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
Распиновка наушников (проводов и разъемов): необходимый инструмент и расходные материалы. Поиск неисправностей и прозвонка проводов. Ремонт динамика наушников....
29 05 2026 3:17:40
Щит учета электричества важная деталь в электромонтаже счетчиков и другой аппаратуры! Подключение металлических, пластиковых и уличных щитов это просто....
28 05 2026 11:22:15
Электробезопасность, как система мероприятий, правил и средств, призванная обеспечивать безопасность людей на производстве и в быту. Об охране труда на производстве: электробезопасность как основа отсутствия травматизма....
27 05 2026 19:47:55
Определение электролиза. Общая информация об электролизере. Принцип работы и виды электролизеров. Инструкция для самостоятельного изготовление электролизера и необходимые материалы. Электролизер в домашних условиях: техника безопасности....
26 05 2026 18:34:11
Освещение искусственное определяет качество нашей жизни и комфортные условия для пребывания человека в любом месте, а также обустраивает наше жилище....
25 05 2026 5:51:41
Мы представляем вам схему проводки и расскажем как выбрать питающий кабель, и произвести монтаж электропроводки и аппаратов защиты в гараже....
24 05 2026 8:12:34
Как изготовить антенну Харченко для приема дтв, дцв, дмв сигналов. Чертежи антенны Харченко. Необходимый для изготовления в домашних условиях инструмент и расходные материалы. Подключение к усилителю и телевизору....
23 05 2026 1:45:25
Многотарифные электросчетчики это один из лучших помощников в экономии электрической энергии, а его особенности могут сильно повлиять на выбор счетчика....
22 05 2026 13:45:26
Устройство и способы зажигания. Полная схема включения люминесцентных ламп. Упрощенные схемы: убираем стартер. Назначение электронного балласта. Схемы включения люминесцентных ламп: последовательная и параллельная....
20 05 2026 4:19:47
Освещение бассейна и нюансы в оформлении. Особенности общего освещения. Специфика в организации подводного света. Освещение по контуру и подсвечивание....
19 05 2026 6:12:55
Описание и принцип работы электромеханического стабилизатора. Электромеханический стабилизатор напряжения: устройство и основные узлы прибора. Автотрaнcформатор и щеточный узел. Сервопривод и блок электроники электромеханических стабилизаторов....
18 05 2026 21:29:25
Технические хаpaктеристика кабеля ШВВП. Расшифровка аббревиатуры. Область применения кабельной продукции с индексом ШВВП. Конструкционные особенности проводов ШВВП. Разновидности кабеля ШВВП....
17 05 2026 16:17:42
Способов прокладки кабеля очень много, мы расскажем как справиться с любым из них. Качественный монтаж, залог безопасности!...
16 05 2026 19:28:32
Как можно рассчитать число ампер в сети с применением закона Ома. Амперы как единицы измерения силы. Таблица единиц измерения и расчета мощности и напряжения. Для чего нужен амперметр. Техника безопасности при работе с электрическим током....
15 05 2026 1:40:42
Проект освещения должен выполняться специалистами. Выполняя такое проектирование самостоятельно, необходимо знание определенных норм и правил....
14 05 2026 3:51:45
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....
13 05 2026 16:36:51
Виды света и хаpaктеристики светового потока ламп накаливания, светодиодных и светосберегающих источников освещения. Единицы измерения. Определение светоотдачи, яркости и интенсивности освещения. Люксы, люмены, канделы: в чем измеряют свет....
12 05 2026 21:22:15
Tрaнcформаторы для галогенных ламп, их виды и питание, а также способы и схемы их подключения и использование в различных сферах....
11 05 2026 16:20:53
Лампы освещения накального, газоразрядного и светодиодного типов применяются для разных целей. Их используют в быту, на производстве и др. объектах....
10 05 2026 21:23:18
Аварийное освещение имеет ряд требований и является обязательным при строительстве объектов, относящихся к определенной категории....
09 05 2026 11:43:48
Конструкционно гибкий кабель канал отличен от простого, это нужно для использования его в особых условиях, данный вид канала распространен в промышленности....
08 05 2026 16:18:24
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....
07 05 2026 12:21:36
Определение электромагнитного излучения. Виды электромагнитных излучений: радиочастотные, тепловые (инфpaкрасные), оптические и ультрафиолетовые. Природа и классификация источников-излучателей....
06 05 2026 11:19:42
Действие тока на организм: термическое, химическое, биологическое и механическое воздействие электротока на человека. Классификация поражения током. Первая помощь при поражении электрическим током....
05 05 2026 4:35:59
Светодиоды для аквариума - важная составляющая системы жизнеобеспечения и комфортные условия существования организмов-гидробионтов....
03 05 2026 5:59:20
Инструментарий для работы с кабелем и коннекторами rj45. Ножничные и выдвижные кримперы. Кабельные стpиппepы. Тестеры rj45. Виды инструмента, правила пользования. Универсальный обжимной инструмент....
01 05 2026 5:25:41
Выбор низковольтового паяльника 12в. Диапазон использования инструмента. Изготовление паяльника 12 вольт своими руками. Ограничения по мощности автомобильного паяльника. Подключение паяльника к сети автомобиля....
30 04 2026 15:56:36
Методы регулировки освещенности: реостатный или симисторный. Две группы выключателей с регулировкой яркости по конструктивному исполнению. Разновидности комнатных светорегуляторов. Типы используемых в выключателях с регулятором яркости ламп....
29 04 2026 18:20:48
Любая работа требует высококачественного инструмента. Мы расскажем вам о лучших инструментах для электрика, которые помогут вам в самой сложной ситуации!...
28 04 2026 8:54:16
Принцип действия стабилизатора. Виды стабилизаторов: электронные, электромеханические и феррорезонансные стабилизаторы. Применение и эксплуатационные хаpaктеристики. Что такое байпас (Bypass) в стабилизаторе. Схема байпаса....
27 04 2026 2:37:19
Что такое пресс клещи КВТ и где они могут применяться. Особенности и технические хаpaктеристики различных видов обжимных клещей КВТ: пневматические, ручные и электрические. Как правильно пользоваться пресс клещами....
26 04 2026 4:34:34
Принцип работы ксеноновых ламп. Главные свойства, применение, основные составляющие изделий. Маркировка и срок службы ламп под ксенон. Советы при выборе....
25 04 2026 22:54:37
Классификация импульсных преобразователей напряжений электротоков. Состав (функциональные узлы) преобразователя напряжения. Достоинства и недостатки преобразовательных устройств. Применение преобразователей в быту....
24 04 2026 6:46:17
Заглушки для детей, их виды и модификации. Как сделать правильный выбор и как изготовить простейший вид заглушки своими руками....
23 04 2026 13:55:47
Время токовые хаpaктеристики автоматических выключателей бывают А, B, C, D, Z, К типов. Они отличаются соотношениями между действующим и номинальным токами....
22 04 2026 4:25:16
Кому присваивается 1 группа ЭБ. Таблица видов проводимых инструктажей. Программа инструктажа по электробезопасности на 1 группу. Требования по электробезопасности в процессе работы. Классификация травм....
21 04 2026 16:42:58
Для чего нужна паяльная станция. Правильный выбор прибора. Правила работы, температурные режимы, принцип действия. Разновидности, типы нагревательных элементов паяльников. Дополнительные возможности устройства....
20 04 2026 15:39:58
Лампы накаливания широко используемые в быту и промышленности. Они различаются по конструкции, мощности, световой отдаче и дизайну....
18 04 2026 14:56:33
Законы Фарадея и Ленца. Определение формулы ЭДС. Движение провода в магнитном поле. Что такое вращающаяся катушка. Понятие взаимоиндукци. Электромагнитная индукция: расчет электродвижущей силы по формуле....
16 04 2026 17:24:54
Инфpaкрасные лампы и светильники воспринимается в виде тепла, света и лечебного воздействия, что позволило применять такие изделия для различных целей....
15 04 2026 16:25:23
Основные хаpaктеристики и принцип работы инверторного стабилизатора напряжения. Преимущества и недостатки инверторных стабилизаторов напряжения. Особенности выбора устройств. Стабилизатор напряжения с двойным преобразованием....
14 04 2026 10:39:46
Особенности выбора светодиодов: требования к осветительным элементам. Устройство, особенности конструкции и схема светодиодной лампы. Схемные решения и необходимые детали. Светодиодные светильники своими руками....
13 04 2026 23:54:25
Классификация муфт по назначению и типу изоляции. Назначение концевой муфты. Концевая термоусаживаемая муфта: материал изготовления. Схематическое изображение. Технология монтажа концевых термоусаживаемых муфт....
12 04 2026 16:18:18
Как подключить вольтметр? Как пользоваться амперметром? Принцип действия электроизмерительных приборов с примерами, и советами....
11 04 2026 3:26:24
Строение NYM-кабеля. Основные хаpaктеристики кабеля NYM. Преимущества и недостатки НУМ кабелей. Области применения, способы монтажа, производители и условия хранения кабельной продукции с маркировкой NYM....
10 04 2026 6:14:33
Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::