Конденсатор в схеме. Конденсаторы в электрических схемах: принцип работы, применение и обозначение

Что такое конденсатор и как он работает в электрической цепи. Какие виды конденсаторов бывают. Как обозначаются конденсаторы на схемах. Где применяются конденсаторы в электронике. Как правильно выбрать и использовать конденсатор в схеме.

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 — изолирующий материал между обкладками (воздух, керамика, пластик и др.)

Основная характеристика конденсатора — электрическая емкость, измеряемая в фарадах (Ф). Она показывает, какой заряд накапливает конденсатор при подаче на него напряжения:

C = Q / U

где C — емкость, Q — накопленный заряд, U — напряжение на обкладках.

Принцип работы конденсатора

Как работает конденсатор в электрической цепи? Рассмотрим основные режимы:

При подключении к источнику постоянного тока:

1. Сначала через конденсатор протекает кратковременный ток зарядки
2. На обкладках накапливается заряд и возникает разность потенциалов
3. Когда напряжение на конденсаторе сравняется с напряжением источника, ток прекращается
4. Конденсатор заряжен и хранит энергию в электрическом поле

При отключении источника:

1. Конденсатор начинает разряжаться через подключенную нагрузку
2. Протекает ток разряда, который постепенно уменьшается
3. Напряжение на обкладках падает до нуля

В цепи переменного тока:

1. Конденсатор периодически заряжается и разряжается
2. Через него протекает переменный ток, сдвинутый по фазе относительно напряжения
3. Конденсатор создает емкостное сопротивление переменному току

Основные виды конденсаторов

По типу диэлектрика и конструкции различают следующие виды конденсаторов:

• Керамические — компактные, для высоких частот
• Пленочные — стабильные, для фильтров и развязки
• Электролитические — большая емкость, полярные
• Танталовые — миниатюрные, для поверхностного монтажа
• Воздушные — переменной емкости, для настройки
• Вакуумные — для высоких напряжений и мощностей

Каждый тип имеет свои особенности и область применения.

Обозначение конденсаторов на схемах

Как выглядит конденсатор на электрических схемах? Основные варианты обозначения:

• Постоянной емкости: две параллельные линии
• Полярный: одна линия изогнута, указан «+»
• Переменной емкости: со стрелкой
• Подстроечный: с пунктирной стрелкой

Рядом с символом указывается буквенное обозначение (C1, C2 и т.д.) и номинал емкости.

Где применяются конденсаторы

Основные области применения конденсаторов в электронике:

• Накопление энергии
• Фильтрация помех и сглаживание пульсаций
• Разделение постоянной и переменной составляющих
• Создание временных задержек
• Частотная коррекция
• Настройка колебательных контуров

Конденсаторы встречаются практически во всех современных электронных устройствах.

Как выбрать конденсатор для схемы

При выборе конденсатора для конкретной схемы следует учитывать:

• Требуемую емкость и допуск
• Рабочее напряжение
• Тип диэлектрика
• Температурный коэффициент
• Частотные свойства
• Габариты и способ монтажа

Правильный выбор конденсатора обеспечит надежную работу электронного устройства.

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

При соединении нескольких конденсаторов в цепи действуют следующие правила:

Параллельное соединение:

• Общая емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов
• C = C1 + C2 + C3 + …
• Напряжение на всех конденсаторах одинаково

Последовательное соединение:

• Обратная величина общей емкости равна сумме обратных величин емкостей
• 1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + …
• Общая емкость всегда меньше наименьшей из емкостей

Эти формулы позволяют рассчитать нужную емкость при последовательном и параллельном соединении.

Маркировка конденсаторов

На корпусе конденсатора обычно указывается следующая информация:

• Емкость (в пФ, нФ, мкФ)
• Допустимое напряжение
• Допуск (погрешность емкости)
• Полярность (для электролитических)
• Температурный коэффициент
• Дата изготовления

Маркировка может быть цифро-буквенной или цветовой. Для расшифровки используются специальные таблицы.

Неисправности конденсаторов

Основные виды неисправностей конденсаторов:

• Пробой — короткое замыкание между обкладками
• Обрыв — потеря контакта с обкладкой
• Изменение емкости
• Увеличение токов утечки
• Высыхание электролита

Для проверки используют мультиметр в режиме измерения емкости или специальные приборы.

Как определить конденсатор на схеме

2013, Апрель 1 , Понедельник

Домашняя старницаНемного электричестваКак определить конденсатор на схеме

Автор:  Игорь Александрович Немного электричества  0 Комментариев

Мало кому известно, что работа двигателя внутреннего сгорания, каким бы модернизированным он не был, зависит от маленькой детальки, именуемой нами конденсатором.

Наверное, каждый замечал при расчёсывании своих волос прилипание на расчёску пуха или выпавшего волоса, треск синтетической одежды в сухую погоду. Возможно, кто-то получал лёгкий, но неприятный удар электрического заряда от дверцы при выходе из автомобиля. Да и каждый в своей жизни хоть раз, но видел разряд молнии. Что объединяет эти примеры?

На расчёске, одежде, кузове автомобиля, атмосферных слоях накапливается электрический заряд. Обратите внимание: накапливается до определённой величины и сила каждого заряда зависит от размера объекта, который его накапливает.

До XVII века разгадка электрических явлений не была найдена. Разными способами пытались ‘поймать электрическую жидкость’, используя для этого различные приспособления, именуемые накопителями. Первым конденсатором(от лат. condensare — ‘уплотнять’, ‘сгущать’) можно назвать Лейденскую банку — стеклянный сосуд, оклеенный внутри и снаружи листовым оловом и способным накапливать и хранить сравнительно большие электрические заряды.

Современная, обычная конструкция электрического конденсатора состоит, конечно же,  не из листового олова, а из двух металлических пластин или поверхностей — обкладок, разделёнными между собой материалом, который не проводит электричество в естественных условиях — диэлектрик. К каждой обкладке присоединено по одному проводнику, которые служат для подключения конденсатора к электрической цепи. По геометрическому виду электрические конденсаторы бывают плоские, цилиндрические, сферические, трубчатые.

Конденсаторы с малой способностью накопления заряда — с малой электрической ёмкостью — имеют всего лишь две плоские обкладки с диэлектриком посередине, либо с двухсторонним напылением металла на керамическую плитку. В цилиндрических конденсаторах в роли обкладки выступает смотанный рулон металлизированной фольги — станиоль или алюминиевая фольга —  с прослойкой диэлектрика. Трубчатые конденсаторы сочетают в себе тип конструкции плоских конденсаторов.

Для быстрого заряда и хранения накопленной электрической энергии используют ионисторы — суперконденсаторы, называемые ещё конденсатор-аккумулятор. Вместо обкладок у них используется активированный уголь или вспененный  металл с тонкой диэлектрической прослойкой.

Как различить конденсаторы на рисунке электросхемы.

В зависимости от типа используемых обкладок и используемого диэлектрика электрические конденсаторы по своему исполнению имеют различный вид: цилиндрические, сферические, плоские и имеют две группы использования: общего назначения —  повсеместное использование, и специального назначения — импульсные, высоковольтные и др., и могут иметь два и более выводов для соединения.

Конденсаторы, не изменяющие своей ёмкости, кроме изменённой ёмкости по истечении гарантийного срока, называются постоянными — с постоянной ёмкостью, и имеют только два вывода для подключения к цепи. Бывают и исключения, когда при наличии двух выводов конденсатор является переменным — конденсатор переменной ёмкости. Такие электрические конденсаторы изменяют свою ёмкость под воздействием магнитного поля, приложенного напряжения, механического воздействия или от влияния ещё каких-либо внешних сил, известных современной физике.

К примеру: когда при настройке радиоприёмника Вы вращаете ручку управления для поиска новой радиостанции, то в процессе вращения ручки изменяется ёмкость конденсатора, управляющего обработкой частоты принимаемого радиоприёмником сигнала. Тут используется переменный конденсатор — конденсатор переменной ёмкости.

Когда производится настройка принимаемого телевизионного сигнала телевизором, так же происходит изменение ёмкости конденсатора, управляемого частотой обработки сигнала, но разница состоит в управлении изменением ёмкости. У приёмника — поворотом ручки — смещение обкладок конденсатора переменной ёмкости относительно друг-друга, а у телевизора — изменением напряжения, приложенного к управляющей обкладке элемента, называемого варикапом, в большей степени относящемуся к полупроводниковому диоду.

Как отличить на схеме конденсаторы?

Конденсаторы постоянной ёмкости изображаются параллельными отрезками с отводными соединительными линиями от середины. У переменных конденсаторов — две и более параллельных линии или одна из них дугообразная, с пересекаемой линией со стрелкой на конце. Варикапы имеют на рисунке так же два вывода, один из которых заменён на треугольничек, обращённый углом к обкладке и выводом на основании. Не путайте с варикондами, которые рисуются так же, как и постоянные конденсаторы, но имеют пересекаемую линию через обкладки со стрелкой на конце и изменяют свою ёмкость от приложенного к обкладкам напряжения. Ионисторы рисуются двумя параллельными, как конденсаторы постоянной ёмкости, но  помещённые в окружность или с одинаково жирными обкладками.

В зависимости от типа напряжения все конденсаторы делятся на две группы: полярные  — работающие в среде постоянного тока и неполярные — обеспечивающие свою работоспособность в среде переменного тока. Полярные конденсаторы  изображаются параллельными прямыми, с указанием возле одной обкладки знака полярности приложенного напряжения — (+), или с обкладками, различающимися толщиной или формой.

Буквенное обозначение у всех конденсаторов одинаковое —  С , за исключением ионисторов, обозначаемых буквой К и варикапов, обозначаемых КВ.

При использовании конденсаторов недавно бывших в работе в какой-либо электрической схеме обязательно перед тем, как Вы возьмёте его в руки, замкните накоротко его выводы изолированным инструментом для снятия электрического заряда. А вот с  ионисторами так не поступайте, иначе его испортите, создав большой ток короткого замыкания.

---

Click to rate this post!

[Total: 0 Average: 0]

◀ Как обозначаются сопротивления на электросхемах

Как узнать тип электролампы по её изображению на схеме ▶

Об Авторе

Игорь Александрович

Возможно, предоставляемые мною сведения не будут достаточно удовлетворять заинтересовавшегося гостя в поиске нужной для него информации. Не оставлю без внимания ни один комментарий, даже компрометирующий меня, но только по соответствующей теме. Обратиться ко мне лично по некоторым вопросам можно на странице Связь с администратором «Весёлый Карандашик» .

Схема — замещение — конденсатор

Cтраница 1

Схема замещения конденсатора не является однозначной.  [1]

Схема замещения конденсатора кроме основного емкостного элемента имеет параллельную проводимость G, учитывающую потер, энергии в реальном диэлектрике, и последовательную индуктивность Ls, которая учитывает энергию магнитного поля, связанного с током в обкладках и выводах конденсатора.  [2]

Типовая зависимость tgJ от частоты и температуры для электролитических конденсаторов.  [3]

Последовательная индуктивность схемы замещения конденсатора ( собственная индуктивность) зависит от выполнения выводов конденсатора и его конструкции.

 [4]

Схемы замещения конденсаторов и катушек индуктивности.  [5]

На рис. 3.26 приведены схемы замещения конденсаторов и катушек индуктивности и соответствующие им векторные диаграммы.  [6]

На рис. 2.3, в приведена схема замещения конденсатора ( рис. 2.3, а и б) в биде линейного емкостного элемента с параметром С.  [7]

Если зависимость заряда от напряжения имеет гистере-зисный характер, схема замещения конденсатора не может быть представлена в виде чистой емкости, так как часть электрической энергии, поступающей в него, расходуется на нагрев. В этом случае схема замещения представляется в виде емкости и сопротивления, соединенных параллельно.  [8]

Если зависимость заряда от напряжения имеет гистере-зисный характер,

схема замещения конденсатора не может быть представлена только в виде конденсатора, так как часть электрической энергии, поступающей в него, расходуется на нагрев. В этом случае схема замещения представляется в виде конденсатора и резистора, соединенных параллельно.  [9]

Если зависимость заряда от напряжения имеет гистерезисный характер, схема замещения конденсатора не может быть представлена в виде чистой емкости, так как часть электрической энергии, поступающей в него, расходуется на нагрев. В этом случае схема замещения представляется в виде емкости и сопротивления, соединенных параллельно.  [10]

Треугольники проводимостей для электрических цепей RL и RC.| Схема параллельно ] о соединения ветвей RL и векторная диаграмма токов.  [11]

Схема рис. 8 — 31 6 обычно применяется в качестве схемы замещения конденсатора с несовершенным диэлектриком, обладающим потерями.  [12]

Таким образом, для расчета потерь PC этим методом достаточно, зная параметры схемы замещения конденсатора г и R, рассчитать эффективные значения напряжения и тока в нем.  [13]

Как показано в этой работе, совпадение экспериментальных частотных характеристик с теоретическими удается получить при уточнении схемы замещения конденсаторов, если учесть: дополнительную емкость Са. Поэтому схема по рис. 3 — 1, в не представляет в нашем случае интереса. В схеме по рис. 3 — 1, г учитывается неоднородность оксидного слоя. Емкость Сг соответствует пористой части оксидного слоя, а емкость С, — остальной части оксидного слоя. Емкость С2 шунтирована активным сопротивлением гэ. Сопротивление гЭ1 характеризует сопротивление остальной части электролита.  [14]

Схема замещения электроли — Схема замещения электролитического кон.  [15]

Страницы:      1    2

Что такое конденсаторные цепи?

До сих пор мы познакомились с источниками питания, резисторами и переключателями и изучили значение напряжения, тока, сопротивления и рассеиваемой мощности в цепях. В этой статье рассматривается еще один тип электронного компонента: конденсатор.

Ключевые термины

o         Конденсатор

o         Емкость

o         Объектив

4 o        

o         Распознавание функции конденсатора

o         Анализ простых цепей, содержащих конденсаторы

Обратите внимание: не пытайтесь воспроизвести схемы, иллюстрации или инструкции в этой статье в реальных условиях. Это может привести к поражению электрическим током, травме или смерти. Эти примеры приведены только для теоретического обсуждения, а не для фактического/физического использования.

Резисторы являются важными электронными компонентами, но многие сложные электронные схемы имеют гораздо большее значение. Сети резисторов довольно «статичны», то есть их параметры не сильно меняются с течением времени. Это нормально в случае, скажем, с лампочкой — обычно вам нужен постоянный источник света, а не мерцание или мигание. Но что, если мы хотим сделать что-то более интересное, например, создать падение напряжения, которое со временем уменьшается или увеличивается? Нам нужно нечто большее, чем просто резисторы. В этой статье мы обсудим один такой компонент: конденсатор.

Что такое конденсатор?

Заряд может двигаться в проводнике, и он движется под действием электрической силы. Как правило, провода электрически нейтральны, но они могут проводить заряд, и заряд может также накапливаться в частях материала в ответ на электрические силы. Представьте сценарий ниже, где у нас есть наш обычный источник питания (напряжения). Каждая клемма соединена с металлической пластиной, но эти две пластины разделены изолятором (например, воздухом), что означает, что между ними не может перемещаться заряд. Также мы добавим переключатель, который начинается в положении «открыто».

Хотите узнать больше? Почему бы не пройти онлайн-курс по электронике?

Когда переключатель разомкнут, ничего не происходит — нижняя металлическая пластина находится на «земле», а верхняя металлическая пластина отключена от любого источника напряжения. (Мы также предполагаем, что он находится на «земле».) Таким образом, между пластинами не существует электрических сил. Теперь давайте замкнем переключатель и посмотрим, что произойдет. цепи, на двух пластинах нет разности напряжений, но положительный заряд перемещается от положительной клеммы источника питания к верхней пластине и начинает накапливаться (нижняя пластина находится на земле, и положительный заряд притягивается к ней электрической силой) Обратите внимание, что ток не может течь между этими пластинами, потому что они разделены.Поскольку положительный заряд накапливается в верхней пластине, положительный заряд отталкивается от нижней пластины, оставляя на ней эквивалентный отрицательный заряд.

Заряд будет накапливаться до тех пор, пока падение напряжения между двумя пластинами не станет эквивалентным напряжению питания, В. Обратите внимание, что существование электрической силы между пластинами (и, следовательно, разность электрических потенциалов) ясно видно потому что одна пластина заряжена положительно, а другая отрицательно. По сути, эти пластины похожи на источник питания, который «заряжается» или «запитывается» от батареи (или другого источника) в цепи. Другими словами, эти пластины способны накапливать электрическую энергию за счет накопления заряда. Такое устройство, включающее в себя проводящие пластины, какой бы ни была их форма, называется конденсатор. Мы будем использовать следующий интуитивно понятный символ схемы для конденсатора.

Как вы могли догадаться, большие пластины оставляют больше места для накопления заряда. Кроме того, чем ближе пластины, тем сильнее сила между аккумулирующими зарядами. Способность конденсатора удерживать заряд называется его емкостью , , которую мы будем обозначать как C. (единицей емкости в системе СИ является фарад ). — впрочем, мы не будем много заниматься этим юнитом. Тем не менее, один фарад равен одному кулону на вольт, что довольно интуитивно, если подумать!) Если конденсатор может удерживать больший заряд при данном падении напряжения на нем, то его емкость выше.

Практическая задача : Конденсатор имеет емкость 1 фарад. Если падение напряжения на нем составляет 10 вольт, сколько кулонов заряда он может удерживать?

Решение : Используйте определение фарад: это то, сколько заряда может удерживать конденсатор, измеряемый в кулонах на вольт падения напряжения. Таким образом, если конденсатор имеет падение напряжения 10 В, он будет удерживать заряд 10 Кл. (Умножьте падение напряжения на «емкость» заряда — это должно быть то же самое, что и емкость в фарадах. Другими словами, используйте соотношение Q = CV, где Q — заряд, хранящийся в конденсаторе, C — емкость, V — напряжение.)

Что могут конденсаторы?

Вам может быть не сразу очевидно, как можно использовать конденсаторы. А пока давайте посмотрим на схему ниже, чтобы увидеть, на что способен конденсатор.

Сначала замкните переключатель S ₁ , чтобы зарядить конденсатор; поскольку S ₂ остается разомкнутым, на резисторе нет падения напряжения, поэтому он не участвует в функционировании схемы.

Как мы обсуждали выше, конденсатор будет «заряжаться» до тех пор, пока не достигнет напряжения В . (Время, необходимое для осуществления этого процесса, зависит от ряда факторов: если провода действительно являются идеальными проводниками, то процесс происходит мгновенно, но если провод имеет некоторое сопротивление, как это имеет место в действительности, то этот процесс занимает некоторое конечное время. количество времени.) Как только конденсатор заряжен, мы размыкаем переключатель S ₁ ; Верхняя пластина сохраняет свой заряд (поскольку она не заземлена), поэтому напряжение на С остается В вольт.

Теперь замкните переключатель S ₂ . Положительный заряд на верхней пластине конденсатора теперь имеет путь к земле через резистор R. Следуя принципам анализа цепей, мы знаем, что (первоначально) падение напряжения на резисторе составляет В.

 

Но когда избыточный заряд в верхней пластине конденсатора стекает на землю, конденсатор теряет накопленную энергию, а это означает, что его напряжение уменьшается. Таким образом, по закону Ома уменьшается и сила тока. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не истощится заряд конденсатора; в этот момент цепь «мертвая» (просто это означает, что больше нет напряжения или тока через R и C ). (Кстати, положительный заряд в этом случае лучше всего рассматривать как движение к нижней пластине конденсатора, где он «нейтрализует» отрицательный ток, накопленный при зарядке конденсатора.)

В этот момент конденсатор должен быть перезарядить, чтобы повторить процесс. Если в этой цепи оба ключа замкнуты одновременно, то конденсатор также заряжается, но как только он достигает максимальной емкости, ток течет только через резистор 9.0035 R. Этот ток можно найти по закону Ома.

Таким образом, при полной зарядке в этой цепи конденсатор фактически аналогичен открытому выключателю!

В этой статье конденсатор представлен лишь вкратце, и сделано это с минимумом математики. Чтобы по-настоящему понять, что происходит с конденсаторами, нам потребуется сложная математика и более сложная электрическая теория. Но, как вы можете видеть из краткого обсуждения выше, конденсаторы — это электронные компоненты, которые могут накапливать электрическую энергию за счет накопления заряда. Эта функция важна, например, в цепях радиосвязи, и это только один пример!

Учебное пособие по конденсаторам: Работа и использование в цепях

Gadgetronicx > Электроника > Учебники по электронике > Учебник по конденсаторам: Работа и использование в цепях

Конденсаторы являются одним из наиболее часто используемых компонентов в электронных схемах. Будет справедливо сказать, что практически невозможно найти работающую схему без использования конденсатора. Этот учебник написан, чтобы дать хорошее представление о работе конденсаторов и о том, как их использовать в практических схемах. В этом руководстве основное внимание уделяется трем важным вопросам, которые могут возникнуть у новичка в отношении конденсаторов.

1. Что такое конденсатор?
2. Рабочий конденсатор?
3. Как использовать конденсаторы в цепях?

К концу этого урока вы будете лучше понимать работу конденсаторов. Также этот учебник научит вас, как использовать конденсатор в практических схемах. Вы можете ознакомиться с предыдущим учебным пособием о – Резисторы: Работа и использование в схемах и Транзисторы: Работа и использование в схемах

ЧТО ТАКОЕ КОНДЕНСАТОР: 

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

ВНУТРИ КОНДЕНСАТОРА:

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

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

Библиотека схем — более 220 практических схем

C = Q / V

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

ФАРАДЫ: 

Таким образом, каждый конденсатор имеет некоторое значение емкости. Единица измерения емкости измеряется в фарадах. Когда мы указываем значение емкости как 1 фарад, это означает, что конденсатор удерживает заряд в 1 кулон на своих проводящих пластинах, когда на его клеммы подается одно напряжение.

РАБОТА КОНДЕНСАТОРА:

Теперь пришло время углубиться в работу конденсатора. Как указано выше, конденсатор действует по-разному на переменный и постоянный ток.

КОНДЕНСАТОР С ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ:

Давайте сначала рассмотрим постоянный ток и посмотрим, как он реагирует на постоянный ток. Первоначально конденсатор будет в разряженном состоянии, то есть на его пластинах будет нулевой заряд. Когда на его клеммы подается постоянное напряжение, ток течет и заряжает его. Начальный поток этого зарядного тока через конденсатор будет очень высоким. Это приводит к тому, что на одной пластине накапливается положительный заряд, а на другой — отрицательный. По мере увеличения заряда на пластинах конденсатора зарядный ток постепенно уменьшается из-за накопления заряда на его пластинах, и он сопротивляется протеканию тока. Кроме того, заряд, накопленный на пластинах, создает разность потенциалов напряжения на пластинах.

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

Ток разряда замедляется через некоторый момент времени, в этот момент также замедляется скорость падения напряжения. Через некоторое время напряжение конденсатора Vc достигнет нуля, и заряд, накопленный на его пластинах, будет равен нулю. Это состояние называется разряженным состоянием конденсатора. Теперь вы можете понять, почему мы сравнили конденсатор с батареей.

КОНДЕНСАТОР С ПЕРЕМЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ: 

Как указывалось ранее, конденсатор по-разному реагирует на питание переменным током. При подаче постоянного напряжения конденсатор заряжается только в одном направлении. Однако при подаче переменного тока конденсатор заряжается и разряжается попеременно в зависимости от его частоты. И, следовательно, при переменном напряжении конденсатор будет продолжать пропускать ток через него на неопределенный срок, в отличие от постоянного тока, где конденсатор блокирует ток через определенный период времени.

Интересно то, что ток зарядки и разрядки конденсатора при воздействии на него переменного напряжения зависит от изменения напряжения, приложенного к его обкладкам. Ток, протекающий в конденсаторе при подаче переменного тока, имеет тенденцию опережать напряжение на 90°. Взгляните на приведенный ниже график.

Рассмотрим переменное напряжение, приложенное к конденсатору, начальное напряжение будет минимальным, а в этот момент зарядный ток будет максимальным, как вы можете видеть на графике выше. Когда напряжение достигает своего пикового значения, зарядный ток будет равен нулю. После достижения пикового значения напряжение начнет уменьшаться, и ток разряда также начнет течь от конденсатора. Когда напряжение переменного тока достигает нулевого напряжения, завершающего положительный полупериод сигнала, ток разряда будет максимальным. Как только сигнал начинается с отрицательного цикла, ток разряда постепенно начинает уменьшаться и достигает нуля, как только напряжение достигает максимума в отрицательном полупериоде. Таким образом, мы можем заключить, что ток опережает напряжение на 90′ или Напряжение отстает от тока на 90° в цепях переменного тока. Обычно это описывается как противофаза напряжения и тока.

CAPACITANCE REACTANCE:

Еще одна важная вещь, которую следует знать о конденсаторах в цепях переменного тока, заключается в том, что они оказывают сопротивление току, протекающему в цепях переменного тока. Это относится к реактивному сопротивлению и, более конкретно, к емкостному реактивному сопротивлению. Это реактивное сопротивление определяется формулой

Xc = 1/2πFC или 1/ωC ​​(ω = 2πF)

. Из приведенной выше формулы мы можем сделать вывод, что емкостное реактивное сопротивление уменьшается с увеличением частоты сигнала переменного тока и емкости конденсатора. Когда частота сигнала высока или близка к бесконечности, реактивное сопротивление будет близко к нулю. Здесь конденсатор действует как идеальный проводник. Кроме того, когда частота сигнала переменного тока становится меньше или близка к нулю, реактивное сопротивление будет очень высоким, и оно действует как очень большое сопротивление или разомкнутая цепь для входящего сигнала.

ПРИМЕНЕНИЕ КОНДЕНСАТОРА:

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

РАЗЪЕДИНИТЕЛЬНЫЙ КОНДЕНСАТОР:

Это конденсаторы, которые очень важно использовать во всех цифровых схемах. Цифровые ИС или чипы в идеале нуждаются в стабильном напряжении для работы. Любой всплеск или колебание напряжения может привести к неработоспособности чипа, а иногда и к выходу его из строя. Именно здесь в игру вступит развязывающий конденсатор. Это конденсаторы, которые обычно используются рядом с микросхемами, соединяющими контакты VCC и GND микросхемы, как показано на приведенной выше принципиальной схеме.

Когда цепь включена, развязывающий конденсатор начинает заряжаться через Vcc и прекращает зарядку, как только напряжение конденсатора достигает напряжения питания. В этот момент, когда есть колебания напряжения питания, конденсатор будет подавать питание на ИС в течение короткого периода времени, чтобы поддерживать стабильное напряжение на ИС. Также при скачке входного напряжения питания конденсатор начинает заряжаться до своего нового напряжения питания. При этом вход напряжения на IC1 остается стабильным. В больших схемах со многими ИС часто рекомендуется использовать большой конденсатор рядом с источником питания и маленький конденсатор рядом с каждой ИС, используемой в цепи. Большой конденсатор обеспечит стабильное напряжение по всей цепи. Маленькие заглавные буквы удовлетворяют потребность в используемых с ним микросхемах.

КОНДЕНСАТОР СОЕДИНЕНИЯ:

 

Мы видели, что конденсаторы развязки используются для блокировки колебаний напряжения или, другими словами, они помогают блокировать сигналы переменного тока, поскольку колебания или падение напряжения являются формой сигнала переменного тока, поскольку напряжение сигнала изменяется. со временем. С другой стороны, конденсатор связи блокирует сигнал постоянного тока, пропуская сигнал переменного тока. Другими словами, эти конденсаторы используются для соединения или соединения входного сигнала переменного тока со следующей стадией цепи, блокируя нежелательные сигналы постоянного тока.

Эти конденсаторы широко используются в усилителях и аудиосистемах, где нас интересуют только сигналы переменного тока. Возьмем, к примеру, у нас есть аудиосхему, питаемую от источника постоянного тока 9 В. Схема принимает голосовой ввод с микрофона, и этот голосовой ввод (сигнал переменного тока) представляет для нас интерес. Существует огромная вероятность того, что сигнал постоянного тока от источника питания 9 В может быть смешан с этим входным голосовым сигналом. И для того, чтобы исключить этот элемент постоянного тока из нашего голосового входа, используется конденсатор связи C1 (показан на схеме выше), где он блокирует сигнал постоянного тока и разрешает сигнал с переменной частотой. Помните, мы узнали, что конденсатор имеет очень высокое сопротивление или блокирует сигнал постоянного тока.

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

ФИЛЬТРЫ:

Это схемные блоки, используемые для фильтрации нежелательных частот входного сигнала. Конденсаторы составляют неотъемлемую часть при создании фильтров наряду с резисторами и индукторами. Фильтры имеют расширенную функциональность, чем конденсаторы развязки. В основном есть три разных типа фильтров, о которых вам нужно знать.

ФИЛЬТР НЧ:

Фильтры нижних частот используются для пропуска частотных составляющих ниже частоты среза и блокирования частотных составляющих выше этой. Вот как это работает, когда входящий сигнал имеет низкую частоту. Конденсатор имеет высокое реактивное сопротивление (высокое сопротивление) по сравнению с резистором. Поэтому напряжение на конденсаторе будет очень высоким по сравнению с падением напряжения на резисторе. Поэтому мы получим входящий сигнал без затухания или с низким затуханием. Между тем, когда входящий сигнал имеет высокую частоту, реактивное сопротивление конденсатора будет низким. Таким образом, падение напряжения на резисторе будет очень высоким по сравнению с напряжением на конденсаторе, что блокирует переход сигнала к следующему каскаду.

ФИЛЬТР ВЫСОКИХ ЧАСТОТ:

Это фильтры, пропускающие только сигналы частот выше частоты среза и блокирующие сигналы более низких частот. Что происходит здесь, когда входящий сигнал имеет низкую частоту. Конденсатор проявляет высокое реактивное сопротивление и действует как разомкнутая цепь для сигнала. С другой стороны, когда входящий сигнал высокочастотного конденсатора имеет низкое реактивное сопротивление (сопротивление). Это очень мало по сравнению с резистором R1. Здесь падение напряжения на конденсаторе будет очень минимальным по сравнению с резистором и, следовательно, позволит выводить высокочастотный сигнал без затухания или с низким затуханием.

ПОЛОСНЫЙ ФИЛЬТР:

Комбинация фильтра высоких и низких частот. Этот фильтр пропускает только сигнал определенного диапазона частот и блокирует сигнал за пределами этого частотного диапазона. Этот тип фильтра в идеале должен иметь две частоты среза: верхнюю и нижнюю. Этот фильтр будет блокировать сигнал, частота которого меньше нижней частоты среза и больше верхней частоты среза. Как вы можете видеть на приведенной выше схеме, она построена с использованием фильтров верхних и нижних частот. Их комбинация разрешает только полосу частот между верхней и нижней частотами среза и блокирует сигнал за пределами этих частот.

ВРЕМЕННЫЕ ЦЕПИ:

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

Показанная выше схема представляет собой времязадающую RC-цепь, в которой конденсатор C1 питается от источника постоянного напряжения 9 В.v. Временная задержка, генерируемая с помощью этой схемы, определяется посредством постоянной времени T. Постоянная времени может быть рассчитана по формуле

T = RC

Конденсатору требуется 5T или 5-кратная постоянная времени для полной зарядки. Таким образом, применение приведенных выше значений резистора и конденсатора в этом уравнении даст 5-секундную временную задержку. Пять секунд задержки для конденсатора для достижения напряжения питания 9 В на его клеммах с момента подачи питания.

5Т = 5 х Р х С

= 5 x 10k x 100 мкФ

Задержка = 5 сек.

За работой этой схемы происходит интересная вещь, которая генерирует требуемую временную задержку. Чтобы понять это, давайте посмотрим на кривую зарядки конденсаторного графика.

На приведенном выше графике показано соотношение между напряжением, током и временем, необходимым для зарядки конденсатора. В момент времени t = 0 конденсатор будет в разряженном состоянии, и к цепи будет приложено постоянное напряжение. Как только напряжение подается, зарядный ток течет через конденсатор, накапливая равные и противоположные заряды на пластинах. Это приводит к увеличению напряжения конденсатора Vc. Ток зарядки будет максимальным в начале. Конденсатор будет заряжаться на 63% от напряжения питания, когда время достигнет постоянной T, которая отмечена цифрой 1 на графике выше.

Применительно к приведенной выше схеме T будет составлять 1 секунду, и к этому времени напряжение конденсатора составит 63% от 9 В, что составляет 5,67 В. И из графика вы можете сделать вывод, что 5T (постоянная времени) Cap будет заряжаться до приложенного напряжения, полностью остановив зарядный ток. Теперь говорят, что конденсатор полностью заряжен.

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

РЕЗЕРВУАРНЫЕ ИЛИ НАСТРОЙНЫЕ ЦЕПИ:

Эти типы цепей в основном можно найти в радиопередатчиках, приемниках и приложениях выбора частоты. Конденсатор работает вместе с индуктором в этих цепях, чтобы выполнить свою работу. Резервные или настроенные схемы будут использоваться, когда нам нужно сгенерировать сигнал или получить сигнал определенной частоты из сложного сигнала с несколькими частотными компонентами, и именно отсюда произошло слово «настроенный». Элементы этой схемы C и L можно настроить в соответствии с нашими потребностями.

Работа приведенной выше схемы основана на реактивном сопротивлении как конденсатора, так и катушки индуктивности. Как и конденсатор, индуктор имеет реактивное сопротивление. Но в отличие от конденсатора, индуктор демонстрирует высокое реактивное сопротивление к высокочастотным сигналам, тогда как конденсатор проявляет высокое реактивное сопротивление к низкочастотным сигналам. Эта схема резервуара будет построена таким образом, что реактивное сопротивление обоих элементов, конденсатора и индуктора, будет равным на частоте, что позволит достичь резонанса. При резонансе эта схема резервуара способна генерировать сигналы заданной частоты или принимать сигналы этой частоты.

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

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОНДЕНСАТОРАХ:

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

Это почти все о конденсаторе и его работе. Надеюсь, что этот урок был информативным и дал вам представление о том, как он работает и как использовать его в практических схемах. Я также хотел бы добавить, что есть и другие приложения Capacitor, которые мы не рассмотрели в этом руководстве.