Данный вид также применяется для работы в преобразователях постоянного тока, содержащих импульсные тиристоры.

Фильтровые конденсаторы используют для сглаживания скачков переменной составляющей в устройствах выпрямления высокого напряжения в сети, а также в схемах с удвоенным напряжением в среде диэлектрического трансформаторного масла и в контурах фильтров высокой частоты тяговых подстанций.

В электроустановках, используемых для высоковольтных импульсных подстанций, а также установках, используемых для магнитной штамповки, сейсмической разведки и дроблении пород, используют импульсные силовые конденсаторы. Их применяют в электрофизических установках для создания и исследования высокотемпературной плазмы, а также для сверхсильных импульсных токов. Для создания мощных источников света импульсного характера, а также для исследования при помощи лазерных установок применяют, именно, импульсные силовые конденсаторы.

Особенность работы данных устройств — это медленно текущий заряжающий момент, и, наоборот, разряд происходит быстро, импульсно. Кроме таких конденсаторов применяют еще генераторы импульсных напряжений сети.

Генератор импульсных напряжений сети применяют в основном для электрогидравлических установок, использующих электрический разряд в технологических целях, обусловленными специальными условиями производства или технологического процесса. Такие генераторы имеют исполнение на напряжение сети 380, 400, 415, 440 В. Номинальное напряжение выхода составляет 50 кВ, полная выходная мощность 18 кВт, коэффициент реактивной мощности 0,73.

Генераторы напряжения импульсного характера выполняют из двух блоков заряжающего и высоковольтного отделения. Заряжающий блок включает в себя понизительный трансформатор и шкаф с преобразователем, содержащим емкостно-индуктивную составляющую. Высоковольтное отделение представлено шкафом с силовыми конденсаторами, защитным устройством и разрядником, а также обязательно присутствует разделительное заземление.

Область применения

Наряду с резисторами конденсаторы являются самыми распространенными компонентами. Ни одно электронное изделие не может без него обойтись. Вот краткий перечень направлений использования конденсаторов.

• Блоки питания: в качестве сглаживающих фильтров при преобразовании пульсирующего тока в постоянный.
• Звуковоспроизводящая техника: создание при помощи RC-цепочек элементов схем, пропускающих звуковые сигналы одних частот и задерживая остальные. За счет этого удается регулировать тембр и формировать амплитудно-частотные характеристики устройств.
• Радио- и телевизионная техника: совместно с катушками индуктивности конденсаторы используются в составе устройств настройки на передающую станцию, выделения полезного сигнала, фильтрации помех.
• Электротехника. Для создания фазовых сдвигов в обмотках однофазных электродвигателей или в схемах подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть. Используются в установках, компенсирующих реактивную мощность.

При помощи конденсаторов можно накопить заряд, превышающий по мощности источник питания. Это используется для работы фотовспышек, а также в установках для отыскания повреждений в кабельных линиях, выдающих мощный высоковольтный импульс в место повреждения.

Применение конденсаторов.

Маркировка

Маркировка современных накопителей производится следующими способами:

• Тремя цифрами – при такой маркировке две первые цифры являются мантиссой, а третья – степенью основания 10;
• Четырьмя цифрами – в такой маркировке мантиссой являются первые три цифры, четвертая – степень основания 10;
• Буквенно-цифровая – в таком обозначении цифры обозначают значение емкости, а буква – десятичную запятую (п или p – пикофарады; н – нанофарады; µ или м – микрофарады).

В накопителях, имеющих большой корпус, рабочее напряжение и емкость указываются на нем в виде двух чисел. Так, например, если на корпусе имеется маркировка «1 µF 50V», это означает, что накопитель обладает емкостью 1 микрофарад и рабочим напряжением 50 вольт.

Разновидности корпусов

Какие разновидности имеют танталовые конденсаторы? Типы конденсаторов из тантала выделяются в зависимости от материала корпуса.

1. SMD-корпус. Для изготовления корпусных устройств, которые используются при поверхностном монтаже, катод соединяется с терминалом посредством эпоксидной смолы с содержанием серебряного наполнителя. Анод приваривается к электроду, а стрингер отрезается. После формирования устройства на него наносится печатная маркировка. Она содержит показатель номинальной емкости напряжения.
2. При формировании этого типа корпусного устройства анодный проводник должен быть приварен к самому выводу анода, а затем отрезается от стрингера. В этом случае терминал катода припаивается к основе конденсатора. Далее конденсатор заполняется эпоксидом и высушивается. Как и в первом случае, на него наносится маркировка

Конденсаторы первого типа отличаются большей степенью надежности. Но все типы танталовых конденсаторов применятся:

• в машиностроении;
• компьютерах и вычислительной технике;
• оборудовании для телевизионного вещания;
• электрических приборах бытового назначения;
• разнообразных блоках питания для материнских плат, процессоров и т.д.

Техническое исполнение конденсаторов

Классифицировать конденсаторы можно по нескольким группам. Так, в зависимости от возможности регулировать емкость их разделяют на постоянные, переменные и подстроечные. По своей форме они могут быть цилиндрическими, сферическими и плоскими. Можно делить их по назначению. Но самой распространенной классификацией является таковая по типу диэлектрика.

Бумажные конденсаторы

В качестве диэлектрика используется бумага, очень часто — промасленная. Как правило, такие конденсаторы отличает большой размер, но были варианты и в небольшом исполнении, без промасливания. Используются в качестве стабилизирующих и накопительных устройств, а из бытовой электроники постепенно вытесняются более современными пленочными моделями.

При отсутствии промасливания имеют существенный недостаток — реагируют на влажность воздуха даже при герметичной упаковке. Промокшая бумага увеличивает энергопотери.

Диэлектрик в виде органических пленок

Пленки могут быть выполнены из органических полимеров, таких как:

• полиэтилентерифталат;
• полиамид;
• поликарбонат;
• полисульфон;
• полипропилен;
• полистирол;
• фторопласт (политетрафторэтилен).

По сравнению с предыдущими, такие конденсаторы имеют более компактные размеры, не увеличивают диэлектрические потери при увеличении влажности, но многие из них подвергаются риску выхода из строя при перегреве, а те, что этого недостатка лишены, отличаются более высокой стоимостью.

Твердый неорганический диэлектрик

Это может быть слюда, стекло и керамика.

Преимуществом этих конденсаторов считается их стабильность и линейность зависимости емкости от температуры, приложенного напряжения, а у некоторых — даже от радиации. Но иногда сама такая зависимость становится проблемой, и чем она менее выражена, тем дороже изделие.

Оксидный диэлектрик

С ним выпускаются алюминиевые, твердотельные и танталовые конденсаторы. Они имеют полярность, поэтому выходят из строя при неправильном подключении и превышении номинала напряжения. Но при этом они обладают хорошей емкостью, компактны и стабильны в работе. При правильной эксплуатации могут работать около 50 тыс. часов.

Вакуум

Такие устройства представляют собой стеклянную или керамическую колбу с двумя электродами, откуда выкачан воздух. В них практически отсутствуют потери, но малая емкость и хрупкость ограничивают сферу их применения радиостанциями, где величина емкости не так важна, а вот устойчивость к нагреву имеет принципиальное значение.

Двойной электрический слой

Если посмотреть, для чего нужен конденсатор, то можно понять, что этот тип — не совсем он. Скорее, это дополнительный или резервный источник питания, в качестве чего они и используются. Одни категория таких устройств — ионисторы — содержат в себе активированный уголь и слой электролита, другие работают на ионах лития. Емкость этих приборов может составлять до сотен фарад. К их недостаткам можно отнести высокую стоимость и активное сопротивление с токами утечки.

Механизм и строение

Состав керамического BaTiO3 является совокупностью, составленной из микрокристаллов от 1 до 20 миллиметрового в диаметре. Этот микрокристалл называют частицей, и состоит из кристаллической структуры, которая показана на рис. 1 и 2. Частица разделена на много доменов при температуре ниже Точки Кюри. Кристаллические оси выровнены в одном направлении в пределах домена, таким образом, как и спонтанная поляризация. При нагревании до Точки Кюри и выше кристаллическая структура BaTiO3 изменяется от четырехугольной до кубической. Тогда, спонтанные поляризационные и доменные стены исчезают (пропадают).

Строение керамического конденсатора.

Когда BaTiO3 находится в охлажденном состоянии (ниже Точки Кюри), ее кристаллическая структура поворачивается от кубической до четырехугольной, отрезки примерно до 1 % вдоль оси C и вдоль других осей – сокращаются. Тогда появляются спонтанные поляризационные и доменные стены. В то же время от воздействия «из вне» частицы искажаются. В этой стадии генерируются много мелких доменных стен, и направление спонтанной поляризации в каждом домене легко полностью изменить, даже малыми (низкими) электрическими полями. Так как диэлектрическая постоянная – пропорциональна сумме инверсии спонтанной поляризации к единице объема, наблюдается большая емкость.

Когда конденсаторы хранятся (применяются) без нагрузки при температурах ниже Точки Кюри размер беспорядочно ориентированных доменов становится большим, и они (домены) постепенно сдвигаются к устойчивому энергетическому состоянию (Рис. 3, 90   доменов). Это также облегчает сбор остаточного напряжения при кристаллическом искажении.

Кроме того, перемещение пространственных зарядов (ионы с низкой подвижностью, свободные точки кристаллической решетки и т.д.) в пределах доменной стены приводит к поляризации пространственного заряда. Эта поляризация пространственного заряда неблагоприятно воздействует на спонтанную поляризацию, преграждая ее инверсию.

Другими словами, временный переход от генерации спонтанной поляризации (спонтанная поляризация постепенно перестраивается к более устойчивому состоянию) к инверсии  затруднена появлением поляризации пространственного заряда. В этом состоянии более высокое электрическое поле необходимо, чтобы полностью изменить спонтанную поляризацию в доменах, которые в свою очередь могут быть полностью изменены низким уменьшением электрического поля и снижениями емкости. Это, как полагают и есть механизм старения.

Однако, микротекстура кристаллической решетки возвращается в исходное состояние при нагревании до температуры выше Точки Кюри, в которой старение решетки начинается снова и снова. Вообще емкость многослойного керамического конденсатора с высокой диэлектрической постоянной уменьшается приблизительно линейно в логарифмическом масштабе времени – в течение 24 часов после термической обработки выше 125 C. Пожалуйста, обратитесь к прикрепленным типовым данным старения нашей продукции и номинальной емкости конденсаторов. Емкость, которая уменьшилась в результате естественного старения, имеет свойство восстанавливаться при нагревании конденсаторов до Точки Кюри и выше.

Ожидаемая емкость многослойного керамического конденсатора будет в его номинале, когда эти условия установлены на оборудовании. Мы выбираем свою амплитуду емкости, основанную на предшествующем предположении. Кстати, температура, компенсирующая значения типовых конденсаторов, не проявляют явление старения.

Керамические конденсаторы стандартных параметров.

Керамические и стеклокерамические конденсаторы с твердым неорганическим диэлектрическим слоем выпускаются в высоковольтном и низковольтном исполнении. Отличаются компактными размерами и надежностью. Широко востребованы в вычислительной, бытовой, медицинской, военной техники, транспорте. По номинальному напряжению их разделяют на высоко- и низковольтные.

По типу конструкции выпускают следующие керамические конденсаторы:

• КТК – трубчатые;
• КДК – дисковые;
• SMD – поверхностные и другие.

Для изготовления керамических конденсаторов используют не обожженную глину, а материалы, сходные с ней по структуре, – ультрафарфор, тиконд, ультрастеатит. Обкладка – серебряный слой. Керамические и стеклокерамические устройства используются в схемах, в которых важных частотные характеристики, невысокие потери при утечке, компактные габариты, невысокая стоимость.

No tags for this post.

Как обозначаются конденсаторы на схемах: основные параметры и емкость

О конденсаторе

Это устройство обладает способностью хранения электрического заряда. Между его пластинами располагается слой диэлектрика, создающий изоляцию для пары проводящих поверхностей. Основной характеристикой устройства является емкость – способность к накоплению заряда. С точки зрения технологии, наиболее распространенные типы конденсаторов – электролитические и электростатические. Выбор используемого элемента зависит от особенностей электросхемы и того, какую функцию он должен выполнять.

Заряд и разряд конденсатора — RC-цепочка

Теперь разберёмся с процессами, происходящими внутри конденсатора во время заряда и разряда. Для этого рассмотрим самую простую электрическую цепь с конденсатором. С левой стороны схемы подключим источник питания. Сверху разместим ключ и резистор, а справа сам конденсатор. Участок цепи, на котором есть конденсатор и резистор называют RC-цепью.

При замыкании ключа, в такой цепи образуется электрический ток, сила которого зависит от сопротивления резистора и внутреннего сопротивления самого конденсатора. Заряженные частицы устремятся к конденсатору, но не смогут преодолеть слой диэлектрика (по крайней мере все разом). Вследствие чего, с одной стороны конденсатора накопятся отрицательно заряженные частицы, а с другой стороны — положительно заряженные. Концентрация заряженных частиц на обкладках создаст мощное электрическое поле между ними.

С течением времени, напряжение на конденсаторе растет, а сила тока падает. После завершения процесса заряда, ток в цепи упадет почти до нуля. Останется только очень маленький ток утечки, который образуется благодаря тому, что некоторым заряженным частицам всё же удается проскочить через слой диэлектрика. Напряжение, напротив, станет практически равным напряжению источника.

Когда мы отключим конденсатор от источника питания, этот самый ток утечки постепенно разрядит конденсатор. Эта особенность электрических конденсаторов не даёт нам сделать из них контейнер для длительного хранения энергии. Хотя частично эту проблему решают ионисторы.

Условные обозначения конденсаторов

Мощность электрического тока

В России существует система условных графических обозначений, включающая УГО конденсатора. Визуальной репрезентации этих устройств, а также резисторов посвящен отдельный ГОСТ, входящий в Единую систему конструкторской документации. Используются также международные стандарты – IEEE.

Конденсатор с постоянной емкостью

Такие элементы выпускаются с поляризацией и без нее. Неполяризованные изделия мелкого размера имеют широкую сферу применения, их можно подсоединять в разных направлениях. На схеме их обозначают двумя параллельными короткими черточками, находящимися под прямым углом к линиям соединения. На корпусе устройства указывают его емкость, нередко без единиц измерения (0,1 – это 1 микрофарад).

Важно! За рубежом иногда используют аббревиатуру MFD для указания емкости. Она означает микрофарады.

Графическая репрезентация элемента с постоянной емкостью

Код номера конденсатора

Первая пара знаков показывает емкость, цифра следом за ними – количество нулей. Единица измерения – пикофарад. Иногда на такой маркировке присутствуют буквы, они обозначают допуск в процентах и номинальное напряжение.

Поляризованные конденсаторы

Самым распространенным типом полярного конденсаторного элемента является электролитический. Такие изделия выпускаются в форме цилиндров или в осевом исполнении. Первый вариант несколько компактнее и дешевле. Выводы у него находятся с одной из сторон, тогда как у осевых вариантов – на разных. Поскольку устройства относительно крупные, на их корпусах указываются номинальное напряжение (оно у них относительно низкое) и емкость.

Важно! При подключении этих изделий необходимо строго соблюдать полярность, иначе они могут выйти из строя или даже взорваться.

Так в схемах показывают поляризованные элементы

Танталовые конденсаторы

Эти изделия крайне компактны, ставят их в тех случаях, когда важно минимизировать габариты. В прошлом их маркировали двумя цветными полосами (каждый цвет соответствовал цифре) и пятнышком белого или серого цвета (в первом случае значение полос в микрофарадах делили на 10, во втором – на 100). Если повернуть предмет пятном на себя, на правой стороне будет находиться полюс «плюс». Возле выводов также рисовалась полоса, указывающая напряжение. Современные модели маркируются цифровыми значениями параметров.

Переменные конденсаторы

Из-за очень малой емкости эти детали имеют узкую сферу применения – в основном они используются в радиосхемах. Графически переменные элементы изображаются традиционным символом из пары коротких параллелей, зачеркнутых наклонной стрелой. Емкость указывают не четкой цифрой, а диапазоном.

Обозначение переменных изделий

Конденсаторы-триммеры

Это суперминиатюрные изделия, монтируемые прямо на печатную плату. Поскольку показатель емкости меняется только при настроечных работах, такие элементы получили название подстроечных. Графическое представление отличается от стандартного для переменных конденсаторов только тем, что вместо острия стрела снабжена перпендикулярной черточкой.

Ионистор

Это изделие с двухслойным строением и довольно большой емкостью (до 10 Ф). На границе электродной поверхности и электролита у таких устройств возникает пространство статичных носителей заряда. В отличие от электролитических вариаций, способ хранения энергии здесь – электростатическое поле. Сочетание большой площади поверхности и малой толщины пространства обеспечивает столь высокий показатель емкости. Обозначается как символ конденсаторного элемента с перпендикулярной ему вертикальной линией, помещенный в круг. При этом в верхней правой и нижней левой четвертях, на которые символ и вертикаль делят круг, находятся линии, сходные с графиком полусинусоиды.

Полярные и неполярные конденсаторы

Очень важным является разделение конденсаторов на полярные и неполярные.

Приборы на основе оксидов: электролитические алюминиевые и танталовые обычно являются полярными, а значит если перепутать их полярность — они выйдут из строя. Причём этот выход из строя будет сопровождаться бурной электрохимической реакций вплоть до взрыва конденсатора.

На полярных конденсаторах всегда имеется маркировка. Как правило на электролитических конденсаторах на корпусе контрастной полосой отмечается отрицательный вывод (катод), у танталовых (в желтых прямоугольных корпусах) полоской помечается положительный вывод (анод). Если есть сомнения в маркировке, то лучше найти документацию на этот конденсатор и убедиться.

Неполярные же конденсаторы можно включать в цепь какой угодно стороной. К примеру, многослойные керамические конденсаторы — неполярные.

Маркировка отечественных конденсаторов

Постсоветские производители маркируют свои изделия довольно подробно и унифицировано. В редких случаях возможны некоторые отличия в обозначениях.

Ёмкость

Это параметр всегда указывается первым, для дробных чисел его кодировка состоит из трех знаков. Первая цифра – это целая часть числа, отражающего значение емкости, третья – дробная часть, на второй позиции находится буква, обозначающая единицу измерения: m – миллифарад, n – нанофарад, p – пикофарад. Например, 3n6 – 3,6 нанофарад. Целые значения указываются так: число и рядом единица измерения с добавленной буквой F (3 pF – 3 пикофарада).

Важно! Если номинал не указан, целая цифра говорит о том, что значение указывалось в пикофарадах, десятичная дробь – в микрофарадах.

Номинальное напряжение

Если размер изделия достаточный, показатель указывают по стандартной схеме: 180 В (или V) – 180 вольт. На миниатюрных конденсаторах значение кодируют латинской буквой, например, 160 В – литерой Q.

Дата выпуска

Ее принято указывать четырьмя цифрами: первые две – это последние цифры года выпуска, вторые две – месяц (9608 – август 1996 года).

Расположение маркировки на корпусе

Поскольку указание параметров очень важно для монтажа схемы, данные показатели помещают на корпусе устройства самой первой строкой. В начале всегда указывают емкость.

Цветовая маркировка отечественных радиоэлементов

Это кодировка с использованием 4 цветных полос, где каждый цвет соотносится с определенной цифрой. Первые две полосы показывают емкость в пикофарадах, следующая – допустимое отклонение, последняя – номинальное напряжение.

Маркировка конденсаторов импортного производства

У американских и других импортных изделий кодировка емкости выглядит так: начальные две цифры – значение в пикофарадах, третья – число нулей.

Цветовая маркировка импортных конденсаторов

Она состоит из пятерки полос. Начальная пара – емкостной показатель в пФ, следующая полоса – число нулей, четвертая – показатель возможного отклонения, пятая – номинал напряжения.

Данные о конденсаторах на схемах призваны информировать работающих с ними специалистов о видах используемых устройств и их основных характеристиках. При выборе используемого элемента нужно обращать внимание на маркировку.

Резистор и время заряда конденсатора

Зачем в цепи нужен резистор? Что на мешает подключить его напрямую к источнику? Тому есть две причины.

Резистор ограничивает ток, протекающий через конденсатор. Чем меньше заряженных частиц за единицу времени прибывает в конденсатор, тем больше времени для заряда ему потребуется.

Конденсатор заряжается и разряжается по экспоненциальному закону. Зная это, мы можем легко рассчитать время заряда/разряда в зависимости от его ёмкости и от сопротивления резистора.

По картинке можно понять, что за время T конденсатор заряжается на 63,2%. А вот за время 3T уже на 95%. Время T здесь равно произведению ёмкости конденсатора C на сопротивление R, последовательно соединенного резистора:

Например, у нас есть конденсатор ёмкостью 100 мкФ, соединенный с резистором 1 кОм. Посчитаем за сколько секунд он зарядится хотя бы до 95%:

Теперь умножаем это на 3 и получаем 3T = 0,3 секунды — за такое время конденсатор почти полностью будет заряжен.

Таким образом, меняя ёмкость конденсатора и резистора мы можем управлять временем его заряда, что нам ещё пригодится в будущем.

Вторая важная причина, по которой в цепи присутствует резистор — защита источника питания. Дело в том, что разряженные конденсаторы имеют очень низкое внутреннее сопротивление, которое составляет доли Ома. По сути, их можно рассматривать как обычные проводники. А что будет, если замкнуть выводы питания проводником? Будет короткое замыкание! Такой режим работы цепи является аварийным для источника питания, и его нужно всячески избегать.

Видео

Кофе капсульный Nescafe Dolce Gusto Капучино, 3 упаковки по 16 капсул

1305 ₽ Подробнее

Кофе в капсулах Nescafe Dolce Gusto Cappuccino, 8 порций (16 капсул)

435 ₽ Подробнее

SIP телефоны

Плавное выключение светодиода при помощи конденсатора

Проведем небольшой опыт. Для этого соберем на макетной плате цепь с кнопкой, конденсатором и светодиодом. В качестве источника питания используем контакты питания Ардуино Уно.

Принципиальная схема

Внешний вид макета

Подключим Ардуино к питанию. Затем, нажмем кнопку и светодиод практически мгновенно загорится. Отпустим кнопку — светодиод медленно начнет гаснуть. Почему так происходит?

Сразу после подключения нашей схемы к источнику питания, в ней начинают происходит интересные процессы.

Как уже говорилось ранее, пока конденсатор пустой, ток через него максимален. Следовательно, конденсатор начинает стремительно набирать заряд. При этом светодиоду, который подключен параллельно, ничего не достается

Конденсаторы и цепи переменного тока . Искусство схемотехники. Том 1 [Изд.4-е]

Коль скоро мы начинаем рассматривать изменяющиеся сигналы напряжения и тока, нам необходимо познакомиться с двумя очень занятными элементами, которые не находят применения в цепях постоянного тока, — речь идет о конденсаторах и индуктивностях. Скоро вы убедитесь, что эти компоненты вместе с резисторами являются основными элементами пассивных линейных цепей, составляющих основу почти всей схемотехники.

Особенно следует подчеркнуть роль конденсаторов — без них не обходится почти ни одна схема. Они используются при генерации колебаний, в схемах фильтров, для блокировки и шунтирования сигналов. Их используют в интегрирующих и дифференцирующих схемах. На основе конденсаторов и индуктивностей строят схемы формирующих фильтров для выделения нужных сигналов из фона.

Некоторые примеры подобных схем вы найдете в этой главе, а еще большее число интересных примеров использования конденсаторов и индуктивностей встретится вам в последующих главах.

Приступим к более детальному изучению конденсаторов. Явления, протекающие в конденсаторе, описываются математическими зависимостями, поэтому читателям, которые имеют недостаточную подготовку в области математики, полезно прочитать приложение Б. Не огорчайтесь, если некоторые детали не будут сразу вполне понятны, главное — это общее понимание вопроса.

1.12. Конденсаторы

Конденсатор (рис. 1.27) — это устройство, имеющее два вывода и обладающее следующим свойством:

Q = CU.

Рис. 1.27. Конденсатор.

Конденсатор, имеющий емкость С фарад, к которому приложено напряжение U вольт, накапливает заряд Q кулон на одной пластине и —Q — на другой.

В первом приближении конденсаторы — это частотно-зависимые резисторы. Они позволяют создавать, например, частотно-зависимые делители напряжения. Для решения некоторых задач (шунтирование, связывание контуров) больших знаний о конденсаторе и не требуется, другие задачи (построение фильтров, резонансных схем, накопление энергии) требуют более глубоких знаний. Например, конденсаторы не рассеивают энергию, хотя через них и протекает ток, — дело в том, что ток и напряжение на конденсаторе смещены друг относительно друга по фазе на 90°.

Продифференцировав выражение для Q (см. приложение Б), получим

I = C(dU/dt).

Итак, конденсатор — это более сложный элемент, чем резистор; ток пропорционален не просто напряжению: а скорости изменения напряжения. Если напряжение на конденсаторе, имеющем емкость 1 Ф, изменится на 1 В за 1 с, то получим ток 1 А. И наоборот, протекание тока 1 А через конденсатор емкостью 1 Φ вызывает изменение напряжения на 1 В за 1 с.

Емкость, равная одной фараде, очень велика, и поэтому чаще имеют дело с микрофарадами (мкФ) или пикофарадами (пФ). Для того чтобы сбить с толку непосвященных, на принципиальных схемах иногда опускают обозначения единиц измерения. Их приходится угадывать из контекста. Например, если подать ток 1 мА на конденсатор емкостью 1 мкФ, то напряжение за 1 с возрастет на 1000 В.

Импульс тока продолжительностью 10 мс вызовет увеличение напряжения на конденсаторе на 10 В (рис. 1.28).

Рис. 1.28. Напряжение на конденсаторе изменяется, когда через него протекает ток.

Промышленность выпускает конденсаторы разнообразных форм и размеров, через некоторое время вы познакомитесь с наиболее распространенными представителями этого обширного семейства.

Простейший конденсатор состоит из двух проводников, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга (но не соприкасающихся между собой), настоящие простейшие конденсаторы имеют именно такую конструкцию. Чтобы получить большую емкость, нужны большая площадь и меньший зазор между проводниками, обычно для этого один из проводников покрывают тонким слоем изолирующего материала (называемого диэлектриком), для таких конденсаторов используют, например, алитированную (покрытую алюминием) майларовую пленку.

Широкое распространение получили следующие типы конденсаторов: керамические, электролитические (изготовленные из металлической фольги с оксидной пленкой в качестве изолятора), слюдяные (изготовленные из металлизированной слюды). Каждому типу конденсаторов присущи свои качества, краткий перечень отличительных особенностей каждого типа конденсаторов приведен мелким шрифтом в разделе «Конденсаторы». В общем можно сказать, что для некритичных схем подходят керамические и майларовые конденсаторы, в схемах, где требуется большая емкость, применяются танталовые конденсаторы, а для фильтрации в источниках питания используют электролитические конденсаторы.

Параллельное и последовательное соединение конденсаторов. Емкость нескольких параллельно соединенных конденсаторов равна сумме их емкостей. Нетрудно в этом убедиться: приложим напряжение к параллельному соединению, тогда

CU = Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ +… =

= C₁U + C₂U + C₃U +…=

= (C₁ + C₂ + C₃ +…)·U =

или

С = С₁ + С₂ + С₃ +….

Для последовательного соединения конденсаторов имеем такое же выражение, как для параллельного соединения резисторов:

В частном случае для двух конденсаторов:

С = С₁С₂/(С₁ + С₂).

Ток, заряжающий конденсатор (I = C·dU/dt), обладает некоторыми особыми свойствами. В отличие от тока, протекающего через резистор, он пропорционален не напряжению, а скорости изменения напряжения (т. е. его производной по времени). Далее, мощность (U умноженное на I), которая связана с протекающим через конденсатор током, не обращается в тепло, а сохраняется в виде энергии внутреннего электрического поля в конденсаторе. При разряде конденсатора происходит извлечение энергии. Эти занятные свойства мы рассмотрим с другой точки зрения, когда будем изучать реактивность (начиная с разд. 1.18).

* * *

КОНДЕНСАТОРЫ

Промышленностью выпускается много типов конденсаторов. Здесь перечислены основные преимущества и недостатки различных типов. Очевидно, что данная оценка имеет несколько субъективный характер (см. таблицу).

_{Упражнение 1.12. Получите выражение для емкости двух последовательно соединенных конденсаторов.}

_{Подсказка: так как точка соединения конденсаторов не имеет внешних подключений, то заряд, накопленный двумя конденсаторами, должен быть одинаков.}

* * *

1.13. RС-цепи: изменения во времени напряжения и тока

Для анализа цепей переменного тока (или в общем случае схем, работающих с изменяющимися напряжениями и токами) можно использовать характеристики двух типов. Во-первых, можно рассматривать изменения напряжения U и тока I во времени, а во-вторых, — изменение амплитуды при изменении частоты сигнала. И те, и другие характеристики имеют свои преимущества, и в каждом практическом случае приходится выбирать наиболее подходящие. Мы начнем изучение цепей переменного тока с временных зависимостей, а в разд. 1.18 перейдем к частотным характеристикам.

Каковы же свойства схем, в состав которых входят конденсаторы? Для того чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим простейшую RС-цепь (рис. 1.29).

Рис. 1.29.

Воспользуемся полученным ранее выражением для емкости:

C(dU/dt) = I = — U/R.

Это выражение представляет собой дифференциальное уравнение, решение которого имеет вид

U = A·e^-t/RC.

Отсюда следует, что если заряженный конденсатор подключить к резистору, то он будет разряжаться так, как показано на рис. 1.30.

Рис. 1.30. Сигнал разряда RС-цепи.

Постоянная времени. Произведение RC называют постоянной времени цепи. Если R измерять в омах, а С — в фарадах, то произведение RC будет измеряться в секундах. Для конденсатора емкостью 1 мкФ, подключенного к резистору сопротивлением 1 кОм, постоянная времени составляет 1 мс, если конденсатор был предварительно заряжен и напряжение на нем составляет 1 В, то при подключении резистора в цепи появится ток, равный 1 мА.

На рис. 1.31 показана несколько иная схема.

Рис. 1.31.

В момент времени t = 0 схема подключается к батарее. Уравнение, описывающее работу такой схемы, выглядит следующим образом:

I = C(dU/dt) = (U_вх — U)/R

и имеет решение

U = U_вх + Ae^-t/RC.

Не пугайтесь, если не поняли, как выполнено математическое преобразование. Важно запомнить полученный результат. В дальнейшем мы будем многократно его использовать, не прибегая к математическим выкладкам. Постоянная величина А определяется из начальных условий (рис. 1.32): U = 0 при I = 0, откуда А = — U_вх и U = U_вх(1 — e^-t/RC).

Рис. 1.32.

Установление равновесия. При условии t >> RC напряжение достигает значения U_вх. (Советуем запомнить хорошее практическое правило, называемое правилом пяти RC. Оно гласит: за время, равное пяти постоянным времени, конденсатор заряжается или разряжается на 99 %.) Если затем изменить входное напряжение U_вх (сделать его равным, например, нулю), то напряжение на конденсаторе U будет убывать, стремясь к новому значению по экспоненциальному закону e^-t/RC.

Например, если на вход подать прямоугольный сигнал U_вх, то сигнал на выходе U будет иметь форму, показанную на рис. 1.33.

Рис. 1.33. Напряжение, снимаемое с конденсатора (верхние сигналы), при условии, что на него через резистор подается прямоугольный сигнал.

_{Упражнение 1.13. Докажите, что время нарастания сигнала (время, в течение которого сигнал изменяется от 10 до 90 % своего максимального значения) составляет 2,2RC.}

У вас, наверное, возник вопрос: каков закон изменения для произвольного U_вх(t)? Для того чтобы ответить на него, нужно решить неоднородное дифференциальное уравнение (стандартные методы решения таких уравнений здесь не рассматриваются). В результате получим

Согласно полученному выражению, RC— цепь усредняет входное напряжение с коэффициентом пропорциональности e^-Δt/RC, где Δt = τ — t_^. На практике, однако, такой вопрос возникает редко. Чаще всего рассматриваются частотные характеристики и определяют, какие изменения претерпевает каждая частотная составляющая входного сигнала. Скоро (разд. 1.18) мы также перейдем к этому немаловажную вопросу. А пока рассмотрим несколько интересных схем, для анализа которых достаточно временных зависимостей.

Упрощение с помощью эквивалентного преобразования Тевенина. Можно было бы приступить к анализу более сложных схем, пользуясь, как и раньше, методом решения дифференциальных уравнений. Однако чаще всего не стоит прибегать к решению дифференциальных уравнений.

Большинство схем можно свести к RC-схеме, показанной на рис. 1.34.

Рис. 1.34.

Пользуясь эквивалентным преобразованием для делителя напряжения, образованного резисторами R₁ и R₂, можно определить U(t) для скачка входного напряжения U_вх.

_{Упражнение 1.14. Для схемы, показанной на рис. 1.34, R1 = R2 = 10 кОм и С = 0,1 мкФ. Определите U(t) и изобразите полученную зависимость в виде графика.}

Пример: схема задержки. Мы уже упоминали логические уровни — напряжения, определяющие работу цифровых схем. На рис. 1.35 показано, как с помощью конденсаторов можно получить задержанный импульс.

Рис 1.35. Использование RC-цепи для формирования задержанного цифрового сигнала.

В виде треугольников изображены КМОП-буферные усилители. Они дают высокий уровень на выходе (более половины величины напряжения питания постоянного тока) и наоборот. Первый буферный усилитель воспроизводит входной сигнал и обеспечивает небольшое выходное сопротивление, предотвращая тем самым воздействие на источник сигнала RС-цепи (вопрос о нагрузке схемы мы рассмотрели в разд. 1.05). Согласно характеристике RС-цепи, выходной сигнал для нее задерживается относительно входного, поэтому выходной буферный усилитель переключается на 10 мкс позже скачка напряжения на входе (напряжение на выходе RС-цепи достигает 50 % своего максимального значения через 0,7RC.

На практике приходится принимать во внимание отклонение входного порога буфера от величины, равной половине напряжения питания, так как это отклонение изменяет задержку и ширину выходного импульса. Иногда подобную схему используют для того, чтобы задержать импульс на время, в течение которого может произойти какое-либо событие. При проектировании схем лучше не прибегать к подобным трюкам, но иногда они бывают полезны.

1.14. Дифференцирующие цепи

Рассмотрим схему, изображенную на рис. 1.36.

Рис. 1.36.

Напряжение на конденсаторе С равно U_вх — U, поэтому

I = Cd(U_вх — U)/dt = U/R.

Если резистор и конденсатор выбрать так, чтобы сопротивление R и емкость С были достаточно малыми и выполнялось условие dU/dt << dU_вх/dt, то

C(dU_вх/dt) = U/R или U(t) = RC[dU_вх(t)/dt].

Таким образом, мы получили, что выходное напряжение пропорционально скорости изменения входного сигнала.

Для того чтобы выполнялось условие dU/dt << dU_вх/dt, произведение RC должно быть небольшим, но при этом сопротивление R не должно быть слишком малым, чтобы не «нагружать» вход (при скачке напряжения на входе изменение напряжения на конденсаторе равно нулю и R представляет собой нагрузку со стороны входа схемы). Более точный критерий выбора для R и С мы получим, когда изучим частотные характеристики. Если на вход схемы подать прямоугольный сигнал, то сигнал на выходе будет иметь вид, представленный на рис. 1.37.

Рис. 1.37. Выходной сигнал (верхний), снимаемый с дифференциатора, на вход которого подается прямоугольный сигнал.

Дифференцирующие цепи удобно использовать для выделения переднего и заднего фронтов импульсных сигналов, и в цифровых схемах можно иногда встретить цепи, подобные той, которая показана на рис. 1.38.

Рис. 1.38. Выделение переднего фронта импульса.

Дифференцирующая RC-цепь генерирует импульсы в виде коротких пиков в моменты переключения входного сигнала, а выходной буферный усилитель преобразует эти импульсы в короткие прямоугольные импульсы. В реальных схемах отрицательный пик бывает небольшим благодаря встроенному в буфер диоду (речь об этом элементе пойдет в разд. 1.25).

Паразитная емкостная связь. Иногда схема неожиданно начинает проявлять дифференцирующие свойства, причем в ситуациях, где они совершенно нежелательны. При этом можно наблюдать сигналы, подобные показанным на рис. 1.39.

Рис. 1.39.

Первый сигнал (а точнее, импульсная помеха) может возникнуть при наличии емкостной связи между рассматриваемой линией и схемой, в которой присутствует прямоугольный сигнал; причиной появления подобной помехи может служить отсутствие оконечного резистора в линии. Если же резистор есть, то следует либо уменьшить сопротивление источника сигналов для линии, либо найти способ ослабления емкостной связи с источником сигналов прямоугольной формы. Сигнал второго типа можно наблюдать в цепи, по которой должен проходить сигнал прямоугольной формы, при наличии дефекта в контакте с этой цепью, например, в щупе осциллографа. Небольшая емкость, возникающая при плохом контакте, и входное сопротивление осциллографа образуют дифференцирующую цепь. Если вы обнаружили, что ваша схема «что-то» дифференцирует, то сказанное может помочь вам найти причину неисправности и устранить ее.

1.15. Интегрирующие цепи

Рассмотрим схему, изображенную на рис. 1.40.

Рис. 1.40.

Напряжение на резисторе R равно U_вх — U, следовательно, I = C(dU/dt) = (U_вх — U)/R. Если обеспечить выполнение условия U << U_вх за счет большого значения произведения RC, то получим C(dU/dt) ~= U_вх/R или

Мы получили, что схема интегрирует входной сигнал во времени! Рассмотрим, каким образом эта схема обеспечивает аппроксимацию интегрирования в случае входного сигнала прямоугольной формы: U(t) представляет собой знакомый уже нам график экспоненциальной зависимости, определяющей заряд конденсатора (рис.  1.41).

Рис. 1.41.

Первый участок экспоненты (интеграл от почти постоянной величины) — прямая с постоянным углом наклона; при увеличении постоянной времени RC используется все меньший участок экспоненты, тем самым обеспечивается лучшая аппроксимация идеального пилообразного сигнала.

Отметим, что условие U << U_вх равносильно тому, что ток пропорционален напряжению U_вх. Если бы в качестве входного сигнала выступал ток I(t), а не напряжение, то мы получили бы идеальный интегратор. Источником тока может служить резистор с большим сопротивлением и с большим падением напряжения на нем, и на практике часто пользуются этим приближением.

В дальнейшем, когда мы познакомим вас с операционными усилителями и обратной связью, вы узнаете, как построить интегратор, не прибегая к условию U_вых << U_вх. Такой интегратор работает в широком диапазоне частот и напряжений с пренебрежимо малой ошибкой.

Интегрирующие цепи находят широкое применение в аналоговой технике. Их используют в управляющих системах, схемах с обратной связью, при аналого-цифровом преобразовании и генерации колебаний.

Генераторы пилообразного сигнала. Теперь вы без труда разберетесь в том, как работает генератор пилообразного сигнала. Эта схема хорошо зарекомендовала себя и нашла очень широкое применение: ее используют во время-задающих схемах, в генераторах синусоидальных и других типов колебаний, в схемах развертки осциллографов, в аналого-цифровых преобразователях. Схема использует постоянный ток для заряда конденсатора (рис. 1.42).

Рис. 1.42. Источник постоянного тока, заряжающий конденсатор, генерирует напряжение в виде линейно-меняющегося сигнала.

Из уравнения для тока, протекающего через конденсатор, I = C(dU/dt) получим U(t) = (I/C)t. Выходной сигнал изображен на рис. 1.43.

Рис. 1.43.

Линейное нарастание сигнала прекращается тогда, когда «иссякает» напряжение источника тока, т. е. достигается его предельное значение. Кривая для простой RC-цепи с резистором, подключенным к источнику напряжения, ведет себя аналогично случаю достижения предела источником тока. На рис. 1.43 эта вторая кривая показана для случая, когда R выбрано так, чтобы ток при нулевом выходном напряжении был равен току источника тока; при этом вторая кривая стремится к тому же пределу, что и ломаная. (В реальных источниках тока выходное напряжение ограничено напряжением используемых в них источников питания, так что такое поведение вполне правдоподобно.) В следующей главе, посвященной транзисторам, мы построим простые схемы источников тока, а в главах, где рассматриваются операционные усилители и полевые транзисторы, — их усовершенствованные типы.

Вот как много интересных вопросов ожидает нас впереди.

_{Упражнение 1.15. Ток 1 мА заряжает конденсатор емкостью 1 мкФ. Через какое время напряжение достигнет 10 В?}

Что такое конденсатор? | Детская площадка для схем: C для конденсатора

Сохранить Подписаться

Пожалуйста, войдите, чтобы подписаться на это руководство.

После входа в систему вы будете перенаправлены обратно к этому руководству и сможете подписаться на него.

Из Википедии

Конденсатор (первоначально известный как конденсатор ) представляет собой пассивный электрический компонент с двумя выводами, используемый для электростатического накопления энергии в электрическом поле. Формы практических конденсаторов сильно различаются, но все они содержат по крайней мере два электрических проводника (пластины), разделенных диэлектриком (то есть изолятором). Проводниками могут быть тонкие пленки металла, алюминиевая фольга или диски и т. д. «Непроводящий» диэлектрик увеличивает зарядную емкость конденсатора. Диэлектриком может быть стекло, керамика, полиэтиленовая пленка, воздух, бумага, слюда и т. д. Конденсаторы широко используются как части электрических цепей во многих распространенных электрических устройствах. В отличие от резистора, конденсатор не рассеивает энергию. Вместо этого конденсатор хранит энергию в виде электростатического поля между его пластинами.

При наличии разности потенциалов на проводниках (например, когда конденсатор присоединен к батарее) в диэлектрике возникает электрическое поле, в результате чего положительный заряд (+Q) собирается на одной пластине, а отрицательный заряд (-Q ) собрать на другой тарелке. Если батарея была подключена к конденсатору в течение достаточного времени, через конденсатор не может протекать ток. Однако, если к выводам конденсатора приложено ускоряющее или переменное напряжение, может протекать ток смещения.

Идеальный конденсатор характеризуется единственным постоянным значением емкости. Емкость выражается как отношение электрического заряда (Q) на каждом проводнике к разности потенциалов (V) между ними. Единицей емкости в СИ является фарад (Ф), который равен одному кулону на вольт (1 Кл/В). Типичные значения емкости находятся в диапазоне от примерно 1 пФ (10 ^-12 Ф) до примерно 1 мФ (10 ^-3 Ф).

Емкость тем выше, чем меньше расстояние между проводниками и когда проводники имеют большую площадь поверхности. На практике диэлектрик между пластинами пропускает небольшой ток утечки, а также имеет предел напряженности электрического поля, известный как напряжение пробоя. Проводники и выводы создают нежелательную индуктивность и сопротивление.

Конденсаторы широко используются в электронных схемах для блокировки постоянного тока и пропускания переменного тока. В сетях аналоговых фильтров они сглаживают выходной сигнал источников питания. В резонансных схемах они настраивают радиоприемники на определенные частоты. В системах передачи электроэнергии они стабилизируют напряжение и поток мощности.

photo by Alvinrune

В октябре 1745 года Эвальд Георг фон Клейст из Померании в Германии обнаружил, что заряд можно сохранить, подключив проводом высоковольтный электростатический генератор к объему воды в переносной стеклянной банке. . ^[2] Рука фон Клейста и вода действовали как проводники, а банка как диэлектрик (хотя детали механизма в то время были неправильно идентифицированы). Фон Клейст обнаружил, что прикосновение к проводу приводит к мощной искре, гораздо более болезненной, чем от электростатической машины. В следующем году голландский физик Питер ван Мусшенбрук изобрел аналогичный конденсатор, который был назван лейденской банкой в ​​честь Лейденского университета, где он работал. ^[3] Он также был впечатлен силой удара, который он получил, написав: «Я не вынес бы второго удара за королевство Франции». ^[4]

Даниэль Гралат был первым, кто объединил несколько банок параллельно в «батарею» для увеличения емкости хранения заряда. Бенджамин Франклин исследовал лейденскую банку и пришел к выводу, что заряд хранился на стекле, а не в воде, как предполагали другие. Он также принял термин «батарея», ^{[5] [6]} (обозначая увеличение мощности за счет ряда подобных единиц, как в батарее пушек), впоследствии применив к кластерам электрохимических элементов. ^[7] Лейденские банки позже были изготовлены путем покрытия внутренней и внешней сторон банок металлической фольгой с оставлением пространства у горлышка для предотвращения дугового разряда между фольгами. ^{[ цитирование ]} Самая ранняя единица измерения емкости была банкой, эквивалентной примерно 1 нанофараду. ^[8]

Лейденские банки или более мощные устройства, в которых использовались плоские стеклянные пластины, чередующиеся с проводниками из фольги, использовались исключительно примерно до 1900 года, когда изобретение беспроводной связи (радио) создало спрос на стандартные конденсаторы и неуклонный переход к более высоким частоты требуются конденсаторы с меньшей индуктивностью. Стала использоваться более компактная конструкция из гибкого диэлектрического листа типа промасленной бумаги, зажатого между листами металлической фольги, свернутого или свернутого в небольшой пакет.

Ранние конденсаторы были также известны как конденсаторы , термин, который иногда используется до сих пор. Этот термин впервые был использован для этой цели Алессандро Вольта в 1782 году со ссылкой на способность устройства сохранять более высокую плотность электрического заряда, чем обычный изолированный проводник. ^[9]

Стенограмма Кредиты

Это руководство было впервые опубликовано 09 мая 2014 г. Оно было последним обновлено 09 мая 2014 г.

Эта страница (Что такое конденсатор?) последний раз обновлялась 26 сентября 2022 г.

Текстовый редактор на базе tinymce.

Почему конденсаторы являются важными компонентами электронных схем

— Реклама —

С ростом технического прогресса конденсаторы стали важными компонентами почти в каждом электронном устройстве. Они способны накапливать электрический заряд, но не в течение длительного периода.

By Potshangbam July

Подобно перезаряжаемой батарее, конденсаторы накапливают и выделяют энергию. Конденсаторы хранят потенциальную энергию в электрическом поле, тогда как батареи накапливают энергию в виде химической энергии, которая затем преобразуется в электрическую энергию. Конденсаторы имеют такие функции, как легкая зарядка-разрядка. Сегодня растет спрос на более качественные конденсаторы для носимых устройств, бытовой электроники и промышленного применения.

— Реклама —

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

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

• Они накапливают энергию непосредственно на пластинах, что значительно ускоряет процесс зарядки/разрядки.
• Эффективно фильтруют нежелательные частоты.
Конденсаторы
• могут эффективно справиться с потерей мощности и сделать производство электроэнергии более экономичным.
• Они менее чувствительны к температуре.
• Конденсаторы почти мгновенно разряжаются.
Конденсаторы
• предпочтительны для приложений переменного тока.
• Они способны работать с высоковольтными приложениями и поэтому подходят для высокочастотных вариантов использования.
Конденсаторы
• имеют длительный жизненный цикл почти от десяти до 15 лет.

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

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

]Диэлектрик следует выбирать с осторожностью, исходя из его свойств. Пленочные конденсаторы имеют ряд преимуществ: они очень надежны и имеют долгий срок службы. Им отдают предпочтение в условиях высоких температур.

Пленочные конденсаторы используются в автомобильных электронных блоках, поскольку они демонстрируют стабильность при работе при высоких температурах и в условиях вибрации. Широкое применение пленочных конденсаторов также можно объяснить их способностью работать с высоким напряжением.

Керамические конденсаторы: Эти конденсаторы не имеют полярности и имеют фиксированную емкость. В качестве диэлектрического материала они используют керамическое вещество. Обычно используются два типа керамических конденсаторов: многослойные керамические конденсаторы (MLCC) и дисковые керамические конденсаторы. Следует отметить, что керамические материалы плохо проводят электричество; поэтому электрические заряды не могут протекать через них. Недостатком керамических конденсаторов является то, что незначительное изменение температуры меняет их емкость.

Низкая индуктивность керамических конденсаторов делает их пригодными для высокочастотных применений. Они бывают небольших размеров и используются в ряде электронных продуктов, включая телевизоры, мобильные телефоны, цифровые видеокамеры, ноутбуки и т. д. алюминий, тантал или ниобий) и свойства электролитов (влажный, твердый или гибрид влажный/твердый). Большинство электролитических конденсаторов имеют полярность; поэтому при постоянном напряжении важно соблюдать полярность на обоих концах. Благодаря своим небольшим размерам и высокой емкости электролитические конденсаторы подходят для использования в цепях питания постоянного тока. Их приложения связаны и развязаны. Недостатком электролитических конденсаторов является их относительно низкое номинальное напряжение.

Бумажные конденсаторы: Они изготовлены с использованием бумаги в качестве диэлектрика и способны накапливать достаточное количество электрического заряда. Диапазон емкостей у них варьируется от 0,001 до 2000 мкФ, а напряжение очень велико — до 2000 В. Этот конденсатор поглощает влагу из воздуха, что снижает сопротивление изоляции диэлектрика. Бумажные конденсаторы используются в фильтрующих устройствах. Они также могут использоваться для приложений, требующих высокого напряжения и большого тока.

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

Другими проблемами, возникающими при неправильном выборе конденсаторов, являются ненужная потеря мощности и нестабильная цепь. Кроме того, неправильный физический размер и тип конденсатора могут вызвать такие проблемы, как нежелательный шум, механическое напряжение, выход из строя схемы и т. д. Также следует учитывать толщину внешнего слоя диэлектрика конденсатора. В этом слое обычно образуются трещины; поэтому толщина диэлектрика имеет большое значение для увеличения механической прочности, а также долговечности изделий.

Кроме того, при низком качестве конденсатора или более высоком напряжении в цепи высока вероятность утечки химического изолятора. В таких случаях печатная плата подвергается воздействию умеренно реактивного соединения, которое, в свою очередь, может воздействовать на близлежащие компоненты и медную фольгу печатной платы.

Некоторые конденсаторы, доступные на рынке

Модель: Пленочные полипропиленовые конденсаторы; Производитель: Панасоник

Специально разработанные для подавления помех, эти конденсаторы имеют огнестойкий пластиковый корпус и негорючую смолу; они полностью соответствуют требованиям RoHS. Серия оснащена механизмом безопасности , соответствующим UL/CSA и европейским нормам безопасности класса X2. Основные характеристики Влагостойкость испытана при 240 В переменного тока при 85°C/85% в течение 1000 часов (C<1,0 мкФ) Имеет номинальное напряжение 275 В переменного тока, номинальную емкость от 0,10 мкФ до 4,7 мкФ и Допустимое отклонение емкости ±10 % (K), ±20 % (M) Диапазон температур категории от -40°C до +110°C Контакты: www.panasonic.eu

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

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

Модель: керамический конденсатор MLCC 100 нФ; Производитель: Мурата

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

Модель: Vishay BC Components Серия 257 PRM-SI; Производитель: Vishay Intertechnology

Эта серия миниатюрных алюминиевых электролитических конденсаторов с защелкой позволяет создавать конструкции с более высокой удельной мощностью. Серия имеет цилиндрический алюминиевый корпус, изолированный синим рукавом. Конденсаторы серии 257 PRM-SI рассчитаны на номинальное напряжение до 500 В в 25 компактных корпусах размером от 22 мм x 25 мм до 35 мм x 60 мм. Устройства, соответствующие требованиям RoHS, также доступны с 3-контактными защелкивающимися клеммами с ключом и полярностью 9.0099 Основные характеристики • Размер корпуса (Г x Д в мм): от 22 x 25 до 35 x 60 • Диапазон емкости: от 56 мкФ до 3300 мкФ • Допустимое отклонение: ± 20 % • Срок службы при +85°C : 5000 часовКонтакты: www. vishay.com

Модель: серия KXF; Производитель: United Chemi-Con

Серия KXF включает в себя сверхминиатюрные алюминиевые электролитические сквозные конденсаторы. Для этой серии гарантируется 15 000–20 000 часов работы для цепей светодиодного освещения и других высоковольтных устройств с длительным сроком службы. Эти конденсаторы идеально подходят для высоконадежных устройств, таких как светодиоды, зарядные устройства, повышающе-понижающие преобразователи и миниатюрные импульсные источники питания. Основные характеристики • Диапазон номинального напряжения от 160 В до 450 В постоянного тока • Диапазон емкости от 5,6 мкФ до 68 мкФ • Поляризованные, неустойчивые к растворителям конденсаторы • Диаметр от 10 мм до 18 мм • Соответствует RoHS2 Контакт: www.chemi-con.com

Связанные статьи

Зачем использовать конденсаторы? — Обмен стека электротехники

Спросил 11 лет, 11 месяцев назад

Модифицированный 7 лет, 9 месяцев назад

Просмотрено 102k раз

\$\начало группы\$

Зачем нужно какое-то время сохранять напряжение в конденсаторе? Я всегда предполагал, что схемы работают, когда вы включаете их, и останавливаются, когда вы их отключаете.

Почему нельзя провести всю цепь без конденсатора? Если он предназначен для хранения, почему бы просто не использовать триггер?

• конденсатор

\$\конечная группа\$

8

\$\начало группы\$

Если бы все, что вы хотели построить, это цифровая схема, и ваши источники напряжения действительно поддерживали бы постоянное напряжение независимо от того, сколько тока от них потреблялось, и ничего не производило бы электрических помех, вам бы не понадобились конденсаторы.

Но источники напряжения провисают, когда вы получаете от них ток. Щетки двигателя (и множество других компонентов) производят ужасные скачки напряжения, которые вы хотите отфильтровать из своей цифровой схемы. Некоторые люди также имеют дело с аналоговыми схемами, где сигналы напряжения и тока непрерывно изменяются в широком диапазоне. Для такой изменяющейся во времени схемы необходимы конденсаторы.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Цифровые схемы могут быть особенно плохими, но в целом вы пытаетесь сделать шину питания источником питания постоянного тока. большинство схем, когда они внезапно получают питание от шины питания, не будут слишком счастливы, если шина питания отреагирует провалом.

По мере увеличения скорости индуктивность создает большую проблему, чем сопротивление. Конденсатор действует как очень близкий источник питания. Вы вытягиваете свою высокоскоростную мощность из конденсатора, и источник питания медленно заряжает конденсатор.

При правильном выполнении все работает по спецификации. Когда вы делаете коммерческий продукт и делаете это неправильно, вы получаете продукт с очень странными ошибками, обычно связанными с высокой нагрузкой, поскольку напряжение действительно проседает (провалы = ниже того, что должно быть). В худшем случае высокоскоростные сигналы проходят по вашим линиям электропередач, и FCC не одобряет ваш продукт, поскольку он излучает высокочастотную энергию.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Конденсаторы также широко используются в генераторах, фильтрах и схемах синхронизации, поскольку их скорость зарядки и скорость разрядки можно точно рассчитать.

В RC-цепи значение постоянной времени (в секундах) равно произведению сопротивления цепи (в омах) на емкость цепи (в фарадах), т. е. R × C. Это время, необходимое для зарядить конденсатор через резистор до 63,2% полного заряда; или разрядить его до 36,8% начального напряжения. Эти странно выглядящие проценты получены из математической константы e (2,71828, основание натуральных логарифмов), а именно 1 − 1/e и 1/e соответственно.

Генератор и схемы синхронизации обычно используются в цифровых системах для обеспечения генераторов частоты и синхронизации. Генераторы и фильтры обычно используются в аналоговых схемах, то есть в аудио- или радиочастотных (РЧ).

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Одним из самых популярных применений конденсаторов в промышленной электротехнике является коррекция коэффициента мощности. Конденсаторы накапливают энергию и высвобождают ее каждый цикл в сети распределения электроэнергии переменного тока, чтобы компенсировать тот факт, что высокоиндуктивные нагрузки, такие как электродвигатели, потребляют ток, который «отстает» от приложенного напряжения. Это приводит к плохому коэффициенту мощности в электрической распределительной сети, что обычно означает, что сетевые активы не могут быть использованы в соответствии с их кажущейся номинальной мощностью.

Используя коррекцию коэффициента мощности, которая для индуктивных нагрузок означает включение конденсаторов в сеть питания, коэффициент мощности может быть увеличен почти до единицы, что означает, что сетевые активы, такие как большие трансформаторы, не должны быть излишне габаритными.

Кроме того, большинство органов по электроснабжению будут наказывать пользователей с очень низким коэффициентом мощности, поскольку они обычно несут дополнительные расходы в связи с чрезмерно большими и недостаточно используемыми распределительными активами. Таким образом, у крупных промышленных потребителей появляется финансовый стимул для установки оборудования для коррекции коэффициента мощности.

Конденсаторы также используются для фильтрации пульсаций при преобразовании переменного тока в постоянный (например, на входном каскаде привода с регулируемой скоростью или в цепи инвертора).

Кроме того, конденсаторы используются для «усиления» источников питания постоянного тока (например, для преобразования источника питания 5 В постоянного тока в выходное напряжение 9 В постоянного тока). Они называются схемами прерывателя.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Почему нельзя нарисовать всю схему конденсатор свободен?

Схемы иногда рисуются без конденсаторов, так как неявно они будут включены в каждый вывод питания логики. Очевидно, что при использовании инструмента EDA они должны быть где-то на схеме (обычно в каком-то углу), но подразумевается, что на каждом контакте будет как минимум по одному (несколько колпачков могут охватывать более широкий диапазон частот), и, как максимально близко.

Для прототипов — , особенно для прототипов — еще более важны шунтирующие конденсаторы. Часто в клубке проводов будет намного больше индуктивности, чем обычно. Даже если ваша частота переключения низкая, спектральный состав фронтов может быть чрезвычайно высоким.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Здравствуйте, пользователь 1424 Вы, кажется, задаете много вопросов о многих электронных вещах. Могу ли я порекомендовать вам найти хорошую книгу, такую ​​как «Искусство электроники» Горовица и Хилла, и хорошенько ее прочитать.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Развязывающие конденсаторы служат нескольким целям. Во-первых, они являются защитой от изменений в источнике питания. Если бы конденсатора не было, провал мог бы сбросить всю цепь. Точно так же некоторые энергоемкие части схемы могут включаться и выключаться во время работы. Включение также создает провал; большой ток, внезапно необходимый в одном месте, означает, что он больше не доступен в другом месте. Конденсатор является буферным накопителем, который обеспечивает достаточный ток для всех компонентов в эти моменты переключения.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Хорошим примером являются емкостные сенсорные экраны (например, сенсорный экран в iPhone).

В емкостных сенсорных экранах используется слой емкостного материала для удержания электрического заряда. Прикосновение к поверхности экрана приводит к искажению электростатического поля экрана, создавая падение напряжения, которое можно измерить как изменение емкости. Это точное место падения напряжения фиксируется контроллером и передается процессору.

\$\конечная группа\$

Основы конденсаторов в электронике — использование, функция в цепи, единица измерения, формула

Основы конденсаторов в электронике — типы конденсаторов и их использование, функция в цепи, единица измерения, формула с объяснением со схемой, изображениями, видео.

Здесь мы понимаем основы конденсаторов в электронике — типы конденсаторов и их использование, функции в цепи, единицы измерения и формулы, поясняемые диаграммой, изображениями и видео.

Содержание

Что такое конденсатор?

Конденсатор — это электронный компонент для накопления электрического заряда. Это пассивный электронный компонент, который может накапливать энергию в электрическом поле между парой проводников, называемых «пластинами».

Проще говоря, мы можем сказать, что конденсатор — это компонент для накопления и высвобождения электричества, как правило, в результате химического воздействия. Лейденская банка была ранним примером конденсатора.

Конденсаторы состоят из двух проводящих поверхностей, разделенных изолятором; к каждой поверхности подведен провод.

• Чек : Активные и пассивные электронные компоненты

Единицы измерения конденсатора и символ

Символ конденсатора

В электронике обычно используются два символа конденсатора. Один символ для поляризованных конденсаторов, а другой символ для неполяризованных конденсаторов.

На приведенной ниже диаграмме символ с одной изогнутой пластиной представляет собой поляризованный конденсатор. Изогнутая пластина представляет собой катод ( – ве ) конденсатора, а другая пластина – анод ().0083 + ве ). Иногда к стороне +ve также добавляется знак плюс.

Обозначение конденсатора для поляризованных и неполяризованных конденсаторов

Единица конденсатора

Единица измерения емкости в системе СИ составляет фарад ( символ : F ). Единица названа в честь великого английского физика. Майкл Фарадей.

Конденсатор емкостью 1 фарад, когда он заряжен электрическим зарядом в 1 кулон, имеет разность потенциалов между обкладками 1 вольт.

Видео: основы работы с конденсаторами

Различные типы конденсаторов

Существует несколько типов конденсаторов для различных областей применения и функций. Ниже приведены наиболее распространенные типы конденсаторов:

1. Керамический конденсатор

Это неполяризованные конденсаторы, изготовленные из двух или более чередующихся слоев керамики и металла. Керамика действует как диэлектрик, а металл действует как электроды.

Керамические конденсаторы также называются « Дисковые конденсаторы ».

Керамический конденсатор типа Thru-Hole и SMD

2. Электролитический конденсатор

Электролитические конденсаторы поляризованы. Это означает, что положительный вывод конденсатора должен быть соединен с положительным выводом, а отрицательный вывод — с отрицательным выводом. Невыполнение этого требования приведет к повреждению конденсатора.

Эти типы конденсаторов обычно используются там, где требуется большая емкость.

Электролитические конденсаторы типа Thru-Hole и SMD

3. Пленочный конденсатор

Пленочные конденсаторы или конденсаторы из пластиковой пленки являются наиболее распространенным типом конденсаторов, используемых в большинстве электронных схем. Есть неполяризованные.

Они очень надежны, долговечны и имеют меньшие допуски. Они также хорошо работают в условиях высокой температуры окружающей среды.

Сквозной и поверхностный пленочный конденсатор

4. Переменный конденсатор

Это неполяризованные конденсаторы. Они имеют подвижные и фиксированные пластины для определения емкости и обычно используются в цепях передатчиков и приемников, транзисторных радиоприемниках и т. д.

Переменный конденсатор типа Thru-Hole и SMD

Схема, поясняющая принцип работы конденсатора

Простой конденсатор, подключенный к батарее через резистор

Зависимость тока в цепи от времени Конденсатор должен накапливать электрическую энергию в электрическом поле и отдавать эту энергию в цепь по мере необходимости. Он также позволяет передавать только переменный ток, а НЕ постоянный ток.

Видео: Использование и назначение конденсаторов

Формула для расчета емкости конденсатора?

• Формула для полной емкости в параллельной цепи: CT=C1+C2…+Cn.
• Формула для полной емкости в последовательной цепи: CT={1{1C1}+{1C2}…+{1Cn}} .

Надеюсь, теперь вы изучили и поняли основы работы с конденсаторами. Не стесняйтесь поделиться с другими и поделиться своими мыслями и комментариями ниже.

• Похожие сообщения:

  • Конденсатор поверхностного монтажа — Руководство по конденсаторам для поверхностного монтажа
  • Где купить электронные компоненты в Индии
  • Электронные компоненты Наименование Сокращения и символы
  • Основные электронные компоненты – типы, функции, символы
  • 10 ведущих производителей электронных компонентов в мире
  • Производители электронных компонентов, поставщики и дистрибьюторы
  • Электронные компоненты, детали и их функции
  • Паяльная станция Goot в Индии
  • Различные типы печатных плат (PCB)
  • Печатная плата: конструкция, схема и сборка
  • Основы и физика полупроводниковых устройств
  • Электронные схемы для начинающих
  • Символы цепей электронных компонентов

Конденсаторы

Конденсаторы

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ УКАЗАТЕЛЬНУЮ СТРАНИЦУ
КОНДЕНСАТОРЫ В. Райан 2002-2022
PDF-ФАЙЛ – НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ УПРАЖНЕНИЕ ДЛЯ ПЕЧАТИ НА ОСНОВЕ РАБОТАЕТ НИЖЕ
Конденсаторы — это компоненты, используемые для хранения электрический заряд и используются в схемах таймеров. Можно использовать конденсатор с резистором, чтобы произвести таймер. Иногда для сглаживания используются конденсаторы. ток в цепи, так как они могут предотвратить ложное срабатывание других компоненты, такие как реле. При подаче питания на цепь, включающую конденсатор — конденсатор заряжается. При отключении питания конденсатор медленно разряжается.
		Конденсатор состоит из двух проводников, разделенных изоляционный материал, называемый диэлектриком. Диэлектрик может быть бумажным, полиэтиленовая пленка, керамика, воздух или вакуум. Пластины могут быть алюминиевыми дисками, алюминиевая фольга или тонкая металлическая пленка, нанесенная на противоположные стороны твердого тела диэлектрик. Сэндвич ПРОВОДНИК-ДИЭЛЕКТРИК-ПРОВОДНИК можно свернуть в цилиндр или влево
КАК РАБОТАЕТ КОНДЕНСАТОР
Когда цепь включена, светодиод излучает свет и конденсатор заряжается. Когда переключатель повернут выключен светодиод все еще излучает свет в течение нескольких секунд, потому что электричество хранящийся в конденсаторе медленно разряжается. Когда он полностью разрядится это электричество светодиод больше не излучает свет. Если резистор поставить в цепи конденсатор заряжается медленнее, но и разряжается сильнее. медленно. Что будет со светом?
		Электролитические конденсаторы являются «поляризованными» , что означает, что они имеют положительный и отрицательный выводы и должны быть расположены в цепь в правильном направлении (положительный вывод должен идти к положительному стороне цепи). Они также имеют гораздо более высокую емкость, чем неэлектролитические конденсаторы. Неэлектролитические конденсаторы обычно имеют меньшую емкость. Они не поляризованы (не имеют положительного и отрицательного вывода) и может быть размещен в любом случае вокруг в цепи. Обычно они используются для сглаживания тока в цепи. ЕМКОСТЬ — означает емкость конденсатора.
Обратите внимание на электролитический конденсаторы выше. Все они имеют два поляризованных провода, другими словами, они имеют положительную и отрицательную сторону. Этот тип конденсатора используется с ИС например микросхема таймера 555 и именно конденсаторы и резисторы определить временную последовательность.
		Посмотрите внимательно на фотографии двух типов конденсаторы. Можете ли вы решить, какой из них электролитический , а какой неэлектролитический ?
		Простая схема (см. ссылку ниже) представляет собой переключатель, который подключен к компьютеру. При нажатии переключателя компьютер определяет что реле замкнуто, а затем включает двигатель. Однако есть проблема. При нажатии на переключатель он только закрывает реле на долю секунды и этого времени мало для компьютера программа, чтобы определить, что она была нажата в первую очередь. Задержка во времени это очевидный ответ, и это может быть достигнуто путем добавления конденсатора в параллельно переключателю. Если реле удерживается замкнутым в течение 3/4 секунд, то компьютерная программа успеет его обнаружить — конденсатор обеспечивает время задерживать.
ПОМНИТЕ — есть поляризованные и неполяризованные конденсаторы. Ищите положительное и отрицательное знак.
НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ПРИМЕРОВ — КАК КОНДЕНСАТОРЫ МОЖНО ИСПОЛЬЗОВАТЬ
НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ УКАЗАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ СТРАНИЦА

Lab Notes on Capacitors [Analog Devices Wiki]

Эта версия (3 января 2021 г. , 22:24) была одобрена Робином Гетцем. Доступна ранее одобренная версия (17 июня 2013 г., 14:45).

Содержание

• Лабораторные заметки по конденсаторам

  • Функция:

  • Емкость:

    • Поляризованные конденсаторы (обычно большие номиналы, => 1 мкФ)

    • Неполярные конденсаторы (небольшие номиналы, до 1 мкФ)

  • Код номера конденсатора

    • Цветовой код конденсатора

    • Полистирольные конденсаторы

    • Реальные номиналы конденсаторов (серии E3 и E6)

  • Понимание паразитных эффектов в конденсаторах:

  • Паразитная емкость:

  • СРАВНИТЕЛЬНАЯ ТАБЛИЦА КОНДЕНСАТОРОВ

    • Для получения дополнительной информации о пассивных компонентах см.:

Функция:

Конденсатор — это электрическое устройство для накопления заряда. Как правило, конденсаторы состоят из двух или более пластин из проводящего материала, разделенных слоем или слоями изоляторов. Конденсатор может накапливать энергию для возврата в цепь по мере необходимости. Емкость (C) определяется как отношение накопленного заряда (Q) к разности потенциалов ( В ) между проводниками:

Емкость измеряется в фарадах (F) и

Энергия, запасенная в конденсаторе, может быть найдена с помощью любого из следующих трех уравнений, каждое из которых относится к разным переменным:

Конденсаторы в сочетании с резисторами используются в схемах синхронизации и фильтрах. Они используются для сглаживания или фильтрации изменяющейся мощности постоянного тока, подаваемой выпрямителями переменного тока в постоянный, действуя как резервуар для хранения заряда. Они также используются в некоторых усилителях и схемах формирования сигналов, потому что конденсаторы легко пропускают высокочастотные сигналы переменного тока, но блокируют сигналы постоянного тока (постоянные).

Емкость:

Это мера способности конденсатора накапливать заряд. Большая емкость означает, что будет храниться больше заряда на вольт. Емкость измеряется в фарадах, символ F. Один фарад — это очень большая емкость, поэтому для обозначения меньших значений используются префиксы. Используются три префикса (множителя): µ (микро), n (нано) и p (пико):

• мк означает 10 ^-6 (миллионная), поэтому 1000 мкФ = 0,001 Ф

• n означает 10 ^-9 (тысячно-миллионная), поэтому 1000 нФ = 1 мкФ

• p означает 10 ^-12 (миллионно-миллионных), поэтому 1000 пФ = 1 нФ

Значения конденсатора может быть очень сложно определить, просто взглянув на конденсатор, потому что существует много типов конденсаторов с разными системами маркировки.

Существует много типов конденсаторов, но их можно разделить на две группы: поляризованные и неполяризованные . Каждая группа имеет свое обозначение цепи.

Поляризованные конденсаторы (обычно большие номиналы, => 1 мкФ)

Примеры:

Символ цепи:

Электролитические конденсаторы:

Электролитические конденсаторы поляризованы и они должны быть подключены с правильной ориентацией , по крайней мере один из их выводов будет помечен знаком + или -. Как правило, они не повреждаются при нагревании при пайке, но могут перегреться и выйти из строя при подключении с неправильной полярностью.

Есть две конструкции электролитических конденсаторов; аксиальный , где выводы присоединены к каждому концу и радиальный , где оба вывода находятся на одном конце. Радиальные конденсаторы, как правило, немного меньше и стоят вертикально на печатной плате, в то время как аксиальные конденсаторы могут иметь более низкий профиль на печатной плате, но могут занимать больше места.

Значение электролитических конденсаторов легко найти, потому что на них четко указаны их емкость и номинальное напряжение. Номинальное напряжение может быть довольно низким (например, 6 В), и его всегда следует проверять при выборе электролитического конденсатора. Если в списке деталей проекта не указано напряжение, выберите конденсатор с номиналом, превышающим напряжение источника питания проекта. 25 В — разумный минимум для большинства аккумуляторных цепей.

Танталовые шариковые конденсаторы

Танталовые шариковые конденсаторы поляризованы и имеют низкое номинальное напряжение, как и электролитические конденсаторы. Они могут быть дороже, но очень малы, поэтому их используют там, где нужна большая емкость в небольшом пространстве.

Современные танталовые шариковые конденсаторы печатаются с полной емкостью и напряжением. Однако более старые используют систему цветового кода, которая имеет две полосы (для двух цифр) и цветное пятно для количества нулей, чтобы дать значение в мкФ. Используется стандартный цветовой код, но для пятна 9.0084 серый используется для обозначения × 0,01, а белый означает × 0,1, поэтому могут отображаться значения менее 10 мкФ. Третья цветная полоса рядом с выводами показывает напряжение (желтая 6,3 В, черная 10 В, зеленая 16 В, синяя 20 В, серая 25 В, белая 30 В, розовая 35 В). Например: синяя, серая, черная точка соответствует 68 мкФ
Например: синяя, серая, белая точка соответствует 6,8 мкФ
Например: синяя, серая, серая точка соответствует 0,68 мкФ

Конденсаторы неполярные (небольшие номиналы, до 1 мкФ)

Примеры:

Символ цепи:

Конденсаторы малой емкости неполяризованы и могут быть подключены в любом направлении. Они не повреждаются при нагреве при пайке, за исключением одного необычного типа (полистирол). Они имеют номинальное напряжение не менее 50 В, обычно 250 В или около того. Может быть трудно найти значения этих маленьких конденсаторов, потому что существует много их типов и несколько разных систем маркировки!

У многих конденсаторов небольшой емкости указан номинал, но без множителя, поэтому вам нужно использовать опыт, чтобы определить, каким должен быть множитель!

Например, 0,1 переводится как 0,1 мкФ = 100 нФ.

Иногда вместо десятичной точки используется множитель:
Например: 4n7 переводится как 4,7 нФ.

Код номера конденсатора

Цифровой код часто используется на небольших конденсаторах, где печать затруднена:

1. 1-й номер — это 1-я цифра,

2. 2-й номер — это 2-я цифра,

3. 3-я цифра — это количество нулей для получения емкости в пФ .

4. Не обращайте внимания на любые буквы — они указывают допуск и номинальное напряжение.

Например: 102 переводится как 1000 пФ = 1 нФ (не 102 пФ!)
Например: 472J переводится как 4700 пФ = 4,7 нФ (J = допуск 5%).

Цветовой код конденсатора

Цветовой код, аналогичный цветовому коду резистора, использовался на полиэфирных конденсаторах в течение многих лет. В настоящее время он более или менее устарел, но, конечно, многие из них все еще существуют. Цвета следует читать так же, как код резистора, три верхние цветовые полосы дают значение в пФ . Игнорируйте 4-й диапазон (допуск) и 5-й диапазон (номинальное напряжение).

Цветовой код

Цвет	Номер
Черный	0
Коричневый	1
Красный	2
Оранжевый	3
Желтый	4
Зеленый	5
Синий	6
Фиолетовый	7
Серый	8
Белый	9

Например:
коричневый, черный, оранжевый переводится как 10000 пФ = 10 нФ = 0,01 мкФ.

Обратите внимание, что между цветными полосами нет промежутков, поэтому две одинаковые полосы на самом деле выглядят как одна широкая полоса.

Например:
широкий красный, желтый переводится как 220 нФ = 0,22 мкФ.

Полистирольные конденсаторы

Сейчас этот тип используется редко. Их значение (в пФ ) обычно печатается без единиц измерения. Полистирольные конденсаторы могут быть повреждены теплом при пайке (он плавит полистирол!), поэтому во время пайки следует использовать радиатор (например, зажим типа «крокодил»). прикрепите радиатор к проводу между конденсатором и паяным соединением.

Реальные номиналы конденсаторов (серии E3 и E6)

Вы могли заметить, что конденсаторы доступны не во всех возможных значениях, например, 22 мкФ и 47 мкФ легко доступны, а 25 мкФ и 50 мкФ — нет.

Почему это? Представьте, что вы решили делать конденсаторы каждые 10 мкФ, дающие 10, 20, 30, 40, 50 и так далее. Это кажется прекрасным, но что произойдет, когда вы достигнете 1000? Было бы бессмысленно делать 1000, 1010, 1020, 1030 и т. д., потому что для этих значений 10 — это относительно небольшая разница, слишком маленькая, чтобы быть заметной в большинстве схем, и конденсаторы не могут быть изготовлены с такой точностью.

Чтобы получить разумный диапазон значений конденсатора, вам необходимо увеличить размер «шага» по мере увеличения значения. Стандартные номиналы конденсаторов основаны на этой идее и образуют серию, которая соответствует одному и тому же шаблону для каждого числа, кратного десяти.

Серия E3 (3 значения для каждого кратного десяти) 10, 22, 47, … затем продолжается 100, 220, 470, 1000, 2200, 4700, 10000 и т. д.

Обратите внимание, как размер шага увеличивается по мере увеличения значения (каждый раз значения примерно удваиваются). Серия E6 (6 значений для каждого кратного десяти) 10, 15, 22, 33, 47, 68, … затем продолжается 100, 150, 220, 330, 470, 680, 1000 и т. д. Обратите внимание, что это серия E3 с дополнительным значением в промежутках.

Серия E3 наиболее часто используется для конденсаторов, потому что многие типы не могут быть изготовлены с очень точными значениями.

Понимание паразитных эффектов в конденсаторах:

Определить правильный тип конденсатора для конкретной схемы не так уж и сложно. Как правило, вы обнаружите, что большинство конденсаторов относятся к одной из четырех категорий применения:

1. Связь по переменному току, включая обход (пропуск сигналов переменного тока при блокировке постоянного тока)

2. Развязка (фильтрация переменного тока или высоких частот, наложенных на постоянный ток или низкие частоты в силовых, опорных и сигнальных цепях)

3. Активные/пассивные RC-фильтры или частотно-избирательные сети

4. Аналоговые интеграторы и схемы выборки и хранения (получение и хранение заряда)

Рис. 1 Применение конденсаторов

Несмотря на то, что существует более дюжины или около того популярных типов конденсаторов, включая полимерные, пленочные, керамические, электролитические и т. д., вы обнаружите, что, как правило, только один или два типа лучше всего подходят для конкретного приложения, потому что существенные недостатки или «паразитные эффекты» на производительность системы, связанные с другими типами конденсаторов, заставят их устранить.

В отличие от «идеального» конденсатора, «настоящий» конденсатор характеризуется дополнительными «паразитными» или «неидеальными» компонентами или поведением в виде резистивных и индуктивных элементов, нелинейности и диэлектрической памяти. Результирующие характеристики, обусловленные этими компонентами, обычно указываются в паспорте производителя конденсатора. Понимание эффектов этих паразитных явлений в каждом приложении поможет вам выбрать правильный тип конденсатора.

Рис. 2 Модель «настоящего» конденсатора

Четыре наиболее распространенных эффекта: утечка (параллельное сопротивление), эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), эквивалентная последовательная индуктивность (ESL) и диэлектрическое поглощение (память).

Утечка конденсатора, RP: Утечка является важным параметром в приложениях связи по переменному току, в устройствах хранения, таких как аналоговые интеграторы и хранилища образцов, а также когда конденсаторы используются в цепях с высоким импедансом.

Рис. 3 Утечка конденсатора

В идеальном конденсаторе заряд Q изменяется только в зависимости от внешнего тока. Однако в реальном конденсаторе сопротивление утечки позволяет заряду стекать со скоростью, определяемой постоянной времени R-C.

Конденсаторы электролитического типа (танталовые и алюминиевые), отличающиеся высокой емкостью, имеют очень высокий ток утечки (обычно порядка 5–20 нА на мкФ) из-за низкого сопротивления изоляции и не подходят для хранения или связи. .

Лучшим выбором для соединения и/или хранения является тефлон (политетрафторэтилен) и другие типы «поли» (полипропилен, полистирол и т. д.).

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), RS: Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) конденсатора представляет собой последовательное сопротивление выводов конденсатора с эквивалентным сопротивлением обкладок конденсатора. ESR заставляет конденсатор рассеивать мощность (и, следовательно, создавать потери) при протекании больших переменных токов. Это может иметь серьезные последствия для высокочастотных и развязывающих конденсаторов питания, несущих высокие пульсирующие токи, но вряд ли окажет большое влияние на прецизионные аналоговые схемы с высоким импедансом и низким уровнем.

Конденсаторы с самым низким ESR включают как слюдяные, так и пленочные конденсаторы.

Эквивалентная последовательная индуктивность (ESL), LS: Эквивалентная последовательная индуктивность (ESL) конденсатора моделирует индуктивность выводов конденсатора последовательно с эквивалентной индуктивностью пластин конденсатора. Как и ESR, ESL также может быть серьезной проблемой на высоких (ВЧ) частотах, даже если сама прецизионная схема может работать на постоянном токе или на низких частотах. Причина в том, что транзисторы, используемые в прецизионных аналоговых схемах, могут иметь коэффициент усиления вплоть до переходных частот (F _t ) из сотен МГц или даже нескольких ГГц , и может усиливать резонансы с низкими значениями индуктивности. Это делает важным, чтобы клеммы источника питания таких цепей были должным образом развязаны на высокой частоте.

Электролитические, бумажные или пленочные конденсаторы — плохой выбор для развязки на высоких частотах; в основном они состоят из двух листов металлической фольги, разделенных листами пластикового или бумажного диэлектрика и свернутыми в рулон. Структура такого типа обладает значительной собственной индуктивностью и действует скорее как индуктор, чем как конденсатор, на частотах, превышающих всего несколько 9 мкс.1269 МГц .

Более подходящим выбором для ВЧ-развязки является монолитный конденсатор керамического типа с очень низкой последовательной индуктивностью. Он состоит из многослойного сэндвича из металлических пленок и керамического диэлектрика, причем пленки соединены параллельно шинам, а не скручены последовательно.

Незначительный компромисс заключается в том, что монолитные керамические конденсаторы могут быть микрофонными (, т. е. , чувствительными к вибрации), а некоторые типы могут даже быть саморезонансными со сравнительно высокой добротностью из-за низкого последовательного сопротивления, сопровождающего их низкую индуктивность. С другой стороны, дисковые керамические конденсаторы иногда бывают довольно индуктивными, хотя и менее дорогими.

Поскольку утечка, ESR и ESL почти всегда трудно определить по спецификации и по отдельности, многие производители объединяют утечку, ESR и ESL в единую спецификацию, известную как коэффициент рассеяния или DF, которая в основном описывает неэффективность конденсатора. DF определяется как отношение энергии, рассеиваемой за цикл, к энергии, накапливаемой за цикл. На практике это равно коэффициенту мощности диэлектрика или косинусу фазового угла. Если рассеяние на высоких частотах в основном моделируется как последовательное сопротивление, то на интересующей критической частоте отношение эквивалентного последовательного сопротивления, ESR, к общему емкостному реактивному сопротивлению является хорошей оценкой DF.

Коэффициент рассеяния также оказывается эквивалентным обратной величине добротности конденсатора, или Q, которая также иногда включается в паспорт производителя.

Диэлектрическое поглощение, RDA, CDA: Монолитные керамические конденсаторы отлично подходят для ВЧ-развязки, но они имеют значительное диэлектрическое поглощение, что делает их непригодными для использования в качестве запоминающего конденсатора усилителя хранения выборки (SHA). Диэлектрическая абсорбция представляет собой гистерезисное распределение внутреннего заряда, которое приводит к тому, что конденсатор, который быстро разряжается, а затем размыкается, восстанавливает часть своего заряда. Поскольку количество восстановленного заряда зависит от его предыдущего заряда, это, по сути, память заряда, которая вызовет ошибки в любом SHA, где такой конденсатор используется в качестве конденсатора хранения.

Рис. 4. Диэлектрическое поглощение.

Конденсаторы, которые рекомендуются для этого типа приложений, включают конденсаторы типа «поли», о которых мы говорили ранее, , т. е. , полистирол, полипропилен или тефлон. Эти типы конденсаторов имеют очень низкое диэлектрическое поглощение (обычно <0,01%).

*Характеристики конденсаторов в целом приведены в таблице сравнения конденсаторов ниже.

Примечание о высокочастотной развязке в целом: Лучший способ обеспечить адекватную развязку аналоговой цепи как на высоких, так и на низких частотах — это использовать конденсатор электролитического типа, такой как танталовый шарик, параллельно с монолитным керамическим. Комбинация будет иметь высокую емкость на низких частотах и ​​останется емкостной вплоть до довольно высоких частот. Обычно нет необходимости иметь танталовый конденсатор на каждой отдельной ИС, за исключением критических случаев; если между каждой ИС и танталовым конденсатором имеется менее 10 см достаточно широкой дорожки ПК, можно использовать один танталовый конденсатор для нескольких ИС.

Еще одна вещь, которую следует помнить о высокочастотной развязке, — это фактическое физическое размещение конденсатора. Даже короткие провода имеют значительную индуктивность, поэтому устанавливайте ВЧ-развязывающие конденсаторы как можно ближе к ИС и убедитесь, что выводы состоят из коротких и широких дорожек PC.

В идеале, ВЧ-развязывающие конденсаторы должны монтироваться на поверхность, чтобы исключить индуктивность выводов, но допустимы и конденсаторы с проволочными концами, при условии, что выводы устройства не длиннее 1,5 мм.

Рисунок 5

Паразитная емкость:

Теперь, когда мы поговорили о паразитных эффектах конденсаторов как компонентов, давайте поговорим о другой форме паразитных явлений, известной как «паразитная» емкость.

Как и в конденсаторе с плоскими пластинами, паразитные конденсаторы образуются всякий раз, когда два проводника находятся в непосредственной близости друг от друга (особенно если они работают параллельно), и они не замыкаются друг на друга или не экранируются проводником, служащим экраном Фарадея.

Рисунок 6 Модель конденсатора

Паразитная или «паразитная» емкость обычно возникает между параллельными дорожками на печатной плате или между дорожками/плоскостями на противоположных сторонах печатной платы. Возникновение и влияние паразитной емкости, особенно на очень высоких частотах, к сожалению, часто упускается из виду при моделировании схемы и может привести к серьезным проблемам с производительностью при конструировании и сборке системной печатной платы; примеры включают повышенный шум, пониженную частотную характеристику и даже нестабильность.

Рисунок 7

Например, если применить формулу емкости к случаю дорожек на противоположных сторонах платы, то для материала печатной платы общего назначения (ER = 4,7, d = 1,5 мм) емкость между проводниками на противоположных сторонах платы равна до 3 пФ /см2. На частоте 250 МГц , 3 пФ соответствует реактивному сопротивлению 212,2 Ом!

На самом деле вы никогда не сможете «устранить» паразитную емкость; лучшее, что вы можете сделать, это предпринять шаги, чтобы свести к минимуму его влияние на схему.

Одним из способов минимизировать влияние паразитной связи является использование экрана Фарадея, который представляет собой просто заземленный проводник между источником связи и затронутой цепью.

Посмотрите на рисунок 8; это эквивалентная схема, показывающая, как источник высокочастотного шума В _N соединяется с импедансом системы Z через паразитную емкость C. или расположение Z ₁ , следующим лучшим решением является установка экрана Фарадея:

Рисунок 8

Как показано ниже на рисунке 9, экран Фарадея прерывает электрическое поле связи. Обратите внимание, как экран заставляет шумовые токи и токи связи возвращаться к их источнику, минуя Z ₁ .

Рисунок 9

Еще одним примером емкостной связи являются припаянные сбоку керамические корпуса ИС. Эти DIP-корпуса имеют небольшую квадратную проводящую крышку из ковара, припаянную к металлизированному ободу на верхней части керамического корпуса. Производители упаковки предлагают только два варианта: металлизированный ободок можно соединить с одним из угловых штифтов упаковки, а можно оставить неподсоединенным. Большинство логических схем имеют контакт заземления в одном из углов упаковки, поэтому крышка заземлена. Но многие аналоговые схемы не имеют контакта заземления в углу корпуса, и крышка остается плавающей. Такие схемы оказываются гораздо более уязвимыми к шуму электрического поля, чем тот же чип в пластиковом DIP-корпусе, где чип неэкранирован.

Рисунок 10

Каким бы ни был уровень окружающего шума, пользователь должен заземлить крышку любой керамической ИС, припаянной сбоку, если крышка не заземлена производителем. Это можно сделать с помощью провода, припаянного к крышке (это не повредит устройство, так как микросхема термически и электрически изолирована от крышки). Если пайка крышки неприемлема, для заземления можно использовать зажим из фосфористой бронзы с заземлением или токопроводящую краску для соединения крышки с заземляющим контактом. Никогда не пытайтесь заземлить такую ​​крышку, не убедившись, что она действительно не подключена ; существуют типы устройств, крышка которых соединена с шиной питания, а не с землей!

Один случай, когда экран Фарадея невозможен, — это между соединительными проводами микросхемы интегральной схемы. Это имеет важные последствия. Паразитная емкость между двумя соединительными проводами чипа и соответствующими выводными рамками составляет порядка 0,2 пФ ; наблюдаемые значения обычно лежат между 0,05 и 0,6 пФ .

Рисунок 11

Рассмотрим преобразователь высокого разрешения (АЦП или ЦАП), который подключен к высокоскоростной шине данных. Каждая линия шины данных (которая будет переключаться от 2 до 5 В / нс ) сможет влиять на аналоговый порт преобразователя через эту паразитную емкость; последующая связь цифровых фронтов ухудшит работу преобразователя.

Рисунок 12

Этой проблемы можно избежать, изолировав шину данных, вставив буфер с фиксацией в качестве интерфейса. Хотя это решение включает в себя дополнительный компонент, который занимает площадь платы, потребляет энергию и увеличивает стоимость, оно может значительно улучшить отношение сигнал/шум преобразователя.