Якщо заглянути всередину корпусу будь-якого електроприладу, можна побачити багато різних компонентів, що застосовуються в сучасній схемотехніці. Розібратися, як працюють усі ці з'єднані в єдину систему резистори, транзистори, діоди та мікросхеми, досить складно. Проте щоб зрозуміти, навіщо потрібен конденсатор в електричних ланцюгах, достатньо знань шкільного курсу фізики.

Пристрій конденсатора та його властивості

Конденсатор складається з двох або більше електродів – обкладок, між якими розміщено шар діелектрика. Така конструкція має здатність накопичувати електричний заряд при підключенні до джерела напруги. Як діелектрик можуть використовуватися повітря або тверді речовини: папір, слюда, кераміка, оксидні плівки.

Основна характеристика конденсатора - постійна або змінна електрична ємність, що вимірюється у фарадах. Вона залежить від площі обкладок, зазору між ними та виду діелектрика. Місткість конденсатора визначає дві найважливіші його властивості: здатність накопичувати енергію і залежність провідності від частоти сигналу, що пропускається, завдяки яким цей компонент отримав широке застосування в електричних ланцюгах.

Накопичення енергії

Якщо підключити плоский конденсатор до джерела постійної напруги, одному з його електродів поступово збиратимуться негативні заряди, але в іншому – позитивні. Цей процес, званий зарядкою, показаний малюнку. Його тривалість залежить від значень ємності та активного опору елементів ланцюга.

Наявність діелектрика між обкладками перешкоджає протіканню заряджених частинок усередині пристрою. Але в самому ланцюгу в цей час електричний струм буде існувати до тих пір, поки напруги на конденсаторі і джерелі не будуть рівні. Тепер, якщо відключити елемент живлення від ємності, вона сама буде своєрідною батарейкою, здатною віддавати енергію у разі приєднання навантаження.

Залежність опору від частоти струму

Під'єднаний до ланцюга змінного струму конденсатор буде періодично перезаряджатися відповідно до зміни полярності напруги живлення. Таким чином, електронний компонент, що розглядається, поряд з резисторами і котушками індуктивності, створює опір Rс=1/(2πfC), де f - частота, С - ємність.

Як видно з представленої залежності, конденсатор має високу провідність по відношенню до високочастотних сигналів і слабо проводить низькочастотні. Опір ємнісного елемента в ланцюзі постійного струму буде нескінченно більшим, що еквівалентно її розриву.

Вивчивши ці властивості, можна розглянути, навіщо потрібний конденсатор і де використовується.

Де застосовуються конденсатори?

• Фільтри – пристрої радіоелектронних, енергетичних, акустичних та інших системах, призначені для пропускання сигналів у певних діапазонах частот. Наприклад, у звичайному зарядному пристрої мобільного телефону застосовуються конденсатори для згладжування напруги за рахунок придушення високочастотних складових.
• Коливальні контури електронної апаратури. Їхня робота заснована на тому, що при включенні конденсаторів у сукупності з котушкою індуктивності в ланцюзі виникають періодичні напруги та струми.
• Формувачі імпульсів, таймери, аналогові обчислювальні пристрої. У цих систем використовується залежність часу заряду конденсатора від величини ємності.
• Випрямлячі з множенням напруги, що застосовуються у тому числі в рентгенотехнічних установках, лазерах, прискорювачах заряджених частинок. Тут найважливішу роль відіграє властивість ємнісного компонента накопичувати енергію, зберігати та віддавати її.

Звичайно, це лише найпоширеніші пристрої, де використовуються конденсатори. Без них обійдеться жодна складна побутова, автомобільна, промислова, телекомунікаційна, силова електронна апаратура.

В якій генератор змінного струму створює синусоїдальну напругу. Розберемо послідовно, що станеться в ланцюзі, коли ми замкнемо ключ. Початковим будемо вважати той момент, коли напруга генератора дорівнює нулю.

У першу чверть періоду напруга на затискачах генератора зростатиме, починаючи з нуля, і конденсатор почне заряджатися. У ланцюзі з'явиться струм, однак у перший момент заряду конденсатора, незважаючи на те, що напруга на його пластинах щойно з'явилася і ще дуже мало, струм у ланцюзі (струм заряду) буде найбільшим. У міру збільшення заряду конденсатора струм в ланцюгу зменшується і доходить до нуля в момент, коли конденсатор повністю зарядиться. При цьому напруга на пластинах конденсатора, суворо слідуючи за напругою генератора, стає до цього моменту максимальною, але зворотного знака, тобто спрямована назустріч напруги генератора.

Мал. 1. Зміна струму та напруги в ланцюгу з ємністю

Таким чином, струм з найбільшою силою спрямовується у вільний від заряду конденсатор, але відразу починає спадати в міру заповнення зарядами пластин конденсатора і падає до нуля, повністю зарядивши його.

Порівняємо це явище з тим, що відбувається з потоком води в трубі, що з'єднує дві сполучені судини (рис. 2), один з яких наповнений, а інший порожній. Варто тільки висунути заслінку, що перегороджує шлях воді, як вода відразу ж з лівої посудини під великим натиском прямує трубою в порожню праву посудину. Однак відразу ж натиск води в трубі почне поступово слабшати внаслідок вирівнювання рівнів у судинах і впаде до нуля. Течія води припиниться.

Мал. 2. Зміна напору води в трубі, що з'єднує сполучені судини, подібно до зміни струму в ланцюгу під час заряду конденсатора

Подібно до цього і струм спочатку спрямовується в незаряджений конденсатор, а потім поступово слабшає в міру його заряду.

З початком другої чверті періоду, коли напруга генератора почне спочатку повільно, а потім все швидше і швидше зменшуватись, заряджений конденсатор буде розряджатися на генератор, що викличе в ланцюзі струм розряду. У міру зменшення напруги генератора конденсатор все більше і більше розряджається і струм розряду в ланцюзі зростає. Напрямок струму розряду цієї чверті періоду протилежно напрямку струму заряду першої чверті періоду. Відповідно до цього крива струму, пройшовши нульове значення, розташовується вже тепер нижче осі часу.

До кінця першого напівперіоду напруга на генераторі, а також і на конденсаторі швидко наближається до нуля, а струм у ланцюзі повільно досягає свого максимального значення. Згадавши, що величина струму в ланцюгу тим більше, чим більша величина заряду, що переноситься по ланцюгу, стане ясним, чому струм досягає максимуму тоді, коли напруга на пластинах конденсатора, а отже, і заряд конденсатора швидко зменшуються.

З початком третьої чверті періоду конденсатор знову починає заряджатися, але полярність його пластин, як і і полярність генератора, змінюється «а зворотну, а струм, продовжуючи текти у тому напрямі, починає у міру заряду конденсатора зменшуватися, В кінці третьої чверті періоду, коли напруги на генераторі та конденсаторі досягають свого максимуму, струм стає рівним нулю.

В останню чверть періоду напруга, зменшуючись, падає до нуля, а струм, змінивши свій напрямок у ланцюзі, досягає максимальної величини. На цьому й закінчується період, за яким починається наступний, який точно повторює попередній, і т.д.

Отже, під дією змінної напруги генератора двічі за період відбуваються заряд конденсатора (перша та третя чверті періоду) та двічі його розряд (друга та четверта чверті періоду).Але оскільки чергуються одна одною супроводжуються щоразу проходженням ланцюга зарядного і розрядного струмів, ми можемо зробити висновок, що з ланцюга з ємністю проходить .

Переконатись у цьому можна на наступному простому досвіді. Підключіть до мережі змінного струму через лампочку освітлення потужністю 25 Вт конденсатор ємністю 4-6 мкф. Лампочка загориться і не згасне доти, доки не буде розірваний ланцюг. Це говорить про те, що ланцюгом з ємністю проходив змінний струм. Однак проходив він, звичайно, не крізь діелектрик конденсатора, а в кожний момент часу являв собою струм заряду або струм розряду конденсатора.

Діелектрик ж, як нам відомо, поляризується під дією електричного поля, що виникає в ньому при заряді конденсатора, і поляризація його зникає, коли розряджається конденсатор.

При цьому діелектрик з струмом зсуву, що виникає в ньому, служить для змінного струму свого роду продовженням ланцюга, а для постійного розриває ланцюг. Але струм усунення утворюється лише межах діелектрика конденсатора, і тому наскрізного перенесення зарядів ланцюгом немає.

Опір, який чиниться конденсатором змінному струму, залежить від величини ємності конденсатора і від частоти струму.

Чим більша ємність конденсатора, тим більший заряд переноситься ланцюгом за час заряду і розряду конденсатора, а отже, і тим більший буде струм в ланцюзі. Збільшення струму в ланцюгу свідчить про те, що зменшився її опір.

Отже, зі збільшенням ємності зменшується опір ланцюга змінного струму.

Збільшення збільшує величину заряду, що переноситься по ланцюгу, так як заряд (а також і розряд) конденсатора повинен відбутися швидше, ніж при низькій частоті. У той же час збільшення величини заряду, що переноситься в одиницю часу, рівносильно збільшенню струму в ланцюгу, а отже, зменшенню її опору.

Якщо ж ми будь-яким способом поступово зменшуватимемо частоту змінного струму і зведемо струм до постійного, то опір конденсатора, включеного в ланцюг, буде поступово зростати і стане нескінченно великим (розрив ланцюга) до моменту появи в .

Отже, зі збільшенням частоти зменшується опір конденсатора змінного струму.

Подібно до того, як опір котушки змінного струму називають індуктивним, опір конденсатора прийнято називати ємнісним.

Таким чином, ємнісний опір тим більше, чим менше ємність ланцюга і частота струму, що живить.

Ємнісний опір позначається через Хс та вимірюється в омах.

Залежність ємнісного опору від частоти струму та ємності ланцюга визначається формулою Хс = 1/ωС, де ω - кругова частота, що дорівнює добутку 2π f, С-ємність ланцюга у фарадах.

Ємнісний опір, як і індуктивний, є реактивним за своїм характером, оскільки конденсатор не споживає енергії джерела струму.

Формула для ланцюга з ємністю має вигляд I = U/Xc , де I і U - значення струму і напруги, що діють; Хс – ємнісний опір ланцюга.

Властивість конденсаторів чинити великий опір струмам низької частоти і легко пропускати струми високої частоти широко використовується у схемах апаратури зв'язку.

З допомогою конденсаторів, наприклад, досягається необхідне роботи схем поділ постійних струмів і струмів низької частоти від струмів високої частоти.

Якщо потрібно перегородити шлях струму низької частоти високочастотну частину схеми, послідовно включається конденсатор невеликої ємності. Він чинить великий опір низькочастотному струму і водночас легко пропускає струм високої частоти.

Якщо ж треба не допустити струм високої частоти, наприклад, у ланцюг живлення радіостанції, то використовується конденсатор великої ємності, що включається паралельно до джерела струму. Струм високої частоти в цьому випадку проходить через конденсатор, минаючи ланцюг живлення радіостанції.

Активний опір та конденсатор у ланцюгу змінного струму

На практиці часто трапляються випадки, коли в ланцюзі послідовно з ємністю. Загальний опір ланцюга в цьому випадку визначається за формулою

Отже, повний опір ланцюга, що складається з активного та ємнісного опорів, змінному струму дорівнює кореню квадратному із суми квадратів активного та ємнісного опорів цього ланцюга.

Закон Ома залишається справедливим і для цього ланцюга I = U/Z.

На рис. 3 наведені криві, що характеризують фазові співвідношення між струмом і напругою в ланцюзі, що містить ємнісний та активний опір.

Мал. 3. Струм, напруга та потужність у ланцюгу з конденсатором та активним опором

Як видно з малюнка, струм у цьому випадку випереджає напругу вже не на чверть періоду, а менше, тому що активний опір порушив суто ємнісний (реактивний) характер ланцюга, про що свідчить зменшений зсув фаз. Тепер вже напруга на затискачах ланцюга визначиться як сума двох складових: реактивної складової напруги u с, що йде на подолання ємнісного опору ланцюга, і активної складової напруги долає активний її опір.

Чим більше активний опір ланцюга, тим менший зсув фаз вийде між струмом і напругою.

Крива зміни потужності в ланцюгу (див. рис. 3) двічі за період набула негативного знака, що є, як нам відомо, наслідком реактивного характеру ланцюга. Чим менший реактивний ланцюг, тим менше зсув фаз між струмом і напругою і тим більшу потужність джерела струму цей ланцюг споживає.

Конденсатор , кондер , кондиціонер - так його називають досвідчені фахівці один з найпоширеніших елементів застосовується в різних електричних ланцюгах. Конденсатор здатний накопичувати в собі заряд електричного струму та передавати його іншим елементам в електроланцюзі.
Найпростіший конденсатор складаються з двох пластинчастих електродів, розділених діелектриком, на цих електродах накопичується електричний заряд різної полярності, на одній пластині буде позитивний заряд на інший негативний.

Принцип роботи конденсатора та його призначення- Постараюсь коротко і гранично зрозуміло відповісти на ці питання. В електричних схемах дані пристрої можуть використовуватися з різними цілями, але їх основною функцією є збереження електричного заряду, тобто конденсатор отримує електричний струм, зберігає його і згодом передає в ланцюг.

При підключенні конденсатора до електромережі на електродах конденсатора починає накопичуватися електричний заряд. На початку зарядки конденсатор споживає найбільшу величину електричного струму, у міру зарядки конденсатора електрострум зменшується і коли ємність конденсатора буде наповнена струм пропаде зовсім.

При відключенні електричного кола від джерела живлення та підключенні навантаження, конденсатор перестає отримувати заряд і віддає накопичений струм іншим елементам сам, як стає джерелом живлення.

Основна технічна характеристика конденсатора це ємність. Місткістю називається здатність конденсатора накопичувати електричний заряд. Чим більша ємність конденсатора, тим більше заряду він може накопичити і відповідно віддати назад в електричний ланцюг. Місткість конденсатора вимірюється у Фарадах. Конденсатори розрізняються по конструкції, матеріалів з яких вони виготовлені та області застосування. Найпоширеніший конденсатор це - конденсатор постійної ємності,позначається він так -

Конденсатори постійної ємності виготовляються із найрізноманітніших матеріалів і можуть бути - металообпалювальними, слюдяними, керамічними. Такі конденсатори, як електрокомпонент, використовуються у всіх електронних пристроях.

Електролітичний конденсатор

Наступний поширений тип конденсаторів - полярні. електролітичні конденсатори, його зображення на електричній схемі виглядає так -

Електролітичний конденсатор також можна назвати постійним конденсатором, тому що їх ємність не змінюється.

Але е електролітичні конденсаторимають дуже важливу відмінність, знак (+) біля одного з електродів конденсатора говорить про те, що це полярний конденсатор і при підключенні його в ланцюг потрібно дотримуватися полярності. Плюсовий електрод необхідно підключити до плюсу джерела живлення, а мінусової (який без плюсика) відповідно до негативного - (на корпусі сучасних конденсаторів наносять позначення мінусового електрода, а ось плюсовий не позначають ніяк).

Чи не дотримання цього правила може призвести до виходу конденсатора з ладу і навіть вибуху, що супроводжується розльотом паперу фольги і поганим запахом (від конденсатора звичайно ...). Електролітичні конденсатори можуть мати дуже велику ємність і відповідно накопичувати досить великий потенціал. Тому електролітичні конденсатори навіть після відключення живлення таять у собі небезпеку, і при необережному поводженні ти можеш отримати сильний удар електричного струму. Тому після зняття напруги для безпечної роботи з електричним пристроєм (ремонт електроніки, налаштування, і т.д.) електролітичний конденсатор необхідно розрядити, замкнувши накоротко його електроди, (робити це потрібно спеціальним розрядником) особливо це стосується конденсаторів великої ємності, які встановлені на блоках живлення де є висока напруга.

Конденсатори змінної ємності.

Як ти зрозумів з назви, змінні конденсатори можуть змінювати свою ємність - наприклад при налаштуванні радіоприймачів. Ще зовсім недавно для налаштування радіоприймачів на потрібну станцію використовувалися тільки конденсатори змінної ємності, обертаючи ручку налаштування приймача, тим самим змінювали ємність конденсатора. Змінні конденсатори використовуються і досі в простих недорогих моделях приймачів та передавачів. Конструкція змінного конденсатора дуже проста. Конструктивно він складається зі статорних і роторних пластин, роторні пластини рухливі і входять в статорні торкаючись останніх. Діелектриком у такому конденсаторі є повітря. При вході статорних пластин у роторні ємність конденсатора збільшується, при виході роторних пластин ємність зменшується. Позначення змінного конденсатора виглядає так -

ЗАСТОСУВАННЯ КОНДЕНСАТОРІВ

Конденсатори знайшли широке застосування у всіх галузях електротехніки, вони використовують у різних електричних ланцюгах.
В електроланцюзі змінного струму вони можуть служити як ємнісний опір. Візьмемо такий приклад, при послідовному підключенні конденсатора та лампочки до батареї (постійний струм), лампочка не світитиметься.

Якщо ж підключити такий ланцюг до джерела змінного струму, лампочка буде світитися, причому інтенсивність світла безпосередньо залежатиме від величини ємності конденсатора, що використовується.

Завдяки цим якостям, конденсатори застосовуються як фільтри, в ланцюгах пригнічують високочастотні і низькочастотні перешкоди.

Конденсатори також використовуються в різних імпульсних схемах, де потрібне швидке накопичення та віддача великого електричного заряду, у прискорювачах, фотоспалахах, імпульсних лазерах завдяки здатності накопичувати великий електричний заряд і швидко передавати його іншим елементам мережі з низьким опором, створюючи потужний імпульс.Конденсатори застосовують для згладжування пульсацій під час випрямлення напруги. Здатність конденсатора зберігати заряд тривалий час дозволяє використовувати їх для зберігання інформації. І це тільки дуже короткий список всього, де може застосовуватися конденсатор.

Продовжуючи заняття електротехнікою, ти відкриєш для себе ще багато цікавого навіть про роботу та застосування конденсаторів. Але, і цієї інформації, тобі буде достатньо для загального розуміння та поступу далі.

Як перевірити конденсатор

Для перевірки конденсаторів необхідний прилад, тестер чи інакше мультиметр. Існують спеціальні прилади, що вимірюють ємність (С), але ці прилади коштують грошей, і часто немає сенсу їх купувати для домашньої майстерні, тим більше на ринку є недорогі китайські мультиметри з функцією вимірювання ємності. Якщо на твоєму тестері немає такої функції, ти можеш скористатися звичайною функцією продзвонювання як продзвонювати мультиметром, як і під час перевірки резисторів - що таке резистор. Конденсатор можна перевірити на "пробою" в цьому випадку опір конденсатора дуже великий, майже нескінченний (залежить від матеріалу з якого виготовлений кондер). Електролітичні конденсатори перевіряють наступним чином - Необхідно включити тестер в режим продзвонювання, підключити щупи приладу до електродів (ніжок) конденсатора і слідкувати за показанням на індикаторі мультиметра, показання мультиметра змінюватиметься в меншу сторону, доки не зупиниться зовсім. Після цього потрібно щупи поміняти місцями, показання почнуть зменшуватися майже до нуля. Якщо все сталося, оскільки я описав, “кондер” справний. Якщо немає змін у показаннях або показання відразу стають більшими або прилад зовсім показує нуль, конденсатор несправний. Особисто я волію перевіряти "кондиціонери" стрілочним приладом плавність руху стрілки легше відстежувати, ніж миготіння цифр в вікні індикатора.

Ємність конденсаторавимірюється у Фарадах, 1 фарад – це величезна величина. Таку ємність матиме металеву кулю, розміри якої перевищуватимуть розміри нашого сонця в 13 разів. Куля розміром у планету Земля матиме ємність лише 710 мікрофарад. Зазвичай, ємність конденсаторів, які ми застосовуємо в електротехнічних пристроях, позначається в мікрофарадах (mF), пікофарадах (nF), нанофарадах (nF). Слід знати, що 1 мікрофарад дорівнює 1000 нанофарад. Відповідно, 0.1 uF дорівнює 100 nF. Крім головного параметра, на корпусі елементів відзначається допустиме відхилення реальної ємності від зазначеної та напруга, на яку розраховано пристрій. При перевищенні прилад може вийти з ладу.

Цих знань тобі буде цілком достатньо для початку і для того, щоб самостійно продовжити вивчення конденсаторів та їх фізичних властивостей у спеціальній технічній літературі. Бажаю успіху та наполегливості!

Конденсатори, поряд з резисторами, є одними з найпоширеніших елементів радіотехнічних і електронних пристроях. Практично немає пристроїв, у яких не застосовувалися конденсатори. Насамперед, конденсатори використовуються як фільтри у випрямлячах і стабілізаторах напруги (будь-який блок живлення містить у собі конденсатори). Конденсатори дозволяють створювати часові інтервали необхідної витримки та частоти в аналогових схемах різних генераторів.

Перший зразок сучасного конденсатора з'явився в середині 18 століття в Нідерландах. Пітер ван Мушенбрук у своїх дослідах використовував скляну банку, викладену всередині та зовні олов'яною фольгою (алюміній на той час не використовувався), заряд якої здійснювався електрофорною машиною (єдине джерело отримання електричного струму на той час). Пізніше цей пристрій назвуть лейденською банкою.

Малюнок 1

Пристрій сучасного конденсатора аналогічно до пристрою лейденської банки: дві обкладки, між якими знаходиться діелектрик. Місткість плоского конденсатора (вимірюється у Фарадах) залежить від площі пластин (S), відстані між пластинами (d) та діелектричної проникності середовища (ε). Геометрична форма пластин конденсаторів може бути різною: для металобужних конденсаторів пластини виконуються у вигляді алюмінієвої фольги згорнутої разом з діелектриком в один клубок.

Малюнок 2

Наведена формула для розрахунку ємності конденсаторів дозволяє зробити висновок про те, що два провідники, розташованих поруч, мають електричну ємність. Ця властивість провідників широко застосовується у високочастотній техніці, причому конденсатори робляться у вигляді доріжок на друкованій платі або у вигляді двох провідників.

Крім ємності, будь-який кабель характеризується електричним опором R. Як відомо, RC-ланцюжок виступає як інтегруюча ланка в електронних схемах (рисунок 3). При вхідному імпульсному сигналі на виході сигнал спотворюється або для сигналів незначної потужності може просто зникнути.

Малюнок 3

З історії: першу спробу прокласти трансатлантичний зв'язок було здійснено в 1857 році. Проте вчені не врахували можливі спотворення сигналів, які могли виникнути в кабелі, довжиною понад 4000 км. У результаті телеграфний код у вигляді точок і тире, а по суті самі прямокутні імпульси, спотворювалися так, що на іншому кінці розібрати послання не вдавалося. Лише 1865 року У. Томпсон запропонував технологію передачі сигналів далекі відстані.

Діелектрична проникність середовища ε та струм витоку

Збільшення діелектричної проникності ε, виходячи з формули для розрахунку ємності конденсатора, спричинить зростання ємності конденсатора. У більшості випадків як діелектрики в конденсаторах використовуються лавсан, поліетилен або просто повітря. Якщо замінити ці діелектрики, наприклад, спиртом або ацетоном, у яких діелектрична проникність істотно більша, то ємність конденсатора зросте в 15...20 разів. Однак, діелектрики з великою проникністю мають досить високу провідність, яка впливає на час розряду конденсатора через себе. Для опису цієї властивості конденсаторів запровадили термін струму витоку. Тому діелектрики в конденсаторах характеризуються як діелектричною провідністю, а й струмом витоку.

Електролітичні конденсатори

Електролітичні конденсатори мають найбільшу питому ємність, серед усіх типів конденсаторів. Місткість таких елементів може досягати 100 000 мкФ, а робоча напруга – до 600 В. Електролітичні конденсатори застосовуються в низькочастотних схемах та фільтрах блоків живлення. p align="justify"> Велика ємність електролітичних конденсаторів передбачає і суттєві розміри таких елементів (рисунок 4).

Малюнок 4

Електролітичні конденсатори можуть зберігати накопичену енергію кілька років, проте вони досить чутливі до можливих перенапруг в ланцюзі. При великій напругі або неправильному використанні (включення звичайного електролітичного конденсатора до ланцюга змінного струму) конденсатори нагріваються, а потім просто вибухають. Особливо до вибуху схильні старі радянські конденсатори.

Принцип дії конденсаторів

Основні принципи під час роботи конденсаторів розглянемо з прикладу простий схеми (рисунок 5). Як конденсатор краще використовувати електролітичний конденсатор великої ємності.

Малюнок 5

Робота схеми: спочатку необхідно зарядити конденсатор від джерела живлення через резистор R (графік заряду конденсатора зображений на малюнку 6). Напруга заряду зростає за експонентом, а струм заряду – спадає за експонентом. Час повного заряду конденсатора визначається добутком ємності самого конденсатора, величини опору R і постійної складової (для прикладу t=5*C*R=5*500*0.002= 5 секунд). Далі перемикач SA перетворюється на друге положення, що відповідає розряду конденсатора через навантаження (лампу розжарювання). Графік розряду конденсатора наведено малюнку 7.

Малюнок 6

Малюнок 7

Розглянемо ще одну схему включення конденсатора (рисунок 8). При замиканні контакту SA відбудеться короткочасний спалах лампочки EL. Повторне замикання контакту до спалаху не приведе, так що конденсатор вже зарядився.

Малюнок 8

Конденсатори в блоках живлення

Всім електронним пристроям потрібна постійна напруга для живлення та роботи. Будь-який блок живлення складається з трансформатора, випрямляча (однонапівперіодного або двонапівперіодного) і фільтра (рисунок 9).

Малюнок 9

Підбір необхідного конденсатора для зазначених схем можна виконувати, виходячи з наступних співвідношень:

Для двонапівперіодного випрямляча

C = Po / 2∙U∙f∙dU

Де C – ємність конденсатора Ф, Po – потужність навантаження Вт, U – напруга на виході випрямляча, f – частота змінної напруги Гц, dU – амплітуда пульсацій В.

Для однонапівперіодного випрямляча

C = Po / U∙f∙dU

Для трифазного випрямляча

C = Po / 3∙U∙f∙dU

Суперконденсатор – іоністор

Іоністор - новий клас електролітичних конденсаторів (рисунок 10).

Малюнок 10

Іоністори, за своїми характеристиками подібні до звичайних акумуляторів. Заряд такого пристрою відбувається за кілька хвилин, а термін служби може перевищити 40 000 годин.

Цей елемент застосовується практично в будь-яких електронних приладах, тому, щоб зрозуміти, у чому призначення конденсаторів, необхідно розібратися в їхньому пристрої та принципах функціонування. Конденсатором називається одна із складових частин електричного ланцюга, у якої є дві провідні обкладки (одна має позитивний заряд, а інша – негативний). Щоб виключити саморозрядження пристрою, між обкладками поміщають спеціальну речовину – діелектрик, який перешкоджає перетіканню заряду.

Класифікація пристроїв

Перш ніж відповісти на запитання, для чого потрібний конденсатор, слід розібратися, які вони бувають. Конденсатори поділяються за такими ознаками:

• Призначення та виконувані функції;
• Робочі умови;
• Тип речовини, що поділяє обкладки.

Конденсатори активно використовуються в ланцюгах, де необхідна їхня здатність накопичувати та зберігати електричний заряд (потрібна наявність ємнісного пристрою). Для цього всередині нього встановлено дві обкладки із різними знаками заряду. Між ними розташована речовина, що перешкоджає їхньому дотику та розрядженню. У більшості випадків як діелектрик використовується тантал або алюміній, але можуть застосовуватися і керамічні матеріали, слюда або полістирол.

Основною перевагою алюмінієвих пристроїв є їхня нижча, порівняно з танталовими, вартість, а також ширша сфера застосування. Разом з тим, танталові аналоги більш ефективні у використанні і мають більш високі технічні характеристики, тому при виборі слід враховувати не тільки фактор ціни.

Додаткова інформація.Конденсатори з танталу відрізняються підвищеною надійністю, мають широкий робочий діапазон температур, що дозволяє експлуатувати їх практично в будь-яких умовах. Найбільш широке застосування вони знайшли в електроніці та супутніх галузях промисловості, оскільки мають велику ємність і компактні габарити. До недоліків пристроїв даного типу фахівці відносять їх вищу ціну та чутливість до коливань струму та напруги.

Силові елементи застосовуються найчастіше у ланцюгах із високою напругою. Спеціальна конструкція дозволяє забезпечувати велику ємність, а значить, вони можуть використовуватися для стабілізації забезпечення електроенергією по лініях електропередач (компенсують втрати енергії). Крім того, вони активно використовуються для підвищення потужності промислових електроустановок. Діелектрик у такому пристрої – це просочена ізоляційним маслом металізована пропіленова плівка.

Найбільш широко використовуваними є керамічні. Їх ємність може змінюватись у значних межах – від 1 пікофараду до 0,1 мікрофараду. Для запобігання саморозряду застосовується кераміка, а як перевага фахівці відзначають доступну ціну, широкі функціональні можливості, високий рівень надійності та низький втрат.

Незважаючи на свою дорожнечу, на практиці застосовуються срібно-слюдяні конденсатори. Вони працюють дуже стабільно, підтримують високу ємність, їх корпус повністю герметичний. Але широкому поширенню заважає висока ціна.

Застосовуються і паперові або металообладнання. Їх обкладка виготовлена ​​з алюмінієвої фольги, а як діелектрик використовується папір, просочений спеціальним складом.

Принцип функціонування

Основна причина, через яку описуваний елемент включається в електричну схему, полягає в тому, щоб накопичувати заряд у періоди підвищеної напруги і забезпечувати живлення ланцюга в періоди низького.

Принцип роботи конденсатора ось у чому. Коли електричний пристрій підключено до мережі живлення, конденсатор заряджається. На одній його пластині накопичуються електрони (частки з негативним зарядом), а на іншій – іони, які позитивно заряджені. Дотику їх заважає діелектрик. Такий пристрій конденсатора дозволяє нагромадити заряд. Адже, як тільки пристрій підключається до джерела струму, напруга в ланцюзі дорівнює нулю. Потім, у міру наповнення зарядами, напруга стає рівною тому, що подається від джерела.

Після того, як пристрій відключається від розетки або батареї, відбувається розряд конденсатора. Навантаження в електричному ланцюзі зберігається, для цього приладу потрібна напруга та струм, який передає пристрій. Необхідність живлення приладу змушує електрони в конденсаторі рухатися до іонів, утворюється струм, який передається іншим елементам.

Можливе застосування пристроїв

Конденсатори слугують вирішенню найрізноманітніших завдань. Зокрема, вони активно використовуються при зберіганні аналогових та цифрових даних, що часто встановлюються в телемеханічних пристроях для регулювання сигналів у відповідному устаткуванні, що зберігає його від різних пошкоджень та проблем.

Широко поширене застосування конденсаторів у джерелах безперебійного живлення, що дозволяє згладжувати напругу при підключенні до приладів різного обладнання (комп'ютери, оргтехніка тощо).

Зверніть увагу!За таким же принципом влаштовано джерело безперебійного живлення. Під час підключення до електричного ланцюга він накопичує заряд, який потім можна використовувати протягом короткого часу, що уможливлює вимикання техніки без будь-яких збоїв, а це особливо актуально в сучасних умовах, коли інформація має дуже велике значення.

Описувані елементи знайшли своє застосування різних перетворювачах напруги. Зокрема, їх можна використовувати для збільшення напруги в мережі, величина якого перевищуватиме вхідне значення.

Важливо!Експлуатація конденсатора як тимчасове джерело живлення має деякі обмеження. Це пояснюється наявністю у діелектрика хоч невеликої, але провідності. Тому пристрій з часом поступово розряджається, отже, за потреби мати стабільне джерело струму краще скористатися акумуляторною батареєю.

Наявність можливості накопичити заряд, а потім швидко направити його в мережу дозволяє зробити пристрій незамінним елементом при виготовленні лазерів, спалахів для фотоапаратів та інших подібних приладів.

Таким чином, без використання описуваного пристрою практично неможливо уявити сучасну електронну та електротехнічну промисловість. Завдяки розумінню того, як працює конденсатор, його активно застосовують при виробництві різних пристроїв як промислового, так і побутового призначення. Він допомагає забезпечити безпеку електричного ланцюга та збільшує термін служби різних приладів.

Відео