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

Что такое конденсатор?

В классическом понимании конденсатор — это радиоэлектронное устройство, предназначенное для накопления энергии электрического поля, имеющее способность накапливать в себе электрический заряд с последующей передачей накопленной энергии другим элементам электрической цепи. Чаще всего приборы используются в различных электрических схемах.

Конденсаторы способны очень быстро накапливать заряд и так же быстро отдавать всю накопленную энергию. Их работа характеризуется цикличностью этого процесса. Количество накопленной электроэнергии и периоды циклов заряда-разряда определяются характеристиками продуктов, которые, в свою очередь, зависят от типа модели. Параметры этих количеств можно определить по маркировке продукта.

Свойства

Из описания ясно, что для постоянного тока конденсатор является непреодолимой преградой, за исключением случая пробоя диэлектрика. В таких электрических цепях радиоэлемент используется для накопления и хранения электричества на своих электродах. Изменение напряжения происходит только в случае изменения параметров тока в цепи. Эти изменения могут считываться и реагировать на другие элементы схемы.

В цепях синусоидального тока конденсатор ведет себя как катушка индуктивности. Он пропускает переменный ток, но прерывает постоянную составляющую, что означает, что он может действовать как отличный фильтр. Такие электронные элементы используются в цепях обратной связи, входят в цепи колебательных цепей и т.д.

Другое свойство заключается в том, что для перемещения фаз можно использовать переменную мощность. Для пуска трехфазных электродвигателей в однофазных электрических сетях используются специальные пусковые конденсаторы

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

Усилители обычно используются для защиты сабвуферов, мощности фильтров, 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 протекает 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 эффективной 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.

Конструкция и принцип работы

Самый простой конденсатор состоит из двух металлических пластин, разделенных диэлектриком. Воздушный зазор между пластинами может действовать как диэлектрик.

Если к конструкции приложить постоянное напряжение, образуется кратковременная замкнутая электрическая цепь. Заряды будут сосредоточены на каждой металлической пластине, полярность которой будет соответствовать полярности приложенного тока. По мере накопления зарядов ток будет ослабевать и в определенный момент цепь прервется. В нашем случае это произойдет со скоростью света.

Когда нагрузка подключена, накопленная энергия будет течь через нагрузочный элемент в противоположном направлении. Произойдет кратковременное увеличение электрического тока в сформированной цепи. Количество накопленных зарядов (емкость, Кл) напрямую зависит от размера пластин.

Единицу измерения емкости принято называть фарадой (Ф). 1 Ф — очень большое значение, поэтому на практике часто используются несколько значений: микрофарад (1 мкФ = 10-6 Ф), нанофарад (1 нФ = 10-9 Ф = 10-3 мкФ), пикофарад (1 пФ = 10-12 Ф = 10-6 мкФ). Значение в один миллифарад используется очень редко (1 мФ = 10-3 Ф).

Конструкции современных конденсаторов отличаются от рассматриваемой нами модели. Для увеличения емкости вместо пластин используются пластины из алюминия, ниобия или тантала, разделенные диэлектриками. Эти пухлые ленты плотно свернуты в цилиндр и вставлены в цилиндрический корпус. Принцип работы не отличается от описанного выше.

Существуют также плоские конденсаторы, конструктивно состоящие из множества тонких пластинок, зажатых между слоями диэлектрика в форме параллелепипеда. Такие модели можно представить себе как стопку пластин, образующую множество пар пластин, соединенных параллельно.

В качестве диэлектриков используются:

• бумага;
• полипропилен;
• тефлон;
• стакан;
• полистирол;
• органические синтетические пленки;
• эмаль;
• барий титан;
• керамика и различные оксидные материалы.

В отдельную группу входят изделия, в которых одна пластина — металл, а вторая — электролит. Это класс электролитических конденсаторов (пример на Рисунке 3 ниже). От других видов продукции они отличаются большой удельной емкостью. Аналогичными свойствами обладают модели оксид-полупроводник. Их второй анод представляет собой слой полупроводника, нанесенный на изолирующий оксидный слой.

Электролитические модели, как и большинство оксидно-полупроводниковых конденсаторов, обладают униполярной проводимостью. Их работа разрешена только при наличии положительного потенциала на аноде и при номинальных напряжениях. Поэтому необходимо строго соблюдать полярность подключения перечисленных выше радиоэлектронных элементов.

В случае такого устройства должна быть указана полярность (световая полоска со знаком «-», см. Рис. 4) или знак «+» рядом с положительным электродом на корпусах старых отечественных конденсаторов.

Срок службы электролитического конденсатора ограничен. Эти устройства очень чувствительны к высоким напряжениям. Поэтому при выборе радиоэлемента старайтесь следить за тем, чтобы его рабочее напряжение было существенно выше номинального.

Устройство конденсаторов

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

Пакетная конструкция

Используется в стеклянных, 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. Скручивают бумажную ленту и металлическую фольгу. В металло-бумажных конденсаторах на бумажную ленту наносится металлический слой толщиной до 1 мкм.

Основные параметры и характеристики

Емкость.

Важным параметром конденсатора является его номинальная емкость. Для плоского конденсатора применима следующая формула:

С = (ε * ε0 * S) / d,

где — диэлектрическая проницаемость диэлектрика, S — размер пластин (площадь пластин), d — расстояние между пластинами (пластинами).

Эффективная емкость отдельных элементов обычно невелика, но можно получить конструкцию емкостью в несколько фарад, если параллельно соединить огромное количество пластин. В этом случае реальная емкость равна сумме всех емкостей тарелок.

Некоторые конденсаторы имеют максимальную емкость в несколько фарад.

Удельная емкость.

Значение, которое характеризует соотношение между емкостью и объемом или массой радиокомпонента. Этот параметр важен в микроэлектронике, где очень важен размер деталей.

Номинальное напряжение.

Одной из важных электрических характеристик является номинальное напряжение — значение максимального напряжения, при котором конденсатор может работать без потери значений других своих параметров. При превышении критического значения, равного напряжению пробоя, диэлектрик разрушается. Поэтому номинальное напряжение намеренно выбрано больше любых максимальных амплитуд синусоидального тока в цепи конденсатора.

Есть такие характеристики, как тангенс угла потерь, температурный коэффициент емкости, сопротивление утечки, диэлектрическое поглощение и др., которые интересны только узким специалистам, а их параметры можно найти в специальных справочниках.

Классификация

Основные параметры конденсаторных изделий определяются типом диэлектрика. Стабильность емкости, тангенс диэлектрических потерь, пьезоэлектрический эффект и другие зависят от материала. Исходя из этого, желательно классифицировать модели именно по типу диэлектрика.

Исходя из этого выделяют следующие виды продукции:

• пустой;
• с диэлектриком в воздухе;
• радиоэлементы, в которых диэлектрик — жидкость;
• с твердым неорганическим диэлектриком (стекло, слюда, керамика). Для них характерен низкий ток утечки;
• модели с диэлектрической бумагой и комбинированной бумагой-пленкой;
• масляные конденсаторы постоянного тока;
• электролитический;
• категория оксидных конденсаторов, в которую входят оксидные полупроводники и танталовые конденсаторы;
• в твердом состоянии, в котором вместо жидкого электролита используется органический полимер или полимеризованный полупроводник.

У твердотельных моделей срок службы больше, чем у жидкостно-электролитических, и составляет примерно 50 000 часов. У них меньшее внутреннее сопротивление, то есть пенополистирол практически не зависит от температуры, они не взрываются.

Также товары классифицируются по другому важному параметру: изменению емкости. На основании этого различают:

• конденсаторы постоянного тока, то есть имеющие постоянную емкость;
• переменные, в которых можно управлять изменением емкости механически или с помощью приложенного напряжения (варикапы и вариконды), а также путем изменения температуры (тепловые конденсаторы);
• класс настроечных конденсаторов, используемых для регулировки или выравнивания рабочих емкостей при настройке цепей, а также с целью периодической настройки различных цепей.

Все существующие конденсаторы условно можно разделить на общие и специальные. Продукция общего назначения включает наиболее распространенные конденсаторы низкого напряжения. К ним нет особых требований.

Все остальные емкостные радиоэлементы относятся к особому классу:

• запястье;
• пусковые установки;
• высокое напряжение;
• подавление помех,
• дозиметрические и др.;

Представленные на фото устройства могут работать в цепях с относительно низким частотой и высоким напряжением.

Бумажные и металлобумажные конденсаторы

Элементы используются в цепях с постоянным или слегка пульсирующим напряжением. Простота конструкции приводит к снижению стабильности характеристик на 10-25% и увеличению потерь.

В бумажных конденсаторах бумагу разделяют алюминиевые пластины. Наборы скручены и помещены в тело цилиндрической или прямоугольной формы в виде параллелепипеда.

Устройства работают при температурах от -60 до + 125 ° C, с номинальным напряжением до 1600 В для низковольтных устройств, выше 1600 В для высоковольтных устройств и емкостью до десятков микрофарад.

В устройствах «металл-бумага» вместо фольги на диэлектрическую бумагу наносится тонкий слой металла. Это помогает уменьшить размер элементов. При незначительных сбоях возможно самовосстановление диэлектрика. Металлические бумажные элементы уступают бумажным элементам по сопротивлению изоляции.

Алюминиевые электролитические

В устройствах этого типа анодная пластина состоит из алюминиевой фольги. Поверхность покрыта оксидом металла — диэлектриком. Катодная пластина представляет собой твердый или жидкий электролит, который подбирается таким образом, чтобы оксидный слой на фольге восстанавливался в процессе эксплуатации. Самовосстановление диэлектрика продлевает срок службы элемента.

Конденсаторы такой конструкции требуют полярности. Как только его снова включат, он сломает корпус.

Устройства с внутренними последовательными полярными сборками используются в 2-х направлениях. Емкость алюминиевых электролизеров достигает нескольких тысяч микрофарад.

Полимерные

В конденсаторах используется твердый полимерный электролит, что дает ряд преимуществ:

• продолжительность увеличена до 50 тысяч часов;
• параметры сохраняются при нагреве;
• расширяется допустимый диапазон пульсаций тока;
• сопротивление пластин и кабелей не влияет на емкость.

Маркировка

Буквенная система использовалась для обозначения отечественных товаров. Цифровая маркировка сегодня широко распространена. В алфавитной системе использованы следующие символы:

• К — конденсатор;
• B, K, C, E и т.д. — тип диэлектрика, например: К — керамический, Е — электролитический;
• На третьем месте оказался символ, обозначающий тактико-технические характеристики.

В этой системе маркировки первая буква иногда опускалась.

В новой системе маркировки сначала может стоять буква K, а затем буквенно-цифровой код. Цифры используются для обозначения номинала, типа диэлектрика и номера проявления. Пример такой маркировки показан на рисунке 8. Обратите внимание, что полярность переключения указана на корпусе электролитического конденсатора.

Номинальное напряжение

Если размер изделия достаточен, показатель указывается по стандартной схеме: 180 В (или В) — 180 вольт. На миниатюрных конденсаторах значение кодируется латинской буквой, например 160 В — буквой Q.

Дата выпуска

его принято обозначать четырьмя цифрами: первые две — последние цифры года выпуска, вторые две — месяц (9608 — август 1996).

Расположение маркировки на корпусе

Поскольку индикация параметров очень важна для монтажа схемы, эти индикаторы размещаются на корпусе устройства с самого первого ряда. Вначале всегда указывается емкость.

Цветовая маркировка отечественных радиоэлементов

это кодировка, в которой используются 4 полосы цвета, где каждому цвету соответствует определенный номер. Первые две полоски показывают емкость в пикофарадах, следующая — допустимое отклонение, последняя — номинальное напряжение.

Обозначение на схемах

Каждое семейство конденсаторов имеет свое обозначение, позволяющее визуально определить его тип.

Ёмкость и напряжение конденсатора

Теперь обратим внимание на две важные характеристики конденсатора: емкость и номинальное напряжение.

Емкость конденсатора характеризует емкость конденсатора для хранения заряда. Это похоже на емкость кувшина, в котором хранится, например, вода. Кстати, не зря так называемый Лейденский банк был одним из первых электрических конденсаторов. Это была обычная стеклянная посуда, обернутая снаружи фольгой. В сосуд налили токопроводящую жидкость — электролит. Фольга и электролит играли роль пластин, а стекло в кувшине служило диэлектрическим барьером.

Емкость электрического конденсатора измеряется в фарадах. В схемах емкость обозначается латинской буквой C. Как правило, емкость классических конденсаторов варьируется от нескольких пикофарад (пФ) до нескольких тысяч микрофарад (мкФ). Емкость указана на корпусе конденсатора. Если единицы не указаны, это пикофарад. Микрофарады часто называют uF, поскольку буква u напоминает греческую букву mu, которая используется вместо префикса micro.

Существует также особый тип конденсатора, называемый суперконденсатором, который имеет емкость в несколько фарад! Чем больше емкость конденсатора, тем больше энергии он может хранить и тем дольше заряжается при прочих равных условиях.

Номинальное напряжение — второй важный параметр. Это напряжение, при котором конденсатор будет работать в течение всего срока службы без критического изменения его параметров. Нельзя использовать конденсатор на 6 вольт в цепи 12 вольт — он быстро выйдет из строя.

Именно эти два параметра обычно наносят на поверхность корпуса конденсатора. На фото ниже показан электролитический конденсатор емкостью 470 мкФ и номинальным напряжением 16 вольт.

Но на керамических конденсаторах часто указывается только емкость. На изображении ниже конденсатор обозначен как 104. Что это означает?

Последняя цифра в этом коде — это количество нулей после двузначного числа в начале. 104 = 10 0000 пФ = 100 нФ = 0,1 мкФ

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.

Последовательное соединение конденсаторов

Последовательное соединение конденсаторов позволяет приложить к их якорям более высокое напряжение, чем при использовании отдельного накопителя. Напряжение на пластинах распределяется в соответствии с емкостью ячейки.

Если два запоминающих устройства имеют одинаковую емкость, подаваемое напряжение распределяется между ними поровну. Однако общая емкость будет вдвое меньше размера одного диска.

Вообще следует помнить об этом правиле: при последовательном соединении конденсаторов они способны выдерживать более высокое напряжение, но за это нужно платить уменьшением емкости.

Параллельное соединение конденсаторов

Этот способ подключения является наиболее распространенным в практическом применении, поскольку мощности привода не всегда хватает, особенно в электрических фильтрах качественных источников питания. Параллельное соединение конденсаторов позволяет суммировать емкости отдельных накопителей. Это довольно легко запомнить, исходя из приведенной выше формулы, из которой видно, что с увеличением площади пластин емкость увеличивается.

Таким образом, при параллельном соединении конденсаторов происходит увеличение площади пластин, за счет чего они способны накапливать большее количество электрических зарядов.

Вычисление с помощью формул

Расчет номинальной емкости ячейки требуется в 2 случаях:

1. Конструкторы электроники рассчитывают параметр при создании схем.
2. Мастера при отсутствии конденсаторов соответствующей мощности и емкости используют расчет элемента для выбора среди имеющихся деталей.

RC-цепь рассчитывается с использованием значения полного сопротивления — комплексного сопротивления (Z). Rа — текущие потери на нагрев участников цепи. Ri и Re: учитывают влияние индуктивности и емкости элементов. На выводах резистора в RC-цепи напряжение U обратно пропорционально Z.

Тепловое сопротивление увеличивает потенциал на нагрузке, а реактивное сопротивление уменьшается. Работа конденсатора на частотах выше резонансных, когда реактивная составляющая комплексного сопротивления растет, приводит к потерям напряжения. Резонансная частота обратно пропорциональна способности накапливать заряд. По формуле для определения Fr рассчитывается, какие значения CK (емкости конденсатора) необходимы для работы схемы.

Для расчета импульсных цепей используется постоянная времени цепи, определяющая влияние RC на структуру импульсов. Если известно сопротивление цепи и время зарядки конденсатора, емкость рассчитывается по формуле для постоянной времени. Человеческий фактор влияет на истинность результата.

Мастера используют параллельное и последовательное подключение конденсаторов. Формулы расчета противоположны резисторам. Последовательное соединение снижает емкость соединения элементов, параллельное соединение добавляет значения.

Сложности проверки

Процесс определения емкости конденсатора непосредственно на плате усложняется наличием других компонентов схемы — они искажают показания прибора.

В первую очередь это касается элементов с низким сопротивлением постоянному току: предохранителей, дросселей, обмоток трансформаторов. Определение емкости конденсатора без распайки возможно только при отсутствии упомянутых компонентов. Полупроводниковые приборы — диоды и транзисторы — тоже имеют значение.

При проверке конденсатора на разрыв путем измерения сопротивления мультиметр будет отображать сопротивление Pn перехода вместо бесконечности (индикация «1»). В результате состояние конденсатора останется неизвестным.

Неполярные конденсаторы

К неполярным конденсаторам относятся конденсаторы, для которых полярность не важна. Эти конденсаторы симметричны. Обозначение неполярных конденсаторов на схемах подключения выглядит так.

обозначение конденсатора на схеме

Конденсаторы переменной емкости

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

Переменный конденсатор отличается от подстроечного только тем, что переменный конденсатор скручен толще подстроечного. Триммер перекручивается раз в жизни)

Схемы обозначены следующим образом.

переменное обозначение конденсатора на схеме

Слева — вариатор, справа — триммер.

Пленочные конденсаторы

Пленочные конденсаторы являются наиболее распространенными в большом семействе конденсаторов. Называются они так потому, что вместо диэлектрика здесь используется тонкая пленка, которая может состоять из полиэстера, полипропилена, поликарбоната, тефлона и многого другого. Такие конденсаторы варьируются от 5 пФ до 100 мкФ. Они могут быть изготовлены по следующему принципу

А также по принципу прокатки

Взглянем на советский пленочный конденсатор К73-9.

к73-9 советский конденсатор

Что внутри него? Мы смотрим.

Как и ожидалось, рулон диэлектрической пленки

что внутри конденсатора

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы — это конденсаторы из керамики или фарфора, покрытые серебром. Берем квадратный или круглый диск, посыпаем серебром с двух сторон, вытаскиваем выводы и вуаля! Конденсатор готов! То есть есть простейший плоский конденсатор, о котором мы говорили выше в этой статье.

Вы хотите больше возможностей? Без проблем! Складываем диски в бутерброд и увеличиваем емкость

Керамические конденсаторы могут выглядеть так:

керамические конденсаторы

керамические конденсаторы падения

SMD конденсаторы

Конденсаторы SMD — это керамические конденсаторы, построенные по принципу сэндвича.

конструкция конденсатора SMD

Они используются в микроэлектронике, так как небольшие и удобные с точки зрения промышленного производства с помощью роботов, которые автоматически размещают SMD-компоненты на плате. Вы можете легко найти этот тип конденсатора на платах своих мобильных телефонов, материнских платах компьютеров, а также как в современных гаджетах.

Полярные конденсаторы

Для поляризованных конденсаторов очень важно при установке не перепутать провода местами. Плюсовая ножка должна быть подключена к плюсу на схеме, а минус — к минусу. Полярные конденсаторы обозначаются так же, как и их аналоги. Единственное отличие — указание полярности такого конденсатора. На схемах они могут выглядеть так.

обозначение полярных конденсаторов на схеме

Танталовые конденсаторы

Танталовые конденсаторы доступны как в мокром, так и в сухом исполнении. Однако в сухом виде они встречаются гораздо чаще. Здесь в качестве диэлектрика используется оксид тантала. Оксид тантала имеет лучшие свойства, чем оксид алюминия. Если самым большим недостатком электролитических конденсаторов является их высокий ток утечки, танталовые конденсаторы лишены этого недостатка. Недостаток танталовых конденсаторов в том, что они рассчитаны на более низкое напряжение, чем собираются с электролитами. Танталовые конденсаторы также поляризованы, как электролитические конденсаторы.

Танталовые конденсаторы могут выглядеть так

танталовые конденсаторы

или так

Ионисторы

Также существует особый класс конденсаторов — суперконденсаторы. Их также иногда называют суперконденсаторами или золотыми конденсаторами. Нет, не потому, что там золото. Сам принцип работы суперконденсатора дороже золота. Чтобы получить максимальную емкость, нам нужно смазать «сгущенку» (диэлектрик) тонким слоем или увеличить площадь блинов (металлических пластин). Поскольку увеличивать слой блина на неопределенный срок очень дорого, разработчики решили уменьшить диэлектрический слой. Поскольку диэлектрический слой между пластинами суперконденсатора, то есть «слой сгущенного молока», составляет 5-10 нанометров, то емкость суперконденсатора достигает впечатляющих значений! Представьте, сколько заряда может накопить такой суперконденсатор!

Емкость таких конденсаторов может достигать десяти фарад. Поверьте, это очень много. Суперконденсаторы выглядят как обычные таблетки и даже могут быть похожи на конденсаторы цилиндрической формы. Чтобы отличить их от конденсаторов, достаточно посмотреть на указанную на них емкость. Если есть блоки Фарада, то это точно суперконденсатор!

суперконденсатор


большой суперконденсатор

В настоящее время суперконденсаторы получили широкое распространение в электронике и электротехнике. Они заменяют небольшие низковольтные батареи, потому что конструктивно суперконденсатор пока не может быть рассчитан на напряжение выше нескольких вольт. Но можно их последовательно соединить и снять нужное напряжение. Но это удовольствие недешевое :-).

Они также заряжаются очень быстро, поскольку их сопротивление ограничено только их кабелями. А по закону Ома, чем меньше сопротивление проводника, тем больше по нему протекает ток и, следовательно, тем быстрее заряжается суперконденсатор. Суперконденсаторы можно заряжать и разряжать практически бесконечно.

Измерение емкости конденсатора мультиметром и специальными приборами

Некоторые мультиметры имеют функцию измерения емкости. Возьмите эти распространенные модели: M890D, AM-1083, DT9205A, UT139C и т.д.
Также в продаже есть цифровые измерители емкости, такие как XC6013L или A6013L.

С помощью одного из этих устройств можно не только узнать точную емкость конденсатора, но и убедиться в отсутствии короткого замыкания между пластинами или внутреннего обрыва одной из клемм.

Некоторые производители даже заявляют, что их мультиметры способны проверять емкость конденсатора, не припаявая его к плате. Что, конечно, противоречит здравому смыслу.

К сожалению, проверка конденсатора мультиметром не поможет определить такие критические параметры, как ток утечки и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR).

Определение рабочего напряжения конденсатора

Строго говоря, если на конденсаторе нет знака и неизвестна цепь, в которой он находился, то узнать его рабочее напряжение неразрушающими методами НЕВОЗМОЖНО.

Однако, имея некоторый опыт, вы можете приблизительно оценить «на глаз» рабочее напряжение, исходя из размера конденсатора. Конечно, чем больше размер конденсатора и чем меньше его емкость, тем выше напряжение, на которое он рассчитан.

Способ №1: определение рабочего напряжения через напряжения пробоя

Если одинаковых конденсаторов несколько и одним из них не жалко пожертвовать, можно определить напряжение пробоя, которое обычно в 2-3 раза превышает рабочее.

Напряжение пробоя конденсатора измеряется следующим образом. Конденсатор подключен через токоограничивающий резистор к регулируемому источнику напряжения, который, очевидно, может выдавать больше, чем напряжение пробоя. Напряжение на конденсаторе контролируется вольтметром.

Затем напряжение постепенно повышают до тех пор, пока не произойдет неисправность (момент, когда напряжение на конденсаторе резко упадет до нуля). Для рабочего напряжения можно принять значение в 2–3 раза ниже напряжения пробоя. Но это… Вы можете иметь собственное мнение по этой теме.

Внимание! Обязательно соблюдайте все меры безопасности! При проверке конденсатора на отказ необходимо использовать защищенный держатель и средства индивидуальной защиты глаз.

Энергии заряженного конденсатора достаточно, чтобы создать небольшой ядерный взрыв прямо на рабочем столе. А некоторые типы керамических конденсаторов при электрическом сбое способны рассыпаться на очень маленькие, но твердые фрагменты, которые могут легко проколоть кожу (не говоря уже о глазах).

Способ №2: нахождение рабочего напряжения конденсатора через ток утечки

Этот метод определения рабочего напряжения конденсатора подходит для алюминиевых электролитических конденсаторов (полярных и неполярных). И таких конденсаторов больше всего.

Суть в том, чтобы уловить момент, когда его ток утечки начинает нелинейно увеличиваться. Для этого собираем простейшую схему и производим замеры тока утечки при различных значениях приложенного напряжения (начиная от 5 вольт и выше). Напряжение следует увеличивать постепенно, равными частями, записывая показания вольтметра и микроамперметра в таблицу.

Получил такую ​​пластину (мой чуйка сказал мне, что это довольно-таки высоковольтный конденсатор, поэтому я сразу начал добавлять по 10В):

Напряжение конденсатора, В	Ток утечки, мкА	Коэффициент усиления по току, мкА
10	1.1	1.1
ветры	2.2	1.1
тридцать	3.3	1.1
40	4.5	1.2
50	5,8	1.3
60	7.2	1.4
70	8.9	1,7
80	11.0	2.1
90	13,4	2,4
100	16.0	2,6

Как только будет замечено, что одно и то же повышение напряжения приводит каждый раз к непропорциональному увеличению тока утечки, эксперимент следует прекратить, так как перед нами не стоит задача довести конденсатор до электрического пробоя.

Если построить график из полученных значений, он будет выглядеть так: Видно, что начиная с 50-60 вольт график зависимости тока утечки от напряжения приобретает ярко выраженную нелинейность. А если учесть стандартный диапазон напряжений:

Стандартный диапазон номинальных рабочих напряжений конденсатора, В

6.3

10

16

ветры

25

32

40

50

63

80

100

125

160

200

250

315

350

400

450

500

Можно предположить, что для этого конденсатора рабочее напряжение 50 или 63 В. Согласен, метод довольно трудоемкий, но не упомянуть о нем было бы ошибкой.

Как проверить не выпаивая

возможна игра конденсатора мультиметром без распайки. Для этой проверки выбираем полезный экземпляр с похожими характеристиками и ввариваем его в схему параллельно исследуемой. Работающее устройство расскажет о проблеме в первом пункте. Метод не распространяется на цепи высокого напряжения.

Проверить мультиметром мощный пусковой конденсатор можно без пайки на наличие искры. Заряженный конденсатор закрывают отверткой или другим инструментом с изолированной ручкой. Характерный звук с искрой покажет работоспособность устройства.

Без специальных приборов проводить измерения нежелательно. Образцы высокого напряжения легко получить удар электрическим током, и невозможно определить точные значения.

Первый способ

Первый способ самый простой. Сабж проверяется тестером и звонится мультиметром. Устройство переведено в режим испытаний на выносливость. Также стоит учесть полярность. Щупы мультиметра подключаются к выводам конденсатора и измеряется сопротивление. При этом следует учитывать, что полученное значение не имеет практического применения, так как может быть указанием на другой элемент. Таким способом можно проверить емкостную часть на предмет короткого замыкания. Если значения на дисплее начинают постепенно расти, значит, отпечатанная часть загружена тестером и находится в хорошем состоянии.

Второй способ

Второй метод требует пайки конденсатора с такими же номиналами в цепи рядом с испытуемым элементом. Сварку нужно производить параллельно. Оба элемента измеряются на обесточенной плате.

Важно! Без пайки можно управлять только деталями, входящими в состав цепей низкого напряжения. Этот тест запрещен для цепей высокого напряжения.

Третий способ

Часто возникает ситуация, когда на плате несколько конденсаторов и очень сложно определить, какой из них неисправен. Паять каждый довольно кропотливо, при нагревании часто выходят из строя. Для проверки без распайки необходимо измерить выходное напряжение. Он должен быть таким же, как указано на теле элемента. Если нет напряжения, деталь сломана или закорочена. Если напряжение ниже оптимального значения, ячейка потеряла часть своей емкости.

Без распайки можно визуально определить бракованный элемент. Конденсатор может просто лопнуть, повредиться о корпус, стать углеродистым или разбухнуть.

К размышлению

Итак, мы познакомились с конденсатором, интересным, а иногда и опасным обитателем любой электронной платы. В следующих нескольких уроках мы уделим внимание резистору и индуктивности, а также их более сложному собрату — транзистору