Конденсаторы: типы, функции, характеристики, применение и схемы

Если вы изучали электронику, то, возможно, вы сталкивались с конденсаторами. Это ключевые электронные устройства, жизненно важные для многих приложений сегодня. Однако знаете ли вы, что такое конденсатор и как он работает?

Что такое конденсатор?

А конденсатор это электрическое устройство, которое хранит энергию в форме электрического заряда. Конденсаторы изготавливаются из двух проводников, разделенных расстоянием или пространством. Это пространство может быть заполнено изоляционным материалом или вакуумом.
Поскольку они могут хранить энергию, конденсаторы имеют множество применений в современной электронике. Ожидайте увидеть их практически во всех электронных устройствах, где они выполняют гораздо больше функций, чем просто хранение энергии. Их также можно использовать для кондиционирования питания, фильтрации, настройки и т. д.

Как работают конденсаторы?

Конденсаторы хранить электрическую энергию посредством накопления заряда между двумя проводящими пластинами, разделенными диэлектриком, создавая таким образом электрическое поле. Как это происходит?

Во время фазы зарядки к конденсатору подключается источник напряжения, например, батарея. В этом случае электроны текут от отрицательного вывода к одной из пластин конденсатора и накапливаются там, оставляя ее отрицательно заряженной. Другая пластина конденсатора также теряет электроны на отрицательной стороне, то есть теперь она заряжена положительно.

Процесс накопления зарядов на пластинах конденсатора создает электрическое поле, которое имеет решающее значение для хранения электроэнергии.

Разрядка происходит, когда источник напряжения отключается, а конденсатор подключается к нагрузке, например, к лампочке. В этом случае накопленные заряды протекают через нагрузку, создавая ток до тех пор, пока конденсатор полностью не разрядится.

Типы конденсаторов

Конденсаторы часто классифицируются по структуре. Существует три основных типа конденсаторов: постоянные конденсаторы, переменные конденсаторы и подстроечные конденсаторы.

Постоянные конденсаторы имеют фиксированное значение емкости, в отличие от переменных конденсаторов, емкость которых можно изменять. Давайте рассмотрим различные типы конденсаторов подробно ниже.

Конденсаторы постоянной емкости

• Керамические конденсаторы

Это самый распространенный конденсатор, который вы найдете на рынке. Он поставляется с диэлектрическим материалом и является неполярным устройством. Он может работать в любом направлении, что делает его пригодным для многих схем.

Эти конденсаторы далее классифицируются на три класса. Керамические конденсаторы класса 1 обеспечивают наилучшую стабильность, в то время как класс 2 обеспечивает наилучшую объемную эффективность, но недостаточную точность и стабильность. Класс 3 обеспечивает высокую объемную эффективность, но низкий коэффициент рассеяния и точность. Они часто используются для развязки.

• Пленочные конденсаторы

В этом случае эти конденсаторы поставляются с пленочным диэлектриком. Использование такого диэлектрика дает вам очень прочный конденсатор. Даже при хорошей прочности они все еще недороги.

Применение, в котором будет использоваться конденсатор, определяет его конструкцию. Если он должен использоваться с высоким напряжением, ожидайте, что у него будет больше тонких пленок. В зависимости от конструкции, пленочные конденсаторы могут выдерживать напряжение от 50 В до 2 кВ.

• Силовые пленочные конденсаторы

Этот имеет ту же конструкцию, что и пленочный диэлектрик. Единственное отличие в том, что в этом случае используется полипропиленовая пленка, что делает его пригодным для специализированных применений.

• Электролитические конденсаторы

Этот тип конденсатора поставляется с металлическим анодом, который был окислен с использованием определенного диэлектрика. Например, вы можете получить алюминиевый электролитический конденсатор, то есть он имеет диэлектрик из оксида алюминия. Таким образом, тип электролитического конденсатора зависит от диэлектрика.

Эти конденсаторы также поляризованы. Таким образом, вы получаете катод и анод.

• Бумажные конденсаторы

Диэлектриком для этих конденсаторов является бумага. Количество заряда, которое может быть сохранено, фиксировано по сравнению с другими конденсаторами, значения которых меняются. Благодаря своей конструкции они хорошо подходят для систем фильтрации и связи шума. Ожидайте встретить их в аудиосистемах, предназначенных для автомобилей.

Конденсаторы переменной емкости

Конденсаторы настройки являются примерами переменных конденсаторов. Они распространены в радиосхемах и используются для настройки частоты путем простой регулировки емкости.

Подстроечные конденсаторы также имеют регулируемую емкость, что имеет важное значение для точной настройки цепей.

Характеристики конденсаторов

Независимо от того, выбираете ли вы Конденсатор HVAC или Конденсатор переменного тока, характеристики часто одинаковы. Ниже приведены некоторые из примечательных характеристик конденсаторов, которые вам следует знать.

Емкость (С)

Емкость — это способность конденсатора хранить электрическую энергию. Она измеряется в фарадах (Ф), обычно используемыми единицами являются нанофарады, пикофарады и микрофарады.

Размеры конденсатора и диэлектрические материалы влияют на общую емкость конденсатора.

Рабочее напряжение (РН)

Это максимальное напряжение, которое можно подать на конденсатор, не сломав и не повредив его. Важно знать рабочее напряжение, поскольку оно обеспечивает надежную работу и предотвращает потенциальный отказ конденсатора.

толерантность

Допуск конденсатора — это допустимое отклонение значения емкости от заявленного значения. Конденсаторы обычно имеют допуск ±5%, ±10% или ±20%. Это будет четко указано, чтобы вы знали, с чем работаете.

Ток утечки

Идеального диэлектрического материала не существует. Это означает, что иногда через конденсатор может протекать небольшой ток, когда напряжение все еще приложено. Это называется током утечки.

На этот ток в значительной степени влияют диэлектрический материал, напряжение и рабочая температура конденсатора.

Поляризация

Это просто означает покупку конденсаторов, которые имеют определенную полярность, например, положительные и отрицательные клеммы. Из-за своей полярности они должны быть правильно подключены к цепи, чтобы она работала правильно.

Неправильное подключение конденсатора может привести к его повреждению.

Применение конденсаторов

Конденсаторы имеют множество применений, наиболее заметным из которых является хранение энергии. Ожидайте найти их в источниках питания. Их задача — сглаживать пульсирующий постоянный ток на выходе выпрямителей, что приводит к более стабильному источнику питания.

Вспышки фотокамер также используют конденсаторы, которые обеспечивают быстрый выброс энергии для вспышек.

Резервное питание также может использовать конденсаторы для поддержания питания в случае отключения или при замене батареи. Это помогает предотвратить потерю данных.

Фильтрация — еще одно большое применение конденсаторов. Например, автомобильный аудио конденсатор может удалять нежелательные частоты из сигналов. Это включает удаление шума в аудиооборудовании.

В процессе разделения сигналов переменного и постоянного тока также используются конденсаторы, которые блокируют сигналы постоянного тока, одновременно пропуская сигналы переменного тока.

Плюсы и минусы конденсаторов

Конденсаторы тоже могут иметь плюсы и минусы. Все зависит от того, как вы их используете. Вот чего следует ожидать.

Плюсы

• Они обеспечивают быструю зарядку и разрядку.
• Впечатляющий срок службы при минимальном обслуживании
• Они демонстрируют низкие потери энергии по сравнению с другими носителями энергии.
• Конденсаторы весьма универсальны, поскольку они выпускаются в различных размерах и типах.
• Они достаточно экономичны. Все зависит от диэлектрического материала.
• Может быть пригоден для высокочастотных применений.
• Конденсаторы обладают высокой стабильностью и способны сохранять емкость с течением времени.

Минусы

• Конденсаторы имеют ограниченную способность хранения энергии.
• Энергия все еще может быть истощена, даже если она не используется.
• Ожидайте изменений в напряжении хранения в конденсаторах
• Некоторые материалы, такие как полиэфирный диэлектрик, имеют более высокое поглощение, что влияет на точность схем.

Как конденсаторы ведут себя в цепях

Как и другие электронные устройства, конденсаторы имеют различные характеристики в зависимости от подключения к цепи. Вот чего следует ожидать для различных цепей.

• Параллельный

В этом случае емкость в цепи будет равна сумме отдельных емкостей. Например:

Поскольку все конденсаторы соединены параллельно, на их пластинах присутствует одинаковое напряжение.

• Ряд

Емкость для последовательно соединенных конденсаторов будет рассчитана с использованием обратной формулы для получения общей емкости в цепи. Формула имеет вид

При последовательном соединении каждый конденсатор в цепи будет иметь разную величину напряжения в зависимости от его положения в цепи.

Распространенные проблемы с конденсаторами

Конденсаторы также могут иметь некоторые проблемы, даже если они, кажется, всегда работают отлично. Некоторые из них включают в себя;

• Избыточное тепло может вызвать перегрев, что может повредить диэлектрический материал и привести к коротким замыканиям или утечкам.
• Перенапряжение не рекомендуется. Подача напряжения, превышающего номинальное напряжение конденсатора, может привести к его повреждению.
• Возможен пробой диэлектрика. Например, чрезмерное напряжение может привести к пробою диэлектрика. Это означает, что ток может легко течь, когда ему не положено.
• Утечка электролита может произойти в электролитических конденсаторах. Это то, где электролит может вытечь или высохнуть со временем. Это возможно с возрастом или при воздействии чрезмерного тепла.
• Физические повреждения также могут возникнуть. Это может быть вызвано физическим напряжением, таким как удар, вибрация или неправильное обращение. Это повреждение также может привести к внутренним коротким замыканиям или разрывам.

Как выбрать правильный конденсатор

Выбирая Пусковой конденсатор переменного тока или любой другой тип зависит от ваших потребностей и применения. Ниже мы более подробно обсудим, как вы можете выбрать правильный многослойный керамический конденсатор и другие типы.

1. Емкость

Прежде чем купить Конденсатор ASUS P4PE, посмотрите на его емкость. Это зависит от приложения. Некоторые приложения требуют большей емкости, а другие нет. Например, для высокочастотных приложений требуются малые значения емкости, в то время как для энергетических и фильтрующих приложений верно обратное.

2. Номинальное напряжение

Выберите конденсатор, который соответствует напряжению вашего приложения. Выбор конденсатора с более высоким напряжением еще лучше. Частота отказов будет выше, если вы используете конденсатор с более низким напряжением, чем необходимо.

3. Тип диэлектрика

Диэлектрический материал влияет на частотную характеристику конденсатора, его физические размеры и температурную стабильность. Керамические конденсаторы являются примером. Их диэлектрик делает их пригодными для высокотемпературных и частотных применений. Электролитические конденсаторы подходят для низкочастотных и высокоемкостных применений.

4. толерантность

Допуск — это то, насколько фактическая емкость отличается от номинального значения. При работе с чувствительными цепями допуск должен быть действительно низким, чтобы работать с цифрой, близкой к номинальному значению.

5. Размер и упаковка

Размер конденсатора должен быть в пределах пространства, доступного для его установки. На рынке есть конденсаторы разных размеров. Изучите ограничения вашего проекта и выберите конденсатор, который подойдет для вашего проекта.

6. Диапазон температур

Конденсаторы предназначены для работы в определенных температурных диапазонах. Поэтому выбирайте конденсатор, который может выдерживать экстремальные температуры в вашем приложении. Этот рейтинг будет указан производителем, чтобы помочь вам сделать лучший выбор.

Как проверить конденсатор

Тестирование конденсатора можно проводить многими способами. Однако мы рассмотрим как проверить конденсатор мультиметром. Это связано с тем, что мультиметры легкодоступны и просты в использовании.

Чтобы проверить конденсатор, выполните следующие действия.

• Разрядить конденсатор

Перед проверкой убедитесь, что конденсатор разряжен. Это гарантирует, что вы избежите ударов или повреждения мультиметра. Подключение резистора к конденсатору или использование инструмента для разрядки конденсатора сделают эту работу.

• Настройте мультиметр

Убедитесь, что мультиметр находится в режиме измерения емкости, чтобы вы могли проверить конденсатор. Ищите символы, такие как F или Farad, чтобы указать емкость.

• Подключите мультиметр.

Подключите красный щуп к положительному выводу, а черный щуп к отрицательному выводу. Это для полярных конденсаторов. Если конденсатор неполярный, щупы можно подключать любым способом, и они все равно будут работать.

• Считайте емкость

Прочитайте значение, показанное на мультиметре. Это значение емкости в фарадах или микрофарадах, в зависимости от шкалы мультиметра. Теперь сравните это значение с номинальным значением на конденсаторе. Если оно значительно отличается, конденсатор может быть неисправен.

Заключение

Конденсаторы остаются необходимыми для многих схем. Их трудно не заметить в различных электронных устройствах. Все дело в их важности для обеспечения бесперебойной работы электроники. Если вы проектируете схему, лучше всего выбирать конденсаторы на основе их удобства использования и производительности, чтобы вы могли осознать функциональность схемы. Если что-то работает не так, как ожидалось, всегда проверяйте конденсатор, чтобы увидеть, улучшит ли это функциональность схемы.