Содержание
Что такое конденсатор, типы конденсаторов и их обозначение на схемах
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.
Основные единици измерения эмкости конденсаторов это: Фарад, микроФарад, наноФарад, пикофарад, обозначения на конденсаторах для которых выглядят соответственно как: Ф, мкФ, нФ, пФ.
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. 1).
Рис. 1. Конденсаторы постоянной емкости и их обозначение.
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. 2).
Рис. 2. Обозначение единиц измерения для емкости конденсаторов на схемах.
Обозначение емкости на конденсаторах
Номинальную емкость и допускаемое отклонение от нее, а в некоторых случаях и номинальное напряжение указывают на корпусах конденсаторов.
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 нанофарадах, 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 —10Н, 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.
Особенности и требования к конденсаторам
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.
Наибольшей 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. 1).
Проходные и опорные конденсаторы
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. 3).
Рис. 3. Внешний вид и изображение на схемах проходных и опорных конденсаторов.
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. 3,г).
Оксидные конденсаторы
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 других 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. 4,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. 4,6), причем знак ?+» в этом случае можно не указывать.
Рис. 4. Оксидные конденсаторы и их обозначение на принципиальных схемах.
В схемах радиоэлектронных приборов иногда можно встретить обозначение оксидного конденсатора в виде двух узких прямоугольников (рис. 4,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. 4,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 дешевле в производстве и размеры их намного меньше, чем КПБ с воздушным диэлектриком.
С условным обозначением КПЕ мы уже встречались — 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. 5).
Рис. 5. Обозначение конденсаторов переменной емкости.
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. 6.
Рис. 6. Обозначение сдвоенных конденсаторов переменной емкости.
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. 6, секции С 1.1, С 1.2 и С 1.3).
В измерительной аппаратуре, например в плечах емкостных мостов, находят применение так называемые дифференциальные конденсаторы (от лат. differentia — различие).
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 7.
Рис. 7. Дифференциальные конденсаторы и их обозначение на схемах.
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.
Рис. 8. Подстроечные конденсаторы и их обозначение.
Конструкция керамического подстроечного конденсатора (КПК) одного из наиболее распространенных типов показана на рис.
8,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. 8,б). 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. 8,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. 9. Вариконд и его обозначение на схемах.
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. 9,а).
Аналогично построено обозначение термоконденсаторов, применяемых в электронных наручных часах. Фактор, изменяющий емкость такого конденсатора—температуру среды — обозначают символом t°(pис. 9, б). Вместе с тем что такое конденсатор часто ищут что такое резистор?
Литература: В.В. Фролов, Язык радиосхем, Москва, 1998.
Что такое конденсатор, как обозначается на схемах, единицы емкости
Знакомство с конденсатором для тех кто только начинает знакомиться с радиоэлектроникой и радиолюбительством.
Что такое конденсатор. какие бывают конденсаторы, как они обозначаются на принципиальных схемах, единицы измерения емкости конденсаторов, включение конденсаторов.
Что такое конденсатор
Конденсатор, это радиодеталь, обладающая электрической емкостью. Конденсатор можно зарядить и он будет хранить заряд, апотом готов отдать его «по первому требованию». На первый взгляд это похоже на работу аккумулятора, но только на первый взгляд.
Конденсатор не является химическим источником тока, да и вообще источником тока. Конденсатор можно назвать временным хранилищем заряда. Заряд в нем можно пополнять и забирать. Во время зарядки и разрядки конденсатора через него протекает ток.
Напряжение на разряженном конденсаторе равно нулю. Но в процессе зарядки напряжение увеличивается, и как только достигает величины напряжения источника тока, заряд прекращается. С нарастанием напряжения на конденсаторе 8 процессе его зарядки ток зарядки уменьшается.
Физически конденсатор это две металлические пластины, разделенные тонким слоем изолятора.
Так и есть. Выходит, что конденсатор пропускать электрический ток не может. Но в процессе зарядки и разрядки ток есть.
То есть, можно сказать, что конденсатор может пропускать изменяющийся ток. то есть, переменный. А постоянный он не пропускает. Это свойство широко используется в электронике и радиотехники для разделения переменного и постоянного токов, которые есть в одной и той же цепи.
Если сопротивление конденсатора постоянному току бесконечно (активное сопротивление), то на переменном токе он обладает весьма определенным реактивным сопротивлением, зависящим от емкости конденсатора и частоты переменного тока.
Еще конденсаторы применяют для задержки подачи напряжения, в таймерах. Там используется то свойство конденсатора, что скорость его заряда или разряда зависит от силы тока заряда или разряда. А если этот ток ограничить резистором, то чем больше будет сопротивление этого резистора, тем дольше будет процесс заряда или разряда.
Если у резистора основным параметром является сопротивление, то у конденсатора -емкость, которая выражается 8 фарадах.
Величина 1F (одна фарада) довольно велика, поэтому чаще всего речь идет о микрофарадах, нанофарадах, пикофарадах. Конденсаторы так же как и резисторы бывают постоянные (емкость которых не измена), переменные и подстроечные (с ручкой для регулировки емкости).
Обозначение конденсатора на схемах
В отличие от постоянных резисторов, которые в большинстве своем похожи на бочонок с двумя выводами, постоянные конденсаторы бывают самых разных форм и размеров. Но разделить их можно на две группы, — полярные и неполярные. Разница в том, что у полярного конденсатора есть плюс и минус и подключать в схему его нужно с учетом полярности.
А у неполярного конденсатора выводы равнозначны. На рисунке 1 показаны обозначения конденсаторов, А — неполярный, Б — полярный. В -переменный, Г — подстроечный.
Рис. 1. Обозначение конденсаторов на принципиальных схемах.
Кроме емкости, выраженной, чаще всего в пикофарадах или микрофарадах (иногда и в нанофарадах), другим важным параметром является максимально допустимое напряжение.
Если к обкладкам (выводам) конденсатора приложить напряжение выше этой величины может произойти пробой изолятора и конденсатор выйдет из строя.
Если говорят что «конденсатор на 250V», это значит, что на конденсатор нельзя подавать напряжение больше 250V. Меньше -пожалуйста, начиная от нуля. Но больше этой величины, — ни в коем случае!
Таким образом, у конденсатора есть два основных параметра, — емкость, выраженная 8 десятичных долях Фарады (микрофарады, нанофарады, пикофарады), и максимальное напряжение, выраженное в Вольтах.
На схемах значение емкости обычно пишут 8 пикофарадах (р, pF, пФ) и микрофарадах (pF, м, мкФ). 1 мкФ = 1000000 пФ. Но встречаются обозначения и в нанофарадах (nF, п) обычно на зарубежных схемах. 1nF = 1000pF. Бывает что на схемах буква, обозначающая кратную приставку используется как децимальная запятая, например, 1500 р = 1,5n = 1N5 или 1n5.
На многих схемах зарубежной аппаратуры встречается замена греческой буквы «р» на латинскую «и». То есть, 10 микрофарад у них будет так: «10uF».
Возможно, это связано с отсутствием греческого шрифта в программе с помощью которой нарисована схема.
Включение конденсаторов
Для получения нужной емкости иногда приходится соединять два конденсатора параллельно или последовательно (рис.2.). При параллельном соединении общая емкость рассчитывается как сумма емкостей:
Собщ = С1 + С2.
При последовательном соединении приходится пользоваться более сложной формулой: Собщ = (С1«С2) / (С1+С2) .
Рис. 2. Параллельное и последовательное включение конденсаторов, формулы для расчета емкости.
Маркировка конденсаторов
Теперь о маркировке конденсаторов. Здесь как и у резисторов есть несколько стандартов. Если конденсатор достаточно больших размеров, то на нем емкость может быть так и указана, например, на стакане оксидного конденсатора емкостью 10 мкФ так и будет написано: 10 pF или 10 мкФ, далее будет указано напряжение, например, 25V, и отмечена полярность выводов, у отечественных конденсаторов возле положительного вывода будет «+», а у иностранных возле отрицательного вывода будет «-» или полоска.
На крупных неполярных конденсаторах тоже все будет написано просто и ясно, например, на конденсаторе типа К73-14 емкостью 0,22 мкФ на максимальное напряжение 250V будет так и написано: 0,22pF 250V.
Сложнее с маленькими керамическими или слюдяными неполярными конденсаторами. Места здесь для маркировки мало, поэтому придумывают сокращения. Например, на конденсаторах типа К10-7 в виде пластинок емкость указывается с использованием кратной приставки как децимальной запятой, вот несколько примеров такой маркировки:
- 150 пФ — «150р» или «150п»
- 1500 пФ — «1N5» или «1Н5»
- 15000пФ (0,015 мкФ) — «15N» или «15Н» .
У зарубежных керамических конденсаторов используется такая же маркировка как у резисторов, только за основу идет не единицы Ом, а единицы Пикофарад. Обозначение состоит из трех цифр. Первые две —
значение в пФ, а третья — множитель, практически численно показывающая сколько нулей нужно приписать, чтобы получилось значение выраженное в пФ.
Вот несколько примеров такого обозначения:
- 15 пФ — «150» (к 15 приписать 0 нолей)
- 150 пФ — «151»(к 15 приписать 1 ноль)
- 1500 пф — «152» (к 15 приписать 2 ноля)
- 0,015 мкФ (15000 пФ) — «153» (к 15 приписать 3 нуля).
- 0,15 мкФ (150000 пФ) — «154» (к 15 приписать 4 нуля).
Эксперимент с конденсатором
Чтобы практически познакомиться со способностью конденсатора накапливать заряд можно провести один эксперимент. Возьмем оксидный конденсатор типа К50-35 емкостью 2200 мкФ и соберем схему, показанную на рисунке 3. Здесь мы будем заряжать конденсатор от батарейки, и разряжать через лампочку от карманного фонаря.
Когда переключатель S1 находится в показанном на схеме положении, через него и резистор R1 конденсатор С1 заряжается. Переключаем S1 в нижнее по схеме положение, и конденсатор С1 разряжается через лампочку Н1.
Рис. 3. Схема простого эксперимента с конденсатором.
Теперь приступаем к делу.
Переключаем S1 вниз по схеме и лампочка вспыхивает. Горит она недолго. Затем, возвращаем S1 в исходное положение. Конденсатор заряжается от батарейки. И снова переключаем S1 вниз по схеме.
Лампочка опять вспыхивает, так как на неё поступает заряд, накопленный конденсатором. Если слишком быстро переключать S1 лампа будет вспыхивать слабее, или вообще не будет вспыхивать, так как С1 не успевает зарядиться через R1.
РК-2010-04.
Что такое конденсаторные цепи?
До сих пор мы познакомились с источниками питания, резисторами и переключателями и изучили значение напряжения, тока, сопротивления и рассеиваемой мощности в цепях. В этой статье рассматривается еще один тип электронного компонента: конденсатор.
Ключевые термины
o Конденсатор
o Емкость
o Объектив
4 o
o Распознавание функции конденсатора
o Анализ простых цепей, содержащих конденсаторы
Обратите внимание: не пытайтесь воспроизвести схемы, иллюстрации или инструкции в этой статье в реальных условиях.
Это может привести к поражению электрическим током, травме или смерти. Эти примеры приведены только для теоретического обсуждения, а не для фактического/физического использования.
Резисторы являются важными электронными компонентами, но многие сложные электронные схемы имеют гораздо большее значение. Сети резисторов довольно «статичны», то есть их параметры не сильно меняются с течением времени. Это нормально в случае, скажем, с лампочкой — обычно вам нужен постоянный источник света, а не мерцание или мигание. Но что, если мы хотим сделать что-то более интересное, например, создать падение напряжения, которое со временем уменьшается или увеличивается? Нам нужно нечто большее, чем просто резисторы. В этой статье мы обсудим один такой компонент: конденсатор.
Что такое конденсатор?
Заряд может двигаться в проводнике, и он движется под действием электрической силы. Как правило, провода электрически нейтральны, но они могут проводить заряд, и заряд может также накапливаться в частях материала в ответ на электрические силы.
Представьте сценарий ниже, где у нас есть наш обычный источник питания (напряжения). Каждая клемма соединена с металлической пластиной, но эти две пластины разделены изолятором (например, воздухом), что означает, что между ними не может перемещаться заряд. Также мы добавим переключатель, который начинается в положении «открыто».
Хотите узнать больше? Почему бы не пройти онлайн-курс по электронике?
Когда переключатель разомкнут, ничего не происходит — нижняя металлическая пластина находится на «земле», а верхняя металлическая пластина отключена от любого источника напряжения. (Мы также предполагаем, что он находится на «земле».) Таким образом, между пластинами не существует электрических сил. Теперь давайте замкнем переключатель и посмотрим, что произойдет. цепи, на двух пластинах нет разности напряжений, но положительный заряд перемещается от положительной клеммы источника питания к верхней пластине и начинает накапливаться (нижняя пластина находится на земле, и положительный заряд притягивается к ней электрической силой) Обратите внимание, что ток не может течь между этими пластинами, потому что они разделены.
Поскольку положительный заряд накапливается в верхней пластине, положительный заряд отталкивается от нижней пластины, оставляя на ней эквивалентный отрицательный заряд.
Заряд будет накапливаться до тех пор, пока падение напряжения между двумя пластинами не станет эквивалентным напряжению питания, В. Обратите внимание, что существование электрической силы между пластинами (и, следовательно, разность электрических потенциалов) ясно видно потому что одна пластина заряжена положительно, а другая отрицательно. По сути, эти пластины похожи на источник питания, который «заряжается» или «запитывается» от батареи (или другого источника) в цепи. Другими словами, эти пластины способны накапливать электрическую энергию за счет накопления заряда. Такое устройство, включающее в себя проводящие пластины, какой бы ни была их форма, называется конденсатор. Мы будем использовать следующий интуитивно понятный символ схемы для конденсатора.
Как вы могли догадаться, большие пластины оставляют больше места для накопления заряда. Кроме того, чем ближе пластины, тем сильнее сила между аккумулирующими зарядами. Способность конденсатора удерживать заряд называется его емкостью , , которую мы будем обозначать как C. (единицей емкости в системе СИ является фарад ). — впрочем, мы не будем много заниматься этим юнитом. Тем не менее, один фарад равен одному кулону на вольт, что довольно интуитивно, если подумать!) Если конденсатор может удерживать больший заряд при данном падении напряжения на нем, то его емкость выше.
Практическая задача : Конденсатор имеет емкость 1 фарад. Если падение напряжения на нем составляет 10 вольт, сколько кулонов заряда он может удерживать?
Решение : Используйте определение фарад: это то, сколько заряда может удерживать конденсатор, измеряемый в кулонах на вольт падения напряжения.
Таким образом, если конденсатор имеет падение напряжения 10 В, он будет удерживать заряд 10 Кл. (Умножьте падение напряжения на «емкость» заряда — это должно быть то же самое, что и емкость в фарадах. Другими словами, используйте соотношение Q = CV, где Q — заряд, хранящийся в конденсаторе, C — емкость, V — напряжение.)
Что могут конденсаторы?
Вам может быть не сразу очевидно, как можно использовать конденсаторы. А пока давайте посмотрим на схему ниже, чтобы увидеть, на что способен конденсатор.
Сначала замкните переключатель S 1 , чтобы зарядить конденсатор; поскольку S 2 остается разомкнутым, на резисторе нет падения напряжения, поэтому он не участвует в функционировании схемы.
Как мы обсуждали выше, конденсатор будет «заряжаться» до тех пор, пока не достигнет напряжения В . (Время, необходимое для этого процесса, зависит от ряда факторов: если провода действительно идеальные проводники, то процесс мгновенный, но если провод имеет некоторое сопротивление, как это имеет место в действительности, то этот процесс занимает некоторое конечное время.
количество времени.) Как только конденсатор заряжен, мы размыкаем переключатель S 1 ; Верхняя пластина сохраняет свой заряд (поскольку она не заземлена), поэтому напряжение на C остается В вольт.
Теперь замкните переключатель S 2 . Положительный заряд на верхней пластине конденсатора теперь имеет путь к земле через резистор R. Следуя принципам анализа цепей, мы знаем, что (первоначально) падение напряжения на резисторе составляет В.
Но когда избыточный заряд в верхней пластине конденсатора стекает на землю, конденсатор теряет накопленную энергию, а это означает, что его напряжение уменьшается. Таким образом, по закону Ома уменьшается и сила тока. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не истощится заряд конденсатора; в этот момент цепь «мертвая» (просто это означает, что больше нет напряжения или тока через R и C ).
(Кстати, положительный заряд в этом случае лучше всего рассматривать как движение к нижней пластине конденсатора, где он «нейтрализует» отрицательный ток, накопленный при зарядке конденсатора.)
В этот момент конденсатор должен быть перезарядить, чтобы повторить процесс. Если в этой цепи одновременно замкнуты оба ключа, то конденсатор также заряжается, но как только он достигает максимальной емкости, ток течет только через резистор 9.0035 R. Этот ток можно найти по закону Ома.
Таким образом, при полной зарядке в этой цепи конденсатор фактически аналогичен открытому выключателю!
В этой статье конденсатор представлен лишь вкратце, и сделано это с минимумом математики. Чтобы по-настоящему понять, что происходит с конденсаторами, нам потребуется сложная математика и более сложная электрическая теория. Но, как вы можете видеть из краткого обсуждения выше, конденсаторы — это электронные компоненты, которые могут накапливать электрическую энергию за счет накопления заряда.
Эта функция важна, например, в цепях радиосвязи, и это только один пример!
Конденсатор в последовательных, параллельных цепях и цепях переменного тока
Конденсатор является одним из наиболее часто используемых электронных компонентов. Он обладает способностью накапливать внутри себя энергию в виде электрического заряда, создающего статическое напряжение (разность потенциалов) на его пластинах. Проще говоря, конденсатор похож на небольшую аккумуляторную батарею. Конденсатор представляет собой просто комбинацию двух проводящих или металлических пластин, расположенных параллельно и электрически разделенных хорошим изолирующим слоем (также называемым диэлектриком ) из вощеной бумаги, слюды, керамики, пластмассы и т. д.
Конденсатор имеет множество применений в электронике, некоторые из них перечислены ниже:
- Аккумулирование энергии
- Система стабилизации питания
- Коррекция коэффициента мощности
- Фильтрация
- Осцилляторы
Теперь вопрос как работает конденсатор ? Когда вы подключаете источник питания к конденсатору, он блокирует постоянный ток из-за изолирующего слоя и позволяет напряжению присутствовать на пластинах в виде электрического заряда.
Итак, вы знаете, как работает конденсатор и каковы его области применения или применения, но вы должны узнать, как использовать конденсатор в электронных схемах.
Как подключить конденсатор в электронной цепи?
Здесь мы собираемся продемонстрировать вам подключение конденсатора и эффект от него на примерах.
- Конденсатор серии
- Параллельный конденсатор
- Конденсатор в цепи переменного тока
Конденсатор в последовательной цепи
В цепи при последовательном соединении конденсаторов, как показано на рисунке выше, общая емкость уменьшается. Ток через последовательно соединенные конденсаторы одинаков (т.е. i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n ). Следовательно, заряд, накопленный конденсаторами, также одинаков (т. е. Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3 ), потому что заряд, накопленный пластиной любого конденсатора, поступает от пластины соседнего конденсатора.
конденсатор в цепи.
Применяя Закон Кирхгофа о напряжении (KVL) в цепи, мы имеем
В Т = В С1 + В С2 + V C3 … уравнение (1)
Как известно,
Q = CV Итак, V = Q / C
Где, V C1 = Q / C 1 ; V C2 = Q / C 2 ; V C3 = Q / C 3
Теперь, подставив вышеуказанные значения в уравнение (1)
(1/С Т ) = (1/С 1 ) + (1/С 2 ) + (1/С 3 )
Для n последовательных конденсаторов уравнение будет
(1/С Т ) = (1/С 1 ) + (1/С 2 ) + (1/С 3 ) + …. + (1 / Cn)
Следовательно, приведенное выше уравнение является уравнением для конденсаторов серии .
Где, C T = Общая емкость цепи
C 1 …n = емкость конденсаторов
Емкость Уравнение для двух особых случаев определяется ниже:
Случай I: , если есть два последовательно соединенных конденсатора с разными значениями, емкость будет выражена как:
(1 / С Т ) = (С 1 + С 2 ) / (С 1 * С 2 ) Или, C T = (C 1 * C 2 ) / (C 1 + C 2 ) … уравнение (2)
конденсатор последовательно, при одинаковом значении емкость будет выражаться как:
(1/С Т ) = 2С/С 2 = 2/С Или, C T = C / 2
Пример цепи последовательного конденсатора:
Теперь в приведенном ниже примере мы покажем вам, как рассчитать общую емкость и среднеквадратичное падение напряжения на каждом конденсаторе.
Как видно из приведенной выше принципиальной схемы, два конденсатора соединены последовательно с разными номиналами. Значит, и падение напряжения на конденсаторах неодинаково. Если мы подключим два конденсатора с одинаковым значением, падение напряжения также будет одинаковым.
Теперь для общего значения емкости мы будем использовать формулу из уравнения (2)
Итак, С Т = (С 1 * С 2 ) / (С 1 + С 2 ) Здесь С 1 = 4,7 мкФ и С 2 = 1 мкФ C T = (4,7 мкФ * 1 мкФ) / (4,7 мкФ + 1 мкФ) C T = 4,7 мкФ / 5,7 мкФ C T = 0,824 мкФ
Теперь падение напряжения на конденсаторе C 1 это:
ВК 1 = (С Т / С 1 ) * В Т VC 1 = (0,824 мкФ / 4,7 мкФ) * 12 VC 1 = 2,103 В
Теперь падение напряжения на конденсаторе C 2 равно:
ВК 2 = (С Т / С 2 ) * В Т ВК 2 = (0,824 мкФ / 1 мкФ) * 12 ВК 2 = 9,88 В
Конденсатор в параллельной цепи
При параллельном соединении конденсаторов общая емкость будет равна сумме емкостей всех конденсаторов.
Потому что верхняя пластина всех конденсаторов соединена вместе, а нижняя пластина тоже. Таким образом, касаясь друг друга, эффективная площадь пластин также увеличивается. Следовательно, емкость пропорциональна отношению площади к расстоянию.
По применению Текущий закон Кирхгофа (KCL) в вышеуказанной схеме,
i T = i 1 +i 2 + i 3
Как мы знаем, ток через конденсатор выражается как;
i = C (dV / dt ) SO, I T = C 1 (DV / DT ) + C 2 (DV / DT ) + C 3 (DV / DT ) + C 3 (DV / DT ) + C 0009 ) А, i T = (C 1 + C 2 + C 3 )* (dV /9 0 9 09007 dt
i T = C T (dV / dt ) … уравнение (3)
Из уравнения (3) уравнение
С Т = С 1 + С 2 + С 3
Для числа n конденсаторов, соединенных параллельно, приведенное выше уравнение выражается как:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + CN
Пример.
параллельно . Поскольку эти конденсаторы соединены параллельно, эквивалентная или общая емкость будет равна сумме отдельных емкостей.
С Т = С 1 + С 2 + С 3 Где, С 1 = 4,7 мкФ; C 2 = 1 мкФ и C 3 = 0,1 мкФ Итак, С Т = (4,7 + 1 + 0,1) мкФ C T = 5,8 мкФ
Конденсатор в цепях переменного тока
Когда конденсатор подключен к источнику постоянного тока, он начинает медленно заряжаться. И когда напряжение зарядного тока конденсатора равно напряжению питания, говорят, что он полностью заряжен. Здесь, в этом состоянии, конденсатор работает как источник энергии, пока подается напряжение. Кроме того, конденсаторы не пропускают ток после полной зарядки.
Всякий раз, когда переменное напряжение подается на конденсатор, как показано в приведенной выше чисто емкостной цепи.
Затем конденсатор непрерывно заряжается и разряжается до каждого нового уровня напряжения (заряжается при положительном уровне напряжения и разряжается при отрицательном уровне напряжения). Емкость конденсатора в цепях переменного тока зависит от частоты входного напряжения, подаваемого в цепь. Ток прямо пропорционален скорости изменения напряжения, приложенного к цепи.
I = DQ / DT = C (DV / DT )
Phasor Diagram для конденсатора в схеме AC
As See The PhaSor Diagram для ACCACITO на изображении ниже ток и напряжение представлены синусоидой. При наблюдении при 0⁰ зарядный ток достигает своего пикового значения из-за постоянного увеличения напряжения в положительном направлении.
Теперь при 90⁰ ток через конденсатор не течет, так как напряжение питания достигает максимального значения. При 180⁰ напряжение начинает медленно снижаться до нуля, а ток достигает максимального значения в отрицательном направлении.
И снова зарядка достигает своего пикового значения в 360⁰, потому что напряжение питания находится на минимальном значении.
Таким образом, из приведенного выше сигнала видно, что ток опережает напряжение на 90⁰. Итак, мы можем сказать, что переменное напряжение отстает от тока на 90⁰ в идеальной конденсаторной цепи .
Реактивное сопротивление конденсатора (Xc) в цепи переменного тока
Рассмотрим приведенную выше принципиальную схему, поскольку мы знаем, что входное напряжение переменного тока выражается как
V = V м Sin вес
А, заряд конденсатора Q = CV,
Итак, Q = CV m Sin wt
А, ток через конденсатор, i = dQ/dt
So,
i = d (CV m Sin wt ) / dt i = C * d (V m Sin wt ) / dt i = C*V m Cos вес *w i = w*C*V m Sin(wt + π/2) ат, мас = 0 sin(wt + π/2) = 1 , следовательно, i м = wCV м В м / i м = 1 / wC
Как мы знаем, w = 2πf
Итак,
емковое реактивное сопротивление (XC) = V M / I M = 1 / 2πfc
Пример для емкостной реакции в схеме переменного тока
Диаграмма
.