Можно ли заменить конденсатор на большую емкость: О замене конденсаторов на мат плате.

вид сверху

первая проблема с которой я столкнулся заключалась в том, что паяльник которым я обычно что то паял с регулируемой мощностью от 5 до 30 ватт оказался для такой задачи слабоват.. и выпаять даже первый конденсатор мне не удалось. После того как товарищ «O6JIOMOB-HEPOH» привёз мне 40 ватт дело пошло намного веселее.
Где-то за час были выпаяны 11 конденсаторов.
Не вспухший и вспухший конденсаторы р

Замена электролитического конденсатора ⋆ diodov.net

При выполнении ремонта или модернизации электронного устройства часто требуется замена электролитического конденсатора вышедшего из строя. Однако аналога со стопроцентным совпадением может не оказаться в наличие, но имеются другие накопители, имеющие некоторые отличия от оригинала.

Электролитический конденсатор характеризуется тремя основными параметрами: ориентируясь на которые, достаточно просто правильно подобрать замену. К этим параметрам относятся допустимое напряжение, емкость и температура. Однако, прежде чем перейти к рассмотрению указанных параметров, следует не забывать, что данный накопитель энергии является полярным, поэтому необходимо соблюдать полярность. Положительный вывод паяем к плюсу, а отрицательный – к минусу. Чтобы не спутать выводы вдоль всего корпуса со стороны отрицательного вывода наносится знак минус «-», более подробно о маркировке написано здесь.

Замена электролитического конденсатора – основные правила

Чаще всего ремонт блока питания любого электронного устройства заключается в замене вздутого или высохшего электролитического конденсатора. При такой неисправности достаточно выпаять вышедший из строя конденсатор и заменить его новым. Однако довольно редко имеется в наличие аналогичный электролитический конденсатор, но во многих случаях его можно заменить другим, имеющим несколько отличительные параметры.

В первую очередь следует ориентироваться на напряжение. При отсутствии подходящего номинала подойдет конденсатор с большим напряжением. Например, если на корпусе оригинального конденсатора написано 35 В, то подойдет аналог с напряжением 50 В, 63 В, 100 В и т.д. – в сторону увеличения. Нельзя выполнять замену на аналог с более низким напряжением: 25 В, 16 В или 9 В. Иначе он взорвется.

Получить требуемое напряжение можно путем последовательного соединения нескольких накопителей, о чем более подробно с примерами расчетов рассказано здесь.

Следующий параметр – емкость. Как правило, в преобладающем большинстве случаев, электролитические конденсаторы, особенно большой емкости, применяются для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения: чем большая емкость, тем лучше сглаживаются пульсации. Поэтому, в случае отсутствия накопителя такой же емкости, его можно заменить аналогом большей емкости.

Если отсутствуют электролитические конденсаторы нужной емкости и достаточно места на печатной плате устройства, то вместо одного накопителя можно впаять несколько параллельно соединенных. При этом емкости их будут складываться, о чем подробно с примерами расчетов рассказано здесь.

Еще статьи по данной теме

можно ли его заменить на

Что если использовать электролитический конденсатор вместо аккумулятора? Такое возможно, но есть одно слишком серьёзное препятствие — телефоны и электромобили с таким источником автономного питания не смогут «держать заряд».

Производители всерьёз рассматривают в качестве альтернативы аккумуляторам так называемые двойные электрохимические ионисторы — здесь и далее в контексте суперконденсаторы (или «супер-конденсаторы», как печатают некоторые издания). Но пока на текущем уровне технологического прогресса это допустимо лишь в определённых областях. Но пока на текущем уровне технологического прогресса это допустимо лишь в определённых областях.

В чём плюсы конденсатора в сравнении с аккумулятором?

• • Мгновенно. Ионистор отлично справляется с пиковым пусковым током, накапливая и отдавая энергию практически мгновенно.
• • Быстро. Заряжается не за час-другой, а за считанные секунды (поэтому, например, NASA применяет суперконденсаторы в космосе).
• • Безопасно. Накапливает заряд на твёрдых телах, когда как литиевые батареи — в процессе химических реакций (обычно жидкостных).
• • Надёжно. Коммерческие суперконденсаторы гарантируют 1 миллион циклов заряда, когда как обычные аккумуляторы — в среднем 800-1200 циклов.
• • КПД. Суперконденсаторы отдают энергию с эффективностью порядка 98%.
• • Выносливо. Устойчивость к экстремальным температурам и физическим повреждениям.

В чём минусы конденсатора в сравнении с аккумулятором?

• • Низкая ёмкость. Самый большой коммерческий суперконденсатор в фарадах (F) накапливает лишь 20% от электрической энергии в сравнимой батарее.
• • Не держит. Аккумуляторы предлагают намного больше плотности энергии на единицу массы, обеспечивая долгую автономность без внешнего питания.
• • Саморазряд. Степень саморазряда существенно превышает таковую у самого слабого аккумулятора.
• • Малоприменим. В итоге даже самый мощный суперконденсатор (обеспечивающий лучшую величину энергии) не сможет дольше минуты питать «аварийку» у заглушенного автомобиля и подсветку экрана у работающего телефона.

Почему суперконденсатор вместо аккумулятора на практике используют так редко?

1. У них разные цели

В аккумуляторе намного больше запасается энергии, а это самая важная его цель — не разряжаться как можно дольше в бытовых приборах, в потребительской электронике и автомобилях.

2. У конденсатора саморазряд

В аккумуляторах он тоже есть, но в значительной меньшей степени проявляется. Суперконденсаторы быстро заряжаются и быстро отдают заряд — для длительного хранения энергии они не подходят ещё и по причине утечек.

3. Разное напряжение

В то время, пока аккумулятор поддерживает ваш телефон в рабочем состоянии, напряжение практически не меняется. Конденсатор изменяет напряжение в зависимости от накопленного заряда — цифры меняются в значительных пределах, что неприемлемо для чувствительной мобильной электроники, например.

→ В этой статье мы рассматриваем тему суперконденсаторов в максимально упрощённом варианте для массовой публики.

Если вас интересует, например, подробная возможность установки конденсаторов вместо аккумуляторов в RAID-контроллерах, то напишите об этом в комментарии или отправьте сообщение нам ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь в группе на новости из мира гаджетов, узнайте об улучшении их автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.

Можно ли на сплит-систему поставить конденсатор большей ёмкости?

Сплит-система – отличный способ обеспечить оптимальную температуру в помещении в жаркие летние месяцы. Но иногда могут появиться проблемы с кондиционером, из-за чего блок, находящийся на улице, обмерзает. Можно даже увидеть на поверхности частицы льда. В таком случае в комнате будет отсутствовать прохладный воздух. Все эти признаки прямо указывают на то, что система перестала исправно выполнять свою основную функцию. 

Решить возникшие проблемы можно заменой конденсатора

Причины поломки

Срок службы конденсаторов существенно сокращают два основных фактора:
1. Высокая температура в той комнате, где эксплуатируется кондиционер;
2. Большие токи.
Разумеется, если в комнате рядом с блоком кондиционера расположен какой-нибудь прибор, который нагревает воздух, то это негативно отразится на функционировании первого. В таком случае конденсаторы быстро высыхают. А недобросовестные китайские производители намеренно не ограничивают температуру, чтобы приборы чаще высыхали, а потребители чаще совершали покупки новых устройств.

Ёмкость

Ёмкость конденсатора – это энергия, которую он может накопить. Для измерения ёмкости используется единица, называемая – «Фарад», но чаще всего к ней добавляют множественную приставку – «нано», «микро» и т. п.

Многие задаются вопросом: «Можно ли при замене поставить конденсатор, который обладает большей ёмкостью по сравнению с тем, что был установлен ранее?» Ответ на этот вопрос положительный, однако необходимо знать, что именно устанавливается. Более мощный элемент сплит-системы будет нуждаться всё в том же напряжении, но при этом обладать большей толщиной.

Вместо замены старой детали на новую, которая имеет большую ёмкость, можно установить два или большее количество конденсаторов с меньшей ёмкостью в параллель. Это увеличит ток в количество раз, равное количеству установленных в параллель конденсаторов.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод: для продления срока эксплуатации конденсатора необходимо изолировать эту деталь сплит-системы по температуре и установить конденсатор такого типа, чтобы его рабочий ток был в 2 раза больше по сравнению с обычным.

Напряжение

Номинальное напряжение – это такое напряжение, при котором конденсатор будет долго и надёжно функционировать, не утрачивая своих параметров.
Это напряжение обычно указывается на корпусе.

Замена

Если есть оригинальный конденсатор, то никаких серьёзных проблем с его заменой возникать не будет. Ведь достаточно просто удалить старую деталь, и на её место поставить новую.

Так, если, например, соединить 2 конденсатора ёмкостью по 30 микрофарад каждый, получится суммарная ёмкость в 60 микрофарад. А напряжение будет равно номинальному напряжению. Этот способ замены ничем не отличается от замены на один конденсатор большей ёмкости.

Категория: Статьи о кондиционерах и теплооборудовании.

Изменение ёмкости керамических конденсаторов от температуры и напряжения, или как ваш конденсатор на 4,7мкФ превращается в 0,33мкФ

Вступление: я был озадачен.

Я проверял схему в её естественной среде: в корпусе, который в свою очередь сам по себе был зачехлён чтобы имитировать кожух потолочного светильника. Температура компонентов в некоторых местах достигала более чем 100ºC. Для уверенности, и чтобы освежить память я перечитал даташит на используемые конденсаторы.

Для тех кто этого не помнит (как практически все), в таблице 1 указана маркировка основных типов конденсаторов и её значение. Эта таблица описывает конденсаторы второго и третьего класса. Не вдаваясь глубоко в подробности, конденсаторы первого класса обычно сделаны на диэлектрике типа C0G (NP0).

Таблица 1.

Нижняя рабочая температура		Верхняя рабочая температура		Изменение ёмкости в диапазоне (макс.)
Символ	Температура (ºC)	Символ	Температура (ºC)	Символ	Изменение (%)
Z	+10	2	+45	A	±1.0
Y	-30	4	+65	B	±1. 5
X	-55	5	+85	C	±2.2
–	–	6	+105	D	±3.3
–	–	7	+125	E	±4.7
–	–	8	+150	F	±7.5
–	–	9	+200	P	±10
–	–	–	–	R	±15
–	–	–	–	S	±22
–	–	–	–	T	+22, -33
–	–	–	–	U	+22, -56
–	–	–	–	V	+22, -82

Когда производитель конденсаторов разрабатывает новый продукт, он подбирает диэлектрик так, чтобы ёмкость конденсатора изменялась не более определённых пределов в определённом температурном диапазоне. Конденсаторы X7R которые я использую не должны изменять свою ёмкость более чем на ±15% (третий символ) при изменении температуры от -55ºC (первый символ) до +125ºC (второй символ). Так что, либо мне попалась плохая партия, либо что-то ещё происходит в моей схеме.

Не все X7R созданы одинаковыми.

Даташит также говорил, что если только увеличить типоразмер с 0805 до 1206, то результирующая ёмкость в тех же условиях будет уже 3,4мкФ! Этот момент требовал более пристального изучения.

Я нашёл, что сайты Murata® и TDK® имеют классные инструменты для построения графиков изменения ёмкости конденсаторов в зависимости от различных условий. Я прогнал через них керамические конденсаторы на 4,7мкФ для разных типоразмеров и номинальных напряжений. На рисунке 1 показаны графики построенные Murata. Были взяты конденсаторы X5R и X7R типоразмеров от 0603 до 1812 на напряжение от 6,3 до 25В.

Рисунок 1. Изменение ёмкости в зависимости от приложенного напряжения для выбранных конденсаторов.

Обратите внимание, что во-первых, при увеличении типоразмера уменьшается изменение ёмкости в зависимости от приложенного напряжения, и наоборот.

Второй интересный момент состоит в том, что в отличии от типа диэлектрика и типоразмера, номинальное напряжение похоже ни на что не влияет. Я ожидал бы, что конденсатор на 25В под напряжением 12В меньше изменит свою ёмкость, чем конденсатор на 16В под тем же напряжением. Глядя на график для X5R типоразмера 1206 мы видим, что конденсатор на 6,3В на самом деле ведёт себя лучше, чем его родня на большее номинальное напряжение.

Если взять более широкий ряд конденсаторов, то мы увидим, что это поведение характерно для всех керамических конденсаторов в целом.

Третье наблюдение состоит в том, что X7R при том же типоразмере имеет меньшую чувствительность к изменениям напряжения, чем X5R. Не знаю, насколько универсально это правило, но в моём случае это так.

Используя данные графиков, составим таблицу 2, показывающую насколько уменьшится ёмкость конденсаторов X7R при 12В.

Таблица 2. Уменьшение ёмкости конденсаторов X7R разных типоразмеров при напряжении 12В.

В моём случае я выбрал наименьший возможный типоразмер компонентов, поскольку этот параметр был критичен для моего проекта. В своём невежестве я полагал что любой конденсатор X7R будет так же хорошо работать, как другой с тем же диэлектриком — и был неправ. Чтобы RC-цепочка заработала правильно я должен был взять конденсатор того же номинала, но в большем корпусе.

Выбор правильного конденсатора

Рисунок 2. Поведение различных конденсаторов на 1мкФ и 4,7мкФ.

Конденсатор 0603 1мкФ ведёт себя так же, как 0805 4,7мкФ. Вместе взятые 0805 и 1206 на 1мкФ чувствуют себя лучше, чем 4,7мкФ типоразмера 1210. Используя конденсатор 1мкФ в корпусе 0805 я мог сохранить требования к размерам компонентов, получив при этом в рабочем режиме 85% от исходной ёмкости, а не 30%, как было ранее.

Но это ещё не всё. Я был изрядно озадачен, ибо считал что все конденсаторы X7R должны иметь сходные коэффициенты изменения ёмкости от напряжения, поскольку все выполены на одном и том же диэлектрике — а именно X7R. Я связался с коллегой — специалистом по керамическим конденсаторам¹. Он пояснил, что есть много материалов, которые квалифицируются как «X7R». На самом деле, любой материал который позволяет компоненту функционировать в температурном диапазоне от -55ºC до +125ºC с изменением характеристик не более чем на ±15% можно назвать «X7R». Так же он сказал, что нет каких-либо спецификаций на коэффициент изменения ёмкости от напряжения ни для X7R, ни для каких-либо других типов.

Это очень важный момент, и я его повторю. Производитель может называть конденсатор X7R (или X5R, или еще как-нибудь) до тех пор, пока он соответствует допускам по температурному коэффициенту ёмкости. Вне зависимости от того, насколько плох его коэффициент по напряжению.

Для инженера-разработчика этот факт только освежает старую шутку — «любой опытный инженер знает: читай даташит!»

Производители выпускают всё более миниатюрные компоненты, и вынуждены искать компромиссные материалы. Для того чтобы обеспечить необходимые ёмкостно-габаритные показатели, им приходится ухудшать коэффициенты по напряжению. Конечно, более авторитетные производители делают все возможное, чтобы свести к минимуму неблагоприятные последствия этого компромисса.

А как насчёт типа Y5V, который я сразу отбросил? Для контрольного в голову, давайте рассмотрим обычный конденсатор Y5V. Я не буду выделять какого-то конкретного производителя этих конденсаторов — все примерно одинаковы. Выберем 4,7мкФ на 6,3В в корпусе 0603, и посмотрим его параметры при температуре +85ºC и напряжении 5В. Типовая ёмкость на 92,3% ниже номинала, или 0,33мкФ. Это так. Приложив 5В к этому конденсатору мы получаем падение ёмкости в 14 раз по сравнению с номиналом.

При температуре +85ºC и напряжении 0В ёмкость уменьшается на 68,14%, с 4,7мкФ до 1,5мкФ. Можно предположить, что приложив 5В мы получим дальнейшее уменьшение ёмкости — от 0,33мкФ до 0,11мкФ. К счастью, эти эффекты не объединяются. Уменьшение ёмкости под напряжением 5В при комнатной температуре куда хуже, чем при +85ºC.

Для ясности, в данном случае при напряжении 0В ёмкость падает от 4,7мкФ до 1,5мкФ при +85ºC, в то время как при напряжении 5В ёмкость конденсатора увеличивается от 0,33мкФ при комнатной температуре, до 0,39мкФ при +85ºC. Это должно убедить вас действительно тщательно проверять все спецификации тех компонентов, которые вы используете.

Вывод

Главный вывод из всей этой истории, как вы наверное догадались, это: «читайте даташиты!». Всегда. Без исключений. Запросите дополнительные данные, если даташит не содержит достаточной информации. Помните, что обозначения керамических конденсаторов X7V, Y5V и т.д. совершенно ничего не говорят о их коэффициентах по напряжению. Инженеры должны перепроверять данные чтобы знать, реально знать о том, как используемые конденсаторы будут вести себя в реальных условиях. В общем, имейте в виду, в нашей безумной гонке за меньшими и меньшими габаритами это становится всё более важным моментом каждый день.

Об авторе

Сноски

Murata является зарегистрированной торговой маркой компании Murata Manufacturing Co., Ltd.

TDK является зарегистрированным знаком обслуживания и зарегистрированной торговой маркой корпорации TDK.

Конденсаторы для «чайников» / Хабр

Если вы регулярно занимаетесь созданием электрических схем, вы наверняка использовали конденсаторы. Это стандартный компонент схем, такой же, как сопротивление, который вы просто берёте с полки без раздумий. Мы используем конденсаторы для сглаживания пульсаций напряжения/тока, для согласования нагрузок, в качестве источника энергии для маломощных устройств, и других применений.

Но конденсатор – это не просто пузырёк с двумя проводочками и парой параметров – рабочее напряжение и ёмкость. Существует огромный массив технологий и материалов с разными свойствами, применяемых для создания конденсаторов. И хотя в большинстве случаев для любой задачи сгодится практически любой конденсатор подходящей ёмкости, хорошее понимание работы этих устройств может помочь вам выбрать не просто нечто подходящее, а подходящее наилучшим образом. Если у вас когда-нибудь была проблема с температурной стабильностью или задача поиска источника дополнительных шумов – вы оцените информацию из этой статьи.

Начнём с простого

Ёмкость измеряется в фарадах: конденсатор в один фарад выдаёт напряжение в один вольт, если в нём находится заряд в один кулон. Как и у многих других единиц системы СИ, у неё непрактичный размер, поэтому, если не брать в расчёт суперконденсаторы, о которых мы здесь говорить не будем, вы скорее всего встретитесь с микро-, нано- и пикофарадами. Ёмкость любого конденсатора можно вывести из его размеров и свойств диэлектрика – если интересно, формулу для этого можно посмотреть в Википедии. Запоминать её не нужно, если только вы не готовитесь к экзамену – но в ней содержится один полезный факт. Ёмкость пропорциональна диэлектрической проницаемости ε_r использованного диэлектрика, что в результате привело к появлению в продаже различных конденсаторов, использующих разные диэлектрические материалы для достижения больших ёмкостей или улучшения характеристик напряжения.

Паразитные индуктивность и сопротивление реального конденсатора

С использованием диэлектриков в конденсаторах есть одна проблемка, наряду с тем, что диэлектрик с нужными характеристиками обладает неприятными побочными эффектами. У всех конденсаторов есть небольшие паразитные сопротивление и индуктивность, которые иногда могут влиять на его работу. Электрические постоянные меняются от температуры и напряжения, пьезоэлектричества или шума. Некоторые конденсаторы стоят слишком дорого, у некоторых существуют состояния отказа. И вот мы подошли к основной части статьи, в которой расскажем о разных типах конденсаторов, и об их свойствах, полезных и вредных. Мы не будем освещать все возможные технологии, хотя большинство обычных мы опишем.

Алюминиевые электролитические

Алюминиевые электролитические конденсаторы используют анодно-оксидированный слой на алюминиевом листе в качестве одной пластины-диэлектрика, и электролит из электрохимической ячейки в качестве другой пластины. Наличие электрохимической ячейки делает их полярными, то есть напряжение постоянного тока должно прикладываться в одном направлении, и анодированная пластина должна быть анодом, или плюсом.

На практике их пластины выполнены в виде сэндвича из алюминиевой фольги, завёрнутой в цилиндр и расположенной в алюминиевой банке. Рабочее напряжение зависит от глубины анодированного слоя.

У электролитических конденсаторов наибольшая среди распространённых ёмкость, от 0,1 до тысяч мкФ. Из-за плотной упаковки электрохимической ячейки у них наблюдается большая эквивалентная последовательная индуктивность (equivalent series inductance, ESI, или эффективная индуктивность), из-за чего их нельзя использовать на высоких частотах. Обычно они используются для сглаживания питания и развязывания, а также связывания на аудиочастотах.

Танталовые электролитические

Танталовые электролитические конденсаторы изготавливаются в виде спечённого танталового анода с большой площадью поверхности, на которой выращивается толстый слой оксида, а затем в качестве катода размещается электролит из диоксида марганца. Комбинация большой площади поверхности и диэлектрических свойств оксида тантала приводит к высокой ёмкости в пересчёте на объём. В результате такие конденсаторы выходят гораздо меньше алюминиевых конденсаторов сравнимой ёмкости. Как и у последних, у танталовых конденсаторов есть полярность, поэтому постоянный ток должен идти в строго одном направлении.

Их доступная ёмкостью варьируется от 0,1 до нескольких сотен мкФ. У них гораздо меньше сопротивление утечки и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), в связи с чем они используются в тестировании, измерительных приборах и высококачественных аудиоустройствах – там, где эти свойства полезны.

В случае танталовых конденсаторов необходимо особенно следить за тем, чтобы они не вышли из строя — бывает, что в таком случае они загораются. Аморфный оксид тантала – хороший диэлектрик, а в кристаллической форме он становится хорошим проводником. Неправильное использование танталового конденсатора – например, подача слишком большого пускового тока может привести к переходу диэлектрика в другую форму, что увеличит проходящий через него ток. Правда, репутация, связанная с возгораниями, появилась у более ранних поколений танталовых конденсаторов, и улучшенные методы производства привели к созданию более надёжной продукции.

Полимерные плёнки

Полипропиленовые конденсаторы используются в схемах, требующих хорошей тепловой и частотной стабильности. Также они используются в системах питания, для подавления ЭМП, в системах, использующих переменные токи высокого напряжения.

Полиэстеровые конденсаторы, хотя и не обладают такими температурными и частотными характеристиками, получаются дешёвыми и выдерживают большие температуры при пайке для поверхностного монтажа. В связи с этим они используются в схемах, предназначенных для использования в некритичных приложениях.

Полиэтилен-нафталатовые конденсаторы. Не обладают стабильными температурными и частотными характеристиками, но могут выдерживать гораздо большие температуры и напряжения по сравнению с полиэстеровыми.

Полиэтилен-сульфидовые конденсаторы обладают температурными и частотными характеристиками полипропиленовых, и в дополнение выдерживают высокие температуры.

В старом оборудовании можно наткнуться на поликарбонатные и полистиреновые конденсаторы, но сейчас они уже не используются.

Керамика

История керамических конденсаторов довольно длинная – они использовались с первых десятилетий прошлого века и по сей день. Ранние конденсаторы представляли собою один слой керамики, металлизированной с обеих сторон. Более поздние бывают и многослойными, где пластины с металлизацией и керамика перемежаются. В зависимости от диэлектрика их ёмкости варьируются от 1 пФ до десятков мкФ, а напряжения достигают киловольт. Во всех отраслях электроники, где требуется малая ёмкость, можно встретить как однослойные керамические диски, так и многослойные пакетные конденсаторы поверхностного монтажа.

Проще всего классифицировать керамические конденсаторы по диэлектрикам, поскольку именно они придают конденсатором все свойства. Диэлектрики классифицируют по трёхбуквенным кодам, где зашифрована их рабочая температура и стабильность.

C0G лучшая стабильность в ёмкости по отношению к температуре, частоте и напряжению. Используются в высокочастотных схемах и других контурах высокого быстродействия.

X7R не обладают такими хорошими характеристиками по температуре и напряжению, посему используются в менее критичных случаях. Обычно это развязывание и различные универсальные приложения.

Y5V обладают гораздо большей ёмкостью, но характеристики температуры и напряжения у них ещё ниже. Также используются для развязывания и в различных универсальных приложениях.

Поскольку керамика часто обладает и пьезоэлектрическими свойствами, некоторые керамические конденсаторы демонстрируют и микрофонный эффект. Если вы работали с высокими напряжениями и частотами в аудиодиапазоне, например, в случае ламповых усилителей или электростатики, вы могли услышать, как «поют» конденсаторы. Если вы использовали пьезоэлектрический конденсатор для обеспечения частотной стабилизации, вы могли обнаружить, что его звук модулируется вибрацией его окружения.

Как мы уже упоминали, статья не ставит целью охватить все технологии конденсаторов. Взглянув в каталог электроники вы обнаружите, что некоторые технологии, имеющиеся в наличии, здесь не освещены. Некоторые предложения из каталогов уже устарели, или же имеют такую узкую нишу, что с ними чаще всего и не встретишься. Мы надеялись лишь развеять некоторые тайны по поводу популярных моделей конденсаторов, и помочь вам в выборе подходящих компонентов при разработке собственных устройств. Если мы разогрели ваш аппетит, вы можете изучить нашу статью по катушкам индуктивности.

Об обнаруженных вами неточностях и ошибках прошу писать через личные сообщения сайта. Спасибо.

Часть 7: Емкость и конденсаторы

7.1 Электрический заряд и электрические поля

Рассмотрим пару плоских проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу (как на рисунке 7.1) и разделенных изолятором, которым может быть просто воздух. Каждая пластина, как электрический проводник, будет содержать большое количество подвижных отрицательно заряженных электронов. Если пластины подключены к источнику постоянного тока, отрицательные электроны будут притягиваться от верхней пластины к положительному полюсу источника питания, но для каждого электрона, который делает это, другой электрон должен покинуть отрицательный полюс источника питания и перейти к нижней пластине.Верхняя пластина станет положительно заряженной из-за нехватки электронов, тогда как избыток электронов на нижней пластине даст ей отрицательный заряд. Разница в полярности заряда между пластинами означает, что между ними существует разность потенциалов (PD), и поток электронов исчезает и прекращается, когда PD между пластинами совпадает с напряжением питания. Как только это произошло, источник питания больше не может поставлять достаточно энергии для удаления электронов с верхней пластины или проталкивания электронов на нижнюю пластину, и пластины называются «заряженными».

Рисунок 7.1: Система заряженных пластин

Между двумя заряженными пластинами существует электрическое поле. Подобно магнитному полю, электрическое поле нельзя увидеть, но его можно описать в терминах движущейся через него заряженной частицы. Также, как и магнитные поля, электрические поля представляются как линий электрического потока .

Рис. 7.2: Электрическое поле между двумя заряженными пластинами.

Если пластины отсоединить от источника питания и соединить вместе через резистор, электроны потекут с отрицательно заряженной пластины на положительно заряженную пластину.Этот ток исчезнет, ​​поскольку заряды на пластинах уменьшатся. По мере прохождения тока он выделяется в виде тепла, поэтому видно, что энергия накапливается в заряженном конденсаторе.

Заряд, накопленный в электрическом поле, можно измерить в кулонах (Кл), то есть ток, протекающий для зарядки пластин, умноженный на время, в течение которого происходит течение. Однако следует отметить, что при постоянном напряжении питания ток будет уменьшаться по мере увеличения заряда на пластинах, так что пластины не заряжаются постоянным током.На практике общий заряд, который может накапливаться параллельными пластинами, зависит от площади пластины, расстояния между пластинами, частичного разряда между ними и природы изоляционного материала, который их разделяет.

7,2 Емкость

Для любой системы параллельных пластин отношение количества накопленного заряда к частичному разряду между пластинами является постоянным. Эта постоянная называется емкостью (Кл), а система накопительных пластин называется конденсатором (иногда ошибочно называют конденсатор ).Условное обозначение цепи конденсатора показано на рисунке 7.3.

Рисунок 7.3: Условное обозначение цепи конденсатора.

Единицей измерения емкости является фарад (Ф) и:

где:
C = емкость (F)
Q = накопленный заряд в емкости (C)
U = PD между пластинами конденсатора (В)

Поскольку в Части 1 мы отметили, что Q = I t, мы можем сказать, что:

где:
I = средний зарядный ток конденсатора (C)
t = время, в течение которого проходит зарядный ток (с)

Конденсатор имеет емкость в одну фараду, если он может хранить один кулон, когда частичный разряд между его пластинами составляет один вольт.Однако, поскольку на практике один фарад оказывается довольно большим значением емкости, большинство емкостей указывается в микрофарадах (мкФ), что равно 1 × 10 ^-6 F.

Обратите внимание, что если к конденсатору подключено постоянное напряжение, конденсатор будет заряжаться до тех пор, пока частичный разряд на нем не станет таким же, как напряжение питания. Он будет оставаться заряженным до тех пор, пока не будет обеспечен путь для прохождения тока между пластинами. Однако, если конденсатор подключен к источнику переменного тока, где направление тока постоянно меняется, он будет постоянно заряжаться и разряжаться.

7.3 Пробой диэлектрика и диэлектрическая проницаемость

Изоляционный материал, который занимает пространство между пластинами конденсатора, называется диэлектриком . Изоляционные материалы обычно не проводят электричество, потому что в них нет свободных электронов, которые могли бы течь как ток. Однако, если изоляторы подвергаются достаточно сильному электрическому полю, электроны могут вырываться, а изолирующие свойства теряются в процессе, называемом пробой диэлектрика .Это явление может быть очень серьезным при нарушении изоляции кабеля.

Напряженность электрического поля может быть выражена через частичные разряды, приложенные к изолятору определенной толщины, это значение называется средним градиентом потенциала и обычно измеряется в киловольтах на миллиметр (кВ / мм). Градиент потенциала, при котором изолятор выходит из строя, называется его диэлектрической прочностью , и его можно использовать как меру того, насколько хорош изолятор. В таблице 7.1 приведена электрическая прочность нескольких изоляторов.

Пример

Бумажный пропитанный конденсатор силового конденсатора с параллельными пластинами имеет толщину 0,5 мм и электрическую прочность 5 кВ / мм. Если соответствующий конденсатор имеет приложенное частичное напряжение 1,8 кВ, каков средний градиент потенциала в бумаге? При каком приложенном напряжении можно ожидать выхода конденсатора из строя?

Диэлектрические материалы также можно охарактеризовать с точки зрения их относительной диэлектрической проницаемости (ε _r ).Абсолютная диэлектрическая проницаемость материала определяется как отношение заряда на единицу площади на поверхности этого материала к напряженности создаваемого электрического поля. Относительная диэлектрическая проницаемость определяется как отношение емкости конденсатора с рассматриваемым материалом между пластинами к емкости того же конденсатора с вакуумом между пластинами. Это отношение также равно диэлектрической проницаемости диэлектрика диэлектрической проницаемости свободного пространства (т.е.е. вакуум). Таким образом:

где:
ε _r = относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрического материала, без единиц
C = емкость конденсатора с рассматриваемым материалом (F)
C ₀ = емкость того же конденсатора с вакуумом между ее пластина (F)
ε = абсолютная диэлектрическая проницаемость материала (Ф / м)
ε ₀ = диэлектрическая проницаемость свободного пространства (Ф / м)

Обратите внимание, что диэлектрическая проницаемость свободного пространства является постоянной, равной 8,85 × 10 ^-12 Ф / м (или C ² / Нм ² ), и что по определению относительная диэлектрическая проницаемость вакуума равна 1.Также обратите внимание, что диэлектрическая проницаемость (ε) очень похожа по концепции и названию на проницаемость (μ) магнитных материалов, однако их не следует путать. Таблица 7.2 содержит относительную проницаемость некоторых распространенных диэлектрических материалов.

7,4 Конденсаторы параллельно и последовательно

Рассмотрим три конденсатора, включенных параллельно, как показано на рисунке 7.4, каждый из них будет иметь одинаковое напряжение (В) на каждом, а общий заряд (Q _T ) будет суммой отдельных зарядов.Следовательно:

Рисунок 7.4: Три конденсатора параллельно.

Но Q = CV, и если C _T — эквивалентная емкость трех конденсаторов:

Следовательно:

Теперь рассмотрим три последовательно включенных конденсатора, как показано на рисунке 7.5. Напряжение питания распределяется между тремя конденсаторами, и поскольку через каждый конденсатор будет протекать одинаковый зарядный ток, каждый из них получит одинаковый заряд за одно и то же время. Таким образом:

Рисунок 7.5: Три конденсатора последовательно.

Но U = Q / C, поэтому, если C _T — эквивалентное значение трех последовательно соединенных конденсаторов:

Следовательно:

Пример

Рассчитайте эквивалентную емкость конденсаторов 5 мкФ, 10 мкФ и 30 мкФ, соединенных последовательно.

Эти конденсаторы подключены к источнику питания 240 В постоянного тока. Рассчитайте заряд каждого конденсатора и разность потенциалов на каждом из них.

Общий накопленный заряд:

Поскольку конденсаторы соединены последовательно, заряд каждого из них равен общему заряду, т.е.е. 720 мкКл.

Части разряда через конденсатор 5 мкФ:

Части разряда через конденсатор 10 мкФ:

Части разряда через конденсатор 30 мкФ:

Чек: 144 + 72 + 24 = 240В

Обратите внимание, что конденсатор с наименьшим значением имеет наибольшее напряжение на нем, и если конденсаторы имеют аналогичную конструкцию, все они должны быть рассчитаны на наибольшее напряжение. По этой причине конденсаторы не часто подключают последовательно, если они не идентичны.

7,5 Емкость параллельного конденсатора

Емкость конденсатора с параллельными пластинами зависит от:

• Площадь плиты (A в м ² ), так что C α A
• Расстояние между пластинами (d в м ² ), так что C α 1/ d
• Абсолютная диэлектрическая проницаемость диэлектрика (ε в Ф / м), так что C α ε
• Количество пластин (N), конденсаторы могут быть собраны из ряда соединяющихся пластин (рисунок 7.6), так что C α (N-1).

Объединение вышеперечисленных факторов дает:

На самом деле используется абсолютная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, и поскольку ε = ε _r ε ₀ , уравнение принимает вид:

Рисунок 7.6: Конденсатор с чередующимися пластинами, содержащий 11 пластин, дефектно 10 конденсаторов, включенных параллельно.

7,6 Энергия, накопленная в конденсаторе

Подобно индукторам, которые накапливают энергию в магнитном поле, конденсаторы накапливают энергию в электрическом поле.Однако, в отличие от катушек индуктивности, конденсаторы могут сохранять запасенную энергию после отключения питания, хотя со временем она рассеивается. Энергия, запасенная в конденсаторе, может быть выражена как:

Количество энергии, хранящейся в большинстве конденсаторов, невелико, однако, этого достаточно, чтобы вызвать у человека электрический шок. Хотя заряд и, следовательно, энергия со временем улетучатся, разрядный резистор обычно устанавливается на клеммах конденсатора. Такой резистор должен иметь достаточно высокое значение, чтобы предотвратить протекание через него заметных токов от источника заряда, но достаточно низкое, чтобы разрядить конденсатор за разумное время.Типичное значение — 10 МОм.

7.7 Кривые роста и спада

Как упоминалось в разделе 7.1, ток зарядки двух параллельных пластин не является постоянным, а затухает по мере нарастания заряда и увеличения частичных разрядов на выводах конденсаторов. Рассмотрим схему на рис. 7.7, где конденсатор подключен последовательно с резистором к источнику постоянного тока с ЭДС E вольт. Мгновенное ЧР на конденсаторе (то есть ЧР в любой момент времени, t ) обозначается v , мгновенный ток, протекающий через конденсатор, составляет i , а мгновенный заряд конденсатора составляет q .

Рисунок 7.7: Цепь заряда и разряда конденсатора.

Если конденсатор изначально не заряжен, когда переключатель находится в положении 1, начальный ток (I ₀ ) будет равен I ₀ = V / R. По мере накопления заряда на конденсаторе также увеличивается и PD ( v ) на его пластинах. Это напряжение противодействует заряду, протекающему к конденсатору, и эффективное напряжение цепи становится V- v , а мгновенный ток будет меньше начального.Таким образом:

Следовательно, ток, который изначально был большим, спадает по мере зарядки, тогда как напряжение на конденсаторе и заряд на конденсаторе возрастают (рисунок 7.8). Когда конденсатор полностью заряжен, v = E и q = Q, где Q — максимальный заряд конденсатора (Q = CV).

При переводе переключателя в положение 2 конденсатор разрядится. Первоначально v = E и I ₀ = E / R, однако по мере продолжения разрядки v уменьшается и i = v / R.И напряжение, и ток падают по аналогичной кривой, и при этом заряд, удерживаемый конденсатором, также уменьшается (рисунок 7.9).

Рисунок 7.8: Кривая зарядки конденсатора.

Рисунок 7.9: Кривая разрядки конденсатора.

Время, необходимое для зарядки и разрядки, зависит от постоянной времени (τ) цепи, которая определяется как:

, и конденсатор обычно разряжается за 5 постоянных времени. Уравнения для зарядки и разрядки конденсаторов очень похожи на уравнения для кривых роста и спада для индукторов.Они включены сюда для полноты картины.

Мгновенный заряд при зарядке:

Мгновенный ток при зарядке:

Мгновенный заряд при разряде:

Мгновенный ток при разряде:

large capacity — Перевод на японский — примеры английский

Эти примеры могут содержать грубые слова на основании вашего поиска.

Эти примеры могут содержать разговорные слова, основанные на вашем поиске.

Разумный дизайн, малая форма и большой емкости .