Конденсатор
Назначение, применение, параметры
Что такое конденсатор определение
Конденсатор— устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Является пассивным электронным компонентом.
Конденсатор состоит из двух металлических пластин (обкладок) , изолированных одна от другой прослойкой воздуха или каким-либо другим диэлектриком (слюдой, бумагой и т. д.) .
Если одной из пластин сообщить положительный заряд, а другой — отрицательный, т. е. противоположно зарядить их, то заряды пластин, взаимно притягиваясь, будут удерживаться на пластинах. Это позволяет сосредоточить на пластинах гораздо большее количество электричества, чем если бы заряжать их в удалении одна от другой.
Следовательно, конденсатор может служить устройством, запасающим на своих обкладках значительное количество электричества. Иначе говоря, конденсатор — это накопитель электрической энергии.
Емкость конденсатора равна:
С = еS / 4πl
где С — емкость; е — диэлектрическая проницаемость диэлектрика; S — площадь одной пластины в см2, π — постоянное число, равное 3,14; l — расстояние между пластинами в см.
Это была выдержка из «авторитетных» источников- ВИКИ и так далее…
Все сухо и непонятно, и поэтому будем разбираться что такое конденсатор простыми словами
Назначение конденсаторов
Итак, конденсатор (прост. Кондер, кондей, лит)- это некое устройство, способное накапливать электрический заряд. Какое этому может быть практическое применение? Ой, да просто незаменимое!!!
Представьте себе такую картину: в какой-то электрической цепи необходимо создать условия чтобы напряжение было постоянное и стабильное без всяких пульсаций, но мы имеем в наличии лишь пульсирующее, взятое с однополупериодного выпрямителя, вот такое:
Для того чтобы увеличить эту и все последующие картинки- просто кликните по ним
Примечание: насчет выпрямителей напряжения есть отдельный рассказ, он так и называется Выпрямители напряжения
Как быть в данной ситуации? Вот ту-то и пригодится конденсатор- в момент когда амплитуда импульса максимальна- конденсатор будет заряжаться, а при падении- наоборот отдавать часть заряженной энергии, компенсируя тем самым падение. То есть после установки конденсатора в данную цепь, график получится вот такой (красная линия):
Вторая довольно частая область применения конденсаторов- это способность пропускать только лишь переменный ток (что это такое- читаем в статье Постоянный и переменный ток ). Каким образом это происходит? А вот так:
Скажем у нас есть какой-то смешанный сигнал: постоянная составляющая, и на нее наложен какой-то изменяющийся сигнал (например звук). Если в данную цепь включить последовательно конденсатор, то он под воздействием постоянного тока зарядится до какого- то уровня. Однако если амплитуда переменного сигнала будет превышать постоянную составляющую- то конденсатор будет заряжаться и дальше (до уровня максимального всплеска переменного сигнала).
Что-же будет когда амплитуда переменного сигнала пойдет на спад? Все правильно- конденсатор будет разряжаться, отдавая излишки энергии далее в цепь, правда до тех пор, пока уровень его заряда не сравняется с постоянной составляющей.
Таким образом: конденсаторы чаще всего применяются в качестве фильтров- или снижение пульсаций, или «заградитель» для постоянного напряжения.
Помимо этого конденсаторы с успехом применяются в частотных фильтрах и генераторах импульсов, но речь об этом уже пойдет в другом разделе- Электронные устройства
Устройство конденсатора
Как уже было сказано чуть выше- конденсатор состоит из двух пластин, с диэлектриком между ними. Собственно говоря- вариантов тут множество: и пластины могут выполняться из различных материалов, и диэлектрик тоже- например две полоски алюминиевой фольги с бумажной прослойкой между ними, или тоже две полоски фольги, но со слюдяной прокладкой.
Нет смысла рассказывать о всех этих конструкциях, однако следует уделить немного внимания одной из разновидностей конденсаторов- электролитическому
Устройство электролитического конденсатора
В электролитическом конденсаторе изолятором служит анодированный слой, нанесенный на одну из металлических пластин, и максимальное напряжение, которое может она выдержать, работая в качестве диэлектрика, определяется толщиною этого слоя.
Помимо этого в электролитических конденсаторах роль одного из электродов выполняет жидкость- электролит. Чаще всего это просто бумажная лента, пропитанная электролитом, однако может быть и жидкость (правда встречаются такие конденсаторы крайне редко, и в бытовой электронике практически не применяются).
Такая конструкция (тонкий диэлектрик и увеличенный размер одной из пластин) позволяет создавать конденсаторы с очень большой емкостью.
В силу того что во время работы внутри электролитического конденсатора протекают различные химические процессы, электролитические конденсаторы имеют полярность, которая указывается на корпусе.
Включать такие электролитические конденсаторы в электрическую цепь можно только лишь соблюдая полярность— в противном случае это приведет к вскипанию электролита.
Существуют также и неполярные электролитические конденсаторы (иногда могут применяться в бытовой электронике). По конструкции- в них две полоски пропитанной электролитом бумаги. Конечно-же они гораздо крупнее и не обладают большой емкостью.
Из практики: можно-ли чем-то заменить неполярный электролитический конденсатор? Да, можно! Берем два полярных с емкостью в два раза больше и соединяем их последовательно, «плюсами» наружу
Как обозначаются конденсаторы
На схемах конденсаторы обозначаются в виде двух отдельных пластинок. На электролитических конденсаторах всегда указывается полярность (смотрим рисунок)
Как видно из рисунка- по конструкции конденсаторы могут быть еще и переменными. Выглядят они вот так:
Основные параметры конденсаторов
К основным параметрам конденсаторов относят:
1. Емкость конденсатора. Измеряется в Фарадах. На практике- Фарада это очень большая величина и таких конденсаторов не существует, применяются в основном кратные доли: микрофарады, нанофарады и пикофарады
2. Пробивное напряжение. Максимальное напряжение, которое может выдержать диэлектрик. Оно всегда указывается на корпусе конденсатора.
Одному их основных параметров конденсатора хотелось-бы уделить особое внимание- это Эквивалентное Последовательное Сопротивление (ЭПС или ESR).
Еще какие-то лет 10 назад данному параметру особого внимания не уделялось, однако в настоящее время он как никогда актуален.
Мы сейчас не будем сильно затрагивать тему что такое ESR- это довольно долгая история и по этому поводу есть отдельная статья: Прибор для измерения ESR, а мы пойдем дальше…
Как выглядят конденсаторы
Конденсаторы могут выглядеть по разному в зависимости от назначения и конструкции. Рассмотрим самые распространенные
Так выглядят электролитические конденсаторы
Так выглядят постоянные неполярные конденсаторы
Или вот так
А вот так выглядят старинные, еще СССР-ровского производства
А на этой фотке- SMD конденсаторы
Способы включения конденсаторов
Так же как и Резистор, конденсаторы можно включать двумя способами- параллельно и последовательно.
Что при этом меняется:
Параллельное включение конденсаторов
При параллельном включении емкость конденсаторов складывается, а пробивное напряжение полученной цепочки будет определяться по конденсатору с наименьшим показателем.
Ну то есть: если Вы спаяли параллельно два кондера, то емкость у них сложится. но если они разные по напруге- то самый слабенький из них пробьется в первую очередь.
Последовательное включение конденсаторов
При последовательном включении- их пробивное напряжение будет равно сумме всех включенных конденсаторов, а вот емкость будет определяться по формуле
Основные неисправности конденсаторов
К основным неисправностям конденсаторов можно отнести:
1. Потеря емкости
2. Частичный или полный пробой диэлектрика
3. Увеличенный ESR
Можно-ли определить неисправный конденсатор по внешнему виду?
В принципе иногда можно 😎
Вот, к примеру, фотография:
Здесь очень даже хорошо видно, что конденсатор вздулся и конечно подлежит замене
Вторая фотка:
Здесь тоже видно что конденсатору пришел капут.
Однако, так везет не всегда, и тогда диагностика возможна только лишь при помощи приборов.
Как проверить конденсатор
Для того чтобы понять как проверить конденсатор, будем исходить из его основных неисправностей, а это могут быть:
1. Электрический пробой. В данном случае происходит пробой диэлектрического изолятора, расположенного между пластинами. Причем это не всегда может быть КЗ- возможно возникновение сопротивления в пределах 100- 1000 Ом (данное явление принято называть «утечкой»).
Такую неисправность можно выявить при помощи мультиметра.
2. Обрыв или частичная потеря емкости. Ну здесь без приборов совсем никак…
Понадобится или мультик, или специализированный прибор измеритель ESR.
На картинке- неисправный конденсатор емкостью 47 мкФ. Прибор показывает всего-лишь 15,9 мкФ.
Ну и здесь имеется пара нюансов: не все мультиметры снабжены функцией проверки конденсаторов, а измеритель ESR не работает внутрисхемно.
3. Увеличенный ESR. Ну это вообще такой параметр, что без специализированного прибора обнаружить никак не возможно. В принципе для покупного прибора есть альтернативный вариант- можно слепить самодельный (вот пример)- он может работать внутрисхемно. Я сам лично таким приборчиком пользуюсь 😉
Ну вот, мы теперь знаем про конденсаторы почти все, можно переходить к следующей детальке- полупроводниковый диод
