Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

13.04.2017

Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

Багато написано про конденсатори, чи варто додавати ще пару тисяч слів до тих мільйонів, що вже є? Таки додам! Вірю, що моє виклад принесе користь. Адже воно буде зроблено з урахуванням цілей цього сайту .

Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

Що таке електричний конденсатор

Якщо говорити по-російськи, то конденсатор можна обізвати «накопичувач». Так навіть зрозуміліше. Тим більше саме так перекладається на нашу мову це назва. Стакан теж можна обізвати конденсатором. Тільки він накопичує в собі рідину. Або мішок. Так, мішок. Виявляється теж накопичувач. Накопичує в собі все, що ми туди засунемо. Причому тут електричний кондесатор? Він такий же як склянка або мішок, але тільки накопичує електричний заряд.

— Уяви собі картину: по ланцюгу проходить електричний струм, на його шляху зустрічаються резистори, провідники і, бац, виник конденсатор (склянку). Що станеться? Як ти знаєш, струм — це потік електронів, а кожен електрон має електричний заряд. Таким чином, коли хтось говорить, що з ланцюга проходить струм, ти предствляєш собі як по ланцюгу біжать мільйони електронів. Саме ось ці самі электрончики, коли на їх шляху виникає конденсатор, і накопичуються. Чим більше віддамо в конденсатор електронів, тим більше буде його заряд.

Виникає питання, а скільки можна таким чином накопичити електронів, скільки влізе в конденсатор і коли він «наїсться»? Давай з’ясовувати. Дуже часто для спрощеного пояснення простих електричних процесів використовують порівняння з водою і трубами. Скористаємося таким підходом теж.

Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

Уяви, трубу, по якій тече вода. На одному кінці труби насос, який з силою закачує воду в цю трубу. Потім поперек труби подумки постав гумову мембрану. Що станеться? Мембрана стане розтягуватися і напружуватися під дією сили тиску води в трубі (тиск створюється насосом). Вона буде розтягуватися, розтягуватися, розтягуватися і в підсумку сила пружності мембрани або зрівноважить силу насоса і потік води зупиниться, або мембрана порветься (Якщо так незрозуміло, то уяви собі повітряну кульку, який лопне, якщо його накачати занадто сильно). Теж саме відбувається і в електричних конденсаторах. Тільки там замість мембрани використовується електричне поле, яке зростає в міру зарядки конденсатора і поступово врівноважує напруга джерела живлення.

Таким чином, у конденсатора є певний граничний заряд, який він може накопичити і після перевищення якого відбудеться пробій діелектрика в конденсаторі він зламається і перестане бути конденсатором. Саме час, мабуть, розповісти як влаштований конденсатор.

Як влаштований електричний конденсатор

В школі тобі розповідали, що конденсатор — це така штуковина, яка складається з двох пластин і порожнечі між ними. Пластини ці називали обкладками конденсатора і до них підключали проводки, щоб подати напругу на конденсатор. Так от сучасні конденсатори не сильно відрізняються. Вони також мають обкладки і між обкладками знаходиться діелектрик. Завдяки наявності діелектрика поліпшуються харктеристики конденсатора. Наприклад, його ємність.

В сучасних конденсаторах використовуються різні види діелектриків (про це нижче). які запихається між обкладок конденсаторів найвитонченішими способами для досягнення опредленных характеристик.

Принцип роботи

Загальний принцип роботи досить простий: подали напругу — накопичився заряд. Фізичні процеси, які при цьому відбуваються зараз тебе не сильно повинні цікавити, але якщо захочеш, то можеш про це прочитати у будь-якій книзі по фізиці в розділі електростатики.

Конденсатор у колі постійного струму

Якщо помістити наш конденсатор електричний ланцюг (рис. нижче), включити послідовно з ним амперметр і подати в ланцюг постійний струм, то стрілка амперметра короткочасно смикнеться, а потім замре і буде показувати 0А — відсутність струму в ланцюзі. Що сталося?

Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

Будемо вважати, що до того, як був поданий струм в ланцюг, конденсатор був порожній (розряджений), а коли подали струм, то він дуже швидко став заряджатися, а коли зарядився (ел. поле між обкладинками конденсатора зрівноважило джерело живлення), то струм припинився (тут графік заряду конденсатора).

Саме тому кажуть, що конденсатор не пропускає постійний струм. Насправді пропускає, але дуже короткий час, який можна порахувати за формулою t = 3*R*C (Час зарядки конденсатора до обсягу 95% від номінального. R — опір ланцюга, C — ємність конденсатора) Так конденсатор веде себе в ланцюзі постійного струму. Зовсім інакше він себе веде в ланцюзі змінного!

Конденсатор в колі змінного струму

Що таке змінний струм? Це коли електрони «біжать» спочатку туди, потім назад. Тобто напрямок їх руху весь час змінюється. Тоді, якщо по ланцюгу з конденсатором побіжить змінний струм, то на кожній його обкладки буде накопичуватися то «+» заряд, то «-«. Тобто фактично буде проходити змінний струм. А це означає, що змінний струм «безперешкодно» проходить через конденсатор.

Весь цей процес можна змоделювати за допомогою методу гідравлічних аналогій. На картинці нижче аналог кола змінного струму. Поршень виштовхує рідину то вперед, то назад. Це змушує крутиться крильчатку вперед-назад. Виходить як би змінний потік рідини (читаємо змінний струм).

Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

Давай тепер помістимо між джерелом сили (поршнем) і крильчаткою меодель конденсатора у вигляді мембрани і проаналізуємо, що зміниться.

Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

Схоже, що нічого не зміниться. Як рідина здійснювала коливальні рухи, так вона їх здійснює, як з-за цього коливалася крильчатка, так і буде коливатися. А значить наша мембрана не є перешкодою для змінного потоку. Також буде і для електронного конденсатора.

Справа в тому, що хоч електрони, які біжать вчепи і не перетинають діелектрик (мембрану) між обкладками конденсатора, але за межами конденсатора їх коливальний рух (туди-сюди), тобто протікає змінний струм. Ех!

Таким чином конденсатор пропускає змінний струм і затримує постійний. Це дуже зручно, коли потрібно прибрати постійну складову в сигналі, наприклад, на виході/вході аудіопідсилювач або, коли потрібно подивитися тільки змінну частину сигналу (пульсації на виході джерела постійної напруги).

Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

Реактивний опір конденсатора

Конденсатор має опором! В принципі, це можна було передбачити вже з того, що через нього не проходить постійний струм, як якщо б це був резистор з дуууже великим опором.

Інша справа струм змінний — він проходить, але відчуває з боку конденсатора опір:

Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

f — частота, З — ємність конденсатора. Якщо уважно подивитися на формулу, то стане видно, що якщо струм постійний, то f = 0 і тоді (та пробачать мене войовничі математики!) Xc = нескінченність. І постійного струму через конденсатор немає.

А ось опір змінному струму буде змінювати в залежності від його частоти і ємності конденсатора. Чим більше частота струму і ємність конденсатора, тим менше пручається він цього струму і навпаки. Чим швидше змінюється напряже-

напруга, тим більше струм через конденсатор, цим і пояснюється зменшення Хс з ростом частоти.

Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

до Речі, ще однією особливість конденсатора полягає в тому, що на ньому не виділяється потужність, він не нагрівається! Тому його іноді використовують для гасіння напруги там, де резистор б задимівся. Наприклад для зниження напруги мережі 220В до 127В. І ще:

Струм в конденсаторі пропорційний швидкості прикладеного до його висновків напруги

Де використовуються конденсатори

Так скрізь, де потрібні їхні властивості (не пропускати постійний струм, вміння накопичувати електричну енергію і змінювати свій опір залежно від частоти), у фільтрах, в коливальних контурах, в умножителях напруги і т. д.

Які бувають конденсатори

Промисловість випускає багато різних видів конденсаторів. Кожен з них володіє опредленными перевагами і недоліками. У одних малий струм витоку, в інших велика ємність, у третіх що-небудь ще. В залежності від цих показників і вибирають конденсатори.

Радіоаматори, особливо як ми — початківці — особливо не заморочуються і ставлять, що знайдуть. Проте слід знати, які основні види конденсаторів існують в природі.

Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

На картинці показано досить умовний поділ конденсаторів. Я його склав на свій смак і подобається воно мені тим, що відразу зрозуміло існують змінні конденсатори, які бувають постійні конденсатори і які діелектрики використовуються в поширених конденсаторах. Загалом-то все, що потрібно радіоаматорові.

Керамічні конденсатори

Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

Володіють малим струмом витоку, малими габаритами, малою індуктивність, здатні працювати на високих частотах і в ланцюгах постійного, пульсуючого і змінного струму.

Випускаються в широкому діапазоні рабоичх напруг і ємностей: від 2 до 20 000 пФ і в залежності від виконання витримують напругу до 30кВ. Але найчастіше ти зустрінеш керамічні конденсатори з робочою напругою до 50В.

Слюдяні конденсатори

Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

Чесно скажу не знаю випускають їх зараз. Але раніше в таких конденсаторах в якості діелектрика використовувалася слюда. А сам конденсатор складався з пачки слюдяних, на кожній із яких з обох сторін наносилися обкладки, а потім такі платсинки збиралися в «пакет» і запакувалися в корпус.

Звичайно вони мали ємність від кількох тисяч до десятків тисяч пикофорад і працювали в діапазоні напруг від 200 до 1500 У.

Паперові конденсатори

Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

Такі конденсатори в якості діелектрика мають конденсаторну папір, а в якості обкладок — алюмінієві смужки. Довгі стрічки алюмінієвої фольги з прокладеними між ними стрічкою паперу скручуються в рулон і пакуються в корпус. Ось і весь фокус.

Такі конденсатори бувають ємністю від тисяч пикофорад до 30 микрофорад, і можуть витримувати напругу від 160 до 1500 У.

Подейкують, що зараз вони цінуються аудиофиалами. Не здивований — у них і дроти односторонньої провідності бувають.

Поліестерові конденсатори

Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

В принципі звичайні кондесаторы з поліестером в якості діелектрика. Розкид ємностей від 1 нФ до 15 мФ при робочій напрузі від 50 до 1500 У.

Поліпропіленові конденсатори

Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

У конденсаторів цього типу є дві незаперечні переваги. Перше — можна їх робити з дуже малим допуском 1%. Так що, якщо на такому написано 100 пФ, то значить його ємність 100 пФ +/- 1%. І друге — це те, що їх робоча напруга може досягати до 3 кВ (а ємність від 100 пФ до 10 мт)

Електролітичні кондесаторы

Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

Ці конденсатори відрізняються від всіх інших тим, що їх можна включати тільки ланцюг постійного або пульсуючого струму. Вони полярні. Мають плюс і мінус. Пов’язано це з їх конструкцією. І якщо такий конденсатор включити навпаки, то він швидше за все вздуется. А раніше вони ще й весело, але небезпечно вибухали. Бувають електролітичні конденсатори алюмінієві і танталові.

Алюмінієві електролітичні конденсатори влаштовані майже як паперові з тією лише різницею, що обкладками такого конденсатора є паперова і алюмінієві смуги. Папір просочений електролітом, а на алюминиевыую смугу нанесений тонкий шар оксиду, який і виступає в ролі діелектрика. Якщо подати на такий конденсатор змінний струм або включити назад полярностям висновку, то електроліт закипає і конденсатор виходить з ладу.

Танталові відрізняються від алюмінієвих тим що: в якості діелектрика використовується пентаоксид танталу, меют робочу напругу до 100 В, мають малі габарити, меншу паразитна індуктивність (що дозволяє їх використовувати у високочастотних колах).

Електролітичні конденсатори мають досить великою ємністю, завдяки чому їх, наприклад, часто використовують у випрямних ланцюгах.

На цьому мабуть все. За кадром залишилися конденсатори з діелектриком з полкарбоната, полістиролу і напевно ще багато інших видів. Але думаю, що це вже буде зайвим.

Продовження слід.

У другій частині я планую показати приклади типового використання конденсаторів. Так що натисни ctrl+D і додавай mp16.ru до себе в закладки, що б не втратити.

Що ще почитати

/blog/pro-kondensatoryi/ Що таке електричний конденсатор, для чого він потрібен, як працює конденсатор, де він використовується, які види конденсаторів бувають, — про все це читайте тут. 2016-04-04 2016-11-24 види конденсаторів, заряд і розряд конденсатора, електричний конденсатор, ємність, алюмінієвий конденсатор, змінний конденсатор, керамічний конденсатор, конденсатор к50, smd конденсатор, плівковий конденсатор електролітичний конденсатор

Короткий опис статті: які бувають конденсатори Що таке електричний конденсатор, для чого він потрібен, як працює конденсатор, де він використовується, які види конденсаторів бувають, — про все це читайте тут.

Джерело: Електричний конденсатор. Види конденсаторів.

Також ви можете прочитати