RSS
people

Технические характеристики и принцип работы конденсатора

Нужно сказать, что с тех пор, как фон Клейст – не военачальник, а священник – решил подержать в руке банку с водой и опущенным туда электродом, прошло немало времени.

Конструкций конденсаторов сегодня существует достаточно много. Мы не обещаем рассмотреть их все, но дадим понятие о таких вещах, как принцип работы конденсатора и его технические характеристики. Надеемся, что обзор выйдет удачным.

Как работает конденсатор: история лейденской банки

Какой конденсатор лучшеПроще всего начать со статического заряда. Было отмечено, что проводник способен накапливать на своей поверхности электричество.

Причём плотность распределения одинакова по всей площади.

В этом ключевое отличие металлов от диэлектриков, в которых заряд копится на малой площади.

В металлах носители тока стремятся занять крайнее положение за счёт того, что отталкиваются друг от друга.

В результате и скапливаются равномерно по всей поверхности. На этом принципе даже созданы генераторы, способные копить заряд потенциалом в несколько миллионов вольт. При прикосновении к токонесущей части человек попросту испепелится.

Аналогично действуют конденсаторы. Они состоят из проводников, площадь которых сильно увеличена. А достигается это различными методами. Например, в электролитических конденсаторах алюминиевая фольга скатывается рулоном. В результате небольшой цилиндр может содержать многие метры металлической ленты.

Разновидности конденсаторовА теперь поясним, как это работает. Когда на металлической (и любой проводящей поверхности) появляется заряд, то начинается распределение по поверхности.

В 1745 году священник и юрист Эвальд Юрген фон Клейст обнаружил, что удерживая в руках банку с водой, он может запасать внутри электричество. В этом случае ладонь служит одной из проводящих обкладок, а объем жидкости другой.

Стекло является диэлектрическим барьером. При опускании в воду электрода носители стремятся занять крайнее положение по всей поверхности. Через стекло поле действует на ладонь, где начинаются схожие процессы (заряд притягивает носители противоположного знака).

Позже ёмкость догадались обернуть фольгой, и получилась лейденская банка – первый дееспособный конденсатор на Земле, изобретённый человеком. Это произошло после того, как Питер ван Мушенбрук впечатлился силой полученного в процессе опыта ударом электричества. Ему стало понятно, что такие опыты небезопасны, и рука должна быть чем-то заменена.

Сам он писал, что второй раз бы не стал испытывать так судьбу даже ради королевства Франции. Датчанин Даниэль Гралат был первым, кто догадался соединить лейденские банки параллельно, обеспечивая более высокую ёмкость всей системе. Это уже было похоже на современный свинцовый аккумулятор по самой задумке.

Это смешно, но подобные устройства использовались вплоть до 1900 года, когда входящая в обиход радиосвязь вынудила искать новые пути решения проблемы в плане того, что использовались сравнительно высокие частоты электрических сигналов.

В результате появились первые бумажные конденсаторы, где маслянистое полотно отделяло друг от друга две обкладки из свёрнутой цилиндром фольги.

Постепенно с развитием производства в качестве изоляторов стали применяться, например, такие материалы:

  • Керамика.
  • Слюда.
  • Бумага.

Виды конденсаторовНо настоящий прорыв в конструировании конденсаторов произошёл в тот момент, когда люди догадались в качестве диэлектрика применять слой оксида на поверхности металла.

Речь идёт, конечно же, об электролитических конденсаторах.

В них один из цилиндров фольги покрывался оксидом.

Чаще всего для этого сегодня используется травление (намеренное окисление материала под действием агрессивных сред), но если требования к техническим характеристикам велики, применяется анодирование.

Что позволяет получить более гладкую поверхность, плотно прилегающую к электроду противоположного знака.

В чем тут идея? Обкладками служат оксидированная фольга и бумага, пропитанная электролитом. Они разделены только тончайшим слоем оксида, что позволяет получить потрясающие ёмкости в единицы и десятки микрофарад на сравнительно малом объёме.

Неплохой конденсаторВ этом случае технические характеристики конденсаторов просто потрясающие.

Второй же рулон фольги из алюминия служит простым проводником электричества, именно он является одним из контактов.

Оксид же обладает одним удивительным свойством – проводит ток лишь в одном направлении. Поэтому при подключении электролитического конденсатора не той стороной происходит взрыв.

То есть вместо того, чтобы служить диэлектриком, разделяющий слой становится проводником. Из-за резкого повышения температуры в этой области начинается лавинообразная реакция между металлом и электролитом, за счёт чего конденсатор взбухает. Это видели многие радиолюбители, и не стоит рассказывать, что в данном процессе мало весёлого.

Зачем в конденсаторе нужен диэлектрик

Диэлектрик в конденсатореБыло замечено, что если поместить между пластинами конденсатора изолирующий материал, то ёмкость возрастает.

Долго ломали головы над этим учёные мужи, пока не было раскрыто понятие диэлектрической проницаемости.

Оказывается, согласно теореме Гаусса можно связать с ёмкостью конденсатора напряжённость поля между обкладками.

И получается так, что изолятор отвечает на накопление зарядов металлами, собирая на своей поверхности носителей противоположного знака.

Мы полагаем, читатели уже догадались, что те, в свою очередь создают поле, направленное навстречу исходному, что и вызывает ослабление, повышающее вместимость всей конструкции.

Нужно сказать, что по таблицам бумага и керамика выходят не самыми лучшими материалами

Значения для серной кислоты достигают 150 единиц, что почти на два порядка выше. Причём в чистом виде это вещество является изолятором.

Поэтому, быть может, настанет день, когда принцип действия конденсатора будет реализован не раствором, а серной кислотой в чистом виде.

Электрический конденсаторМы ещё не добрались до свинцовых аккумуляторов, но в них совсем по-другому запасается энергия.

Таким образом, рассмотренные варианты не единственные, но очень распространены.

Глобально конденсаторы можно поделить на два семейства:

  • Электролитические (полярные).
  • Неполярные.

Мы уже рассказывали, как устроены первые. Разница может заключаться в материале обкладок. К примеру, оксид титана имеет диэлектрическую проницаемость близкую к сотне.

Понятно, что такой материал предпочтительней для создания высококлассных изделий. Но стоимость кусается. К сведению, титанат бария имеет ещё более высокую диэлектрическую проницаемость.

Итак, практически любой конденсатор состоит из обкладок. А диэлектрик служит для увеличения ёмкости изделия. Чаще всего самые лучшие модели конденсаторов содержат ценные металлы, таких как палладий, платина и др.

Маркировка и технические характеристики конденсаторов

Маркировка конденсатораСледует знать, что маркировка конденсаторов обычно содержит такой параметр, как максимально допустимое рабочее напряжение.

Обозначение приводится согласно ГОСТ 25486, а затем уточнения идут по отраслевым стандартам. Например, номинал проставляется по ГОСТ 28364.

А отдельного стандарта по электролитическим конденсаторам найти практически невозможно.

Однако мы это сделали, а нашим читателям предлагаем заглянуть в ГОСТ 27550.

В частности, на корпусе все виды конденсаторов имеют следующую маркировку:

  • Логотип изготовителя.
  • Тип конденсатора.

Здесь сложно что-либо сказать определённо, но большинство электролитических конденсаторов имеет маркировку в виде литеры К и нескольких цифр, часто разделённых дефисом. Согласно этому можно найти в интернете соответствующий стандарт или другие материалы.

  • По правилам ГОСТ 28364 номинал состоит из 3, 4 или 5 символов, одним из которых является буква.

Обозначение конденсатораВ частности, п означает приставку пико, н – нано, мк – микро.

Если в номинале имеется дробная часть, то она идёт на последнем месте, после литеры.

Ёмкостной ряд (неполный) значений приводится в том же ГОСТ 28364 на примерах.

Выполняются ли нормы этого стандарта на практике? Только не для электролитических конденсаторов.

Это вызвано, по-видимому, большими номиналами. Поэтому запросто на каком-нибудь К50-6 можно встретить надпись наподобие 2000 мкФ.

Согласно ГОСТ 28364 это должно было бы выглядеть наподобие 2м0. Для электролитических конденсаторов в этой части применяется ГОСТ 11076. В нем наряду с кодированными обозначениями (например, по ГОСТ 28364) допускается обычная запись (2000 мкФ).

Вы видите, что назначение конденсаторов часто определяет и способ их маркировки. Так например, электролитические часто служат составной частью фильтров по цепи питания.

Здесь нужен большой номинал, а функциональность сильно отличается от того, как работает конденсатор в разделительных ветвях и цепях переменного тока.

  • Если по былым нормам рабочее напряжение в маркировке конденсатора шло на первом месте, то в современных моделях обычно все как раз наоборот. Обозначение стоит в вольтах. И это именно рабочее напряжение, а не пробивное.

Следует знать, что конденсаторные установки легко сгорают при повышенных значениях

Чем тоньше слой диэлектрика при прочих равных, тем проще это происходит. В этом смысле существует противоречие между дистанцией между обкладками (чем меньше, тем выше номинал) и желанием повысить рабочее напряжение.

  • Допустимое отклонение ёмкости зачастую не указывается.

Кроме того, в процессе старения номинал уходит за рабочие пределы. Можно сказать, что то, для чего нужен конденсатор, уже не изготовишь при помощи таких просроченных изделий.

Советский конденсаторОднако радиолюбители могут сделать по-своему.

Например, прозвонить конденсатор, определить его новый номинал при помощи тестера и пользоваться на свой страх и риск.

  • Литера В должна стоять для конденсаторов всеклиматического исполнения.
  • Перед тем, как зарядить конденсатор, попробуйте понять, является ли он полярным.

В противном случае изделие может взорваться. И, разумеется, полярный конденсатор ни в коем случае нельзя включать в цепь переменного тока.

Единого типа маркировки на данный счёт не предусмотрено, но оговаривается, что требования могут быть указаны в отраслевых технических условиях.

Читайте также: Как правильно пользоваться паяльником

Например, это могут быть знаки плюса и минуса. На импортных изделиях отрицательный полюс обычно помечается светлой полосой на тёмном корпусе.

  • Обозначение довершается датой выпуска (месяц, год) и ценой.

Расшифровка конденсатораПонятно, что последнее при современных экономических условиях уже не актуально.

Можно, например, указать – до аннексии Крыма столько-то, после – такое-то значение.

Разумеется, можно было бы применить у.е., как это у нас было принято одно время, но производители идут более простым путём – не обращают внимания на такие мелочи, как стоимость.

Обратите внимание, что конденсатор может долгое время хранить свой заряд. Это чревато опасностью получить удар током.

Любой ремонтник, работающий с радиоаппаратурой, знает, что до того, как лезть внутрь импульсного блока питания, нужно подумать о том, как разрядить конденсатор.

Чаще всего это делается при помощи запрещённой стандартами лампочки, вкрученной в патрон. Два оголённых провода замыкают на токонесущие части цепи, и импульс на короткое время зажигает спираль.

Дата выпуска конденсатораКстати, эту же конструкцию часто вставляют вместо предохранителей, чтобы понять, по-прежнему ли ток велик в этой цепи (означает наличие неисправности и необходимость в дальнейшей диагностике).

Выявление неисправности конденсатора требует некоторой сноровки, но при наличии специфических знаний вполне осуществимо. Нужно для этого иметь на руках хотя бы простейший мультиметр.

Мы уже рассказывали о том, как проверить конденсатор при помощи тестера, поэтому направляем читателей на соответствующий обзор, а сами с позволения почтенной публики спешим откланяться.

Оставить комментарий