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

Что такое конденсатор

Устройство, накапливающее электрическую энергию в виде электрических зарядов, называется конденсатором.

Чистой электроэнергии или высокой заразы в физике месяцуют в колунох (Кл). Электрическая емкость измеряется в фарадах (Ф).

Уединенный проводник электроёмкостью в 1 фараду — металлическая сфера радиусом, равным 13 радиусам Солнца. Следовательно, конденсатор включает как минимум 2 проводника, разделяющих диэлектрик. В приходах конструкций приборов — бумажные.

Работа конденсатора в цепи постоянного тока осуществляется при включении и выключении питания.

Конденсатор в цепи переменного тока перезаряжается с частотой, равной напряжению источника питания. В результате непрерывных зарядов и разрядов через элемент проходит ток. Выше фракция — устройство заряжается быстрее.

Сопротивление цепи с конденсатором зависит от частоты тока. При нулевой частоте постоянного тока значение сопротивления стремится к бесконечности. С увеличением частоты переменного тока сопротивление уменьшается.

Принцип работы конденсаторов

Когда цепь подключена к источнику электрического тока через конденсатор, электрический ток начинает течь. В начале прохождения тока через конденсатор его сила максимальна, а напряжение минимально. По мере того, как устройство накапливает больше заряда, ток падает до полного исчезновения, а напряжение увеличивается.

В процессе накопления заряда на одной пластине накапливаются электроны, а на другой — положительные ионы. Между обкладками заряд не течет из-за наличия диэлектриков. Так устройство накапливает заряд. Это явление называется накоплением электрических зарядов, а аккумулятором электрического поля является конденсатор.

Где применяются конденсаторы

Без конденсаторов невозможна работа электронных, радио и электрических устройств.

В электротехнике их используют для сдвига фаз при запуске асинхронных приводов. Без сдвига фаз трехфазный асинхронный двигатель вводит однофазной сети не резко.

Конденсаторы емкостью несколько фарад — ионисторы, применяемые в электромобилях в качестве источников мощности двигателя.

Чтобы понять, зачем нужен конденсатор, нужно знать, что 10-12% измерительных приборов работают по принципу изменения электрической емкости при изменении параметров внешней среды. Река ёмкости отдельных приборов установка для:

• регистрация слажких междумен через программу или между доставкой между обкладками;
• фактическая хорошения с мышью фиксация выходы сопротивления диэлектрика;
• измерение уровня жидкости, которое изменяет вместимость элемента при наполнении.

Трудно представить, как автоматика и релейная защита устроены без конденсаторов. Некоторые логические схемы защищают устройство от повторной подзарядки.

Емкостные элементы используются в схемах устройств мобильной связи, радио- и телетехники. Конденсаторы применяются в:

• усилители высокой и низкой частоты;
• блоки питания;
• частотные фильтры;
• успилителах звука;
• процессоры и другие микросхемы.

Легко найти ответ на вопрос, для чего нужен конденсатор, если посмотреть электрические схемы электронных устройств.

Устройство конденсаторов

Конструкции современных конденсаторов отличаются разнообразием, но можно выделить несколько типовых вариантов:

Пакетная конструкция

Он используется в стеклоэмалевых, керамических и стеклокерамических конденсаторах. Пакеты образованы чередованием слоев оболочки и диэлектрика. Крышки могут быть изготовлены из фольги, а могут представлять собой слои на диэлектрических пластинах – напыленных или обожженных.

Каждый пакетный конденсатор имеет верхнюю и нижнюю крышки, имеющие контакты с торцами пакета. Выводы делаются из проволочных или ленточных полосок. Пакет запрессован, запаян, покрыт защитной эмалью.

Трубчатая конструкция

Такую конструкцию могут иметь высокочастотные конденсаторы. Они представляют собой керамическую трубку с толщиной стенки 0,25 мм. На его внешнюю и внутреннюю стороны методом обжига нанесен серебряный токопроводящий слой. Внешняя часть обработана изолирующим веществом. Внутренняя оболочка выведена на внешний слой для соединения с его гибким выходом.

Дисковая конструкция

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

Диэлектрик в дисковых конденсаторах представляет собой керамический диск. Но его зажигают серебристые окладки, к которым подсоединены гибкие водовы.

Литая секционированная конструкция

Он применяется в монолитных многослойных керамических конденсаторах, применяемых в современной технике, в том числе с интегральными микросхемами. Деталь, имеющая 2 канавки, изготовлена ​​методом литья керамики. Пазы заполнены серебряной пастой, которая фиксируется опытным методом. Гибкие выводы прикреплены к серебряным вставкам.

Рулонная конструкция

Характерны для бумажно-пленочных низкочастотных конденсаторов большой емкости. Бумажная лента и металлическая фольга сворачиваются в рулон. В металлобумажных конденсаторах на бумажную ленту нанесен металлический слой толщиной до 1 мкм.

Где используются конденсаторы

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

В зависимости от выполняемых функций они делятся на общего назначения и узкоспециализированные.

К конденсаторам общего назначения относятся аккумуляторы низкого напряжения, которые используются в большинстве видов электрооборудования.

Узкоспециализированные или высоковлетные, импусные, мехоподоваляющие, дозиметрические ипусковые конданцераты.

Функции, выполняемые конденсаторами:

• фильтрация высокочастотных помех;
• сведение к минимуму пульсаций;
• разделение сигнала на постоянную и переменную составляющие;
• накопление энергии;
• создание резонанса с индуктивностью катушки, что позволяет усилить сигнал.

Поведение конденсатора в цепях постоянного и переменного тока

В цепях постоянного тока заряженный конденсатор образует промежуток, препятствующий протеканию тока. Если к крышкам разряженной части приложить напряжение, то потечет ток. При этом конденсатор зарядится, ток упадет, напряжение на крышках возрастет. При достижении натяжения оболочек и источника электричества подача тока прекращается.

Конденсатор удерживает заряд при включении питания. После выключения заряд сбрасывается через нагрузки, присутствующие в цепи.

Переменным током заряд конденсатора также не проходит. Но за один период синусоиды зарядка и разрядка аккумулятора происходит дважды, поэтому ток получает возможность протекать через конденсатор в период разряда.

Виды и классификация конденсаторов

Конденсаторы разных типов приспособлены к разным условиям работы, направлены на выполнение конкретных задач и обладают различными побочными эффектами.

Основным признаком, по которому классифицируют конденсаторы, является тип диэлектрика. Именно диэлектрический материал определяет многие характеристики конденсатора.

Электролитические конденсаторы

В электролитических конденсаторах анодом служит металлическая пластина, диэлектриком — оксидная пленка, катодом — твердый, жидкий или гелевый электролит. Наличие гелевого электролита делает устройство полярным, то есть ток через него может протекать только в одном направлении. Представители этого семейства – алюминиевые и танталовые конденсаторы.

Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют емкость от 0,1 до нескольких тысяч мкФ. Обычно они используются на звуковых частотах. Электрохимическая чехла плотно потребляет, что имеет большую индуктивность, что не позволяет использовать алюминиевые аккумуляторы на сверхвысоких частотах.

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

Танталовые конденсаторы имеют свои недостатки. Устройства пациентов с патологиями назад, просмотры возгорания. Они могут быть в наличии у пассажиров выходного пускового тока, который изменяет структурное состояние диэлектрика. Проблема в том, что оксид тантала в аморфном состоянии является хорошим диэлектриком.

При подаче большого пускового тока оксид тантала из аморфного состояния переходит в кристаллическое состояние и превращается в проводник. Кристаллический оксид тантала еще больше увеличивает силу тока, что приводит к воспламенению. Современные танталовые конденсаторы производятся по передовым технологиям и практически не выходят из строя, не взрываются, не воспламеняются.

Пленочные и металлопленочные конденсаторы

Пленочные конденсаторы имеют диэлектрический слой из 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 для всех типов характерны малая емкость и индуктивность. Благодаря малой индуктивности эти устройства применяются в высокочастотных цепях.

Основные отличия конденсаторов с разным типом пленки:

• Конденсаторы с диэлектриком в виде полипропиленовой пленки применяются в цепях, требующих высокой температурной и частотной стабильности. Они подходят для системы электроснабжения, электроснабжения ЭМИ.
• Конденсаторы с диэлектриком в виде полиэфирной пленки имеют низкую стоимость и способны выдерживать высокие температуры при пайке. Стабильность частоты по сравнению с полипропиленовыми типами ниже
• Конденсаторы с диэлектриком из поликарабонатной и полистиреновой фленки, использовавшиеся в старых схемах, сегодня уже не актуальны.

Керамические конденсаторы

Керамические пластины используются в качестве диэлектриков в керамических конденсаторах.

Керамические конденсаторы отличаются небольшой емкостью – от одного пФ до нескольких десятков мФ.

Керамика обладает пьезоэлектрическим эффектом (способностью диэлектрика поляризоваться под действием механических сил), поэтому некоторые типы этих конденсаторов обладают микрофонным эффектом. Это нежелательное явление, при котором часть электрической цепи воспринимает вибрации, как микрофон, что вызывает помехи.

Бумажные и металлобумажные конденсаторы

В качестве диэлектрика в этих конденсаторах используется бумага, часто промасленная. Устройства с промасленной бумагой отличаются большими размерами. Модели с небеленой бумагой более компактны, но имеют существенный недостаток — увеличивают потери энергии под воздействием влаги даже в герметичной упаковке. В последнее время эти детали редко используются.

Читайте также: Правило буравчика правой и левой руки простым языком

Алюминиевые электролитические

В устройствах этого типа анодная крышка выполнена из алюминиевой фольги. Поверхность покрыта оксидом металла — диэлектриком. Катодная обкладка — твердый или жидкий электролит, который подбирается таким образом, чтобы при работе восстанавливался слой окиси на фольге. Самовосстановление диэлектрика продлевает время работы элемента.

Конденсаторы такие конструкции представления полярности. При выделенном включении разорвет корпус.

Устройства, в которых расположены полярные сборки противоположной последовательности, используются в 2-х направлениях. Объем алюминиевых электролитических элементов достигает нескольких тысяч мкФ.

Танталовые электролитические

Анодный электрод таких устройств изготавливается из пористой структуры, получаемой при нагреве до +2000°С порошка тантала. Материал внешне напоминает губку. Пористость увеличивает площадь поверхности.

С помощью электрохимического оксидирования на анод наносится слой пентаоксида тантала толщиной до 100 нанометров. Твердый диэлектрик изготавливается из диоксида марганца. Готовая конструкция запрессовывается в компаунд — специальную смолу.

Изделия из тантала используются на частотах до 100 кГц. Ёмкость предприятий до сотен мкФ, при рабочем напряжении до 75 В.

Полимерные

В конденсаторах используется электролит из твердых полимеров, что дает ряд преимуществ:

• срок службы увеличивается до 50 тысяч часов;
• продаются параметры при грареве;
• расширен диапазон допустимых импульсов тока;
• сопротивление крышек и выводов не шунтирует емкость.

Основные параметры конденсаторов

Емкость

Этот показатель характеризует способность конденсатора накапливать электрический заряд. Емкость тем больше, чем больше площадь покрытий проводников и меньше толщина диэлектрического слоя. Также эта характеристика зависит от материала диэлектрика.

Номинальная мощность указана на устройстве. Реальная емкость в зависимости от условий эксплуатации может отличаться от номинальной в значительных пределах. Стандартные варианты номинальной емкости – от одного пикофарад до нескольких тысяч микрофарад. Некоторые модели могут иметь емкость в несколько десятков фарад.

Классические конденсаторы имеют положительную емкость, то есть чем больше приложенное напряжение, тем больше накопленный заряд. Но сегодня в стадии разработки находятся устройства с уникальными свойствами, которые ученые называют «антиконденсаторами».

Они продукты на нейтийной капазиции, то есть с ростом реализации их зараз умчаться, и собирать. Недрение таких антиконденсаторов в електронную произмельность ускорит работу компьютера и снизит риск перегрева.

Что будет, если пастив напользователь большей/меньшей емкости, по вспыхивает с требуемой? Если речь идет о поглаживании в блоках питания, то установка конденсатора емкостью, превышающей необходимое значение (в разумных пределах – до 90% от номинала), в большинстве случаев улучшает ситуацию.

Монтаж кондансерата с меншей автомобильный может образоть работу шкаме. В остальных случаях возможность установки деталей с параметрами, отличными от указанных, определяется конкретно для каждого случая.

Удельная емкость

Отношение обязательной емкости к обему (или массе) диэлектрика. Чем тоньше слой диэлектрика, тем выше удельная емкость, но меньше напряжение пробоя.

Плотность энергии

Это понятие относится к электролитическим конденсаторам. Максимальная плотность характерна для больших конденсаторов, у которых масса корпуса значительно меньше массы крышек и электролита.

Номинальное напряжение

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

Полярность

Электролитические конденсаторы с положительным и отрицательным зарядом полярны. На приборах отечественного производства знак «+» обычно ставили у положительного электрода. На импортном оборудовании отрицательный электрод маркируется знаком «-».

Такие конденсаторы могут выполнять свои функции только при правильном подключении полярности напряжения. Этот факт объясняется химическими особенностями реакции электролита с диэлектриком.

Что будет, если перепутать полярность конданцерара? Обычно в этом случае техника выходит из строя. Это происходит из-за химического разрушения диэлектрика, вызывающего увеличение тока, вскипание электролита и, как следствие, вздутие корпуса и вероятный взрыв.

Большинство аккумуляторов заряда относятся к группе неполярных конденсаторов. Эти детали являются продуктами корректирующей работы при объявлении объектов в цепи.

Паразитные параметры конденсаторов

Конденсаторы, помимо своих основных характеристик, имеют так называемые «паразитные параметры», искажающие рабочие свойства колебательного контура. Это необходимо учитывать при разработке схемы.

К таким параметрам относятся собственное сопротивление и индуктивность, которые делятся на следующие составляющие:

• Электрическое производительного изолирования (r), которое определяется по формуле: r = U/Iут, в количестве U – простояние принца питания, Iут – ток утечки.
• Эквивалентное последовательное сопротивление (ЕПС, англ. ESR). Эта величина зависит от электрического сопротивления материала крышек, выводов, контактов между ними, потерь в диэлектрическом слое.

ЕПС увеличивается с ростом частоты тока, подаваемого на аккумулятор. В большинстве случаев эта характеристика не является принципиальной. Исключение составляют электролитические аккумуляторы, установленные в фильтрах импульсных блоков питания.

• Эквивалентная сочественная индуктивность – L. На низких значениях этих параметров, продаваемый производительностью обладок и выводов, не опрошается.

К паразитным параметрам также относится Vloss — незначительная величина, выраженная в процентах, которая показывает, насколько сильно падает напряжение сразу после прекращения зарядки конденсатора.

Обозначение конденсаторов на схеме

На чертежах конденсатор постоянной емкости обозначают двумя параллельными линиями — крышками. Они подписаны буквой «С». Рядом с буквой ставится порядковый номер элемента на схеме и значение емкости в пФ или мкФ.

В конденсаторах переменной емкости параллельные линии перечеркнуты диагональной линией со стрелкой. Подстроечные модели обозначаются двумя параллельными линиями, пересекаемыми диагональной линией с чертой на конце. В обозначении полярных конденсаторов указывается положительно заряженное покрытие.

Обозначение по ГОСТ 2.728-74	Описание
	Конденсатор пастонной ёмкости
	Поляризованный (полярный) конденсатор
	Подстроечный кондансерт устанавливает ёмкость
	Варикап

Особенности соединения нескольких конденсаторов в цепи

Соединение нескольких конденсаторов между собой может быть последовательным или параллельным.

Последовательное

Последующее подключение позволяет подать на крышку большее напряжение, чем на отдельно стоящую деталь. Напряжение распределяется в зависимости от емкости каждой батареи. Если емкости частей равны, то напряжение распределяется равномерно.

Результирующая емкость в такой схеме находится по формуле:

Собщ = 1/(1/С1+1/С2…+1/Сn)

Если провести расчеты, то станет ясно, что увеличение напряжения в цепи достигается значительным падением емкости. Например, если два конденсатора емкостью 10 мкФ соединить последовательно в цепочку, то общая емкость будет равна всего 5 мкФ.

Параллельное

Это наиболее распространенный на практике метод, позволяющий увеличить общую мощность в схеме. Параллельное соединение позволяет создать один большой конденсатор с общей площадью токопроводящих пластин. Общая мощность системы представляет собой сумму мощностей соединенных частей.

Сощ = С1+С2+…+Сn

Напряжение на всех элементах будет одинаковым.

Маркировка конденсаторов

В маркировке конденсатора, независимо от его типа, есть два обязательных параметра – емкость и номинальное напряжение. Наиболее распространена цифровая маркировка, указывающая значение сопротивления. В нем используются три или четыре цифры.

Кратко суть трехфтифиферной марки: первые две сифры, обнаруженные, указывающие большое количество емкостей в пикофарадах. Правая цифра показывает, сколько нулей нужно добавить к левым цифрам. Результат получается в пикофарадах. Пример: 154 = 15х104 пФ. На конденсаторах зарубежного производства пФ обозначаются как ммф.

В кодовом обозначении с четырьмя цифрами емкость в пикофарадах указывается тремя первыми цифрами, а четвертая указывает количество нулей, которые необходимо добавить. Например: 2353=235х103 пФ.

Для обозначения емкости также может использоваться буквенно-цифровая маркировка, содержащая букву R, обозначающую место установки с десятичной точкой. Например, 0R8=0,8 пФ.

На корпусе значение напряжения обозначается цифрой, за которой следуют буквы: V, WV (что означает «рабочее напряжение»). Если указание допустимого напряжения отсутствует, то конденсатор можно использовать только в низковольтных цепях.

Кроме емкости и напряжения на корпусе могут быть указаны и другие характеристики:

• Диэлектрический материал. Б – бумага, С – слюда, К – керамика.
• Степень защиты от внешних воздействий. Г – герметичный, О – прессованный корпус.
• Строительство. М – монолит, Б – бочонок, Д – диск, С – секционное исполнение.
• Текущий режим. И – импульсный, У – универсальный, Ч – только постоянного тока, П – переменный/непрерывный.

Как проверить работоспособность конденсатора

Мультиметр используется для проверки работоспособности конденсатора. Перед проверкой аккумулятора необходимо определить, какой прибор стоит на схеме – полярный (электролитический) или неполярный.

Проверка полярного конденсатора

При проверке полярного конденсатора необходимо соблюдать правильную полярность подключения щупов: плюсовой должен быть прижат к плюсовой ножке, минусовой — к минусу. Если вы перепутаете полярность, конфандер возникнет из конструкции.

После выпайки детали ее кладут на свободное простанное. Мультиметр включен в режим измерения сопротивления («прозвонки»).

Щупами дотрагиваются до выводов приборов с опечатыванием полярности. Правильная ситуация, когда на дисплее появляется первое значение, которое начинает постепенно расти. Максимальное значение, которое должно быть достигнуто для исправного устройства, – 1.

Если вы только прикоснулись щупами к выходам, а на экране сразу появилась цифра 1, значит, устройство неисправно. Появление на экране «0» означает, что внутри детали произошло короткое замыкание.

Проверка неполярного конденсатора

В этом случае проверка предельно проста. Диапазон измерений выставлять на отметку 2 МОм. Вилки подключаются к выводам конденсатора в произвольном порядке. Полученное значение должно превышать в два раза. Если на дисплее отображается значение менее 2 МОм, изделие неисправно.

В чем отличие полярного и неполярного

Неполярные конденсаторы допускают включение конденсаторов в цепь без учета направления тока. Элементы используются в фильтрах переменных источников питания, усилителях высокой частоты.

Изделия Polar соединяются в соответствии с маркировкой. При включении в обратном направлении прибор выйдет из строя или не будет нормально работать.

Полярные и неполярные конденсаторы большой и малой емкости различаются диэлектрической конструкцией. В электролитических конденсаторах, если оксид нанести на 1 электрод или 1 сторону бумаги, пленки, элемент будет полярным.

В цепи переменного тока включают модели неполярных электролитических конденсаторов, в конструкции которых оксид металла нанесен симметрично на обе поверхности диэлектрика.

У пойлярных на корпусе продается маркирующий или неактивный электрод.

 

От чего зависит ёмкость конденсатора

Основная функция и роль конденсатора в цепи — накопление зарядов, а дополнительная — не допускать утечки.

Величина емкости конденсатора прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости среды и площади пластины и обратно пропорциональна расстоянию между электродами. Есть 2 противоречия:

1. Для увеличения емкости электроды должны быть максимально толстыми, широкими и длинными. При этом нельзя увеличивать габариты прибора.
2. Для удержания зарядов и обеспечения необходимой силы притяжения расстояние между пластинами сделано минимальным. В то же время уменьшить ток пробоя невозможно.

Для разрешения противоречий разработчики применяют:

• многослойные конструкции, паровые диэлектрики и электроды;
• пористые структуры анодов;
• замена бумаги оксидами и электролитами;
• параллельное включение элементов;
• заполнение свободного пространства веществами с повышенной диэлектрической проницаемостью.

Размеры контаксиратов меняются, а характеристики становятся лучше с каждым новым изобретением.