Что такое конденсаторы – Конденсаторы, свойства конденсатора, обозначение конденсаторов на схемах, основные параметры

Содержание

Что такое конденсаторы? | Электрознайка. Домашний Электромастер.


Одним из самых распространенных элементов в электрических цепях является конденсатор.
Конденсатор – это накопитель электрической энергии.
Его назначение:

  • запасать (заряжаться) электрический заряд в момент подключения к электрическому источнику;
  • отдавать (разряжаться) электрический разряд в нагрузку в момент пропадания напряжения от электрического источника (батареи).

Способность тела накапливать определенное количество электричества с одновременным ростом потенциала называется  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТЬЮ.
В формуле C = Q/U выражена зависимость емкости конденсатора С от количества запасенной энергии Q  в конденсаторе и величины напряжения U на его обкладках.
Где:

  •  С – емкость конденсатора в фарадах( Ф)
  •  Q – количество электрического заряда в кулонах
  •  U
    – напряжение в вольтах (В)

Емкость в 1 Фарад очень большая величина. Обычно пользуются мелкими ее единицами.
Где:

  •  Ф – Фарад,
  •  мкФ – микроФарад — тысячная доля Фарада,
  •  нФ – наноФарад — миллионная доля Фарада,
  •  пФ – пикоФарад — миллиардная доля Фарада.

Простейший, т.н. плоский конденсатор, состоит из 2-х близко расположенных металлических пластин (обкладок), между которыми помещен какой либо диэлектрик (воздух, бумага, слюда, керамика и т.д.). Емкость конденсатора зависит от площади поверхности пластин, расстояния между ними и электрической проницаемости диэлектрика.  C = µ • S/d 
где:

  •  С – емкость в пф
  •  S – площадь поверхности пластин (обкладок) в см.кв.
  •  d – расстояние между пластинами в мм.

Емкость конденсатора сильно зависит от вещества диэлектрика,находящегося между пластинами, его электрической проницаемости  

µ.

Значение рабочего напряжения конденсатора (напряжение, при котором он долгое время сохраняет свои электрические свойства), зависит от электрической прочности диэлектрика. Воздух обладает малой электрической прочностью, твердые диэлектрики имеют высокую электрическую прочность на пробой. На корпусе конденсатора обычно указывается его тип, рабоче напряжение, величина емкости.

В электрических цепях и цепях управления электрическими сигналами используют нерегулируемые (постоянные) и регулируемые (переменные) конденсаторы.
Конденсаторы переменной емкости состоят из блока неподвижных (статор) и блока подвижных (ротор) пластин, разделенных диэлектриком (обычно воздух). При вращении ротора изменяется площадь взаимного перекрытия пластин и соответственно изменяется величина емкости конденсатора. Емкость конденсатора также может изменяться и от изменения расстояния между пластинами.

По типу диэлектрика, конденсаторы делятся на группы:

1. Конденсаторы с воздушным диэлектриком.

Это конденсаторы переменной и постоянной емкост
 Применяются в основном в схемах радиотехники и автоматики. Емкость у них в пределах 1 – 1000 пФ.  Рабочее напряжение от десятков до сотен вольт.

2. Конденсаторы с твердым диэлектриком.

В качестве диэлектрика используется бумага, слюда, керамика и др. емкость этих конденсаторов в пределах 1 пФ – 100 мкФ, рабочее напряжение до тысяч вольт.

3. Конденсаторы с жидким диэлектриком.

Это электролитические или оксидные конденсаторы.В качестве диэлектрика в них используется тончайшая пленка оксида алюминия, полученная в результате электрохимической реакции.

Благодаря ничтожно малой толщине этого слоя, удается получить очень большие величины емкостей.Электролитический конденсатор состоит из 2-х алюминиевых пластин, помещенных в электролит или специальную пасту. Пластина с оксидной пленкой – одна из обкладок конденсатора. Второй обкладкой служит электролит или паста. Алюминиевая пластина без пленки обеспечивает контакт с электролитом.

Электролитические конденсаторы применяются в цепях постоянного и пульсирующего напряжения, его нельзя включать в цепи переменного тока. На корпусе указывается полярность подключения: плюс (+), минус (-). Корпус электролитического конденсатора обычно есть минус.

Если соединить последовательно два конденсатора одинаковой емкости навстречу друг другу (плюс с плюсом или минус с минусом) то получится неполярный конденсатор. Его можно включать в цепь переменного тока. Общая емкость и рабочее напряжение будут равны емкости и напряжению одного конденсатора.

К достоинствам электролитических конденсаторов относятся:

  • — относительно малые размеры и масса,
  • — большая емкость (до десятков тысяч микрофарад).

К недостаткам электролитических конденсаторов относятся:

  • — сравнительно малое рабочее напряжение (до 500 В)
  • — значительный ток утечки, значительные потери энергии
  • — конденсатор имеет полярность, (нельзя включать в цепь переменного тока)
  • — снижение емкости при длительном использовании (высыхает электролит).

Так же к недостаткам можно отнести частичное разрушение оксидной пленки после длительного хранения, ток утечки конденсатора при этом возрастает в десятки раз.
 Этот недостаток можно исправить. Конденсатор можно отформовать, т.е. поставить его на некоторое время (достаточно одного часа) под напряжение ниже рабочего, указанного на корпусе. Напряжение следует подавать через гасящий резистор 1 — 5 КОм с соблюдением полярности подключения. Оксидная пленка восстанавливается.

4. Конденсатор, где ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПЕРЕХОД диода выступает в РОЛИ ДИЭЛЕКТРИКА.
Любой полупроводниковый диод, если подать на него обратное напряжение, образует запирающий слой, не пропускающий обратный ток. Ширина этого слоя зависит от запирающего напряжения.

Образуется конденсатор с диэлектриком в виде запирающего слоя и обкладками. Если напряжение, смещающее диод в обратном направлении возрастает, емкость диода уменьшается и наоборот, при уменьшении напряжения обратного смещения до нуля, емкость увеличивается до максимума.

В зависимости от типа конденсатора и приложенного напряжения смещения , емкость его может меняться от 1 пФ до 500 пФ.

Полупроводниковый конденсатор – это

варакторный диод – варикап. Находит применение в резонансных цепях в радиоприемной и радиопередающей аппаратуре перестраиваемой с помощью управляющего напряжения. Варикап применяется вместо переменного конденсатора.

domasniyelektromaster.ru

Что такое КОНДЕНСАТОР | Техника и Программы

 

   Конденсаторы (от лат. condenso — уплотняю, сгущаю) — это радиоэлементы с сосредоточенной электрической емкостью, образуемой двумя или большим числом электродов (обкладок), разделенных диэлектриком (специальной тонкой бумагой, слюдой, керамикой и т. д.). Емкость конденсатора зависит от размеров (площади) обкладок, расстояния между ними и свойств диэлектрика.

   Важным свойством конденсатора является то, что для переменного тока он представляет _ собой сопротивление, величина которого уменьшается с ростом частоты.

   Как и резисторы, конденсаторы разделяют на конденсаторы постоянной емкости, конденсаторы переменной емкости (КПЕ), подстроечные и саморегулирующиеся. Наиболее распространены конденсаторы постоянной емкости. Их применяют в колебательных контурах, различных фильтрах, а также для разделения цепей постоянного и переменного токов и в качестве блокировочных элементов.

   Конденсаторы постоянной емкости. Условное графическое обозначение конденсатора постоянной емкости—две параллельные липни — символизирует его основные части: две обкладки и диэлектрик между ними (рис. 54). Около обозначения конденсатора на схеме обычно указывают его номинальную емкость, а иногда и номинальное напряжение. Основная единица измерения емкости — фарад (Ф) — емкость такого уединенного проводника, потенциал которого возрастает на один вольт при увеличении заряда на один кулон. Это очень большая величина, которая на практике не применяется. В радиотехнике используют конденсаторы емкостью от долей пикофарада (пФ) до десятков тысяч микрофарад (мкФ). Напомним, что 1 мкФ равен одной миллионной доле фарада, а 1 пФ — одной миллионной доле микрофарада или одной триллион-ной доле фарада.

   Согласно ГОСТ 2.702—75 номинальную емкость от 0 до 9 999 пФ указывают на схемах в пикофарадах без обозначения единицы измерения, от 10 000 пФ до 9 999 мкФ — в микрофарадах с обозначением единицы измерения буквами мк (рис. 55).

   Номинальную емкость и допускаемое отклонение от нее, а в некоторых случаях и номинальное напряжение указывают на корпусах конденсаторов.

 

 

   Рис. 54

 

 

   Рис. 55

   В зависимости от их размеров номинальную емкость и допускаемое отклонение указывают в полной или сокращенной (кодированной) форме. Полное обозначение емкости состоит из соответствующего числа и единицы измерения, причем, как и на схемах, емкость от 0 до 9 999 пФ указывают в пикофарадах (22 пФ, 3 300 пФ и т. д.), а от 0,01 до 9 999 мкФ —в микрофарадах (0,047 мкФ, 10 мкФ и т. д.). В сокращенной маркировке единицы измерения емкости обозначают буквами П (пикофарад), М (микрофарад) и Н (нанофарад; 1 нано-фарад=1000 пФ = 0,001 мкФ). При этом емкость от 0 до 100 пФ обозначают в пикофарадах, помещая букву П либо после числа (если оно целое), либо на месте запятой (4,7 пФ — 4П7; 8,2 пФ —8П2; 22 пФ — 22П; 91 пФ — 91П и т. д.). Емкость от 100 пФ (0,1 нФ) до 0,1 мкФ (100 нФ) обозначают в на нофарадах, а от 0,1 мкФ и выше — в микрофарадах. В этом случае, если емкость выражена в долях нанофарада или микрофарада, соответствующую единицу измерения помещают на месте нуля и запятой (180 пФ=0,18 нФ—Н18; 470 пФ=0,47 нФ —Н47; 0,33 мкФ —МЗЗ; 0,5 мкФ —МбО и т. д.), а если число состоит из целой части и дроби — на месте запятой (1500 пФ= 1,5 нФ — 1Н5; 6,8 мкФ — 6М8 и т. д.). Емкости конденсаторов, выраженные целым числом соответствующих единиц измерения, указывают обычным способом (0,01 мкФ —ЮН, 20 мкФ — 20М, 100 мкФ — 100М и т. д.). Для указания допускаемого отклонения емкости от номинального значения используют те же кодированные обозначения, что и для резисторов.

   В зависимости от того, в какой цепи используют конденсаторы, к ним предъявляют и разные требования. Так, конденсатор, работающий в колебательном контуре, должен иметь малые потери на рабочей частоте, высокую стабильность емкости во времени и при изменении температуры, влажности, давления и т. д.

   Потери в конденсаторах, определяемые в основном потерями в диэлектрике, возрастают при повышении температуры, влажности и частоты. Наименьшими потерями обладают конденсаторы с диэлектриком из высокочастотной керамики, со слюдяными и пленочными диэлектриками, наибольшими — конденсаторы с бумажным диэлектриком и из сегнетокерамики. Это обстоятельство необходимо учитывать при замене конденсаторов в радиоаппаратуре. Изменение емкости конденсатора под воздействием окружающей среды (в основном, ее температуры) происходит из-за изменения размеров обкладок, зазоров между ними и свойств диэлектрика. В зависимости от конструкции и примененного диэлектрика конденсаторы характеризуются различным температурным коэффициентом емкости (ТКЕ), который показывает относительное изменение емкости при изменении температуры на один градус; ТКЕ может быть положительным и отрицательным. По значению и знаку этого параметра конденсаторы разделяются на группы, которым присвоены соответствующие буквенные обозначения и цвет окраски корпуса.

   Для сохранения настройки колебательных контуров при работе в широком ‘интервале температур часто используют последовательное и параллельное соединение конденсаторов, у которых ТКЕ имеют разные знаки. Благодаря этому при изменении температуры частота настройки такого термокомпенсированного контура остается практически неизменной.

   Как и любые проводники, конденсаторы обладают некоторой индуктивностью. Она тем больше, чем длиннее и тоньше выводы конденсатора, чем больше размеры его обкладок и внутренних соединительных проводников. Наи

   большей индуктивностью обладают бумажные конденсаторы, у которых обкладки выполнены в виде длинных лент из фольги, свернутых вместе с диэлектриком в рулон круглой или иной формы. Если не принято специальных мер, такие конденсаторы плохо работают на частотах выше нескольких мегагерц. Поэтому на практике для обеспечения работы блокировочного конденсатора в широком диапазоне частот параллельно бумажному подключают керамический или слюдяной конденсатор небольшой емкости.

   Однако существуют бумажные конденсаторы и с малой собственной индуктивностью. В них полосы фольги соединены с выводами не в одном, а во многих местах. Достигается это либо полосками фольги, вкладываемыми в рулон при намотке, либо смещением полос (обкладок) к противоположным концам рулона и пропайкой их (рис. 54).

   Для защиты от помех, которые могут проникнуть в прибор через цепи питания и наоборот, а также для различных блокировок используют так называемые проходные конденсаторы. Такой конденсатор имеет три вывода, два из .которых представляют собой сплошной токонесущий стержень, проходящий через корпус конденсатора. К этому стержню присоединена одна из обкладок конденсатора. Третьим выводом является металлический корпус, с которым соединена вторая обкладка. Корпус проходного конденсатора закрепляют непосредственно на шасси или экране, а токоподводящий провод (цепь питания) припаивают к его среднему выводу. Благодаря такой конструкции токи высокой частоты замыкаются на шасси или экран устройства, в то время как постоянные токи проходят беспрепятственно. На; высоких частотах применяют керамические проходные конденсаторы, в которых роль одной из обкладок играет сам центральный проводник, а другой — слой металлизации, нанесенный на керамическую трубку. Эти особенности конструкции отражает и условное графическое обозначение проходного конденсатора (рис. 56). Наружную обкладку обозначают либо в виде короткой дуги (а), либо в виде одного (б) или двух (в) отрезков прямых линий с выводами от середины. Последнее обозначение используют при изображении проходного конденсатора в стенке экрана.

   С той же целью, что и проходные, применяют опорные конденсаторы, представляющие собой своего рода монтажные стойки, устанавливаемые на металлическом шасси. Обкладку, соединяемую с ним, выделяют в обозначении такого конденсатора тремя наклонными линиями, символизирующими «заземление» (рис. 56,г).

 

 

   Рис. 56

   Для работы в диапазоне звуковых частот, а также для фильтрации выпрямленных напряжений питания необходимы конденсаторы, емкость которых измеряется десятками, сотнями и даже тысячами микрофарад. Такую емкость при достаточно малых размерах имеют оксидные конденсаторы (старое название — электролитические). В них роль одной обкладки (анода) играет алюминиевый или танталовый электрод, роль диэлектрика — тонкий оксидный слой, нанесенный на него, а роль другой сбкладки (катода) — специальный электролит, выводом которого часто служит металлический корпус конденсатора. В отличие от др,упих большинство типов оксидных конденсаторов полярны, т. е. требуют для нормальной работы поляризующего напряжения. Это значит, что включать их можно только в цепи постоянного или пульсирующего напряжения и только в той полярности (катод — к минусу, анод — к плюсу), которая указана на корпусе. Невыполнение этого условия приводит к выходу конденсатора из строя, что иногда сопровождается взрывом.

   Полярность включения оксидного конденсатора показывают на схемах знаком «+», изображаемым у той обкладки, которая символизирует анод (рис. 57,а). Это Общее обозначение поляризованного конденсатора. Наряду с ним специально для оксидных конденсаторов ГОСТ 2.728—74 установил символ, в котором Положительная обкладка изображается узким прямоугольником (рис. 57,6), причем знак ?+» в этом случае можно не указывать.

   В схемах радиоэлектронных приборов иногда можно встретить обозначение оксидного конденсатора в виде двух узких прямоугольников (рис. 57,в). Это символ неполярного оксидного конденсатора, который может работать в цепях переменного тока (т. е. без поляризующего напряжения).

   Оксидные конденсаторы очень чувствительны к перенапряжениям, поэтому на схемах часто указывают не только их номинальную емкость, но и номинальное напряжение.

   С целью уменьшения размеров в один корпус иногда заключают два конденсатора, но выводов делают только три (один — общий). Условное обозначение сдвоенного конденсатора наглядно передает эту идею (рис. 57,г).

   Конденсаторы переменной емкости (КПЕ). Конденсатор переменной емкости состоит из двух групп металлических пластин, одна из которых может плавно перемещаться по отношению к другой. При этом движении пластины подвижной части (ротора) обычно вводятся в зазоры между пластинами неподвижной части (статора), в результате чего площадь перекрытия одних пластин другими, а следовательно, и емкость изменяются. Диэлектриком в КПЕ чаще всего служит воздух. В малогабаритной аппаратуре, например в транзисторных карманных приемниках, широкое применение нашли КПЕ с твердым диэлектриком, в качестве которого используют пленки из износостойких высокочастотных диэлектриков (фторопласта, полиэтилена и т. п.). Параметры КПЕ с твердым диэлектриком несколько хуже, но зато они значительно

 

 

   Рис. 57

 

   дешевле в производстве и размеры их намного меньше, чем КПБ с воздушным диэлектриком.

   С условным обозначением КПЕ мы уже встречались (см. рис. 2 и 29) — это символ конденсатора постоянной емкости, перечеркнутый знаком регулирования. Однако из этого обозначения не видно, какая из обкладок символизирует ротор, а какая — статор. Чтобы показать это на схеме, ротор изображают в виде дуги (рис. 58).

   Основными параметрами КПЕ, позволяющими оценить его возможности при работе в колебательном контуре, являются минимальная и максимальная емкость, которые, как правило, указывают на схеме рядом с символом КПЕ.

   В большинстве радиоприемников и радиопередатчиков для одновременной настройки нескольких колебательных контуров применяют блоки КПЕ, состоящие из двух, трех и более секций. Роторы в таких блоках закреплены на одном общем валу, вращая который можно одновременно изменять емкость всех секцйй. Крайние пластины роторов часто делают разрезными (по радиусу). Это позволяет еще на заводе отрегулировать блок так, чтобы емкости всех секций были одинаковыми в любом положении ротора.

   Конденсаторы, входящие в блок КПЕ, на схемах изображают каждый в отдельности. Чтобы показать, что они объединены в блок, т. е. управляются одной общей ручкой, стрелки, обозначающие регулирование, соединяют штриховой линией механической связи, как показано на рис. 59. При изображении КПЕ блока в разных, далеко отстоящих оДна от другой частях схемы механическую связь не показывают, ограничиваясь тЬлько соответствующей нумерацией секций в позиционном обозначении (рис. 59, секции С 1.1, С 1.2 и С 1.3).

   В измерительной аппаратуре, например в плечах емкостных мостов, находят применение так называемые дифференциальные (от лат. differentia — различие) конденсаторы. У них две группы статорных и одна — роторных пластин, расположенные так, что когда роторные пластины выходят из зазоров между пластинами одной группы статора, они в то же время входят между пластинами другой. При этом емкость между пластинами первого статора и пластинами ротора уменьшается, а между пластинами ротора и второго статора увеличивается. Суммарная же емкость между ротором и обоими статорами остается неизменной. Такие “конденсаторы изображают на схемах, как показано на рис 60.

 

 

   Рис. 58

 

 

   Рис. 59

 

 

 

   Рис. 60

 

 

   Рис. 61

   Подстроечные конденсаторы. Для установки начальной емкости колебательного контура, определяющей максимальную частоту его настройки, применяют подстроечные конденсаторы, емкость которых можно изменять от единиц пикофарад до нескольких десятков пикофарад (иногда и более). Основное требование к ним — плавность изменения емкости и надежность фиксации ротора в установленном при настройке положении. Оси подстроечных конденсаторов (обычно короткие) имеют шлиц, поэтому регулирование их емкости возможно только с применением инструмента (отвертки). В радиовещательной аппаратуре наиболее широко применяют конденсаторы с твердым диэлектриком.

   Конструкция керамического подстроечного конденсатора (КПК) одного из наиболее распространенных типов показана на рис. 61,а. Он состоит из керамического основания (статора) и подвижно закрепленного на нем керамического диска (ротора). Обкладки конденсатора—тонкие слои серебра — нанесены методом вжигания на статор и наружную сторону ротора. Емкость изменяют вращением ротора. В простейшей аппаратуре применяют иногда проволочные подстроечные конденсаторы. Такой элемент состоит из отрезка медной проволоки диаметром 1 … 2 и длиной 15 … 20 мм, на который плотно, виток к витку, намотан изолированный провод диаметром-0,2… 0,3 мм (рис. 61,6). Емкость изменяют отматыванием провода, а чтобы обмотка не сползла, ее пропитывают каким-либо изоляционным составом (лаком, кЛеем и т. п.).

   Подстроечные конденсаторы обозначают на схемах основным символом, перечеркнутым знаком подстроечного регулирования (рис. 61,в).

   Саморегулируемые конденсаторы. Используя в качестве диэлектрика специальную керамику, диэлектрическая проницаемость которой сильно зависит от напряженности электрического поля, можно получить конденсатор, емкость которого зависит от напряжения на его обкладках. Такие конденсаторы получили название варикондов (от английских слов vari (able) — переменный и cond(enser) —конденсатор). При изменении напряжения от нескольких вольт до номинального емкость вариконда изменяется в 3—6 раз.

 

 

   Рис. 62

   Вариконды можно использовать в различных устройствах автоматики, в генераторах качающейся частоты, модуляторах, для электрической настройки колебательных контуров и т. д.

   Условное обозначение вариконда — символ конденсатора со знаком нелинейного саморегулирования и латинской буквой U (рис. 62,о).

   Аналогично построено обозначение термоконденсаторов, применяемых в электронных наручных часах. Фактор, изменяющий емкость такого конденсатора—температуру среды — обозначают символом t°(pис. 62, б).

 

Литература:
В.В. Фролов, Язык радиосхем, Москва, 1998

nauchebe.net

Электрический конденсатор

Основа конструкции конденсатора — две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик

Слева — конденсаторы для поверхностного монтажа; справа — конденсаторы для объёмного монтажа; сверху — керамические; снизу — электролитические. На полярных SMD конденсаторах + обозначен полоской.

Различные конденсаторы для объёмного монтажа

  • Конденса́тор(отлат.condense— «уплотнять», «сгущать») —двухполюсникс определённым значениемёмкостии малой омическойпроводимостью; устройство для накоплениязарядаи энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемыхобкладками), разделённыхдиэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

История: В 1745 году в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку».

Свойства конденсатора

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора, замыкаясь так называемым током смещения.

С точки зрения метода комплексных амплитудконденсатор обладает комплекснымимпедансом

,

где —мнимая единица,—частота[1]протекающегосинусоидальноготока,— ёмкость конденсатора. Отсюда также следует, чтореактивное сопротивлениеконденсатора равно:. Для постоянного тока частота равна нулю, следовательно, реактивное сопротивление конденсатора бесконечно (в идеальном случае).

При изменении частоты изменяются диэлектрическая проницаемость диэлектрика и степень влияния паразитных параметров — собственной индуктивностии сопротивления потерь. На высоких частотах любой конденсатор можно рассматривать как последовательныйколебательный контур, образуемый ёмкостью, собственной индуктивностьюи сопротивлением потерь.

Резонансная частотаконденсатора равна

При конденсатор в цепи переменного тока ведёт себя каккатушка индуктивности. Следовательно, конденсатор целесообразно использовать лишь на частотах, на которых его сопротивление носит ёмкостный характер. Обычно максимальная рабочая частота конденсатора примерно в 2—3 раза ниже резонансной.

Конденсатор может накапливать электрическую энергию. Энергия заряженного конденсатора:

где —напряжение(разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор.

Обозначение конденсаторов на схемах

В России условные графические обозначения конденсаторов на схемах должны соответствовать ГОСТ2.728-74[2]либо международному стандартуIEEE315—1975:

Обозначение по ГОСТ 2.728-74

Описание

Конденсатор постоянной ёмкости

Поляризованный конденсатор

Подстроечный конденсатор переменной ёмкости

На электрических принципиальных схемахноминальная ёмкость конденсаторов обычно указывается вмикрофарадах(1 мкФ = 106пФ) и пикофарадах, но нередко и в нанофарадах. При ёмкости не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, то есть постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения. Дляэлектролитических конденсаторов, а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах (В) или киловольтах (кВ). Например так: «10 мк x 10 В». Дляпеременных конденсаторовуказывают диапазон изменения ёмкости, например так: «10 — 180». В настоящее время изготавливаются конденсаторы с номинальными ёмкостями издесятичнологарифмических рядов значений Е3, Е6, Е12, Е24, то есть на одну декаду приходится 3, 6, 12, 24 значения, так, чтобы значения с соответствующим допуском (разбросом) перекрывали всю декаду.

studfiles.net

Конденсатор — это… Что такое Конденсатор?

Основа конструкции конденсатора — две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик

Слева — конденсаторы для поверхностного монтажа; справа — конденсаторы для объёмного монтажа; сверху — керамические; снизу — электролитические.

Различные конденсаторы для объёмного монтажа

Конденса́тор — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

История

В 1745 году в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку».

Свойства конденсатора

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течет, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора.

В терминах метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом

,

где — мнимая единица, — частота[1] протекающего синусоидального тока, — ёмкость конденсатора. Отсюда также следует, что реактивное сопротивление конденсатора равно: . Для постоянного тока частота равна нулю, следовательно, реактивное сопротивление конденсатора бесконечно (в идеальном случае).

При изменении частоты изменяются диэлектрическая проницаемость диэлектрика и степень влияния паразитных параметров — собственной индуктивности и сопротивления потерь. На высоких частотах любой конденсатор можно рассматривать как последовательный колебательный контур, образуемый ёмкостью , собственной индуктивностью и сопротивлением потерь .

Резонансная частота конденсатора равна

При конденсатор в цепи переменного тока ведёт себя как катушка индуктивности. Следовательно, конденсатор целесообразно использовать лишь на частотах , на которых его сопротивление носит ёмкостный характер. Обычно максимальная рабочая частота конденсатора примерно в 2—3 раза ниже резонансной.

Конденсатор может накапливать электрическую энергию. Энергия заряженного конденсатора:

где — напряжение (разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор.

Обозначение конденсаторов на схемах

В России условные графические обозначения конденсаторов на схемах должны соответствовать ГОСТ 2.728-74[2] либо международному стандарту IEEE 315-1975:

Обозначение
по ГОСТ 2.728-74
Описание
Конденсатор постоянной ёмкости
Поляризованный конденсатор
Подстроечный конденсатор переменной ёмкости

На электрических принципиальных схемах номинальная ёмкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах (1 мкФ = 106 пФ) и пикофарадах, но нередко и в нанофарадах. При ёмкости не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, т.е. постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения (пикоФарад). Для электролитических конденсаторов, а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах (В) или киловольтах (кВ). Например так: «10 мк x 10 В». Для переменных конденсаторов указывают диапазон изменения ёмкости, например так: «10 – 180». В настоящее время изготавливаются конденсаторы с номинальными ёмкостями из десятичнологарифмических рядов значений Е3, Е6, Е12, Е24, т.е. на одну декаду приходится 3, 6, 12, 24 значения, так, чтобы значения с соответствующим допуском (разбросом) перекрывали всю декаду.

Характеристики конденсаторов

Основные параметры

Ёмкость

Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q = CU). Типичные значения ёмкости конденсаторов 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 каждая, расположенных на расстоянии друг от друга, в системе СИ выражается формулой: , где — относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между пластинами (эта формула справедлива, лишь когда много меньше линейных размеров пластин).

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

или

Если у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшей площади.

При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна

или

Эта ёмкость всегда меньше минимальной ёмкости конденсатора, входящего в батарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможность пробоя конденсаторов, так как на каждый конденсатор приходится лишь часть разницы потенциалов источника напряжения.

Если площадь обкладок всех конденсаторов, соединённых последовательно, одинакова, то эти конденсаторы можно представить в виде одного большого конденсатора, между обкладками которого находится стопка из пластин диэлектрика всех составляющих его конденсаторов.

Удельная ёмкость

Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью — отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.

Номинальное напряжение

Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах.

Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается.

Полярность

Конденсаторы, разрушившиеся без взрыва из-за температуры и напряжения, не соответствующих рабочим.

Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.

Взрывы электролитических конденсаторов — довольно распространённое явление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения (актуально для импульсных устройств). Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают клапан или выполняют насечку на корпусе (часто можно заметить её в форме буквы X, K или Т на торце). При повышении внутреннего давления открывается клапан или корпус разрушается по насечке, испарившийся электролит выходит в виде едкого газа, и давление спадает без взрыва и осколков.

Паразитные параметры

Реальные конденсаторы, помимо ёмкости, обладают также собственными сопротивлением и индуктивностью. С высокой степенью точности, эквивалентную схему реального конденсатора можно представить следующим образом:

Электрическое сопротивление изоляции конденсатора — r

Сопротивление изоляции — это сопротивление конденсатора постоянному току, определяемое соотношением r = U / Iут , где U — напряжение, приложенное к конденсатору, Iут — ток утечки.

Эквивалентное последовательное сопротивление — R

Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR) обусловлено главным образом электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контакта(-ов) между ними, а также потерями в диэлектрике. 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 в фильтрах импульсных блоков питания) достаточно малое его значение может быть жизненно важным для надёжности устройства (см., напр., Capacitor plague(англ.)).

Эквивалентная последовательная индуктивность — L

Эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. На низких частотах (до единиц килогерц) обычно не учитывается в силу своей незначительности.

Тангенс угла потерь

Тангенс угла потерь — отношение мнимой и вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости.

Потери энергии в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках. При протекании переменного тока через конденсатор векторы напряжения и тока сдвинуты на угол , где — угол диэлектрических потерь. При отсутствии потерь . Тангенс угла потерь определяется отношением активной мощности Pа к реактивной Pр при синусоидальном напряжении определённой частоты. Величина, обратная , называется добротностью конденсатора. Термины добротности и тангенса угла потерь применяются также для катушек индуктивности и трансформаторов.

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)

ТКЕ — относительное изменению емкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (Кельвина). Таким образом значение ёмкости от температуры представляется линейной формулой:

,

где ΔT — увеличение температуры в °C или °К относительно нормальных условий, при которых специфицировано значение ёмкости. TKE применяется для характеристики конденсаторов со значительной линейной зависимостью ёмкости от температуры. Однако ТКЕ определяется не для всех типов конденсаторов. Конденсаторы, имеющие нелинейную зависимость емкости от температуры, и конденсаторы с большими уходами емкости от воздействия температуры окружающей среды в обозначении имеют указание на относительное изменение емкости в рабочем диапазоне температур.

Диэлектрическое поглощение

Если заряженный конденсатор быстро разрядить до нулевого напряжения путём подключения низкоомной нагрузки, а затем снять нагрузку и наблюдать за напряжением на выводах конденсатора, то мы увидим, что напряжение медленно повышается. Это явление получило название диэлектрическое поглощение или адсорбция электрического заряда. Конденсатор ведёт себя так, словно параллельно ему подключено множество последовательных RC-цепочек с различной постоянной времени. Интенсивность проявления этого эффекта зависит в основном от свойств диэлектрика конденсатора. Подобный эффект можно наблюдать и на большинстве электролитических конденсаторов, но в них он является следствием химических реакций между электролитом и обкладками. Наименьшим диэлектрическим поглощением обладают конденсаторы с органическими диэлектриками: тефлон (фторопласт), полистирол, полиэтилентерефталат, поликарбонат.

Классификация конденсаторов

Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.

По виду диэлектрика различают:

  • Конденсаторы вакуумные (обкладки без диэлектрика находятся в вакууме).
  • Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
  • Конденсаторы с жидким диэлектриком.
  • Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.
  • Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.
  • Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего своей огромной удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах) или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спеченного порошка.

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 процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термо­конденсаторы). Применяются, например, в радиоприемниках для перестройки частоты резонансного контура.
  • Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости.

В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляюшие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Применение конденсаторов

Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники.

  • Так как конденсатор способен длительное время сохранять заряд, то его можно использовать в качестве элемента памяти или устройства хранения электрической энергии.
  • Измерительный преобразователь (ИП) малых перемещений: малое изменение расстояния между обкладками очень заметно сказывается на ёмкости конденсатора.
  • ИП влажности воздуха (изменение состава диэлектрика приводит к изменению емкости)
  • ИП влажности древесины
  • В схемах РЗиА конденсаторы используются для реализации логики работы некоторых защит. В частности, в схеме работы АПВ использование конденсатора позволяет обеспечить требуемую кратность срабатывания защиты.

Внешние ссылки

Смотри также

Ссылки

  1. Частота в радианах в секунду.
  2. ГОСТ 2.728-74 (2002)

dvc.academic.ru

Что такое конденсатор? | New-Best.com Самый простой поиск ответов на наилучшие вопросы

Конденсатор — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для скопления энергии электронного поля. Конденсатор является пассивным электрическим компонентом. Обычно состоит из 2-ух электродов в форме пластинок (именуемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сопоставлению с размерами обкладок.

История

В 1745 году в Лейдене германский физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский физик Питер ван Мушенбрук сделали 1-ый конденсатор — «лейденскую банку».

Характеристики конденсатораКонденсатор в цепи неизменного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд либо перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течет, потому что его обкладки разбиты диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока средством повторяющейся перезарядки конденсатора.

В определениях способа всеохватывающих амплитуд конденсатор обладает всеохватывающим импедансом

,

где — надуманная единица, — частота протекающего синусоидального тока, — ёмкость конденсатора. Отсюда также следует, что реактивное сопротивление конденсатора равно: . Для неизменного тока частота равна нулю, как следует, реактивное сопротивление конденсатора нескончаемо (в безупречном случае).

При изменении частоты меняются диэлектрическая проницаемость диэлектрика и степень воздействия паразитных характеристик — своей индуктивности и сопротивления утрат. На больших частотах хоть какой конденсатор есть возможность подвергать рассмотрению как поочередный колебательный контур, образуемый ёмкостью , своей индуктивностью и сопротивлением утрат .

Резонансная частота конденсатора равна

При конденсатор в цепи переменного тока ведёт себя как катушка индуктивности. Как следует, конденсатор целенаправлено применять только на частотах

где — напряжение (разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор.

Обозначение конденсаторов на схемахВ Рф условные графические обозначения конденсаторов на схемах должны соответствовать ГОСТ 2.728-74 или интернациональному эталону IEEE 315-1975:

Обозначение
по ГОСТ 2.728-74ОписаниеКонденсатор неизменной ёмкостиПоляризованный конденсаторПодстроечный конденсатор переменной ёмкости

На электронных принципных схемах номинальная ёмкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах (1 мкФ = 106 пФ) и пикофарадах, однако часто и в нанофарадах. При ёмкости менее 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при всем этом допустимо не указывать единицу измерения, т.е. постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения (пикоФарад). Для электролитических конденсаторов, также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их наибольшее рабочее напряжение в вольтах (В) либо киловольтах (кВ). К примеру так: «10 мк x 10 В». Для переменных конденсаторов указывают диапазон конфигурации ёмкости, к примеру так: «10 — 180». В текущее время делаются конденсаторы с номинальными ёмкостями из десятичнологарифмических рядов значений Е3, Е6, Е12, Е24, т.е. на одну декаду приходится 3, 6, 12, 24 значения, так, чтоб значения с подходящим допуском (разбросом) перекрывали всю декаду.

Свойства конденсаторов

Главные характеристики

ЁмкостьОсновной чертой конденсатора является его ёмкость. В обозначении конденсатора бытует значение номинальной ёмкости, в то время как настоящая ёмкость может существенно изменяться зависимо от многих причин. Настоящая ёмкость конденсатора определяет его электронные характеристики. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению меж обкладками (q = CU). Обычные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до сотен микрофарад. Но есть конденсаторы с ёмкостью до 10-ов фарад.

Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из 2-ух параллельных железных пластинок площадью любая, расположенных на расстоянии друг от друга, в системе СИ выражается формулой: , где — относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей место меж пластинами (эта формула справедлива, только когда много меньше линейных размеров пластинок).

Для получения огромных ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При всем этом напряжение меж обкладками всех конденсаторов идиентично. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

либо

В том случае у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние меж обкладками и характеристики диэлектрика схожи, то эти конденсаторы есть возможность представить как один большой конденсатор, разделённый на куски наименьшей площади.

При поочередном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов схожи. Общая ёмкость батареи поочередно соединённых конденсаторов равна

либо

Эта ёмкость всегда меньше малой ёмкости конденсатора, входящего в батарею. Но при поочередном соединении миниатюризируется возможность пробоя конденсаторов, потому что на каждый конденсатор приходится только часть различия потенциалов источника напряжения.

В том случае площадь обкладок всех конденсаторов, соединённых поочередно, схожа, то эти конденсаторы есть возможность представить в виде 1-го огромного конденсатора, меж обкладками которого находится стопка из пластинок диэлектрика всех частей его конденсаторов.

Удельная ёмкостьКонденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью — отношением ёмкости к объёму (либо массе) диэлектрика. Наибольшее значение удельной ёмкости достигается при малой толщине диэлектрика, но при всем этом миниатюризируется его напряжение пробоя.

Номинальное напряжениеДругой, более принципиальной чертой конденсаторов является номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в данных критериях в направление срока службы с сохранением характеристик в допустимых границах.

Номинальное напряжение находится в зависимости от конструкции конденсатора и параметров используемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не обязано превосходить номинального. Для многих типов конденсаторов с повышением температуры допустимое напряжение понижается.

ПолярностьМногие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) работают только при корректной полярности напряжения из-за хим особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При оборотной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за хим разрушения диэлектрика с следующим повышением тока, вскипанием электролита снутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.

Взрывы электролитических конденсаторов — достаточно распространённое явление. Основной предпосылкой взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый почти всегда утечкой либо увеличением эквивалентного поочередного сопротивления вследствие старения (актуально для импульсных устройств). Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают клапан либо делают насечку на корпусе (нередко есть возможность увидеть её в форме буквы X, K либо Т на торце). При повышении внутреннего давления раскрывается клапан либо корпус разрушается по насечке, испарившийся электролит выходит в виде едкого газа, и давление спадает в отсутствие взрыва и осколков.

Паразитные параметрыРеальные конденсаторы, кроме ёмкости, владеют также своими сопротивлением и индуктивностью. С высочайшей степенью точности, эквивалентную схему реального конденсатора есть возможность представить последующим образом:


  • — собственная ёмкость конденсатора;
  • — сопротивление изоляции конденсатора;
  • — эквивалентное последовательное сопротивление;
  • — эквивалентная поочередная индуктивность.
  • Электронное сопротивление изоляции конденсатора — rСопротивление изоляции — это сопротивление конденсатора неизменному току, определяемое соотношением r = U / Iут , где U — напряжение, приложенное к конденсатору, Iут — ток утечки.

    Эквивалентное последовательное сопротивление — RЭквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR) обосновано приемущественно электронным сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контакта(-ов) меж ними, также потерями в диэлектрике. Обычно ЭПС растет с повышением частоты тока, протекающего через конденсатор.

    Почти всегда этим параметром есть возможность пренебречь, однако время от времени (напр., в случае использования электролитических конденсаторов в фильтрах импульсных блоков питания) довольно маленькое его значение может быть актуально принципиальным для надёжности устройства (см., напр., Capacitor plague(англ.)).

    Эквивалентная поочередная индуктивность — LЭквивалентная поочередная индуктивность обоснована, в главном, своей индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. На низких частотах (до единиц килогерц) обычно не учитывается в силу собственной незначительности.

    Тангенс угла потерьТангенс угла утрат — отношение надуманной и вещественной части всеохватывающей диэлектрической проницаемости.

    Энергопотери в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках. При протекании переменного тока через конденсатор векторы напряжения и тока смещены на угол , где — угол диэлектрических утрат. При отсутствии утрат . Тангенс угла утрат определяется отношением активной мощности Pа к реактивной Pр при синусоидальном напряжении определённой частоты. Величина, оборотная , именуется добротностью конденсатора. Определения добротности и тангенса угла утрат используются также для катушек индуктивности и трансформаторов.

    Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)ТКЕ — относительное изменению емкости при изменении температуры среды на один градус Цельсия (Кельвина). Следовательно значение ёмкости от температуры представляется линейной формулой:

    , где ΔT — повышение температуры в °C либо °К относительно обычных критерий, при которых специфицировано значение ёмкости. TKE применяется для свойства конденсаторов со значимой линейной зависимостью ёмкости от температуры. Но ТКЕ определяется не для всех типов конденсаторов. Конденсаторы, имеющие нелинейную зависимость емкости от температуры, и конденсаторы с большими уходами емкости от воздействия температуры среды в обозначении имеют указание на относительное изменение емкости в рабочем спектре температур.

    Диэлектрическое поглощениеЕсли заряженный конденсатор стремительно разрядить до нулевого напряжения путём подключения низкоомной нагрузки, а потом снять нагрузку и следить за напряжением на выводах конденсатора, то мы увидим, что напряжение медлительно увеличивается. Это явление получило заглавие диэлектрическое поглощение либо адсорбция электронного заряда. Конденсатор ведёт себя так, как будто параллельно ему подключено огромное количество поочередных RC-цепочек с различной неизменной времени. Интенсивность проявления этого эффекта зависит в главном от параметров диэлектрика конденсатора. Схожий эффект есть возможность следить и на большинстве электролитических конденсаторов, однако в их он является следствием хим реакций меж электролитом и обкладками. Минимальным диэлектрическим поглощением владеют конденсаторы с органическими диэлектриками: тефлон (фторопласт), полистирол, полиэтилентерефталат, поликарбонат.

    Систематизация конденсаторовОсновная систематизация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Класс диэлектрика определяет главные электронные характеристики конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину утрат и др.

    По виду диэлектрика различают:

  • Конденсаторы вакуумные (обкладки в отсутствие диэлектрика находятся в вакууме).
  • Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
  • Конденсаторы с водянистым диэлектриком.
  • Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, глиняние, тонкослойные из неорганических плёнок.
  • Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.
  • Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех иных типов сначала собственной большой удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика употребляется оксидный слой на железном аноде. 2-ая обкладка (катод) — это либо электролит (в электролитических конденсаторах) либо слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый прямо на оксидный слой. Анод изготовляется, зависимо от класса конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой либо танталовой фольги либо спеченного порошка.
  • Не считая того, конденсаторы различаются по способности конфигурации собственной ёмкости:
  • Неизменные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие собственной ёмкости (не считая как в направление срока службы).
  • Переменные конденсаторы — конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электронным напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термо-конденсаторы). Используются, к примеру, в радиоприемниках для перестройки частоты резонансного контура.
  • Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, ёмкость которых меняется при разовой либо повторяющейся регулировке и не меняется в процессе функционирования аппаратуры. Их употребляют для подстройки и выравнивания исходных ёмкостей сопрягаемых контуров, для повторяющейся подстройки и регулировки цепей схем, где требуется малозначительное изменение ёмкости.
  • Зависимо от предназначения есть возможность условно поделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального предназначения. Конденсаторы общего предназначения употребляются фактически в большинстве видов и классов аппаратуры. Обычно к ним относят более распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особенные требования. Все другие конденсаторы являются особыми. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляюшие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

    Применение конденсаторовКонденсаторы отыскивают применение фактически во всех областях электротехники.

  • Конденсаторы (вместе с катушками индуктивности и/либо резисторами) употребляются для построения разных цепей с частотно-зависимыми качествами, а именно, фильтров, цепей оборотной связи, колебательных контуров и т. п..
  • При резвом разряде конденсатора есть возможность получить импульс большой мощности, к примеру, в фотовспышках, импульсных лазерах с оптической накачкой, генераторах Маркса, (ГИН; ГИТ), генераторах Кокрофта-Уолтона и т. п.
  • Потому что конденсатор способен долгое время сохранять заряд, то его есть возможность применять в качестве элемента памяти либо устройства хранения электронной энергии.
  • В промышленной электротехнике конденсаторы употребляются для компенсации реактивной мощности и в фильтрах высших гармоник.
  • Измерительный преобразователь (ИП) малых перемещений: маленькое изменение расстояния меж обкладками очень приметно сказывается на ёмкости конденсатора.
  • ИП влажности воздуха (изменение состава диэлектрика приводит к изменению емкости)
  • ИП влажности древесной породы
  • В схемах РЗиА конденсаторы употребляются для реализации логики работы неких защит. А именно, в схеме работы АПВ внедрение конденсатора позволяет обеспечить требуемую кратность срабатывания защиты.
  • Источники и наружные Полезные ссылки:
  • Описание работы конденсатора и емкости на аналогии с водопроводом.
  • Статические конденсаторы для компенсации реактивной мощности
  • Программка для расчёта реактивного сопротивления конденсатора
  • Электронный конденсатор — Википедия
  • Источник материала Интернет-сайт www.genon.ru

    new-best.com

    Для чего нужен конденсатор. Виды, характеристики

    Конденсаторы представляют собой электронные компоненты, используемые для хранения электрического заряда. Конденсаторы могут иметь различную форму, но всегда похожи друг на друга внутри.

    Конденсатор, как правило, состоит из двух электропроводящих пластин (электродов), которые изолированы друг от друга диэлектриком.
    Величина (емкость) накопленного заряда определяется поверхностью электродов и расстояния между ними. Большая площадь и меньшее расстояние обеспечивает более высокую емкость.

    Для расчета емкости мы используем следующее соотношение:

    С = e х A / d

    • C = емкость в фарадах
    • A = площадь в м2
    • d = расстояние между электродами
    • е = диэлектрическая проницаемость диэлектрика

    Единицей измерения емкости является фарад. Один фарад — это такая емкость, при которой заряд в 1 кулон создает напряжение между обкладками в 1 вольт.

    Обозначение конденсатора на схемах:


    Для того, чтобы лучше понять взаимосвязь между параметрами конденсатора, рассмотрим следующую упрощенную эквивалентную схему:

    • Rs — последовательное сопротивление выводов и электродов, электролита, а также потери в диэлектрике.
    • Ls — индуктивность выводов и электрод.
    • C – емкость.
    • Rр — сопротивление изоляции в диэлектрике.

    Виды конденсаторов

    Постоянные конденсаторы

    Бумажные конденсаторы (KLMP, KSMP) в большинстве заменены пластиковыми. Несмотря на высокую диэлектрическую проницаемость бумажных конденсаторов они крупнее и дороже, чем пластиковые.

    Преимущества бумажных конденсаторов — устойчивость к импульсному напряжению, низкое содержание углерода (приблизительно 3%, для сравнения у пластиковых 40…70%) приводит к хорошему самовосстановлению и небольшой риск возгорания. В настоящее время бумажные конденсаторы используются исключительно для подавления помех.

    Конденсаторы полистирольные и полиэфирные (KSF, MKSE, MKSF, MKSP) конденсаторы изготавливаются из металлизированной полиэфирной пленки.

    Слюдяные конденсаторы (КСО) многослойные, построены так же, как и керамические конденсаторы, электрод может быть выполнен из серебра. Слюда является минералом, добываемым в шахтах Индии, где его качество особенно высоко.

    Этот материал очень твердый и прочный, отличается тем, что он разделяется на тонкие пластины, которые могут быть оснащены электродами.
    Электрические свойства, например, сопротивление изоляции, потери и стабильность вполне сопоставимы с лучшими искусственными диэлектриками и керамикой.

    Слюдяные конденсаторы, тем не менее, являются относительно крупными и дорогими, в результате чего в значительной степени подлежат замене полипропиленовыми конденсаторами. Слюдяные конденсаторы часто используется в высокочастотных схемах, которые требуют не только низкие потери, но и высокую стабильность частоты и температуры. Они изготавливаются емкостью от 1 пФ и до 0,1 мкФ.

    Керамические конденсаторы (KCP, КФП, КЧР, KFR) производятся из одной или нескольких керамических пластин с нанесением металлического напыления (электроды). Керамический конденсатор с одним слоем диэлектрика называется «однослойным». Когда конденсатор состоит из нескольких слоев диэлектрика, его называют многослойный. Керамические конденсаторы изготавливаются емкостью от 0,5 пФ и до нескольких сотен микрофарад. Конденсаторы емкостью больше чем 10 мкФ достаточно редки из-за высокой цены.

    Электролитические конденсаторы (KEN, KEO, SME, T, UL, KERMS) имеют алюминиевые или танталовые электроды. Поверхность анода (положительный полюс) покрыт очень тонким слоем оксида, который действует в качестве диэлектрика. Для того чтобы уменьшить расстояние между оксидным слоем и катодом (отрицательный полюс) используют электролит с низким сопротивлением.

    Алюминиевые влажные электролитические конденсаторы. Они содержат электролит, состоящий из борной кислоты, этиленгликоля, соли и растворителя. Электроды вытравливаются в кислотной ванне, чтобы получить пористую поверхность. Таким образом, поверхность возрастает до 300 раз.

    Танталовые конденсаторы. Они имеют в качестве диэлектрика оксид тантала с превосходными электрическими свойствами. Анод конденсатора выполнен путем спеканием порошка тантала. Около 50% объема состоит из пор, в результате чего внутренняя поверхность в 100 раз больше, чем внешняя.

    После нанесения покрытия на слой оксида тантала, образующегося в кислотной ванне, конденсатор погружают в раствор диоксида марганца, заполняющий все поры. Контакт с катодом, который состоит из электропроводной серебряной краски, получается путем покрытия слоем углерода в виде графита.

    Переменные конденсаторы

    Эти конденсаторы имеют переменную емкость с воздушным диэлектриком (AM, FM) или керамические оборотные конденсаторы.
    Воздушный конденсатор выполнен из двух параллельных сборок пластин ( ротора и статора ), которые изменяют свое положение из-за чего меняется и емкость такого конденсатора.

    Параметры конденсаторов

    • Номинальная емкость — значение емкости. Фактическая емкость на практике равна номинальной емкости с учетом допусков связанных с изменением диэлектрической проницаемости диэлектрика вследствие изменения окружающей температуры. Значения допусков зависят от типа диэлектрика.
    • Номинальное напряжение — максимально допустимое напряжение, которое может быть на конденсаторе. Это напряжение, как правило, является суммой постоянного напряжения и пикового значения переменного напряжения.
    • Сопротивление изоляции конденсатора — это электрическое сопротивление конденсатора постоянному току определенного напряжения. Оно характеризует качество диэлектрика и качество его изготовления.

    fornk.ru

    КОНДЕНСАТОР (электрический) — это… Что такое КОНДЕНСАТОР (электрический)?

    КОНДЕНСА́ТОР электрический (от лат. сondensator, — тот, кто уплотняет, сгущает), устройство, предназначенное для получения нужных величин электрической емкости (см. ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ) и способное накапливать (перераспределять) электрические заряды.
    Электрический конденсатор состоит из двух (иногда более) подвижных или неподвижных проводящих электродов (обкладок), разделенных диэлектриком. Обкладки должны иметь такую геометрическую форму и быть так расположены друг относительно друга, чтобы созданное ими электрическое поле было сосредоточено в пространстве между ними. Как правило, расстояние между обкладками, равное толщине диэлектрика, мало по сравнению с линейными размерами обкладок. Поэтому электрическое поле, возникающее при подключении обкладок к источнику с напряжением U, практически полностью сосредоточено между обкладками. При этом частичные собственные емкости электрических обкладок пренебрежимо малы.
    Таким образом, конденсатором называют систему, состоящую, как правило, из двух разноименно заряженных проводников, при этом заряд, который надо перенести с одного проводника на другой, чтобы зарядить один из них отрицательно, а другой положительно, называется зарядом конденсатора. Разность потенциалов U между обкладками конденсатора прямо пропорциональна величине заряда Q, находящегося на каждой из них:
    Q=С.U
    С — коэффициент, характеризующий конденсатор, называется электрической емкостью конденсатора или емкостью.
    Численно емкость электрического конденсатора С равна величине заряда Q одной из обкладок при напряжении, равном 1 вольт:
    С = Q/U.
    В СИ единицей емкости является фарад (см. ФАРАД) — 1 Ф. Емкостью, равной одному фараду, обладает такой конденсатор, между пластинами которого возникает разность потенциалов, равная одному вольту, при заряде на каждой из пластин, равном одному кулону.
    Параметры, конструкция и область применения конденсаторов определяются диэлектриком (см. ДИЭЛЕКТРИКИ), разделяющим его обкладки, поэтому основная классификация электрических конденсаторов проводится по типу диэлектрика. В зависимости от типа используемого диэлектрика конденсаторы могут быть воздушные, бумажные, слюдяные, керамические, электролитические и др.
    По емкости различают конденсаторы постоянной емкости и конденсаторы переменной емкости. Конденсаторы переменной емкости и полупеременные изготовляются с механически и электрически управляемой емкостью. Изменение емкости в электрическом конденсаторе с механическим управлением достигается чаще всего изменением площади его обкладок или (реже) изменением зазора между обкладками. Простейший воздушный конденсатор переменной емкости состоит из двух изолированных систем металлических пластин, которые входят друг в друга при вращении рукоятки: одна группа (ротор) может перемещаться так, что ее пластины заходят в зазоры между пластинами другой группы (статора). Вдвигая и выдвигая одну систему пластин в другую можно изменить емкость конденсатора. Электрические конденсаторы переменной емкости с твердым диэлектриком (керамические, слюдяные, стеклянные, пленочные) в основном используются как полупеременные (подстрочные) с относительно небольшим изменением емкости. В настоящее время широко используются управляемые конденсаторы переменной емкости — варикапы (см. ВАРИКАП) и вариконды (см. ВАРИКОНД).
    Емкость электрического конденсатора зависит от диэлектрический проницаемости диэлектрика, заполняющего конденсатор, и от формы и размеров его обкладок. По форме обкладок различают плоские, цилиндрические, сферические конденсаторы.
    Плоский конденсатор представляет собой две плоские пластины, расстояние между которыми d мало по сравнению с их линейными размерами. Это позволяет пренебречь малыми областями неоднородности электрического поля у краев пластин и считать, что все поле однородно и сосредоточено между пластинами. Заряд конденсатора Q — это заряд положительно заряженной пластины.
    Емкость плоского конденсатора С:
    С= eeо S/d
    S — площадь каждой обкладки или меньшей из них, d — расстояние между обкладками, eо— электрическая постоянная, e — относительная диэлектрическая проницаемость вещества, находящегося между обкладками. Заполнение пространства между пластинами диэлектриком увеличивает емкость в e раз.
    Энергия, запасенная заряженным до постоянного напряжения U плоским электрическим конденсатором, равна:
    W = CU2/2.
    Наряду с плоским конденсатором часто используется плоский многопластинчатый конденсатор, содержащий n обкладок, соединенных параллельно.
    Емкость цилиндрического конденсатора, обкладки которого представляют собой два коаксиальных полых цилиндра, вставленные друг в друга, и разделенных диэлектриком, равна:
    С = 2peeoh¤ln(r2/r1),
    где r2 и r1 — радиусы внешнего и внутреннего цилиндров, соответственно, а h — длина цилиндра. При этом не учитываются искажения однородности электрического поля у краев обкладок (краевой эффект), и потому эти расчеты дают несколько заниженные значения емкости C.
    Емкость сферического конденсатора, представляющего собой вставленную одна в другую сферы, равна:
    С = 4peeor2r1/(r2-r1),
    где r2 и r1 — радиусы внешней и внутренней сфер, соответственно.
    Кроме емкости, электрический конденсатор обладает активным сопротивлением R и индуктивностью (см. ИНДУКТИВНОСТЬ) L. Как правило, электрические конденсаторы используют на частотах, значительно меньших резонансной, на которых его индуктивностью обычно пренебрегают. Активное сопротивление конденсатора зависит от удельного сопротивления диэлектрика, материала обкладок и выводов, формы и размера конденсатора, частоты и температуры. Зависимость реактивного сопротивления электрических конденсаторов от частоты используется в электрических фильтрах.
    При подключении обкладок к источнику постоянного напряжения, конденсатор заряжается до напряжения источника. Ток, продолжающий течь через конденсатор после его зарядки, называется током утечки.
    Конденсаторы характеризуются пробивным напряжением — разностью потенциалов между обкладками конденсатора, при котором происходит пробой — возникает электрический разряд через слой диэлектрика в конденсаторе. Пробивное напряжение зависит от формы обкладок, свойств диэлектрика и его толщины.
    Пластины конденсатора притягиваются друг к другу. Сила притяжения между пластинами конденсатора называется пондемоторной силой и рассчитывается по формуле:
    F = -Q2/2eeoS
    Знак минус указывает, что пондемоторная сила является силой притяжения.
    По применению различают электрические конденсаторы низкого напряжения низкой частоты (большая удельная емкость С), низкого напряжения высокой частоты (высокая С), высокого напряжения постоянного тока, высокого напряжения низкой и высокой частоты (высокая удельная реактивная мощность).
    Для увеличения емкости и варьирования ее возможных значений конденсаторы соединяют в батареи, при этом используется их последовательное, параллельное или смешанное (состоящее из последовательного и параллельного) соединения.
    Увеличение емкости достигается параллельным соединением конденсаторов в батарею. При этом конденсаторы соединяются одноименно заряженными обкладками. При таком соединении сохраняющейся величиной на всех конденсаторах является разность потенциалов, а заряды суммируются. Общая емкость батареи при параллельном соединении конденсаторов равна сумме емкостей отдельных конденсаторов:
    С = С1 + С2 + …+ Сn
    При последовательном соединении конденсаторов результирующая емкость всегда меньше наименьшей емкости, используемой в батарее, и на каждый конденсатор приходится лишь часть разности потенциалов клемм батарей, что значительно снижает возможность пробоя конденсатора. При последовательном соединений конденсаторов соединяются их разноименные обкладки. При этом складываются величины, обратные емкостям и результирующая емкость определяется следующим образом:
    1/С = (1/Сn).
    Электрические конденсаторы применяются в электрических цепях (сосредоточенные емкости), электроэнергетике (компенсаторы реактивной мощности), импульсных генераторах напряжения, в измерительных целях (измерительные конденсаторы и емкостные датчики).

    dic.academic.ru