История изобретения электрического конденсатора. Принцип работы конденсатора
Приложение 4
Сообщение на тему: КОНДЕНСАТОРЫ
Конденсатором (от лат. слова «конденсо» - сгущаю) называют два разных по назначению устройства; одно из них применяют в теплотехники, другое - в электротехнике и радиотехнике.
В теплотехнике, например, в паровых машинах, конденсатор - это сосуд, охлаждаемый водой. В нем накапливается пар, который охлаждаясь, превращается в воду. В холодильниках трубы конденсатора «сгущают» пары аммиака , фреона или другой охлаждающей жидкости.
Электрический конденсатор - система из двух или более электродов (обкладок), разделенных диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок, такая система электродов обладает взаимной электроемкостью. Электрический конденсатор в виде готового изделия применяется в электрических цепях там, где необходимо сосредоточенная емкость. Диэлектриком в них служат газы, жидкости, твердые электроизоляционные вещества, а также полупроводники. Обкладками электрических конденсаторов с газообразным и жидким конденсатором служит система металлических пластин с постоянным зазором между ними. В к. э. с твердым диэлектриком обкладки делают из тонкой металлической фольги или наносят слои металла непосредственно на диэлектрик. Для некоторых типов к. э. на поверхность металлической фольги (1-ая обкладка) наносится тонкий слой диэлектрика, 2-й обкладкой является металлическая или полупроводниковая пленка, нанесенная на слой диэлектрика с другой стороны, или электролит, в который погружается оксидированная фольга. В интегральных схемах применяются 2 принципиально новых конденсаторов: диффузионные и металл-окисел-полупроводниковые (М. О.П.). В диффузионных конденсаторах используется емкость созданного методом диффузии р-п-перехода, который зависит от приложенного напряжения. В к. э. типа М. О.П. в качестве диэлектриков используется слой двуокиси кремния, выращенный на поверхности кремневой пластины. Обкладками служат подложка с малым удельным сопротивлением (кремний) и тонкая алюминиевая пленка.
При зарядке конденсатора на его обкладках появляются заряды, одинаковые по значению, но противоположные по знаку. Разность потенциалов между обкладками изменяется пропорционально заряду. В соответствии с их формой различают конденсаторы:
1. плоские, их электроемкость
где С - мекгроемкость конденсатора,
ε - диэлектрическая проницаемость среды между обкладками конденсатора,
ε0- электрическая постоянная,
S - площадь обкладки конденсатора,
d - расстояние между обкладкам конденсатора.
2. цилиндрические, их емкость
где R и г - радиусы между коасиальными цилиндрами,
L - длина образующей цилиндров.
3. сферические, их электроемкость
где R и r - радиусы сферы.
К. э. с газообразным диэлектриком (воздушные, газонаполненные и вакуумные) имеют весьма малые значения tg σ и всякую стабильность емкости. Воздушные к. э. постоянной емкости применяют в измерительной технике в основном как образцовые к. э. Воздушные к. э. рекомендуется применять при U не выше 1000 В. В эл. цепях высокого напряжения (св. 1000 В) применяют газонаполненные (азот , фреон и др.) и вакуумные к. э. Вакуумные к. э. имеют меньшие потери и более устойчивы к вибрациям по сравнению с газонаполненными. Значение пробивного напряжения вакуумных к. э. не зависит от атм. давления, поэтому они широко применяются в авиационной аппаратуре. Основной недостаток к. э. с газонаполненным электриком - весьма низкая удельная емкость.
К. э. с жидким диэлектриком имеют при тех же размерах, что и к. э. с газообразным диэлектриком, большую емкость, т. к. диэлектрическая проницаемость у жидкостей выше, чем у газов, однако такие к. э. имеют большой ТКЕ и большие диэлектрические потери. По этим причинам они не перспективны.
К к. э. с твердым неорганическим диэлектриком относятся стеклянные, стеклоэмалевые и стеклокерамические, керамические (низко/высокочастотные) и слюдяные. К. э. стеклянные, стеклоэмалевые и стеклокерамические представляют собой многослойный пакет, состоящий из чередующихся слоев диэлектрика и обкладок (из серебра и др. металлов). В качестве диэлектрика используется конденсаторное стекло, низко/высокочастотная стеклоэмаль и стеклокерамика. Эти к. э. имеют относительно малые потери, малые ТКЕ, устойчивы к воздействию влажности и температуры, имеют большое сопротивление изоляции. Долговечность этих к. э. при нормальном напряжении и максимальной рабочей температуре не менее 500 ч. Керамические к. э. представляют собой поликристаллический керамический диэлектрик, на который вжиганием нанесены обкладки (из алюминия, платины и палладия). К обкладкам припаяны выводы и вся конструкция покрыта влагозащитным слоем. Керамические к. э. подразделяют на низковольтные высокочастотные (малые потери, высокая резонансная частота, малые габариты и масса), низковольтные низкочастотные (повышенная удельная емкость, относительно большие потери) и высоковольтные к. э. (до 30 кв.), в которых используется спец. керамика, имеющая высокое пробивное напряжение. В 1960-х г. в связи с развитием полупроводниковой техники, применявшей рабочее напряжение гл. обр. до 30 В., широкое распространение получили керамические к. э. на основе тонких (≈ 0,2 мм) керамических пленок. Применение сегнетокерамики в качестве диэлектрика позволило получить удельную емкость порядка 0,1 мкФ/см3. Эти к. э. рекомендуется ставить в низковольтных низкочастотных цепях. Слюдяные к. э. имеют малые потери, высокое пробивное напряжение и высокое сопротивление изоляции. Электроды в слюдяных к. э. делают из фольги или наносят на слюду испарением металла в вакууме, либо вжиганием. Их можно применять в радиотехнике (эл. фильтры, цепи блокировки и т. д.). В металлобумажных к. э. применением металлизированных обкладок достигается большая удельная емкость (по сравнению с бумажными), однако уменьшается сопротивление изоляции. Они обладают свойством «самовосстанавливаться» после единичных побоях. Их не рекомендуется применять в цепях с очень низким давлением. В пленочных к. э. диэлектриком служит синтет. пленка (полистирол, оргороплас и др.). Они имеют большое сопротивление изоляции, большие ТКЕ, малые потери, относит, малую удельную стоимость. В комбинированных к. э. (бумажно-пленочных) совместное применение бумаги и пленки увеличивает сопротивление изоляции и напряжение пробоя, отчего повышается надежность к. э. В электролитических (оксидных) к. э. диэлектриком служит оксидная пленка, нанесенная электролитическим способом на поверхность пластин из алюминия, которые служат одной из обкладок к. э., второй обкладкой служит жидкий, полужидкий или пастообразный электролит или проводник. Такие к. э. применяют в цепях постоянного и пульсирующего тока низкой частоты в качестве блокировочных конденсаторов в цепях развязки, в электрических фильтрах и т. д.
К. э. переменной емкости или полупеременные изготовляют с механическим и электрически управляемой емкостью. Конденсатор переменной емкости с ТВ. диэлектриком в основном используется как полупеременные (подстроечные) с относительно малым изменением емкости. К. э. с переменной емкостью состоят из 2 групп пластин, неподвижных и подвижных роторных, соединенных осью. При вращении оси роторные пластины постепенно входят в зазоры между ними, в результате емкость плавно изменяется. Вот почему конденсаторы устанавливают на перекрестке электрических путей, там, где нужно отделить переменный ток от постоянного. К. э. используют также для настройки колебательных контуров всех радиоприемников, в авто устройствах в электрических фильтрах и т. д.
В любом теле есть как положительно, так и отрицательно заряженные частицы. Процесс заряжения (электризации) заключается в разделении разноименно заряженных частиц в теле.
Самый простой конденсатор состоит из двух металлических пластин (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, в качестве которого могут служить воздух, фарфор, слюда, бумага или другой материал, обладающий достаточно большим сопротивлением.
Величина, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд, называется электроемкостью и определяется по формуле:
q- заряд конденсатора, Кл;
U - напряжение между обкладками конденсатора,
Буквой С обозначают емкость конденсатора. За единицу емкости
принята фарада (Ф) - дань памяти известному английскому ученому Майклу Фарадею, который на заре развития электричества проводил многочисленные опыты с электричеством и магнетизмом. Чтобы оценить, какую огромную емкость представляет собой фарада, скажем, что даже емкость земного шара составляет всего 0,00071 Ф.
На практике для удобства вводятся более мелкие единицы: микрофарада (мкФ), нанофарада (нФ) и пикофарада (пФ). Между ними существует такое соотношение: 1 Ф = 106 мкФ =109 нФ =1012пФ; 1 мкФ - 103нФ - 106пФ; 1нФ = 103пФ.
Конденсаторы бывают постоянной и переменной емкости, а также подстроенные. УГО и внешний вид некоторых конденсаторов.
Расшифровка условных обозначений некоторых конденсаторов в зависимости от материала диэлектрика: БМ - бумажный малогабаритный; БМТ - бумажный малогабаритный теплостойкий; KJL- керамический дисковый; КЛС - керамический литой секционный; КМ - керамический монолитный, КПК-М - подстроечный керамический малогабаритный: КСО - слюдяной спрессованный; КТ - керамический трубчатый; МБГ - металлобумажный герметизированный; МБГО - металлобумажный герметизированный однослойный; МБМ - металлобумажный малогабаритный; ПО - пленочный открытый; ПСО - пленочный стирофлексный открытый; Г1М - полистироловый малогабаритный.
Современное условное обозначение конденсаторов состоит из букв и цифр. Первый элемент - буква или сочетание букв - обозначают подкласс конденсатора: К - постоянной емкости; КТ - подстроечные; КП - переменной емкости. Второй элемент (цифра) обозначает. группу конденсаторов в зависимости от вида диэлектрика: 31 - слюдяные малой мощности; 42 - бумажные металлизированные; 50 - оксидно-электролитические алюминиевые; 51 - оксидно-электролитические танталовые и др.; 52 - объемно-пористые; 53 - оксидно-полупроводниковые;- полиэтитентерефталатные; 2 - подстроечные и переменные конденсаторы с воздушным диэлектриком и 4 - с твердым диэлектриком. Третий элемент пишется через дефис и соответствует порядковому номеру разработки.
Попробуйте самостоятельно расшифровать типы конденсаторов: К50-12, К53-16, К73-9, КЗl-ll, КТ4-21.
У оксидных (по-старому электролитических) конденсаторов постоянной емкости у одной из обкладок на схеме проставляют плюс (б).
Такой же знак стоит и на корпусе конденсатора около соответствующего вывода. Надо запомнить, что для оксидного конденсатора требуется строгое соблюдение полярности подключения выводов. Если на плюсовом выводе окажется минус напряжения, конденсатор будет плохо работать или даже может выйти из строя.
Конденсаторы переменной емкости и подстроечный (в, г) состоят из двух основных элементов: статора и ротора. При повороте ручки-оси ротор перемещается относительно неподвижного статора, в результате чего изменяется емкость конденсатора.
Для конденсаторов постоянной емкости на схеме рядом с УГО указывают значение емкости в пикофарадах (пФ) или микрофарадах (мкФ).
При емкости менее 0,01 мкФ = 10 ставят число пикофарад без обозначения размерности, например, 15, 220, 9100. Для емкости 0,01 мкФ и более ставят число микрофарад с добавлением букв "мк", например, 0,01 мк, 0,15 мк, 1 мк, 10 мк. Для оксидных конденсаторов дополнительно указывают номинальное напряжение (оно написано на корпусе конденсатора) - 5 мк х 10 В, 100 мк х 25 В, 100 мк х 50 В. Для конденсаторов переменной емкости и подстроенных указывают пределы изменения емкости при крайних положениях изменения ручки-оси (ротора), например: 6...30, 10..180, 6...470 (в).
На корпусах конденсаторов номинальные емкости кодируются двумя или тремя цифрами и буквами русского или латинского алфавита : П (р) - пикофара-ды, Н (п) - нанофарады, М (и) - микрофарады. Номинальные емкости до 91 пФ выражают в пикофарадах, используя для обозначения букву П (р), от 100 до 9100 пФ - в долях нанофарады, а от 0,01 до 0,091 мкФ - в нанофарадах, которая обозначается буквой Н (п). Емкости от 0,1 мкФ и более выражают в микрофарадах, используя для этого букву М (μ).
Обозначение единицы емкости ставят впереди числа, если емкость выражается десятичной дробью: HI5 или n (0,15 нФ - 150 пФ), М47 или μ 47 (0,47 мкФ);
вместо запятой, если емкость составляет целое число с десятичной дробью: 1П6 или 1р6 (1,6пФ), 5Н1 или 5n1 (5,1 нФ = 5100пФ), ЗМЗ или ЗμЗ (3,3мкф).
Допустимое отклонение емкости в процентах маркируется после номинального значения цифрами или кодом: ±1 % - F (Р), ±2 % - G (Л), ±5% - J (И), ±10% - К (С), ±20% - М (В), ±30% - N (Ф). (В скобках указано старое обозначение).
Например, если на корпусе конденсатора написано М47И или u47J, то это расшифровывается так: 0,47 мкФ+5%, а 6Н8С (6л8К) означает 6,8 нф+10%.
Кроме номинальной емкости, допускаемого отклонения емкости и номинального напряжения на корпусе конденсатора могут быть сведения о температурном коэффициенте емкости (ТКЕ), который показывает относительное изменение емкости при изменении температуры на 1 °С. Положительный ТКЕ соответствует увеличению емкости при нагревании, отрицательный - уменьшению. В зависимости от величины ТКЕ конденсаторы постоянной емкости делят на группы. У керамических конденсаторов каждой группе соответствует определенный цвет корпуса и цветная метка. В связи с тем, что обычно в любительской практике ТКЕ не учитывается, мы систему его кодирования рассматривать не будем.
Конденсаторы, как и резисторы, можно соединять параллельно или последовательно. При параллельном соединении общая емкость может быть найдена путём суммирования.
При параллельном соединении оксидных конденсаторов важно следить за тем, чтобы были объединены между собой электроды одинаковой полярности. Помните, что результирующее напряжение при этом определяется минимальным рабочим напряжением использованных конденсаторов.
РИСУНОК!!!
На рис. показана цепь, состоящая из последовательно включенных оксидных конденсаторов, имеющих емкость 100 мкФ при рабочем напряжении 50В. Рабочее напряжение конденсатора, эквивалентного такому соединению, возрастает до 200 В (в четыре раза), а емкость уменьшается до 25 мкФ. Последовательное соединение конденсаторов чаще всего используется для увеличения рабочих напряжений. Далее проведем несколько лабораторных исследований по изучению конденсаторов.
Решение задачи на новый материал. При параллельном соединении конденсаторов емкость батареи С=С1+С2+С3
Емкость конденсаторов, образующих батарею, определим по формуле С1=С2=С3=q/U, тогда
Домашнее задание: конспект
Зад. стр. 160
2. , § 8.10; § 8.11.
Зад. стр. 218
Фамилия, имя, группа _____________________________________________
Ёмкость конденсатора на С, Ф | Рабочее напряжение U, B | Энергия заряженного конденсатора W, Дж W=CU2/2 | Заряд конденсатора q, Кл q=CU | Мощность конденсатора P[Вт] |
|
Питер ван Мушенбрук ()
Что такое конденсатор? Конденсатор (от лат. condense «уплотнять», «сгущать») двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.лат.двухполюсникёмкостипроводимостью диэлектриком
Свойства конденсатора Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора, замыкаясь так называемым током смещенияцепи постоянного тока переменного токатоком смещения
В терминах метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом:метода комплексных амплитуд импедансом Резонансная частота конденсатора равна: Резонансная частота При конденсатор в цепи переменного тока ведёт себя как катушка индуктивности. Следовательно, конденсатор целесообразно использовать лишь на частотах, на которых его сопротивление носит ёмкостный характер. Обычно максимальная рабочая частота конденсатора примерно в 23 раза ниже резонанснойкатушка индуктивности
Основные параметры. Ёмкость Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q = CU). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до сотен микрофарад. Однако существуют конденсаторы с ёмкостью до десятков фарад. ёмкостьэлектрический зарядзаряд напряжениюфарад Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью каждая, расположенных на расстоянии d друг от друга, в системе СИ выражается формулойСИ
Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею. Если у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшей площади. При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы, так как от источника питания они поступают только на внешние электроды, а на внутренних электродах они получаются только за счет разделения зарядов, ранее нейтрализовавших друг друга. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна
Удельная ёмкость. Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.
Плотность энергии Плотность энергии электролитического конденсатора зависит от конструктивного исполнения. Максимальная плотность достигается у больших конденсаторов, где масса корпуса невелика по сравнению с массой обкладок и электролита. Например, у конденсатора EPCOS B4345 емкостью мкФ x 450 В и массой 1.9кг плотность энергии составляет 639Дж/кг или 845Дж/л. Особенно важен этот параметр при использовании конденсатора в качестве накопителя энергии, с последующим мгновенным её высвобождением, например, в пушке Гауссапушке Гаусса
Номинальное напряжение Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах. Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается, что связано с увеличением тепловой скорости движения носителей заряда и, соответственно, снижению требований для образования электрического пробоя.температурыскоростиносителей заряда
Полярность Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.электролитические электролитавзрыва
Еще в древние времена люди заметили, что в условиях низких температур пища сохраняется намного дольше. Поэтому в течение достаточно длительного периода своей истории человечество было занято поисками способа поддержания низкой температуры в .
В древние времена истории, когда еще не было конденсаторов и другого холодильного оборудования, для охлаждения и заморозки продуктов использовали натуральный источник холода – лед. Однако такой способ требовал больших материальных затрат, а сам процесс добычи и транспортировки естественного льда был весьма трудоемким.
Поэтому параллельно с использованием естественного охлаждения при помощи льда неоднократно предпринимали попытки создания технического устройства для охлаждения и заморозки продуктов. Первые исследования и эксперименты в истории по созданию холодильных установок были направлены на получение льда искусственным путем. Такие установки работали на абсорбционном принципе, а снижение температуры достигалось путем растворения в воде нитрата аммония, смеси селитры со льдом и другие химические соединения. Однако такой способ все равно оставался достаточно затратным и позволял добиться снижения температуры на 10 – 15 0С.
Появление первых конденсаторов
Мощный толчок в своем развитии холодильные установки получили с изобретением паровых машин, которые функционировали за счет движущей силы пара. Именно в паровых машинах были применены первые конденсаторы, которые служили для преобразования отработанного пара в жидкость, что давало возможность ее повторного использования. Можно считать, что история создания конденсаторов началась именно с XVII века. .
Впервые идею об использовании конденсатора в качестве отдельного блока паровой машины высказал французский ученый Жан Хатефиле в 1678 году. И лишь спустя почти 90 лет, в 1765 году Джеймс Уатт создал паровую машину, на которой был установлен первый конденсатор.
В это же время другие ученые и изобретатели трудились над созданием холодильных агрегатов. Так, в 1748 году профессор медицины Уильям Каллен создал установку, которая охлаждала жидкости за счет испарения эфира. В своем изобретении Кален также использовал простейший конденсатор, который представлял собой отдельную емкость, куда поступал отработанный эфир. Эта установка доказала на практике возможность реализации циклического процесса испарения и конденсации эфира, что приводит к охлаждению воздуха или жидкости в заданном объеме.
Рывок в развитии конденсаторов
После эксперимента Калена многие инженеры создавали установки, работающие по этому принципу. Отличительной особенностью таких машин являлось наличие замкнутого контура, в котором циркулировал эфир, а также внедрение в конструкцию компрессора. В 1834 году Якоб Перкинс впервые запатентовал парокомпрессионный холодильный агрегат, работающий на эфире.
Однако официально история создания первых конденсаторов началась в 1842 году, когда Джон Эриксон сконструировал первый поверхностный конденсатор с водяным охлаждением, оборудованный компрессором. Это дало толчок к дальнейшему развитию холодильной техники. В том числе стало возможным создание больших холодильных установок для складских помещений, корабельных трюмов и т.д. Такие холодильные машины были созданы братьями Карре (1846 год) и Карлом фон Линде (1874 – 1876 годы).
Дальнейшая история развития конденсаторов была тесно связана с развитием холодильной техники. В период с 1895 года по 1923 год были изобретено и запатентовано большое количество различных конструкций конденсаторов, многие из которых используются до сих пор.
Современные модели
На сегодняшний день конденсаторы прошли длинный путь развития, и являются одной из основных частей любого холодильного оборудования. Также все чаще многие используются как самостоятельные холодильные установки, которые применяются для охлаждения воздуха в производственных и складских помещениях.
Объясняя, что такое конденсатор, мы должны четко представлять физические основы работы и конструкцию этого незаменимого элемента каждого мало-мальски серьезного электронного устройства.
К недостаткам танталовых конденсаторов можно отнести чувствительность к пульсациям тока и перенапряжениям, а также относительную дороговизну этих изделий.
Силовые конденсаторы, как правило, используются в системах высокого напряжения. Они широко применяются для компенсации потерь в линиях электропередач, а также для улучшения коэффициента мощности в промышленных электроустановках. Изготавливаются из высококачественной металлизированной пропиленовой пленки с применением специальной пропитки нетоксичным изоляционным маслом.
Могут иметь функцию самоликвидации внутренних повреждений, что придает им дополнительную надежность и увеличивает срок службы.
Керамические конденсаторы имеют в качестве материала диэлектрика керамику. Отличаются высокой функциональностью по рабочему напряжению, надежностью, низкими потерями и дешевизной.
Диапазон емкостей их варьируется от нескольких пикофарад до примерно 0,1 мкФ. В настоящее время являются одним из наиболее широко используемых типов конденсаторов, используемых в электронном оборудовании.
Серебряные слюдяные конденсаторы пришли на смену широко распространенным ранее слюдяным элементам. Обладают высокой стабильностью, герметичным корпусом и большой емкостью на единицу объема.
Широкому применению серебряно-слюдяных конденсаторов мешает их относительная дороговизна.
У бумажных и металлобумажных конденсаторов обкладки изготовляются из тонкой алюминиевой фольги, а в качестве диэлектрика используется специальная бумага, пропитанная твердым (расплавленным) или жидким диэлектриком. Применяются в низкочастотных цепях радиоустройств при больших токах. Отличаются относительной дешевизной.
Для чего нужен конденсатор
Имеется целый ряд примеров использования конденсаторов в самых разнообразных целях. В частности, их широко применяют для хранения и и цифровых данных. используются в телекоммуникационной связи для регулировки частоты и настройки телекоммуникационного оборудования.
Типичным примером их применения является использование в источниках питания. Там эти элементы сглаживания (фильтрацию) выпрямленного напряжения на выходе этих устройств. Они также могут быть использованы в для генерации высокого напряжения, многократно превышающего входное напряжение. Конденсаторы широко применяются в различного рода преобразователях напряжения, устройствах бесперебойного питания для компьютерной техники и т.д.
Объясняя, что такое конденсатор, нельзя не сказать, что этот элемент может служить и отличным хранилищем электронов. Однако реально эта функция имеет определенные ограничения по причине неидеальности изоляционных характеристик используемого диэлектрика. Тем не менее конденсатор обладает свойством достаточно длительное время хранить электрическую энергию при отключении от цепи заряда, поэтому он может быть использован как временный источник питания.
Благодаря своим уникальным физическим свойствам эти элементы нашли настолько широкое применение в электронной и электротехнической промышленности, что сегодня редко какое электротехническое изделие не включает в себя по крайней мере один такой компонент для какой-либо цели.
Подводя итоги, можно констатировать, что конденсатор - это бесценная часть огромного множества электронных и электротехнических устройств, без которых был бы немыслим дальнейший прогресс в науке и технике.
Вот что такое конденсатор!
Конденсатор – элемент, способный накапливать электрическую энергию. Название происходит от латинского слова «condensare» — «сгущать», «уплотнять».
Первый конденсатор был создан в 1745 году Питером ванн Мушенбруком. В честь города Лейдена, в котором его создали, изобретение впоследствии назвали «Лейденской банкой».
Конденсатор состоит из металлических электродов – обкладок, между которыми находится диэлектрик. По сравнению с обкладками, диэлектрик имеет небольшую толщину. Это и определяет свойство конденсатора накапливать заряд: положительные и отрицательные заряды на его обкладках удерживают друг друга, взаимодействуя через тонкий непроводящий слой.
Емкость конденсатора зависит от:
- площади обкладок (S);
- расстояния между ними (d);
- диэлектрической проницаемости материала диэлектрика между обкладками (ԑ).
Связаны они между собой формулой (формула емкости конденсатора):
Для увеличения площади обкладок пластины некоторых конденсаторов изготавливают из полосок фольги, разделенных полоской диэлектрика и скрученных в рулон. Увеличить емкость также можно уменьшением толщины диэлектрика между обкладками и применением материалов с большей диэлектрической проницаемостью. Между обкладками конденсаторов располагают твердые, жидкие вещества и газы, в том числе и воздух.
Конденсаторы небольшой емкости получают на печатных платах, располагая две дорожки напротив друг друга.
Каким бы качественным не был диэлектрик в конденсаторе, он все равно имеет сопротивление. Его величина велика, но в заряженном состоянии конденсатора ток между обкладками все равно есть. Это приводит к явлению «саморазряда »: заряженный конденсатор со временем теряет свой заряд.
Принцип работы конденсатора: его заряд и разряд
Заряд конденсатора. В момент подключения к источнику постоянного тока через конденсатор начинает протекать ток заряда. Он убывает по мере зарядки конденсатора и в итоге падает до величины тока саморазряда, определяющегося проводимостью материала диэлектрика.
Напряжение на конденсаторе плавно нарастает от нуля до напряжения источника питания.
При заряде конденсатора ток и напряжение изменяются по экспоненциальному закону. Время заряда можно определить по формуле:
Если сопротивление в формулу подставить в Омах, в емкость – в Фарадах, то получим время в секундах, за которое напряжение на конденсаторе изменится в е ≈ 2,72 раз. Конденсатор большей емкости будет разряжаться дольше, и быстрее разрядится на меньшую величину сопротивления.
Разряд конденсатора. Если к заряженному конденсатору подключить сопротивление нагрузки, то ток через нее вначале будет максимальным, затем плавно упадет до нуля. Напряжение на его обкладках тоже будет изменяться по экспоненциальному закону.
Применение конденсаторов
Наряду с резисторами конденсаторы являются самыми распространенными компонентами. Ни одно электронное изделие не может без него обойтись. Вот краткий перечень направлений использования конденсаторов.
Блоки питания : в качестве сглаживающих фильтров при преобразовании пульсирующего тока в постоянный.
Звуковоспроизводящая техника : создание при помощи RC-цепочек элементов схем, пропускающих звуковые сигналы одних частот и задерживая остальные. За счет этого удается регулировать тембр и формировать амплитудно-частотные характеристики устройств.
Радио- и телевизионная техника : совместно с катушками индуктивности конденсаторы используются в составе устройств настройки на передающую станцию, выделения полезного сигнала, фильтрации помех.
Электротехника . Для создания фазовых сдвигов в обмотках однофазных электродвигателей или в схемах подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть. Используются в установках, компенсирующих реактивную мощность.
При помощи конденсаторов можно накопить заряд, превышающий по мощности источник питания. Это используется для работы фотовспышек , а также в установках для отыскания повреждений в кабельных линиях, выдающих мощный высоковольтный импульс в место повреждения.
