Для чего нужны конденсаторы — принцип работ

Конденсаторы относятся к основной группе пассивных электронных компонентов. Они используются для хранения энергии, но их свойства и применение на этом не заканчиваются. Конденсаторы https://at-chip.ru/ имеют разные формы, цвета и размеры, но их основная особенность — способность запасать энергию — остается неизменной.

Из чего состоит конденсатор?

Мы уже знаем, что конденсаторы являются накопителями энергии. Точнее, электрическая энергия, а не тепловая, кинетическая или какая-то еще. Проще говоря, они служат « резервуарами для хранения электроэнергии ». Электрические заряды, в просторечии называемые «ток», накапливаются на металлических пластинах, называемых крышками. Между ними есть зазор, чтобы они не касались друг друга, а находились очень близко друг к другу. Этих трех вещей достаточно, чтобы сделать конденсатор: две пластины и что-то между ними, что не проводит электричество, вещество, называемое диэлектриком или изолятором.

На пластинах могут накапливаться электрические заряды, одна положительная, а другая отрицательная. Так как они непохожи, т.е. имеют противоположные знаки, то пытаются притягиваться друг к другу. Но изолирующий слой диэлектрика препятствует этому, так что на этом «готовность» только заканчивается. Несмотря на то, что благодаря этому грузы остаются неподвижными, мы получаем ощутимые выгоды от этого — между крышками возникает напряжение!

Что там с конденсатором?

Есть еще один момент, связанный с существованием зарядов и их взаимным притяжением. Между пластинами и вокруг них возникнет электрическое поле. В пространстве между пластинами, т. е. внутри диэлектрика, она будет иметь однородный характер, т. е. будет иметь одинаковое значение в каждом месте. Кроме обкладок вокруг нашего конденсатора, он тоже будет, но точно слабее.

Напряжение

Две группы зарядов, желая притянуться друг к другу, создают между пластинами электрическое напряжение, которое выражается в вольтах [В]. Чем они выше, тем сильнее они хотят прижаться друг к другу. Пишу об этом потому, что именно напряжение между обкладками конденсатора будет периодически упоминаться в этой статье.

Изюминка программы

Что самое главное в конденсаторе? емкость. В отличие от ведер, электрическая емкость — ведь именно об этом мы и говорим — выражается в фарадах [Ф] и в расчетах обозначается буквой С. Фарад — относительно крупная единица. Чаще встречаем его дольные , т.е.:

• миллифарад [мФ] = 0,001Ф
• микрофарад [мкФ] = 0,001мФ = 0,000001Ф
• нанофарад [нФ] = 0,001 мкФ = 0,000001 мФ = 0,000000001 Ф
• пикофарад [пФ] = 0,001 нФ = 0,000001 мкФ = 0,000000001 мФ = 0,000000000001Ф

Немного больше емкости

Емкость C, напряжение U и электрический заряд Q, накопленный в конденсаторе, связаны одним очень хорошим соотношением:

Если у вас есть конденсатор с фиксированной емкостью, он может накапливать большой заряд при низком напряжении (низкое U, высокое Q) или наоборот – при высоком напряжении количество заряда уменьшается пропорционально (высокое U, маленькое Q). Чем больше емкость конденсатора, тем больший заряд он может хранить при данном напряжении.

От чего зависит емкость конденсатора? От нескольких факторов:

1. поверхности покрытия
2. расстояние между крышками
3. диэлектрический материал между ними

Протекает ли ток через конденсатор?

Как упоминалось ранее, ток через конденсатор не течет. Это не совсем так… точнее так оно и есть, но относится только к постоянному току. Если мы подключим конденсатор к батарее, аккумулятору или источнику питания, он будет заряжаться до определенного напряжения. Как только он достигнет его, заряды перестанут поступать на его пластины, поэтому через него перестанет течь ток.

Когда конденсатор проводит?

Подождите… Значит, ток будет течь через конденсатор, несмотря на то, что он имеет чистый зазор? Да! Заряд не должен физически перескакивать с одной пластины на другую, так как это повредило бы диэлектрик, но он может «стимулировать» протекание зарядов с другой пластины или обратно в систему за счет своего электрического поля.

Применение

Вы уже знаете, из чего состоит конденсатор и от каких факторов зависит его емкость. Теперь стоит подумать, зачем вообще нужны эти конденсаторы. Тот факт, что они хранят энергию, является хорошей особенностью, но как вы можете ее использовать?

В блоках питания

Первое применение конденсаторов — фильтрация напряжения. В розетках вы имеете переменное напряжение, то есть напряжение, которое циклически меняет свое направление. После его выпрямления мы получаем переменное напряжение, т.е. с фиксированным направлением, но еще сильно пульсирующее. Любая более сложная электронная система не будет работать должным образом, если снабдим ее «чем-то подобным». Эти колебания должны быть отфильтрованы. Как? Использование конденсатора.

Обратите внимание на напряжение!

Каждый конденсатор, вне зависимости от типа, имеет определенное допустимое рабочее напряжение. Чаще всего это дается на его корпусе, иногда только в более завуалированном виде. Превышение этого значения может привести к разрушению этого элемента, т.е. проколу диэлектрика и сварке обеих крышек. Самостоятельно ремонтируются только конденсаторы МКТ и МКП, но они не могут противостоять каждому разряду.

В случае с электролитическими конденсаторами дело обстоит еще более критично. После превышения допустимого напряжения, либо после обратной полярности такого элемента (плюс к минусу, минус к плюсу) может произойти его разгерметизация и утечка электролита, а то и взрыв . Поэтому вы всегда должны следить за тем, чтобы данный конденсатор был размещен в данном месте.

В конце

Одно важное практическое замечание: конденсатор, в отличие от батареи, не имеет определенного количества циклов заряда/разряда. Керамические или фольгированные конденсаторы практически «вечны», тогда как электролитические конденсаторы могут работать тысячи часов, прежде чем их параметры испортятся. За это время их можно заряжать сколько угодно раз без малейшей потери емкости.