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
Назначение и достоинства напольных кабельных каналов для размещения проводки. Виды кабель-каналов. Напольные ПВХ короба жесткого типа. Инструментарий, необходимый для прокладки кабель-канала. Виниловый кабель канал....
07 05 2026 4:39:53
Проблемы в электропроводке. Неисправности люстр и светильников. Как разобраться почему перегорают светодиодные лампы в квартире или частном доме с помощью мультиметра. Симптомы неисправности и системные решения....
06 05 2026 20:18:48
Принцип действия и технические хаpaктеристики вольтметров: электромеханические и электронные аппараты. Подключение вольтметра к цепи переменного и постоянного тока....
05 05 2026 1:35:33
Частота вращения: формула. Синхронные и асинхронные электромашины. Синхронная скорость и скольжение. Расчет и регулировка частоты вращений. Номинальная скорость вращения в двигателях постоянного тока....
04 05 2026 21:48:31
Подключение и установка наружной розетки дело важное, она должна соответствовать параметрам необходимым для безопасного использования....
03 05 2026 8:39:50
Выбираем микропаяльник для пайки электросхем. Критерии выбора, назначение и область применения маленького паяльника. Виды паяльников и особенности конструкции. Температура жала. Нихромовые, керамические и индукционные приборы....
02 05 2026 18:25:34
Категории сотрудников, допускаемые к работам в электроустановках. Виды допусков для выполнения работ на электрических установках. Нормативные документы о периодичности обучения электробезопасности на предприятиях....
01 05 2026 10:22:43
Применение многоцветной (RGB) ленты. Конструкция led-ленты. Управление цветом rgb-ленты с помощью пульта дистанционного управления. Управление led-лентой при помощи Ардуино. Питание светодиодных ленты....
30 04 2026 3:19:27
Как образуется типовой ряд номиналов резисторов. Технологические нюансы производства радиотехнических изделий. Особенность изготовления резистивных элементов. Ряды сопротивлений резистора: таблица. Ряд сопротивления Е24....
29 04 2026 0:21:32
Конструкция светодиодной ленты. Основные параметры LED-лент 220в. О светодиодных лентах 220в: схема сборки ленты, выбор драйвера и блока питания. Способы подключить светодиодную ленту 12в к сети 220в....
28 04 2026 5:25:15
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....
27 04 2026 17:29:26
Подготовка к замене, выбор правильного места. Основные инструменты и материалы для грамотного переноса розетки, пошаговая инструкция, а также фото и видео....
26 04 2026 20:21:56
Конструкция и принцип работы светодиодных ламп. Определение неисправности и разборка. Проверка светодиода. Ремонт светодиодной лампы: необходимые инструменты и материалы. О ремонте светодиодных люстр....
25 04 2026 1:50:21
Основные понятия электротехники. Круг вопросов, рассматриваемых в большинстве курсов по электротехнике. Определения электромагнетизма, переменного тока и электрических машин (электродвигатели и генераторы)....
24 04 2026 23:24:27
Что такое ОДН по электроэнергии? Нормативы на ОДН по электроэнергии в многоквартирных домах в разных регионах. Порядок расчета ОДН по общедомовому счетчику. Сверхнормативное потрeбление электроэнергии на общедомовые нужды....
23 04 2026 3:44:18
Что представляют собой точечные светильники. Как грамотно организовать подготовительный и монтажный процесс подключения точечного светильника...
22 04 2026 4:29:27
Пути вычисления электрических схем. Категории элементов и устройств электрической цепи. Метод расчета по законам Ома и Кирхгофа. Метод преобразования электроцепи. Дополнительные методы расчета цепей....
21 04 2026 22:36:27
Система дистанционного управления для потолочных светильников. Принцип дистанционного управления: радиус действия, защита от помех и посторонних сигналов. Места установки контроллеров ДУ....
20 04 2026 10:49:47
Необходимые знания для радиолюбителей. Рекомендации радиолюбителю. Метод сборки схем: монтаж навесной или на печатной плате. От простого к сложному: с какой схемы начать. Способы монтажа печатных плат: механический, химический, лазерно-утюжный....
19 04 2026 1:54:23
Зарядное устройство аккумуляторов шуруповерта. Разновидности устройств для зарядки батарей. Дополнительные функции устройств для зарядки. Ремонт и модернизация зарядных приборов своими руками. Форм фактор, совместимость....
18 04 2026 20:29:22
Структурная схема ИП. Выбор питаемого источника. Схема высокочастотного трaнcформатора....
17 04 2026 16:50:20
Устройство диммера для паяльника и особенности его работы. Простейшие способы регулировки мощности и нагрева паяльника от наших экспертов....
16 04 2026 5:52:29
Экзаменационные тесты для проверки знаний норм и правил работы в электроустановках в объеме группы lll по электробезопасности...
15 04 2026 14:47:54
Возможные способы прокладки при замене проводки в панельном доме своими руками: от простейших вариантов, до прокладки кабель-каналов. Подготовительные работы. Штробление, изъятие и монтаж....
14 04 2026 1:41:48
Место расположения розеток в квартире в первую очередь это удобство эксплуатации. Мы приведем пример правильного распределения розеток по квартире....
13 04 2026 1:27:26
Как часто требуется замена электрического счетчика: нормативы и межповерочный интервал. Виды счетчиков электроэнергии. Какими параметрами обладают электросчетчики. Преимущества двухтарифных и трехтарифных моделей....
12 04 2026 1:38:52
Выбор низковольтового паяльника 12в. Диапазон использования инструмента. Изготовление паяльника 12 вольт своими руками. Ограничения по мощности автомобильного паяльника. Подключение паяльника к сети автомобиля....
11 04 2026 21:54:39
Принцип работы и технические хаpaктеристики генератора тока (переменного). Виды и конструкция генераторов. Трехфазные и автогенераторы. Устройство автомобильного генератора....
10 04 2026 2:20:51
Обустройство параллельного включения. Последовательное и смешанное подключение. Соединение проводников. О параллельном подключении лампочек: схема подключения, обозначения на схеме....
09 04 2026 2:48:21
Электрический ток и электрическое напряжение в физике и электротехнике. Определение сопротивления и мощности. Взаимосвязь параметров электрической цепи и формула напряжения тока. Основные хаpaктеристики напряжения, электротока и сопротивления...
08 04 2026 7:23:44
Заглушки для детей, их виды и модификации. Как сделать правильный выбор и как изготовить простейший вид заглушки своими руками....
07 04 2026 19:35:18
Незаконное отключение электричества, основные причины. Что произойдет, если не оплатить счет за коммунальные услуги, советы, способы подключения к сети....
06 04 2026 12:44:38
Суперконденсатор как устройство для накопления электрической энергии. Особенности конструкции и производители суперконденсаторов. Виды суперэлектролитов. Области применения. Достоинства и недостатки конденсаторных изделий....
05 04 2026 15:39:13
Хаpaктеристики и оценка эффективности бытовых антенн Дельта. Конструкция и параметры антенны Дельта. Порядок подключения к телевизионному приемнику и особенности эксплуатации....
02 04 2026 17:27:38
Триггерные схемы на транзисторах, реле и микросхемах. Триггер (Trigger) Шмитта. Триггеры на логических элементах и на операционном усилителе. Преимущества применения триггерных схем логики....
01 04 2026 17:34:25
Сайт Amperof.ru это ваш помощник по электротехнике, электрооборудованию и электроснабжению! Портал для любителей нашей тематики....
31 03 2026 6:29:40
Выбор подходящей конструкции: сравнение горизонтальных и вертикальных исполнений ветряных генераторов. Особенности конструкции лопастей. Изготовление ветрогенераторов своими руками из автомобильного генератора....
30 03 2026 14:46:29
Устройство приборов и хаpaктерные признаки. Выключатели механического типа и магнитные приборы. Правила монтажа концевых выключателей двери. Применение концевых выключателей для управления дверьми....
29 03 2026 7:45:39
Преимущества программирования различных схем электропроводки. Что может программа для проектирования электропроводки в доме: расчет схем электроснабжения, подсчет общих потерь напряжения, расчет объема кабельной продукции и другие полезные функции....
28 03 2026 7:14:39
Расшифровка и технические хаpaктеристики кабеля АВВГ. Маркировка жил на основе алюминия согласно ГОСТ. АВВГ-кабель: области применения, правила монтажа и эксплуатационный срок....
27 03 2026 11:37:43
Особенности организации освещения мансарды. Определенные правила освещенности на мансарде. Освещение мансарды, балконов или лоджий....
26 03 2026 18:10:52
Что называют наведенным напряжением. Природа явления наведенного напряжения. Какую опасность представляет из себя наведенное напряжение, как возникает в проводах. Какая сила тока может быть в наведенном напряжении....
24 03 2026 7:36:48
Классификация клеммников, преимущества и недостатки устройств. Самозажимной пружинный клеммник - простота и надежность применения. Недостатки быстрозажимного клеммника. Как правильно выбрать клеммники....
23 03 2026 10:25:20
Классификация муфт по назначению и типу изоляции. Назначение концевой муфты. Концевая термоусаживаемая муфта: материал изготовления. Схематическое изображение. Технология монтажа концевых термоусаживаемых муфт....
22 03 2026 8:16:43
Промышленные светильники индукционные, классификация, преимущества и недостатки . Основные части установки, рекомендации при выборе индукционной лампы....
21 03 2026 19:20:57
В зависимости от разных ситуаций (есть счетчик, нет счетчика, нет возможности снять показания и т.д.) существуют разные тарифы на электроэнергию....
20 03 2026 13:28:24
Аварийное освещение обязательная часть мер безопасности для снижения рисков в случаях нарушении рабочего цикла или возникновении пожара....
19 03 2026 8:23:12
Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::