Что такое конденсатор и для чего он нужен — роль конденсатора в электрической цепи

Принцип работы конденсаторов

Когда цепь подключена к источнику электрического тока, электрический ток начинает течь через конденсатор. В начале прохождения тока через конденсатор его сила имеет максимальное значение, а напряжение — минимальное. По мере того, как устройство накапливает заряд, ток уменьшается до полного исчезновения, а напряжение увеличивается.

В процессе накопления заряда электроны накапливаются на одной пластине, а положительные ионы — на другой. Заряд не течет между пластинами из-за наличия диэлектрика. Так в устройстве накапливается заряд. Это явление называется накоплением электрических зарядов, а конденсатор — аккумулятором электрического поля.

Включение в цепи синусоидальной ЭДС

Конденсаторы промежуточного контура не работают динамически. Поэтому имеет смысл изучить электрические параметры при подключении генератора синусоидальных сигналов. В этой ситуации, помимо энергетических процессов, можно проверить частотные зависимости.

Виды включений

Параллельное соединение увеличивает емкость:

Общий = C1 + C2.

Для уменьшения основного функционального параметра используется последовательная схема:

1 / Общий = 1 / C1 + 1 / C2.

При подключении к источнику переменного тока конденсатор подходит для следующих видов деятельности:

• устранение постоянной составляющей сигнала;
• ухудшение проводимости для заданного диапазона частот;
• настроить частоту колебательного контура и других радиотехнических схем.

При необходимости с помощью конденсатора можно погасить паразитные колебания, убрать импульсные шумы.

Простейший тип включения

Приведенные выше формулы для тока и напряжения можно представить следующим образом:

• I = Im cos (f * t + π / 2);
• U = Uo * cosf * t.

Пояснения к описаниям цикла

На простой схеме подключения следует отметить следующие этапы рабочего процесса:

1. повышение напряжения с накоплением заряда током максимальной силы;
2. уменьшение i (t) до нуля с одновременным достижением максимального Um;
3. снижение U при одновременном разряде конденсатора;
4. достигнув уровня Im с U = 0.

Общий подход к выбору продукции и порядок расчетов адекватны целевому назначению. Если нет более высоких требований к точности, можно применить представленные параметры и формулы. Дополнительные данные можно получить из сопроводительной документации, на официальных сайтах производителей радиоэлектронных компонентов.

Емкостное сопротивление

Резонанс в электрической цепи

Если вы подключите генератор синусоидальной волны, осциллограф может зафиксировать увеличение тока при увеличении частоты. Во время эксперимента необходимо поддерживать такую ​​же амплитуду на входе.

Изменение тока

В следующих разделах публикации описывается, почему происходят указанные явления.

Понятие ёмкости

Приведенная выше схема типовой конструкции подразумевает влияние следующих параметров на способность накапливать определенный заряд (q):

• площадь (S) пластин или рабочих пластин;
• расстояния (d) между этими функциональными компонентами;
• диэлектрические характеристики слоя (а — проницаемость).

Узнав значения перечисленных величин, можно рассчитать напряжение:

E = q / (e * S).

Суммарные свойства (емкость) определяются по следующей формуле:

С = (e * S) / d = q / U, где U — напряжение.

Для случая с переменным током необходимо учитывать изменение параметров в определенном временном интервале:

I = q / t.

Учитывая приведенные выше зависимости, после несложных математических преобразований можно создать алгоритм расчета силы тока, которая будет проходить по цепи:

I = (C * ΔU) / Δt = f * C * Uo cos f * t = Io * sin (f * t + 90), где f — частота сигнала.

Векторное представление

Для наглядности процессов основные электрические параметры удобно представить в векторной форме. Для учета замедления процессов энергообмена введено понятие емкостного сопротивления (Xc).

Объяснение общих зависимостей

График и векторное представление показывают отставание напряжения от тока, протекающего в цепи, на 90 ° (π / 2).

Довожу до вашего сведения. Обратный эффект наблюдается, если в цепь включить индукционную катушку. В этом случае напряжение будет опережать ток по фазе на аналогичный угол (90°).

Приведенные выше характеристики подтверждают наличие реактивных составляющих конденсаторов и катушек соответственно. В упрощенном виде сопротивление Xc выражается как обратная зависимость от частоты и емкости:

Хс = 1 / (f * C).

Представленная формула может быть использована для расчета фильтров, колебательных цепей и других цепей.

График ёмкостного сопротивления

Выше указано, может ли через конденсатор протекать постоянный ток. Наличие диэлектрического слоя препятствует свободному прохождению электронов через эту область. Этот материал только накапливает заряды, но при том же потенциале это эквивалентно разрыву проводника. При работе с переменным сигналом ток смещения в пределах этой зоны выполняет функцию «подключения» цепи.

Зависимость реактивного сопротивления конденсатора от частоты сигнала

Выводы:

• отсутствие колебательных процессов (f = 0) соответствует снижению проводимости до нуля, что аналогично разрыву цепи;
• с увеличением емкости сопротивление конденсатора уменьшается;
• чем выше частота, тем лучше проводимость.

Работа (мощность) в ёмкостной нагрузке

Выше отметим цикличность обмена энергией между источником переменного сигнала и подключенным конденсатором.

Власть

На схемах показаны процессы в конденсаторе на примере сжатия / растяжения пружины под действием внешней силы. В идеальных условиях нет потерь энергии. Однако в реальной ситуации необходимо учитывать энергозатраты на активное сопротивление соединительных кабелей и других компонентов схемы. Снижение КПД связано с ухудшением функционального состояния диэлектрика.

Прочие параметры

Для уточнения расчетов используется эквивалентная схема изделия со следующими элементами:

• емкость;
• электрические сопротивления изоляционного слоя, контактных и токопроводящих элементов конструкции;
• индуктивные реактивные компоненты.

Довожу до вашего сведения. После отключения нагрузки наблюдается небольшое повышение напряжения на выводах конденсатора (поглощение заряда). Также существует температурная зависимость рабочих параметров.

Фазор

Благодаря фазовым векторам сложный и изменяющийся во времени сигнал может быть представлен как комплексное число (не зависящее от времени) и как сложный сигнал (зависящий от времени). Фазы делятся на A (амплитуда), v (частота) и (фаза). Это очень выгодно, потому что частотный коэффициент часто является общим для всех компонентов линейной комбинации синусоид. В подобных ситуациях коэффициенты исключают необязательную функцию и основываются только на A и θ.

Например, вы можете представить A⋅cos (2πνt + θ) просто как комплексную константу Aeiθ. Поскольку фазовые векторы передаются по величине и углу, они четко представлены в виде вектора в плоскости xy.

Вектор можно увидеть по положению вектора, вращающегося вокруг начала координат. Функция косинуса — это проекция вектора на ось. Амплитуда действует как модуль вектора. Фазовая постоянная — угол, образованный вектором и осью при t = 0

Треугольник проводимостей для конденсатора

Стороны треугольников токов, выраженные в единицах тока, делятся на напряжение U. Получается аналогичный треугольник проводимости (рис. 13.16, б), у которого активные стороны G = IG / U и емкостные Vc = Ic / U проводимость, а гипотенуза — это полная проводимость цепи Y = I / U. Из треугольника проводимости

Связь между фактическими значениями напряжения и тока выражается формулами

I = UY

U = I / Y (13,35)

По треугольникам токов и проводимости определяются значения

cosφ = IG / I = G / Y; sinφ = Ic / I = Bc / Y; tgφ = IC / IG = Bc / G. (13,36)

Фазовое представление

Напряжение на конденсаторе в цепи переменного тока не поспевает за током, поэтому фазовый вектор повторяет свое движение. На схеме стрелки вращаются против часовой стрелки с частотой v.

Схема фазера для цепи переменного тока с конденсатором

Не заряжается и не включается планшет

Как они проводят переменный ток

Чтобы убедиться в этом собственными глазами, достаточно собрать несложную схему. Для начала нужно включить лампу через конденсаторы С1 и С2, соединенные параллельно. Лампа будет светиться, но не очень ярко. Если мы теперь добавим еще один конденсатор C3, свечение лампы значительно увеличится, что указывает на то, что конденсаторы оказывают сопротивление прохождению переменного тока. Кроме того, при параллельном включении, т.е при увеличении емкости, это сопротивление уменьшается.

Отсюда вывод: чем больше емкость, тем меньше сопротивление конденсатора прохождению переменного тока. Это сопротивление называется емкостным и в формулах обозначается как Xc. Xc также зависит от частоты тока, чем она выше, тем меньше Xc. Об этом мы поговорим чуть позже.

Еще один эксперимент можно провести с помощью электросчетчика, предварительно отключив всех потребителей. Для этого нужно подключить параллельно три конденсатора по 1 мкФ и просто вставить их в розетку. Конечно, при этом нужно быть предельно осторожным, или даже припаять к конденсаторам стандартную вилку. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть не менее 400 В.

После такого подключения достаточно посмотреть на счетчик, чтобы убедиться, что он на месте, хотя по расчетам такой конденсатор по сопротивлению эквивалентен лампе накаливания мощностью около 50 Вт.

Устройство конденсаторов

Конструкции современных конденсаторов различны, но можно выделить несколько типичных вариантов:

Пакетная конструкция

Используется в стеклокерамических, керамических и стеклокерамических конденсаторах. Пакеты состоят из чередующихся слоев пластин и диэлектрика. Крышки могут быть изготовлены из фольги, а могут быть наложены на диэлектрические пластины — напылены или нанесены обжигом.

Каждый пакетный конденсатор имеет верхнюю и нижнюю пластины, которые имеют контакты на концах пакета. Кабели состоят из полосок проволоки или ленты. Пакет запрессован, запломбирован, покрыт защитной эмалью.

Трубчатая конструкция

Такой конструкции могут быть высокочастотные конденсаторы. Я керамическая трубка с толщиной стенки 0,25 мм. На его внешнюю и внутреннюю стороны путем обжига нанесен токопроводящий слой серебра. Снаружи деталь обработана изоляционным веществом. Внутренний вкладыш подводится к внешнему слою для прикрепления к нему гибкого кабеля.

Дисковая конструкция

Эта конструкция, как и трубчатая, используется при изготовлении высокочастотных конденсаторов.

Диэлектрик в дисковых конденсаторах — керамический диск. На нем обжигаются серебряные пластины, к которым подключаются гибкие кабели.

Литая секционированная конструкция

Применяется в монолитных многослойных керамических конденсаторах, используемых в современном оборудовании, в том числе со встроенными микросхемами. Одна деталь с 2 канавками изготовлена ​​методом литья керамики. Канавки заполнены серебряной пастой, которая фиксируется имплантатом. Гибкие кабели припаяны к серебряным вставкам.

Рулонная конструкция

Типично для низкочастотных бумажно-пленочных конденсаторов большой емкости. Скатываются бумажная лента и металлическая фольга. В металло-бумажных конденсаторах на бумажное полотно наносится металлический слой толщиной до 1 микрона.

Термины

• RMS — среднеквадратичное число; статическое измерение величины.

Где используются конденсаторы

Конденсаторы используются практически во всех современных устройствах: сабвуферах, электродвигателях, автомобилях, насосах, электроинструментах, кондиционерах, холодильниках, сотовых телефонах и т.д.

В зависимости от выполняемых функций они делятся на универсальные и узкоспециализированные.

Конденсаторы общего назначения включают устройства хранения низкого напряжения, используемые в большинстве типов электрического оборудования.

Конденсаторы высокого напряжения, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические и пусковые — узкоспециализированные.

Поведение конденсатора в цепях постоянного и переменного тока

В цепях постоянного тока заряженный конденсатор образует разрыв, препятствующий прохождению тока. Если к пластинам разряженной части приложить напряжение, ток будет течь. В этом случае конденсатор будет заряжен, ток уменьшится, напряжение на пластинах увеличится. Когда достигается равенство напряжений на пластинах и источнике питания, ток прекращается.

При постоянном напряжении конденсатор держит заряд при включенном питании. После выключения заряд разряжается через присутствующие в цепи нагрузки.

Даже заряженный конденсатор не пропускает переменный ток. Но за один период синусоиды память заряжается и разряжается дважды, поэтому ток может протекать через конденсатор в период его разряда.

Формулы вычисления тока в конденсаторе

Емкость конденсатора, включенного в цепь переменного тока, рассчитывается по формуле: C = q / U, где:

• C — емкость;
• q — заряд одной из пластин;
• U — напряжение внутри.

Емкость

Конденсаторы бывают разных форм, поэтому их расчет проводится по разным формулам:

• плоский — C = E × E0 × S / d;
• цилиндрические — С = 2 π × E × E0 × l / ln (R2 / R1);
• сферический — C = 4 π × E × E0 × R1 × R2 / R2 — R.

Примечание! Сопротивление в цепи переменного тока, которая может иметь сопротивление, подключенное к электрической цепи, не может быть вычислено, так как считается бесконечно большим. Однако в этом случае это можно сделать по формуле: Xc = 1 / 2πvC = 1 / wC.

Напряжение конденсатора в цепи переменного тока рассчитывается по следующей формуле: Wp = qd E / 2.

Напряжение рассчитывается по определенной формуле

Чтобы рассчитать напряжение на конденсаторе в цепи переменного тока, вам необходимо использовать формулы тока.

Виды и классификация конденсаторов

Конденсаторы разных типов адаптированы к разным условиям эксплуатации, предназначены для решения конкретных задач и имеют разные побочные эффекты.

Основная характеристика, по которой классифицируется конденсатор, — это тип диэлектрика. Именно диэлектрический материал определяет многие характеристики конденсатора.

Электролитические конденсаторы

В электролитических конденсаторах анодом является металлическая пластина, диэлектрик — оксидная пленка, а катод — твердый, жидкий или гелеобразный электролит. Наличие гелеобразного электролита делает устройство полярным, т.е ток может течь через него только в одном направлении. Представителями этого семейства являются алюминиевые и танталовые конденсаторы.

Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют емкость от 0,1 до нескольких тысяч микрофарад. Обычно они используются на звуковых частотах. Электрохимическая ячейка плотно упакована, что обеспечивает большую эффективную индуктивность, которая не позволяет использовать алюминиевые накопители на сверхвысоких частотах.

В танталовых конденсаторах катод состоит из диоксида марганца. Сочетание значительной площади поверхности анода и диэлектрических характеристик оксида тантала обеспечивает высокую удельную емкость (емкость на единицу объема или массы диэлектрика). Это означает, что танталовые конденсаторы намного компактнее алюминиевых конденсаторов той же емкости.

У танталовых конденсаторов есть свои недостатки. Аппараты первых поколений выходят из строя, возможны возгорания. Они могут возникать при приложении слишком высокого пускового тока, который изменяет структурное состояние диэлектрика. Дело в том, что оксид тантала в аморфном состоянии является хорошим диэлектриком. При приложении большого пускового тока оксид тантала переходит из аморфного в кристаллическое состояние и превращается в проводник. Кристаллический оксид тантала дополнительно увеличивает силу тока, что приводит к возгоранию. Современные танталовые конденсаторы производятся с использованием передовых технологий и практически не выходят из строя, не разбухают, не воспламеняются.

Пленочные и металлопленочные конденсаторы

Пленочные конденсаторы имеют диэлектрический слой полимерной пленки, расположенный между слоями металлической фольги.

Такие устройства имеют небольшую емкость (от 100 пФ до нескольких мкФ), но могут работать при высоких напряжениях — до 1000 В.

Существует целое семейство пленочных конденсаторов, но все типы характеризуются небольшими емкостями и индуктивностями. Благодаря малой индуктивности эти устройства используются в высокочастотных цепях.

Основные отличия конденсаторов с разными типами пленок:

• Конденсаторы с диэлектриком в виде полипропиленовой пленки используются в схемах, где предъявляются высокие требования к стабильности температуры и частоты. Они подходят для систем питания, подавления электромагнитных помех.
• Конденсаторы с диэлектрической полиэфирной пленкой имеют низкую стоимость и могут выдерживать высокие температуры пайки. Стабильность частоты по сравнению с полипропиленовыми типами ниже.
• Конденсаторы с поликарбонатным диэлектриком и пленкой из полистирола, применяемые в старых схемах, сегодня уже не актуальны.

Керамические конденсаторы

В керамических конденсаторах в качестве диэлектрика используются керамические пластины.

Керамические конденсаторы отличаются небольшой емкостью — от одного пФ до нескольких десятков микрофарад.

Керамика обладает пьезоэлектрическим эффектом (способность диэлектрика поляризоваться под механическим воздействием), поэтому некоторые типы этих конденсаторов обладают микрофоническим эффектом. Это нежелательное явление, при котором часть электрической цепи воспринимает вибрации, например микрофон, что вызывает помехи.

Бумажные и металлобумажные конденсаторы

В этих конденсаторах в качестве диэлектрика используется бумага, часто смазанная маслом. Устройства из промасленной бумаги великолепны. Нежиронепроницаемые бумажные модели более компактны, но имеют существенный недостаток: они увеличивают потери энергии из-за влаги даже в герметичной упаковке. В последнее время эти детали используются редко.

Основные параметры конденсаторов

Емкость

Этот показатель характеризует способность конденсатора накапливать электрический заряд. Емкость тем больше, чем больше площадь токопроводящих пластин и меньше толщина диэлектрического слоя. Кроме того, эта характеристика зависит от материала диэлектрика. Устройство указывает номинальную емкость. Фактическая мощность, в зависимости от условий эксплуатации, может отличаться от номинальной в значительных пределах. Стандартные емкости варьируются от пикофарад до тысяч микрофарад. Некоторые модели могут иметь емкость в несколько десятков фарад.

Классические конденсаторы имеют положительную емкость, т.е чем выше приложенное напряжение, тем больше накопленный заряд. Но сегодня разрабатываются устройства с уникальными свойствами, которые ученые называют «антиконденсаторами». У них отрицательная емкость, то есть с увеличением напряжения их заряд уменьшается и наоборот. Внедрение таких антиконденсаторов в электронную промышленность ускорит работу компьютеров и снизит риск перегрева.

Что произойдет, если вы установите диск большей / меньшей емкости, чем требуется? Что касается сглаживания пульсаций напряжения в источниках питания, то установка конденсатора емкостью больше требуемого значения (в разумных пределах — до 90% от номинала) в большинстве случаев улучшает ситуацию. Установка конденсатора меньшей емкости может ухудшить характеристики схемы. В остальных случаях возможность установки детали с параметрами, отличными от указанных, определяется индивидуально для каждого случая.

Удельная емкость

Отношение номинальной емкости к объему (или массе) диэлектрика. Чем тоньше диэлектрический слой, тем выше удельная емкость, но тем ниже его напряжение пробоя.

Плотность энергии

Этот термин относится к электролитическим конденсаторам. Максимальная плотность характерна для больших конденсаторов, у которых масса корпуса намного меньше, чем у пластин и электролита.

Номинальное напряжение

Его величина отражается на корпусе и характеризует напряжение, при котором конденсатор работает в течение срока службы с колебаниями параметров в заданных пределах. Рабочее напряжение не должно превышать номинальное значение. Для многих конденсаторов номинальное напряжение уменьшается с повышением температуры.

Полярность

Полярные конденсаторы — это электролитические конденсаторы с положительным и отрицательным зарядом. На приборах отечественного производства знак «+» обычно ставился на положительный электрод. На импортных устройствах указывается отрицательный электрод, рядом с которым стоит знак «-». Такие конденсаторы могут выполнять свои функции только при правильном подключении полярности напряжения. Этот факт объясняется химическими характеристиками реакции электролита с диэлектриком.

Что произойдет, если поменять полярность конденсатора? Обычно в этом случае устройства выходят из строя. Это связано с химическим разрушением диэлектрика, что вызывает увеличение силы тока, закипание электролита и, как следствие, вздутие корпуса и возможный взрыв.

Большинство устройств накопления заряда относятся к группе неполярных конденсаторов. Эти детали обеспечивают правильную работу при любом порядке соединения выводов в цепи.

Паразитные параметры конденсаторов

Помимо основных характеристик, конденсаторы обладают так называемыми «паразитными параметрами», которые искажают рабочие характеристики колебательного контура. Их необходимо учитывать при проектировании схемы.

Эти параметры включают собственное сопротивление и индуктивность, которые делятся на следующие составляющие:

• Сопротивление электрической изоляции (r), которое определяется по формуле: r = U / Iut, где U — напряжение питания, Iut — ток утечки.
• Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Эта величина зависит от электрического сопротивления материала пластин, кабелей, контактов между ними, потерь в диэлектрическом слое. ESR увеличивается с увеличением частоты тока, подаваемого на запоминающее устройство. В большинстве случаев эта функция не является существенной. Исключение составляют электролитические накопители, установленные в фильтрах импульсных источников питания.
• Эквивалентная последовательная индуктивность — L. На низких частотах этот параметр из-за собственной индуктивности пластин и проводов не учитывается.

Паразитные параметры также включают Vloss — незначительное значение, выраженное в процентах, которое показывает, насколько падает напряжение сразу после прекращения зарядки конденсатора.

Понятие полярности для конденсаторов и их выход из строя

Для повышения производительности некоторые компоненты этой категории изготавливаются с использованием промежуточного материала, пропитанного электролитом. Дополнительные слои создаются из оксидов металлов и диэлектриков.

Электролитический конденсатор Конденсатор

Эти продукты связаны с обязательным соблюдением полярности. Специальная маркировка на жилом помещении предупреждает пользователей о соответствующем ограничении. В случае ошибки в процессе установки конденсатор выйдет из строя при первом подключении. Закипание электролита может вызвать повышение напряжения.

Довожу до вашего сведения. Пазы на крышке и предохранительный клапан снижают разрушительный эффект в аварийной ситуации.

Обозначение конденсаторов на схеме

На чертежах конденсатор постоянной емкости обозначен двумя параллельными линиями — пластинами. Они подписаны буквой «С». Рядом с буквой наносят на схему порядковый номер элемента и значение емкости в пФ или мкФ.

В конденсаторах переменной емкости параллельные линии перечеркнуты диагональной линией со стрелкой. Модели триммера обозначаются двумя параллельными линиями, перечеркнутыми диагональной линией с тире на конце. На обозначении полярных конденсаторов указывается положительно заряженная пластина.

Обозначение по ГОСТ 2.728-74	Описание
	Фиксированный конденсатор
	Поляризованный конденсатор (поляризованный
	Конденсатор с регулируемым триммером
	Варикап

Особенности соединения нескольких конденсаторов в цепи

возможно подключение нескольких конденсаторов последовательно или параллельно.

Последовательное

Последовательное соединение позволяет подавать на пластины более высокое напряжение, чем независимая часть. Напряжение распределяется в соответствии с мощностью каждого привода. Если емкости частей равны, напряжение распределяется поровну.

Результирующая емкость в такой цепи находится по формуле:

Общий = 1 / (1 / C1 + 1 / C2… + 1 / Cn)

Если провести расчеты, становится понятно, что повышение напряжения в цепи достигается при значительном уменьшении емкости. Например, если два конденсатора по 10 мкФ соединены последовательно в цепь, общая емкость будет всего 5 мкФ.

Параллельное

Это наиболее распространенная практика увеличения общей емкости контура. Параллельное соединение позволяет создать конденсатор большой емкости с общей площадью токопроводящих пластин. Общая мощность системы — это сумма мощностей подключенных частей.

Итого C = C1 + C2 +… + Cn

Натяжение на всех элементах будет одинаковым.

Векторная диаграмма токов в цепи с конденсатором

Для определения действующего значения полного тока I методом векторного сложения построим векторную диаграмму по уравнению

Я = IG + IC

Среднеквадратичные значения текущих компонентов:

IG = GU (13,31)

IC = BCU (13,32)

Первым на векторной диаграмме идет вектор напряжения U (рис. 13.16, а), его направление совпадает с положительным направлением оси, от которой отсчитываются фазовые углы (начальная фаза напряжения а = 0). Вектор IG совпадает по направлению с вектором U, а вектор IC направлен перпендикулярно вектору U под положительным углом. Из векторной диаграммы видно, что вектор полного напряжения отстает от вектора полного тока на угол, значение которого больше нуля, но меньше 90º. Вектор I — гипотенуза прямоугольного треугольника, катеты которого являются составляющими его векторами IG и IC :
При напряжении u = Umsinωt согласно векторной диаграмме уравнение тока

я = Imsin (ωt + φ)

Samsung ue32F5300 нет изображения

Маркировка конденсаторов

В маркировке конденсатора независимо от его типа есть два обязательных параметра: емкость и номинальное напряжение. Самый распространенный цифровой знак — это значение сопротивления. Используйте три или четыре цифры.

Кратко суть трехзначной маркировки: первые две цифры слева указывают значение емкости в пикофарадах. Крайняя правая цифра показывает, сколько нулей добавить к крайним левым цифрам. Результат получается в пикофарадах. Пример: 154 = 15х104 пФ. На конденсаторах зарубежного производства пФ обозначают как ммс.

В обозначении четырехзначного кода емкость в пикофарадах обозначает первые три цифры, а четвертая — количество нулей, которые необходимо добавить. Например: 2353 = 235х103 пФ.

Буквенно-цифровая маркировка, содержащая букву R, которая указывает положение десятичной точки, также может использоваться для обозначения контейнера. Например, 0R8 = 0,8 пФ.

На корпусе значение напряжения обозначается числом, за которым следуют буквы: V, WV (что означает «рабочее напряжение»). Если нет указания допустимого напряжения, конденсатор можно использовать только в цепях низкого напряжения.

Помимо емкости и напряжения на корпусе могут указываться и другие характеристики детали:

• Диэлектрический материал. Б — бумага, В — слюда, К — керамика.
• Степень защиты от внешних воздействий. D — герметичная конструкция, O — герметичный корпус.
• Дизайн. М — монолит, Б — ствол, Г — диск, С — секционный вариант.
• Текущий режим. I — импульсный, Y — универсальный, H — только постоянный ток, P — переменный / постоянный.

Свойства и выполняемые функции

Закон Ома для переменного тока

Обнаруживаемая накопительная емкость определяется размером пластин и расстоянием между ними, а также диэлектрическими характеристиками промежуточного слоя. Заряд сохраняется после отключения питания. Если нагрузка подключена, энергия может выполнять необходимые полезные функции.

Узкополосный фильтр

На рисунке показано устройство, которое сокращает небольшую часть спектра. Показанная на графике рабочая частота определяется параметрами цепи, состоящей из конденсатора и индуктивности. В этом примере выполняются функции фильтрации входного сигнала.

Назначение и функции конденсаторов

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

• Отфильтровывает высокочастотные помехи;
• Уменьшает и сглаживает рябь;
• Разделите сигнал на составляющие постоянного и переменного тока;
• Накапливайте энергию;
• Его можно использовать как источник опорного напряжения;
• Создайте резонанс с катушкой индуктивности для усиления сигнала.

Примеры использования

Обычно используется в усилителях для защиты сабвуфера, фильтрации мощности, термостабилизации и разделения постоянного и переменного тока. А электролитик в автономных схемах с микроконтроллерами может обеспечивать питание длительное время за счет большой емкости.

В этой схеме транзистор VT1 постоянно открыт для усиления звука без искажений. Но если вход замыкается или есть постоянный ток, транзистор откроется, перейдет в насыщение и перегреется. Чтобы этого избежать, нужен конденсатор. C1 позволяет отделить начальную константу от переменной. Переменный сигнал легко проходит на базу транзистора, а постоянный — нет.

С2 вместе с резистором R3 выполняет функцию термостабилизации. При работе усилителя транзистор нагревается. Это может исказить сигнал. Следовательно, резистор R3 помогает поддерживать рабочую точку во время нагрева. Но когда транзистор холодный и стабилизация не требуется, резистор может снизить мощность усилителя. Следовательно, в игру вступает C2. Он проводит через себя усиленный сигнал, отклоняя резистор, не снижая номинальные характеристики цепи. Если его емкость меньше расчетной, он начнет вносить фазовые искажения в выходной сигнал.

Для правильной работы схемы необходима хорошая мощность. Когда схема потребляет больше тока при пиковых значениях, это всегда является большой нагрузкой на источник питания. C3 отфильтровывает шум мощности и помогает снизить нагрузку. Чем выше мощность, тем лучше звук, но до определенных значений все зависит от схемы.

И блоки питания работают по тому же принципу, что и предыдущая схема питания, но здесь требуется гораздо большая мощность. На этой диаграмме емкость электролита может составлять 1000 мкФ или 10 000 мкФ.

 

Керамические конденсаторы также можно подключить параллельно диодному мосту, который будет обходить схему от высокочастотных помех и шумов от сети 220В.

Фазовые искажения

Конденсатор может искажать переменный сигнал по фазе. Это связано с неправильным расчетом емкости, общего сопротивления и взаимодействия с другими радиодетали. Не забывайте, что любой радиокомпонент имеет как реактивное, так и активное сопротивление.

Как проверить работоспособность конденсатора

Мультиметр используется для проверки работоспособности конденсатора. Перед проверкой агрегата необходимо определить, какое устройство в цепи: полярное (электролитическое) или неполярное.

Проверка полярного конденсатора

При проверке полярного конденсатора необходимо соблюдать правильную полярность подключения щупов: положительный надо прижать к положительной ножке, отрицательный — к минусу. Если полярность поменять, конденсатор выйдет из строя.

После распайки детали размещаются на свободном месте. Мультиметр включен в режим измерения сопротивления («обрыв»).

Щупы касаются клемм устройства, соблюдая полярность. Правильная ситуация — когда на дисплее появляется первое значение, которое начинает постепенно увеличиваться. Максимальное значение, которое должно быть достигнуто для работающего устройства, равно 1. Если вы только что прикоснулись к клеммам щупами, и на экране сразу же появляется цифра 1, устройство неисправно. Появление на экране «0» означает, что внутри детали произошло короткое замыкание.

Проверка неполярного конденсатора

В этом случае управление предельно простое. Диапазон измерения установлен на 2 МОм. Щупы подключаются к выводам конденсатора в любом порядке. Полученное значение должно быть больше двух. Если на дисплее отображается менее 2 МОм, деталь неисправна.

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Собираем две электрические схемы, состоящие из лампы накаливания, индуктора и источника питания: в первом случае постоянный, во втором — переменный (см. Рисунки «а» и «б» ниже).

Опыт показывает, что в цепи постоянного тока лампа излучает более яркое свечение, чем в цепи переменного тока. Это указывает на то, что ток в цепи постоянного тока выше, чем среднеквадратичный ток в цепи переменного тока.

Результат эксперимента легко объясняется явлением самоиндукции. Когда катушка подключена к источнику постоянного тока, ток постепенно увеличивается. Электрическое поле вихря, увеличивающееся с увеличением силы тока, замедляет движение электронов. Только через некоторое время ток достигает максимального значения, соответствующего заданному постоянному напряжению.

Если напряжение меняется быстро, ток не успевает достичь максимального значения. Поэтому максимальное значение тока в цепи переменного тока с индуктором ограничено индуктивностью. Чем больше индуктивность и частота приложенного напряжения, тем меньше амплитуда переменного тока.

Определяем ток в цепи, содержащей катушку, активным сопротивлением которой можно пренебречь (см. Рисунок ниже). Для этого найдем связь между напряжением на катушке и ЭДС самоиндукции в ней.

Если сопротивление катушки равно нулю, напряженность электрического поля внутри проводника в любой момент должна быть равна нулю. В противном случае по закону Ома ток был бы бесконечно большим. Нулевое равенство напряженности поля возможно, поскольку напряженность вихревого электрического поля → Ei, создаваемого переменным магнитным полем в каждой точке, равна по величине и противоположна по направлению напряженности кулоновского поля → Eк, создаваемого в проводник от зарядов, расположенных на выводах источника и в проводах цепи.

Из равенства → Ei = — → Eк следует, что удельная работа вихревого поля (т. Е. ЭДС самоиндукции ei) равна по величине и противоположному знаку удельной работе кулоновского поля.

Учитывая, что удельная работа кулоновского поля равна напряжению на катушке, мы можем записать:

ei = −u

Напомним, что сила переменного тока изменяется по гармоническому закону:

я = Imaxsin.ωt

Итак, ЭДС самоиндукции равна:

ei = −Li´ = −LωImaxcos.ωt

Поскольку u = −ei, напряжение на катушке равно:

u = LωImaxcos.ωt = LωImaxsin. (ωt + π2 ..) = Umax (ωt + π2..)

Амплитуда напряжения составляет:

Umax = LωImax

Следовательно, колебания напряжения на катушке опережают колебания тока на 2 или колебания тока отстают от колебаний напряжения на 2 .., что одно и то же.

К тому времени, когда напряжение на катушке достигает максимума, ток равен нулю (см. График ниже).

Но когда напряжение становится равным нулю, сила тока максимальна по абсолютной величине. Амплитуда тока в катушке составляет:

Imax = UmaxLω..

Введем обозначения:

Lω = XL

Мы также будем использовать среднеквадратичные значения тока и напряжения вместо амплитуд. Получаем:

Определение

I = UXL..

Значение XL, равное произведению циклической частоты и индуктивности, называется индуктивным реактивным сопротивлением. Индуктивное реактивное сопротивление зависит от частоты. Следовательно, в цепи постоянного тока, где нет частоты, индуктивное сопротивление катушки равно нулю.

Пример № 2. Катушка с индуктивным сопротивлением XL = 500 Ом подключается к источнику переменного напряжения с частотой = 1000 Гц. Действующее значение напряжения U = 100 В. Определите величину силы тока Imax в цепи и индуктивность катушки L. Активным сопротивлением пренебречь.

Индуктивное сопротивление катушки выражается формулой:

XL = Lω = 2πνL

Следовательно:

Поскольку амплитуда напряжения связана со своим действующим значением соотношением Umax = U√2, то для амплитуды тока получаем: