Високата стойност на капацитета на кондензатора. Какво е кондензатор
Дължина и разстояние Маса Обем измервания на насипни продукти и храни Площ Обем и мерни единици в кулинарни рецепти Температурен натиск, механично напрежение, модул на Юнг Енергия и работа Мощност Сила Време Линейна скорост Ъгъл на равнината Термична ефективност и ефективност на гориво Числа Информационни единици Валутни курсове Размери на дамското облекло и обувки Размери на мъжкото облекло и обувки Ускорение Ъглово ускорение Плътност Специфично обем Момент на инерция Момент на сила Въртящ момент Специфична топлина на горене (по маса) Енергийна плътност и специфична топлина на изгаряне на гориво (по обем) Температурна разлика Коефициент на термично разширение Топлинно съпротивление Специфична топлопроводимост Специфична топлина Енергийна експозиция, мощност на топлинното излъчване Коефициент на топлопреминаване Коефициент на топлопреминаване Обемен поток Масов поток Моларен поток Плътност на масовия поток Моларна концентрация Масова концентрация в разтвор Динамичен (абсолютен) вискозитет Кинематичен вискозитет Повърхностно напрежение Пропускливост на пара Паропропускливост, скорост на пренос на пара Ниво на звука Микрофон Ниво на звуково налягане (SPL ) Яркост Светлинен интензитет Разделителна способност в компютърната графика Честота и дължина на вълната Оптична мощност в диоптри и фокусно разстояние Оптична мощност в диоптри и увеличение на лещата (×) Електрически заряд Линеен заряд Плътност на повърхностния заряд Насипна плътност заряд Електрически ток Линейна плътност на тока Плътност на повърхностния ток Напрежение електрическо поле Електростатичен потенциал и напрежение Специфично електрическо съпротивление електрическо съпротивление Специфична електрическа проводимост електропроводимост Капацитет Индуктивност Американски измервателен уред Нива в dBm (dBm или dBmW), dBV (dBV), ватове и др. Магнитомотивна сила Напрежение магнитно поле Магнитен поток Магнитна индукция Абсорбирана доза на йонизиращото лъчение Радиоактивност. Радиоактивно разпадане Радиация. Експозиционна доза Радиация. Погълната доза Десетични префикси Пренос на данни Типография и обработка на изображения Дървен обем Единици Изчислете моларната маса Периодична система химични елементи Д. И. Менделеева
1 фарад [F] \u003d 1 000 000 микрофарада [μF]
Начална стойност
Преобразувана стойност
фарад ексафарад петафарад терафарад гигафарад мегафарад килофарад хектофарад декафарад децифарад сантифарад милифарад микрофарад нанофарад пикофарад фемтофарад аттофарад висулка на волт абфарад единица капацитет единица капацитет SGSM
Метрична и SI
Повече за електрическия капацитет
Главна информация
Електрическият капацитет е стойност, която характеризира способността на проводника да натрупва заряд, равна на съотношението на електрическия заряд към потенциалната разлика между проводниците:
C \u003d Q / ∆φ
Тук Въпрос: - електрически заряд, измерено в висулки (Kl), - потенциална разлика, измерена във волта (V).
В системата SI електрическият капацитет се измерва във фаради (F). Тази единица е кръстена на английския физик Майкъл Фарадей.
Farad е много голям капацитет за изолиран проводник. И така, метална самотна сфера с радиус 13 слънчеви радиуса ще има капацитет равен на 1 фарад. А капацитетът на метална топка с размерите на Земята би бил около 710 микрофарада (μF).
Тъй като 1 фарад е много голям капацитет, следователно се използват по-малки стойности, като например: микрофарад (μF), равен на една милионна част от фарад; нанофарад (nF) равен на една милиардна част; пикофарад (pF), равен на една трилионта от фарад.
В системата CGSE основната единица за капацитет е сантиметърът (cm). 1 сантиметър капацитет е електрическият капацитет на топка с радиус 1 сантиметър, поставена във вакуум. CGSE е разширена CGS система за електродинамика, тоест система от единици, в която сантиметърът, грамът и секундата се вземат като основни единици, съответно за изчисляване на дължината, масата и времето. В разширената CGS, включително CGSE, някои физически константи се приемат като единство, за да се опростят формулите и да се улеснят изчисленията.
Използване на капацитет
Кондензатори - устройства за съхранение на заряд в електронно оборудване
Понятието електрически капацитет се отнася не само до проводник, но и до кондензатор. Кондензаторът е система от два проводника, разделени от диелектрик или вакуум. В най-простата версия дизайнът на кондензатор се състои от два електрода под формата на плочи (плочи). Кондензатор (от лат. Condensare - „да кондензирам“, „удебелявам“) е двуелектродно устройство за съхраняване на заряда и енергията на електромагнитно поле, в най-простия случай това са два проводника, разделени от някакъв вид изолатор. Например, понякога радиолюбителите, при липса на готови части, правят настройващи кондензатори за техните вериги от секции от проводници с различен диаметър, изолирани с лаково покритие, докато по-тънък проводник е навит на по-дебел. Чрез регулиране на броя завъртания радиолюбителите прецизно настройват контура на оборудването на желаната честота. Примери за изображения на кондензатори на електрически вериги са показани на фигурата.
Историческа справка
Дори преди 275 години принципите на създаване на кондензатори са били известни. И така, през 1745 г. в Лайден немският физик Евалд Юрген фон Клайст и холандският физик Петер ван Мушенбрук създават първия кондензатор - „ лайденски буркан"- стените на стъклен буркан бяха изолаторът в него, а водата в съда и дланта на експериментатора, държащ съда, служеха като плочи. Този "буркан" направи възможно акумулирането на заряд от порядъка на микрокулон (μC). След като е изобретен, той често се експериментира и изпълнява публично. За това бурканът първо се зарежда статично електричестворазтривайки го. След това един от участниците докосна буркана с ръка и получи малък токов удар. Известно е, че 700 парижки монаси са се държали за ръце в експеримента с Лейден. В този момент, когато първият монах докосна главата на буркана, всички 700 монаси, събрани от една конвулсия, извикаха от ужас.
„Банката Лайден“ дойде в Русия благодарение на руския цар Петър I, който се срещна с Мушенбрук по време на пътуванията му в Европа и научи повече за експериментите с „Банката Лайден“. Петър I създава Академията на науките в Русия и поръчва на Мушенбрук различни инструменти за Академията на науките.
В бъдеще кондензаторите се подобриха и станаха по-малки, а капацитетът им е по-голям. Кондензаторите се използват широко в електрониката. Например кондензатор и индуктор образуват трептяща верига, която може да се използва за настройка на приемника на желана честота.
Има няколко вида кондензатори, които се различават по постоянна или променлив капацитет и диелектричен материал.
Примери за кондензатори
Индустрията произвежда голям брой видове кондензатори за различни цели, но основните им характеристики са капацитет и работно напрежение.
Типична стойност контейнери кондензаторите варират от единици пикофаради до стотици микрофаради, с изключение на суперкондензаторите, които имат малко по-различен характер на формиране на капацитета - поради двойния слой на електродите - в това те са подобни на електрохимичните батерии. Суперкондензаторите на базата на нанотръби имат изключително развита повърхност на електрода. Този тип кондензатори имат типични стойности на капацитет от десетки фаради и в някои случаи те могат да заменят традиционните електрохимични батерии като източници на ток.
Вторият най-важен параметър на кондензаторите е неговият работно напрежение... Превишаването на този параметър може да доведе до повреда на кондензатора, поради което при изграждането на реални вериги е обичайно да се използват кондензатори с двойно по-голямо работно напрежение.
За да увеличите стойностите на капацитета или работното напрежение, използвайте техниката за комбиниране на кондензатори в батерии. Когато два кондензатора от един и същи тип са свързани последователно, работното напрежение се удвоява и общият капацитет се намалява наполовина. Когато два кондензатора от един и същи тип са свързани паралелно, работното напрежение остава същото и общият капацитет се удвоява.
Третият най-важен параметър на кондензаторите е температурен коефициент на промяна на капацитета (TKE)... Дава представа за промяната в капацитета при условия на променящи се температури.
В зависимост от целта на употреба кондензаторите се разделят на кондензатори с общо предназначение, изискванията за които не са критични, и на кондензатори със специално предназначение (високо напрежение, прецизност и с различни TKE).
Маркировка на кондензатора
Подобно на резисторите, в зависимост от размерите на продукта, може да се използва пълна маркировка, указваща номиналния капацитет, класа на отклонение от номиналното и работното напрежение. За малките кондензатори използвайте кодова маркировка три или четири цифри, смесено буквено-цифрово и цветно кодиране.
Съответните таблици за преизчисляване на маркировките по номинална стойност, работно напрежение и TKE могат да бъдат намерени в Интернет, но най-ефективният и практичен метод за проверка на рейтинга и изправността на елемент от реална верига остава директно измерване параметри на запоения кондензатор с помощта на мултицет.
Внимание: тъй като кондензаторите могат да се натрупват голям заряд най-много високо напрежениеза да се избегне поражението токов удар необходимо е да се разреди кондензаторът преди измерване на параметрите на кондензатора чрез късо съединение на клемите му с проводник с високо съпротивление на външната изолация. Стандартните изводи на измервателния уред са най-подходящи за това.
Оксидни кондензатори: този тип кондензатор има голям специфичен капацитет, т.е. капацитет на единица тегло на кондензатора. Една плоча от такива кондензатори обикновено е алуминиева лента, покрита със слой алуминиев оксид. Електролитът служи като втора плоча. Тъй като оксидните кондензатори имат полярност, е фундаментално важно да се включи такъв кондензатор във веригата строго в съответствие с полярността на напрежението.
Твърди кондензатори: вместо традиционния електролит, те използват проводящ органичен полимер или полупроводник като плоча.
Променливи кондензатори: капацитетът може да се променя механично, електрическо напрежение или използвайки температура.
Филмови кондензатори: обхватът на капацитета на този тип кондензатори е приблизително 5 pF до 100 μF.
Предлагат се и други видове кондензатори.
Суперкондензатори
В наши дни суперкондензаторите набират популярност. Суперкондензатор (суперкондензатор) е хибрид от кондензатор и химически източник на ток, чийто заряд се натрупва на границата между две среди - електрод и електролит. Създаването на суперкондензатори започва през 1957 г., когато е патентован кондензатор с двоен електрически слой върху порести въглеродни електроди. Двойният слой, както и порестият материал спомогнаха за увеличаване на капацитета на такъв кондензатор чрез увеличаване на повърхността. В бъдеще тази технология беше допълнена и подобрена. Суперкондензаторите навлязоха на пазара в началото на осемдесетте години на миналия век.
С появата на суперкондензаторите стана възможно да се използват в тях електрически вериги като източници на напрежение. Такива суперкондензатори имат дълъг експлоатационен живот, ниско тегло и високи нива на зареждане и разреждане. В бъдеще този тип кондензатор може да замени конвенционалните батерии. Основните недостатъци на суперкондензаторите са по-ниската им специфична енергия (енергия на единица тегло) от електрохимичните батерии, ниското работно напрежение и значителното саморазреждане.
Суперкондензаторите се използват във автомобилите от Формула 1. В системите за възстановяване на енергия, по време на спиране, се генерира електричество, което се натрупва в маховика, батериите или суперкондензаторите за по-нататъшна употреба.
В потребителската електроника суперкондензаторите се използват за стабилизиране на основното захранване и като резервен източник на захранване за устройства като плейъри, фенерчета, автоматични измервателни уреди и други устройства с захранване от батерии и променлив товар, осигуряващи захранване при повишен товар.
В обществения транспорт използването на суперкондензатори е особено обещаващо за тролейбусите, тъй като става възможно прилагането на автономно движение и увеличаване на маневреността; също суперкондензатори се използват в някои автобуси и електрически превозни средства.
Понастоящем електрическите автомобили се произвеждат от много компании, например: General Motors, Nissan, Tesla Motors, Toronto Electric. Университетът в Торонто си партнира с Toronto Electric за разработването на изцяло канадския електрически автомобил A2B. Той използва суперкондензатори заедно с химически източници на енергия, така нареченото хибридно съхранение на електрическа енергия. Двигателите на тази кола се захранват от батерии с тегло 380 килограма. Слънчевите панели, монтирани на покрива на електрическото превозно средство, също се използват за презареждане.
Капацитивни сензорни екрани
IN модерни устройства все по-често се използват сензорни екрани, които ви позволяват да управлявате устройства, като докосвате панели с индикатори или екрани. Сензорните екрани са от различни видове: резистивни, капацитивни и други. Те могат да реагират на едно или повече едновременни докосвания. Принципът на действие на капацитивни екрани се основава на факта, че обект с голям капацитет провежда променлив ток. В този случай този обект е човешкото тяло.
Повърхностни капацитивни екрани
По този начин повърхностно-капацитивният сензорен екран е стъклен панел, покрит с прозрачен резистивен материал. Като резистивен материал обикновено се използва сплав от индиев оксид и калаен оксид, която има висока прозрачност и ниско повърхностно съпротивление. Електроди, захранващи малък променливо напрежениеса разположени в ъглите на екрана. Когато докоснете такъв екран с пръст, се появява ток на утечка, който се регистрира в четири ъгъла от сензори и се предава на контролера, който определя координатите на точката на допир.
Предимството на такива екрани е тяхната трайност (около 6,5 години кликвания с интервал от една секунда или около 200 милиона кликвания). Те са силно прозрачни (приблизително 90%). Благодарение на тези предимства, капацитивните екрани активно заместват резистивните екрани от 2009 г. насам.
Недостатъкът на капацитивните екрани е, че те не работят добре при отрицателни температури; има трудности при използването на такива екрани с ръкавици. Ако проводящото покритие е разположено на външната повърхност, тогава екранът е доста уязвим, така че капацитивните екрани се използват само в тези устройства, които са защитени от атмосферните влияния.
Прожектирани капацитивни екрани
В допълнение към повърхностно-капацитивните екрани има и проекционно-капацитивни екрани. Тяхната разлика се крие във факта, че решетка от електроди е приложена от вътрешната страна на екрана. Докосващият електрод образува кондензатор заедно с човешкото тяло. Благодарение на мрежата можете да получите точните координати на докосването. Прожектираният капацитивен екран реагира на докосване, когато носите тънки ръкавици.
Проектираните капацитивни екрани също са силно прозрачни (около 90%). Те са издръжливи и достатъчно здрави, така че се използват широко не само в личната електроника, но и в машини, включително тези, инсталирани на улицата.
Трудно ли ви е да преведете мерна единица от един език на друг? Колегите са готови да ви помогнат. Публикувайте въпрос в TCTerms и ще получите отговор в рамките на няколко минути.
Какво е кондензатор? Как работи? Кой е изобретил първия кондензатор в света? - ще разкрием подробно всички тези въпроси днес. И така, какво е това устройство. Много от училището помнят това кондензатор -
това е устройство, предназначено да съхранява и прехвърля такса. Състои се от две метални пластини, между които има диелектричен слой.
Историята на това устройство започва през 1745 г., когато германският физик Евалд Юрген фон Клайст и холандският физик Петер ван Мушенбрук случайно създават лейденски буркан. След това тя стана първият в света кондензатор. Най-важното в кондензатора е неговият капацитет и номинално напрежение.
Капацитет -
това е способността на кондензатор да съхранява електрически заряд в себе си. Капацитетът се измерва във Фарад (F). Най-често срещаните стойности при изчисленията са:
- пикофарад (10 -12);
- нанофарад (10 -9);
- микрофарад (10 -6).
Позволете ми да ви дам пример: капацитетът на нашата планета Земя е 710 μF. За да получите 1 Farad, имате нужда от проводник, чийто потенциал би се увеличил с 1V при прехвърляне на заряд от 1 Coulomb към него. Тези. ясно е, че 1 Farad е много голям капацитет, поради което при изчисления или дизайн често се използват малки стойности (pcF, nF, μF). Между другото, ето малко мамят: 1mkF \u003d 1000nF \u003d 1000000pkF. Кондензаторите се намират в почти всички електрически устройства: в устройства, в компютри,
, в дъски и др.
И знайте, че капацитетът се увеличава с площта на плочите и намалява с разстоянието между тях. Изглежда всичко е ясно с капацитета, сега нека преминем към номиналното напрежение.
това е напрежението, над което се получава диелектричен пробив. Следователно работата на устройството ще спре, тъй като когато диелектрикът се разпадне, номиналното напрежение зависи както от самия диелектрик (материал), така и от разстоянието между плочите. Също така е необходимо да се знае, че номиналното напрежение трябва да бъде поне 2 пъти по-високо от това, което ще бъде приложено към него по време на работа. С други думи, ако захранването е проектирано за 12V, тогава номиналното напрежение на кондензатора трябва да бъде най-малко 12 * 2 \u003d 24V. ОТ номинално напрежение, Надявам се всичко да е ясно, да продължим напред.
Какво според вас определя времето за зареждане и разреждане на самия кондензатор? Вероятно вече се досещате, че капацитетът и обща съпротива вериги. Тоест, колкото по-голям е капацитетът и съпротивлението, толкова повече време ще отнеме зареждането. В крайна сметка, ако капацитетът е голям, следователно размерът на съдържащия се заряд в него ще бъде по-голям, което означава, че времето за зареждане и разреждане също ще бъде по-дълго. Това е като с
Е, съпротивлението намалява тока и ако токът е малък, ще отнеме повече време за зареждане.
В реалния живот трябва да се помни, че съществува т.нар ток на утечка
... Не много хора знаят, че диелектрикът все още пропуска малък ток между плочите. И ако пропусне, с течение на времето това води до загуба на първоначалния заряд. Тези. ако кондензаторът е бил напълно зареден, тогава след определен период от време зарядът в него ще стане по-малък и ще намалее до следващото свързване към мрежата.
Видове кондензатори
Проучихме основните характеристики и също така научихме от какво зависят времената на зареждане и разреждане и как токът на изтичане влияе върху заряда на кондензатора. Всички кондензатори се различават по размер и вътрешни характеристики. Следователно е по-добре да знаете видовете кондензатори, полезно е в радиотехниката, електрониката ... Вляво е кратко обозначение (BM, KD, BMT и др.), А вдясно е неговото декодиране:
BM - хартия с малък размер
BMT - хартиени малки по размер термоустойчиви
KD - керамичен диск
КЛС - керамична отливка секционна
KM - керамичен монолитен
KPK-M - малък по размер керамичен тример
CSR - формован слюда
CT - керамична тръбна
MBG - запечатана с метална хартия
MBGO - еднослойна запечатана метална хартия
MBGT - топлоустойчива метална хартия, запечатана
MBGCH - еднослойна запечатана метална хартия
MBM - малка по размер метална хартия
PM - полистирол с малък размер
PO - отворен филм
PSO - отворен стирофлекс филм
Поляризирани и неполяризирани кондензатори
При внимателен оглед на случая можете да видите маркировката на стълбовете "+" и "-". Онези кондензатори, които имат такива обозначения, се наричат поляризиран, и тези, които ги нямат - неполяризиран... Тези обозначения трябва да се вземат предвид (плюс към плюс, мой до минус), в противен случай, ако връзката е неправилна, кондензаторът ще се провали. Но не всички устройства имат това обозначение. Например тези устройства с капацитет над 0,5 μF са поляризирани, а неполяризираните включват керамичен диск и други кондензаторни кондензатори.
Основният елемент на загубите е диелектрик... С нарастваща честота, влажност заобикаляща среда или 
загубите се увеличават. Например, когато температурата се промени, разстоянието между плочите се променя и свойствата на кондензатора се променят съответно. Минималните загуби имат тези устройства, чийто диелектрик е направен от високочестотна керамика, както и хартия и фероелектрически диелектрици.
В зависимост от дизайна и диелектрика, кондензаторите се характеризират с различни температурен коефициент на капацитет (TKE). Той показва относителната промяна в капацитета, когато температурата се промени с 1 ° C. Освен това температурният коефициент на капацитета може да бъде както положителен, така и отрицателен. Според стойността и знака на TKE, всички кондензатори са разделени на групи, на които са зададени буквени обозначения и цвета на корпуса.
Загубите трябва да се вземат предвид при подмяна на повреден кондензатор.
След като прочетете този текст, научихте какво е кондензатор и как се характеризира. Благодаря за вниманието)))
В първо приближение кондензаторите (Фигура 1.8) са честотно зависими резистори.
Те ви позволяват да създадете, например, зависими от честотата делители на напрежението. За да се решат някои проблеми (шунтиране, свързване на вериги), не се изискват много знания за кондензата, други задачи (изграждане на филтри, резонансни вериги, съхранение на енергия) изискват по-задълбочени познания. Например, кондензаторите не разсейват енергията, въпреки че през тях протича ток - факт е, че токът и напрежението в кондензатора са 90º извън фазата един спрямо друг.
Кондензаторът е устройство, което има два терминала и има следното свойство:
Кондензатор с капацитет C фарад, към който се прилага напрежение Uволта, натрупва заряд Q кулон.
Разграничавайки израза за -Q, получаваме
(6)
Така че кондензаторът е по-сложен елемент от резистора; токът е пропорционален не само на напрежението, но и на скоростта на промяна в напрежението. Ако напрежението на 1 F кондензатор се промени с 1 V за 1 s, тогава получаваме ток от 1 A. Обратно, потокът от 1 A \u200b\u200bпрез 1 F кондензатор причинява промяна на напрежението от 1 V за 1 s. Капацитетът, равен на един фарад, е много голям и следователно те често се занимават с микрофаради (μF) или пикофаради (pF). (За да обърка непосветените, на схематични диаграми понякога обозначенията на мерните единици са пропуснати. Те трябва да се отгатват от контекста.) Например, ако приложите ток от 1 mA към кондензатор с капацитет 1 μF, тогава напрежението за 1 s ще се увеличи с 1000 V. Импулсът на тока с продължителност 10 ms ще доведе до увеличаване на напрежението в кондензатора с 10 V (фиг. 1.9).
Индустрията произвежда кондензатори с различни форми и размери; след известно време ще опознаете най-често срещаните представители на това огромно семейство. Най-простият кондензатор се състои от два проводника, разположени на малко разстояние един от друг (но не в контакт един с друг); истинските най-прости кондензатори имат точно този дизайн. За да получите повече капацитет, имате нужда от по-голяма площ и по-малка междина между проводниците; обикновено за това един от проводниците е покрит с тънък слой изолационен материал (наречен диелектрик); за такива кондензатори, например, се използва алуминизиран (с алуминиево покритие) лавсанов филм. Широко се използват следните видове кондензатори: керамични, електролитни (изработени от метално фолио отоксиден филм като изолатор), слюда (направена от метализирана слюда). Всеки тип кондензатор има свои собствени характеристики. Като цяло можем да кажем, че керамичните и майларовите кондензатори са подходящи за некритични вериги; във вериги, които изискват голям капацитет, се използват танталови кондензатори, а електролитни кондензатори се използват за филтриране в захранващите устройства.
Паралелно и последователно свързване на кондензатори
Капацитетът на няколко паралелно свързани кондензатори е равен на сумата от техния капацитет. Не е трудно да се провери това: тогава прилагаме напрежение към паралелната връзка
(8)
За серийна връзка кондензаторите имат същия израз като за паралелна връзка резистори:
(9)
В конкретен случай за два кондензатора
(10)
§ 1.5. Промени във времето на напрежението и тока
RC вериги
За верижен анализ променлив ток (или в общия случай на вериги, работещи с различни напрежения и токове) могат да се използват два типа характеристики. Първо, можете да помислите за промени в напрежението U и ток Аз във времето и второ, промяната в амплитудата при промяна на честотата на сигнала. Както тези, така и други характеристики имат своите предимства и във всеки практически случай трябва да изберете най-подходящия. Ще започнем нашето проучване на веригите с променлив ток с времеви зависимости и след това ще преминем към честотните характеристики.
Какви са свойствата на веригите, които включват кондензатори? За да отговорите на този въпрос, помислете за най-простия RC верига(Фигура 1.10).
Нека използваме полученият по-рано израз за капацитет:
Този израз е диференциално уравнение, чието решение има формата
(12)
От това следва, че ако зареден кондензатор е свързан към резистор, той ще се разреди, както е показано на фиг. 1.11.
Константа на времето
Извиква се RC продукт постоянна времевериги. Ако Rизмерено в ома и C във фарад, тогава RC на продукта ще бъде измерен за секунди. За кондензатор 1 μF, свързан към резистор 1 kΩ, времевата константа е 1 ms; ако кондензаторът е предварително зареден и напрежението в него е 1 V, тогава, когато резисторът е свързан, във веригата се появява ток от 1 mA. На фиг. 1.12 показва малко по-различна схема.
Фигура: 1.12. Фигура: 1.13.
В момент t \u003d 0 веригата е свързана към батерията. Уравнението, описващо работата на такава схема, е както следва:
и има решение
(14)
Не се тревожете, ако не разбирате как се извършва математическата трансформация. Важно е да запомните получения резултат. В бъдеще ще го използваме много пъти, без да прибягваме до математически изчисления. Постоянно Исе определя от началните условия (фиг. 1.13): U \u003d 0 при t \u003d 0,от къде A \u003d -U ви U \u003d U в (1 - e - t / RC).
Балансиране
При условие t \u003e\u003e RC, напрежението U достига стойността U в.(Съветваме ви да запомните едно добро правило, наречено правилото на петте RC. То казва, че за време, равно на пет времеви константи, кондензаторът се зарежда или разрежда 99%.) Ако тогава променете входното напрежение U в (направете го равен, например, на нула), тогава напрежението в кондензатора U ще намалее , тенденция към нова стойност експоненциално e - t / RC.
Диференциращи вериги
Помислете за схемата, показана на фиг. 1.14. Напрежение на кондензатора ОТпо равно U в -U,така
Ако резисторът и кондензаторът са избрани така, че съпротивлението R и капацитетът ОТса били достатъчно малки и състоянието dU / dt <
По този начин получихме, че изходното напрежение е пропорционално на скоростта на промяна на входния сигнал.
За да е в състояние dU / dt<
Диференциращите вериги са удобни за използване за изолиране отпреди задните ръбовеимпулсни сигнали, а в цифровите схеми понякога можете да намерите схеми като тази, показана на фиг. 1.16.
Диференциращата RC верига генерира импулси под формата на кратки пикове в моментите на превключване на входния сигнал, а изходният буферен усилвател преобразува тези импулси в къси импулси с квадратна вълна. В реалните вериги отрицателният пик е малък поради вградения в буфера диод.
Понякога схемата изведнъж започва да показва диференциращи свойства и в ситуации, когато те са напълно нежелани. В този случай могат да се наблюдават сигнали, подобни на тези, показани на фиг. 1.17. Първият сигнал (по-точно импулсен шум) може да възникне, когато има капацитивна връзка между разглежданата линия и верига, в която има квадратна вълна; причината за такива смущения може да бъде липсата на резистор EOL в линията.
Ако има резистор, тогава или намалете съпротивлението на източника на сигнал за линията, или намерете начин да отслабите капацитивното свързване с правоъгълния източник на сигнал. Сигнал от втория тип може да се наблюдава във верига, през която трябва да премине сигнал с квадратна вълна, ако има дефект в контакт с тази верига, например в сонда на осцилоскоп. Малкият капацитет поради лош контакт и входният импеданс на осцилоскопа образуват диференцираща верига. Ако установите, че вашата верига „нещо“ се различава, тогава горното може да ви помогне да откриете причината за проблема и да го отстраните.
Интегрални схеми
Помислете за схемата, показана на фиг. 1.18. Напрежение на резистора Rе равно на U в - U,следователно I \u003d C (dU / dt) \u003d (U inx - U) / R. Ако условието U<поради голямата стойност на продукта RC , тогава получаваме C (dU / dt) ~ U в / R или
(17)
Получихме веригата да интегрира входа с течение на времето! Нека разгледаме как тази схема осигурява приближение на интегрирането в случай на правоъгълен входен сигнал: U (т)е вече познатата графика на експоненциална зависимост, която определя заряда на кондензатор (фиг. 1.19).
Първият участък на експонентата (интеграл от почти постоянна стойност) е права линия с постоянен наклон; с увеличаване на RC константата на времето се използва все по-малък и по-малък стартов експонентен показател, като по този начин се осигурява по-добро приближение на идеалния триончест сигнал.
Имайте предвид, че условието U< е еквивалентно на факта, че токът е пропорционален на напрежението U в.Ако токът I (t) действаше като входен сигнал, а не напрежението, тогава щяхме да получим идеален интегратор. Източникът на ток може да бъде резистор с високо съпротивление и с голям спад на напрежението през него, а на практика често се използва приближение.
В бъдеще ще научите как да изградите интегратор, без да прибягвате до условието U out<... Такъв интегратор работи в широк диапазон от честоти и напрежения с незначителна грешка.
Интегралните схеми са широко използвани в аналоговите технологии. Те се използват в системи за управление, схеми за обратна връзка, аналогово-цифрово преобразуване и генериране на трептения.
Генератори на трионни сигнали
Сега можете лесно да разберете как работи трионният генератор на сигнали. Тази схема се е доказала добре и е намерила много широко приложение: тя се използва в синхронизиращи вериги, в генератори на синусоидални и други видове трептения, в вериги за почистване на осцилоскоп, в аналогово-цифрови преобразуватели. Това е показано на фиг. 1.20.
Фигура 1.20. Фигура: 1.21.
От уравнението за тока, протичащ през кондензатора, I \u003d C (dU / dt)получаваме U (t) \u003d (I / C) t . Изходният сигнал е показан на фиг. 1.21. Линейното нарастване на сигнала спира, когато напрежението на източника на ток "изсъхне", т.е. достигне неговата гранична стойност. Кривата за обикновена RC верига с резистор, свързан към източник на напрежение, се държи подобно на случая, когато източникът на ток достигне границата. На фиг. 1.21 тази втора крива е показана за случая, когато R е избран така, че токът при нулево изходно напрежение да е равен на тока на източника на ток; втората крива клони към същата граница като прекъснатата линия. (При реални източници на ток изходното напрежение е ограничено от напрежението на захранващите устройства, които те използват, така че това поведение е доста правдоподобно.) В следващата глава за транзисторите ние изграждаме прости вериги за източник на ток, а в главите, разглеждащи операционните усилватели и полевите транзистори, техните подобрени видове.
§ 1.6. Индуктори и трансформатори
Индуктивност
Ако разберете какво е кондензатор, тогава ще разберете какво е индуктивност (фиг. 1.22).
Нека сравним индуктивността и кондензатора помежду си; при индуктивност скоростта на промяна на тока зависи от приложеното напрежение, а в кондензатора скоростта на промяна на напрежението зависи от протичащия ток. Уравнението на индуктивността е както следва:
(18)
където L - индуктивноств henry (или mH, mH и др.). Напрежението, приложено към индуктивността, води до увеличаване на тока, протичащ през него, и промяната на тока се случва съгласно линеен закон и за преминаване на тока през кондензатора, това ще доведе до увеличаване на напрежението върху него и промяната на напрежението ще настъпи според линейния закон); напрежение от 1V, приложено към индуктивност от 1Н, води до увеличаване на тока през индуктивността със скорост от 1А за 1s.
Обикновено индуктивността е изобразена под формата на няколко завъртания на тел - най-простата индуктивност има такъв дизайн. Други, по-усъвършенствани конструкции включват сърцевина, около която е навита жицата. Материалът за сърцевината е най-често желязо (плочи, валцувани от железни сплави или направени чрез прахова металургия) или ферит, който е чуплив непроводящ черен магнитен материал. Сърцевината позволява да се увеличи индуктивността на намотката поради магнитните свойства на материала на сърцевината. Сърцевината може да бъде направена под формата на пръчка, торус или може да има някаква по-причудлива форма, като например „гърне“ (не е толкова лесно да се опише с думи: представете си съд за печене на понички, който може да се раздели наполовина).
Индукторите се използват най-често в RF вериги, където се използват като RF дросели и в резонансни вериги. Двойка свързани индуктиви формира такъв интересен елемент като трансформатор.
По същество индуктивността е противоположна на кондензатора.
Кондензатор - електронен компонент, предназначен да съхранява електрически заряд. Способността на кондензатора да съхранява електрически заряд зависи от неговата основна характеристика - капацитет. Капацитетът на кондензатор (C) се определя като отношение на количеството електрически заряд (Q) към напрежението (U).
Капацитетът на кондензатор се измерва в фаради (F) - единици, кръстени на британския физик Майкъл Фарадей. Капацитет в един фарад (1F) се равнява на размера на таксата в една висулка (1C), създавайки напрежение през кондензатора в един волт (1V). Спомнете си това една висулка (1C) е равно на количеството заряд, преминало през проводника за една секунда (1sec) при ампераж в един ампер (1А).
Висулката обаче е много голямо количество заряд спрямо това колко повечето кондензатори могат да съхраняват. Поради тази причина за измерване на капацитета обикновено се използват микрофаради (µF или uF), нанофаради (nF) и пикофаради (pF).
- 1µF \u003d 0.000001 \u003d 10 -6 F
- 1nF \u003d 0.000000001 \u003d 10 -9 F
- 1pF \u003d 0.000000000001 \u003d 10 -12 F
Плосък кондензатор
Има много видове кондензатори в различни форми и вътрешни подредби. Помислете за най-простия и основен - плосък кондензатор. Плоският кондензатор се състои от две успоредни проводникови плочи (плочи), които са електрически изолирани една от друга чрез въздух или специален диелектричен материал (като хартия, стъкло или слюда).
Кондензаторен заряд. Текущ
По своето предназначение кондензаторът прилича на батерия, но въпреки това се различава значително по своя принцип на действие, максимален капацитет и скорост на зареждане / разреждане.
Нека разгледаме принципа на работа на плосък кондензатор. Ако свържете източник на енергия към него, отрицателно заредените частици под формата на електрони започват да се събират върху едната плоча на проводника, а положително заредените частици под формата на йони - от другата. Тъй като между плочите има диелектрик, заредените частици не могат да "скочат" към противоположната страна на кондензатора. Електроните обаче се преместват от източника на енергия към кондензаторната плоча. Следователно през веригата протича електрически ток.
В самото начало на включването на кондензатор във веригата на плочите му има най-много свободно пространство. Следователно първоначалният ток в този момент отговаря на най-малкото съпротивление и е максимален. Тъй като кондензаторът се пълни с заредени частици, токът постепенно намалява, докато свободното пространство на плочите изчерпа и токът изобщо спре.
Извиква се времето между състоянията на "празен" кондензатор с максимална стойност на тока и "пълен" кондензатор с минимална стойност на тока (т.е. без ток) преходен период на зареждане на кондензатора.
Кондензаторен заряд. Волтаж
В самото начало на преходния период на зареждане напрежението между кондензаторните плочи е нула. Веднага щом на плочите започнат да се появяват заредени частици, между противоположните заряди възниква напрежение. Причината за това е диелектрикът между плочите, който "пречи" на заряди с противоположни знаци, които се стремят един към друг да се преместят от другата страна на кондензатора.
В началния етап на зареждане напрежението се повишава бързо, тъй като големият ток много бързо увеличава броя на заредените частици върху плочите. Колкото повече се зарежда кондензаторът, толкова по-малък е токът и по-бавно се повишава напрежението. В края на преходния период напрежението в кондензатора ще спре да нараства напълно и ще се изравни с напрежението в захранването.
Както можете да видите на графиката, текущата сила на кондензатора директно зависи от промяната на напрежението.
Формула за намиране на тока на кондензатора по време на преходния период:
- C - Капацитет на кондензатора
- ΔVc / Δt - Промяна в напрежението в кондензатора за определен период от време
Разряд на кондензатора
След като кондензаторът се зареди, изключете захранването и свържете товара R. Тъй като кондензаторът вече е зареден, той сам се превърна в захранване. Товарът R образува проход между плочите. Отрицателно заредените електрони, натрупани на едната плоча, според силата на привличане между противоположните заряди, ще се движат към положително заредени йони на другата плоча.
В момента на свързване на R напрежението в кондензатора е същото като след края на преходния период на зареждане. Началният ток, съгласно закона на Ом, ще бъде равен на напрежението в плочите, разделено на съпротивлението на натоварването.
Веднага щом токът изтече във веригата, кондензаторът ще започне да се разрежда. Тъй като зарядът се губи, напрежението ще започне да пада. Следователно токът също ще спадне. С намаляването на стойностите на напрежението и тока скоростта на тяхното падане ще намалее.
Времето за зареждане и разреждане на кондензатор зависи от два параметъра - капацитета на кондензатора С и общото съпротивление във веригата R. Колкото по-голям е капацитетът на кондензатора, толкова повече заряд трябва да премине през веригата и колкото по-дълго ще отнеме процесът на зареждане / разреждане (токът се определя като количеството заряд, преминали по проводника за единица време). Колкото по-голямо е съпротивлението R, толкова по-нисък е токът. Съответно е необходимо повече време за зареждане.
Продуктът RC (съпротивление по капацитет) образува времевата константа τ (tau). За един τ кондензаторът се зарежда или разрежда с 63%. За пет τ кондензаторът се зарежда или разрежда напълно.
За по-голяма яснота нека заместим стойностите: кондензатор с капацитет 20 микрофарада, съпротивление 1 килохм и захранване 10V. Процесът на зареждане ще изглежда така:
Кондензатор. От какво зависи капацитетът?
Капацитетът на плосък кондензатор зависи от три основни фактора:
- Плоча на плочата - A
- Разстояние между плочите - d
- Относителната диелектрична константа на веществото между плочите - ɛ
Плоча на чинията
Колкото по-голяма е площта на кондензаторните плочи, толкова повече заредени частици могат да бъдат поставени върху тях и толкова по-голям е капацитетът.
Разстояние между плочите
Капацитетът на кондензатор е обратно пропорционален на разстоянието между плочите. За да се обясни същността на влиянието на този фактор, е необходимо да се припомни механиката на взаимодействието на зарядите в пространството (електростатиката).
Ако кондензаторът не е в електрическа верига, тогава две сили влияят върху заредените частици, разположени на неговите плочи. Първата е отблъскващата сила между подобни заряди на съседни частици на една и съща плоча. Втората е силата на привличане на различни заряди между частици, разположени на противоположни плочи. Оказва се, че колкото по-близо са плочите една до друга, толкова по-голяма е общата сила на привличане на заряди с противоположния знак и толкова повече заряд може да бъде поставен върху една плоча.
Относителна диелектрична константа
Също толкова важен фактор, влияещ върху капацитета на кондензатор, е такова свойство на материала между плочите като относителна диелектрична константа ɛ... Това е безразмерна физическа величина, която показва колко пъти силата на взаимодействие на два свободни заряда в диелектрик е по-малка, отколкото във вакуум.
По-високите диелектрични материали позволяват по-голям капацитет. Това се обяснява с ефекта поляризация - изместване на електроните на диелектричните атоми към положително заредената кондензаторна плоча.
Поляризацията създава вътрешно електрическо поле на диелектрика, което намалява общата разлика в потенциала (напрежението) на кондензатора. Напрежението U предотвратява протичането на заряда Q към кондензатора. Следователно понижаването на напрежението има тенденция да постави повече електрически заряд върху кондензатора.
Следват примери за диелектрични стойности за някои от изолационните материали, използвани в кондензатори.
- Въздух - 1.0005
- Хартия - 2,5 до 3,5
- Стъкло - 3 до 10
- Слюда - 5 до 7
- Прахове от метален оксид - 6 до 20
Номинално напрежение
Втората по важност характеристика след капацитета е максимално номинално напрежение на кондензатора... Този параметър показва максималното напрежение, което кондензаторът може да издържи. Превишаването на тази стойност води до "пробиване" на изолатора между плочите и късо съединение. Номиналното напрежение зависи от материала на изолатора и неговата дебелина (разстояние между плочите).
Трябва да се отбележи, че при работа с променливо напрежение трябва да се вземе предвид пиковата стойност (най-високата моментна стойност на напрежението за периода). Например, ако ефективното напрежение на захранването е 50V, тогава пиковата му стойност ще бъде над 70V. Съответно е необходимо да се използва кондензатор с номинално напрежение над 70V. На практика обаче се препоръчва да се използва кондензатор с номинално напрежение най-малко два пъти максималното възможно напрежение, което ще бъде приложено към него.
Ток на утечка
Също така, когато кондензаторът работи, се взема предвид такъв параметър като тока на изтичане. Тъй като в реалния живот диелектрикът все още пропуска малък ток между плочите, това води до загуба във времето на първоначалния заряд на кондензатора.