Конденсатор принцип действия: Принцип работы и маркировка конденсаторов ⋆ diodov.net

Что такое конденсатор? Принцип работы, назначение и устройство конденстатора

Конденсатор – распространенное двухполюсное устройство, применяемое в различных электрических цепях. Он имеет постоянную или переменную ёмкость и отличается малой проводимостью, он способен накапливать в себе заряд электрического тока и передавать его другим элементам в электроцепи.
Простейшие примеры состоят из двух пластинчатых электродов, разделенных диэлектриком и накапливающих противоположные заряды. В практических условиях мы используем конденсаторы с большим числом разделенных диэлектриком пластин.

Принцип действия

Назначение конденсатора и принцип его работы – это распространенные вопросы, которыми задаются новички в электротехнике. В электрических схемах данные устройства могут использоваться с различными целями, но их основной функцией является сохранение электрического заряда, то есть, такое устройство получает электрический ток, сохраняет его и впоследствии передает в цепь. Для лучшего понимания принципа работы посмотрите статью про то, как сделать простой конденсатор своими руками.

Заряд конденсатора начинается при подключении электронного прибора к сети. В момент подключения прибора на электродах конденсатора много свободного места, потому электрический ток, поступающий в цепь, имеет наибольшую величину. По мере заполнения, электроток будет уменьшаться и полностью пропадет, когда ёмкость устройства будет полностью наполнена.

В процессе получения заряда электрического тока, на одной пластине собираются электроны (частицы с отрицательным зарядом), а на другой – ионы (частицы с положительным зарядом). Разделителем между положительно и отрицательно заряженными частицами выступает диэлектрик, в качестве которого могут использоваться различные материалы.

В момент подключения электрического устройства к источнику питания, напряжение в электрической цепи имеет нулевое значение. По мере заполнения ёмкостей напряжение в цепи увеличивается и достигает величины, равной уровню на источнике тока.

При отключении электрической цепи от источника питания и подключении нагрузки, конденсатор перестает получать заряд и отдает накопленный ток другим элементам. Нагрузка образует цепь между его пластинами, потому в момент отключения питания положительно заряженные частицы начнут двигаться по направлению к ионам.

Начальный ток в цепи при подключении нагрузки будет равняться напряжению на отрицательно заряженных частицах, разделенному на величину сопротивления нагрузки. При отсутствии питания конденсатор начнет терять заряд и по мере убывания заряда в ёмкостях, в цепи будет снижаться уровень напряжения и величины тока. Этот процесс завершится только тогда, когда в устройстве не останется заряда.

На рисунке выше представлена конструкция бумажного конденсатора:
а) намотка секции;
б) само устройство.
На этой картинке:

1. Бумага;
2. Фольга;
3. Изолятор из стекла;
4. Крышка;
5. Корпус;
6. Прокладка из картона;
7. Оберточная бумага;
8. Секции.

Ёмкость конденсатора считается важнейшей его характеристикой, от него напрямую зависит время полной зарядки устройства при подключении прибора к источнику электрического тока. Время разрядки прибора также зависит от ёмкости, а также от величины нагрузки. Чем выше будет сопротивление R, тем быстрее будет опустошаться ёмкость конденсатора.

В качестве примера работы конденсатора можно рассмотреть функционирование аналогового передатчика или радиоприемника. При подключении прибора к сети, конденсаторы, подключенные к катушке индуктивности, начнут накапливать заряд, на одних пластинах будут собираться электроды, а на других – ионы. После полной зарядки ёмкости устройство начнет разряжаться. Полная потеря заряда приведет к началу зарядки, но уже в обратном направлении, то есть, пластины имевшие положительный заряд в этот раз будут получать отрицательный заряд и наоборот.

Назначение и использование конденсаторов

В настоящее время их используют практически во всех радиотехнических и различных электронных схемах.
В электроцепи переменного тока они могут выступать в качестве ёмкостного сопротивления. К примеру, при подключении конденсатора и лампочки к батарейке (постоянный ток), лампочка светиться не будет. Если же подключить такую цепь к источнику переменного тока, лампочка будет светиться, причем интенсивность света будет напрямую зависеть от величины ёмкости используемого конденсатора. Благодаря этим особенностям, они сегодня повсеместно применяются в цепях в качестве фильтров, подавляющих высокочастотные и низкочастотные помехи.

Конденсаторы также используются в различных электромагнитных ускорителях, фотовспышках и лазерах, благодаря способности накапливать большой электрический заряд и быстро передавать его другим элементам сети с низким сопротивлением, за счет чего создается мощный импульс.

Во вторичных источниках электрического питания их применяют для сглаживания пульсаций при выпрямлении напряжения.

Способность сохранять заряд длительное время дает возможность использовать их для хранения информации.

Использование резистора или генератора тока в цепи с конденсатором позволяет увеличить время заряда и разряда ёмкости устройства, благодаря чему эти схемы можно использовать для создания времязадающих цепей, не предъявляющих высоких требований к временной стабильности.

Конденсатор. Принцип работы, основные характеристики.

Конденсатор — распространенный двухполюсный электронный компонент, главным свойством которого является способность накапливать электрический заряд и «отпускать» его обратно. Процесс накопления заряда называется зарядкой, а процесс его потери – разрядкой.

Выпускаются конденсаторы самых разных типов и конструкций. Наиболее распространены в электронике и любительской радиотехнике следующие виды:

• Керамические конденсаторы
• Танталовые конденсаторы
• Электролитические конденсаторы
• Конденсаторы переменной емкости

При включении в цепь электролитических конденсаторов необходимо соблюдать полярность. Отрицательный контакт, обычно, короче положительного и дополнительно может обозначаться соответствующими пометками на корпусе. Для керамических конденсаторов полярность подключения не имеет значения.

В простейшем виде конденсатор состоит их двух металлических пластин, называемых обкладками, которые разделены слоем диэлектрика.

При включении конденсатора в цепь с источником тока, под воздействием электрического поля на одной обкладке накапливается положительный заряд, а на другой – отрицательный. Это будет происходить до тех пор, пока на обкладках не накопится максимально возможное количество заряда. Оно определяется важной характеристикой конденсатора — емкостью. Емкость конденсатора определяется количеством заряда, которое он может накопить при заданном напряжении:

Формула емкости.

C — емкость конденсатора, q — заряд, U — напряжение.

Емкость зависит от таких физических характеристик, как, например, площадь обкладок, расстояние между ними и диэлектрическая проницаемость диэлектрика. Единицей измерения емкости конденсаторов в международной системе единиц (СИ) является Фарад (Ф).

Чем больше ёмкость, тем больший заряд может удерживать конденсатор при заданном напряжении, и тем меньше скорость его зарядки и разрядки.

Основные параметры конденсаторов:

• Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. 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. Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до тысяч микрофарад. Однако существуют конденсаторы (ионисторы) с ёмкостью до десятков фарад.
• 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.
• Плотность энергии электролитического конденсатора зависит от конструктивного исполнения. Максимальная плотность достигается у больших конденсаторов, где масса корпуса невелика по сравнению с массой обкладок и электролита.
• 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, что связано с увеличением тепловой скорости движения носителей заряда и, соответственно, снижению требований для образования электрического пробоя.
• Полярность. 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.

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 (между обкладками находится вакуум).
• 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, большой 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 спечённого порошка. Время наработки на отказ типичного электролитического конденсатора 3000-5000 часов при максимально допустимой температуре, качественные конденсаторы имеют время наработки на отказ не менее 8000 часов при температуре 105°С. Рабочая температура — основной фактор, влияющий на продолжительность срока службы конденсатора. Если нагрев конденсатора незначителен из-за потерь в диэлектрике, обкладках и выводах, (например, при использовании его во времязадающих цепях при небольших токах или в качестве разделительных), можно принять, что интенсивность отказов снижается вдвое при снижении рабочей температуры на каждые 10 °C вплоть до +25 °C. Твердотельные конденсаторы — вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ ~50000 часов при температуре 85°С. ЭПС меньше чем у жидко-электролитических и слабо зависит от температуры. Не взрываются.

Последовательное соединение конденсаторов.

При последовательном соединении конденсаторов уменьшается общая емкость и увеличивается общее напряжение конденсаторов. Общая емкость при последовательном соединении конденсаторов будет вычисляться по формуле:

Общее напряжение будет равняться сумме напряжений всех конденсаторов.

Например: мы имеем три конденсатора по 30 мкФ x 100 В каждый. При их последовательном соединении общий конденсатор будет иметь следующие данные: 10 мкФ x 300 В.

Параллельное соединение конденсаторов.

При параллельном соединении общая емкость конденсаторов складывается, а допустимое напряжение всего набора будет равно напряжению конденсатора, имеющего самое низкое значение допустимого напряжения из всего набора.

Например: мы имеем три конденсатора 30 мкФ x 100 В, соединённые параллельно. Параметры всего набора конденсаторов в этом случае будут следующие: 90 мкФ x 100 В.

Соединение более двух конденсаторов последовательно редко встречается в реальных схемах. Хотя для увеличения общего напряжения такой набор может встретиться в высоковольтных источниках питания. А вот в низковольтных источниках довольно часто встречается параллельное соединение нескольких конденсаторов для сглаживания пульсаций после выпрямления при больших токах потребления.

Обратите внимание, формулы вычисления емкости последовательного и параллельного соединения конденсаторов в точности обратны формулам вычисления сопротивления при последовательном и параллельном соединении резисторов.

Понравилась статья? Не забудь поделиться с друзьями в соц. сетях. А также подписаться на наш канал на YouTube, вступить в группу Вконтакте, в группу на Facebook.

До встречи в следующем уроке. Спасибо за внимание!

Технологии начинаются с простого!

Что такое конденсатор и как он работает?

В этом уроке мы узнаем, что такое конденсатор, как он работает, и рассмотрим несколько основных примеров его применения. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменный учебник ниже.

Обзор

Почти нет схемы, в которой не было бы конденсатора, и наряду с резисторами и катушками индуктивности они являются основными пассивными компонентами, которые мы используем в электронике.

Что такое конденсатор?

Конденсатор представляет собой устройство, способное накапливать энергию в виде электрического заряда. По сравнению с батареей того же размера конденсатор может хранить гораздо меньше энергии, примерно в 10 000 раз меньше, но достаточно полезен для очень многих схем.

Конструкция конденсатора

Конденсатор состоит из двух металлических пластин, разделенных изоляционным материалом, называемым диэлектриком. Пластины являются проводящими и обычно изготавливаются из алюминия, тантала или других металлов, в то время как диэлектрик может быть изготовлен из любого изоляционного материала, такого как бумага, стекло, керамика или что-либо, что препятствует протеканию тока.

Емкость конденсатора, измеряемая в фарадах, прямо пропорциональна площади поверхности двух пластин, а также диэлектрической проницаемости ε диэлектрика, причем чем меньше расстояние между пластинами, тем больше емкость. При этом давайте теперь посмотрим, как работает конденсатор.

Как работает конденсатор

Во-первых, мы можем отметить, что металл обычно имеет равное количество положительно и отрицательно заряженных частиц, что означает, что он электрически нейтрален.

Если мы подключим источник питания или батарею к металлическим пластинам конденсатора, ток будет пытаться течь, или электроны с пластины, подключенной к положительному выводу батареи, начнут двигаться к пластине, подключенной к отрицательному выводу свинца аккумулятора. Однако из-за диэлектрика между пластинами электроны не смогут пройти через конденсатор, поэтому они начнут накапливаться на пластине.

После того, как определенное количество электроники накопится на пластине, у батареи будет недостаточно энергии, чтобы подтолкнуть любую новую электронику к входу в пластину из-за отталкивания той электроники, которая уже есть.

В этот момент конденсатор фактически полностью заряжен. Первая пластина приобрела суммарный отрицательный заряд, а вторая пластина приобрела равный суммарный положительный заряд, создавая между ними электрическое поле с силой притяжения, которая удерживает заряд конденсатора.

Диэлектрик конденсатора Принцип работы

Давайте посмотрим, как диэлектрик может увеличить емкость конденсатора. Диэлектрик содержит полярные молекулы, что означает, что они могут менять свою ориентацию в зависимости от зарядов на двух пластинах. Таким образом, молекулы выравниваются с электрическим полем, позволяя большему количеству электронов притягиваться к отрицательной пластине и отталкивать больше электронов от положительной пластины.

Итак, когда он полностью заряжен, если мы вытащим аккумулятор, он будет удерживать электрический заряд в течение длительного времени, выступая в качестве накопителя энергии.

Теперь, если мы закоротим два конца конденсатора через нагрузку, через нагрузку потечет ток. Накопленные электроны с первой пластины начнут двигаться ко второй пластине, пока обе пластины снова не станут электрически нейтральными.

Итак, это основной принцип работы конденсатора, а теперь давайте рассмотрим несколько примеров его применения.

Применение конденсаторов

Развязывающие (байпасные) конденсаторы

Типичным примером являются развязывающие конденсаторы или шунтирующие конденсаторы. Они часто используются вместе с интегральными схемами и размещаются между источником питания и землей ИС.

Их работа состоит в том, чтобы отфильтровывать любые помехи в источнике питания, такие как пульсации напряжения, которые возникают, когда источник питания в течение очень короткого периода времени падает, или когда часть цепи переключается, вызывая колебания в источнике питания. В момент падения напряжения конденсатор будет временно действовать как источник питания, минуя основной источник питания.

Преобразователь переменного тока в постоянный

Другим типичным примером применения являются конденсаторы, используемые в адаптерах постоянного тока. Для преобразования переменного напряжения в постоянное обычно используется диодный выпрямитель, но без помощи конденсаторов он не справится.

Выходной сигнал выпрямителя представляет собой сигнал. Таким образом, пока выходная мощность выпрямителя увеличивается, конденсатор заряжается, а пока выходная мощность выпрямителя снижается, конденсатор разряжается и, таким образом, сглаживает выход постоянного тока.

См. также: Что такое триггер Шмитта и как он работает

Фильтрация сигналов

Фильтрация сигналов — еще один пример применения конденсаторов. Благодаря своему особому времени отклика они способны блокировать низкочастотные сигналы, пропуская при этом более высокие частоты.

Используется в радиоприемниках для подавления нежелательных частот и в схемах кроссовера внутри громкоговорителей для разделения низких частот для низкочастотного динамика и высоких частот для твитера.

Конденсаторы для хранения энергии

Еще одно довольно очевидное применение конденсаторов — хранение и подача энергии. Хотя они могут хранить значительно меньше энергии по сравнению с батареями того же размера, срок их службы намного выше, и они способны отдавать энергию намного быстрее, что делает их более подходящими для приложений, где требуется большой импульс мощности.

Это все для этого урока, не стесняйтесь задавать любые вопросы в разделе комментариев ниже.

Принцип работы конденсатора — StudiousGuy

Конденсатор — это электронное устройство, которое используется для накопления электрического заряда. Это одно из самых важных электронных устройств в схемотехнике. Конденсатор — это пассивный компонент, способный накапливать как отрицательные, так и положительные заряды. По этой причине он может временно вести себя как батарея. В зависимости от дизайна, конструкции, размера и емкости конденсатора его можно использовать в различных приложениях. Свойство хранения зарядов, связанных с конденсаторами, известно как емкость. Емкость определяется как отношение электрических зарядов, накопленных на проводящих пластинах конденсатора, к существующей между ними разности потенциалов. Емкость измеряется в фарадах, названных в честь английского физика Майкла Фарадея.

Указатель статьи (Щелкните, чтобы перейти)

Конструкция конденсатора

Конденсатор с плоскими пластинами имеет самую простую конструкцию из всех конденсаторов. Он состоит из двух проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу и разделенных диэлектриком. Диэлектрический материал, присутствующий между двумя пластинами, действует как изолятор, препятствующий прохождению тока между пластинами. Размер и форма пластин конденсатора варьируются в зависимости от применения. Диэлектрическая среда, используемая между двумя пластинами конденсатора, может быть воздухом, керамикой, полимером, бумагой и т. д.

Работа конденсатора

Первоначально проводящие пластины конденсатора состоят из равного количества положительных и отрицательных зарядов; поэтому пластины считаются электрически нейтральными. Когда батарея подключена через конденсатор, пластина, подключенная к положительной клемме батареи, накапливает на себе положительный заряд, а равное количество отрицательного заряда осаждается на другой пластине, подключенной к отрицательной клемме батареи. Диэлектрический материал, присутствующий между двумя пластинами, действует как барьер, препятствующий дальнейшему прохождению зарядов. Из-за наличия зарядов на обеих пластинах вокруг конденсатора создается электрическое поле, прямо пропорциональное разности потенциалов и обратно пропорциональное расстоянию между двумя пластинами. Когда конденсатор развивает потенциал, равный потенциалу, развиваемому подключенной к нему батареей, он считается полностью заряженным. Время, необходимое конденсатору для накопления максимального количества заряда на своих пластинах, называется временем зарядки. Когда батарея удалена, конденсатор действует как источник энергии. После подключения заряженного конденсатора к нагрузке заряды покидают пластины конденсатора, вызывая протекание тока в цепи. Этот процесс продолжается до тех пор, пока пластины конденсатора не приобретут электрически нейтральное состояние, и называется разрядкой конденсатора.