Застосування конденсаторів. Використання конденсаторів

Використання конденсаторів у техніці » mozok.click

Види конденсаторів. Конденсатори широко використовуються в електро-і радіотехніці. Залежно від технічних вимог виготовляють конденсатори різного типу. За призначенням їх поділяють на чотири види: а) нерегульовані, або постійної ємності; б) регульовані, або змінної ємності; в) електролітичні; г) ва-ріконди, в яких електроємність залежить від напруги.

За будовою конденсатори бувають паперові, слюдяні, керамічні, електролітичні та ін. (мал. 28).

У паперових конденсаторах обкладками слугують дві довгі пластини тонкої металевої фольги, а діелектриком між ними є трохи ширша паперова стрічка, просочена парафіном. їх туго згортають в рулон і вкладають у спеціальний корпус. За розміром паперові конденсатори приблизно такі, як сірникова коробка. Ємність паперових конденсаторів порядку 10 мкФ.

У слюдяних конденсаторах листи станіолю прокладають слюдою і сполучають так, що всі непарні листи, з’єднані разом, утворюють одну обкладку конденсатора, а парні - другу. Такі конденсатори можуть працювати під напругою від сотень до тисяч вольт. їх ємність від 10 до 100 000 пФ.

У керамічних конденсаторах діелектриком є спеціальна кераміка. Обкладки керамічних конденсаторів виготовляють у вигляді шару срібла, нанесеного на поверхню кераміки і захищеного шаром лаку. Керамічні конденсатори виготовляються з електроємностями від одиниць до сотень пікофарад і розраховані на напруги від сотень до тисяч вольт.

В електролітичних конденсаторах діелектриком є дуже тонкий оксидний шар на поверхні алюмінію або танталу, що перебуває в контакті зі спеціальним електролітом. Ці конденсатори мають значну ємність (до

кількох тисяч мікрофарад).

У радіотехніці часто використовують конденсатори змінної ємності. За допомогою таких конденсаторів можна регулювати настройку радіоприймача на відповідну частоту.

З’єднання конденсаторів. У багатьох випадках, щоб отримати потрібну електроємність, конденсатори з’єднують у групу, яка називається батареєю.

Послідовним називається таке з’єднання конденсаторів, за якого негативно заряджена обкладка попереднього конденсатора з’єд-

нана з позитивно зарядженою обкладкою наступного (мал. 29). У разі послідовного з’єднання на всіх обкладках конденсаторів будуть однакові за модулем заряди, відповідно однаковими будуть і потенціали обкладок, з’єднаних між собою провідниками.

Урахувавши це, виведемо формулу для обчислення електроємності батареї послідовно з’єднаних конденсаторів. Напруга на батареї U6 дорівнює сумі напруг на послідовно з’єднаних конденсаторах, дійсно

або

Використавши співвідношення

дістанемо

Скоротивши на q, матимемо

Отже, для послідовного з’єднання електроємність батареї менша за найменшу з електроємностей окремих конденсаторів.

Паралельним називається з’єднання конденсаторів, за якого всі позитивно заряджені обкладки приєднані до одного дроту, а негативно заряджені -до другого (мал. ЗО).

У цьому разі напруги на всіх конденсаторах однакові і дорівнюють U, а заряд на батареї дорівнює сумі зарядів на окремих конденсаторах,

звідки

Після

скорочення, отримуємо формулу для обчислення електроємності батареї паралельно з’єднаних конденсаторів:

Для паралельного з’єднання електроємність батареї більша, ніж найбільша з електроємностей окремих конденсаторів.

Виготовляючи конденсатори великої ємності, користуються паралельним з’єднанням, як це зображено на мал. 31. Такий спосіб з’єднання дає економію в матеріалі, оскільки заряди розміщуються з обох боків обкладок конденсаторів (крім двох крайніх обкладок). Кількість конденсаторів у такому з’єднанні на один менша, ніж пластин. Тому для розрахунку електроємності такого конденсатора користуються формулами

де С - електроємність конденсатора з двох пластин, п - загальна кількість пластин.

Дайте відповіді на запитання

1. Які існують види конденсаторів?

2. Для чого конденсатори з’єднують у батареї?

3. Чого досягають, з’єднуючи конденсатори паралельно? послідовно?

Приклади розв’язування задач

Задача. Три конденсатори ємностями Сj = 0,2 мкФ, С2 =С3 = 0,4 мкФ з’єднані між собою, як показано на мал. 32, і приєднані до джерела постійного струму Uлв = 250 В. Визначити загальний електричний заряд, заряд і різницю потенціалів на кожному з конденсаторів.

Розв’язання

Загальний заряд визначимо за формулою q = CUАВ, де С - ємність батареї конденсаторів, яку визначимо з формули змішаного з’єднання,

Заряд, накопичений батареєю

Підставимо числові значення:

Заряд першого конденсатора такий же, як і загальний заряд, q} =q, а заряди на двох інших конденсаторах q2 = q3 = q/2. Отже, заряди на окремих конденсаторах: = 4-Ю 5 Кл, <?2 = <73 = 2-Ю 5 Кл.

Знаючи ємність і заряд кожного конденсатора, можемо визначити різницю потенціалів на їх обкладках.

Вправа 6

1. Дві кулі, електроємності яких Сх = 2 пФ і С2 = 3 пФ, а відповідні заряди qY = 2-10 7Кл і<72 = 1 • 10 ‘ Кл, з’єднали між собою. Визначити заряди на кулях після їх з’єднання.

2. Три конденсатори ємностями 1, 2 і 3 мкФ з’єднані послідовно і під’єднані до джерела струму напругою 220 В. Які заряди і напруги на кожному конденсаторі?

3. Визначити ємність системи конденсаторів (мал. 33).

4. Конденсатор ємністю С, зарядили до напруги Ux - 500 В. Коли цей конденсатор паралельно приєднали до незарядженого конденсатора ємністю С2 = 4 мкФ, вольтметр показав U2 = 100 В. Визначити ємністьС,.

5. До повітряного конденсатора, зарядженого до напруги 210 В, приєднали паралельно такий самий незаряджений конденсатор, але із скляним діелектриком. Яку діелектричну проникність має скло, якщо на затискачах батареї встановилася напруга ЗО В?

6. В яких межах може змінюватись ємність системи, що складається з двох конденсаторів, якщо ємність одного з них постійна і дорівнює 3,33 нФ, а ємність другого змінюється від 22,2 до 555,5 пФ?

mozok.click

Застосування конденсаторів

19.02.2017

Застосування конденсаторів досить велике: спільно з резисторами в таймерах, тому, що резистори дозволяє їм повільно заряджатися і / або розряджатися; в коливальних контурах прийомопередаючих пристроїв спільно з котушками індуктивності; в блоках харчування для згладжування пульсацій напруги після випрямлення; в різних фільтрах тому, що конденсатори легко пропускають змінний струм і не пропускають постійний; просто в схемах, де необхідно уповільнити процес збільшення або падіння напруги і ін.

Принцип роботи конденсатора

Принципом роботи конденсатора вважається здатність конденсатора зберігати електричний заряд, тобто заряджатися і в потрібний момент розряджатися. Наприклад в коливальному контурі радіоприймача або передавача, коли він з’єднаний (як правило паралельно, але може і послідовно) з котушкою індуктивності. При такому з’єднанні виходить, що на пластинах конденсатора періодично відбувається зміна полярності. Спочатку одна пластина заряджається позитивним зарядом, а друга негативним. Після того, як він зарядиться повністю, він починає розряджатися. Після повного розряду він починає заряджатися в зворотному напрямку. Та пластина, що була з позитивним зарядом, заряджається негативним, а інша – позитивним. Так до повного заряду і знову розряд. На цьому принципі роботи конденсатора заснована робота всіх генераторів аналогових пріёмопередающіх пристроїв.

Електрична ємність конденсатора

Електрична ємність конденсатора характеризує здатність конденсатора зберігати електричний заряд. Чим більше ємність, тим більший заряд може бути збережений. Електрична ємність конденсатора вимірюється в Фарадах, позначається F. Однак 1F – дуже велика ємність, тому для позначення ємності як правило використовуються префікси, що позначають менші значення ємності.

Використовуються три префікса: μ (мікро), n (нано) і p (піко):

μ (мікро) означає 10-6 (одна мільйонна частина), тобто 1000000μF = 1Fn (нано) означає 10-9 (одна мільярдна частина), тобто 1000nF = 1μFp (піко) означає 10-12 (одна трильйонна частина), тобто 1000pF = 1nF

Ємність конденсатора не завжди просто визначити, тому що існує безліч типів конденсаторів з різними системами маркування.

Всі існуючі типи конденсаторів поділяються на дві основні групи: електролітичні конденсатори (так само звані полярними) і неполярні. Неполярні в свою чергу поділяються на конденсатори постійної ємності і конденсатори змінної ємності, різновидом яких є Конденсатори підлаштування. Кожна група має власну схематичне позначення.

« Власні шуми резистора Номінали конденсаторів »

moyaosvita.com.ua

Які види конденсаторів існують. Використання конденсаторів

Роль конденсатора в електронній схемі полягає в накопиченні електричного заряду, поділу постійної і змінної складової струму, фільтрації пульсуючого струму і багато іншого. Як і резистори, конденсатор бувають різних типів і ємностей. Випускаються в різних корпусах, найменші це ЧІП SMD конденсатори, Які застосовуються наприклад в стільникових телефонах.

Конструктивно конденсатор складається з двох провідних обкладок, ізольованих діелектриком. Залежно від конструкції і призначення конденсатора діелектриком може бути повітря, папір, кераміка, слюда.

Основними параметрами конденсаторів є:

Номінальна ємність. Ємність вимірюють в Фарадах (Ф). В електроніці використовуються конденсатори з різними ємностями, Це пикофарад, нанофарадах і мікрофарад.

Номінальна напруга. Ця напруга, при якому конденсатор виконує свої функції. Номінальна напруга маркують на корпусі конденсатора, при перевищенні цього напруги конденсатори вибухають.

Допуск. Також як у резисторів і у конденсаторів є допустиме відхилення величини його реальної ємності від тієї, що вказана на його корпусі, у конденсаторів може досягати 20 - 30%. У техніці, де потрібна особлива точність номінальних значень ємності, застосовуються конденсатори з малим допуском (1% і менше).

Зображується конденсатор на принципових схемах так, як показано на малюнку.

типи конденсаторів

Електролітичний полярний конденсатор.

Крім звичайних конденсаторів (піко і нанофарадах) існують електролітичні. Ємність їх набагато більше, ніж у звичайних, отже, габарити також істотно більше. Відмітна особливість електролітичних конденсаторів - полярність.

Якщо звичайні конденсатори можна впаивать в схему не турбуючись про полярності прикладається до конденсатору напруги, то електролітичний конденсатор необхідно включати в схему строго відповідно до полярністю напруги. У електролітичних конденсаторів один висновок плюсовою, інший мінусовій.

Підлаштування конденсатор.

Також широке застосування отримали Конденсатори підлаштування. Конденсатори підлаштування необхідні в тих випадках, коли потрібно точне підстроювання ємності в електронній схемі. У таких конденсаторах підстроювання ємності виробляють один раз або дуже рідко.

Конденсатор змінної ємності (КПЕ).

Поряд з Конденсатори підлаштування існують і конденсатори змінної ємності. На відміну від підлаштування, змінні конденсатори служать для частої підстроювання ємності. У простому (не цифровий) приймачі настройка на радіостанцію як раз і здійснюється за допомогою конденсатора змінної ємності.

Конденсатор не пропускає постійний струм і є для нього ізолятором.

Для змінного струму конденсатор не є перешкодою. Опір конденсатора (ємкісне опір) змінному струмі зменшується зі збільшенням його ємності і частоти струму, і навпаки, збільшується зі зменшенням його ємності

electric-guide.com

Радио для всех - Конденсаторы

Электрическая емкость

Возьмем два проводника. Они являются нейтральными телами. Расположим их на минимальном расстоянии друг от друга. Разделяет их воздух ( диэлектрик). При любом способе заряжения (трение, магнетизм, химические реакции), один из них приобретает заряд +, другой заряд -. Между проводниками появляется электрическое поле и возникает разность потенциалов (напряжение).

Сильное поле и диэлектрик.

В сильном электрическом поле диэлектрик становится проводящим. Наступает так называемый «пробой» диэлектрика: между проводниками проскакивает искра, и они разряжаются. Происходит переход части заряженных частиц (принято считать, что ими являются электроны), от одного тела к другому. Чем медленнее увеличивается напряжение между проводниками, тем больший заряд можно на них накопить.

Система, состоящая из двух проводников, разделенных диэлектриком, называется конденсатор

Устройство конденсатора

Главным свойством конденсатора является то, что на его электродах могут накапливаться равные по величине и противоположные по знаку электрические заряды. В начале зарядки (переходный процесс) конденсатор ведет себя как проводник. Зарядный ток максимален. Далее, напряжение на обкладках начинает увеличиваться, до насыщения зарядами (сколько позволит емкость). Зарядный ток при этом постепенно уменьшается и прекращается. В заряженном конденсаторе положительному электроду недостает свободных электронов, а отрицательный имеет избыток. В этом случае между электродами (обкладками) заряженного конденсатора существует определенное напряжение, а в диэлектрике возникает электрическое поле. Напряжение между обкладками, которое возникает при зарядке конденсатора, зависит как от количества электричества, так и от емкости конденсатора. Единица измерения электрической емкости называется Фарада (обозначается Ф или F). Названа в честь Майкла Фарадея.

Майкл Фарадей(1791—1867)Английский физик, химик и физико-химик,основоположник учения об электромагнитном поле.Родился в семье кузнеца.Открыл электромагнитную индукциюи сформулировал законы электролиза.

Такая емкость будет у некоторого условного конденсатора, в котором под действием зарядного напряжения 1 вольт накопится заряд в 1 кулон.

Формула, помогает определить связь между емкостью конденсатора, количеством электричества в нем, и напряжением между его электродами.

Определение:

Электроемкость - способность тела накапливать электрические заряды. Она численно равна заряду, который увеличивает на единицу напряжение между электродами.

Величина 1 Фарада, очень большая. Для ее получения потребовались бы обкладки диаметром несколько десятков километров, при расстоянии между ними 1мм. Земной шар имеет емкость примерно 0,00070 Ф.

В современной аппаратуре, используют более мелкие величины:

Обозначается конденсатор буквой С. , то есть емкость 1 Фарад

Маленькая задачка

Давайте определим напряжение, возникающее между электродами (обкладками) конденсатора емкостью 50 мкф, если зарядить его зарядом в 0,005 кулона.

Решение

Воспользуемся формулой определения емкости,

и узнаем требуемую величину.Получается, что

Подставим числовые значения.

Емкость конденсатора зависит от площади обкладок, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости диэлектрика (число, которое показывает, во сколько раз возрастает емкость конденсатора). С увеличением площади обкладок увеличивается и емкость конденсатора, но это приводит к увеличению его размеров. При уменьшении расстояния между обкладками разноименные заряды оказываются ближе друг к другу, электрическое поле между электродами становится более интенсивным. Сближать обкладки можно только до определенного расстояния. Иначе, увеличивается опасность короткого замыкания (пробой конденсатора). Поэтому, производители идут более простым путем, экспериментируют с диэлектриками. Емкость простого плоского конденсатора, с одинаковыми обкладками, вычисляется по формуле:

- относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика.

- площадь одной из обкладок.

- расстояние между обкладками..

Диэлектрики, используемые в конденсаторах, должны иметь большую электрическую прочность (выдерживать большое напряжение), и иметь небольшие потери при работе на высоких частотах .

Конденсатор и постоянный ток.

При подключении конденсатора к источнику тока, на обкладке со знаком (-) происходит накопление зарядов, с противоположной обкладки заряды уходят.

Накопление зарядов. Постоянный ток.

Разберем работу конденсатора в цепи постоянного тока. Помощники: лампочка, батарейка и конденсатор.

При замыкании цепи некоторое время протекает зарядный ток. Он протекает, пока заряжается конденсатор (переходный процесс). Зарядка происходит постепенно. Как только мы подсоединим конденсатор к источнику тока, напряжение между обкладками будет равно нулю. Ток максимален (зарядный ток).

Далее, напряжение на емкости начинает увеличиваться.

При этом общее напряжение в цепи и зарядный ток уменьшаются. Когда напряжение на конденсаторе достигает примерно от 95 до 97% приложенного напряжения источника тока, или когда зарядный ток достигает только 3-5% тока в первый момент включения, переходный процесс завершается.

Конденсатор и постоянный ток.

Время зарядки - разрядки конденсатора(переходный процесс). Продолжительность переходного процесса определяется формулой

t -время (секунды), С - емкость (фарад), R - сопротивление цепи (оМ). Учитываем, что в сопротивление цепи входит сопротивление источника тока. В практике вычислений, RC - постоянная времени цепи, но она не равна времени полного заряда и разряда конденсатора. Для простоты изложения введен множитель 3. Он указывает, что для полной зарядки - разрядки конденсатора требуется время в три раза больше времени постоянной цепи RC (множитель варьируется от 3 до 5).

Маленькая задачка

Давайте определим за какое время зарядится конденсатор емкостью С = 1000 мкф, через лампочку сопротивлением R =17 оМ.

Решение

Подставим значения в формулу

t=3x17x1000x0.000001=0.05c

При подключении нагрузки (сопротивления) R= 500 кОм , переходный процесс будет длиться 1500 с (25 мин). В данном примере, мы намеренно взяли большую емкость и меняли сопротивление.

Вывод

Большая емкость через маленькое сопротивление заряжается быстрее. Та же емкость, через большое сопротивление, заряжается дольше. Разрядка конденсатора сопровождается похожими явлениями и вычисляется этой же формулой.

Разрядка конденсатора Зарядка конденсатора

Конденсатор и переменный ток.

Емкостное сопротивление (Хс). Переменный ток в проводниках представляет собой колебательное движение электронов то в одном, то в другом направлении. Если к источнику переменного тока подключить конденсатор, то его обкладки будут периодически заряжаться и разряжаться электронами. Процесс проходит при увеличении и уменьшении амплитуды переменного тока. Движение электронов от одной обкладки к другой представляет собой ток.

Накопление зарядов. Переменный ток.

Переменный ток, текущий через резистор, изменяется под действием напряжения или сопротивления цепи. В последовательной и параллельной цепи переменного тока приложенное напряжение, общий ток и токи в отдельных ветвях находятся в фазе. Вычисляются по закону Ома для постоянной цепи.

Синусоиды тока и напряжения проходят через нуль и принимают максимальные значения в одни и те же моменты времени. То есть сопротивление в эти промежутки, будет активно. Однако эти две синусоиды имеют разные амплитуды, поскольку представляют различные величины, измеряемые в различных единицах.

Резистивная цепь. Максимум напряжения и тока наступает одновременно.

В большинстве расчетов используются эффективные или действующие значения. Они рассматриваются как эквивалентное значение определенной величины при постоянном токе. Нужно отметить, что в цепях переменного тока, мощность потребляется точно так же, как и в цепях постоянного тока. Иначе обстоит дело с конденсатором, в цепи переменного тока (емкостная цепь). Ток опережает приложенное напряжение, и находятся они не в фазе. Поэтому, сопротивление конденсатора реактивно. Приложенное напряжение постоянно изменяется, вынуждая конденсатор заряжаться и разряжаться.

Емкостная цепь. Максимум напряжения и тока не наступает одновременно.

После того как конденсатор зарядится, напряжение на его обкладках противодействует любому изменению приложенного напряжения. Противодействие, которое конденсатор оказывает приложенному переменному напряжению, называется емкостным сопротивлением. Вычисляется по формуле:

Маленькая задачка

Найдем емкостное сопротивление конденсатора Хс, подключенного к осветительной сети с частотой 50 Гц, емкостью 5 мкф.

Решение

С увеличением частоты, емкостное сопротивление будет уменьшаться. Соответственно, резко возрастет ток. Уменьшение частоты, увеличивает сопротивление. Ток падает. Проще и быстрее, емкостное сопротивление, определяется при помощи уже знакомой номограммы. Конечно, при визуальном определении будут неточности. Этот способ справедлив, если считать мешает "матушка" лень. Найдем Хс, при частоте 100 кГц, на конденсаторе 100 пф. Проведем от деления 100 кГц шкалы "Частота" вертикальную линию (пунктир), до оранжевой линии "Емкость" 100 пф. От точки их пересечения, проведем горизонтальную линию до шкалы "Сопротивление". Как видно из рисунка, сопротивление больше 10 КоМ.

Номограмма для определения емкостного сопротивления.

Разобравшись с емкостным сопротивлением, мы можем смело записать закон Ома для переменного тока, протекающего через конденсатор.

Эти зависимости проявляются тогда, когда конденсатор подключен к переменному синусоидальному напряжению.

Маленькая задачка

Какое приложенное напряжение будет у конденсатора, емкостью 1 мкф, на частоте 100 Гц, если протекает ток 0,6 А.

Решение

Подставляем исходные значения

Округляем в большую сторону Хс = 1,6 КоМ, и находим приложенное напряжение.

E=1600x0.6=960 вольт

Далее материалы по теме

Параметры и обозначение конденсаторов

Цифробуквенная маркировка конденсаторов

Соединение конденсаторов

Цветовая маркировка конденсаторов