Velika vrijednost kapacitivnosti kondenzatora. Što je kondenzator
Duljina i udaljenost Masa Mjere volumena rasutih proizvoda i prehrambenih proizvoda Površina Količina i jedinice mjere u kulinarski recepti Temperaturni tlak, mehaničko naprezanje, Youngov modul Energija i rad Snaga Snaga Vrijeme Linearna brzina Kut ravnine Toplinska učinkovitost i učinkovitost goriva Brojevi Informacijske jedinice Tečajevi Veličine ženske odjeće i obuće Veličine muške odjeće i obuće Kutne brzine i učestalost rotacije Ubrzanje Kutno ubrzanje Gustina Specifično zapremina Moment tromosti Moment sile Okretni moment Specifična toplina izgaranja (po masi) Gustina energije i specifična toplina izgaranja goriva (po zapremini) Temperaturna razlika Koeficijent toplinskog širenja Toplinski otpor Specifična toplinska vodljivost Određena toplina Izloženost energiji, snaga toplotnog zračenja Gustoća toplinskog toka Koeficijent prijenosa topline Zapreminski protok Maseni protok Molarni protok Masovni protok gustoća Molarna koncentracija Masna koncentracija u otopini Dinamička (apsolutna) viskoznost Kinematička viskoznost Površinska napetost Propusnost pare Propusnost pare, brzina prijenosa pare Razina zvuka Osjetljivost mikrofona Razina zvučnog tlaka (SPL ) Svjetlina Svjetlosni intenzitet Osvjetljenje Osvjetljenje u računalnoj grafici Frekvencija i valna duljina Optička snaga u dioptrijama i žarišna duljina Optička snaga u dioptrijama i povećanje leće (×) Električni naboj Linearna gustoća napunjenosti Površinska gustoća naboja Nasipna gustoća naboj Električna struja Linearna gustoća struje Površinska gustoća struje Napon električno polje Elektrostatički potencijal i napon Električni otpor Specifičan električni otpor Električna vodljivost Specifična električna provodljivost Kapacitivnost Induktivnost Američki mjerač žice Razine u dBm (dBm ili dBmW), dBV (dBV), vatima itd. Magnetomotivna sila Napon magnetsko polje Magnetski tok Magnetska indukcija Brzina apsorbirane doze ionizirajućeg zračenja Radioaktivnost. Radioaktivni raspad Zračenje. Doza izloženosti Zračenje. Apsorbirana doza Decimalni prefiksi Prijenos podataka Tipografija i obrada slika Jedinice volumena drveta Izračunajte molarnu masu Periodični sustav kemijski elementi D. I. Mendeleeva
1 farad [F] \u003d 1.000.000 mikrofarada [μF]
Početna vrijednost
Pretvorena vrijednost
farad exafarad petafarad terafarad gigafarad megafarad kilofarad hectofarad decafarad decifarad santifarad millifarad microfarad nanofarad picofarad femtofarad attofarad privjesak po voltu abfarad jedinica kapaciteta SGSM jedinica jedinice kapaciteta
Metrički sustav i SI
Više o električnom kapacitetu
Opće informacije
Električni kapacitivnost je veličina koja karakterizira sposobnost vodiča da akumulira naboj, jednak omjeru električnog naboja i potencijalnoj razlici između vodiča:
C \u003d Q / ∆φ
Ovdje P - električno punjenje, izmjereno u privjescima (Kl), - razlika potencijala, izmjerena u voltima (V).
U SI sustavu električni se kapacitet mjeri u faradama (F). Ova je jedinica dobila ime po engleskom fizičaru Michaelu Faradayu.
Farad je vrlo velikog kapaciteta za izolirani vodič. Dakle, metalna osamljena kugla polumjera od 13 sunčevih radijusa imala bi kapacitet jednak 1 faradu. A kapacitet metalne kugle veličine Zemlje bio bi oko 710 mikrofarada (μF).
Budući da je 1 farad vrlo velik kapacitet, stoga se koriste manje vrijednosti, kao što su: mikrofarad (μF), jednak milijuntojini farada; nanofarad (nF) jednak milijardi; pikofarad (pF) jednak jednom bilijuntu farada.
U CGSE sustavu glavna jedinica kapaciteta je centimetar (cm). 1 centimetar kapaciteta je električni kapacitet lopte polumjera 1 centimetar, smještene u vakuumu. CGSE je prošireni CGS sustav za elektrodinamiku, odnosno sustav jedinica u kojem se centimetar, gram i sekunda uzimaju kao osnovne jedinice za izračunavanje duljine, mase i vremena. U proširenom CGS-u, uključujući CGSE, neke fizičke konstante uzimaju se kao jedinstvo kako bi se pojednostavile formule i olakšali izračuni.
Korištenje kapaciteta
Kondenzatori - uređaji za pohranu naboja u elektroničkoj opremi
Pojam električne kapacitivnosti odnosi se ne samo na vodič, već i na kondenzator. Kondenzator je sustav od dva vodiča odvojena dielektrikom ili vakuumom. U najjednostavnijoj verziji, dizajn kondenzatora sastoji se od dvije elektrode u obliku ploča (ploča). Kondenzator (od lat. Condensare - "kondenzirati", "zgusnuti") je dvoelektrodni uređaj za pohranu naboja i energije elektromagnetskog polja, u najjednostavnijem slučaju to su dva vodiča odvojena nekom vrstom izolatora. Na primjer, ponekad radioamateri, u nedostatku gotovih dijelova, izrađuju kondenzatore za obrezivanje svojih krugova od dijelova žica različitih promjera, izoliranih lakom, dok je na deblju namotana tanja žica. Prilagođavanjem broja zavoja, radioamateri precizno podešavaju konturu opreme na željenu frekvenciju. Primjeri slika kondenzatora na električni krugovi prikazani su na slici.
Povijesna referenca
Još prije 275 godina bili su poznati principi stvaranja kondenzatora. Tako su 1745. godine u Leidenu njemački fizičar Ewald Jürgen von Kleist i nizozemski fizičar Peter van Muschenbruck stvorili prvi kondenzator - “ leiden tegla"- zidovi staklene posude bili su izolator u njoj, a voda u posudi i dlan eksperimentatora koji je držao posudu poslužili su kao ploče. Takva "staklenka" omogućila je nakupljanje naboja reda mikrokulona (μC). Nakon što je izumljen, često se eksperimentiralo i izvodilo u javnosti. Za to je staklenka prvo napunjena statična strujatrljajući ga. Nakon toga je jedan od sudionika rukom dodirnuo limenku i primio mali električni udar. Poznato je da se 700 pariških redovnika držalo za ruke u Leydenovom eksperimentu. U tom je trenutku, kad je prvi redovnik dotaknuo glavu staklenke, svih 700 redovnika, okupljenih u jednom grču, povikalo od užasa.
"Leiden banka" došla je u Rusiju zahvaljujući ruskom caru Petru I, koji je susreo Mushenbrucka tijekom njegovih putovanja po Europi i saznao više o eksperimentima s "Leiden bankom". Petar I osnovao je Akademiju znanosti u Rusiji i Muschenbrooku naručio razne instrumente za Akademiju znanosti.
U budućnosti su se kondenzatori poboljšali i postali manji, a njihov kapacitet je veći. Kondenzatori se široko koriste u elektronici. Na primjer, kondenzator i prigušnica tvore titrajni krug koji se može koristiti za podešavanje prijemnika na željenu frekvenciju.
Postoji nekoliko vrsta kondenzatora koji se razlikuju konstantnim ili promjenjivi kapacitet i dielektrični materijal.
Primjeri kondenzatora
Industrija proizvodi velik broj vrsta kondenzatora za različite svrhe, ali njihove su glavne karakteristike kapacitet i radni napon.
Tipična vrijednost kontejneri kondenzatori se razlikuju od jedinica pikofarada do stotina mikrofarada, s izuzetkom superkondenzatora, koji imaju malo drugačiji karakter stvaranja kapaciteta - zbog dvostrukog sloja na elektrodama - po tome su slični elektrokemijskim baterijama. Superkondenzatori na bazi nanocijevi imaju izuzetno razvijenu površinu elektroda. Ove vrste kondenzatora imaju tipične vrijednosti kapacitivnosti na desetke farada, au nekim slučajevima mogu zamijeniti tradicionalne elektrokemijske baterije kao izvore struje.
Drugi najvažniji parametar kondenzatora je njegov radni napon... Prekoračenje ovog parametra može dovesti do kvara kondenzatora, stoga je kod gradnje stvarnih krugova uobičajeno koristiti kondenzatore s dvostrukim radnim naponom.
Da biste povećali vrijednosti kapacitivnosti ili radnog napona, upotrijebite tehniku \u200b\u200bkombiniranja kondenzatora u baterije. Kad su dva kondenzatora istog tipa spojena u seriju, radni napon se udvostručuje, a ukupni kapacitet prepolovljuje. Kad su paralelno spojena dva kondenzatora istog tipa, radni napon ostaje isti, a ukupni kapacitet se udvostručuje.
Treći najvažniji parametar kondenzatora je temperaturni koeficijent promjene kapaciteta (TKE)... Daje ideju o promjeni kapaciteta u uvjetima promjenjivih temperatura.
Ovisno o namjeni, kondenzatori se dijele na kondenzatore opće namjene čiji zahtjevi nisu kritični i na kondenzatore posebne namjene (visokonaponski, precizni i s raznim TKE).
Oznaka kondenzatora
Kao i otpornici, ovisno o dimenzijama proizvoda, mogu se koristiti pune oznake s naznakom nominalnog kapaciteta, klase odstupanja od nazivnog i radnog napona. Za male kondenzatore upotrijebite kodno označavanje tri ili četiri znamenke, mješovito alfanumeričko i kodiranje u boji.
Odgovarajuće tablice za ponovni izračun oznaka po nominalnoj vrijednosti, radnom naponu i TKE mogu se naći na Internetu, ali najučinkovitija i najpraktičnija metoda za provjeru ocjene i upotrebljivosti elementa stvarnog kruga ostaje izravno mjerenje parametri zalemljenog kondenzatora pomoću multimetra.
Upozorenje: budući da se kondenzatori mogu akumulirati veliki naboj u vrlo visoki naponkako bi se izbjegao poraz elektro šok potrebno je isprazniti kondenzator prije mjerenja parametara kondenzatora kratkim spajanjem njegovih stezaljki žicom s velikim otporom vanjske izolacije. Za to su najprikladniji standardni vodovi mjerača.
Oksidni kondenzatori: ovaj tip kondenzatora ima veliki specifični kapacitet, odnosno kapacitet po jedinici težine kondenzatora. Jedna ploča takvih kondenzatora obično je aluminijska traka prekrivena slojem aluminijskog oksida. Elektrolit služi kao druga ploča. Budući da oksidni kondenzatori imaju polaritet, bitno je uključiti takav kondenzator u strujni krug strogo u skladu s polaritetom napona.
Čvrsti kondenzatori: umjesto tradicionalnog elektrolita, za ploču koriste organski polimer, provodnu struju ili poluvodič.
Promjenjivi kondenzatori: kapacitet se može mijenjati mehanički, električni napon ili pomoću temperature.
Filmski kondenzatori: raspon kapacitivnosti ove vrste kondenzatora je približno 5 pF do 100 μF.
Dostupne su i druge vrste kondenzatora.
Superkondenzatori
Superkondenzatori ovih dana stječu popularnost. Superkondenzator (superkondenzator) je hibrid kondenzatora i kemijskog izvora struje, čiji se naboj nakuplja na sučelju između dva medija - elektrode i elektrolita. Stvaranje superkondenzatora započelo je 1957. godine, kada je patentiran kondenzator s dvostrukim električnim slojem na poroznim ugljičnim elektrodama. Dvostruki sloj kao i porozni materijal pomogli su povećati kapacitet takvog kondenzatora povećavajući površinu. U budućnosti je ova tehnologija dopunjena i poboljšana. Superkondenzatori su na tržište ušli početkom osamdesetih godina prošlog stoljeća.
Pojavom superkondenzatora postalo je moguće koristiti ih u električni krugovi kao izvori napona. Takvi superkondenzatori imaju dug radni vijek, malu težinu i visoke stope punjenja i pražnjenja. U budućnosti ova vrsta kondenzatora može zamijeniti konvencionalne baterije. Glavni nedostaci superkondenzatora su njihova niža specifična energija (energija po jedinici težine) od elektrokemijskih baterija, nizak radni napon i značajno samopražnjenje.
Superkondenzatori se koriste u automobilima Formule 1. U sustavima za oporabu energije tijekom kočenja stvara se električna energija koja se akumulira u zamašnjaku, baterijama ili superkondenzatorima za daljnju upotrebu.
U potrošačkoj elektronici superkondenzatori se koriste za stabilizaciju glavnog napajanja i kao rezervni izvor napajanja za uređaje poput uređaja za reprodukciju, baterijskih svjetiljki, automatskih mjerača i drugih uređaja s baterijskim napajanjem i promjenjivim opterećenjem, pružajući snagu pod povećanim opterećenjem.
U javnom prijevozu uporaba ionistora posebno obećava za trolejbuse, budući da postaje moguće provesti autonomno trčanje i povećati upravljivost; također se superkondenzatori koriste u nekim autobusima i električnim vozilima.
Električne automobile trenutno proizvode mnoge tvrtke, na primjer: General Motors, Nissan, Tesla Motors, Toronto Electric. Sveučilište u Torontu udružilo se s tvrtkom Toronto Electric kako bi razvilo potpuno kanadsko električno vozilo A2B. Koristi superkondenzatore zajedno s kemijskim izvorima energije, takozvano hibridno skladište električne energije. Motori ovog automobila pokreću se baterijama teškim 380 kilograma. Solarne ploče instalirane na krovu električnog vozila također se koriste za punjenje.
Kapacitivni zasloni osjetljivi na dodir
U suvremeni uređaji sve se više koriste dodirni zasloni koji vam omogućuju upravljanje uređajima dodirivanjem ploča s indikatorima ili zaslonima. Zasloni osjetljivi na dodir su različitih vrsta: otporni, kapacitivni i drugi. Mogu odgovoriti na jedan ili više simultanih dodira. Načelo rada kapacitivnih zaslona temelji se na činjenici da objekt velikog kapaciteta provodi izmjeničnu struju. U ovom slučaju, ovaj je objekt ljudsko tijelo.
Površinski kapacitivni ekrani
Dakle, površinski kapacitivni zaslon osjetljiv na dodir je staklena ploča prekrivena prozirnim otpornim materijalom. Kao otporni materijal obično se koristi slitina indij-oksida i kositrenog oksida koja ima visoku prozirnost i malu površinsku otpornost. Elektrode koje hrane malu izmjenični naponnalaze se u uglovima zaslona. Kad takvi zaslon dodirnete prstom, pojavljuje se struja curenja koja se u četiri kuta registrira senzorima i prenosi na kontroler koji određuje koordinate dodirne točke.
Prednost takvih zaslona je njihova trajnost (oko 6,5 godina klikova s \u200b\u200brazmakom od jedne sekunde ili oko 200 milijuna klikova). Vrlo su prozirni (približno 90%). Zahvaljujući tim prednostima, kapacitivni zasloni aktivno zamjenjuju otporne zaslone od 2009. godine.
Nedostatak kapacitivnih zaslona je što ne rade dobro na negativnim temperaturama; postoje poteškoće s upotrebom takvih zaslona u rukavicama. Ako se vodljivi sloj nalazi na vanjskoj površini, tada je zaslon prilično ranjiv, pa se kapacitivni zasloni koriste samo u onim uređajima koji su zaštićeni od vremenskih utjecaja.
Projektirani kapacitivni ekrani
Pored površinski kapacitivnih zaslona, \u200b\u200bpostoje i projekciono-kapacitivni zasloni. Njihova razlika leži u činjenici da je mreža elektroda nanesena na unutarnju stranu zaslona. Elektroda koja dodiruje tvori kondenzator zajedno s ljudskim tijelom. Zahvaljujući mreži možete dobiti točne koordinate dodira. Projektirani kapacitivni zaslon reagira na dodir kada nosi tanke rukavice.
Projektirani kapacitivni zasloni također su vrlo prozirni (oko 90%). Oni su izdržljivi i dovoljno jaki, pa se široko koriste ne samo u osobnoj elektronici, već i u strojevima, uključujući one instalirane na ulici.
Je li vam teško prevesti mjernu jedinicu s jednog jezika na drugi? Kolege su vam spremne pomoći. Pošaljite pitanje TCTermsu a odgovor ćete dobiti u roku od nekoliko minuta.
Što je kondenzator? Kako radi? Tko je izumio prvi kondenzator na svijetu? - danas ćemo detaljno otkriti sva ta pitanja. Pa što je ovaj uređaj. Mnogi se u školi sjećaju toga kondenzator -
to je uređaj dizajniran za spremanje i prijenos punjenja. Sastoji se od dvije metalne ploče, između kojih se nalazi dielektrični sloj.
Povijest ovog uređaja započela je 1745. godine, kada su njemački fizičar Ewald Jürgen von Kleist i nizozemski fizičar Peter van Muschenbruck slučajno stvorili Leydenovu posudu. Tada je postala prvi kondenzator na svijetu. Najvažnija stvar u kondenzatoru je njegov kapacitet i nazivni napon.
Kapacitet -
to je sposobnost kondenzatora da u sebi pohrani električni naboj. Kapacitet se mjeri u Faradima (F). Najčešće vrijednosti u izračunima su:
- pikofarad (10 -12);
- nanofarad (10 -9);
- mikrofarad (10 -6).
Dopustite mi da vam dam primjer: kapacitet našeg planeta Zemlje je 710 μF. Da biste dobili 1 Farad, potreban vam je vodič čiji bi se potencijal povećao za 1V kada bi se na njega prenosio naboj od 1 Coulomb-a. Oni. jasno je da je 1 Farad vrlo velikog kapaciteta, stoga se u izračunima ili u dizajnu često koriste male vrijednosti (pcF, nF, μF). Usput, evo malo varalica: 1mkF \u003d 1000nF \u003d 1000000pkF. Kondenzatori se nalaze u gotovo bilo kojem električni uređaji: u uređajima, u računalima,
, u daskama itd.
I znajte da se kapacitet povećava s površinom ploča i smanjuje s razmakom između njih. Čini se da je s kapacitetom sve jasno, prijeđimo sada na nazivni napon.
to je napon iznad kojeg dolazi do dielektričnog sloma. Stoga će rad uređaja prestati, jer kad se dielektrik pokvari, nominalni napon ovisi i o samom dielektriku (materijalu) i o udaljenosti između ploča. Također je potrebno znati da nazivni napon mora biti najmanje 2 puta veći od onog koji će se na njega primijeniti tijekom rada. Drugim riječima, ako je napajanje dizajnirano za 12V, tada nazivni napon kondenzatora mora biti najmanje 12 * 2 \u003d 24V. IZ nazivnog napona, Nadam se da je sve jasno, idemo dalje.
Što mislite da određuje vrijeme punjenja i pražnjenja samog kondenzatora? Vjerojatno ste već pogodili da kapacitet i opći otpor lanci. Odnosno, što su veći kapacitet i otpor, to će trebati više vremena za punjenje. Napokon, ako je kapacitet velik, posljedično će i količina sadržanog punjenja u njemu biti veća, što znači da će i vrijeme punjenja i pražnjenja biti duže. To je kao sa
Pa, otpor smanjuje struju, a ako je struja mala, trebat će više vremena za punjenje.
U stvarnom životu se mora zapamtiti da postoji tzv struja propuštanja
... Malo ljudi zna da dielektrik i dalje propušta malu struju između ploča. A ako propusti, s vremenom to dovodi do gubitka izvornog naboja. Oni. ako je kondenzator bio potpuno napunjen, tada će nakon određenog vremena punjenje u njemu postati manje i smanjivat će se do sljedeće veze s mrežom.
Vrste kondenzatora
Ispitali smo glavne karakteristike, a također smo saznali o čemu ovise vremena punjenja i pražnjenja i kako struja propuštanja utječe na punjenje kondenzatora. Svi se kondenzatori razlikuju u veličini i unutarnjim karakteristikama. Stoga je bolje znati vrste kondenzatora, ovo je korisno u radiotehnici, elektronici ... S lijeve strane je kratka oznaka (BM, KD, BMT, itd.), A s desne je njezino dekodiranje:
BM - papir male veličine
BMT - papir male veličine otporan na toplinu
KD - keramički disk
KLS - keramički lijevani presjek
KM - keramički monolit
KPK-M - mali keramički trimer
CSR - oblikovana tinjac
CT - keramička cjevasta
MBG - metal-papir zapečaćen
MBGO - jednoslojni zapečaćeni metal-papir
MBGT - metal-papir zapečaćen otporan na toplinu
MBGCH - jednoslojni zapečaćeni metal-papir
MBM - metalni papir male veličine
PM - polistiren male veličine
PO - otvoreni film
PSO - otvoreni film od stirofleksa
Polarizirani i nepolarizirani kondenzatori
Pomnim pregledom slučaja možete vidjeti oznaku na stupovima "+" i "-". Oni kondenzatori koji imaju takve oznake nazivaju se polarizirano, i oni koji ih nemaju - nepolariziran... Ove oznake moraju se uzeti u obzir (plus na plus, moje na minus), inače, ako veza nije ispravna, kondenzator neće uspjeti. Ali nemaju svi uređaji ovu oznaku. Na primjer, oni uređaji s kapacitetom većim od 0,5 μF polarizirani su, a nepolarizirani uključuju keramički disk i druge kapacitivne kondenzatore.
Glavni element gubitaka je dielektrik... S porastom učestalosti, vlaga okoliš ili 
gubici se povećavaju. Na primjer, kada se temperatura promijeni, udaljenost između ploča se mijenja i svojstva kondenzatora mijenjaju se u skladu s tim. Minimalni gubici imaju oni uređaji čiji je dielektrik izrađen od visokofrekventne keramike, kao i od papira i feroelektrične keramičke dielektrike.
Ovisno o dizajnu i dielektriku, kondenzatori se razlikuju temperaturni koeficijent kapaciteta (TKE). Prikazuje relativnu promjenu kapaciteta kada se temperatura promijeni za 1 ° C. Štoviše, temperaturni koeficijent kapaciteta može biti i pozitivan i negativan. Prema vrijednosti i predznaku TKE, svi su kondenzatori podijeljeni u skupine kojima su dodijeljene slovne oznake i boja kućišta.
Gubici se moraju uzeti u obzir prilikom zamjene oštećenog kondenzatora.
Nakon čitanja ovog teksta naučili ste što je kondenzator i kako se karakterizira. Hvala na pažnji)))
U prvoj aproksimaciji, kondenzatori (slika 1.8) su otpornici ovisni o frekvenciji.
Omogućuju vam stvaranje, na primjer, frekventno ovisnih razdjelnika napona. Da bi se riješili neki problemi (ranžiranje, povezivanje krugova), nije potrebno puno znanja o kondenzatu, drugi zadaci (izgradnja filtara, rezonantni krugovi, pohrana energije) zahtijevaju dublje znanje. Na primjer, kondenzatori ne rasipaju energiju, iako kroz njih teče struja - činjenica je da su struja i napon na kondenzatoru međusobno izvan faze 90º.
Kondenzator je uređaj koji ima dva terminala i ima sljedeća svojstva:
Kondenzator kapacitivnosti C farad na koji se primjenjuje napon Uvolti, akumulira naboj Q coulomb.
Diferencirajući izraz za -Q, dobivamo
(6)
Dakle, kondenzator je složeniji element od otpora; struja je proporcionalna ne samo naponu, već i brzini promjene napona. Ako se napon na kondenzatoru od 1 F promijeni za 1 V za 1 s, tada dobivamo struju od 1 A. Suprotno tome, protok od 1 A kroz kondenzator od 1 F uzrokuje promjenu napona od 1 V za 1 s. Kapacitet jednak jednom faradu vrlo je velik i stoga se često bave mikrofaradima (μF) ili pikofaradima (pF). (Kako bi zbunili neupućene, dana shematski dijagrami ponekad se izostavljaju oznake mjernih jedinica. Moraju se pogoditi iz konteksta.) Primjerice, ako primijenite struju od 1 mA na kondenzator kapaciteta 1 μF, tada će se napon za 1 s povećati za 1000 V. Puls struje u trajanju od 10 ms uzrokovat će porast napona na kondenzatoru za 10 V (slika 1.9).
Industrija proizvodi kondenzatore različitih oblika i veličina; nakon nekog vremena upoznat ćete najčešće predstavnike ove goleme obitelji. Najjednostavniji kondenzator sastoji se od dva vodiča smještena na kratkoj međusobnoj udaljenosti (ali međusobno u kontaktu); pravi najjednostavniji kondenzatori imaju upravo ovaj dizajn. Da biste dobili veći kapacitet, potrebna vam je veća površina i manji razmak između vodiča; obično je za to jedan od vodiča prekriven tankim slojem izolacijskog materijala (koji se naziva dielektrikom); za takve se kondenzatore, na primjer, koristi aluminizirani (aluminijumski obložen) milarski film. Sljedeće vrste kondenzatora su široko korištene: keramičke, elektrolitske (izrađene od metalne folije izoksidni film kao izolator), tinjac (izrađen od metalizirane tinjca). Svaka vrsta kondenzatora ima svoje osobine. Općenito možemo reći da su keramički i mylarni kondenzatori prikladni za nekritične krugove; u krugovima koji zahtijevaju velik kapacitet koriste se tantalski kondenzatori, a elektrolitski kondenzatori za filtriranje u izvorima napajanja.
Paralelno i serijsko povezivanje kondenzatora
Kapacitet nekoliko paralelno spojenih kondenzatora jednak je zbroju njihovih kapaciteta. Nije teško to provjeriti: tada na paralelnu vezu priključujemo napon
(8)
Za serijska veza kondenzatori imaju isti izraz kao za paralelna veza otpornici:
(9)
U određenom slučaju za dva kondenzatora
(10)
§ 1.5. Vremenske varijacije napona i struje
RC krugovi
Za analizu kruga naizmjenična struja (ili u općenitom slučaju krugova koji rade s različitim naponima i strujama) mogu se koristiti dvije vrste karakteristika. Prvo, možete razmotriti promjene napona U i trenutni Ja u vremenu, i drugo, promjena amplitude kad se frekvencija signala promijeni. I te i druge karakteristike imaju svoje prednosti, au svakom praktičnom slučaju morate odabrati najprikladnije. Započet ćemo naše proučavanje krugova izmjenične struje s vremenskim ovisnostima, a zatim ćemo prijeći na frekvencijske odzive.
Koja su svojstva krugova koji uključuju kondenzatore? Da biste odgovorili na ovo pitanje, razmotrite najjednostavnije RC krug(Slika 1.10).
Upotrijebimo prethodno dobiveni izraz za kapacitet:
Ovaj izraz je diferencijalna jednadžba, čije rješenje ima oblik
(12)
Iz toga slijedi da će se napunjeni kondenzator spojiti na otpornik, on će se isprazniti kao što je prikazano na sl. 1.11.
Vremenska konstanta
RC proizvod se naziva vremenska konstantalanci. Ako je a Rmjereno u ohima, a C u faradima, tada će se mjeriti RC proizvoda u sekundama. Za kondenzator od 1 μF spojen na otpor od 1 kΩ, vremenska konstanta je 1 ms; ako je kondenzator bio unaprijed napunjen i napon na njemu je 1 V, tada se, kada je otpornik spojen, u krugu pojavi struja od 1 mA. Na sl. 1.12 prikazuje malo drugačiju shemu.
Lik: 1.12. Lik: 1.13.
U trenutku t \u003d 0, krug je spojen na bateriju. Jednadžba koja opisuje rad takvog kruga je sljedeća:
i ima rješenje
(14)
Nemojte se uznemiriti ako ne razumijete kako se izvodi matematička transformacija. Važno je upamtiti dobiveni rezultat. U budućnosti ćemo ga koristiti više puta bez pribjegavanja matematičkim proračunima. Konstantno Iodređuje se iz početnih uvjeta (slika 1.13.): U \u003d 0 at t \u003d 0,odakle A \u003d -U ui U \u003d U u (1 - e - t / RC).
Balansiranje
Pod uvjetom t \u003e\u003e RC, napon U doseže vrijednost U u.(Savjetujemo vam da upamtite dobro pravilo palca zvano pravilo pet RC. U njemu se kaže da se u vremenu jednakom pet vremenskih konstanti kondenzator puni ili prazni 99%.) Ako se tada promijeni ulazni napon U u (neka bude jednak, na primjer, nuli), tada će se napon na kondenzatoru U smanjiti , težeći novoj vrijednosti eksponencijalno e - t / RC.
Diferencirajući krugovi
Razmotrimo sklop prikazan na sl. 1.14. Napon kondenzatora IZjednako U u -U,tako
Ako su otpornik i kondenzator odabrani tako da su otpor R i kapacitet IZbili dovoljno mali i stanje dU / dt <
Dakle, dobili smo da je izlazni napon proporcionalan brzini promjene ulaznog signala.
Da bi stanje dU / dt<
Lanci za razlikovanje prikladni su za izolaciju ispredi zadnjim rubovimaimpulsne signale, a u digitalnim krugovima ponekad možete pronaći sklopove poput onoga prikazanog na sl. 1.16.
Diferencirajući RC krug generira impulse u obliku kratkih vrhova u trenucima prebacivanja ulaznog signala, a izlazno pojačalo pojačala pretvara te impulse u kratke pravokutne impulse. U stvarnim krugovima negativni vrh je mali zbog diode ugrađene u odbojnik.
Ponekad shema odjednom počne pokazivati \u200b\u200brazličita svojstva i to u situacijama kada su potpuno nepoželjna. U tom se slučaju mogu uočiti signali slični onima prikazanim na sl. 1.17. Prvi signal (točnije, impulsni šum) može se pojaviti kada postoji kapacitivna sprega između dotične crte i kruga u kojem je prisutan kvadratni val; uzrok takvih smetnji može biti odsutnost EOL otpornika u liniji.
Ako postoji otpor, tada ili smanjite otpor izvora signala za vod ili pronađite način da oslabite kapacitivnu spregu s pravokutnim izvorom signala. Signal drugog tipa može se opaziti u krugu kroz koji mora proći pravokutni signal, ako postoji kvar u kontaktu s tim krugom, na primjer u sondi osciloskopa. Mali kapacitivnost zbog lošeg kontakta i ulazna impedancija osciloskopa čine diferencijacijski krug. Ako utvrdite da se vaš krug "nešto" razlikuje, onda vam ovo može pomoći da pronađete uzrok problema i riješite ga.
Integrirajući krugovi
Razmotrimo sklop prikazan na sl. 1.18. Napon otpornika Rje jednako U u - U,prema tome, I \u003d C (dU / dt) \u003d (U inx - U) / R. Ako je uvjet U<zbog velike vrijednosti proizvoda RC , dobivamo C (dU / dt) ~ U u / R ili
(17)
Dobili smo sklop za integriranje ulaza s vremenom! Razmotrimo kako ova shema omogućuje aproksimaciju integracije u slučaju pravokutnog ulaznog signala: U (t)je poznati graf eksponencijalne ovisnosti koja određuje naboj kondenzatora (slika 1.19).
Prvi odjeljak eksponenta (integral gotovo konstantne vrijednosti) ravna je crta s konstantnim nagibom; kako se RC vremenska konstanta povećava, koristi se sve manji i manji početni eksponent, pružajući tako bolju aproksimaciju idealnog pilastog signala.
Imajte na umu da je uvjet U< ekvivalent je činjenici da je struja proporcionalna naponu U u.Kada bi struja I (t) djelovala kao ulazni signal, a ne napon, tada bismo dobili idealan integrator. Izvor struje može biti otpornik s velikim otporom i velikim padom napona na njemu, a u praksi se često koristi aproksimacija.
U budućnosti ćete naučiti kako izgraditi integrator bez pribjegavanja uvjetu U out<... Takav integrator djeluje u širokom rasponu frekvencija i napona s zanemarivom pogreškom.
Integrirajući krugovi široko se koriste u analognoj tehnologiji. Koriste se u sustavima upravljanja, povratnim krugovima, analogno-digitalnoj pretvorbi i generiranju oscilacija.
Pilasti generatori signala
Sada možete lako razumjeti kako radi generator pilastih signala. Ovaj se krug dobro pokazao i našao je vrlo široku primjenu: koristi se u vremenskim krugovima, u generatorima sinusoidnih i drugih vrsta oscilacija, u krugovima pomicanja osciloskopa, u analogno-digitalnim pretvaračima. Prikazana je na si. 1.20.
Slika 1.20. Lik: 1.21.
Iz jednadžbe za struju koja prolazi kroz kondenzator, I \u003d C (dU / dt)dobivamo U (t) \u003d (I / C) t . Izlazni signal prikazan je na sl. 1.21. Linearni porast signala prestaje kad se napon izvora struje "osuši", tj. Dosegne se njegova granična vrijednost. Krivulja za jednostavan RC krug s otpornikom spojenim na izvor napona ponaša se slično slučaju kada izvor struje dosegne granicu. Na sl. 1.21 ova druga krivulja prikazana je za slučaj kada je R odabran tako da je struja pri nultom izlaznom naponu jednaka struji izvora struje; u ovom slučaju, druga krivulja teži istoj granici kao i izlomljena crta. (U stvarnim izvorima napajanja izlazni napon ograničen je naponom napajanja koja se u njima koriste, pa je takvo ponašanje prilično vjerojatno.) U sljedećem ćemo poglavlju o tranzistorima izgraditi jednostavne krugove za izvore struje, a u poglavljima koja se bave operativnim pojačalima i tranzistorima s efektom polja. njihovi poboljšani tipovi.
§ 1.6. Prigušnice i transformatori
Induktivnost
Ako razumijete što je kondenzator, tada ćete shvatiti što je induktivitet (slika 1.22).
Usporedimo induktivitet i kondenzator jedni s drugima; u induktivitetu brzina promjene struje ovisi o primijenjenom naponu, a u kondenzatoru brzina promjene napona ovisi o protoku struje. Jednadžba induktiviteta je sljedeća:
(18)
gdje je L - induktivitetu henriju (ili mH, mH, itd.). Napon primijenjen na induktivitet uzrokuje porast struje koja kroz njega prolazi, a promjena struje događa se prema linearnom zakonu i da bi struja prošla kroz kondenzator, to će dovesti do porasta napona na njemu, a promjena napona će se dogoditi prema linearnom zakonu); napon od 1V primijenjen na induktivitet od 1H dovodi do povećanja struje kroz induktivitet brzinom od 1A za 1s.
Uobičajeno, induktivnost se prikazuje kao nekoliko zavoja žice - najjednostavnija induktivnost ima takav dizajn. Drugi, napredniji dizajni uključuju jezgru oko koje je namotana žica. Materijal za jezgru najčešće je željezo (ploče valjane od legura željeza ili izrađene metalurškim metodama praha) ili ferit, koji je krhki, neprovodljivi crni magnetski materijal. Jezgra omogućuje povećanje induktivnosti zavojnice zbog magnetskih svojstava materijala jezgre. Jezgra može biti izrađena u obliku šipke, torusa ili može imati neki bizarniji oblik, poput "lonca" (nije to tako lako riječima opisati: zamislite posudu za pečenje krafne koja se može podijeliti na pola).
Prigušnice se najčešće koriste u RF krugovima, gdje se koriste kao RF prigušnice, te u rezonantnim krugovima. Par spregnutih prigušnica tvori tako zanimljiv element kao transformator.
U osnovi je induktivnost suprotna kondenzatoru.
Kondenzator - elektronička komponenta dizajnirana za pohranu električnog naboja. Sposobnost kondenzatora da pohrani električni naboj ovisi o njegovoj glavnoj karakteristici - kapacitet. Kapacitet kondenzatora (C) definiran je kao omjer količine električnog naboja (Q) i napona (U).
Kapacitet kondenzatora mjeri se u faradama (F) - jedinice nazvane po britanskom fizičaru Michaelu Faradayu. Kapacitet u jedan farad (1F) jednak je iznosu naboja u jedan privjesak (1C), stvarajući napon na kondenzatoru u jedan volt (1 V). Sjetite se toga jedan privjesak (1C) jednaka je količini naboja koji je prošao kroz vodič za jednu sekundu (1 sek) pri jačini struje u jedan amper (1A).
Međutim, privjesak je vrlo velika količina naboja u odnosu na to koliko većina kondenzatora može pohraniti. Iz tog se razloga za mjerenje kapacitivnosti obično koriste mikrofaradi (µF ili uF), nanofaradi (nF) i pikofaradi (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
Plosnati kondenzator
Postoje mnoge vrste kondenzatora u različitim oblicima i unutarnjim rasporedima. Razmotrimo najjednostavnije i najosnovnije - ravni kondenzator. Plosnati kondenzator sastoji se od dvije paralelne ploče vodiča (ploča), međusobno električno izoliranih zrakom ili od posebnog dielektričnog materijala (poput papira, stakla ili liskuna).
Punjenje kondenzatora. Trenutno
Po svojoj namjeni kondenzator podsjeća na bateriju, ali se i dalje uvelike razlikuje po principu rada, maksimalnom kapacitetu i brzini punjenja / pražnjenja.
Razmotrimo princip rada ravnog kondenzatora. Ako na njega priključite izvor napajanja, negativno nabijene čestice u obliku elektrona počet će se skupljati na jednoj ploči vodiča, a pozitivno nabijene čestice u obliku iona na drugoj. Budući da se između ploča nalazi dielektrik, nabijene čestice ne mogu "skočiti" na suprotnu stranu kondenzatora. Međutim, elektroni se premještaju iz izvora napajanja u pločicu kondenzatora. Zbog toga kroz krug teče električna struja.
Na samom početku uključivanja kondenzatora u krug, na njegovim pločama ima najviše slobodnog prostora. Prema tome, početna struja u ovom trenutku zadovoljava najmanji otpor i maksimalna je. Kako se kondenzator puni nabijenim česticama, struja se postupno smanjuje sve dok se slobodni prostor na pločama ne istroši i struja uopće ne prestane.
Vrijeme između stanja "praznog" kondenzatora s maksimalnom vrijednošću struje i "punog" kondenzatora s minimalnom vrijednošću struje (tj. Bez struje) naziva se prijelazno razdoblje naboja kondenzatora.
Punjenje kondenzatora. napon
Na samom početku prijelaznog razdoblja punjenja napon između ploča kondenzatora je nula. Čim se na pločama počnu pojavljivati \u200b\u200bnabijene čestice, između suprotnih naboja nastaje napon. Razlog tome je dielektrik između ploča koji "ometa" naboje suprotnih znakova koji teže jedni drugima da se pomaknu na drugu stranu kondenzatora.
U početnoj fazi punjenja napon brzo raste, jer velika struja vrlo brzo povećava broj nabijenih čestica na pločama. Što se kondenzator više puni, to je struja manja, a napon sporije raste. Na kraju prijelaznog razdoblja, napon na kondenzatoru prestat će u potpunosti rasti i izjednačit će se s naponom na napajanju.
Kao što možete vidjeti na grafikonu, trenutna jačina kondenzatora izravno ovisi o promjeni napona.
Formula za pronalaženje struje kondenzatora tijekom prijelaznog razdoblja:
- C - Kapacitet kondenzatora
- ΔVc / Δt - Promjena napona na kondenzatoru tijekom određenog vremenskog razdoblja
Pražnjenje kondenzatora
Nakon što se kondenzator napuni, odvojite napajanje i priključite teret R. Budući da je kondenzator već napunjen, pretvorio se u sam izvor napajanja. Teret R činio je prolaz između ploča. Negativno nabijeni elektroni nakupljeni na jednoj ploči, prema sili privlačenja između suprotnih naboja, kretat će se prema pozitivno nabijenim ionima na drugoj ploči.
U trenutku spajanja R, napon na kondenzatoru je jednak onom nakon završetka prolaznog razdoblja punjenja. Početna struja, prema Ohmovu zakonu, bit će jednaka naponu na pločama podijeljenom s otporom opterećenja.
Čim struja prođe u krugu, kondenzator će se početi isprazniti. Kako se punjenje gubi, napon će početi padati. Posljedično, padat će i struja. Kako se vrijednosti napona i struje smanjuju, njihov će se pad opadati.
Vrijeme punjenja i pražnjenja kondenzatora ovisi o dva parametra - kapacitivnosti kondenzatora C i ukupnom otporu u krugu R. Što je veći kapacitet kondenzatora, to više punjenja mora proći kroz krug i što će dulje trajati postupak punjenja / pražnjenja (struja se definira kao količina napunjenosti, prošao uzduž vodiča u jedinici vremena). Što je otpor R veći, struja je manja. Sukladno tome, potrebno je više vremena za punjenje.
Proizvod RC (otpor puta kapacitet) tvori vremensku konstantu τ (tau). Za jedan τ kondenzator se napuni ili isprazni za 63%. Za pet τ kondenzator se napuni ili potpuno isprazni.
Za jasnoću zamijenimo vrijednosti: kondenzator kapaciteta 20 mikrofarada, otpora od 1 kilohm i napajanja od 10V. Postupak punjenja izgledat će ovako:
Kondenzatorski uređaj. O čemu ovisi kapacitet?
Kapacitet ravnog kondenzatora ovisi o tri glavna čimbenika:
- Područje ploče - A
- Udaljenost između ploča - d
- Relativna dielektrična konstanta tvari između ploča - ɛ
Područje tanjura
Što je veća površina kondenzatorskih ploča, na njih se može staviti više nabijenih čestica i veći je kapacitet.
Udaljenost između ploča
Kapacitet kondenzatora je obrnuto proporcionalan udaljenosti između ploča. Da bi se objasnila priroda utjecaja ovog čimbenika, potrebno je podsjetiti se na mehaniku interakcije naboja u prostoru (elektrostatika).
Ako kondenzator nije u električnom krugu, tada dvije sile utječu na nabijene čestice smještene na njegovim pločama. Prva je sila odbijanja između sličnih naboja susjednih čestica na istoj ploči. Druga je sila privlačenja za razliku od naboja između čestica smještenih na suprotnim pločama. Ispada da što su ploče bliže jedna drugoj, to je veća ukupna sila privlačenja naboja s suprotnim predznakom i više naboja može biti postavljeno na jednu ploču.
Relativna dielektrična konstanta
Jednako značajan čimbenik koji utječe na kapacitet kondenzatora je takvo svojstvo materijala između ploča kao relativna dielektrična konstanta ɛ... Ovo je bezdimenzionalna fizička veličina koja pokazuje koliko je puta sila interakcije dva slobodna naboja u dielektriku manja nego u vakuumu.
Viši dielektrični materijali omogućuju veći kapacitet. To se objašnjava učinkom polarizacija - pomicanje elektrona dielektričnih atoma prema pozitivno nabijenoj ploči kondenzatora.
Polarizacija stvara unutarnje električno polje dielektrika koje umanjuje ukupnu razliku potencijala (napona) kondenzatora. Napon U sprječava protok naboja Q u kondenzator. Stoga, snižavanje napona teži ka tome da na kondenzator stavi više električnog naboja.
Ispod su primjeri vrijednosti dielektrične konstante za neke od izolacijskih materijala koji se koriste u kondenzatorima.
- Zrak - 1.0005
- Papir - 2,5 do 3,5
- Staklo - 3 do 10
- Tinjac - 5 do 7
- Metalni oksid u prahu - 6 do 20
Nazivni napon
Druga najvažnija karakteristika nakon kapaciteta je maksimalni nazivni napon kondenzatora... Ovaj parametar označava maksimalni napon koji kondenzator može podnijeti. Prekoračenje ove vrijednosti dovodi do "probijanja" izolatora između ploča i kratkog spoja. Nazivni napon ovisi o materijalu izolatora i njegovoj debljini (udaljenost između ploča).
Treba napomenuti da se pri radu s izmjeničnim naponom mora uzeti u obzir vršna vrijednost (najviša trenutna vrijednost napona za to razdoblje). Na primjer, ako je efektivni napon napajanja 50V, tada će njegova vršna vrijednost biti veća od 70V. Sukladno tome, potrebno je koristiti kondenzator nazivnog napona većeg od 70V. Međutim, u praksi se preporučuje upotreba kondenzatora s nazivnim naponom najmanje dvostruko većim od najvećeg mogućeg napona koji će se na njega primijeniti.
Struja curenja
Također, kada kondenzator radi, uzima se u obzir takav parametar kao struja propuštanja. Budući da u stvarnom životu dielektrik još propušta malu struju između ploča, to vremenom dovodi do gubitka početnog naboja kondenzatora.