Каталог огранизаций по электромонтажу и электролабораторий:
Москва
Санкт-Петербург

Конденсатор

Для создания фильтров, импульсных излучателей, ограничителей тока и других устройств в радиотехнических схемах устанавливают специальные двухполюсные компоненты. Конденсатор это по определению накопитель зарядов, который способен длительное время хранить энергию при отключенной цепи питания. В данной публикации рассмотрены рабочие параметры и паразитные характеристики, области применения и разновидности пассивных элементов.

Разные типы конденсаторов        
Разные типы конденсаторов

Что такое конденсатор

Изделия этой категории созданы на основе известного физического процесса накопления электрического заряда на параллельно расположенных пластинах с диэлектрическим промежутком, подключенных к источнику тока. Максимальное количество энергии определяет емкость, которая по стандартам системы СИ выражается в фарадах (Ф). С учетом чрезмерной величины базовой единицы измерения для удобства применяют уменьшенные (дольные) значения:

  • миллифарады, мф, mF – 10-3Ф;
  • нанофарады, нф, mF – 10-9Ф;
  • пикофарады, пкф, pF – 10-12Ф и др.

К сведению. С учетом типичных сокращений несложно догадаться, что мкф – это микрофарады (10-9Ф). Маркировка 12 мкф = 12*10-9 = 0,000000012 Ф.

Где применяются конденсаторы

Выяснив, что такое конденсаторы, становится понятным целевое назначение. Эти элементы используют для создания:

  • колебательного контура генератора сигнала;
  • фильтра определенной полосы частот;
  • схемы подавления импульсных помех;
  • блока памяти;
  • импульсного излучателя (фотовспышки, лазера);
  • измерительного инструмента;
  • компенсатора сдвига фаз;
  • аккумулятора энергии;
  • балластного ограничителя силы тока.

Типы конденсаторов

Даже из общего описания можно сделать правильный вывод о существенной роли диэлектрика. Параметры этого материала во многом определяют рабочие характеристики электрического конденсатора. По данному критерию различают следующие типы:

  • вакуумные;
  • с газовым или жидким наполнителем;
  • керамические, стеклянные;
  • бумажные пленочные и другие материалы с органической основой;
  • электролитические.

Виды конденсаторов

Также применяют классификацию с учетом возможности изменения емкости конденсатора, это:

  • постоянные;
  • переменные;
  • подстроечные.
Функциональные части переменного конденсатора
Функциональные части переменного конденсатора

Емкостные способности изделия изменяются при смещении пластин конденсатора что это такое показано на фото. Данную особенность можно использовать для настройки радиоприемника на определенную волну.

Принцип работы конденсатора

Диэлектрическое разделение пластин объясняет невозможность прохождения тока через соответствующий промежуток. Проводящие характеристики появляются после подключения переменного сигнала. В этой ситуации происходит циклическое изменение зарядов на пластинах, соответствующее определенной частоте. Одновременно поддерживается процесс обмена энергией с источником питания.

Характеристики конденсатора

Ниже представлены рабочие параметры, которые нуужно учитывать при конструкторском расчете радиотехнических схем.

Ёмкость

Это главная характеристика конденсатора. Емкость (C) показывает величину накопительных свойств. Для создания необходимого в схеме параметра используют параллельное (последовательное) соединение:

Собщ  = С1 + С2 +…+ СN (1/Собщ  = 1/С1 + 1/С2 +…+ 1/СN).

Удельная ёмкость

Этим параметром будет определяться способность накопления энергии единичным объемом конструкции. С помощью соответствующих справочных данных сравнивают керамические конденсаторы и другие типы пассивных компонентов. В некоторых ситуациях решающее значение имеет ограниченное пространство для размещения элементов радиотехнической схемы.

Номинальное напряжение

Для длительной эксплуатации конденсатора не следует нарушать ограничения производителя. Номинальное значение напряжения выбирают с запасом, чтобы предотвратить повреждение изделия повышенной амплитудой сигнала.

Полярность

Этот параметр не имеет значения, если применяется керамика. Однако следует учесть критическую зависимость от полярности при работе с электролитическими модификациями. Неправильное включение практически мгновенно выведет подобный конденсатор из строя. Углублениями на корпусе и другими особыми элементами конструкции предотвращают взрыв и повреждение соседних компонентов.

К сведению. Аналогичные меры предосторожности следует учитывать при монтаже полупроводниковых оксидных конденсаторов с танталовыми добавками в слое диэлектрика.

Паразитные параметры

Работоспособность особо точных схем будет зависеть от наличия мешающих (паразитных) факторов. В следующих подразделах рассмотрены соответствующие характеристики.

Электрическое сопротивление изоляции конденсатора – r

Значение этого параметра определяется формулой:

r = U/ Iу, где Iу – ток утечки.

Величина потерь зависит от диэлектрических свойств промежуточного слоя, содержания примесей. Производная величина – время разряда отключенного конденсатора в e (e = 2,71828) раз:

T= r * C.

Качественные компоненты способны сохранять запасенную энергию длительное время.

Эквивалентное последовательное сопротивление – R

Это суммарное электрическое сопротивление проводников соответствующего тракта:

  • пластин;
  • обкладок;
  • выводов.

При работе в «звуковом» диапазоне влияние этих параметров относительно невелико. Однако при увеличении частоты сигнала существенное влияние оказывают поверхностные токи. Следует корректировать расчет, если возможны импульсные помехи в процессе эксплуатации электронной схемы.

Эквивалентная последовательная индуктивность – L

Данный параметр определяется индуктивными свойствами компонентов, перечисленных выше. Паразитные реактивные составляющие способны образовать колебательный контур. Чтобы исключить резонансные явления, нужно изучить соответствующие данные в конструкторской документации на конденсатор.

Тангенс угла потерь

Этот параметр рассчитывают как отношение активной к реактивной составляющей мощности. Тангенс определяют при прохождении сигнала синусоидальной формы нормированной частоты. Ток и напряжение сдвинуты по фазе на 90°. В действительности угол между векторами этих величин ϕ = (π/2) – δ. В этом выражении δ обозначает дополнительную коррекцию за счет потерь в диэлектрике.

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)

Если измерять накопительные способности конденсатора при разной температуре (T), можно составить график изменения рабочих параметров при нагреве (охлаждении). Относительное изменение C при ΔT = 1°С выражают специальным коэффициентом – «ТКЕ».

Диэлектрическое поглощение

Если разрядить плоский конденсатор полностью, на отключенных от цепи выводах можно обнаружить чувствительным вольтметром определенную разницу потенциалов. Это явление называют диэлектрическим поглощением (абсорбцией).

От чего зависит емкость

В чем измеряется емкость конденсатора, рассказано выше. Для уточнения рабочих параметров нужно привести формулу взаимной зависимости площади пластин (S), расстояния (d) между ними, свойств диэлектрического слоя (e – проницаемости). Эти величины можно выразить через напряженность следующим образом:

E = q/(e*S).

Емкость плоского конденсатора
Емкость плоского конденсатора

Как рассчитывается емкость конденсатора

Выяснив, из чего состоят конденсаторы, можно после простого преобразования получить значение емкости:

С= (e * S)/ d = Q/U, где Q – это заряд.

Для одного комплекта пластин при воздушном промежутке между ними C = S/ (4*π*d) * 1,11. Добавляют необходимый множитель, если нужно посчитать емкость устройства, собранного из нескольких функциональных компонентов. Учитывается диэлектрическая проницаемость определенного материала, который установлен в промежуточном слое.

Свойства конденсатора

Их применение в цепях переменного тока определяется изменением заряда. Свойства конденсатора к энергетическому обмену определяются формулами:

I = (C * ΔU)/Δt = f * C * Uo cos f * t = Io * sin (f * t + 90).

Здесь f – частота сигнала, который генерирует источник питания.

Накопленную энергию (P) определяют по формулам:

P = (Q*U)/2 = (C*U2)/2.

С учетом отмеченных выше паразитных параметров можно узнать частоту резонанса Fр = 1/ 2*π √C*Lп. При превышении этого порога превалируют индуктивные свойства. По этой причине рабочий диапазон конденсатора ограничивают частотой, которая значительно ниже Fр.

Видео