Для чего нужен конденсатор

Современные бытовые приборы, компьютеры, электроинструмент, сложные станки и промышленное оборудование не смогли бы нормально функционировать без такого устройства, как конденсатор (накопитель электрического заряда, кондер). Несмотря на простую конструкцию и часто небольшие размеры, эти накопители играют большую роль в работе различных электрических схем, выполняя большой набор функций: от выпрямления напряжения до фильтрации токов с определёнными частотами. В этой статье будет рассказано о том, что собой представляет и как работает конденсатор, каких видов бывает. Также будут рассмотрено, где применяется и для чего служит конденсатор, как маркируется.

Современный электролитический конденсатор

История

Прототип современного конденсатора был сконструирован в 1745 году одновременно двумя учеными: голландским физиком Питером ван Мушенбруком и немецким лютеранским клириком Эвальдом Юргеном фон Клейстом. Первый назвал свое изобретение «Лейденской банкой», второй – медицинской банкой. Сходство в названиях было неслучайным – устройство, как немца, так и голландца, представляло собой стеклянную банку с двумя оловянными обкладками, расположенными на ее наружной и внутренней поверхностях, с вставленной в горлышко пробкой из диэлектрика, которую пронизывал металлический стержень с цепью. Заряжалось такое устройство от очень популярной в те времена электрофорной машины. Накапливаемый при этом на обкладках заряд был небольшой – не более 1 микрокулона.

Изобретённые в 1745 году «банки» в течение последующих 200 лет практически не изменились. Только в середине 50-х годов XX века во время активного развития производства различных радиодеталей стали выпускаться первые накопители сравнительно небольших размеров. При этом они стали использоваться в различных бытовых приборах, электрическом инструменте, позднее – компьютерах.

«Лейденская банка» и современный накопитель заряда

Устройство

Устройство простейшего конденсатора включает в себя следующие компоненты:

• Корпус цилиндрической формы;
• Две обкладки – скрученные в рулон две полоски токопроводящего материала (алюминиевой или медной фольги);
• Слой диэлектрика (бумаги) между обкладками;
• Два электрода, припаянные к обкладкам и применяемые для соединения устройства с электрической цепью.

Как устроен простой конденсатор

Принцип работы

Принцип работы конденсатора следующий:

1. При подключении электродов накопителя к источнику питания на его обкладках начинает накапливаться заряд. Значение напряжения при этом на обкладках очень быстро увеличивается.
2. Как только напряжение на обкладках становится таким же, как у источника питания, накопитель считается заряженным.
3. Если к заряженному конденсатору подключить нагрузку, через нее начинает протекать электрический ток. Заряд, накопленный на обкладках, при этом расходуется – происходит разряд кондера.

Для того чтобы понять, что делает простой конденсатор в процессе зарядки и разрядки, можно посмотреть следующее видео.

Основные характеристики

К основным характеристикам накопителей относятся следующие:

• Ёмкость – это способность конденсатора к накоплению электрического заряда определенной величины. Измеряется емкость в Фарадах.
• Удельная ёмкость – соотношение емкости к объему (массе) диэлектрика.
• Плотность энергии – соотношение выделяемой при разряде накопителя энергии к его объему. Выражается в Дж/кг или Дж/л.
• Номинальное (рабочее) напряжение – разность потенциалов, при которой накопитель наиболее эффективно выполняет свои функции. Измеряется в вольтах (В).
• Опасность разрушения (взрыва) – данная характеристика оценивает вероятность разрушения конденсатора в процессе работы.

Виды

Основными критериями, используемыми при классификации конденсаторов, являются их полярность, материал диэлектрика, форма корпуса, возможность изменения емкости.

В зависимости от полярности, накопители бывают двух видов:

• Полярные – электролитические накопители, одна из обкладок которых является анодом, вторая – катодом. Используются только в электрической цепи, подключенной к источнику питания постоянного тока. Несоблюдение полярности при подключении такого накопителя может привести к выходу его из строя.
• Неполярные – накопители, которые не имеют полярности подключения электродов. Используются в цепях, запитываемых переменным током.

В зависимости от материала диэлектрика:

• Танталовые;
• Ниобиевые;
• Керамические;
• Полиэтилентерефталатные;
• Полиамидные (пленочный тип);
• Полипропиленовые.

Реже встречаются старые советские конденсаторы с диэлектриком из слюды или промасленной бумаги.

По форме корпуса накопитель может быть:

• Цилиндрический;
• Плоский;
• Шарообразный.

В зависимости от возможности изменения емкости конденсаторы бывают:

• Постоянные – наиболее многочисленный и распространённый вид накопителей, обладающих постоянной емкостью.
• Переменные – регулировка ёмкости таких устройств производится механически или с помощью изменения напряжения, температуры.
• Посдстроечные – емкость таких накопителей регулируется до включения аппаратуры, в которой они установлены.

Маркировка

Маркировка современных накопителей производится следующими способами:

• Тремя цифрами – при такой маркировке две первые цифры являются мантиссой, а третья – степенью основания 10;
• Четырьмя цифрами – в такой маркировке мантиссой являются первые три цифры, четвертая – степень основания 10;
• Буквенно-цифровая – в таком обозначении цифры обозначают значение емкости, а буква – десятичную запятую (п или p – пикофарады; н – нанофарады; µ или м – микрофарады).

В накопителях, имеющих большой корпус, рабочее напряжение и емкость указываются на нем в виде двух чисел. Так, например, если на корпусе имеется маркировка «1 µF 50V», это означает, что накопитель обладает емкостью 1 микрофарад и рабочим напряжением 50 вольт.

Обозначение на схемах

Требования по условному обозначению конденсаторов на электрических схемах регламентированы ГОСТ 2.728-74.

Графическое обозначение конденсатора на электрической схеме

Применение

Основными применениями конденсаторов являются следующие устройства:

• Фильтры сетевых пульсаций;
• Частотные фильтры;
• Балластные блоки питания;
• Конденсаторный блок питания;
• Снабберы;
• Умножитель напряжения трамблера;
• Зарядный аппарат для автомобильных АКБ;
• Устройство плавного запуска электродвигателя (пусковой блок);
• Установка конденсаторной сварки.

Во всех данных устройствах основным назначением конденсатора является сглаживание скачков напряжения. Достигается это благодаря многократно повторяющемуся циклу заряда-разряда накопителя.

Для чего нужны конденсаторы, сферы использования накопителей

Понимать, что собой представляет и для чего нужен конденсатор, какой он имеет принцип действия, необходимо не только занимающемуся ремонтом бытовой и компьютерной техники специалисту, но и простому человеку, не имеющему дело с радиоэлектроникой. Подобные знания помогут самостоятельно найти вышедший из строя накопитель, произвести его замену.

Видео

О том, что собой представляет конденсатор, как он устроен и какими характеристиками обладает, можно узнать также в следующем видео (простой и понятной презентации школьного урока физики 10 класса).

Автор:

Гaличeв Илья Виктoрoвич