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
Монтаж электрооборудования - ответственные операции. Их выполняют с соблюдением действующих правил и придерживаясь техники безопасности....
06 06 2026 15:27:18
Единица измерения емкости в системе СИ и других системах. Фарады через основные единицы системы. Определение кратных единиц ёмкости. Таблица перевода дольных единиц. Маркировка конденсаторов. Кодировка больших по размерам устройств...
05 06 2026 18:12:42
Монтаж освещения выполняется после составления проекта в соответствии с требованиями электротехнической безопасности и с учетом особенностей интерьера....
04 06 2026 0:16:39
Преимущества использования кабель каналов для проводки. Виды электромонтажных каналов по материалу и месту расположения. Конструкция кабель-канала. Короба для электропроводки пластиковые: размеры и виды....
03 06 2026 11:26:30
Многотарифный счетчик поможет легко экономить на электроэнергии. А его монтаж, установка и выбор это очень простая задача!...
02 06 2026 6:51:47
Возникновение и опасность статического электричества: как возникают статические заряды. Статическое электричество и защита от него на производстве и в быту. Комплекс мер и мероприятий, помогающих предотвратить образование электростатических разрядов....
01 06 2026 10:30:32
Разновидности изолент: лента изоляционная ХБ или тряпочная, ПВХ рулонная изолента. Из чего изготавливают изоляционную ленту. Сферы применения изоленты. Термоусадочная лента. Варианты клеевых покрытий. Преимущества изолент....
31 05 2026 17:10:38
Розетка на 380 вольт служит для подключения мощных электроприборов. Мы расскажем все о классификации и монтаже данной розетки....
30 05 2026 0:47:56
Полная инструкция по проектированию и расчету электропроводки в частном доме, а также выбор проводника и защитной аппаратуры. Прокладка кабеля и заземление....
29 05 2026 0:48:41
Как паять светодиодную ленту и полезные рекомендации всего процесса. Что нужно для того, чтобы спаять светодиодную ленту....
27 05 2026 6:14:24
Расчёт количества и мощности светильников, а также ламп для освещения жилых и производственных помещений. Расчет прожекторного освещения....
26 05 2026 11:28:39
Электрическая структура и схема диода. Классификация и маркировка диодов. Полупроводниковые диоды: преимущества непосредственного включения в схему. Выпрямительный полупроводниковый диод: принцип работы выпрямителя....
25 05 2026 10:57:19
Основные определения и правила прокладки электропроводки. Прокладка проводов выполняется после составления исполнительной схемы, учитывая некоторые нюансы....
24 05 2026 5:55:58
Обозначение конденсаторов на схеме. Технологическое подразделение конденсаторов на типы: электростатические, электролитические, двуслойные изделия. Конденсаторы с постоянной емкостью. Код номера конденсатора....
23 05 2026 10:42:18
Особенности и формулы расчёта однофазных, трехфазных и тороидальных трaнcформаторов. Типы сердечников магнитопровода....
22 05 2026 1:15:36
Подключаем проводы к выключателю самостоятельно - в статье собраны советы и правила, а также схемы которые помогут создать разводку кабеля к выключателям....
21 05 2026 4:27:58
Особенности нагревательной процедуры: типовая методика. Особенности греющих кабелей: методики подключения к трaнcформатору. Рекомендации по монтажу провода для прогрева бетона: расчеты параметров кабельной системы....
20 05 2026 4:55:10
Расшифровка и технические хаpaктеристики кабеля AWG: электрические и механические хаpaктеристики. Таблица перевода номеров AWG в дюймы и миллиметры. Особенности американской маркировки проводов AWG....
19 05 2026 6:15:45
А также что нужно знать о селективности УЗО, какие причины сpaбатывания защитного устройства, трехфазное и однофазное УЗО....
18 05 2026 22:36:24
RS, JK и PC триггеры: принципы работы. Классификация последовательных схем: синхронные, асинхронные и комбинированные. Представление работы триггеров в таблице истинности и временной диаграмме синхронизации....
15 05 2026 8:19:33
Принцип работы электронного счетчика электроэнергии, все его компоненты. Преимущества такой установки по сравнению с индкуционным счетчиком, фото, видео....
14 05 2026 3:51:24
Опломбировка электросчетчиков. Виды пломб. Процесс пломбировки счетчика. Как выглядит специализированная заводская пломба, гарантирующая полную исправность и бесперебойную работоспособность электросчетчика....
13 05 2026 1:19:51
Что такое провод СИП: хаpaктеристика самонесущего изолированного провода, конструкция и состав. Преимущества СИП-кабеля. Виды кабелей СИП, правила монтажа самонесущих изолированных проводов....
12 05 2026 16:20:35
Виды электросчётчиков: индукционные и электронные. Как правильно снимать показания электросчётчика. Форма оплаты для физических лиц. Правильность заполнения квитанций. Оплата электроэнергии по счетчику....
10 05 2026 12:29:22
Расшифровка и технические хаpaктеристики кабеля ТППЭП. Маркировка жил на основе алюминия согласно ГОСТ. ТППЭП-кабель: области применения, правила монтажа и эксплуатационный срок....
09 05 2026 22:50:10
Формула и расчет КПД электрической цепи. Для чего нужен расчет коэффициента полезного действия. Определение мощности. Нахождение тока и определение значений для каждого элемента в электрической цепи....
08 05 2026 1:29:35
КВ антенна своими руками: конструкция и расчеты. Эффективные проволочные кв антенны для дальней связи. Укороченные антенны для радиолюбителей на 7 Мгц. Настройка антенн и контуров с помощью генератора помех....
07 05 2026 20:12:40
Как спаять диодный мост: схема для изготовления. Состав выпрямительного модуля. Принцип действия диодного моста. Самостоятельное изготовление: необходимые инструменты и расходные материалы....
06 05 2026 16:22:59
Назначение люксометров. Устройство и принцип функционирования прибора. Правила измерительного процесса люксометром. Как выбрать подходящий прибор. Комплектации устройств....
05 05 2026 8:31:35
Требования к силовым штепсельным соединениям. Маркировка и электрические параметры розетки трехфазной. Конструкция и монтаж розетки. Подключение разъема розеток трехфазных, электрических....
04 05 2026 2:41:22
Tрaнcформаторы для галогенных ламп, их виды и питание, а также способы и схемы их подключения и использование в различных сферах....
03 05 2026 21:42:45
Неисправность электропроводки как одна из наиболее распространенных причин короткого замыкания. Действия при возгорании электропроводки. Виды и область применения огнетушителей. Каким огнетушителем нельзя тушить электропроводку под напряжением....
02 05 2026 22:15:49
Кольцевой выключатель: самый простой датчик движения. Световые датчики движения. Использование емкостных реле. Изготовление лазерных датчиков в домашних условиях. Платформы для конструирования самоделок....
01 05 2026 22:29:10
Правило и применение делителя напряжений в радиоэлектронике. Принцип делителей напряжений, виды схем и расчетные формулы. Закон Кирхгофа и закон Ома. Примеры расчетов. Калькулятор онлайн....
30 04 2026 0:54:47
Вольтметр на основе микропроцессора: подготовка платы и блока питания. Изготовление цифрового вольтметра своими руками в домашних условиях. Сборка и настройка прибора. Пайка на плате с применением активного флюса. Милливольтметр переменного тока....
29 04 2026 0:52:49
Правила параллельного соединения резисторов. Расчеты мощности и силы тока в проводниках при параллельном соединении резисторов. Примеры формул. Отличия от последовательного и смешанного соединений....
28 04 2026 0:14:10
Маркировка корпуса электроприборов. Расшифровка: что обозначают первая и вторая цифры в маркировке IPXX. Таблица кодов защиты. Класс (степень) защиты IPX7. Тестирование электроизделий погружением....
27 04 2026 16:42:15
Какое оборудование подразумевается под электроустановкой. Как делятся электроустановки по условиям электробезопасности. Общие правила по электрической безопасности при работе на электроустановках....
26 04 2026 4:37:30
Экстренная реанимация батареи "на один звонок". Использование пальчиковой батарейки. Солнечные батареи и переносные зарядные устройства. Зарядка для телефона без розетки за городом и на отдыхе....
25 04 2026 20:55:55
Для чего нужен ограничивающий резистор. Расчёт сопротивления резистора и его мощности. Шунтирование светодиодов резистором....
24 04 2026 1:45:52
Для чего нужна паяльная станция. Правильный выбор прибора. Правила работы, температурные режимы, принцип действия. Разновидности, типы нагревательных элементов паяльников. Дополнительные возможности устройства....
23 04 2026 10:12:29
Определение охранной зоны ЛЭП: протяженность опасной территории. Особенности охранных зон линий электропередач. Охранная зона ЛЭП: длина и ширина согласно санитарным нормам. Чем опасно пребывание рядом с линией электропередачи. Нормативные документы....
22 04 2026 20:18:14
Виды радиоэлементов: активный и пассивный тип. Маркировка и обозначение радиодеталей на электросхемах. Европейская система маркировки полупроводников широкого распространения (таблица)....
21 04 2026 6:22:19
Определение индуктивного сопротивления. Что такое индуктивное сопротивление катушки индуктивности. Формулы для расчетов. Применение формул для получения верных расчетов во многих отраслях промышленности, электротехнике и энергетике....
20 04 2026 10:54:22
Рабочая категория электромонтера. Основные функции, права и обязанности по ремонту. За что он ответственен и с какими службами взаимодействует. Фото, видео....
19 04 2026 4:39:43
Принцип действия трёхфазного асинхронного электродвигателя. Соединение катушек при подключении трехфазных двигателей к сети 220В. Подключение фазосдвигающих конденсаторов. Как переделать схему вращения в реверсивную....
18 04 2026 19:53:26
Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::