Конденсаторы в цепи постоянного тока: история, определение, функции и обозначение

Содержание
- 1 История появления
- 2 Конструкция конденсатора
- 3 Свойства конденсатора
- 4 Обозначение конденсаторов на схемах
- 5 Основные параметры
- 6 Функции элемента
- 7 Хаpaктеристики
- 8 Паразитные параметры
- 8.1 Сопротивление изоляции, утечка и саморазряд
- 8.2 Эквивалентное последовательное сопротивление (Rs)
- 8.3 Эквивалентная последовательная индуктивность (Li)
- 8.4 Тангенс угла диэлектрических потерь
- 8.5 Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)
- 8.6 Диэлектрическая абсорбция
- 8.7 Паразитный пьезоэффект
- 8.8 Самовосстановление
- 9 Классификация конденсаторов
- 10 Сравнение конденсаторов постоянной ёмкости
- 11 Применение конденсаторов, их работа
- 12 Маркировка конденсаторов
- 13 Параметры выносливости
- 14 Видео
Один из элементов радиоэлектроники, без участия которого не обходятся пpaктические электрические и электронные схемы, – это конденсатор. Это имеющий малую проводимость и постоянную или изменяющуюся ёмкость двухполюсник. Такой пассивный компонент цепи имеет способность накапливать энергию и заряд электрических полей. Преобразователи, усилители, фильтрующие узлы, передающие устройства – везде применяется этот двухполюсник.
Конденсатор
История появления
Нельзя однозначно сказать, что конденсатор был изобретён намеренно. Его появление произошло в результате опытов голландца Мушенбрука. То, с чем изобретатель столкнулся, и первый образ элемента имели много общего с нынешними носителями ёмкости. В 1745 году ученый, работая с электрической машиной в лабораторных условиях, погрузил или случайно опустил электрод машины в ёмкость с водой. Когда он после опыта дотронулся до него, то ощутил разряд тока. Машина в это время уже не работала. Тогда ещё электричество считалось некоторой жидкостью, отсюда происходит определение емкости конденсатора. По названию городка Лейден, где физик проводил свои опыты, первый конденсатор назвали лейденской банкой.
Банка лейденскаяКонструкция конденсатора
Что такое диод — принцип работы и устройствоПассивный электронный компонент представляет собой конструкцию, включающую в себя два электрода. Они выполнены в виде пластин – обкладок. Между пластинами имеется зазор, заполненный различным диэлектриком. Зазор очень мал, по сравнению с размером обкладок.
Устройство конденсатораВажно! В составе современных ёмкостных двухполюсников используются многослойные обкладки и несколько слоёв диэлектрического материала. Электроды и диэлектрики в виде лент большой длины бывают скручены в цилиндры для увеличения ёмкости и помещены в корпус.
Схема разделения конденсаторов по конструкцииСреди популярных структур можно выделить следующие строения:
- дисковое;
- трубчатое;
- пакетное;
- рулонное;
- многопластинчатое.
Дисковое устройство имеют керамические элементы полупеременного или постоянного типа. На верхней и нижней частях диска из керамики располагаются серебряные обкладки. К ним прикреплены выводы. Вся конструкция покрыта эмалью разных цветов.
Дисковый двухполюсникТрубчатый элемент состоит из керамической трубки, на поверхность которой (снаружи и внутри) при помощи вжигания нанесен слой серебра. Технологический процесс подразумевает применять толщину трубки не менее 0,25 мм.
Трубчатый элементКонденсаторы пакетного строения – это керамические, стеклоэмалевые или стеклокерамические модели.
На показанной выше картинке устройство двухполюсника включает в себя:
- основу;
- обкладки;
- полоски фольги;
- опрессовочные обжимы;
- выводы.
Основа, на которую методом напыления наносится металл, имеет толщину 0,015-0,025 мм. Напыление представляет собой обкладки конденсатора с присоединёнными фольгированными полосками. Полоски применяются для образования контактного соединения. Весь пакет пластин (их количество может доходить до 100 штук) обжимается при сборке обжимами, к ним крепят выводы из гибкой проволоки.
Интересно. Такой пакет содержит множество элементарных конденсаторов. Это слои из обкладок и диэлектрика. Каждый элемент выполнен так, что его верхние и нижние обкладки имеют контактное соединение с одного из торцов изделия.
Рулонная конструкция конденсатора – что такое? Данная сборка представляет собой устройство у плёночных или электролитических ёмкостей. Это чаще всего алюминиевая фольга, имеющая диэлектрическую прокладку из бумаги или плёнки и скрученная в рулон.
Многопластинчатое устройство конденсатора представляет собой двухполюсник с изменяемой ёмкостью. Он имеет ряд пластин статора (неподвижная часть) и ротора (подвижная часть), которые при помощи оси вращения меняют величину ёмкости С в небольшом интервале. Угол меняется от 0 до 1800.
Конденсатор многопластинчатыйСвойства конденсатора
То, как работает двухполюсник, зависит от его рабочих качеств. Включенный в схемы с неизменным питающим напряжением он пропускает ток только в начальный момент, при включении. Происходит его зарядка, и далее ток не проходит.
Tрaнcформатор тока — принцип работы, назначение и устройствоИначе работает конденсатор при подключении переменного напряжения. При изменении полярности электрического тока ёмкостной двухполюсник периодически перезаряжается и пропускает через себя переменные колебания.
При рассмотрении свойств можно остановиться на следующих моментах:
- импеданс;
- резонансная частота.
В случае с конденсатором речь идёт о комплексном импедансе. Его формула имеет вид:
ZC= 1/jωC,
где:
- j – единица мнимая;
- ω – циклическая частота (рад/с);
- C – ёмкость (Ф).
Учитывая, что ω = 2πf, формула принимает вид:
ZC = – j/2πf, где f – частота в герцах.
Информация. При повышенных частотах эквивалентная схема ёмкостного двухполюсника имеет вид системы колебаний с ёмкостью С, индуктивностью Lc и сопротивлением Rn (сопротивление потерь).
Формула резонансной частоты имеет вид:
fp = 1/2π√(Lc*C),
где Lc и Rn – индуктивность и сопротивление, соответственно.
Обозначение конденсаторов на схемах
Флюс для пайки – что это такое и для чего он нуженВизуальное изображение ёмкостного двухполюсника на чертежах легко отличается от остальных. Это расположенные вертикально две чёрточки с расстоянием, обозначающим зазор. Чёрточки, соответственно, означают пластины.
Изображение элементаОсновные параметры
Принцип работы конденсатора базируется на хаpaктеристиках, которые влияют на то, какие элементы и для каких случаев будут применяться. К основным параметрам относятся:
- ёмкость;
- полярность;
- допустимое напряжение.
Существует ещё несколько хаpaктеристик, которые значительно влияют на функциональность ёмкостного двухполюсника.
Функции элемента
Для чего нужен конденсатор? Зачем необходимо применять в электронных узлах этот элемент, понятно из рассмотрения его основной функции: накапливать на своих обкладках электричество (режим заряда) и отдавать его в нужный момент (режим разряда). Он накапливает энергию и удерживает её некоторое время, но не может делать этого долго по причине саморазряда.
Хаpaктеристики
Рассматривая подробно параметры двухполюсника, можно очертить их основной ряд.
К хаpaктеристикам, на которые необходимо обратить внимание, относятся:
- ёмкость;
- удельная ёмкость;
- плотность энергии;
- номинальное напряжение;
- полярность;
- возможность разрушения.
Каждый из перечисленных параметров имеет свою хаpaктеристику.
Ёмкость
Самый определяющий фактор элемента – емкость конденсатора. Она обозначается буквой С, имеет единицу измерений – 1 Фарад (1Ф). Зависит ёмкость от площади поверхности пластин, зазора и помещённого туда диэлектрика. Определить ёмкость элемента можно по формуле:
С = q/U,
где:
- q – заряд пластины, (Кл);
- U – напряжение на пластинах, (В).
Важно! На корпус элемента наносятся данные о номинальной ёмкости, которая отличается от реальной. Это то значение, которое имеет двухполюсник при нормальном режиме работы.
Удельная ёмкость
Этот параметр определяет прямую пропорцию между ёмкостью и количеством (объёмом) диэлектрика. Чем меньше количество диэлектрика (расстояние между пластинами), тем удельная ёмкость выше. При этом вероятность пробоя становится выше.
Плотность энергии
Когда нужно накопить большой заряд и при необходимости быстро его отдать, выбирают конденсаторы, имеющие высокую плотность энергии. Она высока в тех конструкциях, где корпус обладает массой, меньшей относительно веса его содержимого.
Номинальное напряжение
Напряжение на конденсаторе, необходимое для работы длительное время без пробоя, называют номинальным. Питающее напряжение, поданное на элемент, обязано быть ниже его номинального значения.
Полярность
Схемы на постоянном токе, где применяются конденсаторы, полярные, требуют соблюдения полярности.
Опасность разрушения
Есть несколько моментов, когда ёмкостной двухполюсник может прийти в негодность и взорваться. Это может произойти по следующим причинам:
- неправильное подключение электролитического двухполюсника в схему (обратная полярность);
- рабочее напряжение конденсатора длительное время превышает номинальное;
- превышение допустимой рабочей температуры (перегрев);
- пробой в результате старения.
При ошибочном включении электролитического элемента происходят вскипание электролита с выделением газов и разрыв корпуса.
Паразитные параметры
Существуют параметры, которые присутствуют в реальных устройствах и которые также подлежат рассмотрению.
Сопротивление изоляции, утечка и саморазряд
Ток утечки Iут преодолевает диэлектрик по его поверхности по истечении времени. В результате этого происходит саморазряд заряженного двухполюсника. Сопротивление изоляции конденсатора Rd зависит от величины тока утечки и находится в обратной пропорции. Это можно увидеть из формулы:
Rd = U/Iут,
где U – напряжение на элементе.
Эквивалентная схема реального ёмкостного двухполюсникаЭквивалентное последовательное сопротивление (Rs)
Его называют ЭПС (ESR). Это величина, включающая в себя сопротивление пластин, выводов, контактов соединений. Она всегда растёт при повышении частоты проходящего через двухполюсник тока.
К сведению. При подборе деталей по этому качеству используют прибор ESR-метр. С его помощью измеряются неподходящие для нужных целей элементы.
Эквивалентная последовательная индуктивность (Li)
Этот вид индуктивности вызван наличием у выводов и пластин элемента личной индуктивности. Вредная особенность – превращать деталь в систему колебаний. Частоту его резонанса указывают в параметрах.
Тангенс угла диэлектрических потерь
В обкладках конденсатора и диэлектрике происходит утрата энергии. Показателем служит угол потерь δ. Когда δ = 0, то потерь нет. Сдвигаясь вектора тока и напряжения, при пропускании через двухполюсник изменяющегося тока, образуют угол ϕ = π/2 – δ.
Тангенс этого угла находят делением активной на реактивную мощность:
tg δ = Pa/Pp.
Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)
Этот паразитный фактор определяет изменение ёмкости при перемене окружающей температуры. Его значение вносят в документацию для конденсаторов с линейной температурной зависимостью. ТКЕ определяют по формуле:
ТКЕ = ∆С/С∆Т,
где:
- ∆С – ёмкостное изменение;
- ∆Т – температурное колебание.
Учитывается отклонение температуры в 1 С0.
Диэлектрическая абсорбция
От качеств диэлектрика зависит такое явление, как абсорбция. Его наблюдают на полностью разряженном конденсаторе, когда нужно снять разряжающую его нагрузку. Потерявший заряд двухполюсник начнёт выдавать на своих пластинах небольшое напряжение. Оно возникает в результате химической реакции между диэлектриком и пластинами.
Паразитный пьезоэффект
Керамика, используемая при изготовлении изделий, обладает способностью выpaбатывать напряжение в результате внешнего механического воздействия. Возникает пьезоэффект, который порождает электрические помехи.
Самовосстановление
Бумажные и плёночные конденсаторы обладают таким свойством. Они могут восстанавливаться после пробоя. Это происходит, благодаря отгоранию места металлизации электрода.
Классификация конденсаторов
Деление ёмкостных двухполюсников происходит по многим факторам. В этом плане различают деления:
- по назначениям;
- по типу диэлектрика;
- по способу регулирования ёмкости;
- по хаpaктеру монтажа и сборки;
- по способу защиты от внешних воздействий.
Деление по диэлектрикам является основополагающим для конденсаторов.
Разделение по диэлектрикамСравнение конденсаторов постоянной ёмкости
Конденсатор в цепи постоянного тока – это не только электролитический конденсатор. Разные группы ёмкостных элементов имеют свои достоинства и недостатки, которые можно свести в таблицу.
Применение конденсаторов, их работа
Выстроив ряд, по которому допустимо описать способы применения элементов ёмкости, получают следующую линейку:
- цепи фильтров;
- выравнивание пульсаций в блоках питания;
- употрeбление в виде балласта при установке конденсатора в цепи переменного тока;
- использование конденсаторов, как аккумуляторов, в ограниченный интервал времени, при условии длительного разряда.
Свойства из последнего пункта применяют при движении трамваев на малых участках без тока.
Маркировка конденсаторов
Бывает несколько способов нанесения маркировки на корпус элементов. Количество знаков и цифр зависит от площади поверхности элемента.
Маркировка советских и российских конденсаторов
Определению С конденсатора отечественного производства способствуют нанесённые на корпус численные данные. Рядом могут находиться и другие условные символы.
Старая система обозначений
На элементы 60-х годов выпуска наносились буквенные обозначения. Буквы обозначали следующее:
- конденсатор – К;
- обозначение типа диэлектрика;
- конструктивные отличия.
На некоторых моделях обозначение К не наносилось. Расшифровка производилась, начиная со второй буквы. На некоторых корпусах иногда, а на электролитических – всегда ставилась цифра, означавшая напряжение на конденсаторе.
Новая система обозначений
Буква К – конденсатор, далее идёт цифра, говорящая о диэлектрике. Следующей в ряду наносится буква, указывающая на назначение и номер разработки.
Внимание! На конденсаторах обязательно указаны величина ёмкости и номинальное напряжение.
Параметры выносливости
К этим хаpaктеристикам относятся такие данные, как:
- электропрочность;
- надёжность;
- срок работы.
Каждая из них имеет свои особенности.
Электрическая прочность
Эта хаpaктеристика зависит от времени приложенного напряжения пробоя. Формула имеет вид:
T = A/Uпр*n,
где:
- А – const, зависящая от диэлектрических свойств;
- n – коэффициент, лежащий в интервале от 3 до 8.
Чем больше время, которое выдерживает элемент, тем выше показатель.
Надежность конденсатора
При применении по назначению конденсаторов надёжность элемента измеряется в количестве отказов в работе за час. Ориентируются на среднюю временную величину, предшествующую первому отказу.
Срок службы конденсатора
Длительность непрерывной и безотказной работы зависит от температурного режима и превышения величин допустимых параметров.
Правильно подобранный конденсатор прослужит долгое время. Единственными условиями выхода его из строя могут стать высыхание диэлектрика и как следствие перегревание.
Видео
Определение мощности как основной хаpaктеристики электрооборудования. Мощность: определение с помощью закона Ома. Расчёт мощностей электрического тока в сетях переменного и постоянного напряжения. Однофазные нагрузки....
05 05 2026 12:59:45
Щупы (крокодилы) для мультиметра. Разновидности щупов по качеству: любительские и профессиональные. Виды по назначению. Изделия для SMD-монтажа. Изготовление самодельных термопар своими руками из подручных материалов....
04 05 2026 1:18:39
Закон Лжоуля-Ленца: физическая формула. Суть теплового закона, интегральная и дифференциальная формулы. Теоретическая значимость и пpaктическое применение. Джоуль Ленц - историческая справка....
02 05 2026 8:36:48
Справка о реактивной мощности: в каких единицах измеряется. Реактивная нагрузка: емкостная и индуктивная. Что такое треугольник мощностей. Потери тока из-за действия реактивных мощностей. Коэффициент мощности. Формула полных мощностей....
01 05 2026 10:25:23
Полная инструкция по проектированию и расчету электропроводки в частном доме, а также выбор проводника и защитной аппаратуры. Прокладка кабеля и заземление....
30 04 2026 0:43:13
Принцип работы ПДУ. Варианты и назначение пультов дистанционного управления. Программируемые ПДУ и работа с ними. Как запрограммировать универсальный пульт. Какими устройствами можно управлять с помощью программируемого ПДУ....
29 04 2026 0:21:48
Промышленные светильники индукционные, классификация, преимущества и недостатки . Основные части установки, рекомендации при выборе индукционной лампы....
28 04 2026 13:44:40
Монтаж электрооборудования - ответственные операции. Их выполняют с соблюдением действующих правил и придерживаясь техники безопасности....
27 04 2026 0:36:18
Устройство и принцип работы д-триггера. Таблица истинности D триггера. Элементы с управлением по фронту. Схема реализации d-триггера. Использование триггеров регистрах сдвига и хранения. Реализация д триггера на ТТЛ элементах....
25 04 2026 21:30:11
Что такое индукционная пайка. Принцип работы индукционной паяльной станции. Принцип работы нагревательного элемента. Изготовление индукционного паяльника своими руками в домашних условиях. Выбор материала для изготовления жала индукционной паяльной станции....
24 04 2026 7:47:17
В статье расскажем об особенностях планового отключения электроэнергии, а также представим варианты графиков. Готовимся сами к отключениям энергии, советы....
23 04 2026 3:30:11
Сейчас существует множество видов розеток, но для разных потребностей существуют различные методы их защиты. Мы расскажем как в них ориентироваться....
22 04 2026 4:17:28
Чем отличаются провод и кабель. Расчет нагрузки на проводку в квартире. Расчет сечения провода для электропроводки. Наиболее популярные кабели. Типы проводов: маркировки и расшифровка обозначений....
21 04 2026 20:42:19
Технические и эксплуатационные хаpaктеристики гибкого силового кабеля из меди и бронированных проводов из алюминия. Монтаж бронированного алюминиевого провода под землей. Способы применения гибких силовых кабелей....
20 04 2026 9:18:11
Как правильно выбрать кабель питания для компьютера и монитора: критерии выбора и на что обратить внимание. Основные хаpaктеристики сетевых шнуров для системных блоков: длина, тип вилки, цвет. Что зависит от качества сетевого кабеля для ПК....
19 04 2026 20:13:39
Заглушки для детей, их виды и модификации. Как сделать правильный выбор и как изготовить простейший вид заглушки своими руками....
18 04 2026 13:30:16
Обозначение конденсаторов на схеме. Технологическое подразделение конденсаторов на типы: электростатические, электролитические, двуслойные изделия. Конденсаторы с постоянной емкостью. Код номера конденсатора....
17 04 2026 13:34:43
Назначение и конструкция самодельного фена паяльника. Температура нагрева спирали. Изготовление держателя для паяльника. Монтаж схемы управления, распайка платы контроллера. Изоляция нагревательного элемента....
16 04 2026 9:30:28
Как выбрать стартёр для запуска люминесцентных ламп и затем правильно его подключить, а также какие-могут возникнуть неисправности....
15 04 2026 23:40:10
Что такое польская TV антенна и в чем заключаются ее особенности для приема сигнала цифрового телевидения. Технические хаpaктеристики польской антенны. Антенна решетка с усилителем для цифрового ТВ: как проверить плату усилителя мультиметром....
14 04 2026 11:22:50
Способы регулирования, контроля, управления освещением. Преимущества управления освещением на расстоянии и ее классификация....
13 04 2026 5:45:27
Нормы освещения производственных помещений должно повышать качество труда, снижать утомляемость, не допускать травматизма....
12 04 2026 16:14:40
Способы и причины заземления, а также зануления понижающих трaнcформаторов. Заземления трaнcформаторов освещения и тока....
11 04 2026 3:55:37
Как правильно выбрать аккумуляторный шуруповерт. Виды акб шуруповертов: какой аккумулятор лучше. Основные технические хаpaктеристики шуруповерта: мощность, вид патрона, типы аккумуляторов, совместимость. Самый маленький профессиональный шуруповерт....
10 04 2026 5:45:42
Способы подключения ламп через один, два выключателя, датчик движения или проходные выключатели, а также параллельное и последовательное подключение....
08 04 2026 16:56:23
Преимущества,особенности и конструкция металлогалогенных светильников, а также инструкция по их подключению от профессионального электрика....
07 04 2026 6:15:54
Расшифровка маркировок проводников (кабели, силовые шнуры и т.п.). Кабель резиновый подвижного типа тяжелый: области применения и хаpaктеристики. Правила монтажа кабеля КРПТ. Сечения гибкого кабеля КРПТ....
06 04 2026 13:43:11
Определение и классификация тензометров: различие в тензометрах в зависимости от принципа действия. Тензометр: механическое оборудование и электрические приборы. Струнные и оптические тензометры....
05 04 2026 21:23:47
Принцип работы и выбор измерительных трaнcформаторов применяемых для учёта электроэнергии. Самые распространённые схемы подключения....
04 04 2026 10:57:11
Знакомство с устройством светодиодных лент, способы регулирования их яркости и управление цветом. Подключение диммеров к светодиодным источникам света....
03 04 2026 21:31:39
Определение магнитного поля. Наглядное отображение линий (векторов) магнитной индукции. Магнитная индукция: определение вектора (направления) и сил взаимодействия катушек с электротоком по формуле. Определение магнитных потоков....
02 04 2026 16:56:42
Изготовление паяльной станции своими руками. Ремонтные и монтажные работы в современных микросхемах с помощью самодельной паяльной станции с феном. Выбор паяльника. Способы конструирования. Основные рекомендации и правила сборки прибора....
01 04 2026 3:25:41
Трековые светильники обеспечивают узконаправленный свет, устанавливаются в интерьерах квартир, домов, торговых залов и т.д....
31 03 2026 19:42:34
Особенности полярных изделий. Проводящие материалы, используемые в конденсаторах: алюминиевые и танталовые электролиты и изделия из полимеров. Особенности конструкции и включения НЭК....
30 03 2026 2:45:30
Пусковой конденсатор: определение, возможности и хаpaктеристики. Чем отличается пусковой конденсатор от рабочего. Как подобрать конденсатор для запуска однофазного электродвигателя. В чем сложность выбора такого конденсатора?...
29 03 2026 21:39:13
Функциональное использование магнитного пускателя ПМ-12. Хаpaктеристики и основные технические значения пускателей ПМ12. Принцип работы и комплектность. Монтаж и отличие от контакторов....
28 03 2026 9:37:37
Что такое заземление. Правила заземления электроустановки. Групповые сети и их заземление. Требования ПУЭ к организации заземляющего контура. Заземление: ПУЭ об организации заземлений на производстве....
27 03 2026 7:34:14
Основные электрические параметры диодов с барьером (переходом) Шоттки SS14. Способы монтажа, температура пайки и другие отличительные особенности диода SS 14. Подбор аналогов диоду SS-14....
26 03 2026 20:36:11
Как возникает ток. Определение силы тока с точки зрения физики. Поиск по формулам. Разница сил тока при переменном и постоянном электричестве....
25 03 2026 5:27:37
Схема и принцип работы зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов. Требования к самодельному устройству зарядки АКБ. Диодный мост для зарядного устройства своими руками. Как узнать состояние батареи....
24 03 2026 15:44:36
Установка, выбор автоматического выключателя, его подсоединение к сети. Подключение светильника к выключателю....
23 03 2026 14:14:27
Признаки повреждения резисторов. Проверка сопротивления мультиметром. Порядок проверки «подозрительного» резистора. Переменный резистор: правила проверки (прозвона). Измеряем позистор. Мультиметр: правила эксплуатации....
22 03 2026 10:44:38
Формулирование закона электромагнитной индукции (закон Фарадея). Опыты с электромагнитыми катушками. ЭДС индукции в проводнике: расчет индуктивного напряжения. Законы электролиза. Электромагнитная индукция: история и современное применение....
21 03 2026 1:55:48
Требования к электрической проводке с точки зрения ПУЭ. Выбор проводов для квартиры. Разделение цепей электропроводки в многоквартирном доме. Защитная аппаратура. Порядок монтажа электропроводки в квартире: правила прокладки проводов....
20 03 2026 0:28:31
Определение и взаимосвязь частоты и периодов тока. Взаимосвязь частотности и работы электрооборудования. Частотомер: назначение прибора. Высокая частота токов и ее применение в промышленности и медицинской технике....
19 03 2026 0:59:22
Детские светильники выполнены с применением источников света специально созданных для детей и позволяют подобрать модели для общего и локального освещения....
18 03 2026 4:37:50
Экзаменационные тесты для проверки знаний норм и правил работы в электроустановках в объеме группы ll по электробезопасности...
17 03 2026 5:34:26
Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::