Kondensatorer, egenskaper til en kondensator, betegnelse av kondensatorer på diagrammer, grunnleggende parametere. Hva slags enhet er en kondensator? Kondensatorlading Kapasitet til parallell- og seriesystemer

  • Oversettelse

Hvis du regelmessig lager elektriske kretser, har du sannsynligvis brukt kondensatorer. Det er en standard kretskomponent, akkurat som motstand, som du bare tar fra hylla uten å tenke på. Vi bruker kondensatorer for å jevne ut spennings-/strømrippel, for å matche belastninger, som en strømkilde for enheter med lav effekt og andre applikasjoner.

Men en kondensator er ikke bare en boble med to ledninger og et par parametere - driftsspenning og kapasitans. Det er et stort utvalg av teknologier og materialer med forskjellige egenskaper som brukes til å lage kondensatorer. Og selv om i de fleste tilfeller nesten enhver kondensator med passende kapasitet vil gjøre for enhver oppgave, kan en god forståelse av hvordan disse enhetene fungerer hjelpe deg med å velge ikke bare den riktige, men den som passer best. Hvis du noen gang har hatt et problem med temperaturstabilitet eller oppgaven med å finne kilden til ekstra støy, vil du sette pris på informasjonen i denne artikkelen.


La oss starte enkelt

Det er best å begynne enkelt og beskrive de grunnleggende prinsippene for hvordan kondensatorer fungerer før du går videre til de virkelige enhetene. En ideell kondensator består av to ledende plater atskilt av et dielektrikum. Ladningen samler seg på platene, men kan ikke flyte mellom dem - dielektrikumet har isolerende egenskaper. Dette er hvordan kondensatoren akkumulerer ladning.

Kapasitans måles i farad: en kondensator på én farad produserer en spenning på én volt hvis den inneholder en ladning på én coulomb. Som mange andre SI-enheter er det en upraktisk størrelse, så med mindre du teller superkondensatorer, som vi ikke vil snakke om her, vil du sannsynligvis ende opp med mikro-, nano- og picofarads. Kapasitansen til enhver kondensator kan utledes fra dens dimensjoner og dielektriske egenskaper - hvis du er interessert, kan formelen for dette finnes på Wikipedia. Du trenger ikke å lære det utenat med mindre du studerer til en eksamen, men det inneholder ett nyttig faktum. Kapasitansen er proporsjonal med dielektrisitetskonstanten εr til dielektrikumet som er brukt, noe som har resultert i at en rekke kondensatorer er kommersielt tilgjengelige ved bruk av forskjellige dielektriske materialer for å oppnå større kapasitanser eller forbedre spenningsegenskaper.

Elektrolytisk aluminium


Elektrolytiske kondensatorer av aluminium bruker et anodisk oksidasjonslag på en aluminiumsplate som en dielektrisk plate, og elektrolytten fra en elektrokjemisk celle som den andre platen. Tilstedeværelsen av en elektrokjemisk celle gjør dem polare, det vil si at likespenningen må påføres i én retning, og den anodiserte platen må være anoden, eller positiv.

I praksis er platene deres laget i form av en sandwich av aluminiumsfolie, pakket inn i en sylinder og plassert i en aluminiumsboks. Driftsspenningen avhenger av dybden på det anodiserte laget.

Elektrolytiske kondensatorer har den største kapasitansen blant vanlige, fra 0,1 til tusenvis av mikrofarader. På grunn av den tette pakningen av den elektrokjemiske cellen har de en stor ekvivalent serieinduktans (ESI, eller effektiv induktans), som er grunnen til at de ikke kan brukes ved høye frekvenser. De brukes vanligvis til strømutjevning og frakobling samt kobling ved lydfrekvenser.

Tantal elektrolytisk



Overflatemontert tantalkondensator

Tantalelektrolytiske kondensatorer er produsert som en sintret tantalanode med et stort overflateareal som et tykt lag med oksid vokser på, og deretter plasseres en mangandioksidelektrolytt som katode. Kombinasjonen av det store overflatearealet og de dielektriske egenskapene til tantaloksid resulterer i høy kapasitans per volum. Som et resultat er slike kondensatorer mye mindre enn aluminiumskondensatorer med sammenlignbar kapasitet. Som sistnevnte har tantalkondensatorer polaritet, så likestrøm må flyte i nøyaktig én retning.

Deres tilgjengelige kapasitans varierer fra 0,1 til flere hundre mikrofarader. De har mye lavere lekkasjemotstand og ekvivalent seriemotstand (ESR), noe som gjør dem brukt i testing, instrumentering og avanserte lydapplikasjoner der disse egenskapene er nyttige.

Når det gjelder tantalkondensatorer, er det nødvendig å spesielt overvåke feilstatusen; det hender at de tar fyr. Amorft tantaloksid er et godt dielektrikum, og i krystallinsk form blir det en god leder. Feil bruk av en tantalkondensator - for eksempel påføring av for mye startstrøm - kan føre til at dielektrikumet endrer form, noe som vil øke strømmen som går gjennom den. Det er sant at tidligere generasjoner av tantalkondensatorer hadde et rykte for brannproblemer, og forbedrede produksjonsmetoder har ført til mer pålitelige produkter.

Polymer filmer

En hel familie av kondensatorer bruker polymerfilmer som dielektrikum, og filmen er enten klemt mellom vridde eller sammenflettede lag av metallfolie eller har et metallisert lag på overflaten. Driftsspenningen deres kan nå opptil 1000 V, men de har ikke høye kapasitanser - dette er vanligvis fra 100 pF til noen få mikrofarader. Hver type film har sine fordeler og ulemper, men generelt har hele familien lavere kapasitans og induktans enn elektrolytiske. Derfor brukes de i høyfrekvente enheter og for frakobling i elektrisk støyende systemer, så vel som i generelle systemer.

Polypropylenkondensatorer brukes i kretser som krever god termisk og frekvensstabilitet. De brukes også i kraftsystemer, for å undertrykke EMI, i systemer som bruker høyspente vekselstrømmer.

Polyesterkondensatorer, selv om de ikke har samme temperatur- og frekvensegenskaper, er billige og tåler høye temperaturer når de er loddet for overflatemontering. På grunn av dette brukes de i kretser beregnet for bruk i ikke-kritiske applikasjoner.

Kondensatorer av polyetylennaftalat. De har ikke stabile temperatur- og frekvensegenskaper, men tåler mye høyere temperaturer og påkjenninger sammenlignet med polyester.

Polyetylensulfidkondensatorer har temperatur- og frekvensegenskapene til polypropylen, og tåler i tillegg høye temperaturer.

I gammelt utstyr kan du komme over kondensatorer av polykarbonat og polystyren, men nå brukes de ikke lenger.

Keramikk


Historien til keramiske kondensatorer er ganske lang - de har blitt brukt fra de første tiårene av forrige århundre til i dag. Tidlige kondensatorer var et enkelt lag med keramikk, metallisert på begge sider. Senere er også flerlags, hvor plater med metallisering og keramikk er ispedd. Avhengig av dielektrikumet varierer deres kapasitanser fra 1 pF til titalls mikrofarader, og spenningene når kilovolt. I alle elektronikkindustrier der det kreves lav kapasitans, kan både enkeltlags keramiske disker og flerlags overflatemonterte stabelkondensatorer finnes.

Den enkleste måten å klassifisere keramiske kondensatorer er ved hjelp av dielektrikum, siden de er det som gir kondensatoren alle dens egenskaper. Dielektrikum er klassifisert i henhold til trebokstavskoder, som krypterer driftstemperatur og stabilitet.

C0G har bedre stabilitet i kapasitans med hensyn til temperatur, frekvens og spenning. Brukes i høyfrekvente kretser og andre høyhastighetskretser.

X7R har ikke så gode temperatur- og spenningsegenskaper, derfor brukes de i mindre kritiske tilfeller. Dette inkluderer vanligvis frakobling og ulike universelle applikasjoner.

Y5V har mye høyere kapasitet, men deres temperatur- og spenningsegenskaper er enda lavere. Brukes også til frakobling og i ulike generelle applikasjoner.

Siden keramikk ofte også har piezoelektriske egenskaper, viser noen keramiske kondensatorer også en mikrofonisk effekt. Hvis du har jobbet med høye spenninger og frekvenser i lydområdet, for eksempel med rørforsterkere eller elektrostatikk, kan det hende du har hørt kondensatorene «synge». Hvis du brukte en piezoelektrisk kondensator for å gi frekvensstabilisering, kan du finne ut at lyden moduleres av omgivelsenes vibrasjoner.

Som vi allerede har nevnt, tar denne artikkelen ikke sikte på å dekke alle kondensatorteknologier. Ved å ta en titt på elektronikkkatalogen vil du finne at noen av de tilgjengelige teknologiene ikke dekkes her. Noen tilbud fra kataloger er allerede utdaterte, eller har en så smal nisje at du oftest ikke kommer over dem. Håpet vårt var å avmystifisere noen av de populære kondensatormodellene og hjelpe deg med å velge de riktige komponentene når du designer dine egne enheter. Hvis vi har vekket appetitten din, kan det være lurt å sjekke artikkelen vår om induktorer.

Vennligst skriv om eventuelle unøyaktigheter eller feil du finner via

Elektriske kondensatorer brukes til å lagre elektrisitet. Den enkleste kondensatoren består av to metallplater - plater og et dielektrikum plassert mellom dem. Hvis du kobler en strømkilde til kondensatoren, vil motsatte ladninger vises på platene og et elektrisk felt vil dukke opp som tiltrekker dem mot hverandre. Disse ladningene forblir etter at strømkilden er slått av, energien lagres i det elektriske feltet mellom platene.

Kondensator parameter Kondensator type
Keramikk Elektrolytisk Basert på metallisert film
2,2 pF til 10 nF 100 nF til 68000 µF 1 µF til 16 µF
±10 og ±20 ±10 og ±50 ±20
50 - 250 6,3 - 400 250 - 600
Kondensatorstabilitet Tilstrekkelig Dårlig Tilstrekkelig
-85 til +85 -40 til +85 -25 til +85

I keramiske kondensatorer er dielektrikumet keramikk av høy kvalitet: ultraporselen, tikond, ultrasteatitt, etc. Foringen er et sølvlag påført overflaten. Keramiske kondensatorer brukes i isolasjonskretser til høyfrekvente forsterkere.

I elektrolytiske polare kondensatorer er dielektrikumet et oksidlag avsatt på en metallfolie. Den andre foringen er laget av papirtape impregnert med elektrolytt.

I fastoksidkondensatorer erstattes det flytende dielektrikumet med en spesiell ledende polymer. Dette lar deg øke levetiden (og påliteligheten). Ulempene med solid oksid kondensatorer er høyere pris og spenningsbegrensninger (opptil 35 V).

Oksydelektrolytiske og solid-state kondensatorer er preget av høy kapasitans, med relativt små størrelser. Denne funksjonen bestemmes av det faktum at tykkelsen på oksid - dielektrisk er veldig liten.

Når du kobler oksidkondensatorer til en krets, må polariteten overholdes. Ved polaritetsbrudd eksploderer elektrolytiske kondensatorer, solid-state kondensatorer feiler ganske enkelt. For fullstendig å unngå muligheten for eksplosjon (for elektrolytiske kondensatorer), er noen modeller utstyrt med sikkerhetsventiler (ikke tilgjengelig for solid-state kondensatorer). Anvendelsesområdet for oksid (elektrolytiske og solid-state) kondensatorer er å skille kretser av lydforsterkere, utjevning av filtre for likestrømforsyninger.

Kondensatorer basert på metallisert film brukes i høyspente strømforsyninger.

Tabell 2.
Egenskaper til glimmerkondensatorer og kondensatorer basert på polyester og polypropylen.

Kondensator parameter Kondensator type
Glimmer Polyester basert Basert på polypropylen
Kondensatorens kapasitansområde 2,2 pF til 10 nF 10 nF til 2,2 µF 1 nF til 470 nF
Nøyaktighet (mulig spredning av kondensatorkapasitansverdier), % ± 1 ± 20 ± 20
Driftsspenning til kondensatorer, V 350 250 1000
Kondensatorstabilitet Utmerket flink flink
Område for endringer i omgivelsestemperatur, o C -40 til +85 -40 til +100 -55 til +100

Glimmerkondensatorer lages ved å legge glimmerplater mellom folieplater, eller omvendt - ved å metallisere glimmerplater. Glimmerkondensatorer brukes i lydgjengivelsesenheter, høyfrekvente støyfiltre og generatorer. Polyesterbaserte kondensatorer er kondensatorer for generell bruk, mens polypropylenbaserte kondensatorer brukes i høyspente likestrømskretser.

Tabell 3.
Egenskaper til glimmerkondensatorer basert på polykarbonat, polystyren og tantal.

Kondensator parameter

Kondensator type

Polykarbonat basert

Basert på polystyren

Tantal basert
Kondensatorens kapasitansområde 10 nF til 10 µF 10 pF til 10 nF 100 nF til 100 µF
Nøyaktighet (mulig spredning av kondensatorkapasitansverdier), % ± 20 ± 2,5 ± 20
Driftsspenning til kondensatorer, V 63 - 630 160 6,3 - 35
Kondensatorstabilitet Utmerket flink Tilstrekkelig
Område for endringer i omgivelsestemperatur, o C -55 til +100 -40 til +70 -55 til +85

Polykarbonatbaserte kondensatorer brukes i filtre, generatorer og tidskretser. Kondensatorer basert på polystyren og tantal brukes også i timing og skillekretser. De regnes som kondensatorer for generell bruk.
I generelle metall-papir kondensatorer er platene laget ved å spraye metall på papir impregnert med en spesiell blanding og belagt med et tynt lag lakk.

Kode Kapasitans (pF) Kapasitans (nF) Kapasitans (uF)
109 1,0 (pF) 0,001(nF) 0,000001(uF)
159 1,5 (pF) 0,0015(nF) 0,0000015(uF)
229 2,2 (pF) 0,0022(nF) 0,0000022(uF)
339 3,3 (pF) 0,0033(nF) 0,0000033(uF)
479 4,7 (pF) 0,0047(nF) 0,0000047(uF)
689 6,8 (pF) 0,0068(nF) 0,0000068(uF)
100 10(pF) 0,01(nF) 0,00001(uF)
150 15 (pF) 0,015(nF) 0,000015(uF)
220 22(pF) 0,022(nF) 0,000022(uF)
330 33(pF) 0,033(nF) 0,000033(uF)
470 47(pF) 0,047(nF) 0,000047(uF)
680 68(pF) 0,068(nF) 0,000068(uF)
101 100 (pF) 0,1(nF) 0,0001(uF)
151 150 (pF) 0,15(nF) 0,00015(uF)
221 220 (pF) 0,22(nF) 0,00022(uF)
331 330 (pF) 0,33(nF) 0,00033(uF)
471 470 (pF) 0,47(nF) 0,00047(uF)
681 680 (pF) 0,68(nF) 0,00068(uF)
102 1000 (pF) 1(nF) 0,001(uF)
152 1500 (pF) 1,5(nF) 0,0015(uF)
222 2200(pF) 2,2(nF) 0,0022(uF)
332 3300(pF) 3,3(nF) 0,0033(uF)
472 4700(pF) 4,7 (nF) 0,0047(uF)
682 6800(pF) 6,8(nF) 0,0068(uF)
103 10 000 (pF) 10(nF) 0,01(uF)
153 15 000 (pF) 15(nF) 0,015(uF)
223 22000 (pF) 22(nF) 0,022(uF)
333 33000 (pF) 33(nF) 0,033(uF)
473 47 000 (pF) 47(nF) 0,047(uF)
683 68 000 (pF) 68(nF) 0,068(uF)
104 100 000 (pF) 100(nF) 0,1(uF)
154 150 000 (pF) 150(nF) 0,15(uF)
224 220 000 (pF) 220(nF) 0,22(uF)
334 330 000 (pF) 330(nF) 0,33(uF)
474 470 000 (pF) 470(nF) 0,47(uF)
684 680 000 (pF) 680(nF) 0,68(uF)
105 1000000 (pF) 1000(nF) 1,0(uF)


2. Det andre alternativet - merking gjøres ikke i pico, men i mikrofarader, og bokstaven µ plasseres i stedet for desimaltegn.


3. Tredje alternativ.


Sovjetiske kondensatorer brukte "p" i stedet for det latinske "r".

Det tillatte avviket til den nominelle kapasiteten er markert med en bokstav, ofte følger bokstaven koden som definerer kapasiteten (samme linje).



Kondensatorer med lineær avhengighet av temperatur.

TKE(ppm/²C) Bokstavkode
100(+130....-49) EN
33 N
0(+30....-47) C
-33(+30....-80) H
-75(+30....-80) L
-150(+30....-105) P
-220(+30....-120) R
-330(+60....-180) S
-470(+60....-210) T
-750(+120....-330) U
-500(-250....-670) V
-2200 K

Deretter kommer spenningen i volt, oftest i form av et vanlig tall.
For eksempel er kondensatoren på dette bildet merket med to linjer. Den første (104J) betyr at dens kapasitans er 0,1 μF (104), det tillatte avviket til kapasitansen overstiger ikke ± 5 % (J). Den andre (100V) er spenningen i volt.

Spenning (V) Bokstavkode
1 Jeg
1,6 R
3,2 EN
4 C
6,3 B
10 D
16 E
20 F
25 G
32 H
40 C
50 J
63 K
80 L
100 N
125 P
160 Q
200 Z
250 W
315 X
400 Y
450 U
500 V

Merking av SMD-kondensatorer.

Dimensjonene til SMD-kondensatorer er små, så merkingen deres er gjort veldig kortfattet. Driftsspenningen er ofte kodet med en bokstav (2. og 3. alternativ i figuren under) i henhold til (alternativ 2 i figuren), eller ved hjelp av en tosifret alfanumerisk kode (alternativ 1 i figuren). Når du bruker sistnevnte, kan du fortsatt finne to (og ikke én bokstav) med ett tall på etuiet (alternativ 3 i figuren).


Den første bokstaven kan enten være en produsentkode (som ikke alltid er interessant) eller indikere den nominelle driftsspenningen (mer nyttig informasjon), den andre kan være en kodet verdi i picoFarads (mantissa). Tallet er en eksponent (angir hvor mange nuller som må legges til mantissen).
For eksempel kan EA3 bety at merkespenningen til kondensatoren er 16V(E) og kapasitansen er 1,0 * 1000 = 1 nanofarad, BF5, henholdsvis, spenningen er 6,3V(V), kapasitansen er 1,6 * 100000 = 0,1 mikrofarad og osv.

Brev Mantissa.
EN 1,0
B 1,1
C 1,2
D 1,3
E 1,5
F 1,6
G 1,8
H 2,0
J 2,2
K 2,4
L 2,7
M 3,0
N 3,3
P 3,6
Q 3,9
R 4,3
S 4,7
T 5,1
U 5,6
V 6,2
W 6,8
X 7,5
Y 8,2
Z 9,1
en 2,5
b 3,5
d 4,0
e 4,5
f 5,0
m 6,0
n 7,0
t 8,0


Bruk av materiale fra denne siden er tillatt forutsatt at det er en lenke til nettstedet

En kondensator finnes i Master Kits (og i elektroniske enheter generelt) nesten like ofte som en motstand. Derfor er det viktig å i det minste generelt skissere hovedkarakteristikkene og driftsprinsippet.

Driftsprinsippet til en kondensator

I sin enkleste form består designet av to plateformede elektroder (kalt plater) adskilt av et dielektrikum hvis tykkelse er liten sammenlignet med størrelsen på platene. Jo større forholdet mellom arealet av platene og tykkelsen på dielektrikumet er, desto høyere er kapasitansen til kondensatoren. For å unngå fysisk å øke størrelsen på kondensatoren til enorme størrelser, er kondensatorer laget flerlags: for eksempel rulles strimler av plater og dielektriske til en rull.
Siden enhver kondensator har et dielektrikum, er den ikke i stand til å lede likestrøm, men den kan lagre en elektrisk ladning påført platene og frigjøre den til rett tid. Dette er en viktig egenskap

La oss bli enige: vi kaller en radiokomponent en kondensator, og dens fysiske mengde - en kapasitans. Det vil si at det er riktig å si: "kondensatoren har en kapasitet på 1 μF", men det er feil å si: "bytt ut den kondensatoren på brettet." Selvfølgelig vil de forstå deg, men det er bedre å følge "reglene for god oppførsel."

Den elektriske kapasitansen til en kondensator er hovedparameteren
Jo større kondensatorens kapasitet er, jo mer ladning kan den lagre. Den elektriske kapasitansen til en kondensator måles i Farads og er betegnet F.
1 Farad har en veldig stor kapasitet (kloden har en kapasitet på mindre enn 1F), derfor, for å angi kapasitet i amatørradiopraksis, brukes følgende grunnleggende dimensjonsverdier - prefikser: µ (mikro), n (nano) og p (pico):
1 mikroFarad er 10-6 (en del per million), dvs. 1000000µF = 1F
1 nanoFarad er 10-9 (en del i en milliard), dvs. 1000nF = 1µF
p (pico) - 10-12 (en trilliondel del), dvs. 1000pF = 1nF

I likhet med Om er Farad navnet på en fysiker. Derfor, som kulturfolk, skriver vi den store bokstaven "F": 10 pF, 33 nF, 470 µF.

Kondensator nominell spenning
Avstanden mellom platene til en kondensator (spesielt en kondensator med stor kapasitet) er veldig liten, og når enheter på en mikrometer. Hvis det påføres for høy spenning på kondensatorplatene, kan det dielektriske laget bli skadet. Derfor har hver kondensator en slik parameter som en nominell spenning. Under drift bør spenningen på kondensatoren ikke overstige merkespenningen. Men det er bedre når merkespenningen til kondensatoren er litt høyere enn spenningen i kretsen. Det vil si, for eksempel i en krets med en spenning på 16V, kan kondensatorer med en merkespenning på 16V (i ekstreme tilfeller), 25V, 50V og høyere fungere. Men du kan ikke installere en kondensator med en nominell spenning på 10V i denne kretsen. Kondensatoren kan svikte, og dette skjer ofte med et ubehagelig smell og frigjøring av skarp røyk.
Som regel bruker amatørradiodesign for nybegynnere ikke en forsyningsspenning høyere enn 12V, og moderne kondensatorer har oftest en nominell spenning på 16V eller høyere. Men å huske spenningen til kondensatoren er veldig viktig.

Typer kondensatorer
Det kunne skrives mange bind om forskjellige kondensatorer. Dette har imidlertid allerede blitt gjort av noen andre forfattere, så jeg vil fortelle deg bare det mest nødvendige: kondensatorer kan være ikke-polare og polare (elektrolytiske).

Ikke-polare kondensatorer
Ikke-polare kondensatorer (avhengig av type dielektrikum er delt inn i papir, keramikk, glimmer ...) kan installeres i kretsen på noen måte - i dette ligner de på motstander.
Som regel har ikke-polare kondensatorer en relativt liten kapasitans: opptil 1 µF.

Merking av ikke-polare kondensatorer
En tresifret kode påføres kondensatorkroppen. De to første sifrene bestemmer kapasitansverdien i picofarads (pF), og den tredje - antall nuller. Så i figuren nedenfor brukes kode 103 på kondensatoren. La oss bestemme kapasiteten:
10 pF + (3 nuller) = 10000 pF = 10 nF = 0,01 µF.

Kondensatorer med en kapasitet på opptil 10 pF er merket på en spesiell måte: symbolet "R" i kodingen deres representerer et komma. Nå kan du bestemme kapasitansen til en hvilken som helst kondensator. Tabellen nedenfor hjelper deg med å sjekke deg selv.

Som regel er det i amatørradiodesign tillatt å erstatte noen kondensatorer med lignende i nominell verdi. For eksempel, i stedet for en 15 nF kondensator, kan settet utstyres med en 10 nF eller 22 nF kondensator, og dette vil ikke påvirke driften av det ferdige designet.
Keramiske kondensatorer har ingen polaritet og kan installeres i alle posisjoner på terminalene.
Noen multimetre (bortsett fra de mest budsjettmessige) har en funksjon for å måle kapasitansen til kondensatorer, og du kan bruke denne metoden.

Polare (elektrolytiske) kondensatorer
Det er to måter å øke kapasitansen til en kondensator på: enten øke størrelsen på platene, eller redusere tykkelsen på dielektrikumet.
For å minimere den dielektriske tykkelsen bruker høykapasitetskondensatorer (over flere mikrofarader) et spesielt dielektrikum i form av en oksidfilm. Dette dielektrikumet fungerer normalt bare hvis spenningen påføres korrekt på kondensatorplatene. Hvis polariteten til spenningen reverseres, kan elektrolytkondensatoren svikte. Polaritetsmerket er alltid merket på kondensatorhuset. Dette kan enten være et "+"-tegn, men oftest i moderne kondensatorer er "minus"-terminalen merket med en stripe på kroppen. En annen hjelpemåte for å bestemme polaritet: den positive terminalen til kondensatoren er lengre, men du kan fokusere på dette tegnet bare før terminalene til radiokomponenten er avskåret.
PCB har også et polaritetsmerke (vanligvis et "+"-tegn). Derfor, når du installerer en elektrolytisk kondensator, sørg for å matche polaritetsmerkene på både delen og kretskortet.
Som regel er det i amatørradiodesign tillatt å erstatte noen kondensatorer med lignende i nominell verdi. Det er også tillatt å erstatte kondensatoren med en lignende med høyere tillatt driftsspenning. For eksempel, i stedet for et 330 µF 25V kondensatorsett, kan du bruke en 470 µF 50V kondensator, og dette vil ikke påvirke driften av det ferdige designet.

Utseendet til en elektrolytisk kondensator(kondensator installert riktig på brettet)

I artikkelen vil vi snakke om elektrisk kapasitet, kapasitans til en kondensator, serie- og parallellkobling av kondensatorer, samt hvordan man bruker Gauss lov for å beregne kapasitansen til kondensatorer med eksempler og løsninger.

Kondensator (elektrisk kapasitet)– et element som er i stand til å akkumulere elektromagnetisk energi i sitt eget elektriske felt dannet av kondensatorplatene. Angitt med – MED . Spenningen og strømmen ved kontaktene er relatert av forholdet:

Kapasitansverdien måles i farad (F).

1 farad- dette er verdien av kapasitansen der det er et spenningsfall på 1 volt i nærvær av en ladning i kapasitansen på 1 coulomb.

1 farad er en veldig stor verdi, derfor har kondensatorene som brukes i teknologi følgende verdier: - picofarads - 10 -12; nanofarad - 10 -9; mikrofarad – 10 -6.

Prosessene som skjer i kondensatoren på en tidsgraf når kondensatoren er koblet til en kilde til et rektangulært unipolart signal er vist i figuren.

Figuren viser at i øyeblikket en rektangulær puls fra strømkilden (rød) påføres, er spenningen ved terminalene til kondensatoren (lilla) opprinnelig null og øker eksponentielt med tiden - kondensatoren lades, og kondensatorstrømmen ( grønn), tvert imot, er først maksimum, men deretter Når ladningen øker, avtar den eksponentielt. Når pulsen forsvinner, avtar spenningen ved terminalene til kondensatoren eksponentielt - kondensatoren utlades, og strømmen som har endret polaritet er opprinnelig maksimal, og når den utlades, synker den fra det negative området til null. Hastigheten for endring av spenning og strøm avhenger av verdien av kapasitansen. Jo større kapasitet, jo saktere endres de (eksponentialen er lengre i tid). Spenningen og strømmen over belastningsmotstanden oppfører seg likt og vises i oransje på tidsgrafen. Forholdet deres er beskrevet av Ohms lov.

Faktisk så vi på en "quadripol" bestående av en kondensator og en motstand, som kalles en differensieringskrets.

Differensieringskjede brukes til å konvertere langvarige rektangulære pulser til kortvarige rektangulære pulser. For å gjøre det klarere for deg, er differensieringskjeden og pulstransformasjonen vist i følgende figur.

Etter differensieringskjeden installeres en terskelanordning som ikke passerer gjennom alt som er lavere i amplitude av den innstilte terskelen, fra utgangen fra terskelanordningen sendes avskjæringspulsene til en begrensende forsterker, som forsterker "kurven ” puls og begrenser amplituden “ovenfra”, sender den for å gå ut.

I tillegg til funksjonen å konvertere rektangulære pulser, kan differensieringskjeden brukes som høypassfilter (HPF). Kondensatoren er et inert element. Hvis en lavfrekvent vekselspenning påføres en kondensator med stor kapasitans, på grunn av dens treghet, vil kondensatoren ikke være i stand til å føre strøm gjennom seg selv, fordi kondensatoren først må lades og deretter frigjøre ladningen. Egenskapen til en kondensator for å motstå elektrisk vekselstrøm kalles kondensatorreaktans, som brukes i utformingen av frekvensfiltre og oscillerende kretser. Reaktansen til en kondensator er indikert med Xc eller Zc og måles i ohm. Reaktansen til en kondensator er relatert til dens egen kapasitans og strømfrekvens ved uttrykket:

Formelen viser at reaktansen til en kondensator er omvendt proporsjonal med frekvensen. Med andre ord, jo høyere frekvens, jo lavere reaktans til kondensatoren.

Tenk deg nå at differensieringskretsen er spenningsdeleren som er beskrevet på nettstedet, hvor det i stedet for den første motstanden er en kondensator. Og vi vet nå fra formelen at en kondensator enkelt overfører høye frekvenser - motstanden er minimal og overfører ikke lave frekvenser godt - motstanden er maksimal. I radioelektronikk, når frekvensfiltre beregnes, anses filterkarakteristikken for å være grensefrekvensen, som er definert som verdien av signalfrekvensen der amplituden til utgangssignalet synker (demper) til en verdi på 0,7 fra inngangssignal. For å gjøre det klarere vil jeg skildre dette i en tegning.

Det som vises heter amplitude-frekvensrespons, eller for kort - frekvensrespons. For et høypassfilter tilsvarer frekvensresponsen til den fiolette fargen, og grensefrekvensen er lik verdien f2 .

Kondensatorkapasitet

Som vi allerede har sett, kan en isolert leder akkumulere en elektrisk ladning. Men i praksis bruker vi enheter som kalles kondensatorer for å lagre lasten. En kondensator er et system av to tilfeldig isolerte ledere; ladning av kondensatoren består ikke i å lade hver av lederne separat, men i overføring av ladning (det samme på begge ledere, men med motsatte fortegn) fra en leder til den andre.

Vi bestemmer den elektriske kapasitansen C til en kondensator på samme måte som kapasitansen til en isolert leder.

Kondensatorer brukes veldig ofte i teknologi. De er vanligvis bygget som et system av to flater med forskjellige isolerte overflater, som vanligvis er parallelle med hverandre. Som det vil ses senere, er kapasitansen til en slik kondensator proporsjonal med overflatestørrelsen til platene og omvendt proporsjonal med avstanden mellom dem. Dermed har en stor kondensator store overflatepaneler som er plassert så tett sammen som mulig. Den enkleste slik kondensator er flat kondensator, skjematisk vist på bildet nedenfor.

Et eksempel på to kondensatorer koblet sammen som vist i figuren nedenfor (parallellt) kan tjene til å illustrere ladningskonstansen på hettene til kondensatorer som ikke er koblet til en spenningskilde. Til å begynne med et belastningssystem som dekker én ladningskondensator Q 1 og dekker en andre ladning Q 2 . Potensialet som topplokkene er plassert på er det samme for begge (hettene er koblet til pæren). Når vi begynner å endre avstandene mellom hettene til en av kondensatorene, vil vi endre dens kapasitans - jo mindre gapet mellom hettene, desto større er kapasitansen til kondensatoren. Siden den totale ladningen på begge kondensatorene er lik, vil denne endringen i kapasitans forårsake ladningsoverføring mellom kondensatorene. Hvis kondensatorene er ladet med stor nok ladning, kan lyspæren lyse under flyten mellom hettene som danner toppparet. Energien som trengs for å tenne lampen kommer fra arbeidet vi gjør ved å flytte lokket (topp- og bunndekselet lades i motsatte retninger og tiltrekker seg derfor hverandre).

Kondensatorkoblingsskjemaer

Det er mange forskjellige kondensatortilkoblingsordninger: seriekobling, parallell, bro. Og absolutt alle indikatorer endres (Kapasitet, potensialforskjell, total belastning) med forskjellige typer tilkobling

Seriekobling av kondensatorer

Når kondensatorer er koblet i serie, som vist i figuren nedenfor, er ladeverdiene på alle dekslene til alle kondensatorene de samme.

Potensialforskjellen i en seriekrets av kondensatorer er lik summen av potensialforskjellene over de individuelle kondensatorene:

Følgelig bestemmes den totale kapasitansen C til et seriell system av formelen

Parallellkobling av kondensatorer

Parallellkobling av kondensatorer

den totale belastningen Q akkumulert i systemet er lik summen av ladningene på hettene til alle kondensatorer.

Reduksjonen i potensial er den samme på tvers av hver av kondensatorene og derfor

Derfor er den totale kapasitansen C til det parallelle systemet lik summen av kapasitansene til alle kondensatorene.

Brodannende kondensatorer

Serie- og parallellkoblinger uttømmer ikke alle mulige konfigurasjoner som kan oppnås ved tilkobling av kondensatorer. Vi vil først kunne beskrive alle mulige konfigurasjoner etter å ha fullført de forrige broforbindelsene, diagrammet som er vist i venstre figur nedenfor.

Vi kan ikke direkte erstatte brokoblede kombinasjoner med noen kombinasjon av serie- og parallellkoblinger. For å beregne reservekapasitansen til et brosystem, bruk kondensatorens trekant til ekvivalent stjerneforandring, som vist i midten og høyre bilder ovenfor.

Kapasitansene mellom punktene 1-2, 2-3 og 3-1, som vi betegner som C 12, C 23 og C 31, skal være de samme i begge konfigurasjoner. Basert på kapasitansverdiene C 1 , C 2 og C 3 , beregnes C x , C y og C z. Vi skriver betingelsene for lik kapasitet i begge konfigurasjoner, for en trekant og for en stjerne, som

Herfra får vi de ønskede verdiene av C x , C y og C z:

Etter å ha erstattet trekanten med en stjerne, forsvinner broforbindelsen, og i stedet får vi en enkel og lettregnelig kombinasjon av serie- og parallellkondensatorer.

Bruke Gauss lov for å beregne kapasitans av kondensatorer

Å ha en kondensatorkapasitans med en gitt geometri for beregning, bruker vi følgende skjema:

Vi tar utgangspunkt i definisjonen av kapasitans til en kondensator. Sett inn potensialforskjellen Vab i formelen som bestemmer denne kapasitansen. Lasten Q reduseres.

men vi mangler potensialforskjellen Vab, som vi finner fra forholdet mellom feltene E og V,

3. Men først må vi vite E, og til dette vil vi bruke et universelt verktøy, som er Gauss lov.

En kondensator er et to-terminalt nettverk med en viss eller variabel kapasitansverdi og lav ledningsevne; en enhet for å samle ladning og energi til et elektrisk felt.

En kondensator er en passiv elektronisk komponent. I sin enkleste form består designet av to plateformede elektroder (kalt plater) adskilt av et dielektrikum hvis tykkelse er liten sammenlignet med størrelsen på platene. Praktisk brukte kondensatorer har mange lag med dielektriske og flerlagselektroder, eller strimler av vekslende dielektrikum og elektroder, rullet inn i en sylinder eller parallellepipedum med fire avrundede kanter (på grunn av vikling).

Den første prototypedesignen til den elektriske kondensatoren «Leyden jar» ble oppfunnet i 1745, i Leiden, av den tyske kanonen Ewald Jürgen von Kleist og, uavhengig av ham, av den nederlandske fysikeren Pieter van Musschenbroeck.

En kondensator i en DC-krets kan lede strøm i det øyeblikket den er koblet til kretsen (lading eller opplading av kondensatoren skjer); på slutten av transientprosessen flyter ingen strøm gjennom kondensatoren, siden platene er atskilt med en dielektrisk. I en vekselstrømkrets leder den vekselstrømsvingninger gjennom syklisk opplading av kondensatoren, og lukker med den såkalte forspenningsstrømmen.

Resonansfrekvensen til kondensatoren er: f R = 1/ (2∏ ∙ √ L med ∙ C ) .

På f > fp En kondensator i en AC-krets oppfører seg som en induktor. Derfor er det tilrådelig å bruke en kondensator kun ved frekvenser f< fp , hvor motstanden er kapasitiv i naturen. Vanligvis er den maksimale driftsfrekvensen til en kondensator omtrent 2-3 ganger lavere enn resonansfrekvensen.

Innenlandske ikke-polare kondensatorer:

På elektriske kretsskjemaer er den nominelle kapasitansen til kondensatorer vanligvis angitt i mikrofarader (1 μF = 1 10 6 pF = 1 10 −6 F) og picofarads, men ofte i nanofarader (1 nF = 1 10 −9 F). Med en kapasitet på ikke mer enn 0,01 μF, er kapasitansen til kondensatoren indikert i picofarads, mens det er tillatt å ikke indikere måleenheten, det vil si at postfixet "pF" er utelatt. Når du angir den nominelle kapasiteten til en kapasitet i andre enheter, angi måleenheten. For elektrolytiske kondensatorer, så vel som for høyspentkondensatorer, i diagrammene, etter angivelse av kapasitansvurderingen, er deres maksimale driftsspenning angitt i volt (V) eller kilovolt (kV). For eksempel: "10 µF x 10 V". For variable kondensatorer, angi området for endring i kapasitans, for eksempel: "10 - 180".

Hovedparametre for kondensatorer:

  1. Hovedkarakteristikken til en kondensator er dens kapasitet, som karakteriserer kondensatorens evne til å akkumulere elektrisk ladning. Betegnelsen på en kondensator indikerer verdien av den nominelle kapasitansen, mens den faktiske kapasitansen kan variere betydelig avhengig av mange faktorer. Den faktiske kapasitansen til en kondensator bestemmer dens elektriske egenskaper. Så, i henhold til definisjonen av kapasitans, er ladningen på platen proporsjonal med spenningen mellom platene. Typiske kapasitansverdier varierer fra enheter av picofarads til tusenvis av mikrofarads. Imidlertid finnes det kondensatorer (ionistorer) med en kapasitet på opptil titalls farad.
  2. Kondensatorer er også karakterisert spesifikk kapasitet- forholdet mellom kapasitans og volum (eller masse) av dielektrikumet. Den maksimale verdien av spesifikk kapasitans oppnås med en minimumstykkelse på dielektrikumet, men samtidig synker dens sammenbruddsspenning.
  3. Energi tetthet elektrolytisk kondensator avhenger av designet. Maksimal tetthet oppnås med store kondensatorer, hvor massen til huset er liten sammenlignet med massen til platene og elektrolytten.
  4. En annen, ikke mindre viktig egenskap ved kondensatorer er Merkespenning- spenningsverdien som er angitt på kondensatoren som den kan operere under spesifiserte forhold i løpet av levetiden, samtidig som parametere holdes innenfor akseptable grenser. Nominell spenning avhenger av utformingen av kondensatoren og egenskapene til materialene som brukes. Under drift bør spenningen på kondensatoren ikke overstige merkespenningen. For mange typer kondensatorer avtar den tillatte spenningen med økende temperatur, noe som er forbundet med en økning i den termiske hastigheten til ladningsbærere og følgelig en reduksjon i kravene til dannelsen av elektrisk sammenbrudd.
  5. Polaritet. Mange oksid dielektriske (elektrolytiske) kondensatorer fungerer bare når spenningens polaritet er riktig på grunn av de kjemiske egenskapene til interaksjonen mellom elektrolytten og dielektrikumet. Når spenningspolariteten er reversert, svikter elektrolytiske kondensatorer vanligvis på grunn av kjemisk ødeleggelse av dielektrikumet med en påfølgende økning i strøm, koking av elektrolytten inne og som et resultat muligheten for eksplosjon av huset.

Betegnelse på diagrammene:

Hovedklassifiseringen av kondensatorer er basert på typen dielektrikum i kondensatoren. Typen av dielektrikum bestemmer de viktigste elektriske parametrene til kondensatorer: isolasjonsmotstand, stabilitet av kapasitans, mengden tap, etc.

Basert på typen dielektrisk skilles de ut:

  1. Vakuumkondensatorer (det er et vakuum mellom platene).
  2. Kondensatorer med gassformig dielektrikum.
  3. Kondensatorer med flytende dielektrisk.
  4. Kondensatorer med et solid uorganisk dielektrikum: glass (glass-emalje, glass-keramikk, glass-film), glimmer, keramikk, tynnsjikts uorganiske filmer.
  5. Kondensatorer med et solid organisk dielektrikum: papir, metall-papir, film, kombinert - papir-film, tynt-lags organiske syntetiske filmer.
  6. Elektrolytiske og oksid halvlederkondensatorer. Slike kondensatorer skiller seg fra alle andre typer først og fremst i sin store spesifikke kapasitans. Et oksidlag på en metallanode brukes som et dielektrikum. Den andre platen (katode) er enten en elektrolytt (i elektrolytiske kondensatorer) eller et halvlederlag (i oksidhalvlederkondensatorer) avsatt direkte på oksidlaget. Anoden er laget, avhengig av type kondensator, av aluminium, niob eller tantalfolie eller sintret pulver. MTBF for en typisk elektrolytisk kondensator er 3000-5000 timer ved maksimal tillatt temperatur; høykvalitets kondensatorer har en MTBF på minst 8000 timer ved en temperatur på 105°C. Driftstemperatur er hovedfaktoren som påvirker levetiden til en kondensator. Hvis oppvarmingen av kondensatoren er ubetydelig på grunn av tap i dielektrikum, plater og ledninger (for eksempel ved bruk i tidskretser ved lave strømmer eller som skillekretser), kan det antas at feilraten halveres for hver 10. °C reduksjon i driftstemperatur opp til +25 °C. Solid-state kondensatorer - i stedet for en tradisjonell flytende elektrolytt, brukes en spesiell ledende organisk polymer eller polymerisert organisk halvleder. MTBF ~50 000 timer ved 85°C. ESR er mindre enn for flytende elektrolytikk og avhenger svakt av temperaturen. De eksploderer ikke.

Vakuum kondensator:

I tillegg er kondensatorer forskjellige i evnen til å endre kapasiteten:

  1. Permanente kondensatorer er hovedklassen av kondensatorer som ikke endrer kapasiteten (bortsett fra i løpet av levetiden).
  2. Variable kondensatorer er kondensatorer som lar kapasitansen endres under driften av utstyret. Kapasiteten kan styres mekanisk, elektrisk (variconds, varicaps) og temperatur (termiske kondensatorer). De brukes for eksempel i radiomottakere for å justere frekvensen til en resonanskrets.
  3. Trimmerkondensatorer er kondensatorer hvis kapasitans endres under engangs- eller periodisk justering og ikke endres under driften av utstyret. De brukes til innstilling og utjevning av de innledende kapasitansene til parringskretser, for periodisk innstilling og justering av kretskretser der en liten endring i kapasitansen er nødvendig.

To papirelektrolytiske kondensatorer fra 1930:

Avhengig av deres formål, kan kondensatorer deles inn i generelle og spesielle kondensatorer. Generelle kondensatorer brukes i nesten de fleste typer og klasser av utstyr. Tradisjonelt inkluderer disse de vanligste lavspentkondensatorene, som ikke er underlagt spesielle krav. Alle andre kondensatorer er spesielle. Disse inkluderer høyspennings-, puls-, støydemping, dosimetriske, start- og andre kondensatorer.

Sølv kondensator for lyd.

Kondensatorer er også preget av formen på platene:

 

Det kan være nyttig å lese: