Конденсатор полярность как определить: Определение полярности электролитического конденсатора по внешнему виду

Как определить категорию конденсаторов по внешнему виду. Радиоэлементы из старой аппаратуры: конденсаторы

В электронике используется множество различных деталей, которые вместе позволяют осуществлять целый ряд действий. Одной из них является конденсатор. И в рамках статьи будет вестись речь о том, что это за механизм, как работает, для чего нужен конденсатор и что он делает в схемах.

Что называется конденсатором?

Конденсатор — это пассивное электрическое устройство, которое в схемах может выполнять различные задачи благодаря умению копить заряд и энергию электрического поля. Но главный спектр применения — это в фильтрах выпрямителей и стабилизаторов. Так, благодаря конденсаторам осуществляется передача сигнала между усилительными каскадами, задаются временные интервалы для выдержки времени, строят фильтры высоких и низких частот. Благодаря своим свойствам он также используется для подборки частоты в разных генераторах.

Данный вид конденсаторов может похвастаться емкостью, которая составляет несколько сотен микрофарад. По подобному принципу устроены и другие представители семейства этой детали электроники. А как проверить конденсатор и убедиться, что реальное положение дел соответствует надписям? Наиболее простой способ — воспользоваться цифровым мультиметром. Также ответ на вопрос, как проверить конденсатор, может дать омметр.

Принцип действия и для чего нужен конденсатор

Из обозначения и схематического изображения можно сделать заключение, что в качестве простейшего конденсатора могут выступить даже две металлические пластины, расположенные рядом. В качестве диэлектрика при этом справится воздух. Теоретически нет никакого ограничения на площадь пластин и расстояние между ними. Поэтому даже при разводе на огромные расстояния и уменьшении их размера, пускай и незначительная, но какая-то емкость сохраняется.

Такое свойство нашло использование в высокочастотной технике. Так, их научились делать даже в виде обычных дорожек печатного монтажа, а также просто скручивая два провода, которые находятся в полиэтиленовой изоляции. При использовании кабеля емкость конденсатора (мкф) увеличивается вместе с длиной. Но следует понимать, что если передаваемый импульс короткий, а провод длинный, то он может просто не дойти до точки назначения. Может использоваться конденсатор в цепи постоянного и переменного тока.

Накопление энергии

При увеличении емкости конденсатора такие процессы, как заряд и разряд протекают медленно. Напряжение на данном электрическом устройстве растёт по кривой линии, которая в математике называется экспонентой. Со временем напряжение конденсатора увеличится от значения в 0В до уровня источника питания (если не перегорит из-за слишком высоких значений последнего).

Электролитический конденсатор

На данный момент самой большой удельной емкостью при соотношении этого показателя и объема детали могут похвастаться электролитические конденсаторы. Их показатель вместимости достигает значений в 100 тысяч микрофарад, а рабочее напряжение до 600 В. Но работают они хорошо исключительно на низких частотах. Для чего нужен конденсатор такого типа? Основная сфера применения — фильтры Электролитические конденсаторы в схемы всегда включаются с соблюдением полярности. Электроды делают из тонкой пленки (которая сделана из оксида металлов). Так как тонкий слой воздуха между ними не является достаточно хорошим изолятором, то также сюда добавляется слой электролита (в качестве него выступают концентрированные растворы щелочей или кислот).

Суперконденсатор

Это новый класс электролитических конденсаторов, который называют ионисторами. Его свойства делают его похожим на аккумулятор, хотя и накладываются определённые ограничения. Так, их преимущество заключается в коротком времени заряда (обычно несколько минут). Для чего нужен конденсатор такого типа? Ионисторы используются как резервные источники питания. При изготовлении они получаются неполярными, и где плюс, а где минус, определяется первой зарядкой (на заводе-производителе).

Значительное влияние на работоспособность оказывает температура и номинальное напряжение. Так, при 70˚C и 0,8 мощности дадут только 500 часов работы. При уменьшении напряжения до 0,6 от номинала, а температуры до 40 градусов срок его службы увеличится до 40 тысяч часов. Найти ионисторы можно в микросхемах памяти или электронных часах. Но вместе с этим имеют неплохие перспективы их использования в солнечных батареях.

Многие интересуются, имеют ли конденсаторы типы? Конденсаторов в электронике существует множество. Такие показатели, как емкость, рабочее напряжение и допуск, являются основными. Не менее важен тип диэлектрика, из которого они состоят. В этой статье будет рассмотрено подробнее, какие типы конденсаторов бывают по виду диэлектрика.

Классификации конденсаторов

Конденсаторы являются распространенными компонентами в радиоэлектронике. Они классифицируются по множеству показателей. Важно знать, какими моделями, в зависимости от характера изменения величины, представлены разные конденсаторы. Типы конденсаторов:

1. Устройства с постоянной емкостью.
2. Приборы с переменным видом емкости.
3. Подстроечные модели.

Тип диэлектрика конденсатора может быть разным:

• бумага;
• металлическая бумага;
• слюда;
• тефлон;
• поликарбонат;
• электролит.

По способу установки данные приборы предназначены для печатного и навесного монтажа. При этом типы корпусов конденсаторов SMD-модификации бывают:

• керамическими;
• пластиковыми;
• металлическими (алюминиевыми).

Следует знать, что приборы из керамики, пленки и неполярные виды не обладают маркировкой. Показатель их емкости колеблется от 1 пф до 10 мкф. А электролитные типы имеют форму бочонков в корпусе из алюминия и маркируются.

Танталовый же тип производится в корпусах прямоугольной формы. Такие устройства бывают разного размера и расцветки: черные, желтые и оранжевые. На них также присутствует кодовая маркировка.

Электролитические конденсаторы из алюминия

Основой электролитических конденсаторов из алюминия являются две тонкие скрученные алюминиевые полоски. Между ними расположена бумага, содержащая электролит. Показатель емкости этого прибора равен 0,1-100 000 uF. Кстати, в этом и заключается его основное преимущество перед другими видами. Максимальное напряжение равно 500 V.

К минусам относятся повышенная утечка тока и уменьшение емкости с возрастанием частоты. Поэтому в платах часто вместе с электролитическим конденсатором используется и керамический.

Также следует отметить, что данный тип отличается полярностью. Это означает, что с минусовым показателем находится под отрицательным напряжением, в отличие от противоположного вывода. Если не придерживаться этого правила, то скорее всего, приспособление выйдет из строя. Поэтому рекомендуется применять его в цепях с наличием постоянного или пульсирующего тока, но ни в коем случае не переменного.

Электролитические конденсаторы: типы и предназначение

Типы электролитических конденсаторов представлены широким рядом. Они бывают:

• полимерными;
• полимерными радиальными;
• с низким уровнем утечки тока;
• стандартной конфигурации;
• с широким диапазоном температур;
• миниатюрными;
• неполярными;
• с наличием жесткого вывода;
• низкоимпедансными.

Где применяются электролитические конденсаторы? Типы конденсаторов из алюминия используются в разных радиотехнических устройствах, деталях компьютера, периферийных приборах типа принтеров, графических устройствах и сканерах. Также они применяются в строительном оборудовании, промышленных приборах для измерения, в сфере вооружения и космоса.

Конденсаторы КМ

Существуют и глиняные конденсаторы типа КМ. Они используются:

• в промышленном оборудовании;
• при создании приборов для измерения, отличающихся высокоточными показателями;
• в радиоэлектронике;
• в сфере военной индустрии.

Устройства подобного типа отличаются высоким уровнем стабильности. Основу их функциональности составляют импульсные режимы в цепях с переменным и неизменным током. Их характеризует высокий уровень сцепления обкладок из керамики и долгая служба. Это обеспечивается низким значением коэффициента емкостного непостоянства температур.

При маленьких размерах имеют высокий показатель емкости, достигающий 2,2 мкФ. Изменение ее значения в интервале рабочей температуры у данного вида составляет от 10 до 90%.

Типы группы Н, как правило, применяются как переходники или же блокирующие устройства и т. п. Современные приборы из глины изготавливаются при помощи прессовки под давлением в целостный блок тончайших металлизированных керамических пластинок.

Высокий уровень прочности этого материала дает возможность использовать тонкие заготовки. В итоге пропорциональная показателю объема, резко возрастает.

Устройства КМ отличаются высокой стоимостью. Объясняется это тем, что при их изготовлении используются драгоценные металлы и их сплавы: Ag, Pl, Pd. Палладий присутствует во всех моделях.

Конденсаторы на основе керамики

Дисковая модель обладает высоким уровнем емкости. Ее показатель колеблется от 1 pF до 220 nF, а самое высокое рабочее напряжение не должно быть выше 50 V.

К плюсам данного типа можно отнести:

• малые потери тока;
• небольшой размер;
• низкий показатель индукции;
• способность функционировать при высоких частотах;
• высокий уровень температурной стабильности емкости;
• возможность работы в цепях с постоянным, переменным и пульсирующим током.

Основу многослойного устройства составляют чередующиеся тонкие слои из керамики и металла.

Этот вид похож на однослойный дисковый. Но такие устройства обладают высоким показателем емкости. Максимальное рабочее напряжение на корпусе этих приборов не указывается. Так же как и на однослойной модели, напряжение не должно быть выше 50 V.

Устройства функционируют в цепях с постоянным, переменным и пульсирующим током.

Плюсом высоковольных керамических конденсаторов является их способность функционировать под высоким уровнем напряжения. Диапазон рабочего напряжения колеблется от 50 до 15000 V, а показатель емкости может составлять от 68 до 150 pF.

Могут функционировать в цепях с постоянным, переменным и пульсирующим током.

Танталовые устройства

Современные танталовые устройства являются самостоятельным подвидом электролитического вида из алюминия. Основу конденсаторов составляет пентаоксид тантала.

Конденсаторы обладают небольшим показателем напряжения и применяются в случае необходимости использования прибора с большим показателем емкости, но в корпусе малого размера. У данного типа есть свои особенности:

• небольшой размер;
• показатель максимального рабочего напряжения составляет до 100 V;
• повышенный уровень надежности при долгом употреблении;
• низкий показатель утечки тока;
• широкий спектр рабочих температур;
• показатель емкости может колебаться от 47 nF до 1000 uF;
• устройства обладают более низким уровнем индуктивности и применяются в высокочастотных конфигурациях.

Минус этого вида заключен в высокой чувствительности к повышению рабочего напряжения.

Следует отметить, что, в отличие от электролитического вида, линией на корпусе помечается плюсовой вывод.

Разновидности корпусов

Какие разновидности имеют танталовые конденсаторы? Типы конденсаторов из тантала выделяются в зависимости от материала корпуса.

1. SMD-корпус. Для изготовления корпусных устройств, которые используются при поверхностном монтаже, катод соединяется с терминалом посредством эпоксидной смолы с содержанием серебряного наполнителя. Анод приваривается к электроду, а стрингер отрезается. После формирования устройства на него наносится печатная маркировка. Она содержит показатель номинальной емкости напряжения.
2. При формировании этого типа корпусного устройства анодный проводник должен быть приварен к самому выводу анода, а затем отрезается от стрингера. В этом случае терминал катода припаивается к основе конденсатора. Далее конденсатор заполняется эпоксидом и высушивается. Как и в первом случае, на него наносится маркировка

Конденсаторы первого типа отличаются большей степенью надежности. Но все типы танталовых конденсаторов применятся:

• в машиностроении;
• компьютерах и вычислительной технике;
• оборудовании для телевизионного вещания;
• электрических приборах бытового назначения;
• разнообразных блоках питания для материнских плат, процессоров и т.д.

Поиск новых решений

На сегодняшний день танталовые конденсаторы являются самыми востребованными. Современные производители находятся в поисках новых методов повышения уровня прочности изделия, оптимизации его технических характеристик, а также существенного понижения цены и унификации производственного процесса.

С этой целью пытаются снизить стоимость на основе составляющих компонентов. Последующая роботизация всего процесса производства также способствует падению цены на изделие.

Важным вопросом считается и уменьшение корпуса устройства при сохранении высоких технических параметров. Уже проводятся эксперименты на новых типах корпусов в уменьшенном исполнении.

Конденсаторы из полиэстера

Показатель емкости этого типа устройства может колебаться от 1 nF до 15 uF. Спектром рабочего напряжения является показатель от 50 до 1500 V.

Существуют устройства с разной степенью допуска (допустимое отклонение емкости составляет 5%, 10% и 20%).

Это вид обладает стабильностью температуры, высоким уровнем емкости и низкой стоимостью, что и объясняет их широкое применение.

Конденсаторы с переменной емкостью

Типы переменных конденсаторов обладают определенным принципом работы, который заключается в накоплении заряда на пластинах-электродах, изолированных посредством диэлектрика. Пластины эти отличаются подвижностью. Они могут перемещаться.

Подвижная пластина называется ротором, а неподвижная — статором. При изменении их положения изменятся и площадь пересечения, и, как следствие, показатель емкости конденсатора.

Конденсаторы бывают с двумя типами диэлектриков: воздушным и твердым.

В первом случае в роли диэлектрика выступает обыкновенный воздух. Во втором случае применяют керамику, слюду и др. материалы. Для увеличения показателя емкости устройства статорные и роторные пластины собираются в блоки, закрепленные на единой оси.

Конденсаторы с воздушным типом диэлектрика применяются в системах с постоянной регулировкой емкости (например, в узлах настройки радиоприемников). Такой тип устройства обладает более высоким уровнем стойкости, чем керамический.

Построечный вид

Самым распространенным видом являются построечные конденсаторы. Они относятся к переменному типу, но обладают меньшей износостойкостью, так как регулируются реже.

Типы конденсаторов этой категории в основе содержат металлизированную керамику. Металл функционирует в качестве электрода, а керамика выступает в роли изолятора.

Конденсатором называется элемент электрической цепи, служащий в качестве накопителя заряда.

Областей применения этого устройства сейчас много, чем и обусловлен их большой ассортимент. Они различаются по материалам, из которых изготовлены, назначению, диапазону основного параметра. Но главной характеристикой конденсатора является его емкость.

Принцип работы конденсатора

Конструкция

На схемах конденсатор обозначается в виде двух параллельных линий, не связанных между собой:

Это соответствует его простейшей конструкции — двум пластинам (обкладкам), разделенным диэлектриком. Фактическое исполнение этого изделия чаще всего представляет собой завернутые в рулон обкладки с прослойкой диэлектрика или иные причудливые формы, но суть остается той же самой.

Электрическая ёмкость – способность проводника накапливать электрические заряды. Чем больше заряд вмещает проводник при данной разности потенциалов, тем больше ёмкость. Зависимость между зарядом Q и потенциалом φ выражается формулой:

где Q — заряд в кулонах (Кл), φ — потенциал в вольтах (В).

Емкость измеряется в фарадах (Ф), что вы помните еще с уроков физики. На практике чаще встречаются более мелкие единицы: миллифарад (мФ), микрофарад (мкФ), нанофарад (нФ), пикофарад (пФ).−12 Ф/м, электрическая постоянная, а ε — диэлектрическая проницаемость среды (табличная величина для каждого вещества).

В реальной жизни нам чаще приходится иметь дело не с одним проводником, а с системами таковых. Так, в обычном плоском конденсаторе емкость будет прямо пропорциональна площади пластин и обратно — расстоянию между ними:

C=εε0S/d

ε здесь — диэлектрическая проницаемость прокладки между пластинами.

Емкость параллельных и последовательных систем

Параллельное соединение емкостей представляет собой один большой конденсатор с тем же слоем диэлектрика и суммарной площадью пластин, поэтому общая емкость системы представляет собой сумму таковых у каждого из элементов. Напряжение при параллельном соединении будет одним и тем же, а заряд распределится между элементами схемы.​

C=C1+C2+C3

Последовательное соединение конденсаторов характеризуется общим зарядом и распределенным напряжением между элементами. Поэтому суммируется не емкость, а обратная ей величина:

1/C=1/С1+1/С2+1/С3

Из формулы емкости одиночного конденсатора можно вывести, что при одинаковых элементах, соединенных последовательно, их можно представить в виде одного большого с той же площадью обкладки, но с суммарной толщиной диэлектрика.2)/2C

где U — напряжение между обкладками, а q — накопленный заряд.

Конденсатор в колебательном контуре

В замкнутом контуре, содержащем катушку и конденсатор, может быть сгенерирован переменный ток.

После зарядки конденсатора он начнет саморазряжаться, давая возрастающий по силе ток. Энергия разряженного конденсатора станет равной нулю, зато магнитная энергия катушки — максимальной. Изменение величины тока вызывает ЭДС самоиндукции катушки, и она по инерции пропустит ток в сторону второй обкладки, пока та полностью не зарядится. В идеальном случае такие колебания бесконечны, а в реальности они быстро затухают. Частота колебаний зависит от параметров как катушки, так и конденсатора:

где L — индуктивность катушки.

Конденсатор может обладать собственной индуктивностью, что можно наблюдать при повышении частоты тока в цепи. В идеальном случае эта величина незначительна, и ей можно пренебречь, но в реальности, когда обкладки представляют собой свернутые пластинки, не считаться с этим параметром нельзя, особенно если речь идет о высоких частотах. В таких случаях конденсатор совмещает в себе две функции, и представляет собой своеобразный колебательный контур с собственной резонансной частотой.

Эксплуатационные характеристики

Помимо указанных выше емкости, собственной индуктивности и энергоемкости, реальные конденсаторы (а не идеальные) обладают еще рядом свойств, которые нужно учитывать при выборе этого элемента для цепи. К ним относятся:

Чтобы понять, откуда берутся потери, необходимо разъяснить, что представляют собой графики синусоидальных тока и напряжения в этом элементе. Когда конденсатор заряжен максимально, ток в его обкладках равен нулю. Соответственно, когда ток максимален, напряжение отсутствует. То есть напряжение и ток сдвинуты по фазе на угол 90 градусов. В идеале конденсатор обладает только реактивной мощностью:

Q=UIsin 90

В реальности же обкладки конденсатора обладают собственным сопротивлением, а часть энергии расходуется на нагрев диэлектрика, что обуславливает ее потери. Чаще всего они незначительны, но иногда ими пренебрегать нельзя. Основной характеристикой этого явления служит тангенс угла диэлектрических потерь, представляющий собой отношение активной мощности (даваемой малыми потерями в диэлектрике) и реактивной. Измерить эту величину можно теоретически, представив реальную емкость в виде эквивалентной схемы замещения — параллельной или последовательной.

Определение тангенса угла диэлектрических потерь

При параллельном соединении величина потерь определяется отношением токов:

tgδ = Ir/Ic = 1/(ωCR)

В случае последовательного соединения угол вычисляется соотношением напряжений:

tgδ = Ur/Uc = ωCR

В реальности для замеров tgδ пользуются прибором, собранным по мостовой схеме. Его применяют для диагностики потерь в изоляции у высоковольтного оборудования. С помощью измерительных мостов можно измерять и другие параметры сетей.

Номинальное напряжение

Этот параметр указывается на маркировке. Он показывает предельную величину напряжения, которое может быть подано на обкладки. Превышение номинала может привести к пробою конденсатора и выходу его из строя. Зависит этот параметр от свойств диэлектрика и его толщины.

Полярность

Некоторые конденсаторы имеют полярность, то есть в схему его необходимо подключать строго определенным образом. Связано это с тем, что в качестве одной из обкладок используется какой-либо электролит, а диэлектриком служит оксидная пленка на другом электроде. При изменении полярности электролит просто разрушает пленку и конденсатор перестает работать.

Температурный коэффициент емкости

Он выражается отношением ΔC/CΔT где ΔT — изменение температуры окружающей среды. Чаще всего эта зависимость линейна и незначительна, но для конденсаторов, работающих в агрессивных условиях, ТКЕ указывается в виде графика.

Выход конденсатора из строя обусловлен двумя основными причинами — пробоем и перегревом. И если в случае пробоя некоторые их виды способны к самовосстановлению, то перегрев со временем приводит к разрушению.

Перегрев обусловлен как внешними причинами (нагреванием соседних элементов схемы), так и внутренними, в частности, последовательным эквивалентным сопротивлением обкладок. В электролитических конденсаторах он приводит к испарению электролита, а в оксиднополупроводниковых — к пробою и химической реакции между танталом и оксидом марганца.

Опасность разрушения в том, что часто оно происходит с вероятностью взрыва корпуса.

Техническое исполнение конденсаторов

Классифицировать конденсаторы можно по нескольким группам. Так, в зависимости от возможности регулировать емкость их разделяют на постоянные, переменные и подстроечные. По своей форме они могут быть цилиндрическими, сферическими и плоскими. Можно делить их по назначению. Но самой распространенной классификацией является таковая по типу диэлектрика.

Бумажные конденсаторы

В качестве диэлектрика используется бумага, очень часто — промасленная. Как правило, такие конденсаторы отличает большой размер, но были варианты и в небольшом исполнении, без промасливания. Используются в качестве стабилизирующих и накопительных устройств, а из бытовой электроники постепенно вытесняются более современными пленочными моделями.

При отсутствии промасливания имеют существенный недостаток — реагируют на влажность воздуха даже при герметичной упаковке. Промокшая бумага увеличивает энергопотери.

Диэлектрик в виде органических пленок

Пленки могут быть выполнены из органических полимеров, таких как:

• полиэтилентерифталат;
• полиамид;
• поликарбонат;
• полисульфон;
• полипропилен;
• полистирол;
• фторопласт (политетрафторэтилен).

По сравнению с предыдущими, такие конденсаторы имеют более компактные размеры, не увеличивают диэлектрические потери при увеличении влажности, но многие из них подвергаются риску выхода из строя при перегреве, а те, что этого недостатка лишены, отличаются более высокой стоимостью.

Твердый неорганический диэлектрик

Это может быть слюда, стекло и керамика.

Преимуществом этих конденсаторов считается их стабильность и линейность зависимости емкости от температуры, приложенного напряжения, а у некоторых — даже от радиации. Но иногда сама такая зависимость становится проблемой, и чем она менее выражена, тем дороже изделие.

Оксидный диэлектрик

С ним выпускаются алюминиевые, твердотельные и танталовые конденсаторы. Они имеют полярность, поэтому выходят из строя при неправильном подключении и превышении номинала напряжения. Но при этом они обладают хорошей емкостью, компактны и стабильны в работе. При правильной эксплуатации могут работать около 50 тыс. часов.

Вакуум

Такие устройства представляют собой стеклянную или керамическую колбу с двумя электродами, откуда выкачан воздух. В них практически отсутствуют потери, но малая емкость и хрупкость ограничивают сферу их применения радиостанциями, где величина емкости не так важна, а вот устойчивость к нагреву имеет принципиальное значение.

Двойной электрический слой

Если посмотреть, для чего нужен конденсатор, то можно понять, что этот тип — не совсем он. Скорее, это дополнительный или резервный источник питания, в качестве чего они и используются. Одни категория таких устройств — ионисторы — содержат в себе активированный уголь и слой электролита, другие работают на ионах лития. Емкость этих приборов может составлять до сотен фарад. К их недостаткам можно отнести высокую стоимость и активное сопротивление с токами утечки.

Каким бы ни был конденсатор, есть два обязательным параметра, которые должны быть отражены в маркировке — это его емкость и номинальное напряжение.

Помимо этого, на большинстве из них существует цифро-буквенное обозначение его характеристик. В соответствии с российскими стандартами конденсаторы маркируются четырьмя знаками.

Первая буква К означает «конденсатор», следующая цифра — вид диэлектрика, далее следует указатель назначения в виде буквы; последний значок может означать как тип конструкции, так и номер разработки, это уже зависит от завода-изготовителя. Третий пункт часто пропускается. Используется такая маркировка на достаточно крупных изделиях, где ее можно разместить. По ГОСТ расшифровка будет выглядеть так:

Первые буквы:

1. К — конденсатор постоянной емкости.
2. КТ — подстроечник.
3. КП — конденсатор переменной емкости.

Вторая группа — тип диэлектрика:

На маленьких конденсаторах всего этого не разместить, поэтому там применяется сокращенная маркировка, которая с непривычки может даже потребовать калькулятора, а иногда — лупу. В этой маркировке зашифрованы емкость, номинал напряжения и отклонения от основного параметра. Остальные параметры наносить нет смысла: это, как правило, керамические конденсаторы.

Маркировка керамических конденсаторов

Иногда с ними все просто — емкость отмечена числом и единицами: pF — пикофарад, nF — нанофарад, μF — микрофарад, mF — миллифарад. То есть, надпись 100nF можно читать прямо. Номинал, соответственно, числом и буквой V. Но иногда не умещается и это, потому применяют сокращения. Так, часто емкость умещается в трех цифрах (103, 109 и т. д.), где последняя означает число нулей, а первые две — емкость в пикофарадах.-12 Ф.

На устройствах SMD емкость в пикофарадах обозначает буква, а цифра после нее — степень 10, на которую надо умножить это значение.

Номинальное рабочее напряжение таким же образом может маркироваться буквой, если полностью его написать проблематично. В России принят следующий стандарт буквенного обозначения номинала:

Несмотря на списки и таблицы, лучше все-таки изучить кодировку конкретного производителя — в разных странах они могут отличаться.

К некоторым конденсаторам прилагается более развернутое описание их характеристик.

Они бывают полярные и неполярные. Различия их в том, что одни применяются в цепях постоянного напряжения, а другие в цепях переменного. Возможно, применение постоянных конденсаторов в цепях переменного напряжения при включении их последовательно одноименными полюсами, но они при этом показывают не лучшие параметры.

Неполярные, так же как и резисторы бывают постоянные, переменные и подстроечные.

Подстроечные конденсаторы применяются для настройки резонансных цепей в приемо-передающей аппаратуре.

Рис. 1. Конденсаторы КПК

Тип КПК. Представляют из себя посеребренные обкладки и керамический изолятор. Имеют емкость в несколько десятков пикофарад. Встретить можно в любых приемниках, радиолах и телевизионных модуляторах. Подстроечные конденсаторы также обозначаются буквами КТ. Затем следует цифра, указывающая тип диэлектрика:

1 — вакуумные; 2 — воздушные; 3 — газонаполненные; 4 — твердый диэлектрик; 5 — жидкий диэлектрик. Например, обозначение КП2 означает конденсатор переменной емкости с воздушным диэлектриком, а обозначение КТ4 — подстроечный конденсатор с твердым диэлектриком.

Рис. 2 Современные подстроечные чип-конденсаторы

Для настройки радиоприемников на нужную частоту применяют конденсаторы переменной емкости (КПЕ)

Рис. 3 Конденсаторы КПЕ

Их можно встретить только в приемо-передающей аппаратуре

1- КПЕ с воздушным диэлектриком, найти можно в любом радиоприемнике 60- 80-х годов.
2 — переменный конденсатор для УКВ блоков с верньером
3 — переменный конденсатор, применяется в приемной технике 90-х годов и по сей день, можно встретить в любом музыкальном центре, магнитофоне, кассетном плеере с приемником. В основном китайского производства.

Типов постоянных конденсаторов существует великое множество, в рамках этой статьи невозможно описать все их разнообразие, опишу лишь те, что в бытовой аппаратуре чаще всего встречаются.

Рис.10 Ом.

Рис. 5 Конденсаторы КТК

Конденсаторы КТК — Конденсатор трубчатый керамический В качестве диэлектрика используется керамическая трубка, обкладки из серебра. Широко применялись в колебательных контурах ламповой аппаратуры с 40-х по начало восьмидесятых годов. Цвет конденсатора означает ТКЕ(температурный коэффициент изменения емкости). Рядом с емкостью, как правило прописывается группа ТКЕ, которая имеет буквенное или цифровое обозначение (Таблица1.) Как видно из таблицы, самые термостабильные — голубые и серые. Вообще этот тип очень хорош для ВЧ техники.

Таблица 1. Маркировка ТКЕ керамических конденсаторов

При настройке приемников часто приходится подбирать конденсаторы гетеродинных и входных контуров. Если в приемнике используются конденсаторы КТК, то подбор емкости конденсаторов в этих контурах можно упростить. Для этого на корпус конденсатора рядом с выводом наматывают плотно несколько витков провода ПЭЛ 0,3 и один из концов этой спиральки подпаивают к выводу конденсаторов. Раздвигая и сдвигая витки спиральки, можно в небольших пределах регулировать емкость конденсатора. Может случиться, что, подключив конец спиральки к одному из выводов конденсатора, добиться изменения емкости не удается. В этом случае спираль следует подпаять к другому выводу.

Рис. 6 Керамические конденсаторы. Вверху советские, внизу импортные.

Керамические конденсаторы, их обычно называют «красные флажки», также иногда встречается название «глиняные». Эти конденсаторы широко применяются в высокочастотных цепях. Обычно эти конденсаторы не котируются и редко применяются любителями, поскольку конденсаторы одного и того же типа могут быть изготовлены из разной керамики и имеют различные характеристики. В керамических конденсаторах выигрывая в размерах, проигрывают в термостабильности и линейности. На корпусе обозначается емкость и ТКЕ (таблица 2.)

Таблица 2

Достаточно взглянуть на допустимое изменение емкости у конденсаторов с ТКЕ Н90 емкость может изменяться почти в два раза! Для многих целей это не приемлемо, но все же не стоит отвергать этот тип, при небольшом перепаде температур и не жестких требованиях ими вполне можно пользоваться. Применяя параллельное включение конденсаторов с разными знаками ТКЕ можно получить достаточно высокую стабильность результирующей емкости. Встретить их можно в любой аппаратуре, особенно любят китайцы в своих поделках.

Имеют на корпусе обозначение емкости в пикофарадах или нанофарадах, импортные маркируются числовой кодировкой. Первые две цифры указывают на значение емкости в пикофарадах (пФ), последняя — количество нулей. Когда конденсатор имеет емкость менее 10 пФ, то последняя цифра может быть «9». При емкостях меньше 1.0 пФ первая цифра «0». Буква R используется в качестве десятичной запятой. Например, код 010 равен 1.0 пФ, код 0R5 — 0.5 пФ. Несколько примеров собраны в таблице:

Маркировка цифробуквенная:
22р-22 пикофарада
2n2- 2.2 нанофарада
n10 — 100 пикофарад

Хотелось бы особо отметить керамические конденсаторы типа КМ, применяются в промышленном оборудовании и военных аппаратах, имеют высокую стабильность, найти весьма сложно, потому как содержат редкоземельные металлы, и если вы нашли плату, где применяется данный тип конденсаторов, то в 70 % случаев их вырезали до вас).

В последнее десятилетие очень часто стали применяться радиодетали для поверхностного монтажа, вот основные типоразмеры корпусов для керамических чип-конденсаторов

Конденсаторы МБМ – металлобумажный конденсатор(рис 6.), применялся как правило в ламповой звукоусилительной аппаратуре. Сейчас весьма ценятся некоторыми аудиофилами. Также к данному типу относятся конденсаторы К42У-2 военной приемки, но их иногда можно встретить и в бытовой вппаратуре.

Рис. 7 Конденсатор МБМ и К42У-2

Следует отметить отдельно такие типы конденсаторов как МБГО и МБГЧ(рис.8), любителями зачастую используются как пусковые конденсаторы для запуска электродвигателей. Как пример, мой запас на двигатель на 7кВт (рис 9.). Рассчитаны на высокое напряжение от 160 до 1000в, что им дает много различных применений в быту и промышленности. Следует помнить, что для использования в домашней сети, нужно брать конденсаторы, с рабочим напряжением не менее 350в. Найти такие конденсаторы можно в старых бытовых стиральных машинах, различных устройствах с электродвигателями и в промышленных установках. Часто применяются в качестве фильтров для акустических систем, имея для этого неплохие параметры.

Рис. 8. МБГО, МБГЧ

Рис. 9

Кроме обозначения, указывающего конструктивные особенности (КСО — конденсатор слюдяной спрессованный, КТК -керамический трубчатый и т. д.), существует система обозначений конденсаторов постоянной емкости, состоящая из ряда элементов: на первом месте стоит буква К, на втором месте -двухзначное число, первая цифра которого характеризует тип диэлектрика, а вторая — особенности диэлектрика или эксплуатации, затем через дефис ставится порядковый номер разработки.

Например, обозначение К73-17 означает пленочный полиэтилен-терефталатный конденсатор с 17 порядковым номером разработки.

Рис. 10. Различные типы конденсаторов

Рис. 11. Конденсатор типа К73-15

Основные типы конденсаторов, в скобочках импортные аналоги.

К10 -Керамический, низковольтный (Upa6 К50 -Электролитический, фольговый, Алюминиевый
К15 -Керамический, высоковольтный (Upa6>1600B)
К51 -Электролитический, фольговый, танталовый,ниобиевый и др.
К20 -Кварцевый
К52 -Электролитический, объемно-пористый
К21 -Стеклянный
К53 -Оксидо-полупроводниковый
К22 -Стеклокерамический
К54 -Оксидно-металлический
К23 -Стеклоэмалевый
К60- С воздушным диэлектриком
К31- Слюдяной малой мощности (Mica)
К61 -Вакуумный
К32 -Слюдяной большой мощности
К71 -Пленочный полистирольный(KS или FKS)
К40 -Бумажный низковольтный(ираб К72 -Пленочный фторопластовый (TFT)
К73 -Пленочный полиэтилентереф-талатный (KT ,TFM, TFF или FKT)
К41 -Бумажный высоковольт-ный(ираб>2 kB) с фольговыми обкладками
К75 -Пленочный комбинированный
К76 –Лакопленочный (MKL)
К42 -Бумажный с металлизированными Обкладками (MP)
К77 -Пленочный, Поликарбонатный (KC, MKC или FKC)
К78 – Пленочный полипропилен (KP, MKP или FKP)

Конденсаторы с пленочным диэлектриком в простонародье называют слюдяными, различные применяемые диэлектрики дают хорошие показатели ТКЕ. В качестве обкладок в пленочных конденсаторах используют либо алюминиевую фольгу, либо напыленные на диэлектрическую пленку тонкие слои алюминия или цинка. Они имеют достаточно стабильные параметры и применяются для любых целей (не для всех типов). Встречаются в бытовой аппаратуре повсеместно. Корпус таких конденсаторов может быть как металлическим, так и пластмассовым и иметь цилиндрическую или прямоугольную форму(рис. 10.) Импортные слюдяные конденсаторы(рис.12)

Рис. 12. Импортные слюдяные конденсаторы

На конденсаторах указывается номинальное отклонение от емкости, может быть показано в процентах или иметь буквенный код. В основном в бытовой аппаратуре широко применяются конденсаторы с допуском H, M, J, K. Буква, обозначающая допуск указывается после значения номинальной ёмкости конденсатора, вот так 22nK, 220nM, 470nJ.

Таблица для расшифровки условного буквенного кода допустимого отклонения ёмкости конденсаторов. Допуск в %

Важным является значение допустимого рабочего напряжения конденсатора, указывается после номинальной ёмкости и допуска. Обозначается в вольтах с буквы В (старая маркировка), и V (новая маркировка). Например, так: 250В, 400В, 1600V, 200V. В некоторых случаях, буква V опускается.

Иногда применяется кодирование латинской буквой. Для расшифровки следует пользоваться таблицей буквенного кодирования рабочего напряжения конденсаторов.

Поклонники Николы Тесла имеют частую потребность в высоковольтных конденсаторах, вот некоторые которые можно встретить, в основном в телевизорах в блоках строчной развертки.

Рис. 13. Высоковольтные конденсаторы

К полярным конденсаторам относятся все электролитические, которые бывают:

Алюминиевые электролитические конденсаторы обладают высокой емкостью, низкой стоимостью и доступностью. Такие конденсаторы широко применяются в радиоприборостроении, но имеют существенный недостаток. Со временем электролит внутри конденсатора высыхает и они теряют емкость. Вместе с емкостью увеличивается эквивалентное последовательное сопротивление и такие конденсаторы уже не справляются с поставленными задачами. Это как правило служит причиной неисправности многих бытовых приборов. Использование б/у конденсаторов не желательно, но все же если возникло желание их использовать, нужно тщательно измерить емкость и esr, чтоб потом не искать причину неработоспособности прибора. Перечислять типы алюминиевых конденсаторов не вижу смысла, поскольку особых отличий в них нет, кроме геометрических параметров. Конденсаторы бывают радиальные(с выводами с одного торца цилиндра)и аксиальные(с выводами с противоположных торцов), встречаются конденсаторы с одним выводом, в качестве второго-используется корпус с резьбовым наконечником(он же и является крепежом), такие конденсаторы можно встретить в старой ламповой радиотелевизионной технике. Также стоит заметить, что на материнских платах компьютеров, в импульсных блоках питания часто встречаются конденсаторы с низким эквивалентным сопротивлением, так называемые LOW ESR, так вот они имеют улучшенные параметры и заменяются только на подобные, иначе при первом включении будет взрыв.

Рис. 14. Электролитические конденсаторы. Снизу — для поверхностного монтажа.

Танталовые конденсаторы, лучше чем алюминиевые, за счет использования более дорогой технологии. В них применяется сухой электролит, поэтому им не свойственно «высыхание» алюминиевых конденсаторов. Кроме того, танталовые конденсаторы имеют более низкое активное сопротивление на высоких частотах (100 кГц), что важно при использовании в импульсных источниках питания. Недостатком танталовых конденсаторов является относительно большое уменьшение емкости с увеличением частоты и повышенная чувствительность к переполюсовке и перегрузкам. К сожалению, этот тип конденсаторов характеризуется невысокими значениями емкости (как правило, не более 100 мкФ). Высокая чувствительность к напряжению заставляет разработчиков делать запас по напряжению Увеличенным в два и более раз.

Рис. 14. Танталовые конденсаторы. Первые три отечественные, предпоследний импортный, последний импортный для поверхностного монтажа.

Основные размеры танталовых чип-конденсаторов:

К одной из разновидностей конденсаторов (на самом деле это полупроводники и с обычными конденсаторами имеют мало общего, но упомянуть их все же имеет смысл) относятся варикапы. Это особый вид диодо-конденсатора, который изменяет свою емкость в зависимости от приложенного напряжения. Применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др.

Рис. 15 Варикапы кв106б, кв102

Также весьма интересны «суперконденсаторы» или ионисторы. При малых размерах они обладают колоссальной емкостью и часто используются для питания микросхем памяти, и иногда ими подменяют электрохимические батареи. Ионисторы могут работать и в буфере с батареями в целях защиты их от резких скачков тока нагрузки: при низком токе нагрузки батарея подзаряжает суперконденсатор, и если ток резко возрастет, ионистор отдаст запасенную энергию, чем уменьшит нагрузку на батарею. При таком варианте использования его размещают либо непосредственно возле аккумуляторной батареи, либо внутри ее корпуса. Их можно встретить в ноутбуках в качестве элемента питания для CMOS.

К недостаткам можно отнести:
Удельная энергия меньше, чем у аккумуляторов (5-12 Вт·ч/кг при 200 Вт·ч/кг для литий-ионных аккумуляторов).
Напряжение зависит от степени заряженности.
Возможность выгорания внутренних контактов при коротком замыкании.
Большое внутреннее сопротивление по сравнению с традиционными конденсаторами (10…100 Ом у ионистора 1 Ф × 5,5 В).
Значительно больший, по сравнению с аккумуляторами, саморазряд: порядка 1 мкА у ионистора 2 Ф × 2,5 В.

Рис. 16. Ионисторы

Если вы регулярно занимаетесь созданием электрических схем, вы наверняка использовали конденсаторы. Это стандартный компонент схем, такой же, как сопротивление, который вы просто берёте с полки без раздумий. Мы используем конденсаторы для сглаживания пульсаций напряжения/тока, для согласования нагрузок, в качестве источника энергии для маломощных устройств, и других применений.

Но конденсатор – это не просто пузырёк с двумя проводочками и парой параметров – рабочее напряжение и ёмкость. Существует огромный массив технологий и материалов с разными свойствами, применяемых для создания конденсаторов. И хотя в большинстве случаев для любой задачи сгодится практически любой конденсатор подходящей ёмкости, хорошее понимание работы этих устройств может помочь вам выбрать не просто нечто подходящее, а подходящее наилучшим образом. Если у вас когда-нибудь была проблема с температурной стабильностью или задача поиска источника дополнительных шумов – вы оцените информацию из этой статьи.

Начнём с простого

Ёмкость измеряется в фарадах: конденсатор в один фарад выдаёт напряжение в один вольт, если в нём находится заряд в один кулон. Как и у многих других единиц системы СИ, у неё непрактичный размер, поэтому, если не брать в расчёт суперконденсаторы, о которых мы здесь говорить не будем, вы скорее всего встретитесь с микро-, нано- и пикофарадами. Ёмкость любого конденсатора можно вывести из его размеров и свойств диэлектрика – если интересно, формулу для этого можно посмотреть в Википедии. Запоминать её не нужно, если только вы не готовитесь к экзамену – но в ней содержится один полезный факт. Ёмкость пропорциональна диэлектрической проницаемости ε r использованного диэлектрика, что в результате привело к появлению в продаже различных конденсаторов, использующих разные диэлектрические материалы для достижения больших ёмкостей или улучшения характеристик напряжения.

Алюминиевые электролитические

Алюминиевые электролитические конденсаторы используют анодно-оксидированный слой на алюминиевом листе в качестве одной пластины-диэлектрика, и электролит из электрохимической ячейки в качестве другой пластины. Наличие электрохимической ячейки делает их полярными, то есть напряжение постоянного тока должно прикладываться в одном направлении, и анодированная пластина должна быть анодом, или плюсом.

На практике их пластины выполнены в виде сэндвича из алюминиевой фольги, завёрнутой в цилиндр и расположенной в алюминиевой банке. Рабочее напряжение зависит от глубины анодированного слоя.

У электролитических конденсаторов наибольшая среди распространённых ёмкость, от 0,1 до тысяч мкФ. Из-за плотной упаковки электрохимической ячейки у них наблюдается большая эквивалентная последовательная индуктивность (equivalent series inductance, ESI, или эффективная индуктивность), из-за чего их нельзя использовать на высоких частотах. Обычно они используются для сглаживания питания и развязывания, а также связывания на аудиочастотах.

Танталовые электролитические

Танталовые электролитические конденсаторы изготавливаются в виде спечённого танталового анода с большой площадью поверхности, на которой выращивается толстый слой оксида, а затем в качестве катода размещается электролит из диоксида марганца. Комбинация большой площади поверхности и диэлектрических свойств оксида тантала приводит к высокой ёмкости в пересчёте на объём. В результате такие конденсаторы выходят гораздо меньше алюминиевых конденсаторов сравнимой ёмкости. Как и у последних, у танталовых конденсаторов есть полярность, поэтому постоянный ток должен идти в строго одном направлении.

Их доступная ёмкостью варьируется от 0,1 до нескольких сотен мкФ. У них гораздо меньше сопротивление утечки и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), в связи с чем они используются в тестировании, измерительных приборах и высококачественных аудиоустройствах – там, где эти свойства полезны.

В случае танталовых конденсаторов необходимо особенно следить за состоянием отказа, бывает, что они загораются. Аморфный оксид тантала – хороший диэлектрик, а в кристаллической форме он становится хорошим проводником. Неправильное использование танталового конденсатора – например, подача слишком большого пускового тока может привести к переходу диэлектрика в другую форму, что увеличит проходящий через него ток. Правда, репутация, связанная с возгораниями, появилась у более ранних поколений танталовых конденсаторов, и улучшенные методы производства привели к созданию более надёжной продукции.

Полимерные плёнки

Полипропиленовые конденсаторы используются в схемах, требующих хорошей тепловой и частотной стабильности. Также они используются в системах питания, для подавления ЭМП, в системах, использующих переменные токи высокого напряжения.

Полиэстеровые конденсаторы, хотя и не обладают такими температурными и частотными характеристиками, получаются дешёвыми и выдерживают большие температуры при пайке для поверхностного монтажа. В связи с этим они используются в схемах, предназначенных для использования в некритичных приложениях.

Полиэтилен-нафталатовые конденсаторы. Не обладают стабильными температурными и частотными характеристиками, но могут выдерживать гораздо большие температуры и напряжения по сравнению с полиэстеровыми.

Полиэтилен-сульфидовые конденсаторы обладают температурными и частотными характеристиками полипропиленовых, и в дополнение выдерживают высокие температуры.

В старом оборудовании можно наткнуться на поликарбонатные и полистиреновые конденсаторы, но сейчас они уже не используются.

Керамика

История керамических конденсаторов довольно длинная – они использовались с первых десятилетий прошлого века и по сей день. Ранние конденсаторы представляли собою один слой керамики, металлизированной с обеих сторон. Более поздние бывают и многослойными, где пластины с металлизацией и керамика перемежаются. В зависимости от диэлектрика их ёмкости варьируются от 1 пФ до десятков мкФ, а напряжения достигают киловольт. Во всех отраслях электроники, где требуется малая ёмкость, можно встретить как однослойные керамические диски, так и многослойные пакетные конденсаторы поверхностного монтажа.

Проще всего классифицировать керамические конденсаторы по диэлектрикам, поскольку именно они придают конденсатором все свойства. Диэлектрики классифицируют по трёхбуквенным кодам, где зашифрована их рабочая температура и стабильность.

C0G лучшая стабильность в ёмкости по отношению к температуре, частоте и напряжению. Используются в высокочастотных схемах и других контурах высокого быстродействия.

X7R не обладают такими хорошими характеристиками по температуре и напряжению, посему используются в менее критичных случаях. Обычно это развязывание и различные универсальные приложения.

Y5V обладают гораздо большей ёмкостью, но характеристики температуры и напряжения у них ещё ниже. Также используются для развязывания и в различных универсальных приложениях.

Поскольку керамика часто обладает и пьезоэлектрическими свойствами, некоторые керамические конденсаторы демонстрируют и микрофонный эффект. Если вы работали с высокими напряжениями и частотами в аудиодиапазоне, например, в случае ламповых усилителей или электростатики, вы могли услышать, как «поют» конденсаторы. Если вы использовали пьезоэлектрический конденсатор для обеспечения частотной стабилизации, вы могли обнаружить, что его звук модулируется вибрацией его окружения.

Как мы уже упоминали, статья не ставит целью охватить все технологии конденсаторов. Взглянув в каталог электроники вы обнаружите, что некоторые технологии, имеющиеся в наличии, здесь не освещены. Некоторые предложения из каталогов уже устарели, или же имеют такую узкую нишу, что с ними чаще всего и не встретишься. Мы надеялись лишь развеять некоторые тайны по поводу популярных моделей конденсаторов, и помочь вам в выборе подходящих компонентов при разработке собственных устройств. Если мы разогрели ваш аппетит, вы можете изучить нашу статью по катушкам индуктивности.

Об обнаруженных вами неточностях и ошибках прошу писать через

Как определить полярность электролитического конденсатора

Электролитический конденсатор — это необычный электронный компонент, сочетающий в себе свойства пассивного элемента и полупроводникового устройства. В отличие от обычного конденсатора, это полярный элемент.

Инструкция по эксплуатации

1

Для электролитических конденсаторов отечественного производства, выводы которых расположены радиально или аксиально, для определения полярности найдите знак плюс, расположенный на корпусе.Тот, к которому он ближе, положительный. Так же отмечены некоторые старые конденсаторы чешского производства.

2

Коаксиальные конденсаторы, корпус которых предназначен для подключения к шасси; обычно предназначены для использования в фильтрах анодного напряжения ламп. Так как он положительный, то в большинстве случаев на корпусе выводится минусовая накладка, а на центральном контакте — плюс. Но из этого правила могут быть исключения, поэтому в случае сомнений поищите маркировку на корпусе устройства (знак плюс или минус) или, если нет, проверьте полярность, как описано ниже.

3

Особый случай возникает при проверке электролитических конденсаторов типа К50-16. Такой прибор имеет пластиковое дно, а маркировка полярности размещается прямо на нем. Иногда знаки минус и плюс располагаются таким образом, что выводы проходят прямо через их центры.

4

Устаревший конденсатор этого типа непосвященный может счесть диодом. Обычно полярность на его корпусе указывается методом, описанным в шаге 1.Если маркировки нет, имейте в виду, что вывод, расположенный сбоку от утолщения корпуса, подключен к плюсовой накладке. Такие конденсаторы ни в коем случае не разбирайте — они содержат ядовитые вещества!

5

Полярность современных электролитических конденсаторов зарубежного производства, независимо от их конструкции, определяется полосой, расположенной рядом с минусовой клеммой. Он наносится в цвете, контрастирующем с цветом корпуса, и носит прерывистый характер, т. Е. Состоит из минусов.

6

Чтобы определить полярность немаркированного конденсатора, соберите цепь, состоящую из последовательно соединенных источника постоянного напряжения в несколько вольт, резистора сопротивлением 1 кОм и микроамперметра. Полностью разрядите устройство, и только потом подключите его к этой цепи. После полной зарядки снимите показания счетчика. Затем отключите конденсатор от цепи, снова полностью разрядите, подключите его к цепи, дождитесь полной зарядки и прочтите новые показания. Сравните их с предыдущими.При подключении с соблюдением полярности утечка заметно меньше.

примечание

Полностью разрядите конденсатор перед проверкой и касанием его клемм. При сборке или ремонте конструкции всегда устанавливайте прибор только с соблюдением полярности, иначе он может сломаться.

Узнайте полярность конденсатора в следующем классе 12 физики CBSE

Полный ответ: Сначала мы поймем ориентацию конденсатора, проволочной петли и стержневого магнита в приведенной выше схеме. Конденсатор и стержневой магнит находятся в плоскости бумаги, а проволочная петля перпендикулярна плоскости бумаги на рисунке выше.
Теперь мы знаем, что силовые линии магнитного поля за пределами стержневого магнита берут начало на южном полюсе и заканчиваются на северном полюсе.Таким образом, мы видим, что силовые линии магнитного поля проходят внутри петли справа налево в текущем случае. Таким образом, это означает, что стержневой магнит заставит магнитное поле иметь направление справа налево внутри проволочной петли. Это магнитное поле обозначено на диаграмме буквой B.
Теперь мы применим закон Ленца, чтобы найти направление индуцированного магнитного поля в проволочной петле: —
Закон Ленца : Согласно закону Ленца индуцированное магнитное поле в проволочной петле будет препятствовать изменению магнитного потока через петля.
Чтобы противодействовать изменению магнитного потока, магнитное поле будет индуцировано в направлении, противоположном направлению, создаваемому стержневым магнитом. Таким образом, мы имеем индуцированное магнитное поле в направлении слева направо. Это индуцированное магнитное поле обозначено на схеме буквой B ’.
Теперь мы применим правило большого пальца правой руки, чтобы найти направление индуцированного тока в проволочной петле: —
Правило большого пальца правой руки: Если представить, что проводник с током находится в правой руке, например этот большой палец указывает в направлении тока, а согнутые пальцы руки указывают направление магнитного поля.
Чтобы индуцировать магнитное поле в направлении слева направо, ток должен пройти в контуре из направления a в направление b.

Если ток течет от a к b, положительный заряд будет накапливаться на пластине «b», а равный и противоположный отрицательный заряд будет накапливаться на пластине «b» конденсатора.

Таким образом, полярность конденсатора становится следующей: —
A пластина = отрицательная клемма
B пластина = положительная клемма

Примечание: Существует альтернативный метод быстрого доступа для решения таких вопросов.Сторона проволочной петли, обращенная к стержневому магниту, будет пытаться оттолкнуть стержневой магнит и образовать полюс, противоположный полюсу стержневого магнита, обращенному к нему. В этом случае проволочная петля образует северный полюс, поскольку сторона южного полюса стержневого магнита обращена к нему.

Теперь, чтобы сформировать северный полюс, ток должен течь против часовой стрелки, то есть от a к b. Таким образом, полярность конденсатора становится следующей:
A пластина = отрицательная клемма
B пластина = положительная клемма

Электролитический конденсатор — свойства, использование, значение емкости и полярность

В предыдущем посте мы обсуждали керамические конденсаторы.В этом посте будет рассказано об электролитическом конденсаторе, его различных свойствах, использовании и о том, как найти значение емкости и полярность клемм.

Введение в электролитический конденсатор

Электролитический конденсатор назван так, потому что диэлектрик, который используется в нем, представляет собой электрохимически обработанную оксидную форму. Электролитический конденсатор относится к категории поляризованных конденсаторов.

Как обсуждалось в более ранней публикации, термин « поляризованный » означает, что эти конденсаторы имеют положительный и отрицательный полюсы, и их следует подключать только таким образом.Неправильное подключение может привести к неисправности / неисправности / неисправности электролитических конденсаторов из-за разрыва очень тонкого диэлектрического слоя.

Свойства электролитического конденсатора

Электролитический конденсатор имеет следующие различные свойства:

Диэлектрическая постоянная (K) электролитического конденсатора

Как и керамический конденсатор, электролитический конденсатор также имеет высокую диэлектрическую проницаемость ( К). Благодаря этому он обеспечивает высокие значения емкости при меньших размерах.

Ограничение температуры электролитического конденсатора

Поскольку этот тип конденсатора содержит электролитный гель, его нельзя использовать при температуре ниже -40ºC (так как низкая температура может привести к замерзанию этого студня) и выше + 105ºC (как высокая температура может привести к испарению этого желе).

Примечание. Ранее я упоминал диапазон температур от -10 ° C до + 85 ° C. Однако я изменил его, когда мой друг Гарри (инженер-электронщик с более чем 10-летним опытом работы) сообщил мне о текущих изменениях температурного режима этих конденсаторов.

Поляризация электролитического конденсатора

Эти конденсаторы поляризованы. Они должны быть подключены таким образом, чтобы электролит всегда был отрицательным электродом. При таком подключении через конденсатор будет протекать небольшой ток.

Однако, если они подключены наоборот, это приведет к протеканию большого тока, который, в свою очередь, может навсегда повредить конденсатор.

Стоимость электролитического конденсатора

У них очень низкая стоимость изготовления.

Размер Доступен

Они доступны в различных размерах, от большого до меньшего в зависимости от требований. Вот почему, как и в случае с керамическими конденсаторами, место для установки не является проблемой.

Надежность

Они довольно надежны и являются одними из наиболее часто используемых конденсаторов в семействе конденсаторов. Они также обладают высокой толерантностью.

Диапазон емкости электролитического конденсатора

Обычно они доступны с большими значениями емкости от 01 мкФ до нескольких фарад.

Номинальное напряжение электролитического конденсатора

Они имеют очень низкое номинальное напряжение. Фактически это один из недостатков электролитических конденсаторов.

Применение электролитических конденсаторов

Они часто используются в цепях с малыми частотами. Их можно использовать для: —

• Уменьшение колебаний напряжения в фильтрующих устройствах.
• Сглаживание входа и выхода фильтра.
• Фильтрация или развязка шумов в источниках питания.
• Связь сигналов между каскадами усилителя.
• Хранение энергии в приложениях с низким энергопотреблением.
• Для обеспечения временной задержки между двумя функциями в цепи.

Как найти значение емкости и полярность электролитических конденсаторов

Значение емкости и полярность электролитического конденсатора можно определить следующим образом: —

Значение емкости

Значение емкости (а также рабочее напряжение) четко указано на этих конденсаторах.В этом нет никакого декодирования.

Полярность

Отрицательный конец обозначается знаком минус (-). Другой конец, который не отмечен, будет положительным концом.

В случае, если отрицательный конец не отмечен знаком минуса (-), вы также можете идентифицировать его по тонкой полосе нечетного цвета над ним.

В случае, если оба недоступны, вы все равно можете определить это, посмотрев длину обоих выводов этих конденсаторов. Длина отрицательного вывода всегда остается меньше, чем положительный конец во время изготовления для его идентификации.

  Также читайте: - 
  Типы конденсаторов
Как считывать значения цветовой маркировки конденсаторов - Расчетные и идентификационные коды 
 

Биполярные конденсаторы (звук) — Марк Гаррис

Если вы посмотрите на картинку слева, то верхняя помечена «N P» для N на P в раскрашенном виде.

Если вы хотите узнать больше о том, зачем нужны или используются эти конденсаторы, см. Внизу.

Детали, выделенные жирным шрифтом, являются наиболее подходящими деталями с точки зрения физических размеров.

Почему биполярный или неполяризованный конденсатор?

Итак, что произойдет, если в цепи используется питание переменного тока, например, в аудиосхемах.Конкретнее при работе с динамиками?

Оказывается, что использование этих других типов конденсаторов (не AL) приведет к получению физически большого и дорогостоящего конденсатора.

Введите биполярный конденсатор AL. Это может быть сделано с использованием «трюка со схемой», заключающегося в размещении двух поляризованных конденсаторов AL в последовательной конфигурации «BACK to BACK». Отрицательные выводы обоих конденсаторов связаны друг с другом и изолированы, оставляя только два положительных вывода свободными для подключения цепи.Оба конденсатора должны быть ТОЧНО одной марки и модели конденсатора. Так устроены эти биполярные AL-конденсаторы. Производитель просто помещает эти два конденсатора в один корпус, придавая ему вид одного конденсатора.

Полярность немаркированного электролитического конденсатора smt

Похоже, это керамические колпачки, в этом случае они неполяризованные , так что вы можете поставить их в любом направлении — вот фотография типичного керамического колпачка (без маркировки):

Если они выглядят примерно так, как показано ниже (с маркировкой), то это будет поляризованный тантал (темная линия указывает на сторону +):

Если схема показывает поляризованный колпачок, но оказывается, что вам давали неполяризованный колпачок, я хотел бы сообщить об этом поставщику, чтобы он мог исправить это.

Если они действительно поляризованы без маркировки ( крайне маловероятно, ), то возможно деструктивный метод проверки полярности заключается в постепенной подаче напряжения с ограничением по току (например, медленно до ~ 25% от номинального напряжения, ограниченного до ~ 10 мА) в обоих направлениях. через крышку во время измерения тока — если поляризованы и неправильны, вы должны начать видеть постоянно возрастающий ток. Можно сделать с настольным блоком питания и надеть какой-нибудь щит на крышку на случай, если он взорвется 😉

Я тестировал с настольным источником питания, выше ~ 7 В при обратной полярности с алюминиевым электролитом 100 мкФ / 35 В, ток утечки превышает 1 мА (измеряется с помощью настольного дисплея) и быстро начинает ускоряться.
Я также только что протестировал это с помощью мультиметра, подключенного последовательно к настольному источнику питания (более чувствительному, чем измерительный прибор на стенде), измеряющему ток через тот же конденсатор:

• Использование 5 В с правильной полярностью привело к утечке ~ 1 мкА.
• При 5 В и обратной полярности утечка началась примерно при 25 мкА и постепенно увеличивалась, примерно через 30 секунд она составила 50 мкА.
• Даже при напряжении 3 В было достаточно очевидно, что обратная утечка была как минимум вдвое выше, чем при правильной полярности.

Я не думаю, что такая проверка низкого напряжения должна причинить конденсатору вред. Вот отличное исследование НАСА, которое, похоже, считает, что многие из оценок обратного смещения довольно консервативны. Процитируем часть резюме:

Некоторые партии конденсаторов номиналом 35 В и 50 В пережили 200 и даже 8900 часов испытаний на обратное смещение (RBT) при напряжении до 40% от номинального напряжение (VR). Однако выживаемость не была 100%, и поведение было оценено как многозависимое.Вывод, сделанный Г. Дж. Юэлла, что существующие руководства производителя чрезвычайно консервативно соглашается с результатами тестирования, проведенного на Хьюзом в 1988 г. В этой работе было показано, что некоторые конденсаторы выдерживает обратное напряжение до 25% VR с очень небольшим деградация происходит ниже 15% VR. Во всех случаях заживление начиналось возникают через 5 минут после корректировки полярности приложения. Эти эксперименты показали, что твердотельные танталовые конденсаторы могут выдерживают существенное обратное смещение без сбоев, такое поведение значительно варьируется от производителя к производителю.

Простой и эффективный метод определения полярности алюминиевого электролитического конденсатора.

Вот метод, который должен работать.
Я никогда раньше не видел, чтобы это описывалось, НО оно основано на очень хорошо зарекомендовавшей себя практике.

Общеизвестно, что эффективно неполяризованный конденсатор может быть сформирован путем последовательного размещения двух электролитических конденсаторов с противоположной полярностью. Когда подается постоянное напряжение или полупериод переменного напряжения, «правильно» поляризованный конденсатор приобретает заряд, в то время как обратнополяризованный конденсатор имеет только очень небольшое падение напряжения на нем.Этот метод достаточно хорошо известен, чтобы его упоминали некоторые производители конденсаторов в своих примечаниях по применению, и он используется во многих реальных конструкциях.

Даже Корнелл Дубилье говорят, что работает 🙂 . Говорят:

Если два алюминиевых электролитических конденсатора одинакового номинала соединены последовательно, спина к спине с положительным клеммы или подключенные отрицательные клеммы, в результате одиночный конденсатор представляет собой неполярный конденсатор с половина емкости.

Два конденсатора выпрямляют приложенного напряжения и действуют так, как если бы они были обойдены диодами. При подаче напряжения конденсатор правильной полярности получает полное напряжение. В неполярных алюминиевых электролитических конденсаторах и алюминиевых электролитических конденсаторах для запуска двигателя вторая анодная фольга заменяет катодную фольгу для достижения неполярной конденсатор в единственном корпусе.

Метод основан на справедливости предположения, что электролитический конденсатор с обратным смещением «безопасно» пропускает обратный ток без повреждений.Это предположение кажется доказанным для влажных алюминиевых конденсаторов, но может быть верным, а может и нет, например, для танталовых конденсаторов. Caveat Emptor 🙂 — хотя, в худшем случае, разрушение танталового конденсатора не должно иметь большого вреда (что в некоторых кругах может считаться чистой социальной выгодой :-)).

Метод:

• Убедитесь, что ориентацию конденсатора можно определить либо по маркировке, либо по другому внешнему виду, либо добавив метку, например маленькую точку с маркером.

• Подключите два конденсатора последовательно с противоположной полярностью.

• Подключите напряжение «несколько вольт» к напряжению, значительно меньшему номинального. Скажем, 5 В для конденсатора от 10 В до 563 В, но это не критично.

• Измерьте напряжение на каждом конденсаторе.

• Конденсатор с наибольшим напряжением на нем (вероятно) правильно поляризован.

Только пример. Ваше напряжение будет меняться.

Если напряжение на каждом конденсаторе примерно одинаковое или в нем преобладает сопротивление измерителя, то конденсаторы, вероятно, не являются электролитическими конденсаторами.

В очень простом тесте этот метод оказался исключительно успешным.
Два конденсатора 25 В, 100 мкФ были подключены последовательно с противоположной полярностью, и к паре было приложено около 6 В. Большая часть напряжения падает на правильно поляризованный конденсатор. На конденсаторе с обратным смещением упало менее 0,5 В. Изменение применяемой полярности привело к перестановке относительных напряжений (как и ожидалось), так что правильно смещенный конденсатор снова сбросил большую часть напряжения.

Испытание было повторено с последовательно включенными конденсаторами емкостью 1 мкФ и 100 мкФ с противоположными полярностями.Результаты были такими же, как и раньше, с конденсатором, смещенным в прямом направлении, который очень легко идентифицировать.

Этот тест МОЖЕТ не пройти, если конденсаторы с очень низкой и очень высокой утечкой были протестированы вместе.

Тот же эффект можно использовать для определения правильной полярности с помощью тока утечки с обратным смещением. Приложение напряжения с каждой из двух полярностей должно привести к гораздо более высокому току утечки при обратной полярности.

Использование самого высокого диапазона сопротивления измерителя также может позволить измерить относительные токи утечки, но некоторые измерители могут не подавать достаточное напряжение для этого.(Я попробовал два дешевых измерителя с максимальным диапазоном 2 МОм — недостаточно высоким. Напряжение O / C измерителя составляло всего около 0,3 В в каждом случае.

Просто используя источник питания, одиночный конденсатор и последовательный резистор будут использовать тот же эффект. Используя, скажем, + 5 В и резистор 100 кОм, конденсатор будет иметь большее напряжение при правильном смещении, чем при обратном смещении. Однако использование двух номинально идентичных конденсаторов позволяет им «отсортировать» требуемое эффективное эквивалентное значение сопротивления.

Вопрос, кажется, был задан, и ответ принят, но для пользы всех, кто может найти ответ на аналогичный вопрос, я хотел бы указать, что, казалось бы, немаркированные полярные конденсаторы танталовой разновидности действительно являются доступный. Они ярко-оранжевого цвета, те, которые мне попадались, и достаточно большие, чтобы маркировка была возможна (корпус C)

Оказалось, что маркировка — это небольшой выступ на стороне (контактной площадке) конденсатора его положительного вывода.Это можно легко принять за производственный дефект или за примесь припоя на поверхности.

(Справа видны два конденсатора) (изображение Готфрида Зильберхорна)

Проверка того, что питание реверсивного конденсатора такого типа не взорвалось в недостаточном тесте, поскольку они сами по себе кажутся достаточно устойчивыми к наказанию. Однако установка одного из них в обратном направлении, несомненно, приведет к другим проблемам, которые, как правило, трудно диагностировать, если вы не знаете, где искать.

Все, что вам нужно знать о конденсаторах

Планируете ли вы работать с конденсаторами в своем следующем проекте и вам нужно немного разобраться в этих маленьких упаковках удивительности? Если да, то вы попали в нужное место! Читайте дальше, чтобы узнать все о конденсаторах, начиная от его основного принципа работы и заканчивая его использованием в электрических цепях.

Проще говоря, конденсатор — это элемент, накапливающий электрический заряд, используемый в схемах. Это пассивный электронный компонент, который, как резисторы и катушки индуктивности, используется во всех остальных электронных схемах.Чтобы лучше это запомнить, можно рассмотреть пример батареи. Конденсаторы хранят электрический заряд так же, как и батарея, и единица измерения, используемая для измерения количества хранящегося в них заряда, называется Фарад (F). Конденсаторы, которые мы обычно используем в электронных схемах, имеют емкость в пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ) или микрофарадах (мкФ), как вы могли заметить на их внешней упаковке.

Чтобы узнать, как работает конденсатор, давайте сначала разберемся, как он устроен. По сути, конденсатор похож на сэндвич — две металлические пластины, разделенные изоляционным материалом, называемым диэлектриком.Две металлические пластины снаружи через клеммы соединены с остальной частью схемы, а диэлектрик действует как разделительный слой между двумя металлическими поверхностями.

Что происходит, когда на клеммы конденсатора подается постоянное напряжение? Положительные заряды накапливаются на одной из пластин, а отрицательные — на другой. На пластинах конденсатора создается электрическое поле, и диэлектрический материал уменьшает электрическое поле, увеличивая при этом емкость.Напряженность создаваемого электрического поля и емкость также зависят от расстояния между двумя пластинами, а также от их площади поверхности. Математическая формула, связывающая эти параметры:

Где C — емкость, ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрика, A — площадь пластин, а d — расстояние между пластинами. Используя это уравнение, емкость можно изменять во время изготовления конденсатора.

можно разделить на две группы — полярные и неполярные.

Полярные конденсаторы

Как следует из названия, этот тип конденсатора имеет определенную полярность, связанную с его выводами. Его положительные и отрицательные клеммы необходимо учитывать при подключении в цепь, в отличие от резисторов.

Самый распространенный тип полярных конденсаторов — электролитические. Эти конденсаторы имеют цилиндрическую форму, одна ножка длиннее другой. Более длинный вывод является положительным, а более короткий — отрицательным. Их полярность также четко указана на их внешней упаковке.Всегда проверяйте правильность подключения этих конденсаторов, иначе может произойти взрыв. В следующем разделе мы обсудим правильный способ подключения конденсатора.

Неполярные конденсаторы

Наиболее распространенными типами неполярных конденсаторов являются керамические и фольговые конденсаторы. Керамические конденсаторы — это те, которые имеют форму миниатюрной пилюли, обычно коричневого цвета, а фольговые конденсаторы представляют собой прямоугольные блоки разных цветов.

Неполярные конденсаторы, как следует из их названия, не имеют полярности, как и резисторы.Керамические конденсаторы используются в местах, где меняются напряжения, и они доступны с низкими значениями емкости (обычно пикофарады и микрофарады), но они обладают высокой термостойкостью и низкими потерями. С другой стороны, фольговые конденсаторы используются в высоковольтных приложениях, таких как работа с сетевым напряжением. Они варьируются от нанофарад до микрофарад и предлагают низкие потери.

Вы должны быть очень бдительны при работе с полярными конденсаторами, потому что часто неправильное их подключение приводит к взрывам.Как только вы взяли конденсатор в руку, проверьте его внешнее покрытие на предмет рабочего напряжения и полярности. Прямо над отрицательной клеммой вы найдете ряд знаков минус (-), напечатанных в столбце. Также обратите внимание, что отрицательный вывод будет короче положительного. Таким образом можно убедиться, что вы знаете полярность его клемм.

При подключении полярного конденсатора к источнику постоянного напряжения, например к батарее, помните о номинальном напряжении, которое вы только что указали на его крышке.Не превышайте указанное напряжение, иначе вы можете поджарить конденсатор. Когда вы уверены в напряжении, подключите отрицательную клемму батареи к отрицательному электроду конденсатора и аналогичным образом подключите положительную клемму батареи к положительному электроду конденсатора. Никогда не подключайте конденсатор наоборот, потому что это может необратимо вывести его из строя.

С неполярными конденсаторами вам не нужно беспокоиться о полярности клемм.Вы можете подключить любую из его ног к более высокому напряжению, а вторую — к более низкому напряжению.

Есть два возможных способа соединения конденсаторов друг с другом — последовательно или параллельно (как резисторы). Их подключение в любой из конфигураций повлияет на способ суммирования их емкостей. Давайте рассмотрим каждую из конфигураций по очереди.

При последовательном подключении полярных конденсаторов отрицательный вывод первого конденсатора должен быть подключен к положительному выводу второго, а положительный вывод второго — к отрицательному выводу третьего и так далее.Таким образом вы можете подключить столько конденсаторов, сколько захотите. Общую емкость можно рассчитать по следующей формуле:

Где C _Total — общая емкость, а C ₁ , C ₂ до C _n — емкости n конденсаторов, соединенных последовательно.

С другой стороны, когда полярные конденсаторы соединены параллельно, все их положительные выводы должны быть соединены друг с другом, а их отрицательные выводы должны быть соединены друг с другом.Вот так они будут подключаться параллельно друг другу. Суммарная емкость n подключенных параллельно конденсаторов может быть рассчитана как:

C _Итого = C ₁ + C ₂ +… + C _n

С неполярными конденсаторами вам не нужно беспокоиться о клеммах, вы можете просто подключить их последовательно или параллельно с любой клеммой, какой захотите.

используются во множестве электронных схем, будь то схемы на основе микроконтроллеров или простые электронные схемы.Они используются в качестве разделительных конденсаторов в цепях переменного тока, где необходимо подавить постоянную составляющую. Точно так же развязывающие конденсаторы используются для подавления составляющих переменного тока и пропускают только составляющие постоянного тока. Конденсаторы связи обычно требуются между двумя каскадами усилителя, тогда как конденсаторы развязки используются там, где требуется только постоянное напряжение, например, в источниках питания постоянного тока или шинах напряжения.

Аналогичным образом, для ВЧ связи и развязки требуются конденсаторы. Эти схемы обычно используются в телекоммуникационной отрасли, где используются различные частоты.Для этого применения керамические конденсаторы — лучший выбор, потому что они лучше всего работают в ВЧ приложениях.

также используются во многих фильтрах, наиболее распространенными из которых являются фильтры выпрямителя. Их также называют «сглаживающими конденсаторами», потому что они сглаживают выходной выпрямленный сигнал, избавляясь от нежелательных скачков напряжения. В индустрии обработки сигналов используется множество различных типов фильтров, и частотный диапазон этих фильтров определяется значением емкости. Следовательно, мы можем сказать, что конденсаторы играют важную роль в телекоммуникационной отрасли.

Еще одно применение конденсаторов состоит в том, что они используются в качестве источника питания в определенных цепях. Поскольку конденсаторы, как известно, хранят заряд, они могут подавать питание на схемы, но в течение очень ограниченного времени.

также используются конденсаторы, но в сочетании с индукторами и резисторами. Мы обсудим LC-схемы в последнем разделе.

Чтобы установить конденсатор в вашу схему, вы должны выбрать конденсатор с более высоким номинальным напряжением, чем напряжение вашей цепи.Во-вторых, если вы планируете построить схему RF-фильтра, вы должны убедиться, что допуск вашего конденсатора должен быть таким же, как указано производителем, потому что схемы фильтра требуют высокой точности, поскольку они позволяют определенным частотам проходить через них на основе значения емкости и сопротивления.

Обозначение конденсатора

Если вы студент, изучающий работу с электронными схемами, мы рекомендуем вам сначала смоделировать свою схему в программном обеспечении для проектирования схем, а затем фактически реализовать ее физически.Это убережет вас от ненужных аварий и взрывов, а также сэкономит много времени.

LC — одно из наиболее распространенных применений конденсаторов. Эти цепи представляют собой комбинацию катушек индуктивности (L) и конденсаторов (C), соединенных последовательно или параллельно. Эти цепи также называют «генераторами», потому что они колеблются с определенной частотой, которая определяется используемыми значениями емкости и индуктивности. LC-схемы используются там, где необходимо сгенерировать определенную частоту или выделить (отфильтровать) из группы частот.Очень распространенное применение LC-схем — это радио, где ручка переключателя каналов изменяет значения LC для фильтрации определенной частоты радиостанции.

Кто знал, что две металлические пластины, разделенные куском изолятора, могут быть так полезны? Несмотря на свой крошечный размер, конденсаторы являются неотъемлемой частью электронных схем и творят чудеса при правильном подключении. Все, что с ними нужно, — это правильно обращаться и устанавливать в нужную цепь с правильными компонентами.

Конденсаторы и диэлектрики | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Опишите действие конденсатора и определите емкость.
• Объясните, почему конденсаторы с параллельными пластинами и их емкости.
• Обсудите процесс увеличения емкости диэлектрика.
• Определите емкость при заданном заряде и напряжении.

Конденсатор — это устройство для хранения электрического заряда. Конденсаторы имеют разные применения: от фильтрации статического электричества при радиоприеме до накопления энергии в дефибрилляторах сердца. Обычно в промышленных конденсаторах две токопроводящие части расположены близко друг к другу, но не соприкасаются, как показано на рисунке 1.(В большинстве случаев между двумя пластинами используется изолятор для обеспечения разделения — см. Обсуждение диэлектриков ниже.) Когда клеммы батареи подключены к первоначально незаряженному конденсатору, равные количества положительного и отрицательного заряда, + Q и — Q , разделены на две пластины. Конденсатор в целом остается нейтральным, но в этом случае мы называем его хранящим заряд Q .

Рис. 1. Оба конденсатора, показанные здесь, были изначально разряжены перед подключением к батарее.Теперь у них разделены заряды + Q и — Q на двух половинах. (а) Конденсатор с параллельными пластинами. (b) Скрученный конденсатор с изоляционным материалом между двумя проводящими листами.

Конденсатор

Конденсатор — это устройство, используемое для хранения электрического заряда.

Количество заряда Q , которое может хранить конденсатор , зависит от двух основных факторов — приложенного напряжения и физических характеристик конденсатора, таких как его размер.

Количество заряда

Количество заряда Q , которое может хранить конденсатор , зависит от двух основных факторов — приложенного напряжения и физических характеристик конденсатора, таких как его размер.

Рис. 2. Силовые линии электрического поля в этом конденсаторе с параллельными пластинами, как всегда, начинаются с положительных зарядов и заканчиваются отрицательными. Поскольку напряженность электрического поля пропорциональна плотности силовых линий, она также пропорциональна количеству заряда на конденсаторе.

Система, состоящая из двух идентичных параллельных проводящих пластин, разделенных расстоянием, как на рисунке 2, называется конденсатором с параллельными пластинами . Легко увидеть взаимосвязь между напряжением и накопленным зарядом для конденсатора с параллельными пластинами, как показано на рисунке 2. Каждая линия электрического поля начинается с отдельного положительного заряда и заканчивается отрицательным, так что поля будет больше. линии, если есть больший заряд. (Рисование одной линии поля для каждой зарядки — это только удобство.Мы можем нарисовать много силовых линий для каждого заряда, но их общее количество пропорционально количеству зарядов.) Напряженность электрического поля, таким образом, прямо пропорциональна Q .

Поле пропорционально начислению:

E ∝ Q ,

, где символ ∝ означает «пропорционально». Из обсуждения в разделе «Электрический потенциал в однородном электрическом поле» мы знаем, что напряжение на параллельных пластинах равно

V = Ed .

Таким образом, V ∝ E . Отсюда следует, что V ∝ Q , и, наоборот,

Q ∝ V .

В целом это верно: чем больше напряжение, приложенное к любому конденсатору, тем больше в нем хранится заряд.

Различные конденсаторы будут накапливать разное количество заряда для одного и того же приложенного напряжения, в зависимости от их физических характеристик. Мы определяем их емкость C так, чтобы заряд Q , хранящийся в конденсаторе, был пропорционален C .Заряд, накопленный в конденсаторе, равен

Q = CV .

Это уравнение выражает два основных фактора, влияющих на количество накопленного заряда. Этими факторами являются физические характеристики конденсатора C и напряжение В . Изменив уравнение, мы видим, что емкость C — это количество накопленного заряда на вольт, или

[латекс] C = \ frac {Q} {V} \\ [/ latex].

Емкость

Емкость C — это величина накопленного заряда на вольт, или

[латекс] C = \ frac {Q} {V} \\ [/ latex]

Единица измерения емкости — фарад (Ф), названная в честь Майкла Фарадея (1791–1867), английского ученого, внесшего вклад в области электромагнетизма и электрохимии. Поскольку емкость — это заряд на единицу напряжения, мы видим, что фарад — это кулон на вольт, или

[латекс] 1 \ text {F} = \ frac {1 \ text {C}} {1 \ text {V}} \\ [/ latex].

Конденсатор емкостью 1 фарад может хранить 1 кулон (очень большое количество заряда) при приложении всего 1 вольт. Таким образом, одна фарада — это очень большая емкость. Типичные конденсаторы варьируются от долей пикофарада (1 пФ = 10 ⁻¹² Ф) до миллифарадов (1 мФ = 10 ⁻³ Ф).

На рисунке 3 показаны некоторые распространенные конденсаторы. Конденсаторы в основном изготавливаются из керамики, стекла или пластика, в зависимости от назначения и размера. Как обсуждается ниже, в их конструкции обычно используются изоляционные материалы, называемые диэлектриками.

Рисунок 3. Некоторые типичные конденсаторы. Размер и значение емкости не обязательно связаны. (Источник: Windell Oskay)

Конденсатор с параллельной пластиной

Рис. 4. Конденсатор с параллельными пластинами, разделенные пластинами на расстояние d. Каждая пластина имеет площадь A.

Конденсатор с параллельными пластинами, показанный на рисунке 4, имеет две идентичные проводящие пластины, каждая из которых имеет площадь поверхности A , разделенных расстоянием d (без материала между пластинами).Когда на конденсатор подается напряжение В , он сохраняет заряд Q , как показано. Мы можем увидеть, как его емкость зависит от A и d , рассмотрев характеристики кулоновской силы. Мы знаем, что одинаковые заряды отталкиваются, в отличие от зарядов притягиваются, и сила между зарядами уменьшается с расстоянием. Поэтому кажется вполне разумным, что чем больше пластины, тем больше заряда они могут хранить, потому что заряды могут расходиться больше. Таким образом, C должен быть больше для большего A .Точно так же, чем ближе пластины друг к другу, тем сильнее на них притяжение противоположных зарядов. Таким образом, C должен быть больше для меньшего d .

Можно показать, что для конденсатора с параллельными пластинами есть только два фактора ( A, и d ), которые влияют на его емкость C . Емкость конденсатора с параллельными пластинами в форме уравнения равна

[латекс] C = \ epsilon_ {o} \ frac {A} {d} \\ [/ latex].

Емкость параллельного пластинчатого конденсатора

[латекс] C = \ epsilon_ {o} \ frac {A} {d} \\ [/ latex]

A — это площадь одной пластины в квадратных метрах, а d — это расстояние между пластинами в метрах.Константа ε ₀ — диэлектрическая проницаемость свободного пространства; его числовое значение в единицах СИ составляет ε ₀ = 8,85 × 10 ⁻¹² Ф / м. Единицы измерения Ф / м эквивалентны C ² / Н · м ² . Небольшое числовое значение ε ₀ связано с большим размером фарада. Конденсатор с параллельными пластинами должен иметь большую площадь, чтобы его емкость приближалась к фарадам. (Обратите внимание, что приведенное выше уравнение действительно, когда параллельные пластины разделены воздухом или свободным пространством.Когда между пластинами помещается другой материал, уравнение изменяется, как обсуждается ниже.)

Пример 1. Емкость и заряд в параллельном пластинчатом конденсаторе

1. Какова емкость конденсатора с параллельными пластинами, каждая из которых имеет площадь 1,00 м ² , разделенных расстоянием 1,00 мм?
2. Какой заряд сохраняется в этом конденсаторе, если к нему приложено напряжение 3,00 × 10 ³ В?

Стратегия

Определение емкости C представляет собой прямое приложение уравнения [латекс] C = \ epsilon_ {o} \ frac {A} {d} \\ [/ latex].{-9} \ text {F} = 8.85 \ text {nF} \ end {array} \\ [/ latex]

Обсуждение части 1

Это небольшое значение емкости указывает на то, насколько сложно сделать устройство с большой емкостью. Помогают специальные методы, такие как использование тонких пленок очень большой площади, расположенных близко друг к другу.

Решение для Части 2

Заряд любого конденсатора определяется уравнением Q = CV . Ввод известных значений в это уравнение дает

[латекс] \ begin {array} {lll} Q & = & CV = \ left (8.{3} \ text {V} \ right) \\\ text {} & = & 26.6 \ mu \ text {C} \ end {array} \\ [/ latex]

Обсуждение части 2

Этот заряд лишь немного больше, чем у обычного статического электричества. Поскольку воздух разрывается при примерно 3,00 × 10 ⁶ В / м, на этом конденсаторе не может быть накоплено больше заряда за счет увеличения напряжения.

Другой интересный биологический пример, связанный с электрическим потенциалом, обнаружен в плазматической мембране клетки. {6} \ text {V / m} \\ [/ latex]

Этого электрического поля достаточно, чтобы вызвать пробой в воздухе.

Диэлектрик

Предыдущий пример подчеркивает сложность сохранения большого количества заряда в конденсаторах. Если d сделать меньше, чтобы получить большую емкость, то максимальное напряжение должно быть уменьшено пропорционально, чтобы избежать пробоя (поскольку [латекс] E = \ frac {V} {d} \\ [/ latex]). Важным решением этой проблемы является размещение изоляционного материала, называемого диэлектриком , между пластинами конденсатора и обеспечение минимально возможного размера d .Мало того, что меньший d увеличивает емкость, многие изоляторы могут выдерживать более сильные электрические поля, чем воздух, перед тем, как сломаться.

Есть еще одно преимущество использования диэлектрика в конденсаторе. В зависимости от используемого материала емкость больше, чем та, которая определяется уравнением [латекс] C = \ kappa \ epsilon_ {0} \ frac {A} {d} \\ [/ latex] на коэффициент κ , называемый диэлектрическая проницаемость . Конденсатор с параллельными пластинами с диэлектриком между пластинами имеет емкость, определяемую выражением [латекс] C = \ kappa \ epsilon_ {0} \ frac {A} {d} \\ [/ latex] (конденсатор с параллельными пластинами с диэлектриком).

Значения диэлектрической проницаемости κ для различных материалов приведены в таблице 1. Обратите внимание, что κ для вакуума равно 1, поэтому приведенное выше уравнение справедливо и в этом случае. Если использовать диэлектрик, например, поместив тефлон между пластинами конденсатора в примере 1, то емкость будет больше в κ раз, что для тефлона составляет 2,1.

Эксперимент на вынос: создание конденсатора

Насколько большой конденсатор можно сделать из обертки от жевательной резинки? Пластины будут из алюминиевой фольги, а разделитель (диэлектрик) между ними — из бумаги.

Обратите внимание, что диэлектрическая проницаемость воздуха очень близка к 1, так что конденсаторы, заполненные воздухом, действуют так же, как конденсаторы с вакуумом между пластинами , за исключением , что воздух может стать проводящим, если напряженность электрического поля станет равной. слишком большой.(Напомним, что [латекс] E = \ frac {V} {d} \\ [/ latex] для конденсатора с параллельными пластинами.) В таблице 1 также показаны максимальные напряженности электрического поля в В / м, называемые диэлектрической прочностью , для нескольких материалов. Это поля, над которыми материал начинает разрушаться и проводить. Диэлектрическая прочность накладывает ограничение на напряжение, которое может быть приложено для данного расстояния между пластинами. 6 \ text {V / m} \ right) \ left ( 1.{-3} \ text {m} \ right) \\\ text {} & = & 3000 \ text {V} \ end {array} \\ [/ latex]

Однако предел для расстояния 1,00 мм, заполненного тефлоном, составляет 60 000 В, поскольку диэлектрическая прочность тефлона составляет 60 × 10 9 1047 6 9 10 48 В / м. Таким образом, тот же конденсатор, заполненный тефлоном, имеет большую емкость и может подвергаться гораздо большему напряжению. Используя емкость, которую мы рассчитали в приведенном выше примере для конденсатора с параллельными пластинами, заполненного воздухом, мы обнаружили, что конденсатор с тефлоновым заполнением может хранить максимальный заряд

[латекс] \ begin {array} {lll} Q & = & CV \\\ text {} & = & \ kappa {C} _ {\ text {air}} V \\\ text {} & = & (2.4 \ text {V}) \\\ text {} & = & 1.1 \ text {mC} \ end {array} \\ [/ latex]

Это в 42 раза больше заряда того же конденсатора, заполненного воздухом.

Диэлектрическая прочность

Максимальная напряженность электрического поля, при превышении которой изоляционный материал начинает разрушаться и становится проводником, называется его диэлектрической прочностью.

Микроскопически, как диэлектрик увеличивает емкость? За это отвечает поляризация изолятора. Чем легче он поляризуется, тем больше его диэлектрическая проницаемость κ .Вода, например, представляет собой полярную молекулу , потому что один конец молекулы имеет небольшой положительный заряд, а другой конец имеет небольшой отрицательный заряд. Полярность воды обуславливает ее относительно большую диэлектрическую проницаемость, равную 80. Эффект поляризации лучше всего объясняется характеристиками кулоновской силы. На рис. 5 схематично показано разделение зарядов в молекулах диэлектрического материала, помещенных между заряженными пластинами конденсатора. Кулоновская сила между ближайшими концами молекул и зарядом на пластинах притягивает и очень сильна, поскольку они расположены очень близко друг к другу.Это притягивает к пластинам больше заряда, чем если бы пространство было пустым, а противоположные заряды находились на расстоянии d .

Рис. 5. (a) Молекулы изоляционного материала между пластинами конденсатора поляризованы заряженными пластинами. Это создает слой противоположного заряда на поверхности диэлектрика, который притягивает больше заряда к пластине, увеличивая ее емкость. (б) Диэлектрик снижает напряженность электрического поля внутри конденсатора, что приводит к уменьшению напряжения между пластинами при одинаковом заряде.Конденсатор сохраняет тот же заряд при меньшем напряжении, что означает, что он имеет большую емкость из-за диэлектрика.

Другой способ понять, как диэлектрик увеличивает емкость, — это рассмотреть его влияние на электрическое поле внутри конденсатора. На рисунке 5 (b) показаны силовые линии электрического поля с установленным диэлектриком. Поскольку силовые линии заканчиваются зарядами в диэлектрике, их меньше, идущих от одной стороны конденсатора к другой. Таким образом, напряженность электрического поля меньше, чем если бы между пластинами был вакуум, даже если бы на пластинах был одинаковый заряд.Напряжение между пластинами составляет В, = Ед, , поэтому оно тоже снижается за счет диэлектрика. Таким образом есть меньшее напряжение В, для того же заряда Q ; поскольку [латекс] C = \ frac {Q} {V} \\ [/ latex], емкость C больше.

Диэлектрическая проницаемость обычно определяется как [латекс] \ kappa = \ frac {E_0} {E} \\ [/ latex], или отношение электрического поля в вакууме к электрическому полю в диэлектрическом материале, и в конечном итоге связанные с поляризуемостью материала.

Большое и малое: субмикроскопическое происхождение поляризации

Поляризация — это разделение зарядов в атоме или молекуле. Как уже отмечалось, планетарная модель атома описывает его как имеющее положительное ядро, вращающееся вокруг отрицательных электронов, аналогично планетам, вращающимся вокруг Солнца. Хотя эта модель не совсем точна, она очень полезна для объяснения широкого круга явлений и будет уточнена в других местах, например, в атомной физике. Субмикроскопическое происхождение поляризации можно смоделировать, как показано на рисунке 6.

Рис. 6. Художественное представление о поляризованном атоме. Орбиты электронов вокруг ядра слегка смещены внешними зарядами (показаны в преувеличении). Получающееся разделение зарядов внутри атома означает, что он поляризован. Обратите внимание, что непохожий заряд теперь ближе к внешним зарядам, вызывая поляризацию.

В атомной физике мы обнаружим, что орбиты электронов более правильно рассматривать как электронные облака с плотностью облака, связанной с вероятностью обнаружения электрона в этом месте (в отличие от определенных местоположений и путей движения планет на их орбитах). вокруг Солнца).Это облако сдвигается кулоновской силой, так что атом в среднем имеет разделенный заряд. Хотя атом остается нейтральным, теперь он может быть источником кулоновской силы, поскольку заряд, поднесенный к атому, будет ближе к одному типу заряда, чем к другому.

Некоторым молекулам, например молекулам воды, присуще разделение зарядов, поэтому они называются полярными молекулами. На рисунке 7 показано разделение зарядов в молекуле воды, которая имеет два атома водорода и один атом кислорода (H ₂ O).Молекула воды несимметрична — атомы водорода отталкиваются в одну сторону, придавая молекуле форму бумеранга. Электроны в молекуле воды более сконцентрированы вокруг более заряженного ядра кислорода, чем вокруг ядер водорода. Это делает кислородный конец молекулы слегка отрицательным, а водородный конец слегка положительным. Внутреннее разделение зарядов в полярных молекулах облегчает их выравнивание с внешними полями и зарядами. Следовательно, полярные молекулы обладают более сильными поляризационными эффектами и имеют более высокие диэлектрические проницаемости.Те, кто изучает химию, обнаружат, что полярная природа воды имеет множество эффектов. Например, молекулы воды собирают ионы гораздо эффективнее, потому что у них есть электрическое поле и разделение зарядов для притяжения зарядов обоих знаков. Кроме того, как было показано в предыдущей главе, полярная вода обеспечивает защиту или экранирование электрических полей в сильно заряженных молекулах, представляющих интерес в биологических системах.

Рис. 7. Художественная концепция молекулы воды. Существует внутреннее разделение зарядов, поэтому вода — полярная молекула.Электроны в молекуле притягиваются к ядру кислорода и оставляют избыток положительного заряда около двух ядер водорода. (Обратите внимание, что схема справа является приблизительной иллюстрацией распределения электронов в молекуле воды. На ней не показано фактическое количество протонов и электронов, участвующих в структуре.)

Исследования PhET: лаборатория конденсаторов

Узнайте, как работает конденсатор! Измените размер пластин и добавьте диэлектрик, чтобы увидеть влияние на емкость.Измените напряжение и посмотрите, как на пластинах накапливаются заряды. Наблюдайте за электрическим полем в конденсаторе. Измерьте напряжение и электрическое поле.

Щелкните, чтобы загрузить симуляцию. Запускать на Java.

Сводка раздела

• Конденсатор — это устройство, используемое для хранения заряда.
• Количество заряда Q , которое может хранить конденсатор, зависит от двух основных факторов — приложенного напряжения и физических характеристик конденсатора, таких как его размер.
• Емкость C — это количество накопленного заряда на вольт, или [латекс] C = \ frac {Q} {V} \\ [/ latex].
• Емкость конденсатора с параллельными пластинами составляет [латекс] C = {\ epsilon} _ {0} \ frac {A} {d} \\ [/ latex], когда пластины разделены воздухом или свободным пространством. [latex] {\ epsilon} _ {\ text {0}} [/ latex] называется диэлектрической проницаемостью свободного пространства.
• Конденсатор с параллельными пластинами с диэлектриком между пластинами имеет емкость, определяемую выражением [латекс] C = \ kappa \ epsilon_ {0} \ frac {A} {d} \\ [/ latex], где κ — диэлектрик. константа материала.
• Максимальная напряженность электрического поля, при превышении которой изолирующий материал начинает разрушаться и становится проводником, называется электрической прочностью.

Концептуальные вопросы

1. Зависит ли емкость устройства от приложенного напряжения? А как насчет хранящегося в нем заряда?
2. Используйте характеристики кулоновской силы, чтобы объяснить, почему емкость должна быть пропорциональна площади пластины конденсатора. Аналогичным образом объясните, почему емкость должна быть обратно пропорциональна расстоянию между пластинами.
3. Объясните причину, по которой диэлектрический материал увеличивает емкость по сравнению с тем, что было бы с воздухом между пластинами конденсатора.Какова независимая причина того, что диэлектрический материал также позволяет приложить большее напряжение к конденсатору? (Таким образом, диэлектрик увеличивает C и допускает более V .)
4. Как полярный характер молекул воды помогает объяснить относительно высокую диэлектрическую проницаемость воды? (См. Рисунок 7.)
5. Искры возникают между пластинами заполненного воздухом конденсатора при более низком напряжении, когда воздух влажный, чем когда сухой. Объясните почему, учитывая полярный характер молекул воды.
6. Вода имеет большую диэлектрическую проницаемость, но редко используется в конденсаторах. Объяснить, почему.
7. Мембраны в живых клетках, включая клетки человека, характеризуются разделением заряда через мембрану. Таким образом, мембраны представляют собой заряженные конденсаторы, важные функции которых связаны с разностью потенциалов на мембране. Требуется ли энергия для разделения этих зарядов в живых мембранах, и если да, то является ли ее источником метаболизм пищевой энергии или каким-либо другим источником?

Рисунок 8.Полупроницаемая мембрана клетки имеет разную концентрацию ионов внутри и снаружи. Диффузия перемещает ионы K ⁺ (калий) и Cl ^— (хлорид) в показанных направлениях, пока кулоновская сила не остановит дальнейший перенос. Это приводит к слою положительного заряда снаружи, слою отрицательного заряда внутри и, следовательно, к напряжению на клеточной мембране. Мембрана обычно непроницаема для Na ⁺ (ионы натрия).

Задачи и упражнения

1. Какой заряд сохраняется в конденсаторе 180 мкФ, когда к нему приложено 120 В?
2. Найдите накопленный заряд, когда 5.50 В подается на конденсатор емкостью 8,00 пФ.
3. Какой заряд хранится в конденсаторе в Примере 1?
4. Рассчитайте напряжение, приложенное к конденсатору 2,00 мкФ, когда он имеет заряд 3,10 мкКл.
5. Какое напряжение необходимо подать на конденсатор емкостью 8,00 нФ, чтобы накопить заряд 0,160 мкКл?
6. Какая емкость необходима для хранения 3,00 мкКл заряда при напряжении 120 В?
7. Какая емкость терминала большого генератора Ван де Граафа, учитывая, что он хранит 8?00 мкКл заряда при напряжении 12,0 МВ?
8. Найдите емкость конденсатора с параллельными пластинами, площадь пластин которого составляет 5,00 м. ² , разделенных на 0,100 мм тефлона.
9. (a) Какова емкость конденсатора с параллельными пластинами, площадь пластин которого составляет 1,50 м ² , разделенных 0,0200 мм неопренового каучука? (b) Какой заряд он держит, когда к нему приложено 9,00 В?
10. Интегрированные концепции. Шутник подает 450 В на 80.Конденсатор 0 мкФ, а затем бросает его ничего не подозревающей жертве. Палец пострадавшего обожжен разрядом конденсатора через 0,200 г мяса. Какое повышение температуры мяса? Разумно ли предполагать отсутствие изменения фазы?
11. Необоснованные результаты. (a) Определенный конденсатор с параллельными пластинами имеет пластины площадью 4,00 м ² , разделенные нейлоновым слоем толщиной 0,0100 мм, и накапливает 0,170 Кл заряда. Какое приложенное напряжение? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие допущения являются ответственными или противоречивыми?

Глоссарий

конденсатор: устройство, накапливающее электрический заряд

емкость: количество хранимого заряда на единицу вольт

диэлектрик: изоляционный материал

диэлектрическая прочность: максимальное электрическое поле, выше которого изоляционный материал начинает разрушаться и проводить

конденсатор с параллельными пластинами: две идентичные проводящие пластины, разделенные расстоянием

полярная молекула: молекула с внутренним разделением заряда

Избранные решения проблем и упражнения

1.