Конденсаторы, свойства конденсатора, обозначение конденсаторов на схемах, основные параметры

Плоский конденсатор

Существует множество типов конденсаторов различной формы и внутреннего устройства. Рассмотрим самый простой и принципиальный — плоский конденсатор. Плоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин проводника (обкладок), электрически изолированных друг от друга воздухом, или специальным диэлектрическим материалом (например бумага, стекло или слюда).

устройтво плоского конденсатора и обозначение на схеме

Что такое конденсатор

Конденсатор или как в народе говорят – “кондер”, образуются от латинского “condensatus”, что означает как “уплотненный, сгущенный”. Он представляет из себя пассивный радиоэлемент, который обладает таким свойством, как сохранение электрического заряда на своих обкладках, если, конечно, перед этим его зарядить каким-нибудь источником питания.

Грубо говоря, конденсатор можно рассматривать как батарейку или аккумулятор электрической энергии. Но вся разница в том, что аккумулятор или батарейка имеют в своем составе источник ЭДС, тогда как конденсатор лишен этого внутреннего источника.

Ёмкость конденсаторов

        Основнойхарактеристикой конденсатора является его электрическая ёмкость (точнееноминальная ёмкость), которая определяет его заряд в зависимости отнапряжения на обкладках (q = CU). Типичные значения ёмкостиконденсаторов составляют от единиц пикофарад до сотен микрофарад.Однако существуют конденсаторы с ёмкостью до десятков фарад.

Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью bd407381dbb48ccc98056469548cd40d.png каждая, расположенных на расстоянии c69e01d2d0dfc7f852f22cd4ac875c32.png друг от друга, в системе СИ выражается формулой:4196a8cb56c38eb05ede36f85c2091ae.pngгде 84846c3ad81a4121d689f8061d2c9436.png — относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющейпространство между пластинами (эта формула справедлива, лишь когда c69e01d2d0dfc7f852f22cd4ac875c32.png много меньше линейных размеров пластин).

        Дляполучения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этомнапряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкостьбатареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всехконденсаторов, входящих в батарею.

Capacitorsparallel.png59144f5dd67a085a548cc4c7bb351adb.png

        Еслиу всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние междуобкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можнопредставить как один большой конденсатор, разделённый на фрагментыменьшй площади.При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсатороводинаковы. Общая ёмкость батареи последовательно соединённыхконденсаторов равна

Конденсатор что такое конденсатор ёмкость обозначения параметры характеристики типы виды конденсаторов условные графические обозначения, уроки начинающим, радиолюбителям59144f5dd67a085a548cc4c7bb351adb.png

        Этаёмкость всегда меньше минимальной ёмкости конденсатора, входящего вбатарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможностьпробоя конденсаторов, так как на каждый конденсатор приходится лишьчасть разницы потенциалов источника напряжения.Если площадь обкладок всех конденсаторов, соединённых последовательно,одинакова, то эти конденсаторы можно представить в виде одного большогоконденсатора, между обкладками которого находится стопка из пластиндиэлектрика всех составляющих его конденсаторов.

Формулы

На рисунке 3 наглядно показано формулы для определения емкости, в т. ч. и для сферы.

Электроёмкость проводникаРис. 3. Электроёмкость проводника

По отношению к конденсатору, для  определения его емкости применяют формулу: C = q/U. То есть, эта величина прямо пропорциональна заряду одной из обкладок и обратно пропорциональна разнице потенциалов между обкладками (см. рис. 4).

Ёмкость конденсатораЁмкость конденсатора

О других способах определения ёмкости конденсатора читайте в нашей статье: https://www.asutpp.ru/kak-opredelit-emkost-kondensatora.html

От чего зависит электроемкость конденсатора

Определить этот параметр можно по формуле:

C = d * e0*e * S.

Здесь, кроме отмеченных выше величин, добавлено расстояние (d) между пластинами. Понятна прямая зависимость от размеров обкладок, расстояния между ними, диэлектрических свойств промежуточного слоя.

Это соотношение объясняет необходимость применения рулонных конструкций. Типовое решение – создание чередующихся слоев из металлического проводника (фольга 8-15 мкм) и бумаги (6-7 мкм).

онструкции керамических дисковых, трубчатых и литых конденсаторов

онструкции керамических дисковых, трубчатых и литых конденсаторов

На рисунке отмечены следующие детали:

  1. пластины;
  2. внутренние электроды;
  3. керамика (диэлектрик);
  4. выводы.

Уменьшение расстояния между обкладками, кроме ухудшения накопительных свойств, повышает вероятность электрического пробоя.

От чего зависит электроемкость конденсатора

Для расчета ёмкости применяется формула:

C=ε*ε0*Sd, где:

  • S − площадь обкладок;
  • d − расстояние между ними;
  • Фмε0=8,85*10−12 Ф/м − электрическая постоянная;
  • ε − диэлектрическая проницаемость изоляционного материала, находящегося между электродами.

Таким образом, ёмкость зависит от площади обкладок, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости изоляционного материала.

Электроёмкость плоского конденсатора

Электроёмкость плоского конденсатора

Для уменьшения габаритов «сэндвич» из плоских электродов с изолятором между ними сворачивается в рулон. При условии, что толщина изолятора во много раз меньше радиуса цилиндра, последним можно пренебречь.

Ещё один путь увеличения ёмкости – уменьшение расстояния между обкладками, при этом падает электрическая прочность – напряжение, при котором происходит пробой конденсатора, и он выходит из строя.

Интересно. В новом типе конденсаторов – ионисторах в качестве обкладок используется активированный уголь или графен, пористая структура которых позволяет многократно увеличить ёмкость элементов (до нескольких фарад).

Заряд конденсатора. Напряжение

В самом начале переходного периода зарядки, напряжение между обкладками конденсатора равняется нулю. Как только на обкладках начинают появляться заряженные частицы, между разноименными зарядами возникает напряжение. Причиной этому является диэлектрик между пластинами, который «мешает» стремящимся друг к другу зарядам с противоположным знаком перейти на другую сторону конденсатора.

На начальном этапе зарядки, напряжение быстро растет, потому что большой ток очень быстро увеличивает количество заряженных частиц на обкладках. Чем больше заряжается конденсатор, тем меньше ток, и тeм медленнее растет напряжение. В конце переходного периода, напряжение на конденсаторе полностью прекратит рост, и будет равняться напряжению на источнике питания.

напряжение и ток конденсатора

Как видно на графике, сила тока конденсатора напрямую зависит от изменения напряжения.

Формула для нахождения тока конденсатора во время переходного периода:

формула тока конденсатора во время переходного периода

  • Ic — ток конденсатора
  • C — Емкость конденсатора
  • ΔVc/Δt – Изменение напряжения на конденсаторе за отрезок времени

Цветовая кодировка электролитических конденсаторов.

Что касается малогабаритных электролитических конденсаторов, то их номинальная емкость кодируется с помощью двух полосок и одного цветового пятна. Первая и вторая полоска определяет число, а пятно — множитель. Цветовая кодировка первых двух полосок у электролитических конденсаторов полностью соответствует маркировке конденсаторов керамических. Необходимо учитывать, лишь то, что величина емкости у «электролитов» получается в микрофарадах, а не пикофарадах как у керамических конденсаторов. Цвета пятна, означающего множитель:
черный — 1;
коричневый — 10;
красный — 100;
серый — 0,01;
белый — 0,1;
Например, цвет первой полоски голубой( цифра 6), второй — оранжевый( цифра 3), при коричневом цвете пятна( множитель — 10). Это означает 63*10= 630 микрофарада. Если у электролитического конденсатора присутствует третья полоска, то она определяет его номинальное напряжение:
белый цвет — 3 вольта;
желтый — 6,3 вольт;
черный — 10 вольт;
зеленый — 16 вольт;
голубой — 20 вольт;
серый — 25 вольт;
розовый — 35 вольт.

capaselmark.jpg

Плюсовой вывод в таких электролитических конденсаторах — более толстый, чем минусовой.

Самый большой в мире плоский конденсатор

Столь систематизированные, но в корне неверные толкования не остановили Вольту на исследовательском пути. Он упорно изучал электрофорус, как совершенный генератор того времени. Вторым был серный шар Отто фон Герике, изобретённый на век раньше (1663 год). Его конструкция мало менялась, но после открытий Стивена Грея заряд начали снимать при помощи проводников. К примеру, в электрофорной машине применяются металлические гребёнки-нейтрализаторы.

Долгое время учёные раскачивались. Электрофорная машина 1880 года вправе считаться первым мощным генератором разряда, позволявшим получить дугу, но истинной силы электроны достигли в генераторе Ван де Граафа (1929 год), где разница потенциалов составила единицы мегавольта. Для сравнения – грозовое облако, согласно данным Википедии, обнаруживает потенциал относительно Земли в единицы гигавольт (на три порядка больше, чем в человеческой машине).

Суммируя сказанное, с определённой долей уверенности скажем, что природные процессы используют в качестве принципа действия электризацию трением, влиянием и прочие виды, а мощный циклон считается самым большим из известных плоских конденсаторов. Молния показывает, что случается, когда диэлектрик (атмосфера) не выдерживает приложенной разницы потенциалов и пробивается. В точности аналогичное происходит в плоском конденсаторе, созданном человеком, если вольтаж оказывается непомерным. Пробой твёрдого диэлектрика необратим, а возникающая электрическая дуга часто служит причиной расплавления обкладок и выхода изделия из строя.

Уединенный проводник и его емкость

Уединенным называют проводник, влиянием на который других элементов цепей можно пренебречь. Предполагается, что все другие проводники бесконечно удалены от него, а как известно, потенциал точки, бесконечно удаленной в пространстве, равен 0.

Электрическую емкость C уединенного проводника, определяют как количество электричества q, которое требуется для повышения электрического потенциала на 1 В: С = q/ϕ. Параметр не зависит от материала, из которого изготовлен проводник.

Практические измерения

Формула расчёта ёмкости конденсатора в зависимости от площади пластинЗначение ёмкости конденсатора обозначается на корпусе в дробных фарадах или с помощью цветового кода. Но со временем компоненты способны потерять свои качества, поэтому для некоторых критических случаев последствия могут быть неприемлемыми. Существуют и другие обстоятельства, требующие измерений. Например, необходимость знать общую ёмкость цепи или части электрооборудования. Приборов, осуществляющих непосредственное считывание ёмкости, не существует, но значение может быть вычислено вручную или интегрированными в измерительные устройства процессорами.

Для обнаружения фактической ёмкости нередко используют осциллограф как средство измерения постоянной времени (т). Эта величина обозначает время в секундах, за которое конденсатор заряжается на 63%, и равна произведению сопротивления цепи в омах на ёмкость цепи в фарадах: т=RC. Осциллограф позволяет легко определить постоянную времени и даёт возможность с помощью расчётов найти искомую ёмкость.

Существует также немало моделей любительского и профессионального электронного измерительного оборудования, оснащённого функциями для тестирования конденсаторов. Многие цифровые мультиметры обладают возможностью определять ёмкость. Эти устройства способны контролируемо заряжать и разряжать конденсатор известным током и, анализируя нарастание результирующего напряжения, выдавать довольно точный результат. Единственный недостаток большинства таких приборов — сравнительно узкий диапазон измеряемых величин.

Более сложные и специализированные инструменты — мостовые измерители, испытывающие конденсаторы в мостовой схеме. Этот метод косвенного измерения обеспечивает высокую точность. Современные устройства такого типа оснащены цифровыми дисплеями и возможностью автоматизированного использования в производственной среде, они могут быть сопряжены с компьютерами и экспортировать показания для внешнего контроля.

Максимальное рабочее напряжение на конденсаторе

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

максимальное рабочее напряжение конденсаторамаксимальное рабочее напряжение конденсатора

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

Здесь есть один нюанс, о котором часто забывают. Дело в том, что на конденсаторе написано именно на какое постоянное напряжение он рассчитан, а не переменное. Если такой конденсатор, как на рисунке выше, с максимальным рабочим напряжением в 50 Вольт вставите в цепь переменного тока с источником питания, который выдает 50 Вольт переменного тока, то ваш конденсатор взорвется. Так как 50 Вольт переменного тока – это действующее напряжение. Его максимальное значение будет 50 × √2 = 70,7 Вольт, что намного больше, чем 50 Вольт.

Полярность конденсаторов

300px-Defekte_Kondensatoren.jpg

        Многиеконденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируюттолько при корректной полярности напряжения из-за химическихособенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратнойполярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят изстроя из-за химического разрушения диэлектрика с последующимувеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, свероятностью взрыва корпуса.Взрывы электролитических конденсаторов — довольно распространённоеявление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора,вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентногопоследовательного сопротивления вследствие старения (актуально дляимпульсных устройств). Для уменьшения повреждений других деталей итравматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкостиустанавливают клапан или выполняют насечку на корпусе (часто можнозаметить её в форме буквы X, K или Т на торце). При повышениивнутреннего давления открывается клапан или корпус разрушается понасечке, испарившийся электролит выходит в виде едкого газа, и давлениеспадает без взрыва и осколков.

Паразитные параметры конденсаторов

        Реальныеконденсаторы, помимо ёмкости, обладают также собственнымисопротивлением и индуктивностью. С высокой степенью точности,эквивалентную схему реального конденсатора можно представить следующимобразом:

Конденсатор что такое конденсатор ёмкость обозначения параметры характеристики типы виды конденсаторов условные графические обозначения, уроки начинающим, радиолюбителямС — собственная ёмкость конденсатора;r — сопротивление изоляции конденсатора;R — эквивалентное последовательное сопротивление;L — эквивалентная последовательная индуктивность.

Заключение

Более подробно о том, что такое плоский конденсатор и как рассчитать его электроемкость, можно узнать из статьи “Электроемкость“. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов.

Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.sverh-zadacha.ucoz.ru

www.ru.solverbook.com

www.xn--80ancbkzagjllo.xn--p1ai

www.microtechnics.ru

www.energetik.com.ru

www.easy-physic.ru

Предыдущая

КонденсаторыЧем отличается пусковой конденсатор от рабочего?

Следующая

КонденсаторыЧто такое полярность конденсатора и как ее определить?

Эквивалентное последовательное сопротивление — R

        Эквивалентноепоследовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR) обусловлено главнымобразом электрическим сопротивлением материала обкладок и выводовконденсатора и контакта(-ов) между ними, а также потерями вдиэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока,протекающего через конденсатор.В большинстве случаев этим параметром можно пренебречь, но иногда(напр., в случае использования электролитических конденсаторов вфильтрах импульсных блоков питания) достаточно малое его значение можетбыть жизненно важным для надёжности устройства (см., напр., Capacitorplague(англ.)).

Конденсатор в цепи постоянного тока

Итак, берем блок питания постоянного напряжения и выставляем на его крокодилах напряжение 12 Вольт. Лампочку берем тоже на 12 Вольт. Теперь в разрыв цепи вставляем конденсатор.

конденсатор в цепи переменного тока

Нет, лампочка не горит.

А  вот если исключить конденсатор из цепи и подключить напрямую к лампочке, то лампа горит.

Что такое конденсатор

Отсюда напрашивается вывод: постоянный ток через конденсатор не течет! То есть в цепи постоянного тока идеальный конденсатор оказывает бесконечно большое сопротивление.

Если честно, то в самый начальный момент подачи напряжения ток все-таки течет на доыли секунды. Все зависит от емкости конденсатора.

Номинальное напряжение

Второй по значимости характеристикой после емкости является максимальное номинальное напряжение конденсатора. Данный параметр обозначает максимальное напряжение, которое может выдержать конденсатор. Превышение этого значения приводит к «пробиванию» изолятора между пластинами и короткому замыканию. Номинальное напряжение зависит от материала изолятора и его толщины (расстояния между обкладками).

Следует отметить, что при работе с переменным напряжением нужно учитывать именно пиковое значение (наибольшее мгновенное значение напряжения за период). Например, если эффективное напряжение источника питания будет 50В, то его пиковое значение будет свыше 70В. Соответственно необходимо использовать конденсатор с номинальным напряжением более 70В. Однако на практике, рекомендуется использовать конденсатор с номинальным напряжением не менее в два раза превышающим максимально возможное напряжение, которое будет к нему приложено.

Эквивалентная последовательная индуктивность — L

Эквивалентнаяпоследовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственнойиндуктивностью обкладок и выводов конденсатора. На низких частотах (доединиц килогерц) обычно не учитывается в силу своей незначительности.

Конденсатор в цепи переменного тока

Для того, чтобы узнать, как ведет себя конденсатор в цепи переменного тока, нам надо собрать простейшую схему, которая представляет из себя делитель напряжения. Смысл опыта такой: с помощью генератора частоты мы будем менять только частоту, а амплитуду оставим неизменной. По сути красная точка нам будет показывать сигнал с генератора частоты, а желтая – сигнал на резисторе. Снимая сигнал с резистора, мы можем косвенно узнать, как ведет себя конденсатор исходя из законов делителя напряжения.

Ток утечки

Также при работе конденсатора учитывается такой параметр как ток утечки. Поскольку в реальной жизни диэлектрик между пластинами все же пропускает маленький ток, это приводит к потере со временем начального заряда конденсатора.

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ) конденсаторов

ТКЕ — коэффициент измененияёмкости в зависимости от температуры. Таким образом значение ёмкости оттемпературы представляется линейной формулой:772326af15607de34a8ec45515b4f750.png

        где?T — увеличение температуры в °C или °К относительно нормальныхусловий, при которых специфицировано значение ёмкости. TKE применяетсядля характеристики конденсаторов со значительной линейной зависимостьюёмкости от температуры. Однако ТКЕ определяется не для всех типовконденсаторов. Для характеристики конденсаторов с выраженной нелинейнойзависимостью обычно указывают предельные величины отклонений отноминала в рабочем диапазоне температур.

Диэлектрическое поглощение конденсаторов

        Еслизаряженный конденсатор быстро разрядить до нулевого напряжения путёмподключения низкоомной нагрузки, а затем снять нагрузку и наблюдать занапряжением на выводах конденсатора, то мы увидим, что напряжениемедленно повышается. Это явление получило название диэлектрическоепоглощение или адсорбция электрического заряда. Конденсатор ведёт себятак, словно параллельно ему подключено множество последовательныхRC-цепочек с различной постоянной времени. Интенсивность проявленияэтого эффекта зависит в основном от свойств диэлектрика конденсатора.Наименьшим диэлектрическим поглощением обладают конденсаторы стефлоновым (фторопластовым) диэлектриком. Подобный эффект можнонаблюдать и на большинстве электролитических конденсаторов, но в них онявляется следствием химических реакций между электролитом и обкладками.

Конденсаторы вакуумные (обкладки без диэлектрика находятся в вакууме).
Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
Конденсаторы с жидким диэлектриком.
Конденсаторы с твёрдым неорганическимдиэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические,стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные изнеорганических плёнок.
Конденсаторы с твёрдым органическимдиэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные -бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.
Электролитические иоксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаютсяот всех прочих типов прежде всего своей огромной удельной ёмкостью. Вкачестве диэлектрика используется оксидный слой на металле, являющийсяанодом. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (вэлектролитических конденсаторах) или слой полупроводника (воксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидныйслой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, изалюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги.
Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:
Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы).
Переменные конденсаторы -конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессефункционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществлятьсямеханически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) итемпературой (термоконденсаторы). Применяются, например, врадиоприемниках для перестройки частоты резонансного контура.
Подстроечные конденсаторы -конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодическойрегулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Ихиспользуют для подстройки и выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемыхконтуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, гдетребуется незначительное изменение ёмкости.
Подстроечные конденсаторы -конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодическойрегулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Ихиспользуют для подстройки и выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемыхконтуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, гдетребуется незначительное изменение ёмкости.
зависимости от назначения можноусловно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специальногоназначения. Конденсаторы общего назначения используются практически вбольшинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относятнаиболее распространенные низковольтные конденсаторы, к которым непредъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являютсяспециальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные,помехоподавляюшие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Краткое обозначение!Типы конденсаторов:
БМ — бумажный малогабаритный
БМТ — бумажный малогабаритный теплостойкий
КД — керамический дисковый
КЛС — керамический литой секционный
КМ — керамический монолитный
КПК-М — подстроечный керамический малогабаритный
КСО — слюдянной опресованный
КТ — керамический трубчатый
МБГ — металлобумажный герметизированный
МБГО — металлобумажный герметизированный однослойный
МБГТ — металлобумажный герметизированный теплостойкий
МБГЧ — металлобумажный герметизированный однослойный
МБМ — металлобумажный малогабаритный
ПМ — полистироловый малогабаритный
ПО — пленочный открытый
ПСО — пленочный стирофлексный открытый

tabl_c.pngtabl_c_cod.jpgПо материалам: wikipedia.org, radiopartal.tut.su, aes.at.ua

http://ur4nww.da.ru

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Электрик в Дом