Конденсатор
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Конденсáтор — система з двох чи більше електродів (обкладок), які розділені діелектриком, товщина якого менша у порівнянні з розміром обкладок. Така система має взаємну ємність і здатна зберігати електричний заряд.
Зміст |
[ред.] Історія
У 1745 році в Лейдені німецький фізик Евальд Юрген фон Клейст та голландський фізик Пітер ван Мушенбрук створили перший конденсатор — «лейденську банку».
[ред.] Властивості конденсатора
Конденсатор у колі постійної напруги не проводить струм, оскільки його обкладки розділені діелектриком. У ланцюгу зі змінною напругою він проводить електричний струм, оскільки коливання змінного струму викликають циклічну перезарядку конденсатора, а тому і струм у ланцюгу.
Конденсатор має реактивний опір, величина якого дорівнює: RC = 1/(ωC), де С— ємність конденсатора, ω — кутова частота струму, який протікає. Відповідно, для постійного струму частота дорівнює нулю, а опір конденсатора — нескінченна величина (в ідеальному випадку).
При зміні частоти змінюється діелектрична проникність діелектрика і рівень впливу паразитних параметрів — власної індуктивності і опору втрат. На високих частотах будь-який конденсатор можна роздивлятись як послідовний коливальний контур, утворений ємністью С, власною індуктивністю LС і опором втрат Rn.
При f > fp конденсатор в ланцюгу змінного струму поводить себе як котушка індуктивності. Відповідно, конденсатор доцільно використовувати лише на частотах f < fp, на яких його опір має ємкісний характер.
[ред.] Характеристики конденсаторів
[ред.] Ємність
Основною характеристикою конденсатора є його електрична ємність (точніше номінальна ємність), яка визначає накопичений заряд. Типові значення ємності конденсаторів складають від одиниць пікофарад до сотень мікрофарад. Але існують конденсатори з ємністю десятків фарад.
Ємність плоского конденсатора, яка складається з двох паралельних металічних пластин площиною S кожна, які розташовані на відстані d одна від одної, в системі СІ виражена формулою C = (ε·ε0· S)/ d, де ε — відносна діелектрична проникність середовища, яке заповнює простір між пластинами. Ця формула справедлива лише при малих d.
Для отримання великий ємностей конденсатори з`єднують паралельно. Загальна ємність батареї паралельно з`єднаних конденсаторів дорівнює сумі ємностей всіх конденсаторів, які входять у батарею.
При послідовному з`єднанні конденсаторів заряди усіх конденсаторів однакові. Загальна ємність батареї послідовно з`єднаних конденсаторів дорівнює
Ця ємність завжди менша мінімальної ємності конденсатора, який входить в батарею. Але при послідовному з`єднананні зменшується загроза пробою конденсаторів, оскільки на кожний конденсатор надходить лише частина різниці потенціалів джерела напруги.
[ред.] Питома ємність
Конденсатори також характеризуються питомою ємністю — відношення ємності до об`єму (або масі) конденсатора.
[ред.] Номінальна напруга
Іншою не менш важливою характеристикою конденсаторів є номінальна напруга — значення напруги, яке позначається на конденсаторі, при якому він може працювати у заданих умовах під час строку служби із зберіганням параметрів у допустимих межах.
Номінальна напруга залежить від конструкції конденсатора і власитвостей застосованих матеріалів. При експлуатації напруга на конденсаторі не має перевищувати номінальної. Для більшості типів конденсаторів із збільшенням температури допустима напруга знижується.
[ред.] Полярність
Більшість конденсаторів із оксидним діелектриком (електролітичні) мають уніполярну провідність, внаслідок чого їх експлуатація можлива тільки при позитивному потенціалі аноду.
[ред.] Тангенс кута втрат
Втрати енергії в конденсаторі визначаються втратами у діелектрику та обкладках. При протіканні змінного струму через конденсатор, вектори напруги і струму зсунуті на кут π/2-δ (δ — кут діелектричних втрат). При відсутності втрат δ = 0. Тангенс кута втрат визначається відношенням активної потужності Рa до реактивної Рр при синусоідній напрузі визначеної частоти. Величина, зворотна tg δ, називається добротністю конденсатора.
[ред.] Електричний опір ізоляції конденсатора
Електричний опір ізоляції — це опір конденсатора постійному струму, яке визначається співвідношенням Rіз=U/Iвит, где U — напруга, що спрямована на конденсатор, Iвит — струм витоку.
[ред.] Температурний коефіціент ємності (ТКЄ)
ТКЄ — це параметр, який характеризує залежність ємності конденсатора від температури. Практично ТКЄ визначають як відношення зміни ємності конденсатора при зміні температури на 1°С. Але ТКЄ визначається не для всіх типів конденсаторів.
[ред.] Класифікація конденсаторів
Основна класифікація конденсаторів проводиться за типом діелектрика в конденсаторі. Тип діелектрика визначає основні електричні параметри конденсаторів: опір ізоляції, стабільність ємності, величину втрат та ін.
За видом діелектрика розрізняють:
- Конденсатори з газоподібним діелектриком;
- Конденсатори з рідким діелектриком;
- Конденсатори з твердим неорганічним діелектриком: скляні, слюдяні, керамічні, тонкошарові із неорганічних плівок;
- Конденсатори з твердим органічним діелектриком: паперові, металопаперові, плівочні, комбіновані;
- Електролітичні та оксидо-напівпровідникові конденсатори. Такі конденсатори відрізняються від інших типів перш за все своєю величезною питомою ємністю. В якості діелектрика використовується оксидний шар на металі, який є анодом. Друга обкладка (катод) — це або електроліт (у електролітичних конденсаторах) або шар напівпровідника (у оксидно-напівпровідникових), нанесений безпосередньо на оксидний шар. Анод виготовляється, в залежності від типу конденсатора, з алюмінієвої, ніобієвої чи танталової фольги.
Крім того, конденсатори розрізняються по можливості зміні своєї ємності:
- Постійні конденсатори — основний клас конденсаторів, який не міняє своєї ємності (окрім як зменшення з часом використання);
- Змінні конденсатори — конденсатори, які дозволяють зміни ємності в процесі функціонування апаратури. Керування ємністю може відбуватися механічно, електричною напругою (варіконди) та температурою (термоконденсатори). Використовуються, наприклад, у радіоприймачах для налаштування частоти резонансного контуру.
- Конденсатори підлаштування — конденсатори, ємність яких змінюється при разовому чи періодичному регулюванню і не змінюється в процесі функціонування апаратури. Їх використовують для підлаштування та вирівнювання початкових ємностей сполучених контурів, для періодичного підлаштування та регулювання ланцюгів схем, де потрібна незначна зміна ємності.
В залежності від призначення можна умовно розділити конденсатори на конденсатори загального та спеціального призначення. Конденсатори загального призначення використовуються практично у більшості видів і класів апаратури. Традиційно до них відносять найбільш розповсюджені низьковольтні конденсатори, до яких не висуваються особливі вимоги. Решта конденсаторів є спеціальними. До них відносяться високовольтні, імпульсні, дозиметричі, пускові та інші конденсатори.
[ред.] Використання конденсаторів
Конденсаторам знаходиться використання практично у всіх галузях електротехніки.
Конденсатори використовуються як фільтри при перетворенні змінного струму на постійний.
При з`єднанні конденсатора з катушкою індуктивності утворюється коливальний контур, який використовується у пристроях прийому-передачі.
За допомогою конденсаторів можна отримувати імпульси великої потужності, наприклад, у фотоспалахах.
Оскільки конденсатор здатний довгий час зберігати заряд, то його можна використовувати в якості елемента пам`яті.
