Все о конденсаторах для начинающих: Конденсатор. Пособие для дошкольных образовательных учреждений

Электроемкость конденсатора — формула и определение

Электроемкость проводников

Проводники умеют не только проводить через себя электрический ток, но и накапливать заряд. Эта способность характеризуется таким параметром, как электроемкость.

Электроемкость C = q/φ С — электроемкость [Ф] q — электрический заряд [Кл] φ — потенциал [В]

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова

Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

Конденсаторы

Способность накапливать заряд — полезная штука, поэтому люди придумали конденсаторы. Это такие устройства, которые помогают применять электрическую емкость проводников в практических целях.

Конденсатор состоит из двух или более проводящих пластин (обкладок), разделенных диэлектриком. Между проводящими пластинами образуется электрическое поле, все силовые линии которого идут от одной обкладки к другой.

Зарядка конденсатора — это процесс накопления заряда на двух его обкладках. Заряды на них равны по величине и противоположны по знаку.

Электроемкость конденсатора измеряется отношением заряда на одной из обкладок к разности потенциалов между обкладками:

Электроемкость конденсатора C = q/U С — электроемкость [Ф] q — электрический заряд [Кл] U — напряжение (разность потенциалов) [В]

По закону сохранения заряда, если обкладки заряженного конденсатора соединить проводником, то заряды нейтрализуются, переходя с одной обкладки на другую. Так происходит разрядка конденсатора.

Любой конденсатор имеет предел напряжения. Если оно окажется слишком большим, то случится пробой диэлектрика, то есть разрядка произойдет прямо сквозь диэлектрик. Такой конденсатор больше работать не будет.

Виды конденсаторов

Особенность электроемкости в том, что она зависит от формы проводника. Для каждого вида проводников есть своя формула расчета электроемкости.

Проще всего вычислить электроемкость плоского конденсатора. Плоский конденсатор состоит из двух металлических пластин, между которыми помещают диэлектрическое вещество.

Электроемкость плоского конденсатора — электроемкость [Ф] — относительная диэлектрическая проницаемость среды [—] — электрическая постоянная Ф/м — площадь пластин [м2] — расстояние между пластинами [м]

Самый популярный конденсатор — цилиндрический. Он состоит из двух металлических цилиндров, вложенных друг в друга, и диэлектрика, которым заполнено пространство между ними. Рассмотрим формулу электроемкости такого конденсатора.

Электроемкость цилиндрического конденсатора — электроемкость [Ф] — относительная диэлектрическая проницаемость среды [—] — электрическая постоянная Ф/м — длина цилиндров [м] — радиусы цилиндров [м] — функция натурального логарифма, которая зависит от радиусов цилиндров

Сферический конденсатор состоит из двух проводящих сфер, вложенных друг в друга, и непроводящей жидкости, которой заполнено пространство между ними.

Электроемкость сферического конденсатора — электроемкость [Ф] — относительная диэлектрическая проницаемость среды [—] — электрическая постоянная Ф/м — радиусы сфер [м]

Подытожим все, что узнали, на картинке-шпаргалке:

Бесплатные занятия по английскому с носителем

Занимайтесь по 15 минут в день. Осваивайте английскую грамматику и лексику. Сделайте язык частью жизни.

Энергия конденсатора

У конденсатора, как и у любой системы заряженных тел, есть энергия. Чтобы зарядить конденсатор, необходимо совершить работу по разделению отрицательных и положительных зарядов. По закону сохранения энергии эта работа будет как раз равна энергии конденсатора.

Доказать, что заряженный конденсатор обладает энергией, несложно. Для этого понадобится электрическая цепь, содержащая в себе лампу накаливания и конденсатор. При разрядке конденсатора вспыхнет лампа — это будет означать, что энергия конденсатора превратилась в тепло и энергию света.

Чтобы вывести формулу энергии плоского конденсатора, нам понадобится формула энергии электростатического поля.

Энергия электростатического поля Wp = qEd Wp — энергия электростатического поля [Дж] q — электрический заряд [Кл] E — напряженность электрического поля [В/м] d — расстояние от заряда [м]

В случае с конденсатором d будет представлять собой расстояние между пластинами.

Заряд на пластинах конденсатора равен по модулю, поэтому можно рассматривать напряженность поля, создаваемую только одной из пластин.

Напряженность поля одной пластины равна Е/2, где Е — напряженность поля в конденсаторе.

В однородном поле одной пластины находится заряд q, распределенный по поверхности другой пластины.

Тогда энергия конденсатора равна:

W_p = qEd/2

Разность потенциалов между обкладками конденсатора можно представить, как произведение напряженности на расстояние:

U = Ed

Поэтому:

W_p = qU/2

Эта энергия равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин.

Заменив в формуле разность потенциалов или заряд с помощью выражения для электроемкости конденсатора C = q/U, получим три различных формулы энергии конденсатора:

Энергия конденсатора Wp = qU/2 Wp — энергия электростатического поля [Дж] q — электрический заряд [Кл] U — напряжение на конденсаторе [В]

Энергия конденсатора Wp = q2/2C Wp — энергия электростатического поля [Дж] q — электрический заряд [Кл] C — электроемкость конденсатора [Ф]

Энергия конденсатора Wp = CU2/2 Wp — энергия электростатического поля [Дж] C — электроемкость конденсатора [Ф] U — напряжение на конденсаторе [В]

Эти формулы справедливы для любого конденсатора.

Применение конденсаторов

Конденсатор есть в каждом современном устройстве. Разберем два самых наглядных примера.

Пример раз — вспышка

Без конденсатора вспышка в фотоаппарате работала бы не так, как мы привыкли, а с большими задержками, и к тому же быстро разряжала бы аккумулятор. Конденсатор в этом случае работает как батарейка. Он накапливает заряд от аккумулятора и хранит его до востребования. Когда нам нужна вспышка, конденсатор разряжается, чтобы она сработала и вылетела птичка.

Пример два — тачскрин

Тачскрин на телефоне работает по принципу, схожему с конденсатором. В самом смартфоне, конечно, тоже есть множество конденсаторов, но этот принцип куда интереснее.

Дело в том, что тело человека тоже умеет проводить электричество — у него даже есть сопротивление и электроемкость. Так что можно считать человеческий палец пластиной конденсатора — тело же проводник, почему бы и нет. Но если поднести палец к металлической пластине, получится плохой конденсатор.

В экран телефона встроена матрица из микроскопических пластинок. Когда мы подносим палец к одной из них, получается своего рода конденсатор. Когда перемещаем палец ближе к другой пластинке — еще один конденсатор. Телефон постоянно проверяет пластинки, и если обнаруживает, что у какой-то из них внезапно изменилась электроемкость, значит, рядом есть палец. Координаты пластинки с изменившейся электроемкостью передаются операционной системе телефона, а она уже решает, что с этими координатами делать.

Кстати, то же самое можно проделать, если взять обычную сосиску и поводить ей по экрану смартфона. Тачскрин будет реагировать на все контакты, как реагирует на человеческий палец.

Это не единственный вариант реализации тачскрина, но один из лучших на сегодняшний день. В айфоне используется именно он.

Изучать физику на примерах из реальной жизни может быть очень даже интересно. Попробуйте и убедитесь сами на классическом курсе по физике для 10 класса.

Конденсатор для чайников

При решении задач на эту тему могут потребоваться все сведения, полученные при изучении электростатики: закон сохранения электрического заряда, понятия напряжённости поля и потенциала, сведения о поведении проводников в электростатическом поле, о напряжённости поля в диэлектриках, о законе сохранения энергии применительно к электростатическим явлениям. Основной формулой при решении задач на электроёмкость является формула Определите изменение заряда на обкладках конденсатора и энергии электрического поля. Согласно формуле Определите скорость, которую приобретает электрон, пролетая в конденсаторе путь от одной пластины к другой. Начальная скорость электрона равна нулю.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Я-чайник.Объясните мне пожалуйста,зачем нужны диод и конденсатор в этой схеме.
• Что такое конденсатор?
• Primary Menu
• Несколько вопросов чайника
• Ремонт компьютера своими руками
• Электролитический конденсатор
• Конденсатор для чайников. Что такое конденсатор?
• Принцип работы конденсатора
• III. Основы электродинамики
• Конденсатор для чайников. Что такое конденсатор?

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Все что нужно знать про конденсатор. Принцип работы, Маркировка, назначение

Я-чайник.Объясните мне пожалуйста,зачем нужны диод и конденсатор в этой схеме.

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой. Категории: Интересные факты , Практическая электроника Количество просмотров: Комментарии к статье: 9.

Конденсаторы: назначение, устройство, принцип действия. Во всех радиотехнических и электронных устройствах кроме транзисторов и микросхем применяются конденсаторы. В одних схемах их больше, в других меньше, но совсем без конденсаторов не бывает практически ни одной электронной схемы.

При этом конденсаторы могут выполнять в устройствах самые разные задачи. Прежде всего, это емкости в фильтрах выпрямителей и стабилизаторов. С помощью конденсаторов передается сигнал между усилительными каскадами, строятся фильтры низких и высоких частот, задаются временные интервалы в выдержках времени и подбирается частота колебаний в различных генераторах.

Свою родословную конденсаторы ведут от лейденской банки , которую в середине XVIII века в своих опытах использовал голландский ученый Питер ван Мушенбрук. Жил он в городе Лейдене, так что нетрудно догадаться, почему так называлась эта банка. Собственно это и была обыкновенная стеклянная банка, выложенная внутри и снаружи оловянной фольгой — станиолем.

Использовалась она в тех же целях, как и современная алюминиевая, но тогда алюминий открыт еще не был. Единственным источником электричества в те времена была электрофорная машина, способная развивать напряжение до нескольких сотен киловольт. Вот от нее и заряжали лейденскую банку.

В учебниках физики описан случай, когда Мушенбрук разрядил свою банку через цепь из десяти гвардейцев взявшихся за руки. В то время никто не знал, что последствия могут быть трагическими.

Удар получился достаточно чувствительным, но не смертельным. До этого не дошло, ведь емкость лейденской банки была незначительной, импульс получился очень кратковременным, поэтому мощность разряда была невелика. Устройство конденсатора практически ничем не отличается от лейденской банки: все те же две обкладки, разделенные диэлектриком. Именно так на современных электрических схемах изображаются конденсаторы.

На рисунке 1 показано схематичное устройство плоского конденсатора и формула для его расчета. Все величины, входящие в формулу, указаны в системе СИ. Эта формула справедлива для простейшего плоского конденсатора: можно просто расположить рядом две металлические пластины, от которых сделаны выводы.

Диэлектриком может служить воздух. Из этой формулы можно понять, что емкость конденсатора тем больше, чем больше площадь пластин и чем меньше расстояние между ними. Для конденсаторов с другой геометрией формула может быть иной, например, для емкости одиночного проводника или электрического кабеля. Но зависимость емкости от площади пластин и расстояния между ними та же, что и у плоского конденсатора: чем больше площадь и чем меньше расстояние, тем больше емкость. На самом деле пластины не всегда делаются плоскими.

У многих конденсаторов, например металлобумажных, обкладки представляют собой алюминиевую фольгу свернутую вместе с бумажным диэлектриком в плотный клубок, по форме металлического корпуса.

Для увеличения электрической прочности тонкая конденсаторная бумага пропитывается изолирующими составами, чаще всего трансформаторным маслом. Такая конструкция позволяет делать конденсаторы с емкостью до нескольких сотен микрофарад.

Примерно так же устроены конденсаторы и с другими диэлектриками. Формула не содержит никаких ограничений на площадь пластин S и расстояние между пластинами d. Если предположить, что пластины можно развести очень далеко, и при этом площадь пластин сделать совсем незначительной, то какая-то емкость, пусть небольшая, все равно останется. Подобное рассуждение говорит о том, что даже просто два проводника, расположенные по соседству, обладают электрической емкостью.

Этим обстоятельством широко пользуются в высокочастотной технике: в некоторых случаях конденсаторы делаются просто в виде дорожек печатного монтажа, а то и просто двух скрученных вместе проводков в полиэтиленовой изоляции.

Обычный провод—лапша или кабель также обладают емкостью, причем с увеличением длины она увеличивается. Кроме емкости C, любой кабель обладает еще и сопротивлением R. Оба этих физических свойства распределены по длине кабеля, и при передаче импульсных сигналов работают как интегрирующая RC — цепочка, показанная на рисунке 2. На рисунке все просто: вот схема, вот входной сигнал, а вот он же на выходе. Импульс искажается до неузнаваемости, но это сделано специально, для чего и собрана схема.

Пока же речь идет о влиянии емкости кабеля на импульсный сигнал. Здесь вполне уместно вспомнить историю о том, как прокладывали трансатлантический кабель. Первая попытка в году потерпела неудачу: телеграфные точки — тире прямоугольные импульсы искажались так, что на другом конце линии длиной км разобрать ничего не удалось.

Вторая попытка была предпринята в году. К этому времени английский физик У. Томпсон разработал теорию передачи данных по длинным линиям. В свете этой теории прокладка кабеля оказалась более удачной, сигналы принять удалось. За этот научный подвиг королева Виктория пожаловала ученого рыцарством и титулом лорда Кельвина.

Именно так назывался небольшой город на побережье Ирландии, где начиналась прокладка кабеля. Для большинства используемых диэлектриков, таких как воздух, лавсан, полиэтилен, фторопласт эта константа практически такая же, как у вакуума.

Но вместе с тем существует много веществ, диэлектрическая проницаемость которых намного выше. Если воздушный конденсатор залить ацетоном или спиртом, то его емкость возрастет раз в 15… Это вредное явление называется током утечки.

Поэтому для диэлектриков разрабатываются специальные материалы, которые позволяют при высокой удельной емкости конденсаторов обеспечивать приемлемые токи утечки. Именно этим и объясняется такое разнообразие видов и типов конденсаторов, каждый из которых предназначен для конкретных условий. Такие конденсаторы работают хорошо только на низких частотах, чаще всего в фильтрах источников питания.

Электролитические конденсаторы включаются с соблюдением полярности. Электродами в таких конденсаторах является тонкая пленка из оксида металлов, поэтому часто эти конденсаторы называют оксидными. Тонкий слой воздуха между такими электродами не очень надежный изолятор, поэтому между оксидными обкладками вводится слой электролита. Чаще всего это концентрированные растворы кислот или щелочей.

Чтобы оценить размеры конденсатора рядом с ним сфотографировался простой спичечный коробок. В те времена, когда компьютеры были большими и назывались ЭВМ, такие конденсаторы стояли в дисководах по-современному HDD. Информационная емкость таких накопителей теперь может вызвать лишь улыбку: на двух дисках диаметром мм хранилось 5 мегабайт информации, а само устройство весило 54 кг. Основным назначением показанных на рисунке суперконденсаторов был вывод магнитных головок из рабочей зоны диска при внезапном отключении электроэнергии.

Такие конденсаторы могли хранить заряд несколько лет, что было проверено на практике. Чуть ниже с электролитическими конденсаторами будет предложено проделать несколько простых опытов, чтобы понять, что может делать конденсатор. Для работы в цепях переменного тока выпускаются неполярные электролитические конденсаторы, вот только достать их почему-то очень непросто. Если полярный электролитический конденсатор включить в цепь переменного тока, то сначала он будет греться, а потом раздастся взрыв.

Отечественные старые конденсаторы разлетались во все стороны, импортные же имеют специальное приспособление, позволяющее избежать громких выстрелов. Это, как правило, либо крестовая насечка на донышке конденсатора, либо отверстие с резиновой пробкой, расположенное там же. Очень не любят электролитические конденсаторы повышенного напряжения, даже если полярность соблюдена. Да, конечно можно, вот обратная замена недопустима. Разобраться с этим утверждением поможет простая схема, показанная на рисунке 4.

Главным действующим лицом этой схемы является электролитический конденсатор C достаточно большой емкости, чтобы процессы заряда — разряда протекали медленно, и даже очень наглядно. Это дает возможность наблюдать работу схемы визуально с помощью обычной лампочки от карманного фонаря. Фонари эти давно уступили место современным светодиодным, но лампочки для них продаются до сих пор. Поэтому, собрать схему и провести простые опыты очень даже просто. Возразить тут, вроде, нечего, но любая, даже самая простая вещь остается в голове надолго, если ее понимание пришло через руки.

Зарядный ток на схеме показан стрелкой с индексом iз. Процесс заряда конденсатора показан на рисунке 5. На рисунке видно, что напряжение на конденсаторе возрастает по кривой линии, в математике называемой экспонентой.

Ток заряда прямо-таки зеркально отражает напряжение заряда. По мере того, как напряжение на конденсаторе растет, ток заряда становится все меньше. И только в начальный момент соответствует формуле, показанной на рисунке. Через некоторое время конденсатор зарядится от 0В до напряжения источника питания, в нашей схеме до 4,5В.

Весь вопрос в том, как это время определить, сколько ждать, когда же конденсатор зарядится? В этой формуле просто перемножаются сопротивление и емкость последовательно соединенных резистора и конденсатора.

Если, не пренебрегая системой СИ, подставить сопротивление в Омах, емкость в Фарадах, то результат получится в секундах. Часто, пренебрегая системой СИ, подставляют в формулу сопротивление в Омах, а емкость в микрофарадах, тогда время получится в микросекундах. В нашем случае результат удобнее получить в секундах, для чего придется микросекунды просто умножить на миллион, а проще говоря, переместить запятую на шесть знаков влево.

Таким образом, придется подождать приблизительно 5 секунд, пока конденсатор зарядится полностью. Если по истечении указанного времени переключатель SA перевести в правое положение, то конденсатор C разрядится через лампочку EL.

В этот момент получится короткая вспышка, конденсатор разрядится и лампочка погаснет. Направление разряда конденсатора показано стрелкой с индексом iр.

Что такое конденсатор?

Итак, с проводками-токами-источниками разобрались. Теперь пробежимся по элементам. Сейчас я толкну телегу про конденсатор. Как через него ходит ток, если он представляет собой обрыв.

Физика для чайников Задача 1. Электроёмкость конденсатора, подключённого к источнику постоянного напряжения U = В, равна C1 = 5 пФ. Задача 2. Заряд конденсатора q = 3 • Кл. Ёмкость конденсатора С = 10 пФ.

Primary Menu

Заряд и разряд конденсатора. Конденсатор представляет собой устройство, способное накапливать электрические заряды. Простейшим конденсатором являются две металлические пластины электроды , разделенные каким-либо диэлектриком. Конденсатор 2 можно зарядить, если соединить его электроды с источником 1 электрической энергии постоянного тока рис. При заряде конденсатора свободные электроны, имеющиеся на одном из его электродов, устремляются к положительному полюсу источника, вследствие чего этот электрод становится положительно заряженным. Электроны с отрицательного полюса источника устремляются ко второму электроду и создают на нем избыток электронов, поэтому он становится отрицательно заряженным. В результате протекания зарядного тока i3 на обоих электродах конденсатора образуются равные, но противоположные по знаку заряды и между ними возникает электрическое поле, создающее между электродами конденсатора определенную разность потенциалов. Когда эта разность потенциалов станет равной напряжению источника тока, движение электронов в цепи конденсатора, т. Этот момент соответствует окончанию процесса заряда конденсатора.

Несколько вопросов чайника

Слой оксида на поверхности анода получают методом электрохимического анодирования , что обеспечивает высокую однородность по толщине и диэлектрическим свойствам диэлектрика конденсатора. Технологическая лёгкость получения тонкой однородной плёнки диэлектрика на большой площади электрода позволила наладить массовое производство дешёвых конденсаторов с весьма высокими значениями показателями электрической ёмкости. Электрохимические процессы получения и стабилизации оксидной плёнки диэлектрика требует определённой полярности напряжения на границе металл-электролит. Несоблюдение полярности вызывает потерю диэлектрических свойств оксидной плёнки и возможное короткое замыкание между обкладками. Если источник этого отрицательного напряжения не ограничивает ток на безопасном низком уровне, то электролит нагреется протекающим током, закипит и давление образующихся газов разорвёт корпус конденсатора.

Заряд конденсатора. Для того чтобы зарядить конденсатор, необходимо включить его в цепь постоянного тока.

Ремонт компьютера своими руками

Говорите, что всю жизнь мечтали познакомиться с электроникой поближе, но не знали с чего начать? Тогда вы оказались в нужное время в нужном месте! В последующих глазах будут освещены фундаментальные основы электроники и физики электронов: что они собой представляют и почему следует о них знать. Однако не стоит беспокоиться — вам не придется умирать от скуки над научнмми трудами по теоретической физике: мм подадим основные положения и правила в виде, легко доступном дль усвоения. Кроме того, здесь же вы познакомитесь с простыми рекомендациями по безопасности.

Электролитический конденсатор

Конденсатор — элемент, способный накапливать электрическую энергию. Первый конденсатор был создан в году Питером ванн Мушенбруком. Конденсатор состоит из металлических электродов — обкладок, между которыми находится диэлектрик. По сравнению с обкладками, диэлектрик имеет небольшую толщину. Это и определяет свойство конденсатора накапливать заряд: положительные и отрицательные заряды на его обкладках удерживают друг друга, взаимодействуя через тонкий непроводящий слой. Для увеличения площади обкладок пластины некоторых конденсаторов изготавливают из полосок фольги, разделенных полоской диэлектрика и скрученных в рулон. Увеличить емкость также можно уменьшением толщины диэлектрика между обкладками и применением материалов с большей диэлектрической проницаемостью.

Электричество для чайников / Основы электротехники. Конденсатор в цепи переменного тока Соберем цепь с конденсатором, в которой генератор.

Конденсатор для чайников. Что такое конденсатор?

Большая индуктивность алюминиевых оксидных конденсаторов — это свойство, связанное исключительно с рулонной конструкцией конденсатора и ее очень легко снизить — достаточно подводить к полосам фольги не один токоввод, а много — по всей длине ленты, и соединить их параллельно и так делают в конденсаторах для фотовспышек. А вот со свойствами электролита, с низкой подвижностью ионов связан рост активного последовательного сопротивления с частотой. И тут можно бороться, подбирая составы электролитов с высокой подвижностью ионов, уменьшая толщину слоя электролита — но до конца этот недостаток не изживается. Еще бы: смесь химически весьма активного металла тантала и сильного окислителя двуокиси марганца.

Принцип работы конденсатора

Электроемкость — характеризует способность двух проводников накапливать электрический заряд. Все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора. Заряд конденсатора — это абсолютное значение заряда одной из обкладок конденсатора. Виды конденсаторов: 1.

Если вы регулярно занимаетесь созданием электрических схем, вы наверняка использовали конденсаторы.

III. Основы электродинамики

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой. Категории: Интересные факты , Практическая электроника Количество просмотров: Комментарии к статье: 9.

Конденсатор для чайников. Что такое конденсатор?

Соберем цепь с конденсатором , в которой генератор переменного тока создает синусоидальное напряжение. Разберем последовательно, что произойдет в цепи, когда мы замкнем ключ. Начальным будем считать тот момент, когда напряжение генератора равно нулю.

ОШИБКА — 404 — НЕ НАЙДЕНА

• Главная
• Это не луна!

Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.

Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.

Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?

Маленький радиатор

30 в наличии

ПРТ-11510

Избранное

Любимый

13

Список желаний

Arduino Nano 33 IoT с заголовками

Нет в наличии

DEV-15589

31,95 $

Избранное

Любимый

6

Список желаний

МИКРОЭ Слайдер 2 Нажмите

Нет в наличии

COM-19882

19,95 $

Избранное

Любимый

0

Список желаний

МИКРОЭ Вентилятор 2 Click

Нет в наличии

ПРТ-20254

14,95 $

Избранное

Любимый

0

Список желаний

Итак, вы хотите поговорить о RFID

21 июля 2020 г.

Давайте поговорим о технологии RFID. Откуда это? Где это сейчас? Что ты можешь сделать с этим? Что я с ним сделал? Посмотрите это видео, и все (или хотя бы немного) будет раскрыто!

Избранное

Любимый

0

Raspberry Pi Zero W: часть вторая

28 октября 2021 г.

Как вы думаете, мы закончили с новыми продуктами Raspberry Pi? Что ж, сегодня у вас есть еще один шпион!

Избранное

Любимый

0

Дистанционный фотонный датчик уровня воды

2 июня 2016 г.

Узнайте, как построить удаленный датчик уровня воды для резервуара для хранения воды и как автоматизировать насос на основе показаний!

Избранное

Любимый

15

Разработка Artemis с помощью Arduino IDE

10 сентября 2020 г.

Это подробное руководство по разработке в среде разработки Arduino для модуля Artemis и любой платы для разработки микроконтроллеров Artemis. Внутри пользователи найдут инструкции по настройке и простые примеры мигания светодиода и измерения АЦП; к более сложным функциям, таким как BLE и I2C.

Избранное

Любимый

3

Учебное пособие по конденсаторам: Работа и использование в схемах

Gadgetronicx > Электроника > Учебники по электронике > Учебник по конденсаторам: работа и использование в схемах

Конденсаторы являются одним из наиболее часто используемых компонентов электронных схем. Будет справедливо сказать, что практически невозможно найти работающую схему без использования конденсатора. Этот учебник написан, чтобы дать хорошее представление о работе конденсаторов и о том, как их использовать в практических схемах. В этом руководстве основное внимание уделяется трем важным вопросам, которые могут возникнуть у новичка в отношении конденсаторов.

1. Что такое конденсатор?
2. Рабочий конденсатор?
3. Как использовать конденсаторы в цепях?

К концу этого урока вы будете лучше понимать работу конденсаторов. Также этот учебник научит вас, как использовать конденсатор в практических схемах. Вы можете ознакомиться с предыдущим учебным пособием о — Резисторы: работа и использование в схемах и транзисторы: работа и использование в схемах

ЧТО ТАКОЕ КОНДЕНСАТОР:

Конденсатор является одним из пассивных компонентов (не может собственный) в области электроники. Этот конденсатор способен накапливать в себе электрический заряд, что приводит к возникновению напряжения или, другими словами, потенциальной энергии на его выводах. Проще говоря, это как батарея, но она может хранить заряд только временно. Чтобы сделать вещи интересными, он по-разному реагирует на постоянный ток (постоянный ток) по сравнению с переменным током (переменный ток). Мы объясним это далее в разделе «Работа конденсатора», а теперь давайте посмотрим, как устроен конденсатор.

ВНУТРИ КОНДЕНСАТОРА:

Конструкция конденсатора довольно проста. Он состоит из двух проводящих пластин, подобных показанным на приведенной выше диаграмме (пластина 1 и пластина 2), где эти две пластины разделены небольшим расстоянием, а между ними находятся изоляторы, также известные как диэлектрики. Это очень похоже на сэндвич, где у нас есть две проводящие пластины и изолирующий материал или диэлектрик, зажатый между ними.

Каждая крышка имеет определенную емкость. Мы уже знаем, что конденсатор способен накапливать электрический заряд на своих пластинах. Эта емкость определяет максимальное количество заряда, которое он может хранить. Чем больше пластины и меньше расстояние между ними, тем выше значение емкости. Эта емкость определяется формулой

Библиотека схем — более 220 практических схем

C = Q / V

, где Q — количество заряда, а V — приложенное к нему напряжение.

ФАРАДЫ: 

Таким образом, каждый конденсатор имеет некоторое значение емкости. Единица измерения емкости измеряется в фарадах. Когда мы указываем значение емкости как 1 фарад, это означает, что конденсатор удерживает заряд в 1 кулон на своих проводящих пластинах, когда на его клеммы подается одно напряжение.

РАБОТА КОНДЕНСАТОРА:

Теперь пришло время углубиться в работу конденсатора. Как указано выше, конденсатор действует по-разному на переменный и постоянный ток.

КОНДЕНСАТОР С ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ:

Давайте сначала рассмотрим постоянный ток и посмотрим, как он реагирует на постоянный ток. Первоначально конденсатор будет в разряженном состоянии, то есть на его пластинах будет нулевой заряд. Когда на его клеммы подается постоянное напряжение, ток течет и заряжает его. Начальный поток этого зарядного тока через конденсатор будет очень высоким. Это приводит к тому, что на одной пластине накапливается положительный заряд, а на другой — отрицательный. По мере увеличения заряда на пластинах конденсатора зарядный ток постепенно уменьшается из-за накопления заряда на его пластинах, и он сопротивляется протеканию тока. Кроме того, заряд, накопленный на пластинах, создает разность потенциалов напряжения на пластинах.

Поток зарядного тока продолжает заряжать конденсатор до тех пор, пока развиваемое напряжение не сравняется с приложенным к нему напряжением. В этот момент зарядный ток перестает течь из-за развивающегося напряжения на конденсаторе. В этом случае конденсатор полностью заряжен положительным зарядом на одной пластине, а эквивалентный отрицательный заряд существует на другой. Напряжение, развиваемое на конденсаторе, обычно обозначается Vc. Конденсатор будет удерживать это напряжение Vc до тех пор, пока на нем не появится напряжение. Как только подача напряжения прекращается, ток разряда конденсатора начинает течь. В этот момент начинает падать напряжение Vc и уменьшается заряд, накопленный на его обкладках.

Ток разряда замедляется через некоторый момент времени, в этот момент также замедляется скорость падения напряжения. Через некоторое время напряжение конденсатора Vc достигнет нуля, и заряд, накопленный на его пластинах, будет равен нулю. Это состояние называется разряженным состоянием конденсатора. Теперь вы можете понять, почему мы сравнили конденсатор с батареей.

КОНДЕНСАТОР С ПЕРЕМЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ: 

Как уже говорилось ранее, конденсатор по-разному реагирует на питание переменным током. При подаче постоянного напряжения конденсатор заряжается только в одном направлении. Однако при подаче переменного тока конденсатор заряжается и разряжается попеременно в зависимости от его частоты. И, следовательно, при переменном напряжении конденсатор будет продолжать пропускать ток через него на неопределенный срок, в отличие от постоянного тока, где конденсатор блокирует ток через определенный период времени.

Интересно то, что ток заряда и ток разряда через конденсатор, когда он подвергается воздействию переменного напряжения, зависит от изменения напряжения, приложенного к его пластинам. Ток, протекающий в конденсаторе при подаче переменного тока, имеет тенденцию опережать напряжение на 90°. Взгляните на приведенный ниже график.

Предположим, что к конденсатору приложено переменное напряжение, начальное напряжение будет минимальным, а в этот момент зарядный ток будет максимальным, как вы можете видеть на графике выше. Когда напряжение достигает своего пикового значения, зарядный ток будет равен нулю. После достижения пикового значения напряжение начнет уменьшаться, и ток разряда также начнет течь от конденсатора. Когда напряжение переменного тока достигает нулевого напряжения, завершающего положительный полупериод сигнала, ток разряда будет максимальным. Как только сигнал начинается с отрицательного цикла, ток разряда постепенно начинает уменьшаться и достигает нуля, как только напряжение достигает максимума в отрицательном полупериоде. Таким образом, мы можем заключить, что ток опережает напряжение на 90′ или Напряжение отстает от тока на 90° в цепях переменного тока. Обычно это описывается как противофаза напряжения и тока.

РЕАКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ЕМКОСТИ:

Еще одна важная вещь, которую следует знать о конденсаторах в цепях переменного тока, заключается в том, что они оказывают сопротивление току, протекающему в цепях переменного тока. Это относится к реактивному сопротивлению и, более конкретно, к емкостному реактивному сопротивлению. Это реактивное сопротивление определяется формулой

Xc = 1/2πFC или 1/ωC ​​(ω = 2πF)

. Из приведенной выше формулы мы можем сделать вывод, что емкостное реактивное сопротивление уменьшается с увеличением частоты сигнала переменного тока и емкости конденсатора. Когда частота сигнала высока или близка к бесконечности, реактивное сопротивление будет близко к нулю. Здесь конденсатор действует как идеальный проводник. Кроме того, когда частота сигнала переменного тока становится меньше или близка к нулю, реактивное сопротивление будет очень высоким, и оно будет действовать как очень большое сопротивление или разомкнутая цепь для входящего сигнала.

ПРИМЕНЕНИЕ КОНДЕНСАТОРА:

Теперь, когда мы поняли, что такое конденсатор и как он работает. Давайте перейдем к самому важному разделу этой статьи «Применение конденсатора».

РАЗЪЕДИНИТЕЛЬНЫЙ КОНДЕНСАТОР:

Это конденсаторы, которые очень важно использовать во всех цифровых схемах. Цифровые ИС или чипы в идеале нуждаются в стабильном напряжении для работы. Любой всплеск или колебание напряжения может привести к неработоспособности чипа, а иногда и к выходу его из строя. Именно здесь в игру вступит развязывающий конденсатор. Это конденсаторы, которые обычно используются рядом с микросхемами, соединяющими контакты VCC и GND микросхемы, как показано на приведенной выше принципиальной схеме.

Когда цепь включена, развязывающий конденсатор начинает заряжаться через Vcc и прекращает зарядку, как только напряжение конденсатора достигает напряжения питания. В этот момент, когда есть колебания напряжения питания, конденсатор будет подавать питание на ИС в течение короткого периода времени, чтобы поддерживать стабильное напряжение на ИС. Также при скачке входного напряжения питания конденсатор начинает заряжаться до своего нового напряжения питания. При этом вход напряжения на IC1 остается стабильным. В больших схемах со многими ИС часто рекомендуется использовать большой конденсатор рядом с источником питания и маленький конденсатор рядом с каждой ИС, используемой в цепи. Большой конденсатор обеспечит стабильное напряжение по всей цепи. Маленькие заглавные буквы удовлетворяют потребность в используемых с ним микросхемах.

КОНДЕНСАТОР СОЕДИНЕНИЯ:

 

Мы видели, что конденсаторы развязки используются для блокировки колебаний напряжения или, другими словами, они помогают блокировать сигналы переменного тока, поскольку колебания или падение напряжения являются формой сигнала переменного тока, поскольку напряжение сигнала изменяется. со временем. С другой стороны, конденсатор связи блокирует сигнал постоянного тока, пропуская сигнал переменного тока. Другими словами, эти конденсаторы используются для соединения или соединения входного сигнала переменного тока со следующей стадией цепи, блокируя нежелательные сигналы постоянного тока.

Эти конденсаторы широко используются в усилителях и аудиоприложениях, где нас интересуют только сигналы переменного тока. Возьмем, к примеру, у нас есть аудиосхему, питаемую от источника постоянного тока 9 В. Схема принимает голосовой ввод с микрофона, и этот голосовой ввод (сигнал переменного тока) представляет для нас интерес. Существует огромная вероятность того, что сигнал постоянного тока от источника питания 9 В может быть смешан с этим входным голосовым сигналом. И для того, чтобы исключить этот элемент постоянного тока из нашего голосового входа, используется конденсатор связи C1 (показан на схеме выше), где он блокирует сигнал постоянного тока и разрешает сигнал с переменной частотой. Помните, мы узнали, что конденсатор имеет очень высокое сопротивление или блокирует сигнал постоянного тока.

Не только постоянный ток, при правильном выборе значений конденсатора мы можем успешно блокировать нежелательные низкие частоты и разрешать только желаемые высокие частоты. Это регулируется реактивным сопротивлением конденсатора, которое определяется формулой Xc = 1/2πFC (мы видели это ранее в этом руководстве). Помните, мы уже знаем, что конденсатор предлагает высокое реактивное сопротивление на низких частотах, тогда как для высоких частот значение реактивного сопротивления будет низким. Поэтому, чтобы заставить конденсатор связи разрешать низкочастотные сигналы, нам нужно использовать конденсаторы более высоких значений, а для высокочастотных сигналов будет достаточно более низкого значения конденсаторов.

ФИЛЬТРЫ:

Это схемные блоки, используемые для фильтрации нежелательных частот входного сигнала. Конденсаторы составляют неотъемлемую часть при создании фильтров наряду с резисторами и индукторами. Фильтры имеют расширенную функциональность, чем конденсаторы развязки. В основном есть три разных типа фильтров, о которых вам нужно знать.

ФИЛЬТР НЧ:

Фильтры нижних частот используются для пропуска частотных составляющих ниже частоты среза и блокирования частотных составляющих выше этой. Вот как это работает, когда входящий сигнал имеет низкую частоту. Конденсатор имеет высокое реактивное сопротивление (высокое сопротивление) по сравнению с резистором. Поэтому напряжение на конденсаторе будет очень высоким по сравнению с падением напряжения на резисторе. Поэтому мы получим входящий сигнал без затухания или с низким затуханием. Между тем, когда входящий сигнал имеет высокую частоту, реактивное сопротивление конденсатора будет низким. Таким образом, падение напряжения на резисторе будет очень высоким по сравнению с напряжением на конденсаторе, что блокирует переход сигнала к следующему каскаду.

ФИЛЬТР ВЫСОКИХ ЧАСТОТ:

Это фильтры, пропускающие только сигналы частот выше частоты среза и блокирующие сигналы более низких частот. Что происходит здесь, когда входящий сигнал имеет низкую частоту. Конденсатор проявляет высокое реактивное сопротивление и действует как разомкнутая цепь для сигнала. С другой стороны, когда входящий сигнал высокочастотного конденсатора имеет низкое реактивное сопротивление (сопротивление). Это очень мало по сравнению с резистором R1. Здесь падение напряжения на конденсаторе будет очень минимальным по сравнению с резистором и, следовательно, позволит выводить высокочастотный сигнал без затухания или с низким затуханием.

ПОЛОСНЫЙ ФИЛЬТР:

Комбинация фильтра высоких и низких частот. Этот фильтр пропускает только сигнал определенного диапазона частот и блокирует сигнал за пределами этого частотного диапазона. Этот тип фильтра в идеале должен иметь две частоты среза: верхнюю и нижнюю. Этот фильтр будет блокировать сигнал, частота которого меньше нижней частоты среза и больше верхней частоты среза. Как вы можете видеть на приведенной выше схеме, она построена с использованием фильтров верхних и нижних частот. Их комбинация разрешает только полосу частот между верхней и нижней частотами среза и блокирует сигнал за пределами этих частот.

ВРЕМЕННЫЕ ЦЕПИ:

Из того, что мы видели до сих пор, мы знаем, что при использовании конденсатора с постоянным током требуется время для зарядки и достижения приложенного напряжения. Эти схемы синхронизации используют эту характеристику конденсатора и используют ее для создания необходимых временных задержек. Но здесь вместе с конденсатором используется резистор, чтобы контролировать скорость зарядки конденсатора, что, в свою очередь, влияет на временную задержку.

Показанная выше схема представляет собой времязадающую RC-цепь, в которой на конденсатор C1 подается источник постоянного напряжения 9 В.v. Временная задержка, генерируемая с помощью этой схемы, определяется посредством постоянной времени T. Постоянная времени может быть рассчитана по формуле

T = RC

Конденсатору требуется 5T или 5-кратная постоянная времени для полной зарядки. Таким образом, применение приведенных выше значений резистора и конденсатора в этом уравнении даст 5-секундную временную задержку. Пять секунд задержки для конденсатора для достижения напряжения питания 9 В на его клеммах с момента подачи питания.

5Т = 5 х Р х С

= 5 x 10k x 100 мкФ

Время задержки = 5 сек.

Интересная вещь происходит за работой этой схемы для создания необходимой временной задержки. Чтобы понять это, давайте посмотрим на кривую зарядки конденсаторного графика.

На приведенном выше графике показано соотношение между напряжением, током и временем, необходимым для зарядки конденсатора. В момент времени t = 0 конденсатор будет в разряженном состоянии, и к цепи будет приложено постоянное напряжение. Как только напряжение подается, зарядный ток течет через конденсатор, накапливая равные и противоположные заряды на пластинах. Это приводит к увеличению напряжения конденсатора Vc. Ток зарядки будет максимальным в начале. Конденсатор будет заряжаться на 63% от напряжения питания, когда время достигнет постоянной T, которая отмечена цифрой 1 на графике выше.

Применительно к приведенной выше схеме T будет составлять 1 секунду, и к этому времени напряжение конденсатора составит 63% от 9 В, что составляет 5,67 В. И из графика вы можете сделать вывод, что 5T (постоянная времени) Cap будет заряжаться до приложенного напряжения, полностью остановив зарядный ток. Теперь говорят, что конденсатор полностью заряжен.

Используя уравнение 5T = 5RC, вы можете зафиксировать значения конденсатора и резистора, чтобы заставить эту RC-цепь генерировать требуемую временную задержку для любого приложения.

РЕЗЕРВУАРНЫЕ ИЛИ НАСТРОЙНЫЕ ЦЕПИ:

Эти типы цепей в основном можно найти в радиопередатчиках, приемниках и приложениях выбора частоты. Конденсатор работает вместе с индуктором в этих цепях, чтобы выполнить свою работу. Резервные или настроенные схемы будут использоваться, когда нам нужно сгенерировать сигнал или получить сигнал определенной частоты из сложного сигнала с несколькими частотными компонентами, и именно отсюда произошло слово «настроенный». Элементы этой схемы C и L можно настроить в соответствии с нашими потребностями.

Работа вышеуказанной схемы основана на реактивном сопротивлении как конденсатора, так и катушки индуктивности. Как и конденсатор, индуктор имеет реактивное сопротивление. Но в отличие от конденсатора, индуктор демонстрирует высокое реактивное сопротивление к высокочастотным сигналам, тогда как конденсатор проявляет высокое реактивное сопротивление к низкочастотным сигналам. Эта схема резервуара будет построена таким образом, что реактивное сопротивление обоих элементов, конденсатора и индуктора, будет равным на частоте, что позволит достичь резонанса. При резонансе эта схема резервуара способна генерировать сигналы заданной частоты или принимать сигналы этой частоты.

Вот как это работает: когда конденсатор, подключенный к этой цепи, заряжается, он накапливает заряды между пластинами. Затем ток от конденсатора будет двигаться к индуктору, который, в свою очередь, создаст вокруг него магнитное поле. Это приводит к истощению зарядов на пластинах и падению напряжения на них до нуля. Индуктор имеет свойство сопротивляться изменению тока через него. Как только ток от конденсатора прекращается, магнитное поле индуктора разрушается, позволяя току течь по цепи. Этот ток достигает конденсатора и снова заряжает его, создавая заряды на его пластинах и создавая на нем напряжение. Этот цикл продолжает повторяться снова и снова, генерируя сигналы резонансной частоты. Мы также можем использовать эту схему для извлечения сигналов этой частоты из сложного сигнала.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОНДЕНСАТОРАХ:

1. Конденсаторы состоят из двух параллельных пластин, разделенных изолирующей средой или диэлектриками.
2. Конденсаторы хранят энергию в виде электрического заряда, в результате чего на его пластинах возникает напряжение.
3. Количество заряда, которое он может хранить в своей пластине, определяется значением его емкости.
4. Позволяет сигналу постоянного тока проходить только в течение определенного периода времени, в то время как сигнал переменного тока может проходить неограниченное время.
5. Обладает высоким реактивным сопротивлением (сопротивлением) к низкочастотным сигналам и низким реактивным сопротивлением к высокочастотным сигналам.

Конденсаторы

6. чаще всего используются в усилителях, фильтрах, источниках питания, трансиверах и так далее.

Это в значительной степени о конденсаторе и его работе.