Для чего необходим конденсатор

Содержание

Все мы когда-то начинали с нуля. На пути в мир электротехники мы встречали загадочные компоненты и схемы, словно пазлы, собирая которые, создавали удивительные устройства. Но однажды перед нами встает загадочный предмет, который кажется таким простым, а в то же время столь таинственным — конденсатор.

Зачем он нужен в электрических цепях? Как он работает? Давайте раскроем эту электрическую тайну вместе и перевернем ваше представление об электротехнике и электронике!

Электрический конденсатор — это устройство, состоящее из системы проводящих электрический ток обкладок и диэлектрика (изоляционного материала) между ними.

Наряду с резисторами, катушками индуктивностей и трансформаторами он основной пассивный элемент электрических цепей. Количество конденсаторов, как элемента схемы, особенно велико для слаботочных устройств: достигает 40 процентов и более. Абсолютное их число в некоторых сложных электронных устройствах , например в ЭВМ, — десятки и сотни тысяч.

Какой принцип работы конденсатора?

Давайте начнем с самых основ. Конденсаторы — это устройства, способные накапливать и хранить электрический заряд. Давайте представим, что конденсатор — это как резервуар для электронов. Он может заполняться электронами и выделять их, когда это необходимо. Этот простой принцип позволяет конденсаторам выполнять множество функций в электрических цепях.

Принцип работы конденсатора основан на его способности накапливать и хранить электрический заряд. Конденсатор состоит из двух проводящих пластин, обычно из металла, разделенных диэлектриком (неметаллическим изолятором). Это создает конструкцию, которая может временно сохранять электрический заряд.

Принцип работы конденсатора можно представить следующим образом:

Зарядка конденсатора. Когда напряжение подается на конденсатор, электроны начинают перемещаться с одной металлической пластины на другую через диэлектрик. Это создает разность потенциалов между пластинами, и конденсатор начинает заряжаться. Чем больше напряжение и площадь пластин, тем больше заряда может накопить конденсатор.
Хранение энергии. Заряженный конденсатор хранит энергию в форме электрического поля между его пластинами. Энергия хранится в электростатической форме и может быть освобождена при необходимости.
Разрядка конденсатора. Когда конденсатор подключается к цепи, он может выделять накопленный заряд, создавая поток электронов через цепь. Это происходит, когда разность потенциалов между пластинами позволяет электронам двигаться. Конденсатор разряжается, и его энергия используется для выполнения работы в электрической цепи.
Использование в электрических цепях. Конденсаторы используются в электрических цепях для различных целей, таких как сглаживание напряжения, фильтрация сигналов, создание временных задержек и многие другие. Их способность хранить и передавать электрический заряд делает их важными компонентами в электронике.

Таким образом, конденсатор работает как «электрический резервуар», способный накапливать и выделять энергию в зависимости от потребностей цепи, в которой он используется.

ЗАЧЕМ НУЖНЫ ВСЕ ЭТИ КОНДЕНСАТОРЫ в СХЕМАХ

Какие параметры конденсатора важны?

Параметры конденсатора играют важную роль в его функциональности и способности выполнять определенные задачи в электрических цепях. Вот некоторые из основных параметров конденсатора:

1. Емкость (C). Емкость конденсатора измеряется в фарадах (F) и представляет собой его способность накапливать электрический заряд. Чем больше емкость, тем больше заряда он может сохранить при заданной разности потенциалов (напряжении). Большие конденсаторы обычно имеют большую емкость и могут накапливать больше энергии.

2. Напряжение ( U ) . Этот параметр указывает на максимальное напряжение, которое конденсатор может выдержать без повреждения. Превышение максимального напряжения может привести к разрыву диэлектрика и выходу конденсатора из строя.

3. Вид диэлектрика. Диэлектрик — это изоляционный материал между пластинами конденсатора. Разные диэлектрики имеют разные свойства, включая диэлектрическую проницаемость и температурную стабильность. Выбор диэлектрика зависит от конкретных требований цепи.

4. Тип конденсатора. Существует множество различных типов конденсаторов, таких как керамические, алюминиевые электролитические, танталовые и другие. Каждый тип имеет свои особенности и применение в зависимости от задачи.

5. Точность. В некоторых приложениях важна точность емкости конденсатора. Например, в электронике для аудио или радио часто требуется высокая точность конденсаторов для правильной фильтрации сигналов.

6. Температурный диапазон. Температурный диапазон, в котором конденсатор может надежно работать, важен, особенно в приложениях, где температуры могут колебаться значительно.

7. Рабочая частота. В некоторых приложениях, таких как радиосвязь или высокочастотные цепи, важно учитывать рабочую частоту конденсатора. Некоторые конденсаторы могут быть неэффективны при высоких частотах.

8. Размер и форма. Физические размеры конденсатора также могут играть роль, особенно в ограниченных по месту условиях.

Выбор конденсатора с учетом этих параметров зависит от конкретных требований и характеристик цепи, в которой он будет использоваться. Каждый параметр важен для оптимальной работы конденсатора в данном контексте.

Что происходит, когда конденсатор заряжается?

Процесс зарядки конденсатора является важной частью его работы в электрической цепи. Во время зарядки происходит накопление электрического заряда на пластинах конденсатора.

В начале процесса конденсатор находится в разряженном состоянии. Это означает, что на его пластинах нет накопленного заряда, и он представляет собой пустой «резервуар» для электронов.

Конденсатор подключается к источнику напряжения (например, батарее или источнику питания). Когда это происходит, разность потенциалов (напряжение) между пластинами конденсатора начинает изменяться. Электроны начинают двигаться из одной пластины в другую через диэлектрик (изолятор), который разделяет пластины.

По мере того как электроны переносятся с одной пластины на другую, на каждой пластине конденсатора начинается накопление противоположных зарядов. Например, одна пластина может накапливать положительный заряд, а другая — отрицательный. Это создает электрическое поле между пластинами, которое препятствует дальнейшему движению электронов и приводит к увеличению разности потенциалов.

Процесс накопления заряда продолжается до тех пор, пока разность потенциалов между пластинами конденсатора не достигнет уровня, когда больше электронов не может перейти из одной пластины в другую. На этом этапе конденсатор насыщается зарядом и достигает своей максимальной емкости.

Когда конденсатор полностью заряжен, он может хранить этот электрический заряд в течение продолжительного времени, при условии, что он остается подключенным к источнику напряжения. Этот заряд может быть выдан обратно в цепь, когда конденсатор подключается к другим элементам цепи.

Важно отметить, что скорость зарядки конденсатора зависит от его емкости и силы источника напряжения. Чем больше емкость конденсатора и чем выше напряжение, тем быстрее он заряжается. Когда конденсатор заряжен, он может хранить энергию, которая может быть использована в будущем в электрической цепи.

Как происходит разрядка конденсатора?

Разрядка конденсатора — это процесс освобождения накопленного электрического заряда из конденсатора в электрическую цепь. Этот процесс происходит, когда конденсатор подключается к нагрузке или другим элементам цепи.

В начале процесса конденсатор находится в заряженном состоянии. Это означает, что на его пластинах накоплен электрический заряд, и между пластинами создано электрическое поле.

Когда конденсатор подключается к цепи, разность потенциалов (напряжение) между его пластинами начинает приводить к движению электронов. Электроны начинают перемещаться из одной пластины в другую через внешнюю цепь, создавая поток электрического тока.

В процессе разрядки конденсатора электроны перетекают из одной пластины в другую, пока разность потенциалов между пластинами не снизится до нуля. Электроны передают энергию нагрузке или другим элементам цепи, выполняя работу в этой цепи.

Когда разность потенциалов между пластинами становится нулевой, конденсатор полностью разряжен. В этот момент процесс разрядки завершается.

Во время разрядки конденсатор передает свою накопленную энергию в цепь, которая может использовать эту энергию для выполнения работы. Это может включать в себя освещение лампы, питание электрического устройства или любую другую работу, которую можно выполнить с помощью электрической энергии.

Важно отметить, что скорость разрядки конденсатора зависит от его емкости (чем больше емкость, тем дольше будет происходить разрядка) и характеристик нагрузки в цепи. Разрядка конденсатора — это важный процесс в электронике, который позволяет использовать накопленную энергию в устройствах и цепях.

Какие явления связаны с зарядкой и разрядкой конденсатора?

Зарядка и разрядка конденсатора сопровождаются несколькими важными явлениями и процессами. Вот некоторые из них:

При подключении конденсатора к источнику напряжения начинает течь ток зарядки. Этот ток представляет собой движение электронов из одной пластины конденсатора в другую через диэлектрик. Электроны двигаются отрицательно заряженной пластины к положительно заряженной пластине, что создает разность потенциалов между пластинами.
В процессе зарядки напряжение на конденсаторе постепенно нарастает. Это происходит до тех пор, пока разность потенциалов между пластинами не достигнет уровня источника напряжения. По мере нарастания напряжения ток зарядки убывает.
По мере зарядки конденсатор накапливает электрическую энергию в виде электростатического поля между пластинами. Энергия, накопленная в конденсаторе, равна работе, которую можно выполнить, разрядив его в будущем.

При подключении разряженного конденсатора к цепи начинает течь ток разрядки. Электроны двигаются из положительно заряженной пластины к отрицательно заряженной пластине через цепь. Этот ток может быть использован для выполнения работы в цепи.
В процессе разрядки напряжение на конденсаторе начинает снижаться, поскольку разность потенциалов между пластинами уменьшается. Снижение напряжения происходит до тех пор, пока оно не достигнет нуля, и конденсатор полностью разрядится.
Во время разрядки конденсатор освобождает накопленную электрическую энергию в виде рабочего тока. Эта энергия может быть использована для выполнения различных задач в цепи, таких как подача энергии на электрические устройства или генерация света, звука и других видов энергии.

Важно понимать, что зарядка и разрядка конденсатора — это обратимые процессы, и конденсатор может многократно заряжаться и разряжаться в электрической цепи, что делает его важным компонентом многих электрических и электронных устройств.

Как влияют параметры конденсатора, такие как емкость и напряжение, на его работу в цепи?

Параметры конденсатора, такие как емкость (C) и напряжение (U), играют важную роль в его работе в электрической цепи и определяют его функциональность. Давайте разберем, как они влияют на работу конденсатора:

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (Ф) и представляет собой способность конденсатора накапливать электрический заряд. Чем больше емкость, тем больше заряда он может накопить при заданном напряжении.
Большая емкость означает, что конденсатор способен хранить большее количество энергии. Это полезно, например, при использовании конденсаторов в блоках питания для сглаживания напряжения.
В электрических цепях, использующих конденсаторы, емкость может влиять на частоту реакции цепи. Большие конденсаторы могут фильтровать низкие частоты, а маленькие — высокие.

Напряжение на конденсаторе обозначает, какое максимальное напряжение он может выдержать без разрыва диэлектрика.
Превышение максимального напряжения может привести к разрыву диэлектрика конденсатора, что может быть опасным. Поэтому выбор конденсатора с правильным напряжением критичен для безопасности и надежности электрической цепи.
Параметры конденсатора, такие как его емкость и напряжение, также влияют на время, необходимое для его заряда и разряда. Большая емкость требует больше времени на зарядку и разрядку при заданном токе.

Важно выбирать конденсаторы с соответствующими параметрами в зависимости от конкретной задачи в цепи. Например, при проектировании блока питания, нужно учесть требуемое напряжение и емкость конденсатора, чтобы обеспечить стабильное питание устройства. Понимание влияния параметров конденсатора помогает правильно настраивать и оптимизировать работу электрических цепей.

Где и как используются конденсаторы в современных устройствах?

Конденсаторы широко используются в современных устройствах и системах для различных целей благодаря их способности накапливать и выделять электрический заряд. Вот некоторые области, где конденсаторы играют важную роль:

Конденсаторы используются для сглаживания и стабилизации напряжения в блоках питания устройств, таких как компьютеры, телевизоры и мобильные телефоны. Они позволяют поддерживать постоянное напряжение и предотвращают пульсации напряжения.
В аудио- и видеоаппаратуре конденсаторы используются для фильтрации и сглаживания сигналов. Они помогают улучшить качество звука и изображения.
Конденсаторы применяются в коммуникационных системах, таких как мобильные телефоны и модемы, для фильтрации и устранения помех.
В современных светодиодных лампах используются конденсаторы для стабилизации тока и плавного включения лампы.
Конденсаторы применяются в инверторах, источниках бесперебойного питания (ИБП) и другой электронике мощности для хранения энергии и компенсации энергетических импульсов.
В компьютерах и другой электронике конденсаторы используются в блоках питания, на материнских платах и в других частях системы для фильтрации и стабилизации напряжения.
В оборудовании связи и телекоммуникационных сетях конденсаторы применяются для фильтрации сигналов и поддержания стабильности сети.
В автомобильной электронике конденсаторы используются для фильтрации электрических сигналов и стабилизации напряжения.
Конденсаторы встречаются в медицинском оборудовании, таком как дефибрилляторы и медицинские сканеры, где они играют важную роль в обеспечении правильной работы устройств.
В аэрокосмической и авиационной промышленности конденсаторы применяются в радиосистемах, системах навигации и других системах на борту летательных аппаратов.

Это лишь несколько примеров того, где и как используются конденсаторы в современных устройствах и системах. Они являются важными компонентами в электронике и электротехнике, обеспечивая стабильность и надежность работы различных устройств.

Теперь, когда вы ознакомились с секретами конденсаторов и их ролью в электрических цепях, не останавливайтесь на достигнутом. Погрузитесь глубже в мир электротехники, исследуйте новые темы и устройства.

Другие статьи про конденсаторы и их применение на сайте Электрик Инфо:

Устройство и принцип работы

Конденсатор — устройство, состоящее из двух пластин (обкладок), имеющих между собой пустоту. Напряжение к нему подаётся через проводки, подсоединённые к пластинкам. Современные приборы, по сути, не сильно отличаются от макетов на уроках физики, они также состоят из диэлектрика и обкладок. Следует отметить, что именно вещество или его отсутствие (вакуум), плохо проводящее электричество, изменяет характеристики накопителя.

Суть принципа работы конденсатора проста: дали напряжение, и заряд начал накапливаться. Для примера следует рассмотреть как ведёт себя накопитель в двух вариантах электрической цепи:

Постоянный ток. Если в цепь с подключённым к ней конденсатором подать ток, то можно увидеть, что стрелка на амперметре начнёт двигаться, а потом быстро вернётся в исходное положение. Это объясняется просто: устройство быстро зарядилось, то есть источник питания был уравновешен обкладками накопителя, и тока не стало. Поэтому часто говорят, что в условиях постоянного тока конденсатор не работает. Такое утверждение неправильное, всё функционирует, но очень непродолжительное время.
Переменный ток — это когда электроны двигаются сначала в одну, а затем в другую сторону. Если представить такую цепь с подключённым к ней накопителем, то на обеих обкладках конденсатора будут попеременно накапливаться положительные и отрицательные заряды. Это говорит о том, что переменный ток свободно протекает через устройство.

Поскольку конденсатор задерживает постоянный ток, но пропускает переменный, отсюда формируются и сферы его назначения, например, для устройств, в которых нужно убрать постоянную составляющую в сигнале. Вполне очевидно, что накопитель обладает сопротивлением, а вот мощность на нём не выделяется, поэтому он не греется.

Основные виды

Рядовой пользователь не всегда знает о том, каким конденсатором снабжено его устройство. А ведь каждый вид имеет свои недостатки и преимущества, а также эксплуатационные особенности. Существуют две большие группы этих устройств, предназначенные для электрической цепи с переменным и постоянным током. Но всё-таки основная классификация ведётся по типу диэлектрика, который находится между облатками конденсатора. Основные виды:

Керамические. Имеют маленький размер, малый ток утечки и небольшую индуктивность. Отлично работают в условиях высоких частот, в цепях пульсирующего, постоянного и переменного тока. Представлены в различном диапазоне напряжений и ёмкостей, в зависимости от того, для чего конденсатор предназначен.
Слюдяные. В настоящее время почти не используются и не выпускаются. В накопителях такого типа диэлектриком служит слюда. Рабочее напряжение таких конденсаторов в диапазоне — 200−1500 В.
Бумажные. В алюминиевых облатках заключена конденсаторная бумага. Выдерживают напряжение 160−1500 В.
Полиэстеровые. Максимальная ёмкость не превышает 15 мФ, рабочее напряжение — 50−1500 В.
Полипропиленовые. Выгодно выделяются на фоне остальных собратьев двумя преимуществами. Первое — маленький допуск ёмкости (+/- 1%), второе — до 3 кВ рабочего напряжения.

Отдельно стоит отметить электролитические конденсаторы. Главное их отличие от других видов — подключения только к цепи постоянного или пульсирующего тока. Такие накопители имеют полярность — это особенность их конструкции, поэтому неправильное подключение ведёт к вздутию или взрыву устройства. Они обладают большой ёмкостью, что делает конденсатор электролитический пригодным для применения в выпрямительных цепях.

Устройство конденсаторов

Конструкции современных конденсаторов отличаются разнообразием, но можно выделить несколько типичных вариантов:

Пакетная конструкция

Используется в стеклоэмалевых, керамических и стеклокерамических конденсаторах. Пакеты образованы чередующимися слоями обкладок и диэлектрика. Обкладки могут изготавливаться из фольги, а могут представлять собой слои на диэлектрических пластинах – напыленный или нанесенный вжиганием.

Каждый пакетный конденсатор имеет верхнюю и нижнюю обкладки, имеющие контакты с торцов пакета. Выводы изготавливаются из проволоки или ленточных полосок. Пакет опрессовывается, герметизируется, покрывается защитной эмалью.

Трубчатая конструкция

Такую конструкцию могут иметь высокочастотные конденсаторы. Они представляют собой керамическую трубку с толщиной стенки 0,25 мм. На ее наружную и внутреннюю стороны способом вжигания наносится серебряный проводящий слой. Снаружи деталь обрабатывается изоляционным веществом. Внутреннюю обкладку выводят на наружный слой для присоединения к ней гибкого вывода.

Дисковая конструкция

Эта конструкция, как и трубчатая, применяется при изготовлении высокочастотных конденсаторов.

Диэлектриком в дисковых конденсаторах является керамический диск. На него вжигают серебряные обкладки, к которым подсоединены гибкие выводы.

Литая секционированная конструкция

Применяется в монолитных многослойных керамических конденсаторах, используемых в современной аппаратуре, в том числе с интегральными микросхемами. Деталь, имеющая 2 паза, изготавливается литьем керамики. Пазы заполняют серебряной пастой, которую закрепляют методом вживания. К серебряным вставкам припаивают гибкие выводы.

Рулонная конструкция

Характерна для бумажных пленочных низкочастотных конденсаторов с большой емкостью. Бумажная лента и металлическая фольга сворачиваются в рулон. В металлобумажных конденсаторах на бумажную ленту наносят металлический слой толщиной до 1 мкм.

Где используются конденсаторы

Конденсаторы применяются практически во всех современных устройствах: сабвуферах, электродвигателях, автомобилях, насосах, электроинструменте, кондиционерах, холодильниках, мобильных телефонах и т.п.

В зависимости от выполняемых функций их разделяют на общего назначения и узкоспециальные.

К конденсаторам общего назначения относятся низковольтные накопители, которые используются в большинстве видов электроаппаратуры.

К узкоспециализированным относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические ипусковые конденсаторы.

Функции, выполняемые конденсаторами:

фильтрация высокочастотных помех;
сведение к минимуму пульсаций;
разделение сигнала на постоянные и переменные компоненты;
накопление энергии;
создание резонанса с катушкой индуктивности, что позволяет усилить сигнал.

Как проверить конденсатор

Теперь вы знаете как работает конденсатор и для чего его устанавливают в отдельных устройствах. Это полезные знания, но знаете ли вы, как проверить и починить поломку?

Прежде чем приступать к каким-либо работам с конденсатором, убедитесь, что устройство отключено от источника питания. Это базовый шаг, обеспечивающий безопасность во время диагностики.

Конденсаторы могут накапливать электрический заряд даже при отключении от источника питания, что может представлять потенциальную опасность. Поэтому перед началом любых работ необходимо его разрядить. Это можно сделать, соединив оба электрода конденсатора с помощью высокоомного резистора или специального приспособления для разрядки.

Первым шагом в диагностике является тщательная визуальная оценка.

Осмотрите конденсатор на предмет видимых повреждений, таких как деформация, утечка электролита (в случае электролитических моделей) или трещин в корпусе. Если вы заметили какие-либо видимые признаки повреждения, конденсатор следует немедленно заменить новым исправным компонентом.

Измерить сопротивление конденсатора можно мультиметром. Значение сопротивления должно быть очень высоким в начале измерения и постепенно уменьшаться до конечного значения по мере разряда конденсатора. Если оно остается низким или близким к нулю, это может указывать на повреждение.

Для проверки емкости элемента используйте мультиметр в режиме емкостного измерения. Подсоедините электроды конденсатора к соответствующим гнездам измерительного прибора и считайте результат. Сравните результат с маркировкой емкости на конденсаторе. Если измеренные значения существенно отличаются от заявленной емкости, это может означать, что он поврежден.

Как проверить эффективность конденсатора

Электролитический конденсатор, например, в компьютерных блоках питания, часто разрушается в результате увеличения их эквивалентного последовательного сопротивления (ESR).

Для проверки этого параметра используйте специальный тестер или мультиметр с функцией измерения ESR. Значение, превышающее нормальное, может указывать на необходимость замены.

Конденсаторы имеют определенное рабочее напряжение. Убедитесь, что оно не превышает максимального значения, так как это может повредить конденсатор или привести к его взрыву.

В некоторых случаях, особенно при профессиональном ремонте электроники, могут использоваться специализированные диагностические инструменты, такие как анализаторы импеданса или тестер конденсаторов. Эти усовершенствованные устройства позволяют более точно оценить состояние конденсатора.

Что такое конденсатор и для чего он нужен в схемах

Конденсатор — это вторая по популярности радиодеталь после резистора. Он важен и незаменим, участвует в формировании сигналов и фильтрации питания. А ведь изначально, самым первым конденсатором была лейденская банка, которая была изобретена в 1745 году. С тех пор конденсаторы стали неотъемлемой частью электроники.

Конденсатор состоит из двух проводящих обкладок и диэлектрика между ними. И все, больше ничего. С виду простая радиодеталь, но работает на высоких и низких частотах по-разному.

Обозначается на схеме двумя параллельными линиями.

Принцип работы

Эта радиодеталь хорошо демонстрирует явление электростатической индукции. Разберем на примере.

Если подключить к конденсатору постоянный источник тока, то в начальный момент времени ток начнет скапливаться на обкладках конденсатора. Это происходит за счет электростатической индукции. Сопротивление практически равно нулю.

Электрическое поле за счет электростатической индукции притягивает разноименные заряды на две противоположные обкладки. Это свойство материи называется емкостью. Емкость есть у всех материалов. И даже у диэлектриков, но у проводников она значительно больше. Поэтому обкладки конденсатора выполнены из проводника.

Чем больше емкость — тем больше может накопиться зарядов на обкладках конденсатора, т.е. электрического тока.

Основное свойство конденсатора — это емкость. Она зависит от площади пластин, расстояния между ними и материала диэлектрика, которым заполняют пространство между обкладками.

По мере накопления зарядов, поле начинает ослабевать, а сопротивление нарастает. Почему так происходит? Места на обкладках все меньше, одноименные заряды на них действуют друг на друга, а напряжение на конденсаторе становится равным источнику тока. Такое сопротивление называется реактивным, или емкостным. Оно зависит от частоты тока, емкости радиодеталей и проводов.

Когда на обкладках не останется места для электрического тока, то и ток в цепи прекратится. Электростатическая индукция пропадает. Теперь остается электрическое поле, которое держит заряды на своих обкладках и не отпускает их. А электрическому току некуда деваться. Напряжение на конденсаторе станет равным ЭДС (напряжению) источнику тока.

А что будет, если повысить ЭДС (напряжение) источника тока? Электрическое поле начнет все сильнее давить на диэлектрик, поскольку места на обкладках уже нет. Но если напряжение на конденсаторе превысит допустимые знания, то диэлектрик пробьет. И конденсатор станет проводником, заряды освободятся, и ток пойдет по цепи. Как тогда использовать конденсатор для высоких напряжений? Можно увеличить размер диэлектрика и расстояние между обкладками, но при этом уменьшается емкость детали.

Между обкладками находится диэлектрик, который препятствует прохождению постоянного тока. Это именно барьер для постоянного тока. Потому, что постоянный ток создает и постоянное напряжение. А постоянное напряжение может создавать электростатическую индукцию только при замыкании цепи, то есть, когда конденсатор заряжается.

Так конденсатор может сохранять энергию до тех пор, пока к нему не подключится потребитель.

Конденсатор и цепь постоянного тока

Добавим в схему лампочку. Она загорится только во время зарядки.

Еще одна важная особенность — когда происходит процесс зарядки током, то напряжение отстает от тока. Напряжение как бы догоняет ток, поскольку сопротивление нарастает плавно, по мере зарядки. Электрические зарядам нужно время, чтобы переместиться к обкладкам конденсатора. Так называется время зарядки. Оно зависит от емкости, частоты и напряжения.

По мере зарядки, лампочка начинает тусклее светиться.

Лампочка затухает при полной зарядке.

Постоянный электрический ток не проходит через конденсатор только после его зарядки.

Цепь с переменным током

А что если поменять полярность на источнике тока? Тогда конденсатор начнет разряжаться, и снова заряжаться, поскольку меняется полярность источника.

Электростатическая индукция возникает постоянно, если электрический ток переменный. Каждый раз, когда ток начинает менять свое направление, начинается процесс зарядки и разрядки.

Поэтому, конденсатор пропускает переменный электрический ток.

Чем выше частота — тем меньше реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора.

Назначение и функции конденсаторов

Конденсатор играет огромную роль как в аналоговой, так и цифровой технике. Они бывают электролитическими и керамическими, и отличаются своими свойствами, но не общей концепцией. Примеры использования:

Фильтрует высокочастотные помехи;
Уменьшает и сглаживает пульсации;
Разделяет сигнал на постоянные и переменные составляющие;
Накапливает энергию;
Может использоваться как источник опорного напряжения;
Создает резонанс с катушкой индуктивности для усиления сигнала.

Примеры использования

В усилителях обычно используются для защиты сабвуферов, фильтрации питания, термостабилизации и разделение постоянной составляющей от переменной. А электролитические в автономных схемах с микроконтроллерами могут долго обеспечивать питание за счет большой емкости.

В данной схеме транзистор VT1 постоянно открыт, чтобы усиливать звук без искажений. Но если вход замнется или на него поступи постоянный ток, то транзистор откроется, перейдет в насыщение и перегреется. Чтобы этого не допустить, нужен конденсатор. С1 позволяет отделить постоянную оставляющую от переменной. Переменный сигнал легко проходит на базу транзистора, а постоянный сигнал не проходит.

С2 совместно с резистором R3 выполняет функцию термостабилизации. Когда усилитель работает, транзистор нагревается. Это может внести искажения в сигнал. Поэтому, резистор R3 помогает удержать рабочую точку при нагреве. Но когда транзистор холодный и стабилизации не требуется резистор может уменьшить мощность усилителя. Поэтому, в дело вступает С2. Он проводит через себя усиленный сигнал шунтируя резистор, тем самым, не снижая номинальную мощность схемы. Если его емкость будет ниже расчетной, он начнет вносить фазовые искажения в выходной сигнал.

Чтобы схема качественно работала, обязательно хорошее питание. Когда схема в пиковые значения потребляет больше тока, то это всегда сильная нагрузка на источник питания. С3 фильтрует помехи по питанию и помогает снизить нагрузку. Чем больше емкость — тем лучше звук, но до определенных значений, все зависит от схемы.

А в блоках питания используется тот же принцип, как и в предыдущей схеме по питанию, но здесь емкость нужна гораздо больше. На этой схеме емкость элеткролита может быть как 1000 мкФ, так и 10 000 мкФ.

Еще на диодный мост можно параллельно включить керамические конденсаторы, которые будут шунтировать схему от высокочастотных наводок и шума сети 220 В.

Фазовые искажения

Конденсатор может искажать переменный сигнал по фазе. Это происходит из-за неверного расчета емкости, общего сопротивления и взаимодействия с другими радиодеталями. Не стоит забывать и о том, что любая радиодеталь имеет как реактивное, так и активное сопротивление.

Электролитический конденсатор

Следующий распространенный тип конденсаторов –это полярные электролитические конденсаторы, его изображение на электрической схеме выглядит так-

Электролитический конденсатор так же можно назвать постоянным конденсатором, потому, что их емкость не меняется.

Но электролитические конденсаторы имеют очень важно отличие. Знак (+) возле одного из электродов конденсатора говорит о том, что это полярный конденсатор и при подключении его в цепь нужно соблюдать полярность.

Плюсовой вывод конденсатор подключается к плюсу источника питания, а минусовой (который без плюсика) соответственно к отрицательному. На корпусе современных конденсаторов наносят обозначение минусового электрода, а вот плюсовой, не обозначают никак.

Не соблюдение этого правила может привести к выходу конденсатора из строя. И даже взрыву, сопровождающемуся разлетом бумаги фольги и нехорошим запахом (от конденсатора конечно…). Электролитические конденсаторы могут иметь очень большую емкость и соответственно накапливать, довольно большой потенциал. Поэтому электролитические конденсаторы даже после отключения питания таят в себе опасность, и при неосторожном обращении ты можешь получить сильный удар электрического тока. Поэтому после снятия напряжения для безопасной работы с электрическим устройством (ремонте электроники, настройке, и т.д.) электролитический конденсатор необходимо разрядить. Для этого нужно замкнуть накоротко его электроды, (делать это нужно специальным разрядником). Особенно это правило касается конденсаторов большой емкости, которые установлены на блоках питания, где есть высокое напряжение.

Конденсаторы переменной емкости.

Как ты понял из названия, переменные конденсаторы могут изменять свою емкость. Еще совсем недавно для настройки радиоприемников на нужную станцию использовались в основном только конденсаторы переменной емкости. Вращая ручку настройки приемника, тем самым изменяли емкость конденсатора. Переменные конденсаторы, используются и посей день в простых и недорогих моделях приемников и передатчиков. Конструкция переменного конденсатора очень простая. Конструктивно он состоит из статорных и роторных пластин. Роторные пластины подвижные и входят в статорные не касаясь последних. Диэлектриком в таком конденсаторе является воздух. При входе статорных пластин в роторные, емкость конденсатора увеличивается и при выходе роторных пластин емкость уменьшается. Обозначение переменного конденсатора выглядит так –

Применение конденсаторов.

Применение конденсаторов широко используется во всех областях электротехники. Конденсаторы применяются в различных электрических цепях.
В электроцепи переменного тока они могут служить в качестве ёмкостного сопротивления. Возьмем такой пример. При последовательном подключении конденсатора и лампочки к батарейке (постоянный ток), лампочка светиться не будет.

Если же подключить такую цепь к источнику переменного тока, лампочка будет светиться. Причем интенсивность света будет напрямую зависеть от величины ёмкости используемого конденсатора.

Благодаря этим качествам, конденсаторы применяются в качестве фильтров, в цепях подавляющих высокочастотные и низкочастотные помехи. Конденсаторы так же используются в различных импульсных схемах, где требуется быстрое накопление и отдача большого электрического заряда. В таких устройствах как: ускорители, фотовспышки, импульсные лазеры. Конденсаторы применяют для сглаживания пульсаций при выпрямлении напряжения. Способность конденсатора сохранять заряд длительное время дает возможность использовать их для хранения информации. И это только очень краткий перечень всего где только может применяться конденсатор.

Продолжая занятия электротехникой, ты откроешь для себя еще много интересного, в том числе и о работе и применению конденсаторов. Но, и этой информации, тебе будет достаточно для общего понимания и продвижения дальше.

Как проверить конденсатор

Для проверки конденсаторов необходим прибор, тестер или иначе мультиметр. Существуют специальные приборы измеряющие емкость (С). Но так как эти приборы достаточно дороги, зачастую нет смысла их приобретать для домашней мастерской. Тем более на рынке есть недорогие китайские мультиметры с функцией измерения емкости. Если на твоем тестере нет такой функции, ты можешь воспользоваться обычной функцией прозвонки. Как и при проверке резисторов, конденсатор можно проверить на обрыв и“пробой”. В этом случае сопротивление конденсатора очень большое, почти бесконечное (зависит от материала из которого изготовлен кондер). Электролитические конденсаторы проверяют следующим образом – Необходимо включить тестер в режим прозвонки, подключить щупы прибора к электродам (ножкам) конденсатора и следить за показанием на индикаторе мультиметра. Показание мультиметра будет изменяться в меньшую сторону, пока не остановится совсем. После чего нужно щупы поменять местами, показания начнут уменьшаться почти до нуля. Если все произошло так как я описал, “кондер” исправен. Если нет изменений в показаниях или показания сразу становятся большими, или прибор вовсе показывает ноль, конденсатор неисправен. Лично я предпочитаю проверять “кондюки” стрелочным прибором. Плавность движения стрелки легче отслеживать, чем мелькание цифр в окошке индикатора.

Как рассчитать емкость конденсатора

Емкость конденсатора можно рассчитать по формуле:

Емкость конденсатора измеряется в Фарадах, 1 фарад – это огромная величина. Такую ёмкость будет иметь металлический шар размеры которого будут превышать размеры нашего солнца в 13 раз. Шар размером в планету Земля будет иметь иметь емкость всего 710 микрофарад. Обычно, емкость конденсаторов которые мы применяем в электротехнических устройствах обзначается в микрофарадах (mF), пикофарадах (nF), нанофарадах ( nF). Следует знать что, 1 микрофарад равен 1000 нанофарад. Соответственно, 0.1 uF равен 100nF. Кроме главного параметра, на корпусе элементов отмечается допустимое отклонение реальной ёмкости от указанной и напряжение, на которое рассчитано устройство. При его превышении прибор может выйти из строя.
Этих знаний тебе будет вполне достаточно для начала и для того чтобы самостоятельно продолжить изучение конденсаторов и их физических свойств в специальной технической литературе. Желаю успеха и настойчивости!

Полимерные плёнки

Целое семейство конденсаторов использует полимерные плёнки в качестве диэлектриков, а плёнка либо находится между витыми или перемежающимися слоями металлической фольги, либо имеет металлизированный слой на поверхности. Их рабочее напряжение может доходить до 1000 В, но высокими ёмкостями они не обладают – это обычно от 100 пФ до единиц мкФ. У каждого вида плёнки есть свои плюсы и минусы, но в целом всё семейство отличается более низкими ёмкостью и индуктивностью, чем у электролитических. Посему они используются в высокочастотных устройствах и для развязывания в электрически шумных системах, а также в системах общего назначения.

Полипропиленовые конденсаторы используются в схемах, требующих хорошей тепловой и частотной стабильности. Также они используются в системах питания, для подавления ЭМП, в системах, использующих переменные токи высокого напряжения.

Полиэстеровые конденсаторы, хотя и не обладают такими температурными и частотными характеристиками, получаются дешёвыми и выдерживают большие температуры при пайке для поверхностного монтажа. В связи с этим они используются в схемах, предназначенных для использования в некритичных приложениях.

Полиэтилен-нафталатовые конденсаторы. Не обладают стабильными температурными и частотными характеристиками, но могут выдерживать гораздо большие температуры и напряжения по сравнению с полиэстеровыми.

Полиэтилен-сульфидовые конденсаторы обладают температурными и частотными характеристиками полипропиленовых, и в дополнение выдерживают высокие температуры.

В старом оборудовании можно наткнуться на поликарбонатные и полистиреновые конденсаторы, но сейчас они уже не используются.

Керамика

История керамических конденсаторов довольно длинная – они использовались с первых десятилетий прошлого века и по сей день. Ранние конденсаторы представляли собою один слой керамики, металлизированной с обеих сторон. Более поздние бывают и многослойными, где пластины с металлизацией и керамика перемежаются. В зависимости от диэлектрика их ёмкости варьируются от 1 пФ до десятков мкФ, а напряжения достигают киловольт. Во всех отраслях электроники, где требуется малая ёмкость, можно встретить как однослойные керамические диски, так и многослойные пакетные конденсаторы поверхностного монтажа.

Проще всего классифицировать керамические конденсаторы по диэлектрикам, поскольку именно они придают конденсатором все свойства. Диэлектрики классифицируют по трёхбуквенным кодам, где зашифрована их рабочая температура и стабильность.

C0G лучшая стабильность в ёмкости по отношению к температуре, частоте и напряжению. Используются в высокочастотных схемах и других контурах высокого быстродействия.

X7R не обладают такими хорошими характеристиками по температуре и напряжению, посему используются в менее критичных случаях. Обычно это развязывание и различные универсальные приложения.

Y5V обладают гораздо большей ёмкостью, но характеристики температуры и напряжения у них ещё ниже. Также используются для развязывания и в различных универсальных приложениях.

Поскольку керамика часто обладает и пьезоэлектрическими свойствами, некоторые керамические конденсаторы демонстрируют и микрофонный эффект. Если вы работали с высокими напряжениями и частотами в аудиодиапазоне, например, в случае ламповых усилителей или электростатики, вы могли услышать, как «поют» конденсаторы. Если вы использовали пьезоэлектрический конденсатор для обеспечения частотной стабилизации, вы могли обнаружить, что его звук модулируется вибрацией его окружения.

Как мы уже упоминали, статья не ставит целью охватить все технологии конденсаторов. Взглянув в каталог электроники вы обнаружите, что некоторые технологии, имеющиеся в наличии, здесь не освещены. Некоторые предложения из каталогов уже устарели, или же имеют такую узкую нишу, что с ними чаще всего и не встретишься. Мы надеялись лишь развеять некоторые тайны по поводу популярных моделей конденсаторов, и помочь вам в выборе подходящих компонентов при разработке собственных устройств. Если мы разогрели ваш аппетит, вы можете изучить нашу статью по катушкам индуктивности.

Об обнаруженных вами неточностях и ошибках прошу писать через личные сообщения сайта. Спасибо.