Конденсаторы где применяются: Применение конденсаторов и их видов кратко – в физике и технике, примеры (10 класс)

Применение конденсаторов и их видов кратко – в физике и технике, примеры (10 класс)

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 118.

Обновлено 15 Ноября, 2020

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 118.

Обновлено 15 Ноября, 2020

Одним из видов электротехнических деталей является конденсатор. Он находит применение во многих электрических и практически во всех радиоэлектронных схемах. Кратко рассмотрим различные виды конденсаторов и их применение в технике.

Работа конденсатора

Из курса физики в 10 классе известно, что как электрическое устройство конденсатор способен накапливать некоторый заряд и потом отдавать его. При накоплении заряда через конденсатор проходит ток, и на нём растет напряжение. Когда оно сравняется с внешним напряжением, ток через конденсатор прекратится. Для дальнейшей зарядки внешнее напряжение необходимо увеличить.

Если внешнее напряжение уменьшить, конденсатор сможет отдавать накопленный заряд, при этом ток через него будет протекать в обратном направлении, а напряжение — уменьшаться.

Если приложить к конденсатору переменное напряжение, ток через конденсатор будет проходить постоянно, то заряжая, то разряжая его, хотя конденсатор фактически является разрывом цепи и не проводит постоянный ток.

Все эти особенности предопределили сферы применения конденсаторов.

Сферы применения конденсаторов и их виды

Способность накапливать и очень быстро отдавать заряд находит применение там, где требуются редкие, но мощные импульсы тока. Примеры таких устройств — лампы-вспышки и электрические разрядники.

Способность накапливать заряд важна в «сглаживающих» элементах схем. Если напряжение в схеме имеет пульсации, то подключение конденсатора позволяет значительно их уменьшить: в момент роста напряжения ток будет не только поступать к нагрузке, но и заряжать конденсатор. А в момент снижения напряжения нагрузка получит дополнительное электричество из заряженного конденсатора. Особенно широко сглаживание пульсаций применяется в блоках питания: переменное напряжение из сети после выпрямления имеет «чисто пульсирующий» вид, и, чтобы получить постоянное напряжение, нужен конденсатор с относительно большой емкостью — сотни и тысячи микрофарад. {-14}$ Ф (в зависимости от технологии) и очень малые размеры, что позволяет иметь в микросхемах сотни миллионов таких запоминающих ячеек.

Рис. 3. Интегральный конденсатор в микросхеме.

Что мы узнали?

Конденсаторы большой емкости применяются там, где необходимо быстро отдавать заряд: во вспышках, разрядниках, блоках питания. В радиоэлектронных устройствах используются резонансные и разделительные свойства конденсаторов средних и малых емкостей. Интегральные конденсаторы используются в микросхемах памяти компьютеров.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 118.

А какая ваша оценка?

Что такое конденсатор и как они используются

Приветствую, друзья!

Мы уже рассматривали, как устроены «кирпичики», из которых собран компьютер.

Вы уже знаете, как устроены и как работают полупроводниковые диоды, полевые и биполярные транзисторы.

Вы уже знакомы с таким понятием, как SMD компоненты.

Давайте познакомимся с еще одной интереснейшей штуковиной — конденсатором.

Из всего многообразия конденсаторов мы рассмотрим лишь те, которые используются в компьютерах и периферийных устройствах.

Что такое конденсатор?

Конденсатор — это деталь с двумя выводами (двухполюсник), позволяющая накапливать энергию.

Конденсатор характеризуется такой величиной, как ёмкость.

Чем больше ёмкость конденсатора, тем больше энергии он может накопить и тем (грубо говоря) больше его габариты.

Конденсатор может не только накапливать энергию, но и отдавать ее.

Именно в таком режиме он чаще всего и работает.

Конденсатор, в отличие от транзистора, является пассивным компонентом, т.е. есть он не может генерировать или усиливать сигнал.

Как устроен конденсатор?

В простейшем случае конденсатор состоит из двух металлических пластин (обкладок) и диэлектрика (изолятора) между ними. Чем больше размер пластин и чем меньше зазор между ними, тем больше емкость конденсатора.

Вообще говоря, конденсатор накапливает на обкладках заряд (множество элементарных частиц, каждая из которых обладает элементарным зарядом). Чем больший заряд накоплен, тем большая запасена энергия. Ёмкость конденсатора зависит также и от вида диэлектрика.

Две пластины, разделенные тонким воздушным слоем (воздух — тоже диэлектрик), обладают очень небольшой емкостью, и в таком виде конденсаторы не используются.

С помощью специальных материалов и технологических ухищрений научились достаточно большую ёмкость втискивать в очень небольшой объём.

Самый характерный пример — электролитические конденсаторы.

В них две металлические обкладки в виде длинных полос (чаще всего из алюминиевой фольги) разделены слоем бумаги, пропитанной электролитом.

Электролит вызывает образование тонкой пленки оксида (окисла), которая является хорошим диэлектриком.

Поэтому электролитические конденсаторы называют ещё оксидными. Полосы сворачивают и помещают в цилиндрический алюминиевый корпус.

Раньше выводы конденсаторов делали из меди – как из материала с высокой электропроводностью. Теперь же их нередко делают из более дешевых сплавов на основе железа. В этом можно убедиться, если поднести к ним магнит. Фирмачи научились экономить!

В керамических конденсаторах диэлектриком служит пластинка из керамики, а обкладками – напыленные на керамику пленки металлических сплавов.

В каких единицах измеряется емкость конденсатора?

Основная единица для измерения ёмкости – Фарад (Ф, старое название – Фарада).

Но это очень большая величина, поэтому на практике используются её производные — пикофарад (пФ, пикофарада), нанофарад (нФ, нанофарада), микрофарад (мкФ, микрофарада).

Один микрофарад = 1 000 нанофарад = 1 000 000 пикофарад.

В компьютерных блоках питания и в материнских платах используются электролитические конденсаторы ёмкостью несколько сотен или тысяч микрофарад.

Там же применяется малогабаритные керамические конденсаторы ёмкостью несколько сотен или тысяч пикофарад.

Керамические конденсаторы используются чаще всего в виде SMD компонентов.

Как обозначаются конденсаторы в электрических схемах?

Конденсаторы в электрических схемах обозначается в виде двух вертикальных черточек, разделенных небольшим пространством. Графическое изображение напоминает те самые две пластины, разделенные воздушным диэлектриком.

У электролитических конденсаторов возле одной из черточек (обкладок) помещается знак «+».

Это потому, что электролитические конденсаторы обычно имеют полярность, которую надо соблюдать при монтаже.

Отметим, что в некоторых случаях применяются электролитические неполярные конденсаторы.

Рядом наносится значение ёмкости конденсатора.

А если конденсатор электролитический — то и величина его рабочего напряжения.

Записи вида 1000 p (1000 pF) и 3,9 n (3,9 nF) означают соответственно 1000 пикофарад и 3,9 нанофарад (или 3900 пикофарад).

Запись вида 1000uFx16V  означает емкость 1000 микрофарад и рабочее напряжение 16 Вольт.

Напротив отрицательного электрода на корпусе конденсатора наносится соответствующая маркировка (знак «-»).

Где и как используются конденсаторы?

Перед тем как начать рассказывать об области применения конденсаторов, вспомним, что конденсатор это — две пластины, разделенные диэлектриком. Поэтому ток через конденсатор (в первом приближении) идти не может. Однако в цепи с конденсатором могут происходить процессы заряд и разряда. И во время этих процессов в цепи будут протекать токи заряда или разряда.

Таким образом, если переменное напряжение будет приложено  к цепи с конденсатором, в ней будет протекать переменный ток. Поэтому конденсатор можно охарактеризовать такой величиной как емкостное сопротивление (обозначается в технической литературе как Хс).

Емкостное сопротивление зависит от ёмкости конденсатора и частоты приложенного напряжения. Чем ёмкость и частота больше, тем меньше емкостное сопротивление. На этих эффектах основано применение конденсаторов в схемах фильтрации источников питания.

В компьютерных блоках питания для получения постоянных напряжений +3,3, +5, и +12 В используется двухполупериодная схема выпрямление с двумя диодами и фильтрующим конденсатором. Без конденсатора на нагрузке будет пульсирующее напряжение одной полярности.

Источник постоянного напряжения можно представить в виде эквивалентной схемы из генератора и двух сопротивлений, где R1 — это внутреннее сопротивление выпрямителя, а R2 — емкостное сопротивление конденсатора.

Генератор – это сумма постоянного и переменного напряжений (пульсирующее напряжение содержит в себе постоянную и переменную составляющую).

Таким образом, сигнал с генератора подается на частотно-зависимый делитель напряжения. Выходной сигнал снимается с нижнего плеча (конденсатора). Для постоянного напряжения сопротивление конденсатора очень велико, гораздо больше сопротивления выпрямителя. Поэтому уменьшения постоянного напряжения не происходит.

Для переменного напряжения сопротивления конденсатора очень мало, гораздо меньше сопротивления выпрямителя, поэтому происходит сильное ослабление переменной составляющей.

В реальной схеме ситуация несколько сложнее, так как к нижнему плечу делителя подключена нагрузка, обладающая сопротивлением. Поэтому полностью избавиться от пульсаций нельзя, можно только свести их к какому-то небольшому значению.

Вообще, такая комбинация активного сопротивления и конденсатора называется фильтром нижних частот, который пропускает постоянную составляющую и какой-то диапазон низких частот.

Чем выше частота входного переменного напряжения, тем сильнее оно ослабляется.

Так как необходимо сильное подавление пульсаций переменного напряжения, то используется электролитические конденсаторы большой емкости.

Назначение керамических SMD конденсаторов на материнской плате — подавлять высокочастотные помехи, возникающие при переключении транзисторов в микросхемах. Таким образом, электролитические конденсаторы фильтруют относительно низкочастотные помехи и пульсации, а керамические  — более высокочастотные.

Приведем еще один пример разделения переменной и постоянной составляющей. Пусть в схеме на рисунке сигнал в точке А будет иметь постоянную составляющую 5 В и переменную амплитудой 2 В.

После конденсатора,  в точке В будет уже только переменная составляющая той же амплитудой 2 В (если емкостное сопротивление конденсатора мало для такой частоты). Интересно, не правда ли?

По существу, это тоже частотно-зависимый делитель напряжения, где в виде нижнего плеча выступает сопротивление нагрузки. Такую комбинацию называют фильтром верхних частот, который не пропускает постоянную составляющие и низкие частоты, так как в емкостное сопротивление будет для них большим.

Заканчивая, отметим маленькую деталь: так как максимальное напряжение на конденсаторе будет равно сумме постоянной и переменной составляющей, его рабочее напряжение должно быть не менее этой величины.

Продолжение следует.

Роль Конденсатора | Tech

Выпуск: 18 марта 2020 г., Обновление: 05 сентября 2022 г. , I.R.

Конденсаторы являются важнейшими компонентами большинства электронных устройств. Они широко используются в электронных схемах, силовых цепях, блоках питания и т. д.
Конденсаторы считаются одним из трех пассивных компонентов Большой тройки, наряду с резисторами и катушками индуктивности, которые образуют основные электронные схемы. Пассивные компоненты — это электронные устройства, которые потребляют, накапливают и/или выделяют электроэнергию.

В отличие от интегральных схем (ИС), они не выполняют активных операций, когда малая мощность постоянно усиливается до выходной мощности. Конденсаторы — это простые компоненты, которые принимают и отдают электричество. Однако эти пассивные компоненты имеют решающее значение для точного выполнения активных операций.

Три основных пассивных компонента также известны как LCR, что означает индуктор, конденсатор и резистор.

Базовая конструкция конденсатора с двумя металлическими пластинами и изолятором

[Рис. 1] Основная конструкция конденсатора

Конденсатор обычно состоит из изолятора с двумя металлическими пластинами, прикрепленными к изолятору с обеих сторон. Изоляторы не проводят ток. Изолятор, используемый в конденсаторах, называется диэлектриком. Положительные и отрицательные заряды переносятся внутри проводника во время электрического тока.

Заряды текут через конденсатор, когда на него подается электричество, но этот поток блокируется изолятором между металлическими пластинами. Следовательно, заряды накапливаются в одной из двух металлических пластин, а другая пластина индуцируется встречным зарядом.

Таким образом, конструкция конденсаторов позволяет накапливать электричество между двумя металлическими пластинами. Материалы, используемые для изолятора, включают газы, масла, керамику и смолу. Металлические пластины бывают различной формы, включая параллельные пластины, обертку фольгой и многослойные. Количество хранимых зарядов и поддерживаемые частоты варьируются в зависимости от типов изоляторов или конструкции конденсаторов. Поэтому очень важно выбрать подходящий конденсатор, отвечающий заданным требованиям.

Значение конденсаторов

Принцип работы конденсаторов состоит из двух основных частей:

1. Хранение электрических зарядов (электричества)
2. Поток переменного тока вместо постоянного тока

Для получения дополнительной информации об аккумулировании электроэнергии см. Базовую структуру конденсатора.
Поскольку электрический заряд накапливается между металлическими пластинами, передача электрического заряда останавливается, останавливая поток постоянного тока. По сути, постоянный ток может протекать через конденсаторы в течение короткого периода времени, пока они не будут полностью заряжены. В случае переменного тока направление тока переключается через определенный интервал, и конденсатор заряжается, а затем разряжается. Следовательно, кажется, что электричество проходит через конденсатор.
Соответственно, чем выше частота переменного тока, тем легче протекание электричества через конденсаторы. Таким образом, конденсаторы играют три важные роли в электронной схеме.

1) Зарядка и разрядка

Благодаря своей конструкции конденсаторы могут заряжаться и разряжаться. Благодаря электрическому заряду и разряду конденсаторы также могут использоваться в качестве источника питания. Вспышки фотоаппаратов используют эту особенность конденсаторов.
Для достижения высокой светоизлучающей способности необходимо прикладывать высокое напряжение. Это высокое напряжение не требуется в цепи для работы камеры. Затем выбирается конденсатор с подходящей структурой, который может обеспечить высокую мощность излучения света за счет мгновенного разряда накопленных электрических зарядов.

2) Поддержание напряжения на одном уровне

Конденсаторы также используются для поддержания напряжения на определенном уровне. Они полезны для уменьшения пульсации напряжения. При подаче высокого напряжения на параллельную цепь конденсатор заряжается, и, наоборот, разряжается при подаче низкого напряжения.
В то время как электричество вытекает переменным током, большинство электронных схем работают с постоянным током. Следовательно, переменный ток преобразуется в постоянный с помощью схемы выпрямителя. Однако преобразованный постоянный ток представляет собой нестабильный ток с пульсациями. Конденсатор используется для устранения этих пульсаций и поддержания постоянного напряжения.

3) Удаление шума

Поток переменного тока в конденсаторе полезен для снижения шума. В общем, поскольку шум постоянного тока представляет собой высокочастотную составляющую переменного тока, он имеет тенденцию легко проходить через конденсатор.
Между входом и выходом вставлена ​​ответвленная цепь, образующая заземление в конденсаторе. Следовательно, через конденсатор протекает только переменная составляющая, а постоянная составляющая проходит через выходную цепь.

Типы конденсаторов

Алюминиевый электролитический конденсатор

Этот конденсатор изготовлен из алюминия и другого металла. Оксидная пленка используется в качестве диэлектрического материала, так как она блокирует электричество, образуясь на поверхности алюминия. Этот тип конденсатора имеет высокую емкость по доступной цене. Поэтому он широко используется в качестве конденсатора большой емкости. Однако у него есть недостатки, такие как плохие частотные характеристики, большой размер и потеря диэлектрика из-за утечки жидкости.

Танталовый конденсатор

В этом конденсаторе тантал используется в качестве анода, а пятиокись тантала используется в качестве диэлектрического материала. Он имеет относительно большую емкость, несмотря на то, что он меньше, чем алюминиевый электролитический конденсатор. Кроме того, этот конденсатор превосходит алюминиевый конденсатор по характеристикам тока утечки, частотным характеристикам, емкости и температурным характеристикам.

Электрический двухслойный конденсатор

Эти конденсаторы обладают чрезвычайно большой емкостью, которая более чем в 1000–10 000 раз превышает емкость алюминиевых электролитических конденсаторов. Они могут использоваться повторно в течение длительного периода времени и не имеют ограничений, таких как количество циклов зарядки/разрядки. В электрических двухслойных конденсаторах электрические заряды накапливаются на границе электролита и электрода, которая известна как «двойной электрический слой» размером с одну молекулу. Этот слой используется в качестве диэлектрического материала в двухслойных конденсаторах. Электрические двухслойные конденсаторы дороже других конденсаторов.

Керамический конденсатор

Этот конденсатор обычно делится на три типа в зависимости от типа керамики, используемой в качестве диэлектрических материалов: конденсатор с низкой диэлектрической проницаемостью, тип с высокой диэлектрической проницаемостью и полупроводниковый тип. Его емкость изменяется с увеличением напряжения, подаваемого на конденсатор. Он характеризуется небольшими размерами и термостойкостью. Однако он хрупкий и его можно легко разбить или сломать.

Пленочный конденсатор

В этом конденсаторе в качестве диэлектрического материала используются такие пленки, как полиэстер и полиэтилен. Полиэфирные, полипропиленовые и другие пленки зажаты между электродными фольгами с обеих сторон и свернуты в цилиндрическую форму. Это неполярный конденсатор, который больше, чем керамический конденсатор, и имеет высокое сопротивление изоляции, предотвращая электрические потери. Кроме того, он очень надежен и обладает отличными частотными и температурными характеристиками.

Слюдяной конденсатор

В этом конденсаторе в качестве диэлектрического материала используется слюда, природный минерал. Слюда идеально подходит для изготовления конденсаторов, так как обладает высокими диэлектрическими свойствами и легко отделяется. Слюдяные конденсаторы обладают превосходными характеристиками, такими как высокое сопротивление изоляции, тангенс угла диэлектрических потерь и хорошие частотные и температурные характеристики. Однако они имеют определенные недостатки, поскольку являются дорогостоящими и крупногабаритными агрегатами.
Для получения дополнительной информации о типах конденсаторов перейдите по ссылке ниже.
Типы конденсаторов. Базовые знания компонентов

Связанные технические статьи

• Типы конденсаторов. Основные сведения о компонентах
• Как прочитать код резистора и конденсатора
• Электрические двухслойные конденсаторы оптимальны для выравнивания мощности
• Что такое индуктор (катушка)? Объяснение его принципа и роли
• Как работают диоды и для чего они нужны! В каких ситуациях они используются?

Рекомендуемые продукты

Источники питания постоянного тока, высоковольтные источники питания и системы рентгеновского контроля Matsusada Precision являются лучшими решениями для испытаний конденсаторов и электрических компонентов по всему миру.

Что такое конденсатор и для чего он используется?

Автор
Сэмюэл Л. Гарбетт

Опубликовано 18 мая 2022 г.

Делиться
Твитнуть
Делиться
Делиться
Делиться
Электронная почта

Узнайте, как работают конденсаторы и для чего они используются, чтобы правильно реализовать их в своем следующем проекте «Сделай сам».

Когда-то известные как конденсаторы, конденсаторы являются одним из наиболее распространенных компонентов, используемых в схемотехнике. Легко следовать руководствам «Сделай сам», в которых используются такие компоненты, не зная, для чего они нужны и как они работают, но для этого не нужно много учиться.

Итак, что такое конденсатор и как он работает? Давай выясним.

Что такое конденсатор?

Конденсаторы (первоначально называемые электрическими конденсаторами) представляют собой аналоговые электрические компоненты, которые могут собирать и хранить электрическую энергию. Когда постоянный ток течет в конденсатор, он заряжается энергией и высвобождает переменный ток обратно в цепь.

Большинство конденсаторов имеют положительную и отрицательную клеммы в виде ножек, площадок или пластин. Ток течет в одну из этих ветвей, через корпус конденсатора и выходит из другой ветви.

Эти компоненты дают инженерам возможность контролировать электрическую энергию в цепи. Всплески напряжения сглаживаются, а энергия может быть сохранена для последующего использования, и все это с использованием умной химии внутри самого конденсатора.

Конденсаторы

часто сравнивают с аккумуляторами, но они совершенно разные. В отличие от батарей, вы можете разрядить конденсатор почти мгновенно, и они не предназначены для длительного хранения энергии.

Что такое емкость?

Емкость — это способность компонента накапливать электрический заряд и может быть измерена в единицах, называемых фарадами. Конденсатор с высокой емкостью (скажем, 1,0 Ф) может хранить больше энергии, чем конденсатор с низкой емкостью (скажем, 1,0 мФ).

Несмотря на то, что емкость важна при выборе конденсатора, ограничения по напряжению компонента также имеют решающее значение.

Для чего используется конденсатор?

Конденсаторы

широко распространены в современном мире. Вы их не видите, но эти компоненты присутствуют практически в каждом электрическом и электронном устройстве, которое вы используете. Итак, что конденсатор делает в этих устройствах?

Давайте рассмотрим некоторые из наиболее распространенных применений конденсаторов.

• Вспышки для фотоаппаратов: До того, как светодиоды появились на сцене, вспышки для фотоаппаратов использовали маленькие лампочки накаливания для получения света. Винтажная камера не могла обеспечить достаточную мощность для создания яркой вспышки без слишком большого корпуса. Конденсаторы решили эту проблему, заряжая и накапливая энергию перед каждой вспышкой. Это пример импульсной мощности.
• Компьютеры: Энергонезависимая память, такая как ОЗУ, теряет сохраненные данные при отключении питания. Это создает проблему, когда необходимо заменить источники питания, но конденсатор может решить эту проблему, обеспечивая временное питание. Это пример накопления энергии.
• Аналоговое стереооборудование: Усилители и другое аналоговое стереооборудование требуют точных схем для обеспечения чистого звука.
  
  Конденсаторы где применяются: Применение конденсаторов и их видов кратко – в физике и технике, примеры (10 класс)