Електрически кондензатор (от латински кондензатор, - този, който кондензира, сгъстява), устройство, предназначено да получи необходимите стойности на електрически капацитет и способно да натрупва (преразпределя) електрически заряди.

Електрическият кондензатор се състои от два (понякога повече) подвижни или фиксирани проводими електрода (плочи), разделени от диелектрик. Плочите трябва да имат такава геометрична форма и да са така разположени една спрямо друга, че създадените от тях електрическо полесе концентрира в пространството между тях. По правило разстоянието между плочите, равно на дебелината на диелектрика, е малко в сравнение с линейните размери на плочите. Следователно електрическото поле, което възниква, когато плочите са свързани към източник с напрежение U, е почти изцяло концентриран между плочите. В този случай частичните собствени капацитети на електрическите пластини са незначителни.

По този начин кондензаторът се нарича система, състояща се, като правило, от два противоположно заредени проводника, докато зарядът, който трябва да се прехвърли от един проводник към друг, за да се зареди единият от тях отрицателно, а другият положително, се нарича заряд на кондензатор. Потенциална разлика Uмежду плочите на кондензатора е правопропорционална на големината на заряда Qразположени на всеки от тях:

ОТ- коефициентът, характеризиращ кондензатора, се нарича електрически капацитет на кондензатора или капацитет.

Числено, капацитетът на електрическия кондензатор C е равен на заряда Q на една от плочите при напрежение 1 волт:

C = Q/U.

В SI единицата за капацитет е фарад - 1 F. Капацитет, равен на един фарад, притежава такъв кондензатор, между плочите на който има потенциална разлика, равна на един волт, със заряд на всяка от плочите, равен на към една висулка.

Параметрите, дизайнът и обхватът на кондензаторите се определят от диелектрика, разделящ неговите плочи, поради което основната класификация на електрическите кондензатори се извършва според вида на диелектрика. В зависимост от вида на използвания диелектрик кондензаторите биват въздушни, хартиени, слюдени, керамични, електролитни и др.

Според капацитета се разграничават кондензатори с постоянен капацитет и кондензатори с променлив капацитет. Променливите и полупроменливите кондензатори се произвеждат с механично и електрически контролиран капацитет. Промяната на капацитета в механично контролиран електрически кондензатор най-често се постига чрез промяна на площта на неговите плочи или (по-рядко) чрез промяна на разстоянието между плочите. Протозои въздушен кондензаторпроменливият капацитет се състои от две изолирани системи от метални плочи, които влизат една в друга, когато дръжката се завърти: една група (ротор) може да се движи така, че нейните плочи да влизат в пролуките между плочите на друга група (статор). Като натискате и дърпате една система от плочи в друга, можете да промените капацитета на кондензатора. Електрическите кондензатори с променлив капацитет с твърд диелектрик (керамика, слюда, стъкло, филм) се използват главно като полупроменливи (долен индекс) със сравнително малка промяна в капацитета. Понастоящем широко се използват контролирани променливи кондензатори - варикапи и вариконди.

Капацитетът на електрическия кондензатор зависи от диелектричната константа на диелектрика, запълващ кондензатора, както и от формата и размера на неговите пластини. Според формата на плочите се разграничават плоски, цилиндрични, сферични кондензатори.

Плосък кондензатор има два плоски чинии, разстоянието между които дмалки в сравнение с техните линейни размери. Това дава възможност да се пренебрегнат малки области на нехомогенност електрическо полев краищата на плочите и приемете, че цялото поле е еднородно и концентрирано между плочите. Заряд на кондензатора Qе зарядът на положително заредена плоча.

Капацитет плосък кондензатор ОТ:

C= ee o S/d

S е площта на всяка облицовка или по-малката от тях, д- разстоянието между плочите, д о- електрическа константа, д- роднина диелектричната константавещество между плочите. Запълването на пространството между плочите с диелектрик увеличава капацитета в дведнъж.

Енергията, съхранявана от зареден постоянно напрежение Uплосък електрически кондензатор е равен на:

W = CU 2 /2.

Заедно с плосък кондензатор често се използва плосък многопластинков кондензатор, съдържащ нплочи, свързани паралелно.

Капацитетът на цилиндричен кондензатор, чиито пластини са два коаксиални кухи цилиндъра, вмъкнати един в друг и разделени от диелектрик, е равен на:

C \u003d 2pee o h¤ln (r 2 / r 1),

където r 2 и r 1 са радиусите съответно на външния и вътрешния цилиндър и че дължината на цилиндъра. В този случай не се вземат предвид изкривяванията на хомогенността на електрическото поле в краищата на плочите (ефект на ръба) и следователно тези изчисления дават донякъде подценени стойности на капацитета ° С.

Капацитетът на сферичен кондензатор, който е сфера, поставена една в друга, е равен на:

C \u003d 4pee или r 2 r 1 / (r 2 -r 1),

където r2и r1са радиусите съответно на външната и вътрешната сфера.

В допълнение към капацитета, електрическият кондензатор има активно съпротивление. Ри индуктивност Л. обикновено, електрически кондензаториизползва се при честоти много по-ниски от резонансната, при които неговата индуктивност обикновено се пренебрегва. Активното съпротивление на кондензатора зависи от съпротивлението на диелектрика, материала на плочите и проводниците, формата и размера на кондензатора, честотата и температурата. Зависимостта на реактивното съпротивление на електрическите кондензатори от честотата се използва в електрическите филтри.

Когато плочите са свързани към източник на постоянно напрежение, кондензаторът се зарежда до напрежението на източника. Токът, който продължава да тече през кондензатора, след като е бил зареден, се нарича ток на утечка.

Кондензаторите се характеризират с пробивно напрежение - потенциалната разлика между пластините на кондензатора, при което възниква пробив - възниква електрически разряд през диелектричния слой в кондензатора. Пробивното напрежение зависи от формата на плочите, свойствата на диелектрика и неговата дебелина.

Плочите на кондензатора се привличат една към друга. Силата на привличане между плочите на кондензатора се нарича пондеромоторна сила и се изчислява по формулата:

F \u003d -Q 2 / 2ee o S

Знакът минус показва, че пондеромоторната сила е сила на привличане.

По приложение се разграничават нисковолтови нискочестотни електрически кондензатори (висок специфичен капацитет ОТ), ниско напрежение висока честота (висока ОТ), високо напрежениепостоянен ток, високо напрежение ниска и висока честота (висока специфична реактивна мощност).

За да се увеличи капацитетът и да се променят възможните му стойности, кондензаторите се свързват в батерии, като се използват техните последователни, паралелни или смесени (състоящи се от последователни и паралелни) връзки.

Увеличаването на капацитета се постига чрез свързване на кондензатори паралелно на батерията. В този случай кондензаторите са свързани чрез еднакво заредени пластини. При такава връзка запазената стойност на всички кондензатори е потенциалната разлика, а зарядите се сумират. Общият капацитет на батерията, когато кондензаторите са свързани паралелно, е равен на сумата от капацитетите на отделните кондензатори:

C \u003d C 1 + C 2 + ... + C n

Когато кондензаторите са свързани последователно, полученият капацитет винаги е по-малък от най-малкия капацитет, използван в батерията, и всеки кондензатор представлява само част от потенциалната разлика между клемите на батерията, което значително намалява възможността от повреда на кондензатора. При серийни връзкикондензаторите са свързани с противоположните си пластини. В този случай реципрочните стойности на капацитетите се добавят и полученият капацитет се определя, както следва:

1/C = (1/C n).

Електрическите кондензатори се използват в електрическите вериги (концентрирани капацитети), електроенергетиката (компенсатори на реактивна мощност), генератори на импулсно напрежение, за измервателни цели (измервателни кондензатори и капацитивни сензори).

Принципът на устройството на най-простия (плосък) кондензаторпоказано на фиг. един.

Ориз. 1. Принципът на устройството на плосък кондензатор.

1 подплата,
2 диелектрик

Капацитетът на такъв кондензаторсе определя по добре познатата формула

Определя се с формула

Използвайки фолийни плочи и многослоен филмов диелектрик, е възможно да се произвеждат ролкови кондензатори със специфичен капацитет за съхранение, вариращ приблизително от 0,1 J/kg до 1 J/kg или от 0,03 mWh/kg до 0,3 mWh/kg. Поради ниския специфичен капацитет за съхранение кондензаторите от този тип не са подходящи за дългосрочно съхранение на значително количество енергия, но се използват широко като източници на реактивна мощност във вериги. променлив токи като капацитети.

Енергията може да се съхранява много по-ефективно в електролитни кондензатори, чийто принцип е показан на фиг. 2.

Ориз. 2. .

1 метален лист или фолио (алуминий, тантал и др.),
2 диелектрик от метален оксид (Al2O3, Ta2O5 или други),
3 хартия и др., импрегнирани с електролит (H3BO3, H2SO4, MnO2 или други) и глицерин

Тъй като дебелината на диелектричния слой в този случай обикновено остава в рамките на 0,1 µm, тези кондензатори могат да бъдат направени с много голям капацитет (до 1 F), но за относително малко напрежение (обикновено няколко волта).

Дори повече капацитет може да бъде ултракондензатори (суперкондензатори, йонистори), чиито плочи са двоен електрически слой с дебелина няколко десети от нанометъра на границата между електрода от микропорест графит и електролита (фиг. 3).

Ориз. 3. .

1 микропорести графитни електроди,
2 електролит

Ефективната площ на плочите на такива кондензатори, поради порьозността, достига до 10 000 m2 за всеки грам маса на електрода, което прави възможно постигането на много голям капацитетза много малки кондензатори. В момента се произвеждат ултракондензатори за напрежение до 2,7 V и капацитет до 3 kF. Техният специфичен капацитет за съхранение обикновено варира от 0,5 Wh/kg до 50 Wh/kg и има прототипи със специфичен капацитет за съхранение до 300 Wh/kg.

Технология на производство ултракондензаторие много сложен и следователно цената на единица енергия, съхранявана в тях, е много по-висока от тази на други кондензатори, достигайки до 50 000 ?/kWh. Въпреки това, поради простотата на дизайна, малкия размер, надеждността, високата ефективност (95% или повече) и издръжливостта (няколко милиона цикъла на зареждане-разреждане), те започнаха да се използват както в превозни средства, и в промишлени електроцентрали вместо електрохимични батерии и други средства за съхранение на енергия. Те са особено полезни, когато енергията се консумира под формата на кратки импулси (например за захранване на стартера на двигатели с вътрешно горене) или когато е необходимо бързо (второ) зареждане на запаметяващото устройство. Например през 2005 г. Шанхай започна пробна експлоатация на ултракондензаторни автобуси, чиято кондензаторна батерия се зарежда, докато автобусът е паркиран на всяка спирка.

Най-старият кондензатори в същото време най-старата батерия електрическа енергиямогат да се разглеждат предмети от кехлибар, чието наелектризиране при триене с вълнен плат е открито от гръцкия философ Талес около 590 г. пр.н.е. X. Той също нарича това явление електронно (от гръцката дума електрон, „кехлибар“). Първите електростатични генератори, изобретени през 17-ти век, също са сферични или цилиндрични кондензатори, върху чиято повърхност може да се натрупа електрически заряд, достатъчен да предизвика явления на разреждане. Първият истински кондензатор все още се счита за усилвателна колба, изобретена на 11 октомври 1745 г. в хода на експерименти за наелектризиране на вода от аматьорски физик Дийн Камински (Камин) катедралаЕвалд Юрген фон Клайст (1700-1748) (фиг. 4);

Ориз. 4. Кондензатор на Евалд Юрген фон Клайст.

1 бутилка пълна с вода
2 пирон, който заедно с водата образува горната облицовка,
3 проводника към електростатичен генератор,
4 метална плоча (долна облицовка).
U напрежение

С това устройство могат ясно да се разграничат две пластини и диелектрик между тях. Първият плосък кондензатор е направен през 1747 г. от лондонския лекар Джон Бевис (John Bevis, 1693–1771), а терминът кондензатор (ит. condensatore, „кондензира“) е въведен през 1782 г. от професора по експериментална физика в Университета на Павия (Павия, Италия) Алесандро Волта ( Алесандро Волта, 1745-1827). Първите електролитни кондензатори са разработени през 1853 г. от ръководителя на Кьонигсбергския физиологичен институт (Кьонигсберг, Германия) Херман фон Хелмхолц (1821–1894), а първият ултракондензатор с порести графитни електроди е представен за патентоване през 1954 г. от изследовател в електрическата инженерен концерн General Electric ( General Electric, САЩ) Хауърд И. Бекер. Практическа употребаултракондензаторите започнаха да се развиват бързо в първите години на 21 век.

Във всички радиотехнически и електронни устройства, с изключение на транзистори и микросхеми, се използват кондензатори. В някои схеми те са повече, в други по-малко, но практически няма електронна схема без кондензатори изобщо.

В същото време кондензаторите могат да изпълняват различни задачи в устройствата. На първо място, това са капацитетите във филтрите на токоизправителите и стабилизаторите. С помощта на кондензатори се предава сигнал между усилващите етапи, изграждат се ниско- и високочестотни филтри, задават се времеви интервали във времезакъсненията и се избира честотата на трептене в различни генератори.

Кондензаторите водят своето родословие от Лайденски буркан, който в средата на 18 век е използван от холандския учен Питер ван Мушенбрук в своите експерименти. Той живееше в град Лайден, така че не е трудно да се досетите защо тази банка се нарича така.

Всъщност това беше обикновен стъклен буркан, облицован отвътре и отвън с станиол - станиол. Използван е за същите цели като съвременния алуминий, но тогава алуминият все още не е бил открит.

Единственият източник на електричество в онези дни беше електрофорна машина, способна да развива напрежение до няколкостотин киловолта. Именно от нея беше зареден Лайденският буркан. Учебниците по физика описват случая, когато Мушенбрук изпразни кутията си през верига от десет гвардейци, хванати за ръце.

Тогава никой не знаеше, че последствията могат да бъдат трагични. Ударът се оказа доста чувствителен, но не фатален. Не се стигна до това, тъй като капацитетът на буркана Leyden беше незначителен, импулсът се оказа много краткотраен, така че мощността на разреждане беше ниска.

Как работи кондензаторът

Устройството на кондензатора практически не се различава от буркана Leyden: все същите две плочи, разделени от диелектрик. Ето как кондензаторите са изобразени на съвременните електрически вериги. Фигура 1 показва схематично устройство на плосък кондензатор и формула за неговото изчисляване.

Фигура 1. Устройството на плосък кондензатор

Тук S е площта на плочите в квадратни метра, d е разстоянието между плочите в метри, C е капацитетът във фаради, ε е диелектричната проницаемост на средата. Всички количества, включени във формулата, са посочени в системата SI. Тази формула е валидна за най-простия плосък кондензатор: можете просто да поставите две метални пластини една до друга, от които се правят изводи. Въздухът може да служи като диелектрик.

От тази формула може да се разбере, че капацитетът на кондензатора е толкова по-голям, колкото по-голяма е площта на плочите и колкото по-малко е разстоянието между тях. За кондензатори с друга геометрия формулата може да е различна, например за капацитет на единичен проводник или електрически кабел. Но зависимостта на капацитета от площта на плочите и разстоянието между тях е същата като тази на плосък кондензатор: колкото по-голяма е площта и колкото по-малко е разстоянието, толкова по-голям е капацитетът.

Всъщност плочите не винаги са направени плоски. За много кондензатори, като метално-хартиените, плочите са алуминиево фолио, навито заедно с хартиен диелектрик в стегната топка, във формата на метален корпус.

За да се увеличи електрическата якост, тънката кондензаторна хартия се импрегнира с изолационни съединения, най-често трансформаторно масло. Този дизайн ви позволява да правите кондензатори с капацитет до няколкостотин микрофарада. Кондензаторите с други диелектрици са подредени приблизително по същия начин.

Формулата не съдържа никакви ограничения за площта на плочите S и разстоянието между плочите d. Ако приемем, че плочите могат да бъдат разделени много далеч и в същото време площта на плочите може да бъде направена съвсем незначителна, тогава някакъв капацитет, макар и малък, все още ще остане. Такова разсъждение предполага, че дори само два проводника, разположени един до друг, имат електрически капацитет.

Това обстоятелство се използва широко във високочестотната технология: в някои случаи кондензаторите се правят просто под формата на печатни проводници или дори само два проводника, усукани заедно в полиетиленова изолация. Обикновените жични юфка или кабел също имат капацитет и с увеличаване на дължината той се увеличава.

В допълнение към капацитета C, всеки кабел има и съпротивление R. И двете физични свойстваразпределени по дължината на кабела и при предаване на импулсни сигнали работят като интегрираща RC верига, показана на фигура 2.

Снимка. 2

На фигурата всичко е просто: тук е веригата, тук е входният сигнал и тук е на изхода. Импулсът е изкривен до неузнаваемост, но това е направено нарочно, за което е сглобена веригата. Междувременно говорим за ефекта на капацитета на кабела върху импулсния сигнал. Вместо импулс, такъв „звънец“ ще се появи в другия край на кабела и ако импулсът е кратък, тогава той може изобщо да не достигне другия край на кабела, дори може да изчезне.

исторически факт

Тук е съвсем уместно да си припомним историята за това как е положен трансатлантическият кабел. Първият опит през 1857 г. се проваля: телеграфните точки - тирета (правоъгълни импулси) са изкривени, така че нищо не може да се разглоби в другия край на дългата 4000 км линия.

Вторият опит е направен през 1865 г. По това време английският физик У. Томпсън е разработил теорията за предаване на данни по дълги линии. В светлината на тази теория полагането на кабела се оказа по-успешно, сигналите бяха получени.

За този научен подвиг кралица Виктория дава на учения рицарско звание и титлата лорд Келвин. Това беше името на малък град на брега на Ирландия, където започна полагането на кабела. Но това е само дума и сега нека се върнем към последната буква във формулата, а именно към диелектричната проницаемост на средата ε.

Малко за диелектриците

Това ε е в знаменателя на формулата, следователно неговото увеличение ще доведе до увеличаване на капацитета. За повечето използвани диелектрици, като въздух, лавсан, полиетилен, флуоропласт, тази константа е практически същата като тази на вакуума. Но в същото време има много вещества, чиято диелектрична константа е много по-висока. Ако въздушният кондензатор се напълни с ацетон или алкохол, тогава капацитетът му ще се увеличи с 15 ... 20 пъти.

Но такива вещества, в допълнение към високото ε, също имат доста висока проводимост, така че ще бъде лошо за такъв кондензатор да задържи заряд, той бързо ще се разреди през себе си. Това вредно явление се нарича ток на утечка. Поради това се разработват специални материали за диелектрици, които позволяват с висок специфичен капацитет на кондензаторите да осигурят приемливи токове на утечка. Това обяснява такова разнообразие от видове и типове кондензатори, всеки от които е предназначен за специфични условия.

електролитен кондензатор

Електролитните кондензатори имат най-висок специфичен капацитет (съотношение капацитет / обем). Капацитетът на "електролити" достига до 100 000 микрофарада, работно напрежение до 600V. Такива кондензатори работят добре само на ниски честоти, най-често в захранващите филтри. Електролитните кондензатори са свързани в съответствие с полярността.

Електродите в такива кондензатори са тънък слой от метален оксид, поради което тези кондензатори често се наричат ​​оксидни кондензатори. Тънък слой въздух между такива електроди не е много надежден изолатор, следователно между оксидните плочи се въвежда слой електролит. Най-често това са концентрирани разтвори на киселини или основи.

Фигура 3 показва един от тези кондензатори.

Фигура 3. Електролитен кондензатор

За да се оцени размерът на кондензатора, до него е снимана обикновена кибритена кутия. В допълнение към достатъчно голям капацитет на фигурата можете да видите и процентното отклонение: не по-малко от 70% от номинала.

В онези дни, когато компютрите бяха големи и се наричаха компютри, такива кондензатори бяха в дисковите устройства (в съвременния HDD). Информационният капацитет на такива устройства вече може да предизвика само усмивка: два диска с диаметър 350 мм съхраняват 5 мегабайта информация, а самото устройство тежи 54 кг.

Основната цел на суперкондензаторите, показани на фигурата, беше да премахнат магнитните глави от работната зона на диска в случай на внезапно прекъсване на захранването. Такива кондензатори могат да съхраняват заряд в продължение на няколко години, което беше тествано на практика.

По-долу с електролитни кондензатори ще бъде предложено да се направят някои прости експерименти, за да се разбере какво може да направи един кондензатор.

За работа в променливотокови вериги се произвеждат неполярни електролитни кондензатори, но по някаква причина е много трудно да ги получите. За да се преодолее по някакъв начин този проблем, обичайните полярни "електролити" се включват в обратна серия: плюс-минус-минус-плюс.

Ако полярен електролитен кондензатор е свързан към верига с променлив ток, тогава той първо ще се нагрее и след това ще се чуе експлозия. Вътрешните стари кондензатори са разпръснати във всички посоки, докато вносните имат специално устройство за избягване на силни изстрели. Това, като правило, е или кръстосан прорез на дъното на кондензатора, или дупка с гумена тапа, разположена там.

Те наистина не харесват електролитни кондензатори. пренапрежениедори ако полярността е правилна. Следователно никога не е необходимо да се поставят "електролити" във верига, където се очаква напрежение, близко до максималното за този кондензатор.

Понякога в някои, дори уважавани форуми, начинаещите задават въпроса: „Кондензаторът е 470µF * 16V, но имам 470µF * 50V, мога ли да го поставя?“ Да, разбира се, че можете, но обратното заместване е неприемливо.

Кондензаторът може да съхранява енергия

Това ще помогне да се разбере това твърдение. проста веригапоказано на фигура 4.

Фигура 4. Верига с кондензатор

Основният герой на тази схема е електролитен кондензатор C с достатъчно голям капацитет, така че процесите на зареждане и разреждане протичат бавно и дори много ясно. Това дава възможност да се наблюдава визуално работата на веригата с помощта на конвенционална крушка от фенерче. Тези фенери отдавна са отстъпили място на модерните LED, но крушки за тях все още се продават. Затова събирайте схемата и провеждайте прости експериментимного просто.

Може би някой ще каже: „Защо? В крайна сметка всичко е очевидно и ако прочетете и описанието ... ". Изглежда, че няма какво да спорим тук, но всяко, дори най-простото нещо, остава в главата за дълго време, ако разбирането му дойде през ръцете.

И така, схемата е сглобена. Как работи?

В положението на превключвателя SA, показано на диаграмата, кондензаторът C се зарежда от захранването GB през резистора R във веригата: + GB __ R __ SA __ C __ -GB. Токът на зареждане на диаграмата е показан със стрелка с индекс iz. Процесът на зареждане на кондензатора е показан на фигура 5.

Фигура 5. Процес на зареждане на кондензатора

Фигурата показва, че напрежението в кондензатора се увеличава по крива линия, в математиката наречена експоненциална. Зарядният ток директно отразява зарядното напрежение. Тъй като напрежението в кондензатора се покачва, зарядният ток намалява. И само в началния момент съответства на формулата, показана на фигурата.

След известно време кондензаторът ще се зареди от 0V до захранващото напрежение, в нашата верига до 4,5V. Целият въпрос е как да се определи това време, колко време да се изчака, кога кондензаторът ще бъде зареден?

Времеконстанта "tau" τ = R*C

Тази формула просто умножава съпротивлението и капацитета на последователно свързани резистор и кондензатор. Ако, без да пренебрегваме системата SI, заместим съпротивлението в ома, капацитета във фаради, тогава резултатът ще бъде за секунди. Това е времето, необходимо на кондензатора да се зареди до 36,8% от захранващото напрежение. Съответно, за зареждане до почти 100% ще отнеме време 5 * τ.

Често, пренебрегвайки системата SI, те заместват съпротивлението в ома във формулата и капацитета в микрофаради, тогава времето ще бъде в микросекунди. В нашия случай е по-удобно да получите резултата за секунди, за което просто трябва да умножите микросекунди по милион или по-просто да преместите запетаята с шест цифри наляво.

За веригата, показана на Фигура 4, с капацитет на кондензатор от 2000uF и резистор от 500Ω, времеконстантата ще бъде τ = R*C = 500 * 2000 = 1 000 000 микросекунди, или точно една секунда. Така ще трябва да изчакате около 5 секунди, докато кондензаторът се зареди напълно.

Ако след определеното време превключвателят SA се премести в правилната позиция, тогава кондензаторът C ще се разреди през електрическата крушка EL. В този момент ще има кратко мигане, кондензаторът ще се разреди и светлината ще изгасне. Посоката на разреждане на кондензатора е показана със стрелка с индекс ip. Времето на разреждане също се определя от времеконстантата τ. Графиката на разряда е показана на фигура 6.

Фигура 6. Графика на разреждането на кондензатора

Кондензаторът не пропуска постоянен ток

Още по-проста схема, показана на Фигура 7, ще помогне да се провери това твърдение.

Фигура 7. Диаграма с кондензатор в DC верига

Ако ключът SA е затворен, тогава ще последва кратко мигане на крушката, което показва, че кондензаторът C е зареден през крушката. Тук също е показана графиката на зареждането: в момента, в който ключът е затворен, токът е максимален, докато кондензаторът се зарежда, той намалява и след известно време спира напълно.

Ако кондензаторът добро качество, т.е. с нисък ток на утечка (саморазреждане), повторното затваряне на превключвателя няма да причини мигане. За да получите друга светкавица, кондензаторът ще трябва да се разреди.

Кондензатор в силови филтри

Кондензаторът се поставя, като правило, след токоизправителя. Най-често токоизправителите се правят на пълна вълна. Най-често срещаните токоизправителни вериги са показани на фигура 8.

Фигура 8. Токоизправителни вериги

Полувълновите токоизправители също се използват доста често, като правило, в случаите, когато мощността на натоварване е незначителна. Най-ценното качество на такива токоизправители е простотата: само един диод и трансформаторна намотка.

За токоизправител с пълна вълна, капацитетът на филтърния кондензатор може да се изчисли по формулата

C = 1000000 * Po / 2*U*f*dU AC напрежение Hz, dU амплитуда на пулсация V.

Голямо число в числителя от 1000000 преобразува капацитета от системни фаради в микрофаради. Двете в знаменателя е броят на полупериодите на токоизправителя: за полувълна на нейно място ще се появи една

C \u003d 1000000 * Po / U * f * dU,

А за трифазен токоизправител формулата ще приеме формата C \u003d 1000000 * Po / 3 * U * f * dU.

Суперкондензатор - йонистор

Наскоро се появи нов клас електролитни кондензатори, така наречените йонистори. По своите свойства той е подобен на батерия, но с няколко ограничения.

Йонисторът се зарежда до номиналното напрежение за кратко време, буквално за няколко минути, така че е препоръчително да го използвате като резервен източник на енергия. Всъщност йонисторът е неполярно устройство, единственото нещо, което определя неговата полярност, е фабричното зареждане. За да не се обърка тази полярност в бъдеще, тя се обозначава със знака +.

Важна роля играят условията на работа на йонисторите. При температура 70˚C при напрежение 0,8 от номиналното гарантираната издръжливост е не повече от 500 часа. Ако устройството работи при напрежение 0,6 от номиналното напрежение и температурата не надвишава 40 градуса, тогава правилната работа е възможна за 40 000 часа или повече.

Най-честата употреба на йонистор са източници резервно захранване. По принцип това са чипове с памет или електронни часовници. В този случай основният параметър на йонистора е малък ток на утечка, неговият саморазряд.

Доста обещаващо е използването на йонистори във връзка със слънчеви панели. Това също влияе върху некритичността към състоянието на зареждане и практически неограничения брой цикли на зареждане-разреждане. Друго ценно свойство е, че йонисторът не изисква поддръжка.

Прочетете също

• Видове стенни лампи и характеристики на тяхното използване
• За потенциалната разлика, електродвижещата сила и напрежението
• Какво може да се определи от измервателния уред, с изключение на потреблението на електроенергия
• Относно критериите за оценка на качеството на електрическите продукти
• Какво е по-добре за частна къща - еднофазен или трифазен вход?
• Как да изберем стабилизатор на напрежение за селска къща
• Ефект на Пелтие: магическото действие на електрическия ток
• Практиката на окабеляване и свързване на телевизионен кабел в апартамент - характеристики на процеса
• Проблеми с окабеляването: какво да правите и как да ги поправите?
• Флуоресцентни лампи T5: перспективи и проблеми на приложението
• Прибиращи се блокове за гнезда: практика на използване и свързване
• Електронни усилватели. Част 2. Усилватели на звукова честота
• Правилна работа на електрическо оборудване и окабеляване в селска къща
• Основните точки за използване на безопасно напрежение в ежедневието
• Необходими инструменти и устройства за начинаещи в изучаването на електроника
• Какво е преходно контактно съпротивление и как да се справим с него
• Реле за напрежение: какво има, как да изберем и свържете?
• Какво е по-добре за частна къща - еднофазен или трифазен вход?
• Кондензатори в електронни схеми. Част 2. Междукаскадна комуникация, филтри, генератори
• Как да осигурим комфорт при недостатъчно захранване
• Как да се уверите, когато купувате машина в магазин, че тя работи?
• Как да изберем напречно сечение на проводника за 12-волтови осветителни мрежи
• Метод за свързване на бойлер и помпа с недостатъчна мрежова мощност
• Индуктори и магнитни полета. Част 2. Електромагнитна индукция и индуктивност
• операционни усилватели. Част 2. Идеален операционен усилвател
• Какво представляват микроконтролерите (предназначение, устройство, софтуер)
• Удължаване на живота на компактна флуоресцентна лампа (икономка)
• Схеми на операционен усилвател без обратна връзка
• Смяна на ел.табло на апартамента
• Устройството и принципът на работа на прекъсвачи в електрическа верига
• Пример за използване на стабилизатор на напрежение с оптимизатор на натоварване OEL-820
• Спад на мощността в рамките на лимита на отговорност на собственика на жилището
• Как да организираме осветлението в спалнята?
• Защо медта и алуминият не могат да се комбинират в електрическата инсталация?
• Модернизация на задвижването на клапана или за обръщане на кондензаторния двигател
• Как да удължите и монтирате захранващ кабел в апартамент
• Междинни релета: предназначение, къде се използват и как се избират

Кондензаторът е елемент електрическа верига, състоящ се от проводими електродни плочи, разделени от диелектрик и предназначени да използват неговия капацитет. Капацитетът на кондензатора е съотношението на заряда на кондензатора към потенциалната разлика, която зарядът придава на кондензатора.

Като диелектрик в кондензаторите се използват органични и неорганични материали, включително оксидни филми на някои метали. Когато към кондензатор се приложи постоянно напрежение, той се зарежда; изразходва се определено количество работа, изразено в джаули.

Кондензаторите се използват в почти всички области на електротехниката.Кондензаторите (заедно с индуктори и / или резистори) се използват за изграждане на различни вериги с честотно зависими свойства, по-специално филтри, вериги за обратна връзка, осцилаторни вериги и др.

Във вторичните захранвания кондензаторите се използват за изглаждане на пулсациите на изправеното напрежение.

В индустриалната електротехника кондензаторите се използват за компенсиране на реактивната мощност и във филтри с по-високи хармоници.

Кондензаторите са способни да натрупват голям заряд и да създават голямо напрежение върху плочите, които се използват за различни цели, например за ускоряване на заредени частици или за създаване на краткотрайни мощни електрически разряди.

Измервателен преобразувател (MT) с малки премествания: малка промяна в разстоянието между плочите има много забележим ефект върху капацитета на кондензатора. IP на влажност на въздуха, дърво (промяната в състава на диелектрика води до промяна в капацитета).

Нивомер на течността. Непроводима течност запълва пространството между пластините на кондензатора и капацитетът на кондензатора се променя в зависимост от нивото.

фазово изместващ кондензатор. Такъв кондензатор е необходим за стартиране и в някои случаи за работа на еднофазни асинхронни двигатели. Може да се използва и за стартиране и работа на трифазни асинхронни двигатели, когато се захранват от еднофазно напрежение.

Акумулатори на електрическа енергия. В този случай плочите на кондензатора трябва да имат доста постоянна стойност на напрежението и тока на разреждане. В този случай самото освобождаване от отговорност трябва да бъде значително във времето.

В момента се провежда експериментално разработване на електрически превозни средства и хибриди, използващи кондензатори. Съществуват и някои модели трамваи, в които се използват кондензатори за захранване на тягови двигатели при движение през участъци без ток.

Класификация на кондензаторите.

Снимка 1.

Конвенционално обозначение на диаграмите.

В зависимост от предназначението кондензаторите се разделят на две големи групи: общо и специално предназначение.

Групата с общо предназначение включва широко използвани кондензатори, използвани в повечето видове и класове оборудване. Традиционно включва най-често срещаните нисковолтови кондензатори, към които няма специални изисквания.

Всички останали кондензатори са специални. Те включват: високоволтови, импулсни, шумопотискащи, дозиметрични, стартови и др.

В зависимост от начина на монтаж, кондензаторите могат да бъдат направени за печатни платки и за повърхностен монтаж, както и като част от микромодули и микросхеми или за взаимодействие с тях. Изводите на кондензатора за повърхностен монтаж могат да бъдат твърди или меки, аксиални или радиални, изработени от кръгла тел или лента, под формата на венчелистчета, с кабелен вход, под формата на проходни шпилки, опорни винтове и др.

Според характера на защитата от външни влияния кондензаторите се изработват: незащитени, защитени, неизолирани, изолирани, запечатани и запечатани.

Незащитените кондензатори позволяват работа при условия на висока влажност само като част от херметично затворено оборудване. Защитените кондензатори позволяват работа в оборудване от всякакъв дизайн. Голите кондензатори (покрити или непокрити) не позволяват тялото им да докосва шасито на оборудването. Изолираните кондензатори имат доста добро изолационно покритие и позволяват докосване до шасито на оборудването. Запечатаните кондензатори имат структура на тялото, запечатана с органични материали. Херметически затворените кондензатори имат херметичен дизайн на корпуса, който елиминира възможността за комуникация околен святс интериора си. Запечатването се извършва с помощта на керамични и метални кутии или стъклени колби. Според вида на диелектрика всички кондензатори могат да бъдат разделени на групи: с органичен, неорганичен, газообразен и оксиден диелектрик.

Кондензатори(от лат. condenso - уплътнявам, уплътнявам) - това са радиоелементи с концентриран електрически капацитет, образуван от два или повече електрода (плочи), разделени от диелектрик (специална тънка хартия, слюда, керамика и др.). Капацитетът на кондензатора зависи от размера (площта) на плочите, разстоянието между тях и свойствата на диелектрика.

Важно свойство на кондензатора е, че за променлив ток той е съпротивление, чиято стойност намалява с увеличаване на честотата.

Подобно на резисторите, кондензаторите се разделят на постоянни кондензатори, променливи кондензатори (KPI), настройка и саморегулиране. Най-често срещаните са постоянните кондензатори. Използват се в трептящи вериги, различни филтри, както и за разделяне на DC и AC вериги и като блокиращи елементи.

Постоянни кондензатори. Конвенционалното графично обозначение на кондензатор с постоянен капацитет - две успоредни линии - символизира основните му части: две плочи и диелектрик между тях (фиг. 54). В близост до обозначението на кондензатора в диаграмата обикновено се посочва номиналният му капацитет, а понякога и номиналното напрежение. Основната единица за капацитет е фарад (F) - капацитетът на такъв самотен проводник, чийто потенциал се увеличава с един волт с увеличаване на заряда с един висулка. Това е много голяма стойност, която не се използва на практика. В радиотехниката се използват кондензатори с капацитет от части от пикофарад (pF) до десетки хиляди микрофаради (μF). Спомнете си, че 1 микрофарад е равен на една милионна от фарад, а 1 pF е равен на една милионна от микрофарад или една трилионна от фарад.

Съгласно GOST 2.702-75, номиналният капацитет от 0 до 9999 pF е посочен на веригите в пикофаради без обозначение на единица, от 10 000 pF до 9999 микрофарада - в микрофаради с обозначение на единица на буквите mk (фиг. 55).

Номиналният капацитет и допустимото отклонение от него, а в някои случаи и номиналното напрежение, са посочени върху кутиите на кондензатора.

В зависимост от размерите им номиналният капацитет и допустимото отклонение се посочват в пълен или съкратен (кодиран) вид. Пълното обозначение на капацитета се състои от съответното число и мерна единица и, както в диаграмите, капацитетът от 0 до 9999 pF е посочен в пикофаради (22 pF, 3300 pF и т.н.), а от 0,01 до 9999 uF - в микрофаради (0,047 uF, 10 uF и т.н.). В съкратеното етикетиране единиците за капацитет се обозначават с буквите P (пикофарад), M (микрофарад) и H (нанофарад; 1 нанофарад \u003d 1000 pF \u003d 0,001 микрофарад). В този случай капацитетът от 0 до 100 pF се посочва в пикофаради, като буквата P се поставя или след числото (ако е цяло число), или на мястото на запетаята (4,7 pF - 4P7; 8,2 pF -8P2; 22 pF - 22P; 91 pF - 91P и др.). Капацитетът от 100 pF (0,1 nF) до 0,1 μF (100 nF) се посочва в нанофаради, а от 0,1 μF и повече - в микрофаради. В този случай, ако капацитетът е изразен във фракции от нанофарад или микрофарад, съответната мерна единица се поставя на мястото на нула и десетична запетая (180 pF = 0,18 nF-H18; 470 pF = 0,47 nF -H47; 0,33 μF -MZZ; 0,5 μF - MbO и т.н.), а ако числото се състои от цяла част и дроб - на мястото на десетичната запетая (1500 pF = 1,5 nF - 1H5; 6,8 μF - 6M8 и т.н.). Капацитетът на кондензаторите, изразен като цяло число на съответните мерни единици, се обозначава по обичайния начин (0,01 μF - YuN, 20 μF - 20M, 100 μF - 100M и т.н.). За да се посочи допустимото отклонение на капацитета от номиналната стойност, се използват същите кодирани обозначения, както при резисторите.

В зависимост от веригата, в която се използват кондензатори, те също се представят с различни изисквания. И така, кондензатор, работещ в осцилаторна верига, трябва да има ниски загуби при работната честота, висока стабилност на капацитета във времето и при промени в температурата, влажността, налягането и т.н.

Загубите в кондензаторите, определени главно от загубите в диелектрика, се увеличават с повишаване на температурата, влажността и честотата. Кондензаторите с диелектрик от високочестотна керамика, със слюда и филмови диелектрици имат най-малки загуби, а кондензаторите с хартиен диелектрик и фероелектрична керамика имат най-големи загуби. Това обстоятелство трябва да се вземе предвид при подмяна на кондензатори в радио оборудване. Промяната в капацитета на кондензатора под въздействието на околната среда (главно нейната температура) възниква поради промяна в размера на плочите, пролуките между тях и свойствата на диелектрика. В зависимост от конструкцията и използвания диелектрик, кондензаторите се характеризират с различен температурен коефициент на капацитет (TKE), който показва относителната промяна на капацитета при промяна на температурата с един градус; TKE може да бъде положителен или отрицателен. Според стойността и знака на този параметър, кондензаторите се разделят на групи, на които се присвояват съответните буквени обозначенияи цвят на тялото.

За поддържане на настройката на осцилаторните вериги при работа в широк температурен диапазон, серия и паралелна връзкакондензатори, в които има TKE различни знаци. Поради това, когато температурата се промени, честотата на настройка на такава температурно-компенсирана верига остава почти непроменена.

Както всеки проводник, кондензаторите имат известна индуктивност. Колкото по-голям е, колкото по-дълги и по-тънки са изводите на кондензатора, толкова по-големи са размерите на неговите плочи и вътрешните свързващи проводници. Най

по-голяма индуктивност имат хартиените кондензатори, при които облицовките са направени под формата на дълги ленти от фолио, навити заедно с диелектрик в кръгла или друга ролка. Освен ако не се вземат специални грижи, такива кондензатори се представят лошо при честоти над няколко мегахерца. Следователно, на практика, за да се осигури работата на блокиращия кондензатор в широк честотен диапазон, малък керамичен или слюден кондензатор се свързва паралелно с хартиения.

Въпреки това има хартиени кондензатори с ниска собствена индуктивност. При тях ленти от фолио са свързани с изводите не на едно, а на много места. Това се постига или чрез ленти от фолио, вмъкнати в ролката по време на навиване, или чрез преместване на лентите (плочите) в противоположните краища на ролката и запояването им (фиг. 54).

За защита от смущения, които могат да влязат в устройството през захранващите вериги и обратно, както и за различни блокировки, се използват така наречените захранващи кондензатори. Такъв кондензатор има три извода, два от които са непрекъснат прът, носещ ток, преминаващ през корпуса на кондензатора. Една от плочите на кондензатора е прикрепена към този прът. Третият терминал е метален корпус, с който е свързана втората плоча. Тялото на пропускащия кондензатор е фиксирано директно към шасито или екрана, а тоководещият проводник (захранващата верига) е запоен към неговия среден извод. Благодарение на този дизайн високочестотните токове са затворени към шасито или щита на устройството, докато постоянни токовепреминава безпрепятствено. На; високи честотисе използват керамични захранващи кондензатори, при които ролята на една от плочите играе самият централен проводник, а другата е метализиращ слой, нанесен върху керамичната тръба. Тези конструктивни характеристики са отразени и в конвенционалното графично обозначение на захранващия кондензатор (фиг. 56). Външната облицовка е посочена или под формата на къса дъга (a), или под формата на един (b) или два (c) сегмента от прави линии с изводи от средата. Последното обозначение се използва при изобразяване на проходен кондензатор в стената на екрана.

За същата цел като проходните кондензатори се използват еталонни кондензатори, които са вид монтажни стелажи, монтирани върху метално шаси. Облицовката, свързана с нея, се отличава в обозначението на такъв кондензатор с три наклонени линии, символизиращи "заземяване" (фиг. 56, d).

За работа в звуковия честотен диапазон, както и за филтриране на изправени захранващи напрежения са необходими кондензатори, чийто капацитет се измерва в десетки, стотици и дори хиляди микрофаради. Оксидните кондензатори (старото име е електролитни) имат такъв капацитет при достатъчно малки размери. При тях ролята на една облицовка (анод) играе алуминиев или танталов електрод, ролята на диелектрик е тънък оксиден слой, нанесен върху него, а ролята на друга облицовка (катод) е специален електролит, изходът от които често е металният корпус на кондензатора. За разлика от други, повечето видове оксидни кондензатори са полярни, т.е. изискват нормална операцияполяризиращо напрежение. Това означава, че те могат да бъдат включени само във верига с постоянно или пулсиращо напрежение и само в тази полярност (катод - към минус, анод - към плюс), който е посочен на кутията. Неспазването на това условие води до повреда на кондензатора, което понякога е придружено от експлозия.

Полярността на включването на оксиден кондензатор е показана на диаграмите със знак "+", изобразен на плочата, която символизира анода (фиг. 57, а). Това е общият термин за поляризиран кондензатор. Заедно с него, специално за оксидни кондензатори, GOST 2.728-74 установи символ, в който Положителната облицовка е изобразена като тесен правоъгълник (фиг. 57.6), а знакът? + "в този случай може да бъде пропуснат.

В схемите на електронните устройства понякога може да се намери обозначението на оксиден кондензатор под формата на два тесни правоъгълника (фиг. 57, c). Това е символът за неполярен оксиден кондензатор, който може да работи в AC вериги (т.е. без поляризиращо напрежение).

Оксидните кондензатори са много чувствителни към пренапрежения, така че диаграмите често показват не само техния номинален капацитет, но и номиналното напрежение.

За да се намали размерът, два кондензатора понякога са затворени в един корпус, но се правят само три извода (единият е общ). Символът за двоен кондензатор ясно предава тази идея (фиг. 57, d).

Променливи кондензатори(KPE). Променливият кондензатор се състои от две групи метални пластини, едната от които може да се движи плавно спрямо другата. По време на това движение плочите на движещата се част (ротор) обикновено се въвеждат в пролуките между плочите на неподвижната част (статор), в резултат на което площта на припокриване на някои плочи с други, а оттам и капацитет, промяна. Диелектрикът в KPI най-често е въздух. В малко оборудване, като транзисторни джобни приемници, широко приложениенамерени KPI с твърд диелектрик, който се използва като филм от устойчиви на износване високочестотни диелектрици (PTFE, полиетилен и др.). Параметрите на KPI с твърд диелектрик са малко по-лоши, но са значително

по-евтини за производство и много по-малки по размер от въздушно-диелектричните PBC.

Вече се срещнахме със символа KPI (виж фиг. 2 и 29) - това е символът на кондензатор с постоянен капацитет, зачеркнат с регулаторен знак. От това обозначение обаче не става ясно коя от плочите символизира ротора и коя - статора. За да се покаже това на диаграмата, роторът е изобразен като дъга (фиг. 58).

Основните параметри на KPI, които позволяват да се оценят неговите възможности при работа в осцилаторна верига, са минималният и максималният капацитет, които по правило се показват на диаграмата до символа KPI.

В повечето радиоприемници и радиопредаватели KPI блоковете, състоящи се от две, три или повече секции, се използват за едновременно настройване на няколко осцилаторни вериги. Роторите в такива блокове са фиксирани на един общ вал, чрез завъртане на който можете едновременно да промените капацитета на всички секции. Крайните плочи на роторите често се правят разделени (по радиуса). Това позволява уредът да бъде настроен фабрично, така че капацитетът на всички секции да е еднакъв във всяка позиция на ротора.

Кондензаторите, включени в блока KPI, са показани индивидуално на диаграмите. За да се покаже, че те са обединени в блок, т.е. управляват се от едно общо копче, стрелките, показващи регулирането, са свързани с пунктирана линия на механична връзка, както е показано на фиг. 59. При изобразяване на KPI на блока в различни части на веригата, които са далеч една от друга, механичната връзка не е показана, ограничена само от съответното номериране на секциите в референтното обозначение (фиг. 59, секции C 1.1, C 1.2 и C 1.3).

В измервателната техника, например в рамената на капацитивните мостове, се използват така наречените диференциални (от латински differentia - разлика) кондензатори. Те имат две групи статорни и една - роторни плочи, разположени така, че когато роторните плочи излизат от пролуките между плочите на една статорна група, те в същото време влизат между плочите на друга. В този случай капацитетът между плочите на първия статор и плочите на ротора намалява, а между плочите на ротора и втория статор се увеличава. Общият капацитет между ротора и двата статора остава непроменен. Такива "кондензатори" са изобразени на диаграми, както е показано на фигура 60.

Тримерни кондензатори. За да зададете първоначалния капацитет на осцилаторната верига, която определя максималната честота на нейната настройка, се използват настройващи кондензатори, чийто капацитет може да се променя от единици пикофаради до няколко десетки пикофаради (понякога повече). Основното изискване за тях е плавността на промяната на мощността и надеждността на фиксиране на ротора в позицията, зададена по време на настройката. Осите на тримерните кондензатори (обикновено къси) са с прорези, така че капацитетът им може да се регулира само с помощта на инструмент (отвертка). Кондензаторите с твърд диелектрик са най-широко използвани в радиоразпръсквателна техника.

Дизайнът на керамичен тримерен кондензатор (CPC) от един от най-често срещаните типове е показан на фиг. 61, а. Състои се от керамична основа (статор) и подвижно закрепен върху нея керамичен диск (ротор). Кондензаторните плочи - тънки слоеве сребро - се нанасят чрез изгаряне върху статора и външната страна на ротора. Капацитетът се променя чрез въртене на ротора. В най-простото оборудване понякога се използват тримерни кондензатори с тел. Такъв елемент се състои от парче медна жица с диаметър 1 ... 2 и дължина 15 ... 20 mm, върху която е плътно, намотка на намотка, навита изолиран проводникс диаметър 0,2 ... 0,3 mm (фиг. 61.6). Капацитетът се променя чрез развиване на жицата и за да не се плъзга намотката, тя се импрегнира с някакъв вид изолиращо съединение (лак, лепило и др.).

Тримерни кондензаториобозначен на диаграмите с основния символ, зачеркнат със знака на регулирането на настройката (фиг. 61, c).

Саморегулиращи се кондензатори. Използвайки специална керамика като диелектрик, чиято диелектрична проницаемост силно зависи от силата на електрическото поле, е възможно да се получи кондензатор, чийто капацитет зависи от напрежението на неговите плочи. Такива кондензатори се наричат ​​вариконди (от английски думи vari (able) - променлива и cond (enser) - кондензатор). Когато напрежението се промени от няколко волта до номинален капацитетвариконда се сменя 3-6 пъти.

Варикондасможе да се използва в различни устройства за автоматизация, в осцилиращи честотни генератори, модулатори, за електрическа настройка на колебателни вериги и др.

Символ вариконда- символ на кондензатор с нелинеен знак за саморегулиране и латинската буква U (фиг. 62, о).

Обозначението на термичните кондензатори, използвани в електрониката ръчен часовник. Факторът, който променя капацитета на такъв кондензатор - температурата на околната среда - се обозначава със символа t ° (фиг. 62, b).

Литература:
В.В. Фролов, Език на радиосхемите, Москва, 1998 г