Конденсаторы их виды, характеристики, способы проверки. Схема конденсатор

Подключение пусковых конденсаторов к электродвигателю.

В одной из прошлых статей мы говорили о подборе рабочих конденсаторов для работы 3 ф.(380 Вольт) асинхронного электродвигателя от 1 ф. сети (220 Вольт). А именно о подборе рабочих конденсаторов по амперметру . Спасибо Вам мои читатели за множество отзывов и благодарностей, ведь если бы не Вы уже давно бы забросил это дело. В одном из писем присланных мне на почту были вопросы: « Почему не рассказал о пусковых конденсаторах?», «Почему у меня не запускается двигатель, ведь я всё сделал, как было написано». А ведь правда что не всегда хватает «рабочих» конденсаторов для пуска электродвигателя под нагрузкой, и возникает вопрос: «Что же делать?». А вот что: «Нам нужны пусковые конденсаторы». А вот как их подобрать правильно мы сейчас поговорим. И так что мы имеем: 3 фазный электродвигатель, к которому на основе прошлой статье мы подобрали ёмкость рабочего конденсатора 60 мкФ. Для пускового конденсатора мы берем емкость в 2 - 2,5 раза больше чем ёмкость рабочего конденсатора. Таким образом, нам понадобится конденсатор ёмкостью 120 – 150 мкФ. При этом рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть в 1,5 раза больше напряжения сети. Сейчас у многих возникает вопрос: « А почему не 300 мкФ или даже 1000 мкФ, ведь кашу маслом не испортишь?». Но в не этом случае, всего должно быть в меру, при слишком большей ёмкости пусковых конденсаторов нечего очень страшного не случиться, но эффективность пуска электродвигателя будет хуже. Таким образом не стоит тратить лишние средства на покупку слишком большой ёмкости.

Но какие, же конденсаторы нужны для пуска электродвигателя?

Если нам нужна небольшая ёмкость пускового конденсатора то вполне подойдёт конденсаторы того же типа которые мы использовали для рабочих конденсаторов. Но если нам нужно довольно таки большая ёмкость? Для такой цели не целесообразно использовать такой тип конденсаторов через их дороговизну и размеры (при сборе большой батареи конденсаторов размеры её будут велики). Для таких целей нам служат специальные пусковые (стартовые) конденсаторы, которые сейчас присутствуют в продаже, в большом ассортименте. Такие конденсаторы встречаются разных форм и типов, но в их названиях присутствует маркировка (надпись): «Start», «Starting», « Motor Start» или что-то в этом роде, все они служат для пуска электродвигателя. Но для лучшей убедительности лучше спросить у продавца при покупке, он всегда подскажет.

А вот сейчас Вы скажете: «А как же конденсаторы от старых советских ч/б телевизоров, так называемые «электролиты»?»

Да что я Вам могу сказать по этому поводу. Я сам их не использую, и Вам не рекомендую и даже отговариваю. Всё потому что их использование в качестве пусковых конденсаторов не вполне безопасно. Потому что они могут вздуваться или и того хуже взрываться. К тому же такой тип конденсаторов со временем высыхает и теряет свою номинальную ёмкость, и мы не можем точно знать, какую именно мы применяем в данный момент.

И так у нас есть электродвигатель, рабочий и пусковой конденсатор. Как нам всё это подключить?

Для этого нам понадобится кнопка ПНВС.

Кнопка ПНВС (пускатель нажимной с пусковым контактом) имеет три контакта: два крайних – с фиксацией и один посередине – без фиксации. Он и служит для включения пускового конденсатора, а при прекращении нажатия на кнопку возвращается в исходное положение (пусковой конденсатор «Сп» включается только во время пуска двигателя, а рабочий конденсатор «Ср» постоянно находиться в работе), другие два крайних контакта остаются включенными и отключаются при нажатии кнопки «Стоп». Кнопку «Пуск» нужно удерживаться до тех пор, пока скорость вала не достигнет максимальных оборотов, и только после её отпустить. Также не стоит забывать, что конденсатор имеет свойство иметь заряд электрического тока, и Вы можете попасть под поражения электрическим током. Что бы этого не случилось, по окончанию работы отключите электродвигатель от сети, и включите на одну две секунды кнопку «Пуск», чтобы конденсаторы могли разрядиться. Либо параллельно пусковому конденсатору поставьте резистор около 100 килоом, чтобы конденсатор разряжался на него.

У нас с двигателя выходят три провода. Первый и третий мы подключаем к двум крайним контактам кнопки. Второй же провод мы подключаем к одному из контактов пускового конденсатора «Сп», а второй контакт этого конденсатора к средней клемме копки ПНВС. Ко второму и третьему проводу, как показано на схеме, подключаем рабочий конденсатор «Ср». С другой стороны кнопки два крайних контакта подключаем к сети, а к среднему подключаем «перемычку» к контакту, к которому подключен рабочий конденсатор «Ср».

Схематически это выглядит так:

вариант схемы с реверсом:

Удачи Вам в ваших экспериментах.

shenrok.blogspot.com

Схема подключения конденсатора к сабвуферу: рассмотрим подробно

Схема подключения конденсаторов для сабвуфера с магнитолой, усилителем и другими потребителями

Как подключить конденсатор к сабвуферу и зачем он нужен, знают только те, кто уже сталкивался с работой по улучшению автозвука, потому что, когда самостоятельно устанавливаете аудиосистему, поневоле приходится изучить множество различных материалов.Среди материалов, встречаются те, что рекомендуют совместно с усилителем обязательно установить накопитель либо конденсатор своими руками. Действительно ли необходим конденсатор, или это очередная выдумка, а если нужен, то для чего, сейчас разберемся.

Немного о конденсаторах

Вот так выглядит современный накопитель для сабвуфера

В наши дни все чаще встречаются накопители для сабвуфера, в устройстве которых применяются конденсаторы, фото выше (от латинского Condense — накапливать):

Раньше подобные фильтры для сабвуферов встречались лишь в навороченных системах топового уровня, однако сегодня все чаще они встречаются и среди бюджетных вариантов инсталляций
Сейчас подробно разберемся для чего так необходим конденсатор (далее кондер) в аудио системе автомобиля
Сегодня современный активный сабвуфер при воспроизведении музыки на кратковременных пиках звучания потребляет значительный (повышенный) ток
Однако необходимую мощность тока сегодня не в состоянии будут обеспечить даже наиболее мощные аккумуляторы

Без применения кондеров в эти моменты появляется ощутимые провалы при работе сабвуфера, что значительно снижает качество его звучанияЧтобы решить проблемы с накоплением дополнительного напряжения и применяются накопители
Главным назначением этой детали в схеме является аккумулирование заряда, который, в случае необходимости отдается в сеть к усилителю для сабвуфера
Сразу после отдачи заряда, конденсатор заряжается вновь (см.Как зарядить конденсатор для сабвуфера самостоятельно) для обеспечения нового пика баса сабвуфера
Схема установки сабвуфера и конденсатора показана на первом рисунке
Происходит весь процесс за долю секунды, что позволяет постоянно обеспечивать качественное звучание
При этом даже в дешевых инсталляциях с использованием сабвуфера качество звучания улучшается кардинальным образом
Сразу исчезает столь неприятное каждому невнятное бубнение, которое возникает при провалах (недостатке) напряжения
Так ли нужен этот конденсатор?
Ведь известно, что цена за него увы, не маленькая, поэтому не далеко не каждый автомобилист, даже среди любители качественного звука, может себе позволить подобную роскошь

Но с другой стороны, практически каждый меломан обзаводится рано или поздно мощной музыкальной аппаратурой и доводит её звучание до совершенства
Мощность звучания – это хорошо, однако, чем мощнее ваша система, тем больше она требует энергии

Внимание: Ни один аккумулятор не способен отдавать такую мощную энергию, в результате этого происходит просадка напряжения, которая выражается в том, что фары у вас начинают «моргать», заметно падает мощность усилителя, от этого бас исходящий от сабвуфера, ранее абсолютно четкий, становится «размытым». В особо тяжелых случаях такое резкое падение напряжения на усилителе приводит к клиппингу, это грозит вам повреждением динамиков.

И по сегодняшний день в Интернете, на форумах, в блогах и сайтах ведутся горячие дискуссии, относительно необходимости либо бесполезности подобного накопителя
Споры эти, к большому сожалению всех любителей хорошего автозвука, не приводят к истине («в споре истина умирает»- как сказал ещё древнегреческий философ)
Они бесполезны, просто потому, что зачастую оппоненты не имеют даже начального, «школьного» представления, относительно физики протекающих процессов

Примечание: Самой большой глупостью, которую легко можно отыскать на подобных форумах, является утверждение, что — надо выбирать конденсатор исходя из расчета исключительно количества фарад на киловатт, подобные рекомендации не верны в корне, абсолютно не понятно, откуда они берутся.

Чтобы раскрыть завесу хоть в некоторой степени, сейчас вернемся к урокам физики
И по мере обновления (освежения) в нашей памяти полезных знаний, все мифы развеются, как утренний туман

Различия аккумулятора и конденсатора

Прежде чем изучать вопрос, как правильно подключить конденсатор для сабвуфера, нужно понимать для чего, поэтому давайте разберемся:

Конденсатор является тем же потребителем питания, он не способен самостоятельно вырабатывать электроэнергию, однако он способен накапливать её, а затем расходовать на собственные утечки, не на утечки аккумулятора
Задачей конденсатора является накопление энергии, а затем её отдача потребителю
Накопитель обладает низким внутренним сопротивлением, по этой причине он «расстается» с накопленной энергией быстро (кстати, накапливает энергию он так же быстро)

Примечание: Отличается конденсатор от аккумулятора тем, что вершина отдачи энергии в конденсаторе приходится лишь на первый миг, затем происходит резкое падение заряда, а вместе с зарядом падает и скорость его отдачи. В аккумуляторе отдача идет без скачков и падений в течение продолжительного времени.

Сегодня существует альтернатива конденсаторам – ионисторы, рассмотрим их плюсы и минусы

Ионисторы

Ионисторы – модные заменители накопителей, то, что зачастую возит в багажнике большинство меломанов, они отличаются от конденсаторов следующими параметрами:

Большими потерями энергии
Огромным сопротивлением
Отдают заряд намного медленнее накопителей
Стоят дешевле в несколько раз, чем накопители такой же емкости
Оптимальным временем работы ионистора является: 1 секунда/83 кул.

Проверяем ионистор

Инструкция рекомендует проверить ионистор, чтобы понять, работает ли он, и как он работает:

Цепляете ионистор к акустической системе с просадками питания

Заводите мотор и наблюдаете, если напряжение на его клеммах усиливается, значит пока все у вас в порядке
Увеличиваете громкость и замечаете, как напряжение садится от 13-ти до 10-ти вольт

Примечание: Это означает одно, при первом же ударе мощности саба заряд падает и ионистор превращается в лишний компонент в системе питания, поскольку активным и полезным он бывает тогда, когда заряд его выше напряжения внутри сети.

Подобную ситуацию любители автозвука называют просадкой, она может стать значительно большей, если вы применяете в системе питания тонкие и некачественные провода из дешевого обмедненного алюминия
В таком случае к стандартной просадке добавляется просадка от кабеля

Примечание: Стоит знать, чем грозит вам просадка кабеля. Причина в том, что от резкого возрастания потребления происходит возрастание реактивного сопротивления.

И чем быстрее и больше пользователь хочет взять через кабель энергию, тем кабель сильнее будет этому мешать (особенно если он у вас тонкий и очень длинный). Проблема от дешевого и низкокачественного кабеля отражается на ионисторе, который после разрядки, не сможет больше снова накопить энергию, поэтому решайте сами

Установка конденсатора

Схема подключения конденсатор для сабвуфера, то с чего следует начинать работу:

Схема подключения в цепь конденсатора

Устанавливая кондер, рекомендуется подключить его параллельно, относительно питания усилителя
Располагать его нужно, по возможности ближе к усилителю, причем не дальше 60 сантиметров
Если вы на место популярного ионистора вы поставите накопитель, тогда результат от него получится намного эффективнее
Генератор вашего автомобиля следует отремонтировать или поставить новый
От генератора прокладываете провода на плюс и массу
Устанавливаете новый аккумулятор, или старый после профилактики
Клеммы либо тщательно зачищаете, либо заменяете новыми
Прокладываете силовой кабель из меди хорошего качества и с хорошим сечением
Подключаете усилитель, не забываете при этом про предохранитель

Совет: Пока не проверите контакт всех клемм и не убедитесь, что в сети есть 14вольт, не подсоединяйте конденсатор.

После проверки, можете подключать накопитель
Не удивляйтесь, когда замеры на клеммах вам покажут те же значения, если цепь «живая», питания в ней хватает, тогда конденсатору включаться не нужно, он просто ждет своего часа, сработает, когда в этом будет необходимость

Примечание: Еще одно распространенное заблуждение по поводу конденсаторов, якобы они нужны в системах, где вам необходима максимальная громкость либо на соревнованиях в мощности звучания, для фанатов эс пи эль. На самом деле, при обычных случаях, он будет удачно заменять ионистор.

Доказать что кондер необходим в обычных акустических автомобильных системах можно:

Замеры накопителя могут длиться долго, при этом «проснется» даже кислотный аккумулятор, и сумеет отдать свой потенциал
Среди фанатов звучания (так называемого братства эс пи эль «SPL») более принято применение гелеевых батарей, которые способны «стрелять» с поразительной скоростью сотнями ампер
Поэтому как бы ни был хорош кондер, однако такой скорости он не выдержит и окажется не у дел
Опять же, в «SPL» конденсатор будет потребителем, а для таких систем, это явное зло
Проще говоря в системах эс пи эль никакой конденсатор либо иной накопитель не применяется
Сегодня на рынке накопителей, и любой другой звуковой продукции очень много
Некоторые из производители усилителей, заранее предусматривают в аппаратуре клеммы, специально для подключения накопителей, и выпускают сами кондеры для своей аппаратуры

Производитель Focal

Вот, например, известный производитель высококачественной аудиотехники и усилителей из Франции, Фокал, использует в своих моделях такое решение:

Для кондеров в них предусматривается место, сразу после блока питания в усилителе
Именно в них, по утверждению экспертов, эффективность применениям дополнительных накопителей выше во много раз

Примечание: Единственным недостатком этого фирменного конденсатора, является то обстоятельство, что он подходит исключительно к усилителям марки Фокал.

Особенности кондера Фокал следующие:

Он значительно повышает характеристики звучания
Модуль состоит из нескольких кондеров, работающих параллельно

Примечание: Количество кондеров в модуле соответствует количеству блоков питания в усилителях.

Осуществляется подключение через комплектный кабель и специальный разъем
При сложных режимах работы стабильность усилителя повышается за счет встроенной технологии High-Cap
Схемы подключения конденсатора для сабвуфера прилагаются
Как становится понятно, накопитель в системе необходим, он эффективнее ионистора, но и гораздо дороже, выбирать лучше той же фирмы, что и усилитель, чтобы не было проблем
Подключать нужно качественными медными проводами, с хорошим сечением, чтобы не появилась просадка из-за проводов
Не забывайте про хороший контакт, зачищайте клеммы и про мощный аккумулятор
Применяйте исправный генератор
Тогда звучание будет просто супер

Остается пожелать вам успешного подключения и порекомендовать видео, для успешного выполнения работы.

avtozvuk-info.ru

Конденсаторы их виды, характеристики, способы проверки

Читать все новости ➔

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 . 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).

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.

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 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.

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

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.

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»

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 обкладки (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 мощнейшим взрывом.

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).

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.

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.

Возможно, Вам это будет интересно:

meandr.org

Конденсаторы часть 2 - Конденсаторы - Фундаменты электроники - Каталог статей

Конденсаторы 2

До этого я призывал вас испортить несколько электролитических конденсаторов. Сегодня я расскажу об наиболее важных параметрах конденсаторов. Не расстраивайтесь, что будет мало практики, информация очень важна.

Вы когда ни будь слышали, что бы продавец сказал: из этого номинала есть стирофлекс и керамика N750, или может: из керамики 1 нФ есть только сегнетоэлектрика. Покупать или не покупать?

Если у вас когда-нибудь возникала проблема с ответом на этот почти шекспировский вопрос - читайте этот материал. Если такой дилеммы не было, потому что не видно проблемы - тем более читайте! Сегодня я хочу, чтобы вы поняли, что идея о том, что конденсатор имеет только емкость, это детская наивность.

Часто бывает, что среди нескольких различных типов конденсаторов одинакового номинала, только один действительно имеет право на применение. Некоторые совершенно непригодны и схема с ними, или не будет работать, или результаты будут далеки от ожидаемых.

Хорошо это или плохо, что производители компоненты, так все усложнили? Не было бы лучше иметь только конденсаторы пригодные для каждой схемы?

Но ситуация такая, как она есть, и если вы хотите быть настоящим инженером-электронщиком, вы должны ориентироваться на последнюю моду.

Роль диэлектрика

Давайте начнем с основ. Каждый конденсатор состоит из проводящих обкладок и расположенного между ними диэлектрика или изолятора. Обычно известно, что через конденсатор может протекать переменный ток. Такая формулировка, хотя в основном верная, но может привести к путанице. Как? Через диэлектрик (изолятор) ток не течет. На обкладках конденсатора накапливаются электрические заряды. Если заряд одной из обкладок больше или меньше чем на другой, тогда между пластинами конденсатора есть некоторое напряжение. Сейчас мы говорим о постоянном напряжении. Если есть напряжение, то в диэлектрике, между обкладками возникает электрическое поле (статическое). Если вы сейчас попытаетесь изменить напряжение на обкладках конденсаторе ... нет проблем, а, что произойдет с током?

Скажите: а что с током? Вы правы: если меняется напряжение на конденсаторе, то есть ток. Но течет ли ток через диэлектрик? Нет! Изменится только количество зарядов на обкладках конденсатора и напряженность электрического поля между обкладками. Ток, носители заряда движутся, скапливаются на обкладках конденсатора, но не проходят через изолятор. Изменяется напряженность электрического поля в диэлектрике. Вот почему мы говорим, что конденсатор накапливает энергию в электрическом поле.

Итак, что мы видим со стороны, что протекание тока через конденсатор на самом деле является изменением количества зарядов на обкладках и изменением напряженности электрического поля между ними.

Это необходимо для наших соображений?

Да! Потому что я хочу, чтобы вы поняли, что свойства конденсатора зависят в основном от диэлектрика.

Может вы думаете, что здесь главным является устойчивость диэлектрика к пробоям. Конечно, это является серьезной проблемой, но с понятной природой, простой и не требующей серьезного рассмотрения. Проще говоря, если напряженность электрического поля становится больше определенного предела (разного для различных диэлектриков) это создает электрическую дугу и через диэлектрик течет ток - говорят, что его пробивает. Некоторые конденсаторы (но что важно - не все), от этого выходят из строя. Таким образом, для каждого конденсатора есть максимально допустимого напряжение между его обкладками. В каталогах есть несколько связанных с этим параметров; для наших целей нужно только упрощенное утверждение, что сумма постоянного и переменного напряжения на клеммах конденсатора в любое время, не должна превышать номинального напряжения. Вот и все!

Вы должны знать, на самом деле есть другие, более важные, тонкие свойства диэлектрика. Вы, наверное, знаете основные формулы, выражающей емкость конденсатора:

Где E0 – диэлектрическая постоянная 8,8542

Er – относительная диэлектрическая проницаемость проводника

S – площадь обкладок

d – расстояние между обкладками

Эта формула показывает, каким способом можно достичь нужной большой емкости:

- За счет увеличения площади поверхности обкладок S (для "электролиты" используется травление поверхности)

- За счет уменьшения толщины диэлектрика d (но нужно использовать диэлектрики очень устойчивые к пробоям, таких как Al2O3 или Ta2O5 применяемые в "электролитах")

- И, наконец, с помощью с высокой относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика.

Знаете ли вы, что это такое диэлектрическая проницаемость? Не знаете? Это не имеет значения! Это не особенно нужно. Вообще это физическая величина, характеризующая свойства диэлектрика с точки зрения электрического поля.

Не вникая в детали, в этих диэлектрических свойствах и заключается проблема с параметрами и свойствами конденсаторов.

Нет идеального диэлектрика. Вакуумные и воздушные, например, имеют некоторые превосходные свойства, но, к сожалению небольшую диэлектрическую проницаемостью (Е = 1). Другие материалы обладают высокой проницаемостью порядка десятков тысяч, но малое сопротивление к пробоям. Иные изоляторы имеют хорошие электрические свойства, но есть технологические трудности, ограничивающие их практическое применение. И возможно самое плохое, что наиболее интересные нам материалы не обладают постоянной диэлектрической постоянной, а зависит от частоты, температуры, влажности, а иногда даже напряженность электрического поля.

Идеальным были бы, конечно, вакуумные конденсаторы, но какими будут размер и вес вакуумного конденсатора емкостью 1 мкф? Если вы хотите, можете вычислить необходимую поверхность обкладок, приняв расстояние D = 1 мм или даже 0,1 мм.

Здесь я вспомнил о ситуации в начальной школе, когда мама моего друга, услышала от сына, что для приемника нужен "резистор 15 кило", она спросила: а ты, сынок это радио унесешь? Резистор можно унести, а вот с названным конденсатором возникнут проблемы.

Итак, мы имеем первый, приблизительный ответ, почему конденсаторы одинаковой емкости могут значительно различаться по своим свойствам. Просто часто используют различные несовершенные диэлектрики.

Можете ли вы представить конденсаторы содержащие диэлектрики, электрическая проницаемость которых уменьшается с увеличением частоты? Есть целый ряд таких конденсаторов!

Вас может удивить простой вопрос: что же такое на самом деле емкость? Еще и емкость будет зависеть от частоты. Дается номинальная емкость конденсатора, например 1000pF на частоте 1 кГц, 100 кГц и может быть или 10 МГц? Зависимость емкости от частоты, только одна из многих, на самом деле очень важная. Но есть и другие.

Эквивалентная схема

На рисунке 1 вы найдете типичные эквивалентные модели постоянного конденсатора. Вы, наверное, видели эти рисунки где-то. Вы понимаете, точное значение отдельных компонентов? Я хочу как можно более просто, объяснить основные элементы. У меня когда-то было совершенно неправильное представление об их назначении, поэтому может быть, возможно, они вас то же введут в заблуждение.

Конечно, я понимал, что реальный конденсатор это не только емкость, но также включает в себя индуктивности проводников и некоторое их сопротивление. Мне казалось, что сопротивление Rp, быть измерено с помощью омметра. Между тем измерения омметром (даже точным цифровым) показали, что пленочный конденсатор или керамический не проводят тока. Казалось, что значение сопротивления Rp огромно и может быть им можно пренебречь, не моргнув глазом. И это было ошибкой!

Измеряется сопротивление постоянному току. Но это не наше сопротивление Rp эквивалентной схемы, сопротивление изоляции определяется только в каталогах или Ris Рiz; его значение на самом деле десятки и сотни МОм.

(Иногда вместо сопротивления изоляции указывают постоянную времени C · Riz имеющую значение, по крайней мере, несколько десятков тысяч секунд, т.е. несколько часов. (После этого времени заряженный конденсатор сам разрядиться током утечки).

Так что же это на рисунке 1? Схема отображает ситуацию, когда ток переменный!

Здесь мы возвращаемся к диэлектрическими свойствами. Все диэлектрики состоит из нескольких частиц, имеющих атомы и молекул (вакуум не является исключением, и хотя там феномен создания виртуальных частиц и античастиц). Эти элементарные составляющие материи имеют электрические свойствами, как результат существования электрического заряда и пространственного распределения этого заряда. После применения внешнего электрического поля в диэлектрике происходит, изменения ориентации порядка молекул вещества. При изменении интенсивности и направления электрического поля, эти молекулы переориентируются неоднократно. В результате этого процесса теряется часть энергии электрического поля конденсатора – выделяется тепло. Помните, однако, что эти потери происходят не в статическом состоянии, при постоянном токе, а только с переменным током. Но достаточно они велики, что бы о них помнить? Как оказалось, потери во многих схемах не могут быть проигнорированы.

Но как описать такие потери? Мы знаем, что преобразования электрической энергии в тепловую происходит, как правило, в резисторах. Для этого и служит на эквивалентной схеме резистор который выражает потери в диэлектрике. Это и есть наше сопротивление Rр на рисунке 1!

Строго говоря, реальный конденсатор еще имеет некоторое сопротивление проводов и тех же обкладок. Таким образом, на более точной эквивалентной схеме рисунок 1с рядом с нашим Rp последовательно Rs. Индуктивность Ls, которая состоит из индуктивностей проводников и обкладок.

Схемы на рисунке 1a и 1c могут ввести некоторую путаницу, кажется что резистор параллельный емкости это сопротивления постоянному току или сопротивления изоляции. Поэтому разумно изображать любые потери конденсатора так, как показано на рисунке 1b и говорить только о последовательном сопротивления (любой) потери. Такое, часто бывает. Например, помимо нормальных "электролитов" встречаются подобные (и более дорогие) называемые "с низким ESR". Теперь, эти таинственные ESR это, общие потери сопротивления - эквивалентное последовательное сопротивление.

Однако имейте в виду, что для данного конденсатора сопротивление потерь не является постоянной и зависит от температуры, частоты а иногда даже от приложенного напряжения.

Вы можете спросить, почему в каталогах, как правило, не говориться об этом сопротивлении потерь? Оно указывается, но, как правило, в несколько оригинальной форме.

Это сопротивление указывается скрытым параметром, называемый тангенс угла потерь. Почему тангенс и какого угла?

Если вы столкнулись в школе с комплексными числами, вы знаете, как представить графически общий импеданс (комплексное сопротивление) последовательной цепи RC. Если вы не знаете, не унывайте - дело не безнадежное. Если вы хотите, я напишу несколько слов о комплексных числах - это не так трудно, как обычно кажется.

Как бы то не было, вы знаете, что в результирующее сопротивление (импеданс) для переменного тока состоит из пассивного сопротивления (реактивного) и нашего сопротивления ESR. Сопротивление не является простым, выраженное в омах это сумма реактивного сопротивления и сопротивление ESR. Компоненты складываются, как показано графически на рисунке 2

Заметим, что реактивное сопротивление не является постоянным - обратно пропорциональна частоте, вы знаете формулу:

Не вдаваясь в дальнейшие подробности, чтобы получить формулу, тангенса угла, равен отношению активного сопротивления и реактивного сопротивления конденсатора ESR:

Зная значения тангенса, можно рассчитать активное сопротивление RS:

Помните, что значение tgd, указанное в каталоге только для одной определенной частоты. Я думаю, опубликовать диаграмму, показывающая зависимость tgd от частоты .

Чем больше значение tgd, тем хуже конденсатор.

Хорошо, но важно ли это для практики?

Для начинающих, любителей редко. Но вы все еще хотите понять, что вы сделали не так, и .. почему схема не хочет работать.

Вы никогда не задумывались, может, или небольшой конденсатор проводить переменный ток большого значения?

Рисунок 3. Последовательное сопротивление ESR снижает эффективность фильтрации на высоких частотах. На этих частотах конденсаторы имеют общее сопротивление (импеданс гораздо больше , чем реактивное для емкости. На рисунке 3(а) показана схема фильтра, на рисунке 3(б) эквивалентная схема на низкой частоте и на рисунке 3(в) эквивалентная схема на высоких частотах.

На первый взгляд, нет никаких противопоказаний, в конденсаторах ток опережает напряжение и не вызывает там активных потерь. Интуитивно, однако, вы чувствуете, что что-то не так. В самом деле, теперь вы знаете - все зависит от ESR! Но в любом реальном конденсатор при переменном токе имеются некоторые потери мощности (в диэлектрике, сопротивлении проводников) - так что конденсатор будет нагреваться.

Неужели вы не знали об этом?

Если применить конденсатор в фильтра не достаточной емкости ("электролит" сглаживающий напряжение) в импульсном источнике питания на частоте порядка десятков килогерц, или слишком маленький конденсатор в цепи антенны передатчика с мощностью несколько десятков ватт, переменный ток, протекающий через этот конденсатор может привести к его повреждению или, по крайней мере, сократить срок его службы.

В большинстве типичных применений не придется беспокоиться, но если Вы будете ставить конденсаторы в цепи переменного тока большой мощности, обязательно ознакомьтесь с каталогом и проанализируйте данные, содержащиеся в нем.

Рисунок 4. В связи с существованием последовательного эквивалентного сопротивление ESR эффективность развязки питания гораздо меньше, чем в теории фильтрация от пульсаций блока питания. Так же ESR может быть причиной автоколебаний питающего напряжения на делителе R ESR. Принципиальной схеме (a) приведена эквивалентная схема (б) и упрощенная эквивалентная схема для высоких частот (с).

В фирменных каталогах приводятся графики допустимых переменных токов или эквивалентных параметров. Это относится не только к «электролитам» по природе предназначенных для работы при больших токах. Та же проблема возникает в пленочных конденсаторах и керамических. Хороший каталог всегда содержит данные по этому вопросу, но они могут быть в различных формах.

Рисунок 5. Сопротивление ESR снижает эффективность блокирования переменных сигналов. Компоненты с более высокими частотами не полностью развязываются на землю из-за ESR. Принципиальной схеме (а) показана эквивалентная схема (б) и упрощенная эквивалентная схема для высоких частот (с).

Сопротивление проявляется не только в силовых цепях. Если вы используете конденсаторы для развязки или для фильтров помните, что сопротивление потерь снижает эффективность развязки, при создании резистивных делителей на высоких частотах. Это показано на рисунках 3 .. 5. Конечно, не получить такого подавления нежелательных сигналов, которое являются результатом расчетов на бумаге.

Обратите внимание, это применяется в любой схеме, напряжение питание развязывается конденсаторами (рис. 4). Теперь вы понимаете, почему в практических системах используются два конденсатора - один "электролит" второй керамический.

Кроме того, при проектировании резонансных контуров с высокой добротностью в некоторых случаях, к счастью очень редко, необходимо учитывать не только потери на катушке, но и потери на конденсаторе.

Индуктивность конденсаторов

В дополнение к активным потерям в конденсаторах необходимо учитывать индуктивность проводников. Емкость конденсатора индуктивностью образуют резонансный контур LC.

Ну и что? Рассчитаем, какое реактивное сопротивление должно быть у конденсатора 1 мкФ на частоте 100 МГц. Вы знаете формулу:

Получается 0,0016 Ом, что ничтожно мало. Однако если измерить пленочный конденсатор такой емкости, даже полученный от известного производителя, его реактивное сопротивление будет около 3 .. 10 Ом (!), и это будет не емкостное сопротивление, а индуктивное. На этой частоте, конденсатор действует как ... катушка индуктивности! Наверное, это трудно себе представить.

От сюда вывод - любой тип конденсаторов предназначен для работы в определенном диапазоне частот.

Как вы могли догадаться наименьшая индуктивность у безвыводных керамических конденсаторов, широко использующихся для поверхностного монтажа. Такие маленькие конденсаторы, как правило, серого или коричневого цвета, называют чипами от английского названия чип. Некоторые из них могут работать на частотах порядка одного гигагерца.

Керамические выводные конденсаторы имеют индуктивность наногенри, поэтому они устанавливаются как можно ближе к плате. Пленочные конденсаторы естественно имеют большую индуктивность от нескольких единиц и до нескольких десятков наногенри в зависимости от размера и дизайна.

В случае электролитических конденсаторов не говорят о индуктивности, по другим причинам, они применяются при частоте не более сотни килогерц и индуктивность проводов не имеет значения.

Для получения более подробной информации я даю вам в следующем эпизоде??.

Стабильность температуры, воздействие влаги, старение

Вопрос о стабильности температуры корпуса, вы наверное, хорошо знаете - с изменением емкости изменяется емкость. Это очевидно

Мало кто знает, что на емкость конденсатора влияет ... влажность. Казалось бы, что в закрытом, или даже в герметичном пластиковом корпусе в конденсатор влага не попадет – но правда другая.

Не волнуйтесь, это так на запас, в радиолюбительской практике это редко имеет значение. Однако, если вы использовали пленочные конденсаторы в цепях требующих особенно высокой точности, не стоит забывать о влиянии влажности.

А стареют ли конденсаторы?

Вы хорошо знаете, что электролитические конденсаторы очень не стабильны – здесь не стоит рассчитывать на постоянство емкости. Оказывается, что некоторые типы конденсаторов, стабильные сами по себе, но не знаю, почему иногда немного изменяют свою емкость – это явление называется дрейфом. Конечно, опять же, виноват диэлектрик.

Резюме

Возможно, после прочтения предыдущего материала вы понимаете, почему некоторые из ваших схем не будет работать должным образом. Я пытался объяснить, что конденсаторы это не только емкость. Есть и другие важные параметры.

Некоторые начинающие электроника пытается выбрать необходимую емкость конденсатора например для резонансного контура с точностью до долей процента. Перебирая несколько конденсаторов той же номинальной величины, чтобы найти нужный. Другим кажется что они умней: берут один конденсатор с чуть меньшей емкостью и подключают параллельно другой, что бы емкость была такая, какая нужна. Измеряемая емкость может быть идеальная. Потом такие деятели сильно удивляются, потому что позже емкость «в упаковке», изменяются да же на несколько процентов.

Ну и что? Они забыли о процессе старения, влияние температуры, влажности, в зависимости емкости от частоты и т.д.! Вы можете не знать, что даже нормальный нагрев во время пайки может навсегда изменить емкость конденсатора.

Не делайте этих ошибок! Чудеса не проходят - вы должны принять во внимание изменения емкости. В следующем месяце мы поговорим, о том какие конденсаторы нужно применять. Я объясню, в какой ситуации, на что нужно обратить внимание.

И это все на сегодня.

edwpl.ucoz.ru