Конденсатор

Конденсатор состоит из двух пластин (или обкладок), находящихся одна перед другой и сделанных из проводящего материала. Между пластинами находится изолирующий материал, называемый диэлектриком (рис. 4.6). Простейшими диэлектриками являются воздух, бумага, слюда и т. д.

Рис. 4.6. Конденсатор

Основным свойством конденсатора является его способность запасать электрическую энергию в виде электрического заряда. Для переменного тока он представляет собой сопротивление, величина которого уменьшается с ростом частоты.

Рис.4.7.

На рис. 4.7(a) изображена схема, в которой конденсатор соединяется через ключ с источником питания. Когда ключ замкнут (рис. 4.7б), по­ложительный полюс источника «откачивает» электроны с обкладки А, и она приобретает положительный заряд. Отрицательный полюс источника питания тем временем «поставляет» электроны на обкладку В, в резуль­тате чего она приобретает отрицательный заряд, по абсолютной величине равный положительному заряду обкладки А. Такой поток электронов на­зывается током заряда. Он продолжает течь до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не сравняется с ЭДС источника питания. В этом случае говорят, что конденсатор полностью заряжен. Электрический заряд обо­значается буквой Q, а его величина измеряется в кулонах (Кл). Когда конденсатор заряжен, между его обкладками возникает раз­ность потенциалов, а следовательно, и электрическое поле. Если в момент, когда конденсатор уже зарядился, разомкнуть ключ (рис. 4.7в), конденсатор будет хранить заряд. В этом случае внутри диэлектрика между обкладками возникает электрическое поле. При разрядке конденсатора через сопротивление нагрузки (рис. 4.7г) электриче­ское поле исчезает.

Емкость конденсатора

Способность конденсатора накапливать электрический заряд называется емкостью, а величина этой емкости обозначается буквой С и измеряется в фарадах (Ф). Фарада - очень большая единица емкости, и поэтому она практически не используется. Чаще используются дробные единицы:

1 микрофарада (мкФ) = 10^-6 Ф;

1 пикофарада (пФ) = 10^-12 Ф.

Емкость конденсатора возрастает с увеличением площади обкладок и убывает с увеличением расстояния между ними. Например, при возрастании площади обкладок вдвое емкость также увеличивается в два раза. Если же увеличить вдвое расстояние между обкладками, емкость станет вдвое меньше.

Связь заряда, емкости и напряжения

Если конденсатор заряжен до разности потенциалов V, его заряд опреде­ляется формулой

Q = С × V,

где С выражается в фарадах, V - в вольтах, a Q - в кулонах. Преобразовав эту формулу, получим:

C = Q / V и V=Q/V.

Энергия W, запасенная конденсатором, определяется формулой

W = CV²/2,

где W выражается в джоулях, С - в фарадах, а V - в вольтах.

Основные параметры конденсаторов

Номинальное рабочее напряжение и ток - наибольшее напряжение и ток, при которых конденсатор может надежно работать в течение всего срока службы. Для большинства видов конденсаторов указывается только напряжение постоянного тока. Переменное рабочее (действующее) напряжение должно быть в полтора - два раза меньше указанного постоянного напряжения. При работе конденсатора в цепи пульсирующего тока сумма максимального значения напряжения постоянного тока и амплитуды импульса не должна превышать максимально допустимого значения по постоянному напряжению.

Рабочее напряжение – значение напряжения, при котором конденсатор эксплуатируется в РЭА (обычно ниже номинального).

Пробивное напряжение – значение напряжения, при котором наступает электрический пробой изоляции конденсатора во время постепенного увеличения напряжения на его обкладках. Близкое к пробивному – испытательное напряжение определяет электрическую прочность.

Электрическая прочность уменьшается с увеличением емкости конденсатора, повышением температуры, давления, влажности и зависит от условий теплоотдачи и однородности материала.

Сопротивление изоляции R_из конденсатора характеризует качество его диэлектрика.

.

Обычно измеряется в мегаомах (МОм) при напряжении 100 В. При емкости конденсатора более 0,1...0,25 мкФ указывают постоянную времени конденсатора

 = R_из С

Потери энергии конденсатора, Вт – определяются потерями в диэлектрике и обкладках. В цепи переменного тока:

,

где U – напряжение, приложенное к конденсатору, В; f – частота синусоидального тока, Гц; С – емкость конденсатора; tg - тангенс угла диэлектрических потерь.

Тангенс угла потерь tg характеризует потери в конденсаторе, вызванные рассеиванием энергии в диэлектрике и на активном сопротивлении обкладок. Чем больше потери, тем больше tg. У керамических, стеклоэмалевых и пленочных конденсаторов tg = 0,001  0,0015; у слюдяных конденсаторов tg = 0,01; у бумажных и металлобумажных tg = 0,015; в сегнетокерамических tg = 0,04; электролитических tg = 0,150,35.

Величина, обратная тангенсу угла потерь, называется добротностью конденсатора.

Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) определяется относительным изменением значения емкости конденсатора при изменении температуры окружающей среды на 1°С.

Знак ТКЕ может быть отрицательным (обозначается буквой "М"), положительным (П), близким к нулю (МП). Буква "Н" в условном обозначении группы обозначает, что для этих конденсаторов ТКЕ не нормируется. Следующие за буквой "Н" цифры, указывают на предельно допустимые изменения емкости в интервале рабочих температур.

Обозначение номинального значения емкости до 10000 пф указывается числом без указания единиц, от 10 000 пФ и выше - выражается числом с указанием единицы - мкФ.