Электролит высыхает не только во время работы. Также «время от времени». Это конструктивная особенность электролитических конденсаторов. Поэтому не используйте конденсаторы, выпаянные из старых схем или хранившиеся в ла боратории в течение нескольких лет (или десятилетий). Лучше покупать «свежие», но проверять дату изготовления.
Конденсатор
Рассмотрим модель конденсатора с гидравлической установкой. Мы уже упоминали, что электричество может протекать тольков трубе, которая подключена к сокетув замкнутом контуре. Но мы можем представить себе пустой сосуд, в который можно наливать воду, пока он не наполнится. Это конденсатор — емкость, в которую можно налить заряд.
Для лучшей аналогии представьте себе водонапорную башню с трубой бесконечной длины, стоящей вертикально. Вода подается в эту трубу с нижнего конца и поднимается на определенную высоту. Чем больше воды закачивается и чем выше она поднимается, тем большее давление столб воды оказывает на землю и тем выше там давление. Вы можете закачать в эту бесконечную трубу столько воды (электрической нагрузки), сколько захотите, но противодавление столба воды будет расти. Если вы накачиваете нагрузку генератором напряжения, то накачка прекратится, когда противодавление сравняется с давлением (напряжением), создаваемым генератором.
Если свойством резистора является сопротивление, то электрическим свойством конденсатора является емкость.
C=Q/U
Емкость показывает, какую нагрузку можно ввести в конденсатор, чтобы напряжение на нем возросло до значения U. Чем меньше диаметр трубки, тем выше емкость. Чем меньше диаметр трубы, тем выше поднимается уровень воды и тем выше давление на дне трубы. Давление зависит только от высоты водяного столба, а не от массы перекачиваемой воды.
В электрических терминах, чем меньше емкость конденсатора, тем быстрее растет напряжение при накачке нагрузки.
Помните, что электрический ток I равен количеству заряда Q, протекающего в секунду. То есть, I=Q/T, где T — время. Это похоже на поток воды, который измеряется в кубических метрах в секунду. Или килограммов в секунду, размерность мы проверим позже).
Поэтому конденсатор с малой емкостью быстро заполняется зарядом, а конденсатор с большой емкостью заполняется зарядом медленно.
Теперь давайте рассмотрим электрические цепи с конденсатором.
Подключим конденсатор к генератору напряжения.
«Главный инженер щелкнул выключателем» S1 и…. бум. Что случилось?
Идеальный генератор напряжения имеет бесконечную мощность и может подавать бесконечный ток. Когда выключатель выключен, бесконечное количество заряда в секунду выстреливается в наш резервуар, который тут же наполняется, и его напряжение повышается до U.
Давайте теперь рассмотрим более реалистичную схему.
Это вторая важная цепь в жизни инженера-электронщика (после делителя напряжения) — RC-цепь.
RC–цепочка
RC-цепи бывают интегрирующего и дифференцирующего типов.
Что происходит в этой цепи, когда переключатель S1 замкнут?
Конденсатор C изначально разряжен и его напряжение в начале равно 0. Поэтому ток изначально I=U/R. Затем конденсатор начинает заряжаться, напряжение на нем увеличивается, а ток через резистор начинает уменьшаться: I=(U-Uc)/R. Этот процесс продолжается, конденсатор заряжается с уменьшающимся током, пока не будет достигнуто напряжение источника U. Напряжение на конденсаторе растет экспоненциально.
Вопрос: А если управлять такой цепью с помощью генератора тока, как увеличивается напряжение на конденсаторе?
Почему схема называется «интеграторного типа»?
Как уже упоминалось, в первый момент после подачи напряжения ток равен I=U/R, поскольку конденсатор разряжен и напряжение на нем равно 0. И хотя напряжение на конденсаторе Uc мало по сравнению с U, ток остается почти постоянным в течение некоторого времени. Когда конденсатор заряжается постоянным током, напряжение на конденсаторе линейно увеличивается.
Uc=Q/C, и помните, что ток — это количество заряда в секунду, т.е. скорость, с которой течет заряд. Другими словами, заряд является интегралом тока.
Q = ∫ I * dt = ∫ U/R * dt
Uc = 1/RC * ∫ U * dt
Но все это почти верно в начальный момент времени, когда напряжение на конденсаторе еще мало.
Скорее, конденсатор заряжается постоянным током. А постоянный ток подается генератором тока. (См. вопрос выше) Если источник напряжения создает бесконечно большое напряжение и сопротивление R также бесконечно велико, то мы уже имеем идеальный генератор тока, и внешние цепи не влияют на величину этого тока.
Параллельное и последовательное соединение конденсаторов
Как и резисторы, конденсаторы могут быть соединены последовательно и параллельно.
Когда они соединены параллельно, емкость суммируется — это понятно, это как заполнение сообщающихся емкостей, общий объем равен сумме объемов. При последовательном соединении конденсатор с малой емкостью заполняется зарядом быстрее, чем конденсатор с большой емкостью. Напряжение на маленьком конденсаторе быстро возрастает почти до напряжения источника (а остальные конденсаторы вносят свой вклад), ток в общей цепи падает до нуля, и процесс зарядки конденсаторов прекращается. Таким образом, емкость последовательно соединенных конденсаторов меньше, чем емкость самого маленького конденсатора.
Обновление. Рассмотрим подробнее процесс зарядки конденсатора на рисунке рис.10 (по книге И.В. Савельева «Курс общей физики», том II. «Как уже говорилось в предыдущей статье о природе электрического тока, электрический ток — это движение заряженных частиц. В проводнике (в отличие от изолирующего диэлектрика) некоторые электроны свободны, и эти электроны могут переходить от одного атома к другому. Как правило, проводник электрически нейтрален — отрицательный заряд электронов уравновешивается положительным зарядом атомных ядер. Чтобы электроны двигались, на одном конце проводника должен быть избыток электронов, а на другом — их недостаток. Этот избыток электронов на одном полюсе вызван электрохимическими реакциями, происходящими в батарее. Когда проводник подключается к полюсу батареи, электроны начинают двигаться от полюса с избытком к другому полюсу, потому что равные заряды отталкиваются друг от друга. Эти свободные электроны движутся внутри проводника. Движение электронов в RC-цепи рис. 3 имеет другой характер. Поскольку цепь не замкнута (колпачки конденсатора не соединены друг с другом), в цепи не может протекать постоянный ток. Поэтому избыток электронов, поступающих с клеммы аккумулятора, приводит к потере аккумулятором электрической нейтральности. Избыточный заряд, q, распределяется по поверхности проводника так, что напряженность поля внутри проводника равна нулю. Само собой разумеется, что одноименные заряды отталкиваются и стремятся удалиться друг от друга, т.е. на поверхность. Если бы не было сопротивления R, то перераспределение зарядов на поверхности произошло бы мгновенно. Однако сопротивление ограничивает ток (движение зарядов), поэтому перераспределение происходит постепенно. Когда конденсатор заряжается, напряжение на нем увеличивается, а ток через резистор уменьшается. Избыточные электроны концентрируются в одной из катушек и создают электрическое поле. Это поле отталкивает электроны в другой катушке и «толкает» их дальше по проводнику к отрицательному полюсу батареи. (Здесь условно используются символы + и -). Таким образом, зарядный ток протекает через конденсатор в разомкнутой цепи. Этот ток непостоянен и уменьшается с течением времени. Однако если полярность батареи в какой-либо точке меняется на противоположную, ток течет в обратном направлении. Если этот реверс происходит достаточно часто, так что конденсатор не успевает полностью зарядиться, ток в цепи будет постоянно течь туда и обратно. Это происходит, когда «конденсатор — переменный ток». Для поверхностного конденсатора емкость равна C = e0* e* S/d, где d — расстояние между поверхностями, e — диэлектрическая проницаемость материала, заполняющего расстояние, а S — площадь поверхностей. Это означает, что на емкость влияет не только площадь торцевых пластин и расстояние между ними, но и диэлектрический материал, который находится между торцевыми пластинами. И емкость конденсатора может очень сильно зависеть от диэлектрика, с различными дополнительными эффектами, см. например, статью «Поляризация диэлектрика».
Что такое конденсатор и его основные характеристики
Конденсатор — это радиодеталь, которая служит накопителем электрической энергии. Чтобы проиллюстрировать принцип его работы, можно представить его как своего рода маленький аккумулятор. Он обозначен двумя параллельными линиями.
Различные типы конденсаторов в электрических схемах. Электролитические конденсаторы выходят из строя чаще всего, поэтому стоит запомнить их названия
Основной характеристикой любого типа конденсатора является его емкость. Это количество заряда, которое он может хранить. Он измеряется в фарадах (сокращенно обозначается буквой F или F) или в «меньших» единицах:
- микрофарадах — мкФ это 10 -6 фарада,
- нанофарадах — нФ это 10 -9 фарада;
- пикофарадах — пФ это 10 -12 фарада.
Второй важной характеристикой является номинальное напряжение. Это напряжение, при котором гарантируется длительная бесперебойная работа. Например, 4700 мкФ 35В, где 35В — номинальное напряжение 35 вольт.
Для больших конденсаторов емкость и напряжение указаны на корпусе.
Не следует устанавливать конденсатор в цепь с напряжением, превышающим указанное. В противном случае он очень быстро выйдет из строя.
Вы можете использовать 50-вольтовые конденсаторы вместо 25-вольтовых. Однако иногда это нецелесообразно, поскольку приборы, рассчитанные на более высокое напряжение, дороже и больше.
Что он из себя представляет и как работает
В простейшем случае конденсатор состоит из двух проводящих пластин (выводов), разделенных диэлектрическим слоем.
Между слоями находится диэлектрический слой — материал, который не проводит электричество.
Пластины работают на переменном или постоянном токе. На начальном этапе, когда энергия накапливается, ток, потребляемый конденсатором, высок. Она уменьшается по мере заполнения конденсатора. После завершения зарядки энергия больше не потребляется, и источник питания каким-то образом отключается. В этот момент сам конденсатор начинает высвобождать накопленный заряд. Таким образом, он становится своего рода источником энергии на определенное время. По этой причине его сравнивают с аккумулятором.
Где и для чего используются
Как уже упоминалось, трудно найти схему без конденсаторов. Они используются для широкого спектра применений:
- Для сглаживания скачков сетевого напряжения. В таком случае их ставят на входе устройств, перед микросхемами, которые требовательны к параметрам питания.
- Для стабилизации выходного напряжения блоков питания. В таком случае надо искать их перед выходом.
Вы часто видите цилиндрические электролитические конденсаторы.
Обычные конденсаторы широко используются, и область их применения широка. Но вы должны знать, как правильно их подключить.
