Схема конденсатора: Схемы соединения конденсаторов — расчет емкости

Плавное регулирование емкости конденсаторов | Силовая электроника

Введение

Регулирование емкости конденсаторов требуется как в электротехнических, так и в радиотехнических устройствах. В радиотехнических устройствах, например в параметрических усилителях, регулирование емкости конденсатора, представляющего собой полупроводниковый переход, смещенный в обратном направлении, осуществляется регулированием напряжения смещения [1]. Небольшая емкость перехода на радиочастотах оказывается вполне достаточной.

В электротехнике регулирование емкости возбуждающих конденсаторов асинхронного генератора используется, например, для регулирования его выходного напряжения [2]. Поскольку частоты генерируемых напряжений на много порядков ниже, чем в радиотехнике, емкость полупроводникового перехода оказывается ничтожно малой по сравнению с необходимой емкостью. Поэтому используются нелинейные конденсаторы (вариконды) [2]. Их емкость изменяется в зависимости от приложенного напряжения благодаря особым свойствам диэлектрика.

В электротехнике широко применяются импульсные методы регулирования не только величин токов и напряжения, но даже их частоты. Последнее время благодаря успехам в силовой электронике и микропроцессорной технике импульсные методы регулирования применяются уже в устройствах, мощность которых достигает десятков мегаватт. Это наводит на мысль об импульсном регулировании параметров элементов электротехнических устройств, например емкости конденсаторов.

 

Идея импульсного регулирования емкости конденсатора

Рассмотрим конденсатор постоянной емкости, к которому с помощью ключа К параллельно можно подключать другой конденсатор, как показано на рис. 1а.

При разомкнутом ключе К емкость на зажимах a и b равна С₁, а при замкнутом ключе К эта емкость равна сумме С₁+С₂. Можно предположить, что переключение К из положения «1» в положение «2» с высокой частотой позволит регулировать емкость между зажимами a и b. Чем больше часть периода, в течение которой ключ К находится в положении «1», тем больше величина эквивалентной емкости

С_экв. Очевидно, что при изменении времени от 0 до Т, а g = t/T от 0 до 1, С_экв будет изменяться в пределах от С₁ до С₁+С₂.

Рассмотрим вначале идеальный случай, когда ключ К обладает нулевым сопротивлением (r = 0) в замкнутом состоянии и бесконечным сопротивлением (R = ∞) в разомкнутом состоянии. Кроме того, положим, что существует устройство, не показанное на рис. 1а, поддерживающее при разомкнутом ключе К напряжение на конденсаторе С₂ равным напряжению на С₁. Благодаря этому в момент замыкания ключа К никаких токов между конденсаторами С₁ и С₂, выравнивающих их напряжения, не возникает.

На временном интервале t_n< t<

t_n+t ветвь ab описывается уравнением

откуда следует:

Аналогично на интервале t_n+t< t< t_n+1 = t_n+Т получаем:

Средняя скорость изменения напряжения и_ab(t) на интервале t_n< t< t_n+1 равна

Если i(t) = I = const, то напряжение и_ab(t) будет изменяться по закону ломаной линии с чередующимися прямолинейными отрезками (рис. 1б). С уменьшением периода T ломаная линия все меньше будет отличаться от прямой (рис. 1б), имеющей наклон, равный средней скорости изменения напряжения и_ab(t):

Очевидно, что прямолинейный закон изменения, к которому реальный закон изменения напряжения и_ab(t

) неограниченно приближается при T→0, имеет место при одном эквивалентном конденсаторе емкостью:

Таким образом, в идеальном случае при достаточно высокой частоте коммутации ключа К можно плавно изменять эквивалентную емкость на зажимах ab, изменяя относительную продолжительность подключения конденсатора С₂–g = t/Т. Эквивалентная емкость изменяется при этом в пределах от С₁ при g = 0 до С₁+С₂ при g = 1.

В реальных условиях ключ К, реализованный на MOSFET или IGBT, имеет конечные сопротивления r ≠ 0 в открытом состоянии и R ≠ ∞ в закрытом состоянии. Использование устройства, поддерживающего при разомкнутом ключе К напряжение на конденсаторе С₂ равным напряжению на конденсаторе С₁, несколько уменьшает привлекательность рассматриваемого метода. Кроме того, при достаточно высокой частоте коммутации различие напряжений на конденсаторах

С₁ и С₂ в момент замыкания ключа К может оказаться вполне допустимым с точки зрения ограничения уравнительного тока.

 

Анализ упрощенной схемы импульсного регулирования емкости конденсаторов

На временном интервале t_n< t< t_n+t эквивалентная схема, представленная на рис. 2а, описывается системой уравнений:

Приведение системы уравнений (5) к нормальной форме дает:

В векторно-матричной форме уравнения (6) записываются в виде:

где

Аналогично на временном интервале t_n+t< t< t_n+1 = t_n+Т эквивалентная схема, представленная на рис. 2б, описывается системой дифференциальных уравнений (ДУ) в нормальной форме:

или в векторно-матричной форме:

где

Согласно основам теории систем с периодическим высокочастотным изменением структуры [3] предельная непрерывная модель системы описывается векторно-матричным уравнением:

где

Полученное описание предельной непрерывной модели системы (8) позволяет изобразить ее электрическую схему (рис. 2в). Таким образом, очевидно, что без поддержания при разомкнутом ключе К напряжения на конденсаторе С₂ равным напряжению на конденсаторе С₁, за счет изменения g изменяется только величина эквивалентного сопротивления r_экв = r/g. Поэтому при реально малой величине сопротивления r замкнутого ключа К и величине g, заметно превышающей нулевое значение, ветвь ав в цепи с сопротивлением, многократно превышающим сопротивление замкнутого ключа К, что всегда имеет место на практике, ведет себя практически как конденсатор емкостью С₁+С₂. Экспериментально этот вывод подтверждается исследованием процесса подключения ветви

ав через сопротивление R, всего на два порядка превышающее сопротивление замкнутого ключа r, к источнику постоянного напряжения. Ток в цепи уменьшался практически по экспоненте с постоянной времени, равной R(С₁+С₂). Физически это объясняется тем, что увеличение напряжения на конденсаторе С₁, при разомкнутом ключе К происходящее с большей скоростью, компенсируется уменьшением его за счет выравнивания напряжений при подключении конденсатора С₂ в момент замыкания ключа К.

Таким образом, без поддержания напряжения на конденсаторе С₂ равным при разомкнутом ключе К напряжению на конденсаторе С₁эффективное импульсное управление величиной емкости осуществить невозможно. Следовательно, введение устройства, поддерживающего при разомкнутом ключе К напряжение на отключенном конденсаторе С₂ равным напряжению на включенном конденсаторе

С₁, необходимо. Не останавливаясь на технической его реализации, имеющей очевидно множество вариантов, рассмотрим схему с управляемым генератором тока (ГТ), представленную на рис. 3а.

 

Предельная непрерывная модель схемы импульсного регулирования емкости конденсаторов

На первой части периода переключений К и К₁t_n< t< t_n+t схема описывается уравнением (6а). Во второй части периода t_n+t< t< t_n+1 = = t_n+Т справедлива система ДУ:

где k_i — коэффициент преобразования ГТ [k_i] =А/В = Ом^-1.

В векторно-матричной форме эта система уравнений имеет вид:

где

Предельная непрерывная модель схемы рис. 3а описывается уравнением:

где

Система ДУ предельной непрерывной модели системы имеет вид:

Подставляя (u

_C1–u_C2), выраженное из второго уравнения, в первое и учтя, что u_C1 ~ u_C2, с хорошей точностью получаем:

 

где

 

При k_ir = 1 получаем

С_экв = С₁+ gС₂. (12а)

Переходя к изображениям по Лапласу в векторно-матричном уравнении (10) при нулевых начальных условиях, получаем:

U_ab(p) = U_C1(p) = c^T[pE – A]^-1hI(p),

где U_ab(p) = U_C1(p) = L{u_C1(t)}, I(p) = L{i(t)}— преобразование Лапласа u_C1(t) и i(t) соответственно, Е — единичная 2

×2 матрица, c^T = [1,0] — вектор-строка.

Из последнего уравнения получаем передаточную функцию предельной непрерывной модели цепи рис. 3а:

Разложение W(p) на сумму двух простейших дробей дает:

где

Согласно (14) можно построить эквивалентную электрическую схему предельной непрерывной модели, представленную на рис. 3б:

Переходя к изображениям по Лапласу, получаем:

Сравнение выражений (14) и (15) дает:

 

Экспериментальная проверка полученных теоретических результатов

С целью экспериментальной проверки полученных теоретически результатов моделировалось подключение RC-цепи к генератору синусоидального напряжения частотой f = 50 Гц, амплитудой U_m = 100 В и нулевой начальной фазой j = 0. Принято R = 10 Ом, а величина Сустанавливалась равной 1,2×10^-4 и 1,8×10^-4 Ф путем импульсного регулирования по схеме рис. 3а. При этом

С₁ = С₂ =1×10^-4 Ф, T = 10^-5 с, r = 0,1 Ом, k_ir = 1. В соответствии с формулой (12а) величина g принималась равной 0,2 и 0,8 соответственно при С_экв = 1,2×10^-4 и 1,8×10^-4Ф.

Одновременно моделировалось подключение к тому же напряжению RC-цепи, в которой импульсно регулируемый конденсатор представлялся его предельной моделью рис. 3б. Схема, построенная в системе моделирования MATLAB 6.5 Simulink 5 Sim Power System, изображена на рис. 4.

Рис. 4. Схема моделирования в системе MATLAB 6.5 Simulink 5 Sim Power System

Результаты моделирования представлены на рис. 5а, б. На временных диаграммах i — ток RC-цепи с регулированием емкости конденсатора, i_М — ток RC-цепи, в которой регулируемый конденсатор представлен его предельной непрерывной моделью, Di = i_М – i.

Рис. 5. Временные диаграммы токов в реальной схеме и в ее предельной непрерывной модели (i и iM) и их разности, увеличенной в 100 раз: а) Сэкв = 1,2×10-4 Ф; б) Сэкв = 1,8×10-4 Ф

Моделирование проводилось методом ode15s при ограничении максимального шага интегрирования величиной 10^-6.

Анализ результатов моделирования показывает очень хорошее приближение предельно непрерывной модели к реальному импульсно регулируемому конденсатору. Увеличение T снижает точность приближения. Следует подчеркнуть, что рассмотренный способ регулирования емкости конденсаторов представляет собой схемное решение. Емкости конденсаторов в действительности не изменяются. В момент уменьшения емкости ветви ab (в момент отключения С₂) напряжение на ветви не изменяется, хотя при мгновенном уменьшении емкости конденсатора напряжение на нем (u_C = q/C) возрастает.

 

Выводы

• Изменение относительной продолжительности периодического подключения дополнительного конденсатора параллельно основному при поддержании на отключенном конденсаторе напряжения, равного напряжению на основном конденсаторе, позволяет плавно регулировать эквивалентную емкость.
• При достаточно высокой частоте переключений схему регулирования емкости можно с необходимой точностью заменить ее эквивалентной предельной непрерывной моделью.

Литература

1. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. М: Высшая школа. 2003.
2. Торопцев Н. Д. Авиационные асинхронные генераторы. М: Транспорт. 1970.
3. Коршунов А. И. Предельная непрерывная модель системы с высокочастотным периодическим изменением структуры // Изв. вузов. Приборостроение. 2009. Т. 52, № 9.

Как обозначаются (маркируются) конденсаторы на схемах: маркировка конденсаторов

Конденсаторы доступны в различных исполнениях и для разных применений. При этом встречаются отличные условные графические обозначения конденсаторных элементов на электросхемах. Кроме того, применяется маркировка на самих деталях.

Различные типы конденсаторных элементов

О конденсаторе

Базовая структура конденсатора имеет простое объяснение. Между двумя конденсаторными пластинами имеется диэлектрик, изолирующий две проводящие поверхности. Таким образом, конденсатор представляет собой пассивное устройство, способное хранить электрозаряд.

Конденсаторные пленки, диэлектрик и конструкция в значительной мере определяют свойства конденсатора, а именно возможность сохранять заряд, который пропорционален напряжению, приложенному к его пластинам. Эта пропорциональность, получившая название емкости, считается существенной особенностью конденсатора.

Технологически конденсаторы можно подразделить на три типа:

• электростатические;
• электролитические;
• другие электрохимические устройства (двойнослойные).

Применение конденсатора зависит от вида и предназначения схемы. Буферный конденсаторный элемент используется для перехвата пиковых нагрузок. Применяются эти элементы в фильтрах для подавления помех и построения резонансных схем.

Условные обозначения конденсаторов

Разработаны системы УГО (условных графических обозначений) для конденсаторов в РФ (ГОСТ 2.728-74) и общемировые стандарты (IEEE 315-1975).

Обозначение различных конденсаторов на схеме показывает их тип и главные характеристики.

Конденсатор с постоянной емкостью

Делятся на два основных типа:

• поляризованные;
• неполярные.

Малогабаритные неполяризованные конденсаторные элементы могут быть подсоединены в любом направлении. Существуют различные типы, но керамические являются наиболее широко распространенными и подходящими для большинства целей.

На электросхемах обозначаются парой коротких параллельных линий, перпендикулярных соединительным схемным линиям. Рядом часто размещается величина емкости элемента.

Обозначение конденсатора с постоянной емкостью

Важно! Иногда в иностранных схемах встречается обозначение MFD. Это не мегафарады, а μF.

Возможные единицы емкости:

• микро (μ) означает 10 в -6 степени фарад;
• нано (n) – 10 в -9 степени фарад;
• пико (р) – 10 в -12 степени фарад.

На поверхность самого конденсатора тоже наносится значение емкости. Часто оно указано без обозначений единиц, особенно на маленьких элементах. Например, 0,1 – это 1 мкФ = 100 нФ.

Иногда написание единиц используется вместо десятичной точки. Если встречается обозначение 4n7, это значит 4,7 нФ.

Код номера конденсатора

Цифровой код часто применяется на маленьких элементах, где печать затруднена:

• первые два числа – начальные цифры значения ёмкости;
• третья показывает число нулей, а сама величина измеряется в пФ;
• буквы могут означать допуски и номинальное напряжение.

Например:

• 102 означает 1000 пФ, а не 102 пФ;
• 472J – это 4700 пФ (J свидетельствует о 5-процентном допуске).

Важно! Неполярные конденсаторы обычно имеют ёмкость менее 1 мкФ.

Поляризованные конденсаторы

Конденсаторные элементы такого типа должны быть подключены с учетом полюсов. На схеме это показано символом «+». На самом приборе указывается нанесением маркировки, которая идентифицирует «плюс». Для деталей цилиндрической формы обычно более длинный вывод является «плюсом». Поляризованные конденсаторы не повреждаются при паяльных работах.

Поляризованные конденсаторы

Электролитические конденсаторы – наиболее широко используемый тип поляризованного конденсаторного элемента. Они доступны в двух исполнениях:

• цилиндрические, с обоими выводами на одном конце;
• осевые, с выводами на каждом конце.

Цилиндрические, как правило, немного меньше и дешевле.

Реальные размеры таких элементов достаточно большие, чтобы четко наносить на них значение емкости, номинального напряжения и указывать «плюсовой» вывод. Поэтому их легко идентифицировать.

Важно! При включении в обратном направлении элементы могут повредиться и даже взорваться, поэтому необходимо четко придерживаться полярности.

Номинальное напряжение электролитических конденсаторов довольно низкое. При отсутствии четких требований лучше выбирать деталь с номиналом, несколько большим напряжения схемы.

Электролитический конденсаторный элемент на схемах может указываться в трех вариантах, представленных на рисунке.

Обозначение поляризованных конденсаторов

Танталовые конденсаторы

Конденсаторы из тантала поляризованы и имеют низкое пробивное напряжение. Они обладают очень малыми габаритами, используются в особых ситуациях, где важен размер.

На последних моделях танталовых конденсаторных элементов указывается значение емкости, напряжения и «плюсовой» вывод. Более старые модели имеют систему цветового кода, которая условно обозначает емкость.

Код состоит из двух полос сверху элемента (для двух цифр) и цветового пятна, обозначающего количество нулей. Соответствие цветовых значений для конкретных емкостей определяется по таблицам. Пятно серого цвета означает, что емкостное значение в мкФ надо умножить на 0,01, белого – на 0,1. Нижняя полоса около конденсаторных выводов дает значение напряжения:

• желтая – 6,3 В;
• черная – 10 В;
• зеленая – 16 В;
• синяя – 20 В;
• серая – 25 В;
• белая – 30 В;
• розовая – 35 В.

Важно! «Плюсовой» контакт находится всегда с правой стороны элемента, если разместить его цветовым пятном к себе.

Танталовые конденсаторы

Переменные конденсаторы

Этот тип конденсаторных элементов главным образом применяется в радиосхемах. Элемент состоит из двух систем дисков. Одна – закреплена стационарно, другая – может поворачиваться, входя в промежутки между стационарными дисками. Переменные детали обладают маленькими емкостями, 100-500 пФ, и не используются в электросхемах синхронизации из-за малой емкостной величины и ограниченных пределов доступных значений. Вместо них применяются обычные конденсаторы с фиксированными значениями емкости и переменные резисторы.

Обозначение переменных конденсаторов

На схеме переменные конденсаторы представлены конденсаторным символом, перечеркнутым наклоненной стрелкой, а вместо точной емкостной величины написаны пределы ее изменения.

Конденсаторы-триммеры

Разновидность переменных конденсаторных элементов – триммеры, это миниатюрные детали с переменной емкостью. Они монтируются непосредственно на печатной плате, а емкостная величина изменяется только в период настройки схемы. Поэтому их еще именуют подстроечными. Регулирование производится с помощью отвертки.

Обозначение подстроечного конденсатора

Емкостное значение триммера обычно меньше 100 пФ. На электросхеме триммер указан, как переменный конденсатор со стрелкой, только стрелка вместо острия имеет перпендикулярную черту. Рядом пишется диапазон изменения емкости.

Ионистор

Ионистор называют суперконденсатором. Он представляет собой двухслойный элемент с относительно высокой емкостью (0,22-10 Ф). Структура суперконденсатора отличается от структуры обычной электролитической детали. В двойном слое на границе раздела между поверхностью электрода и электролитом образуется зона неподвижных носителей заряда, где энергия хранится, как электростатическое поле, в отличие от химической энергии электролитического конденсаторного элемента. Так как пограничный слой чрезвычайно тонкий, а поверхность электрода велика, достигается большая емкость, что делает суперконденсатор пригодным для использования в качестве ИП.

Ионистор и его обозначение

Температурный коэффициент конденсатора

Температурный коэффициент (ТКЕ) отражает, как изменяется емкость, измеренная при 20°С, при температурных изменениях. Есть элементы с линейными и нелинейными зависимостями.

Важной для практики является рабочая температура элемента. Она оказывает значительное влияние на срок его службы. Определяется конструктивным исполнением конденсатора. Например, электролитические конденсаторы больше подвержены температурному влиянию, чем керамические.

Видео

Оцените статью:

3.3. Эквивалентная схема конденсатора

К онденсатор как законченное устройство обладает рядом паразитных параметров. Эквивалентная схема конденсатора показана на рисунке 3.9, где С – ёмкость конденсатора; L – индуктивность, определяемая конструкцией, размерами обкладок и ограничивает частотный диапазон применения; Rиз – сопротивление изоляции; RП – сопротивление потерь, поскольку под действием переменного поля изменяется состояние диэлектрика, на что требуются затраты мощности.

3.4. Система обозначений и маркировка конденсаторов

В настоящее время принята система обозначений конденсаторов постоянной емкости, состоящая из ряда элементов: на первом месте стоит буква К, на втором месте – двухзначное число, характеризующее тип диэлектрика, затем через дефис ставится порядковый номер разработки.

Например, обозначение К10-17 означает керамический низковольтный конденсатор с 17 порядковым номером разработки. Кроме того, применяются обозначения, указывающие конструктивные особенности: КСО — конденсатор слюдяной спрессованный, КЛГ — конденсатор литой герметизированный, КТ – керамический трубчатый и т. д.

Подстроечные конденсаторы обозначаются буквами КТ, переменные –буквами КП. Затем следует цифра, указывающая тип диэлектрика: 1 – вакуумные; 2 – воздушные; 3 – газонаполненные; 4 – твердый диэлектрик; 5 – жидкий диэлектрик. В конструкторской документации помимо типа конденсатора указывается величина емкости, рабочее напряжение и ряд других параметров. Например, обозначение КП2 означает конденсатор переменной емкости с воздушным диэлектриком, а обозначение КТ4 – подстроечный конденсатор с твердым диэлектриком.

Н а принципиальных схемах конденсаторы обозначаются в виде двух параллельных черточек и дополнительных элементов (рисунок 3.10).Около конденсатора ставится буква С с порядковым номером конденсатора, например С26, и указывается величина емкости. Около подстроенных и переменных конденсаторов указывается минимальная и максимальная емкости. Например, обозначения 5…25 означают, что емкость изменяется от 5 до 25 пикофарад.

На корпусе конденсатора указываются его основные параметры. В малогабаритных конденсаторах применяется сокращенная буквенно-кодовая маркировка. При емкости конденсатора менее 100 пФ ставится буква П.

Например, 33П означает, что емкость конденсатора 33 пФ. Если емкость лежит в пределах от 100 пФ до 0,1 мкФ, то ставится буква Н (нанофарада). Например, 10Н означает емкость в 10 нФ или 10 000 пФ. При емкости более 0,1 мкФ ставится буква М, например, 10М означает емкость в 10 мкФ. Слитно с обозначением емкости указывается буквенный индекс, характеризующий класс точности. Для ряда Е6 с точностью ±20% ставится индекс В, для ряда Е12 — индекс С, а для ряда Е24 — индекс И. Например, маркировка 1Н5С означает конденсатор емкостью 1,5 нФ (1500 пФ), имеющий отклонение от номинала ±10%.

3.5. Основные разновидности конденсаторов

В РЭА применяются большое количество различных типов конденсаторов постоянной емкости.

Керамические конденсаторы. Эти конденсаторы широко применяются в высокочастотных цепях. Основой конструкции керамического конденсатора является заготовка из керамики, на две стороны которой нанесены металлические обкладки. Конструкция может быть секционированной, трубчатой или дисковой. Для изготовления конденсаторов применяется керамика с различными значениями диэлектрической проницаемости > 8) и температурного коэффициента, который может быть как положительным, так и отрицательным. Численные значения ТКЕ лежат в пределах от – 2200 ^* 10^-6  до +100 ^* 10^-6 1/°C . Применяя параллельное включение конденсаторов с разными знаками ТКЕ можно получить достаточно высокую стабильность результирующей емкости.

Промышленностью выпускается несколько разновидностей керамических конденсаторов:

— КЛГ– керамические литые герметизированные;

— КЛС – керамические литые секционированные;

— KM – керамические малогабаритные пакетные;

— КТ – керамические трубчатые;

— КТП – керамические трубчатые проходные;

— КО – керамические опорные;

— КДУ – керамические дисковые;

— КДО – керамические дисковые опорные;

К 10 предназначены для использования в качестве компонентов микросхем и микросборок, К 15 могут работать при напряжениях более 1 600В.

Стеклянные, стеклокерамические и стеклоэмалевые конденсаторы. Эти конденсаторы, как и керамические, относятся к категории высокочастотных. Они состоят из тонких слоев диэлектрика, на которые нанесены тонкие металлические пленки. Для придания конструкции монолитности такой набор спекают при высокой температуре.

Конденсаторы обладают высокой теплостойкостью и могут работать при температурах до 300°С.

Существуют три разновидности этих конденсаторов:

— К21 – стеклянные;

— К22 – стеклокерамические;

— К23 – стеклоэмалевые.

Стеклокерамика имеет более высокую диэлектрическую проницаемость, чем стекло. Стеклоэмаль обладает более высокой электрической прочностью.

Слюдяные конденсаторы. Эти конденсаторы имеют пакетную конструкцию, в которой в качестве диэлектрика используются слюдяные пластинки толщиной от 0,02 до 0,06 мм, диэлектрическая проницаемость которых , а тангенс угла потерь tg = 10^-4. В соответствии с принятой в настоящее время маркировкой обозначаются К31.

В РЭА применяются также ранее разработанные конденсаторы КСО – конденсаторы слюдяные спрессованные. Емкость этих конденсаторов лежит в пределах от 51 пФ до 0,01 мкФ. Слюдяные конденсаторы применяются в высокочастотных цепях.

Бумажные конденсаторы. В этих конденсаторах в качестве диэлектрика применяется конденсаторная бумага толщиной от 6 до 10 мкм с невысокой диэлектрической проницаемостью (2…3), поэтому габариты этих конденсаторов большие. Обычно бумажные конденсаторы изготавливают из двух длинных, свернутых в рулон лент фольги, изолированных конденсаторной бумагой, т. е. конденсаторы имеют рулонную конструкцию. Из-за больших диэлектрических потерь и большой величины собственной индуктивности эти конденсаторы нельзя применять на высоких частотах. В соответствии с принятой маркировкой эти конденсаторы обозначаются К40 или К41.

Разновидностью бумажных конденсаторов являются металлобумажные (типа К42), у которых в качестве обкладок вместо фольги используют тонкую металлическую пленку, нанесенную на конденсаторную бумагу, благодаря чему уменьшаются габариты конденсатора.

Электролитические конденсаторы. В этих конденсаторах в качестве диэлектрика используется тонкая оксидная пленка, нанесенная на поверхность металлического электрода, называемого анодом. Второй обкладкой конденсатора является электролит. В качестве электролита используются концентрированные растворы кислот и щелочей. По конструктивным признакам эти конденсаторы делятся на четыре типа: жидкостные, сухие, оксидно-полупроводниковые и оксидно-металлические.

В жидкостных конденсаторах анод, выполненный в виде стержня, на поверхности которого создана оксидная пленка, погружен в жидкий электролит, находящийся в алюминиевом цилиндре.

В сухих конденсаторах применяется вязкий электролит. В этом случае конденсатор, изготавливается из двух лент фольги (оксидированной и неоксидированной), между которыми размещается прокладка из бумаги или ткани, пропитанной электролитом. Фольга сворачивается в рулон и помещается в кожух. Выводы делаются от оксидированной фольги (анод) и не оксидированной (катод).

В оксидно-полупроводниковых конденсаторах в качестве катода используется диоксид марганца. В оксидно-металлических конденсаторах функции катода выполняет металлическая пленка оксидного слоя.

Особенностью электролитических конденсаторов является их униполярность, т.е. они могут работать при подведении к аноду положительного потенциала, а к катоду — отрицательного. Поэтому их применяют в цепях пульсирующего напряжения, полярность которого не изменяется, например, в фильтрах питания.

Электролитические конденсаторы обладают очень большой емкостью (до тысячи микрофарад) при сравнительно небольших габаритах. Но они не могут работать в высокочастотных цепях, так как из-за большого сопротивления электролита tg достигает значения 1,0.

Пленочные конденсаторы. В этих конденсаторах в качестве диэлектрика используются синтетические высокомолекулярные тонкие пленки. Современная технология позволяет получить пленки, наименьшая толщина которых составляет 2 мкм, механическая прочность 1000 кг/см, а электрическая прочность достигает 300 кВ/мм. Такие свойства пленок позволяют создавать конденсаторы с очень малыми габаритами.

Конденсаторы типа К71 в качестве диэлектрика имеют полистирол. В конденсаторах типа К72 применен фторопласт, в конденсаторах К73 — полиэтилентерефталат. В конденсаторах К75 применено комбинированное сочетание  полярных и неполярных пленок, что повышает их температурную стабильность.

В конденсаторах К76 в качестве диэлектрика применена тонкая лаковая пленка толщиной около 3 мкм, что существенно повышает их удельную емкость. Высокой величиной удельной емкости и температурной стабильностью обладают конденсаторы К77, в которых в качестве диэлектрика применен поликарбонат.

В качестве обкладок в пленочных конденсаторах используют либо алюминиевую фольгу, либо напыленные на диэлектрическую пленку тонкие слои алюминия или цинка. Корпус таких конденсаторов может быть как металлическим, так и пластмассовым.

Как определить конденсатор на схеме

Мало кому известно, что работа двигателя внутреннего сгорания, каким бы модернизированным он не был, зависит от маленькой детальки, именуемой нами конденсатором.

Наверное, каждый замечал при расчёсывании своих волос прилипание на расчёску пуха или выпавшего волоса, треск синтетической одежды в сухую погоду. Возможно, кто-то получал лёгкий, но неприятный удар электрического заряда от дверцы при выходе из автомобиля. Да и каждый в своей жизни хоть раз, но видел разряд молнии. Что объединяет эти примеры?

На расчёске, одежде, кузове автомобиля, атмосферных слоях накапливается электрический заряд. Обратите внимание: накапливается до определённой величины и сила каждого заряда зависит от размера объекта, который его накапливает.

До XVII века разгадка электрических явлений не была найдена. Разными способами пытались ‘поймать электрическую жидкость’, используя для этого различные приспособления, именуемые накопителями. Первым конденсатором(от лат. condensare — ‘уплотнять’, ‘сгущать’) можно назвать Лейденскую банку — стеклянный сосуд, оклеенный внутри и снаружи листовым оловом и способным накапливать и хранить сравнительно большие электрические заряды.

Устройство электрического конденсатора.

Современная, обычная конструкция электрического конденсатора состоит, конечно же,  не из листового олова, а из двух металлических пластин или поверхностей — обкладок, разделёнными между собой материалом, который не проводит электричество в естественных условиях — диэлектрик. К каждой обкладке присоединено по одному проводнику, которые служат для подключения конденсатора к электрической цепи. По геометрическому виду электрические конденсаторы бывают плоские, цилиндрические, сферические, трубчатые.

Конденсаторы с малой способностью накопления заряда — с малой электрической ёмкостью — имеют всего лишь две плоские обкладки с диэлектриком посередине, либо с двухсторонним напылением металла на керамическую плитку. В цилиндрических конденсаторах в роли обкладки выступает смотанный рулон металлизированной фольги — станиоль или алюминиевая фольга —  с прослойкой диэлектрика. Трубчатые конденсаторы сочетают в себе тип конструкции плоских конденсаторов.

Для быстрого заряда и хранения накопленной электрической энергии используют ионисторы — суперконденсаторы, называемые ещё конденсатор-аккумулятор. Вместо обкладок у них используется активированный уголь или вспененный  металл с тонкой диэлектрической прослойкой.

Как различить конденсаторы на рисунке электросхемы.

В зависимости от типа используемых обкладок и используемого диэлектрика электрические конденсаторы по своему исполнению имеют различный вид: цилиндрические, сферические, плоские и имеют две группы использования: общего назначения —  повсеместное использование, и специального назначения — импульсные, высоковольтные и др., и могут иметь два и более выводов для соединения.

Конденсаторы, не изменяющие своей ёмкости, кроме изменённой ёмкости по истечении гарантийного срока, называются постоянными — с постоянной ёмкостью, и имеют только два вывода для подключения к цепи. Бывают и исключения, когда при наличии двух выводов конденсатор является переменным — конденсатор переменной ёмкости. Такие электрические конденсаторы изменяют свою ёмкость под воздействием магнитного поля, приложенного напряжения, механического воздействия или от влияния ещё каких-либо внешних сил, известных современной физике.

К примеру: когда при настройке радиоприёмника Вы вращаете ручку управления для поиска новой радиостанции, то в процессе вращения ручки изменяется ёмкость конденсатора, управляющего обработкой частоты принимаемого радиоприёмником сигнала. Тут используется переменный конденсатор — конденсатор переменной ёмкости.

Когда производится настройка принимаемого телевизионного сигнала телевизором, так же происходит изменение ёмкости конденсатора, управляемого частотой обработки сигнала, но разница состоит в управлении изменением ёмкости. У приёмника — поворотом ручки — смещение обкладок конденсатора переменной ёмкости относительно друг-друга, а у телевизора — изменением напряжения, приложенного к управляющей обкладке элемента, называемого варикапом, в большей степени относящемуся к полупроводниковому диоду.

Как отличить на схеме конденсаторы?

Конденсаторы постоянной ёмкости изображаются параллельными отрезками с отводными соединительными линиями от середины. У переменных конденсаторов — две и более параллельных линии или одна из них дугообразная, с пересекаемой линией со стрелкой на конце. Варикапы имеют на рисунке так же два вывода, один из которых заменён на треугольничек, обращённый углом к обкладке и выводом на основании. Не путайте с варикондами, которые рисуются так же, как и постоянные конденсаторы, но имеют пересекаемую линию через обкладки со стрелкой на конце и изменяют свою ёмкость от приложенного к обкладкам напряжения. Ионисторы рисуются двумя параллельными, как конденсаторы постоянной ёмкости, но  помещённые в окружность или с одинаково жирными обкладками.

В зависимости от типа напряжения все конденсаторы делятся на две группы: полярные  — работающие в среде постоянного тока и неполярные — обеспечивающие свою работоспособность в среде переменного тока. Полярные конденсаторы  изображаются параллельными прямыми, с указанием возле одной обкладки знака полярности приложенного напряжения — (+), или с обкладками, различающимися толщиной или формой.

Буквенное обозначение у всех конденсаторов одинаковое —  С , за исключением ионисторов, обозначаемых буквой К и варикапов, обозначаемых КВ.

При использовании конденсаторов недавно бывших в работе в какой-либо электрической схеме обязательно перед тем, как Вы возьмёте его в руки, замкните накоротко его выводы изолированным инструментом для снятия электрического заряда. А вот с  ионисторами так не поступайте, иначе его испортите, создав большой ток короткого замыкания.

---

«Как определить конденсатор на схеме»

Конденсаторы постоянной ёмкости изображаются параллельными отрезками с отводными соединительными линиями от середины. У переменных конденсаторов — две и более параллельных линии или одна из них дугообразная, с пересекаемой линией со стрелкой на конце. Варикапы имеют на рисунке так же два вывода, один из которых заменён на треугольничек, обращённый углом к обкладке и выводом на основании. Не путайте с варикондами, которые рисуются так же, как и постоянные конденсаторы, но имеют пересекаемую линию через обкладки со стрелкой на конце и изменяют свою ёмкость от приложенного к обкладкам напряжения. Ионисторы рисуются двумя параллельными, как конденсаторы постоянной ёмкости, но  помещённые в окружность или с одинаково жирными обкладками.

Игорь Александрович

«Весёлый Карандашик»

Различные виды соединения конденсаторов

Автор Alexey На чтение 4 мин. Просмотров 986 Опубликовано 28.11.2015 Обновлено 10.01.2016

В этой статье мы попытаемся раскрыть тему соединения конденсаторов разными способам. Из статьи про соединения резисторов мы знаем ,что существует последовательное , параллельное и смешанное соединение , это же правило справедливо  и для этой статьи. Конденсатор (от лат. слова «condensare» — «уплотнять», «сгущать»)– это очень широко распространённый электрический прибор.

Это два проводника (обкладки), между которыми находится изоляционный материал. Если на него  подать напряжение (U), то на его проводниках накопится электрический заряд(Q). Основная его характеристика  – ёмкость (C). Свойства конденсатора описываются уравнением Q = UC , заряд на обкладках и напряжение прямо пропорциональны друг другу.

Условное обозначение конденсатора на схеме

Пусть на конденсатор подается переменное напряжение. Он заряжается по мере роста напряжения, электрический заряд на обкладках увеличивается. Если напряжение уменьшается, то уменьшается и заряд на его  обкладках и он разряжается.

Отсюда следует, что по проводам, соединяющим конденсатор с остальной цепью, электрический ток протекает тогда, когда напряжение на конденсаторе изменяется. При этом не важно, что происходит в диэлектрике между проводниками . Сила тока равна общему заряду, протекшему в единицу времени по подключенному к конденсатору проводу. Она зависит от его емкости  и скорости изменения питающего напряжения.

Ёмкость зависит от характеристик изоляции, а также размеров и формы проводника. Единица измерения ёмкости кондёра — фарада (Ф), 1 Ф=1 Кл/В. Однако на практике емкость измеряется чаще в микро- (10-6) или пико- (10-12) фарадах.

В основном используются конденсаторы для построения цепей с частотной зависимостью, для получения мощного короткого электрического импульса, там, где необходимо накапливать энергию. За счёт изменения свойств пространства между обкладками можно использовать их  для измерения уровня жидкости.

Параллельное соединение

Параллельное соединение – это соединение, при котором выводы всех конденсаторов имеют две общие точки – назовём их входом и выходом схемы. Так все входы  объединены в одной точке, а все выходы – в другой, напряжения на всех конденсаторах равны:

Параллельное соединение  предполагает распределение полученного от источника заряда на обкладках нескольких конденсаторов, что можно записать так:

Так как напряжение на всех конденсаторах одинаковое, заряды на их обкладках зависят только от ёмкости:

Суммарная емкость параллельной группы конденсаторов:

Суммарная ёмкость такой группы конденсаторов равна сумме емкостей включенных в схему.

Блоки конденсаторов широко используются для повышения мощности и устойчивости работы энергосистем в линиях электропередач. При этом затраты на более мощные элементы линий можно снизить. Повышается стабильность работы ЛЭП, устойчивость ЛЭП к сбоям и перегрузкам.

Последовательное соединение

Последовательное соединение конденсаторов – это их подключение непосредственно друг за другом без разветвлений проводника. От источника напряжения заряды поступают на обкладки первого и последнего в цепи конденсаторов.

В силу электростатической индукции на внутренних обкладках смежных конденсаторов происходит выравнивание заряда на электрически соединённых обкладках смежных конденсаторов, поэтому на них появляются равные по величине и обратные по знаку электрические заряды.

При таком соединении электрические заряды на обкладках отдельных кондёров по величине равны:

Общее напряжение для всей цепи:

Очевидно, что напряжение между проводниками для каждого конденсатора зависит от накопленного заряда и ёмкости, т.е.:

Поэтому эквивалентная ёмкость последовательной цепи равна:

Отсюда следует, что величина, обратная общей емкости, равна сумме величин, обратных емкостям отдельных конденсаторов:

https://youtu.be/T4hbcw1o-cw

Смешанное соединение

Смешанным соединение конденсаторов называют такое соединение, при котором присутствует соединение последовательное и параллельное одновременно. Чтобы более подробно разобраться , давайте рассмотрим это соединение на примере :

На рисунке видно ,что соединены два конденсатора последовательно вверху и внизу и два параллельно. Можно вывести формулу из выше описанных соединении:

Основой любой радиотехники является конденсатор, он используется в самых разнообразных схемах-это и источники питания и применение для аналоговых сигналов хранения данных , а также в телекоммуникационных связи для регулирования частоты.

Схема замещения конденсатора с параллельным соединением элементов

Схема замещения конденсатора с параллельным соединением элементов. Векторная диаграмма токов в цепи с конденсатором

В реальном конденсаторе наряду с изменением энергии электрического поля (это характеризует реактивная мощность ) из-за несовершенства диэлектрика идет необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепло, скорость которого выражается активной мощностью . Поэтому в схеме замещения реальный конденсатор должен быть представлен активным и реактивным элементами.

Реальный конденсатор (с потерями) можно представить эквивалентной схемой параллельного соединения активной и емкостной проводимостей (рис. 9.13), причем активная проводимость определяется мощностью потерь в конденсаторе , а емкость — конструкцией конденсатора.

Предположим, что проводимости и для такой цепи известны, а напряжение имеет уравнение

Требуется определить токи в цепи и мощность.

Исследование цепи с активным сопротивлением и цепи с емкостью показало, что при синусоидальном напряжении токи в них так же синусоидальны. При параллельном соединении ветвей и , согласно первому закону Кирхгофа, общий ток равен сумме токов в ветвях с активной и емкостной проводимостями: .

Для определения действующей величины общего тока методом векторного сложения построим векторную диаграмму согласно уравнению: Действующие величины составляющих тока: .

Первым на векторной диаграмме изображается вектор напряжения (рис. 9.14 а), его направление совпадает с положительным направлением оси, от которой отсчитываются фазовые углы (начальная фаза напряжения ).

Вектор совпадает по направлению с вектором , а вектор направлен перпендикулярно вектору с положительным углом. Из векторной диаграммы видно, что вектор общего напряжения отстает от вектора общего тока на угол , величина которого больше нуля, но меньше 90°. Вектор является гипотенузой прямоугольного треугольника, катеты которого — составляющие его векторы и :

При напряжении в соответствии с векторной диаграммой уравнение тока .

Стороны треугольников токов, выраженные в единицах тока, разделим на напряжение . Получим подобный треугольник проводимостей (рис. 9.14 6), катетами которого являются активная и емкостная проводимости, а гипотенузой — полная проводимость цепи

Из треугольника проводимостей:

Эта страница взята со страницы лекций по предмету теоретические основы электротехники (ТОЭ):

Предмет теоретические основы электротехники

Возможно эти страницы вам будут полезны:

Конденсаторы как элементы схем | Техника и Программы

Все конденсаторы ведут свою родословную от лейденской банки, названной так по имени голландского города Лейдена, в котором трудился ученый се­редины XVIII века Питер ван Мушенбрук.

Рис. 5.4. Прадедушка современных конденсаторов — лейденская банка: 1 — стеклянный стакан, 2 — внешняя обкладка из станиоля, 3 — внутренняя обкладка, 4 — контакт для заряда

Банка эта представляла собой большой стеклянный стакан, обклеенный из­нутри и снаружи станиолем (тонкой оловянной фольгой, использовавшейся в те времена для тех же целей, что и современная алюминиевая— металл алюминий еще не был известен).; d — расстояние между пластинами, м; е — диэлектрическая проницаемость

Схематическое изображение простейшего конденсатора показано на рис. 5.5. Из формулы, приведенной на рисунке (она носит специальное название «формула плоского конденсатора», потому что для конденсаторов иной Гео­метрии соответствующее выражение будет другим), следует, что емкость тем больше, чем больше площадь пластин и чем меньше расстояние между ними. Что же такое емкость? Согласно определению, емкость есть отношение заря­да (в кулонах) к разности потенциалов на пластинах (в вольтах): С = Q/U, то есть размерность емкости есть кулон/вольт. Такая единица называется фара­дой, по имени знаменитого английского физика и химика Майкла Фарадея (1791—1867).

Следует подчеркнуть, что величина емкости есть индивидуальная характери­стика конденсатора— подобно тому, как номинальное сопротивление есть индивидуальная характеристика конкретного резистора— и характеризует количество энергии, которое может быть в нем запасено. В составит 10 А, что примерно в 10 ООО раз превышает смертельное для человека значение тока! Выручило гвардейцев то, что такой импульс был крайне кратковременным — по мере разряда конденсатора, то есть отекания заряда с пластин, напряжение быстро снижается: емкость-то остается неизменной, потому при снижении заряда, согласно формуле на рис. 5.5, падает и напряжение.

Интересно, что при фиксированном заряде (если цепь нагрузки конденсатора отсутствует), можно изменить напряжение на нем, меняя емкость. Например, при раздвижении пластин плоского конденсатора емкость его падает (так как расстояние d между пластинами увеличивается), потому для сохранения за­ряда напряжение должно увеличиться — что и происходит на деле, когда в эффектном школьном опыте между раздвигаемыми пластинами конденсато­ра проскакивает искра при превышении предельно допустимого напряжения пробоя для воздуха.

Рис. 5.6. Подключение конденсатора к нагрузке: К — переключатель; Б — батарея; С — конденсатор; R — сопротивление нагрузки

На рис. 5.6 изображено подключение конденсатора С к нагрузке R. Первона­чально переключатель К ставится в нижнее по схеме положение и конденса­тор заряжается до напряжения батареи Б. При переводе переключателя в верхнее положение конденсатор начинает разряжаться через сопротивление R, и напряжение на нем снижается. Насколько быстро происходит падение напряжения при подключении нагрузки? Можно предположить, что чем больше емкость конденсатора и сопротивление резистора нагрузки, тем мед­леннее происходит падение напряжения. Правда ли это?

Это легко попробовать оценить через размерности связанных между собой электрических величин — тока, емкости и напряжения. В самом деле, в оп­ределение тока входит и время (напомним, что ток есть заряд, протекающий за единицу времени), и это время должно быть тем самым временем, которое нас интересует. Если вспомнить, что размерность емкости есть кулоны на вольт, то искомое время можно попробовать описать формулой: / = CU/I, где С— емкость, а (7и /— ток и напряжение соответственно (проверьте размер­ность!). Для случая рис. 5.6 эта формула справедлива на малых отрезках вре­мени, пока ток / не падает значительно из-за уменьшения напряжения на на­грузке. Отметим, что формула эта полностью справедлива и на больших отрезках времени, если ток разряда — или заряда — конденсатора стабили­зировать, что означает подключение его к источнику втекающего (при разря­де) или вытекающего (при заряде) тока.

При обычной фиксированной нагрузке с сопротивлением R так, конечно, не происходит — напряжение на конденсаторе падает по мере истощения заря­да, значит, ток через нагрузку также пропорционально снижается — в пол­ном соответствии с законом Ома (помните, мы говорили, что простой рези­стор есть плохой источник тока?). Опять приходится брать интегралы.

потому мы приведем только конечный результат: формула для расчета про­цесса снижения напряжения на емкости при разряде ее через резистор и со­ответствующий график показаны на рис. 5.7, а, А на рис. 5.7, б показан ана­логичный процесс, который происходит при заряде емкости через резистор.

Рис. 5.7. Процессы при разряде и заряде конденсатора: С — емкость; R — сопротивление нагрузки; t— время; е — основание натуральных алгоритмов (2,718282)

Нужно отметить два момента: во-первых, процесс разряда по рис. 5.7, а бес­конечен (полностью конденсатор не разрядится никогда, если сопротивление нагрузки не равно нулю), но практически это не имеет значения, потому что напряжение на конденсаторе становится исчезающе малым очень скоро. Во-вторых, из формул на рис. 5.7 следует очень интересный вывод: если сопро­тивление R равно нулю, то время процесса разряда или заряда становится бесконечно малым, а ток через нагрузку— по закону Ома— бесконечно большим!

Обратимся снова к рис. 5.6— именно нечто подобное должно происходить при переключении К в положение заряда емкости от батареи. Естественно, в реальной жизни ни о каких бесконечных токах речи не идет — для этого батарея должна иметь нулевое выходное сопротивление, то есть бесконечно большую мощность (подумайте, почему эти утверждения равносильны?). Да и проводники должны обладать нулевым сопротивлением. Поэтому на прак­тике процесс заряда от источника (и разряда при коротком замыкании пла­стин) происходит за малое, но конечное время, а ток, хоть и не бесконечно велик, но все же может достигать очень больших значений. Потому-то ис­точники питания с отключением по превышению максимально допустимого тока (см. главу 2) могут выключаться при работе на нагрузку с конденсато­ром большой емкости, установленному параллельно источнику питания (мы дальше увидим, что такой конденсатор устанавливают практически всегда), хотя ток в рабочем режиме может быть и невелик.

Один из методов борьбы с этой напастью — включение последовательно с нагрузкой небольшого резистора, ограничивающего ток в начальный момент времени. Как рассчитать необходимый номинал? Для этого нужно предста­вить, что конденсатор при заряде в первый момент времени ведет себя так, как будто цепь в месте его установки замкнута накоротко (это очень точ­ное представление!). Тогда нужный номинал резистора определится просто по закону Ома, в который подставляется предельно допустимый ток источ­ника и его напряжение.

Интуитивно кажется, что должна существовать какая-то характеристика цепи из конденсатора и сопротивления, которая позволяла бы описать процесс за­ряда-разряда во времени — независимо от напряжения на конденсаторе. Та­кая характеристика рассчитывается по формуле Г= RC, Приведением единиц мы бы здесь занимались довольно долго, потому поверьте, что размерность произведения RC есть именно время в секундах. Эта величина, которая носит название постоянной времени RC-цепи, физически означает время, за кото­рое напряжение на конденсаторе при разряде его через резистор (рис. 5.7, а) снижается на величину 0,63 от начального (то есть до величины, равной доле Me от первоначального С/о, что и составляет примерно 37%). За следующий отрезок времени, равный ЛС, напряжение снизится еще на столько же от ос­тавшегося и т. д. — в полном соответствии с законом экспоненты.

Аналогично при заряде конденсатора (рис. 5.7, б), постоянная времени Г оз­начает время, за которое напряжение увеличится до доли (1 — Me) от конеч­ного значения то есть до 63% от С/о- Дальше мы увидим, что произведе­ние RC играет огромную роль при расчетах различных схем.

Есть еще одна вещь, которая следует из формулы для плоского конденсатора (рис. 5.5). В самом деле, там нет никаких ограничений на величины S и d— даже если развести пластины очень далеко, все же какую-то емкость, хотя небольшую, конденсатор будет иметь. То же происходит при уменьшении площади пластин. Практически это означает, что небольшую емкость между собой имеют любые два проводника, независимо от их конфигурации и раз­меров, хотя эти емкости и могут быть исчезающе малы. Этот факт имеет ог­ромное значение на высоких частотах — в радиочастотной технике нередко конденсаторы образуют прямо из параллельных дорожек на печатной плате. А емкости между параллельными проводами в обычном проводе-«лапше» или кабеле могут достигать и весьма больших значений — ввиду их большой длины, в большинстве случаев этот эффект весьма вреден и такие емкости называют паразитными.

Если же учесть, что проводники имеют еще и собственное сопротивление, то мы приходим к выводу, что любую пару проводов можно представить в виде «размазанной» по длине (распределенной) RC-цепи — и это действительно так, со всеми вытекающими последствиями! Например, если подать на вход пары проводников в длинном кабеле перепад напряжения (фронт прямо­угольного импульса), то на выходе мы получим картину, которая ничем не отличается от рис. 5.7,6— импульс «размажется», а если он короткий, то вообще может пропасть.

Заметки на полях

Мало того, провода обладают еще и собственной индуктивностью (об индук­тивности мы поговорим в конце главы), что еще более запутывает картину. Крайне неприятное явление, но «такова се ля ви», как любил выражаться один мой знакомый инженер. Впервые с этим делом столкнулись еще при попытке прокладки первого трансатлантического кабеля в 1857 году — телеграфные сигналы (точки-тире) представляют собой именно такие прямоугольные им­пульсы, и при длине кабеля в 4000 км они по дороге искажались до неузна­ваемости. За время до следующей попытки прокладки кабеля (1865) англий­скому физику У. Томсону пришлось разработать теорию передачи сигналов по длинным линиям, за что он получил рыцарство от королевы Виктории и вошел в историю под именем лорда Кельвина: по названию городка Кельвин на за­падном побережье Ирландии, откуда начиналась прокладка кабеля.

В выражении для емкости на рис. 5. Ф/м. На практике удобно применять относительную диэлектрическую проницаемость конкрет­ного материала: 8г = 8/8о. Естественно, что в практических конструкциях кон­денсаторов желательно, чтобы величина 8г была как можно выше — если вы заполните промежуток между пластинами, скажем, ацетоном или спиртом, то емкость такого конденсатора сразу возрастет раз в двадцать! К сожалению, чем выше 8г, тем обычно выше и собственная проводимость материала, по­тому такой конденсатор быстро разрядится за счет собственных токов утечки через среду между пластинами. Ясно, что производители конденсаторов ста­раются упаковать как можно большую емкость в как можно меньшие разме­ры, пытаясь одновременно обеспечить токи утечки на приемлемом уровне. По этой причине количество практически используемых типов конденсато­ров значительно больше, чем сопротивлений. Причем надо также учесть, что чем тоньше прослойка диэлектрика между пластинами, тем меньше предель­но допустимое напряжение (то есть напряжение, при котором наступает электрический пробой и конденсатор выходит из строя).

Самым высоким соотношением емкость/габариты обладают электролитиче­ские (оксидные) конденсаторы, которые в настоящее времся широко пред­ставлены серией, известной под отечественным наименованием К50-35 (им­портные конденсаторы такого же типа обычно все равно продают под этим названием). Емкости их достигают ЮООООмкФ, а допустимые напряже­ния — 600 В, но у них есть три главных недостатка, которыми приходится платить за повышенную емкость. Первый и самый главный — эти конденса­торы полярны, то есть подразумевают включение только в определенной ориентации по отношению к полярности источника питания. Обычно на кор­пусе таких конденсаторов обозначается либо отрицательный (жирным «ми­нусом»), либо положительный (знаком «плюс») вывод. Если же габариты корпуса не позволяют применить обозначение (либо производителям лень налаживать соответствующую полиграфию), то полярность пытаются обо­значить толщиной или длиной вывода: более длинный и/или более толстый вывод обычно обозначает положительный контакт (но не всегда!). Если же включить такой электролитический конденсатор в противоположной поляр­ности, то он может просто взорваться, забрызгав электролитом всю осталь­ную схему. Есть и другие, более дорогие типы полярных конденсаторов (на­пример, танталовые К52 или ниобиевые К53), которые обладают значительно меньшими токами утечки. Электролитические конденсаторы обычно исполь­зуют в качестве фильтров в источниках питания — хотя и иные применения не исключены.

Следует учесть и вторую дурную особенность «электролитов» (как их назы­вают на инженерном жаргоне, и как мы будем называть их в дальнейшем) — они обеспечивают номинальную емкость только на низких частотах. При бы­стром перезаряде их емкость существенно снижается — поэтому в фильтрах источников питания рекомендуется параллельно ставить неполярные (кера­мические или иные) конденсаторы — в целях лучшей защиты от высокочас­тотных помех. На самом деле, эти конденсаторы лучше ставить не в источ­нике питания, а непосредственно вблизи выводов компонента, для которого высокочастотные помехи критичны, и на практике так и поступают (такие конденсаторы называют «развязывающими»).

Эта особенность связана с третьим паразитным свойством электролитов: эф­фектом «аккумулятора» (или «накопления заряда»). То есть, если вы полно­стью разрядите электролитический конденсатор (например, коротким замы­канием выводов), через некоторое время напряжение на выводах опять восстановится до некоторого значения (обычно небольшого— около 1— 1,5 В), и чтобы этот заряд полностью рассосался, требуется довольно значи­тельное время (часы или даже сутки). Этот эффект тем сильнее, чем больше емкость и чем выше допустимое напряжение электролита. Имеют электроли­ты и высокий заводской разброс номинального значения — до нескольких десятков процентов. По эти1й причинам полярные конденсаторы очень не ре­комендуется употреблять во времязадающих цепях, если требуется хоть ка­кая-то точность.

Рис. 5.8. Сравнительные размеры конденсаторов. Вверху: слева — электролитический конденсатор К50-35 3,3 мк х 25 В; справа — близкий к нему по допустимому напряжению неполярный конденсатор К73-17 3,3 МК с лавсановым диэлектриком. Внизу: электролитические конденсаторы К50-35 (справа налево: 6800 мк х 35 В; 2200 мк х 35 В; 2200 мк х 16 В; далее два идентичных конденсатора 100 мк х 16 В, но производства разных фирм)

Для использования в других областях применяют конденсаторы с неполяр­ным диэлектриком— бумажные, слюдяные, керамические, полиэтиленте­рефталатные (лавсановые) или фторопластовые (тефлоновые). Емкость их (в соотношении емкость/габариты) значительно меньше, и номинальная ем­кость обычно не превышает нескольких микрофарад (сравнительные разме­ры конденсаторов показаны на рис. 5.8).

У старинных металлобумажных конденсаторов (типа МБГ или МБГЧ) есть интересная особенность — они могут самовосстанавливаться после пробоя. Но чаще всего сейчас употребляются неполярные конденсаторы с керамиче­ским или органическим диэлектриком (типы К10, К73 и другие), и под непо­лярными мы будем обычно понимать конденсаторы именно этих серий. Именно они обеспечивают наиболее точное соответствие кривой заряда-разряда теоретической форме (как на рис. 5.7). Причем при применении в точных времязадающих цепях рекомендуется не просто выбирать конденса­тор с подходящим изолятором (лучше всего — тефлоновый или старинный слюдяной), но и с как можно большим допустимым напряжением (в приме­нении конденсатора с номинальным допустимым напряжением 630 В в цепях с напряжением 12 В нет ничего особенного).

Наиболее распространенны неполярные керамические конденсаторы (отече­ственный аналог— К10), которые имеют оптимальное соотношение ем­кость/габариты и приемлемые характеристики по долговечности и стабиль­ности. Они выпускаются как с гибкими выводами (обычно почему-то в корпусах желтого цвета), так и в SMD-исполнении. Емкости их могут быть в широком диапазоне от 1 пФ до 47 мкФ, а максимально допустимое напряже­ние, как правило, не менее 50 В.

В добавление к тому, что бьшо сказано в разделе «Резисторы» про условные обозначения, нужно сказать, что, поскольку емкости обычно употребляемых конденсаторов находятся в пределах от пико- до микрофарад, то при обозна­чении на схемах единицу измерения Ф часто опускают и пишут просто «мк» (мкФ), «н» или «п» (нФ), «п» или «р» (пФ). Пикофарады (подобно омам) мо­гут и не писать вообще. Часто микрофарады обозначаются просто лишним десятичным знаком (мы именно так и будем поступать) — например, запись 100,0 означает 100 мкФ, в то время как просто 100 — 100 пФ.

Параллельное и последовательное включение конденсаторов

Как и резисторы, конденсаторы могут включаться последовательно или па­раллельно, однако расчет полученных величин производится ровно противо­положно правилам для резисторов: при параллельном соединении емкости складываются (по правилу «больше большего»), а при последовательном со­единении складываются их обратные величины (правило «меньше меньше­го»). К счастью, в отличие от резисторов, конденсаторы включают практиче­ски только параллельно — можно это представить так, как будто площади их пластин при этом складываются, следовательно, складываются и емкости. Последовательное же соединение емкостей само по себе не имеет практиче­ского смысла, и знание правил сложения для него необходимо лишь изредка при анализе цепей переменного тока.

Цепи конденсаторов переменного тока

| Реактивное сопротивление и импеданс — емкостный

Конденсаторы Vs. Резисторы

Конденсаторы не ведут себя так же, как резисторы. В то время как резисторы пропускают через себя поток электронов, прямо пропорциональный падению напряжения, конденсаторы противодействуют изменениям напряжения, потребляя или подавая ток при зарядке или разрядке до нового уровня напряжения.

Поток электронов «через» конденсатор прямо пропорционален скорости изменения напряжения на конденсаторе.Это противодействие изменению напряжения — еще одна форма реактивного сопротивления , но она прямо противоположна той, которую демонстрируют индукторы.

Характеристики цепи конденсатора

Выражаясь математически, соотношение между током, протекающим через конденсатор, и скоростью изменения напряжения на конденсаторе как таковое:

Выражение de / dt — это выражение из расчетов, означающее скорость изменения мгновенного напряжения (e) во времени в вольтах в секунду.Емкость (C) выражается в фарадах, а мгновенный ток (i), конечно, выражается в амперах.

Иногда скорость мгновенного изменения напряжения во времени выражается как dv / dt вместо de / dt: вместо напряжения используется строчная буква «v» или «e», но это означает то же самое. Чтобы показать, что происходит с переменным током, давайте проанализируем простую схему конденсатора:

Чистая емкостная цепь: напряжение конденсатора отстает от тока конденсатора на 90 °

Если бы мы изобразили ток и напряжение для этой очень простой схемы, это выглядело бы примерно так:

Формы сигналов чисто емкостной цепи.

Помните, что ток через конденсатор — это реакция на изменение напряжения на нем.

Следовательно, мгновенный ток равен нулю всякий раз, когда мгновенное напряжение находится на пике (нулевое изменение или наклон уровня синусоидальной волны напряжения), а мгновенный ток находится на пике везде, где мгновенное напряжение имеет максимальное изменение (точки крутизны на волне напряжения, где она пересекает нулевую линию).

Это приводит к появлению волны напряжения, которая на -90 ° не совпадает по фазе с волной тока.Глядя на график, кажется, что волна тока имеет «фору» по сравнению с волной напряжения; ток «опережает» напряжение, а напряжение «отстает» от тока.

Напряжение отстает от тока на 90 ° в чисто емкостной цепи.

Как вы могли догадаться, та же необычная волна мощности, которую мы видели в простой цепи индуктивности, присутствует и в простой цепи конденсатора:

В чисто емкостной цепи мгновенная мощность может быть положительной или отрицательной.

Как и в случае с простой схемой индуктивности, сдвиг фазы на 90 градусов между напряжением и током приводит к появлению волны мощности, которая в равной степени чередуется между положительной и отрицательной полярностью. Это означает, что конденсатор не рассеивает мощность, поскольку он реагирует на изменения напряжения; он просто поочередно поглощает и высвобождает энергию.

Реактивное сопротивление конденсатора

Противодействие конденсатора изменению напряжения означает сопротивление переменному напряжению в целом, которое по определению всегда изменяется по мгновенной величине и направлению.

Для любой заданной величины переменного напряжения и заданной частоты конденсатор заданного размера будет «проводить» определенную величину переменного тока.

Точно так же, как ток через резистор является функцией напряжения на резисторе и сопротивления, предлагаемого резистором, переменный ток через конденсатор является функцией переменного напряжения на нем и реактивного сопротивления , обеспечиваемого конденсатором. .

Как и в случае катушек индуктивности, реактивное сопротивление конденсатора выражается в омах и обозначается буквой X (или, точнее, XC).

Поскольку конденсаторы «проводят» ток пропорционально скорости изменения напряжения, они будут пропускать больше тока при более быстром изменении напряжения (поскольку они заряжаются и разряжаются до тех же пиков напряжения за меньшее время) и меньший ток при более медленном изменении напряжения. .

Это означает, что реактивное сопротивление в Ом для любого конденсатора равно , обратно пропорционально частоте переменного тока.

Реактивное сопротивление конденсатора 100 мкФ:

Частота (Герцы)	Реактивное сопротивление (Ом)
60	26.5258
120	13,2629
2500	0,6366

Обратите внимание, что отношение емкостного реактивного сопротивления к частоте прямо противоположно отношению индуктивного реактивного сопротивления.

Емкостное реактивное сопротивление (в омах) уменьшается с увеличением частоты переменного тока. И наоборот, индуктивное реактивное сопротивление (в омах) увеличивается с увеличением частоты переменного тока. Катушки индуктивности противодействуют более быстрому изменению токов, создавая большие падения напряжения; Конденсаторы противодействуют более быстрому изменению падений напряжения, допуская большие токи.

Как и в случае с индукторами, член 2πf в уравнении реактивного сопротивления может быть заменен строчной греческой буквой Омега (ω), которая обозначается как угловая скорость цепи переменного тока. Таким образом, уравнение XC = 1 / (2πfC) также может быть записано как XC = 1 / (ωC), где ω приведено в единицах радиан в секунду .

Переменный ток в простой емкостной цепи равен напряжению (в вольтах), деленному на емкостное реактивное сопротивление (в омах), точно так же, как переменный или постоянный ток в простой резистивной цепи равен напряжению (в вольтах), деленному на сопротивление (в Ом).Следующая схема иллюстрирует это математическое соотношение на примере:

Емкостное реактивное сопротивление.

Однако нужно иметь в виду, что здесь напряжение и ток не совпадают по фазе. Как было показано ранее, ток имеет фазовый сдвиг + 90 ° по отношению к напряжению. Если мы представим эти фазовые углы напряжения и тока математически, мы сможем вычислить фазовый угол реактивного сопротивления конденсатора току.

Напряжение в конденсаторе отстает от тока на 90 °.

Математически мы говорим, что фазовый угол сопротивления конденсатора току составляет -90 °, что означает, что сопротивление конденсатора току является отрицательной мнимой величиной. (См. Рисунок выше). Этот фазовый угол реактивного противодействия току становится критически важным при анализе цепей, особенно для сложных цепей переменного тока, где реактивное сопротивление и сопротивление взаимодействуют.

Будет полезно представить любое сопротивление компонента току в виде комплексных чисел, а не только скалярных величин сопротивления и реактивного сопротивления.

ОБЗОР:

• Емкостное реактивное сопротивление — это противодействие, которое конденсатор предлагает переменному току из-за его сдвинутого по фазе накопления и выделения энергии в его электрическом поле. Реактивное сопротивление обозначается заглавной буквой «X» и измеряется в омах, как и сопротивление (R).
• Емкостное реактивное сопротивление можно рассчитать по следующей формуле: XC = 1 / (2πfC)
• Емкостное реактивное сопротивление уменьшается с увеличением частоты . Другими словами, чем выше частота, тем меньше он противодействует (тем больше «проводит») переменному току.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Конденсатор

Области применения и применения »Электроника

Особенно важно выбрать правильный конденсатор или любое конкретное приложение — понимание ключевых требований для любого конкретного применения конденсатора или использования конденсатора обеспечит правильную работу схемы.

---

Capacitor Tutorial:
Использование конденсатора Типы конденсаторов Электролитический конденсатор Керамический конденсатор Танталовый конденсатор Пленочные конденсаторы Серебряный слюдяной конденсатор Супер конденсатор Конденсатор SMD Технические характеристики и параметры Как купить конденсаторы — подсказки и подсказки Коды и маркировка конденсаторов Таблица преобразования

---

Конденсаторы используются практически во всех областях электроники и выполняют множество различных задач.Несмотря на то, что конденсаторы работают одинаково независимо от их применения или использования, конденсаторы могут использоваться в схемах по-разному.

Для того, чтобы выбрать правильный тип конденсатора, необходимо иметь представление о конкретном применении конденсатора, чтобы его свойства можно было сопоставить с конкретным применением, для которого он будет использоваться.

У каждой формы конденсатора есть свои собственные атрибуты, и это означает, что он будет хорошо работать при использовании или применении конденсатора с твердыми частицами.

Выбор подходящего конденсатора для конкретного применения — это часть процесса проектирования схемы. Использование неправильного конденсатора может легко означать, что схема не будет работать.

Применение конденсатора и схема

Конденсаторы

могут использоваться в электронных схемах по-разному. Хотя их режим работы остается в точности таким же, различные формы конденсаторов могут использоваться для обеспечения множества различных функций схемы.

Для различных схем потребуются конденсаторы с определенными номиналами, а также с другими атрибутами, такими как допустимый ток, диапазон значений, точность значений, температурная стабильность и многие другие аспекты.

Некоторые типы конденсаторов будут доступны в разных номиналах, некоторые конденсаторы могут иметь большие диапазоны значений, другие — меньшие. Другие конденсаторы могут иметь высокие токи, другие — высокий уровень стабильности, а другие по-прежнему доступны с очень низкими значениями температурного коэффициента.

Понимание различных способов использования конденсаторов помогает выбрать лучший тип конденсатора для конкретного применения.

Путем выбора правильного конденсатора для конкретного использования или применения схема может работать наилучшим образом.

Использование конденсатора связи

В этом применении конденсатора компонент позволяет только сигналам переменного тока проходить от одной секции схемы к другой, блокируя любое статическое напряжение постоянного тока. Такая форма применения конденсатора часто требуется при соединении двух каскадов усилителя вместе.

Возможно, что постоянное напряжение постоянного тока будет присутствовать, скажем, на выходе одного каскада, и только переменный сигнал, звуковая частота, радиочастота или что-то еще, что требуется.Если бы составляющие постоянного тока сигнала на выходе первого каскада присутствовали на входе второго, то смещение и другие рабочие условия второго каскада изменились бы.

Транзисторная схема с входными и выходными разделительными конденсаторами

Даже при использовании операционных усилителей, схема которых была разработана для обеспечения малых напряжений смещения, часто бывает разумным использовать разделительные конденсаторы из-за наличия высоких уровней усиления постоянного тока. Без разделительного конденсатора высокие уровни усиления по постоянному току могут означать, что операционный усилитель перейдет в режим насыщения.

Для конденсаторов такого типа необходимо обеспечить достаточно низкое полное сопротивление конденсатора. Обычно выходной импеданс предыдущей схемы выше, чем та, которую она возбуждает, за исключением ВЧ-цепи, но об этом позже. Это означает, что номинал конденсатора выбирается таким же, как импеданс цепи, обычно входной импеданс второй цепи. Это дает падение отклика на 3 дБ на этой частоте.

Конденсаторы

Важные параметры для конденсатора связи
Параметр	Примечания по использованию конденсатора
Номинальное напряжение конденсатора	Должно быть больше пикового напряжения на конденсаторе.Обычно конденсатор может выдерживать напряжение шины питания с запасом для обеспечения надежности.
Значение емкости	Достаточно высокий, чтобы передавать самые низкие частоты с небольшим затуханием или без него.
Допуск	с широким допуском часто можно использовать, потому что точное значение не имеет значения.
Диэлектрик	Некоторые конденсаторы, например электролитические, имеют ограниченную частотную характеристику, часто только до частот около 100 кГц максимум.Это следует учитывать. Также для приложений с высоким импедансом не следует использовать электролитические конденсаторы, поскольку они имеют относительно высокий уровень утечки, который может нарушить работу второй ступени.

Использование развязывающего конденсатора

В этом приложении конденсатор используется для удаления любых сигналов переменного тока, которые могут быть в точке смещения постоянного тока, шине питания или другом узле, который должен быть свободен от конкретного изменяющегося сигнала.

Как указывает название этого конденсатора, он использовался для развязки узла от изменяющегося на нем сигнала.

Схема транзистора с развязывающими конденсаторами линии и коллектора

В этой схеме есть два способа использования конденсатора для развязки. C3 используется для развязки любого сигнала, который может быть на шине напряжения. Конденсатор этого типа должен выдерживать напряжение питания, а также обеспечивать и поглощать уровни тока, возникающие из-за шума на шине. Также во время выключения, когда питание отключено, этот конденсатор может потреблять большой ток в зависимости от его значения.Танталовые конденсаторы для этой позиции не подходят.

Развязка также обеспечивается комбинацией конденсатора и резистора C4, R5. Это гарантирует, что коллекторный сигнал не просочится на сигнальную шину. Постоянная времени C4 и R5 обычно является доминирующим фактором, и постоянную времени следует выбирать больше, чем ожидаемая самая низкая частота.

Тип развязки, используемый с C5, служит для хорошей изоляции этого конкретного каскада от любого шума на шине, а также предотвращения передачи шума от цепи на шину питания.Во время отключения ток конденсатора ограничивается резистором R5.

Конденсаторы

Важные параметры для использования развязывающего конденсатора
Параметр	Примечания по использованию конденсатора
Номинальное напряжение конденсатора	Должно быть больше пикового напряжения на конденсаторе. Обычно конденсатор может выдерживать напряжение узла с некоторым запасом для обеспечения надежности.
Значение емкости	Достаточно высокий, чтобы передавать самые низкие частоты с небольшим затуханием или без него.Иногда это может привести к тому, что требуются относительно большие значения. Однако необходимо учитывать используемые частоты. Для низких частот обычно требуются большие уровни емкости, и часто используются электролитические конденсаторы. Если это слаботочная цепь, как в случае C4, R5, танталовый конденсатор также может быть подходящим, но обычно он изолирован от шины основного напряжения через последовательный резистор, чтобы предотвратить потребление слишком большого тока, как в случае C4. Для более высоких частот также могут быть уместны керамические конденсаторы.
Допуск	с широким допуском часто можно использовать, потому что точное значение не имеет значения.
Диэлектрик	Некоторые конденсаторы, такие как электролитические конденсаторы, имеют относительно низкий верхний предел частоты. Часто, чтобы преодолеть это, конденсатор, такой как керамический конденсатор с меньшим номиналом, может использоваться для обеспечения высокочастотной характеристики, в то время как электролитический конденсатор большего номинала используется для пропускания более низкочастотных компонентов.Керамический или другой конденсатор более низкого номинала по-прежнему имеет низкий импеданс на более высоких частотах, потому что реактивное сопротивление обратно пропорционально частоте.

Приложения RF-связи и развязки

ВЧ связь и развязка следуют тем же основным правилам, что и обычные конденсаторы связи и развязки. Часто используются схемы, подобные показанным для стандартной связи и развязки, и они работают в основном одинаково.

Однако при использовании конденсаторов для ВЧ приложений необходимо учитывать их ВЧ характеристики. Это может отличаться от производительности на более низких частотах.

Обычно электролитические конденсаторы не используются — их характеристики падают с увеличением частоты, и они редко используются для приложений с частотой выше примерно 100 кГц. Керамические конденсаторы особенно популярны, поскольку они обладают хорошими ВЧ-характеристиками, особенно конденсаторы MLCC для поверхностного монтажа.

Последовательная индуктивность, присутствующая во всех конденсаторах, в большей или меньшей степени проявляется на некоторых частотах, образуя резонансный контур с емкостью.

Обычно керамические конденсаторы имеют высокую собственную резонансную частоту, особенно конденсаторы для поверхностного монтажа, которые очень малы и не имеют выводов, создающих индуктивность.

Могут быть использованы некоторые другие типы конденсаторов, но керамические конденсаторы наиболее широко используются в этом приложении.

Применения сглаживающего конденсатора

Фактически это то же самое, что и разделительный конденсатор, но этот термин обычно используется в связи с источником питания.

Когда входящий линейный сигнал проходит через трансформатор и выпрямитель, результирующая форма волны не является гладкой.Оно варьируется от нуля до пикового напряжения. При применении к цепи маловероятно, что это сработает, поскольку обычно требуется постоянное напряжение. Чтобы преодолеть это, используется конденсатор для развязки или сглаживания выходного напряжения.

Схема выпрямителя со сглаживающим конденсатором

При таком использовании конденсатор заряжается, когда пиковое напряжение превышает выходное напряжение, и обеспечивает заряд, когда напряжение выпрямителя падает ниже напряжения конденсатора.

В этом конденсаторе компонент развязывает шину и подает заряд там, где это необходимо.

Обычно для обеспечения необходимого уровня тока требуются относительно большие значения емкости. В результате наиболее широко используемой формой конденсатора для этого приложения является электролитический конденсатор.

Конденсаторы

Важные параметры для сглаживающего конденсатора
Параметр	Примечания по использованию конденсатора
Номинальное напряжение конденсатора	Должно быть больше пикового напряжения на конденсаторе.Конденсатор должен выдерживать максимальное пиковое напряжение шины с некоторым запасом для обеспечения надежности.
Значение емкости	Зависит от требуемого тока, но обычно может составлять несколько тысяч микрофарад.
Допуск	с широким допуском часто можно использовать, потому что точное значение не имеет значения.
Диэлектрик	Электролитические конденсаторы обычно используются из-за их высокой стоимости.Танталовые конденсаторы, хотя они могут иметь достаточно высокие значения, не подходят из-за низкого уровня тока пульсаций, которые они могут выдерживать. Керамические конденсаторы не доступны с требуемым уровнем емкости.
Пульсации тока	В дополнение к конденсатору, имеющему достаточную емкость, чтобы удерживать необходимое количество заряда, он также должен быть сконструирован таким образом, чтобы обеспечивать необходимый ток. Если конденсатор становится слишком горячим при подаче тока, он может выйти из строя.Номинальные значения пульсирующего тока особенно важны для конденсаторов, используемых для сглаживания. Обычно используются электролитические конденсаторы, но даже для них необходимо проверить соответствие номинального тока пульсации.

Использование конденсатора в качестве элемента синхронизации

В этом приложении конденсатор может использоваться с резистором или катушкой индуктивности в резонансной или зависимой от времени цепи. В этой функции конденсатор может присутствовать в фильтре, цепи настройки генератора или в элементе синхронизации для такой цепи, как a-stable, время, необходимое для зарядки и разрядки, определяет работу схемы

. Генераторы и фильтры

LC или RC широко используются во множестве схем, и, очевидно, одним из основных элементов является конденсатор.

В данном конкретном случае использования конденсатора одним из основных требований является точность, и поэтому начальный допуск важен для обеспечения того, чтобы схема работала на требуемой частоте. Температурная стабильность также важна для обеспечения того, чтобы характеристики цепи оставались неизменными в требуемом диапазоне температур.

Важные параметры времени использования конденсатора
Параметр	Примечания по использованию конденсатора
Номинальное напряжение конденсатора	Фактическое пиковое напряжение на конденсаторе будет варьироваться в зависимости от конкретной цепи и напряжения шины.Необходимо оценивать каждый случай по существу, отмечая, что в некоторых случаях оно может быть выше ожидаемого. В большинстве случаев превышение напряжения на шине маловероятно.
Значение емкости	Зависит от используемых частот и от катушки индуктивности или резистора, необходимых для получения требуемой рабочей частоты.
Допуск	Обычно требуется строгий допуск для обеспечения требуемой рабочей частоты.В этом приложении конденсаторы с хорошим выбором значений в пределах каждой декады могут быть преимуществом.
Диэлектрик	Во многих приложениях для синхронизации важны потери в конденсаторе. Высокие потери приравниваются к низкому Q, и значения Q обычно должны быть как можно более высокими. Есть много диэлектриков, обеспечивающих подходящий уровень производительности. Многие керамические диэлектрики конденсаторов в наши дни способны обеспечить высокий уровень стабильности. Конденсаторы с пластиковой пленкой также могут предложить высокий уровень производительности.Серебряные слюдяные конденсаторы также используются, особенно в ВЧ-цепях. Хотя эти серебряные слюдяные конденсаторы довольно дороги, они обладают высокими характеристиками: высокая добротность; высокая стабильность; низкие потери; и жесткая толерантность.
Температурная стабильность	Температурная стабильность конденсатора должна быть высокой для этих конденсаторных применений, потому что схема должна будет сохранять свою частоту в диапазоне рабочих температур. Если значение изменяется в зависимости от температуры, даже на небольшую величину, это может заметно повлиять на работу контура.

Применения удерживающего конденсатора

В этом конкретном применении конденсатора заряд, удерживаемый конденсатором, используется для обеспечения питания цепи на короткое время.

В прошлом, возможно, использовались небольшие перезаряжаемые батареи, но они часто страдали от проблем с памятью и ограничения срока службы, поэтому конденсаторы могут стать жизнеспособной альтернативой.

В настоящее время суперконденсаторы обладают огромными уровнями емкости, и теперь они достаточно велики, чтобы позволить многим схемам оставаться под напряжением в периоды отсутствия сетевого питания.Они относительно дешевы и предлагают отличный уровень производительности.

Суперконденсаторы

Важные параметры для использования удерживающего конденсатора
Параметр	Примечания по использованию конденсатора
Номинальное напряжение конденсатора	Должен выдерживать максимальное рабочее напряжение с хорошим запасом надежности.
Значение емкости	Может быть до нескольких фарадов.
Допуск	, широко используемые в конденсаторах, имеют большой допуск.К счастью, это не проблема, так как это в первую очередь влияет на время, в течение которого может поддерживаться задержка.

Суперконденсаторы часто используются для аккумуляторов

Варианты применения конденсаторов

Выбор конденсатора часто важен для работы схемы. Знание того, как будет использоваться конденсатор и как его характеристики и параметры связаны с работой схемы, означает, что некоторые конденсаторы работают лучше, чем другие, в различных приложениях.Выбор подходящего конденсатора для любого конкретного применения является важной и очень важной частью схемы.

Другие электронные компоненты: Резисторы
Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы ВЧ разъемы Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Калькулятор цепи конденсатора резистора

— Дюймовый калькулятор

Рассчитайте время заряда, энергию и характеристическую частоту или импеданс, реактивное сопротивление и угловую частоту цепи резистор-конденсатор.

Расчет энергии и времени зарядки

Расчет импеданса и реактивного сопротивления

---

---

Цепь резистор-конденсатор, или RC-цепь, представляет собой цепь с последовательно соединенными резистором и конденсатором.Конденсатор в цепи накапливает энергию, а резистор изменяет скорость заряда и разряда конденсатора. Эти схемы чаще всего используются для фильтрации формы волны и используются для создания фильтров нижних, верхних и полосовых частот.

Схема, показывающая цепь резисторного конденсатора.

Формулы RC-цепей

RC-цепи имеют несколько характеристик, включая постоянную времени, накопление энергии, заряд, импеданс, емкостное реактивное сопротивление, характеристическую частоту и угловую частоту.Расчет каждой из этих характеристик схемы можно выполнить по следующим формулам.

Формула постоянной времени

Постоянная времени, выраженная как tau (τ), — это время в секундах, в течение которого конденсатор в RC-цепи достигает заряда 63,2%. Формула для расчета постоянной времени:

τ = RC

Постоянная времени τ равна сопротивлению R в омах, умноженному на емкость C в фарадах. Конденсатор достигнет заряда 63,2% за τ, 86.5% через 2τ и 99,3% через 5τ.

Энергетическая формула

Энергия, запасенная в полностью заряженном конденсаторе RC-цепи, может быть найдена по формуле:

E = CV ² 2

Энергия E в джоулях равна емкости C в фарадах, умноженной на квадрат напряжения V, деленной на два.

Формула заряда

Максимальный заряд в цепи конденсатора резистора можно найти по формуле:

Q = CV

Заряд Q в кулонах равен емкости C в фарадах, умноженной на напряжение V.

Текущая формула

Максимальный ток RC-цепи можно найти с помощью закона Ома. Формула:

I = VR

Ток I в амперах равен напряжению V, деленному на сопротивление R в омах.

Формула характеристической частоты

Характеристическая частота цепи, часто называемая обычной или циклической частотой, может быть найдена по следующей формуле:

f = 12πRC

Частота f в герцах равна 1, деленному на 2, умноженное на π, умноженное на сопротивление R в омах, умноженное на емкость C в фарадах.

Формула угловой частоты

Угловую частоту контура можно найти по формуле:

ω = 2πf

Угловая частота ω в радианах в секунду равна удвоенной π-кратной характеристической частоте f в герцах.

Формула импеданса

Импеданс RC-цепи можно найти с помощью нескольких формул:

Z = R + 1jωC
| Z | = √ (R ² + 1 (ωC) ² )

Где j — мнимая единица, Z — импеданс в омах, R — сопротивление в омах, C — емкость в фарадах, а ω — угловая частота в рад / с.

Формула емкостного реактивного сопротивления

Емкостное реактивное сопротивление RC-цепи можно найти по формуле:

X = 1ωC

Емкостное реактивное сопротивление X равно 1, деленному на угловую частоту ω, умноженную на емкость C.

Формула разности фаз

Эта формула выражает разность фаз между полным напряжением и полным током.

φ = загар ^-1 (-1ωCR)

φ — разность фаз, ω — угловая частота, C — емкость, R — сопротивление.

Схемы с переключаемыми конденсаторами: преимущества и применение

Цепи

с переключаемыми конденсаторами хорошо подходят для обработки аналоговых сигналов на кристалле. Их основной компонент — резистор с переключаемым конденсатором (SC) — легко встроить в интегральную схему для любого приложения, требующего лучшего сопротивления, высокоточных частотных характеристик и небольшой площади кристалла. Фильтры, компараторы и преобразователи мощности для вычислений, телекоммуникаций и Интернета вещей (IoT) являются одними из распространенных применений схем с переключаемыми конденсаторами.Вот как работают схемы с переключаемыми конденсаторами и их преимущества.

Что такое схема с переключаемым конденсатором?

В этой схеме используется переключаемый конденсатор для помощи в обработке сигналов в дискретном времени. Он включает в себя переключатели, которые открываются и закрываются, чтобы обеспечить передачу заряда в конденсатор и из него. Обычно неперекрывающиеся часы управляют переключателями для обеспечения предсказуемой / контролируемой передачи заряда.

Роль резистора переключаемого конденсатора

Типичная схема переключаемого конденсатора состоит из конденсатора и двух переключателей.Переключатели поочередно подключают конденсатор к входному и выходному напряжению. В течение каждого периода переключения заряд передается со входа на выход с тактовой частотой. Следовательно, схема переключаемого конденсатора работает как резистор, управляемый емкостью конденсатора и частотой переключения.

Преимущества схемы с переключаемым конденсатором

Цепи

с переключаемыми конденсаторами позволяют создавать жестко контролируемое сопротивление на кристалле в зависимости от тактовой частоты и емкости конденсатора.Такой подход к проектированию схем имеет несколько преимуществ, в том числе:

• Экономия места при достижении высоких значений сопротивления. Использование реальных резисторов потребует большего количества кремниевого пространства.
• Достигните точности частотной характеристики порядка 0,1% с фильтрами на переключаемых конденсаторах. Соответствие аналогичных компонентов ИС (например, конденсатора и конденсатора) вместо двух разных компонентов (например, конденсатора и резистора) позволяет достичь такого уровня точности. Напротив, фильтр с непрерывным временем, который использует постоянные времени RC для управления частотой, может вызывать колебания частоты до 20% из-за несоответствия между резисторами и конденсаторами.
• Легче надежно реализовать с более широким диапазоном значений, что делает его идеальной заменой традиционным резисторам в любых интегральных схемах. Точно так же можно отрегулировать эквивалентное сопротивление резистора, изменив тактовую частоту.

Схемы с переключаемыми конденсаторами имеют правильные свойства для проектирования ИС для электронных фильтров, компараторов, преобразователей мощности, телекоммуникационных систем и других приложений. Они предлагают точные частотные характеристики, которые трудно получить с помощью цепей резистор-конденсатор.Их динамический диапазон также является важным атрибутом.

Хотите узнать больше о высококачественных компонентах электронных схем для таких приложений, как вычислительное, медицинское или телекоммуникационное оборудование? Если да, посетите наш веб-сайт Allied Components International сегодня. Мы разрабатываем и производим передовые решения для магнитных устройств.

Международный союз компонентов

Allied Components International специализируется на разработке и производстве широкого спектра стандартных магнитных компонентов и модулей, таких как индукторы для микросхем, магнитные индукторы на заказ и трансформаторы на заказ.Мы стремимся предоставлять нашим клиентам продукцию высокого качества, обеспечивать своевременные поставки и предлагать конкурентоспособные цены.

Мы — растущее предприятие в магнитной промышленности с более чем 20-летним опытом.

Лекция 8

ПОП4 20,49
Два конденсатора по 25 мкФ Ф и 5 мк Ф подключены параллельно с напряжением 100 В на каждом. Какая общая энергия хранится?
А.150 мкм Дж
Б. 0,150 Дж
С. 150 Дж
D. 150 кДж
Ответ

POP4 20,49
Два конденсатора по 25 мкФ Ф и 5 мк Ф соединены последовательно. Какой Δ В требуется для хранения 0,150 Дж?
А. 22,8 В
Б. 100 В
С. 137 V
D. 268 V
Ответ

klm Walker5e CnEx 21-19
Переключатель на рисунке ниже изначально разомкнут, а конденсатор не заряжен.Если & Escr; = 6,00 В, R = 10,0 Ом и C = 72,0 µ F, какой ток протекает через батарею сразу после включения переключателя?
схемотехнический симулятор

А. 0,432 мА
Б. 0,600 А
С. 0,900 А
D. 1.20 Ответ

klm Walker5e CnEx 21-19
Переключатель на рисунке ниже изначально разомкнут, а конденсатор не заряжен. Если & Escr; = 6,00 В, R = 10.0 Ом и C = 72,0 µ F, какой ток течет через батарею долгое время после включения переключателя?

А. 0,432 мА
Б. 0,600 А
С. 0,900 А
D. 1.20 Ответ

klm Walker5e Ex 21-17
Если C = 24,0 µ F в схеме ниже, какова эквивалентная емкость всей цепи?

A. 8.00 µ F
В. 16.0 µ F
С.36,0 мкм F
D. 72.0 µ F
Ответ

Walker5e 21,61
Два конденсатора, C ₁ = C и C ₂ = 2 C , подключены к батарее. Конденсатор _____ накапливает больше энергии, когда они подключены к батарее последовательно, а конденсатор _____ накапливает больше энергии, когда они соединяются параллельно с батареей.
А. С ₁ … С ₁
Б. С ₂ … С ₁
С. С ₁ … С ₂
D. C ₂ … C ₂
Ответ

SJ6 28,33
Батарея была подключена к схеме ниже в течение длительного времени. Какое напряжение на конденсаторе?
А. 2,00 В
Б. 4.00 В
С.6,00 В
D. 8.00 V
Ответ

Б. 0,150 Дж

Д. 268 В

D. 1.20 А

Сразу после включения переключателя конденсатор разряжается и ведет себя как провод. Батарея 6,00 В пропускает 0,600 А тока через каждый из резисторов 10,0 Ом (или, если вы предпочитаете, два резистора, включенных параллельно, имеют эквивалентное сопротивление 5.00 Ом), что дает ток через батарею 1,20 А.

Б. 0,600 А

Через долгое время после включения переключателя конденсатор полностью заряжен и ведет себя как разомкнутая цепь. Батарея на 6,00 В пропускает через левый резистор 10,0 Ом ток 0,600 А.

C. 36.0 µ F

Два последовательно соединенных конденсатора имеют эквивалентную емкость ½ C , и они соединены параллельно с третьим идентичным конденсатором.Следовательно, мы складываем две емкости, чтобы получить эквивалентную емкость 1,50 C или 1,50 × 24,0 µ F = 36,0 µ F.

C. C ₁ … C ₂

При последовательном соединении два конденсатора имеют одинаковый заряд. Заметив, что U = ½ Q ² / C , вы можете увидеть, что меньший конденсатор C ₁ сохраняет больше всего энергии. (Убедитесь сами, что если напряжение АКБ 6.0 В и C = 10,0 µ F, C ₁ накоплений 80 µ Дж и C ₂ накоплений 40 µ Дж.)
При параллельном подключении два конденсатора имеют одинаковое напряжение. Заметив, что U = ½ CV ², вы можете увидеть, что больший конденсатор C ₂ накапливает больше всего энергии. (Убедитесь сами, что если напряжение батареи составляет 6,0 В и C = 10,0 µ F, C ₁ накопителей 180 µ Дж и C ₂ накоплений 360 µ Дж.)

В. 6,00 В

Левая сторона конденсатора находится под более высоким потенциалом.

Цепи резистора-конденсатора (RC)

: определение и объяснение — видео и стенограмма урока

Что такое конденсатор?

Чтобы лучше понять RC-схемы, нам сначала нужно узнать больше о двух компонентах, которые их определяют. Конденсатор представляет собой две параллельные пластины, разделенные изолятором. Подобно батарее, конденсатор имеет два вывода и накапливает электрическую энергию.

Когда конденсатор подключен к батарее в цепи, электроны текут от батареи к пластине конденсатора, которая подключена к отрицательной клемме батареи. Пластина конденсатора, которая подключена к положительной клемме батареи, делает обратное — она ​​отправляет электроны обратно в батарею.

Конденсаторы бывают разных размеров, и некоторые из них могут удерживать большой заряд! Конденсаторы полезны, потому что они могут избавиться от заряда намного быстрее, чем батарея.Это делает их хорошими для таких вещей, как вспышка камеры, которая требует очень быстрого использования заряда. В сенсорных экранах современных смартфонов и планшетов также используются конденсаторы, что делает их весьма полезными!

Что такое резистор?

Другой важной частью RC-цепи является резистор R. В электрической цепи резистор пассивно препятствует прохождению тока. Другими словами, он «сопротивляется» потоку электронов, движущемуся по цепи. Резисторы — это все, что угодно — лампочки, тостеры, телевизоры и многое другое.

Хотя ток в цепи прямо пропорционален величине напряжения, он обратно пропорционален величине сопротивления. Это имеет смысл, потому что напряжение создает ток, а сопротивление ему сопротивляется.

Объединение их в схему

Хорошо, теперь, когда вы знаете, из чего состоит RC-схема, давайте перейдем к хорошему — самой схеме. RC-цепи действительно круты, потому что вместо постоянного протекания тока RC-цепь — это такая, в которой ток изменяется во времени.

Если вы едете на велосипеде на работу или в школу, вы знаете, что вы будете в большей безопасности, если наденете шлем с мигающим светом. Но вы можете не знать, что свет мигает из-за RC цепи! Продолжительность вспышки определяется сопротивлением и емкостью в этой цепи. Например, малая емкость приведет к более быстрой вспышке, тогда как большая емкость приведет к более медленной вспышке.

Распад в RC-цепи

Но мы забегаем вперед, поэтому давайте вернемся на минуту назад и рассмотрим еще несколько деталей самой схемы.Допустим, у нас есть такая простая RC-схема. В схеме есть батарея, конденсатор, резистор и переключатель, который размыкает и замыкает цепь. Когда переключатель разомкнут, в цепи не течет ток, поэтому конденсатор не разряжается на резистор.

Базовая RC-схема

Если мы замкнем переключатель и замкнем цепь, это позволит протекать току и конденсатору разрядиться через резистор.

Главное здесь то, что разряд конденсатора не линейный, а экспоненциальный. Это означает, что, хотя скорость распада постоянна, количество распада пропорционально его текущему значению и изменяется со временем.

Мы называем скорость спада тока и напряжения временем спада . Это значение представлено константой τ , которая равна R * C и измеряется в секундах.

Эта постоянная времени многое говорит о том, как будет происходить зарядка или разрядка в RC-цепи.Например, если у вас есть большой конденсатор, который может удерживать больше заряда, для его зарядки или разрядки потребуется больше времени, поэтому ваша постоянная времени τ = R * C будет больше. С другой стороны, если ваша постоянная времени τ = R * C меньше, это означает, что у вас более быстрый распад.

Две части уравнения пропорциональны. Это означает, что когда один компонент увеличивается, например, сопротивление или емкость, другая сторона, временной спад, также должна увеличиваться, чтобы обе стороны оставались равными.Точно так же, если емкость или сопротивление уменьшаются, скорость распада также будет.

Теперь мы можем увидеть, как это влияет на вспышку вашего велосипедного шлема. Небольшой конденсатор и небольшое сопротивление вызывают более быструю вспышку, потому что скорость затухания мала. С другой стороны, когда конденсатор и сопротивление большие, скорость затухания также будет больше, а это означает, что для возникновения вспышки требуется больше времени.

Краткое содержание урока

RC-схемы применимы во многих сферах повседневной жизни.От велосипедного шлема до смартфона полезна схема RC , которая представляет собой схему, имеющую как резистор, так и конденсатор, потому что вместо постоянного протекания тока ток меняется со временем.

Схема получила свое название от ее компонентов: резистора и конденсатора. Резистор пассивно препятствует прохождению тока, а конденсатор представляет собой две параллельные пластины, разделенные изолятором. Величина сопротивления определяет, какое сопротивление встретит течение.Размер конденсатора определяет, насколько быстро или медленно он будет заряжаться или разряжаться.

Скорость затухания тока и напряжения или время затухания в RC-цепи представлено постоянной времени τ , которая равна R * C . Поскольку это экспоненциальный спад, он пропорционален своему текущему значению и изменяется со временем по мере приближения к нулю. τ пропорционально R * C , что означает, что увеличение одного приведет к увеличению другого.Большая емкость или большое сопротивление увеличивают τ , но малая емкость и сопротивление приводят к небольшому значению τ и более высокой скорости затухания.

Результаты обучения

По завершении этого урока вы сможете:

• Объяснять, что такое RC-схема и как она работает
• Описать резисторы и конденсаторы
• Обсудите взаимосвязь между током и напряжением в RC-цепи и ее изменение
• Вспомните уравнение времени распада

Цепи конденсаторов переменного тока

и емкостное сопротивление

Введение

Когда на конденсатор подается напряжение постоянного тока, конденсатор заряжается медленно и, наконец, достигает полностью заряженного положения.В этот момент напряжение зарядки конденсатора равно напряжению питания. Здесь конденсатор действует как источник энергии, пока подается напряжение. Конденсаторы не пропускают через них ток (i) после полной зарядки. Ток, протекающий по цепи, зависит от количества заряда в пластинах конденсаторов, а также ток прямо пропорционален скорости изменения напряжения, приложенного к схема. т.е. i = dQ / dt = C dV (t) / dt.

Если напряжение питания переменного тока приложено к цепи конденсатора, то конденсатор непрерывно заряжается и разряжается в зависимости от частоты напряжения питания.Емкость конденсатора в цепях переменного тока зависит от частоты приложенного к нему напряжения питания. В цепях переменного тока конденсаторы пропускают ток, когда напряжение питания непрерывно изменяется во времени.

Цепь конденсатора переменного тока

В приведенной выше схеме мы заметили, что конденсатор напрямую подключен к источнику переменного тока. Здесь конденсатор непрерывно заряжается и разряжается в зависимости от изменений напряжения питания, потому что значение напряжения питания переменного тока постоянно увеличивается и уменьшается.Все мы знаем, что ток, протекающий по цепи, прямо пропорционален скорости изменения приложенного напряжения.

Здесь зарядный ток имеет высокое значение, если напряжение питания пересекает свое значение от положительного полупериода к отрицательному полупериоду и наоборот. то есть 0 ⁰ и 180 ⁰ в синусоидальном сигнале. Ток через конденсатор имеет минимальное значение, когда напряжение питания в виде синусоидальной волны пересекает свое максимальное или минимальное пиковое значение (Vm).Следовательно, мы можем сказать, что зарядный ток, протекающий по цепи, является максимальным или минимальным в зависимости от уровней напряжения питания в синусоиде.

Фазорная схема конденсатора переменного тока

Векторная диаграмма конденсатора переменного тока показана на рисунке выше, здесь напряжение и токи представлены в синусоидальной форме. На приведенном выше рисунке мы наблюдали, что при 0 ⁰ зарядный ток находится на своем максимальном значении, потому что напряжение медленно увеличивается в положительном направлении.На этапе 90 ⁰ ток через конденсатор не протекает, потому что в этот момент напряжение питания находится на максимальном пиковом значении.

В точке 180 ⁰ напряжение медленно уменьшается до нуля, а ток достигает максимального значения в отрицательном направлении. Зарядка снова достигает максимального значения на 360 ⁰ , потому что в этот момент напряжение питания имеет минимальное значение.

Из осциллограмм на приведенном выше рисунке видно, что ток опережает напряжение на 90 ⁰ .Следовательно, мы можем сказать, что в идеальной конденсаторной схеме напряжение переменного тока отстает от тока на 90 ⁰ .

Емкостное реактивное сопротивление

Мы знаем, что ток, протекающий через конденсатор, прямо пропорционален скорости изменения приложенного напряжения, но конденсаторы также обладают некоторой формой сопротивления протеканию тока, как и резисторы. Это сопротивление конденсаторов в цепях переменного тока называется емкостным реактивным сопротивлением или обычно известно как реактивное сопротивление. Емкостное реактивное сопротивление — это свойство конденсатора, которое препятствует прохождению тока в цепях переменного тока.Он обозначается символом Xc и измеряется в Ом так же, как и сопротивление.

Нам нужна дополнительная энергия сверх емкостного реактивного сопротивления, чтобы зарядить конденсатор в цепи. Это значение обратно пропорционально величине емкости и частоте напряжения питания.

Xc∝ 1 / c и Xc∝ 1 / f.

Уравнение емкостного реактивного сопротивления и влияющие на него параметры обсуждаются ниже.

Емкостное реактивное сопротивление,

XC = 1 / 2πfC = 1 / ωC

Здесь,

XC = реактивное сопротивление конденсатора

f = частота в Гц

C = емкость конденсатора в фарадах

ω (омега) = 2πf

Из приведенного выше уравнения мы поняли, что емкостное реактивное сопротивление велико там, где значения частоты и емкости низкие, и на этом этапе конденсатор действует как идеальный резистор.Если частота напряжения питания высока, значение реактивного сопротивления конденсатора низкое, а также на этом этапе конденсатор действует как хороший проводник. Из приведенного выше уравнения ясно, что реактивное сопротивление равно нулю, если частота равна бесконечности, а значение реактивного сопротивления равно бесконечности, когда частота равна нулю.

Емкостное сопротивление против частоты

На приведенном выше рисунке показано соотношение между емкостным реактивным сопротивлением, током и частотой напряжения питания.Здесь мы заметили, что если частота низкая, то реактивное сопротивление высокое. Зарядный ток увеличивается с увеличением частоты, потому что скорость изменения напряжения увеличивается со временем. Реактивное сопротивление имеет бесконечное значение, когда частота равна нулю, и наоборот.

Пример емкости переменного тока №1

Найдите действующее значение тока, протекающего через цепь с конденсатором 3 мкФ, подключенным к источнику питания 660 В и частотой 40 Гц.

Емкостное реактивное сопротивление,

XC = 1 / 2πfC

Здесь,

f = 40 Гц

C = 3 мкФ

В среднекв. = 660 В

Сейчас,

XC = 1 / (2 × 3.14 × 40 Гц × 3 × 10 ^-6 ) = 1326 Ом

Irms = Vrms / XC = 660 В / 1326 Ом = 497 мА

Пример емкости переменного тока №2

Найдите действующее значение тока, протекающего через цепь с конденсатором 5 мкФ, подключенным к источнику питания 880 В и частотой 50 Гц.

Емкостное реактивное сопротивление,

XC = 1 / 2πfC

Здесь,

f = 50 Гц

C = 5 мкФ

В среднекв. = 880 В

Сейчас,

XC = 1 / (2 × 3,14 × 50 Гц × 5 × 10-6) = 636 Ом

Irms = Vrms / XC = 880V / 636Ω = 1.38 А

Из двух приведенных выше примеров мы практически заметили, что реактивное сопротивление конденсатора зависит от частоты напряжения питания и обратно пропорционально. В примере 1 реактивное сопротивление составляет 1326 Ом для частоты 40 Гц, но значение реактивного сопротивления уменьшается до 636 Ом при увеличении частоты до 50 Гц, что показано в примере 2, поэтому ясно, что реактивное сопротивление конденсатора обратно пропорционально частоте и емкость.