Как определить напряжение конденсатора

Конденсаторы, свойства конденсатора, обозначение конденсаторов на схемах, основные параметры

Конденсатор

Что такое конденсатор? Конденсатор это система из двух и более электродов (обычно в форме пластин, называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок конденсатора. Такая система обладает взаимной ёмкостью и способна сохранять электрический заряд.ТОесть из рисунка видно что это две параллельные металические пластины разделённые каким то материалом (диэлектриком- это вещество которое не проводит электрический ток)

Немного из истоиии изобретения конденсатора

В 1745 году в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор – .

Лейденская банка – первый электрический конденсатор, изобретённый голландскими учёными Мушенбреком и его учеником Кюнеусом в 1745 в Лейдене. Параллельно и независимо от них сходный аппарат, под названием изобрёл немецкий учёный Клейст. Лейденская банка представляла собой закупоренную наполненную водой стеклянную банку, оклеенную внутри и снаружи фольгой. Сквозь крышку в банку был воткнут металлический стержень. Лейденская банка позволяла накапливать и хранить сравнительно большие заряды, порядка микрокулона. Изобретение лейденской банки стимулировало изучение электричества, в частности скорости его распространения и электропроводящих свойств некоторых материалов. Выяснилось, что металлы и вода лучшие проводники электричества. Благодаря Лейденской банке удалось впервые искусственным путем получить электрическую искру.

Свойства конденсатора

Конденсатор в цепи постоянного тока не проводит ток, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора. В терминах метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом

При изменении частоты изменяются диэлектрическая проницаемость диэлектрика и степень влияния паразитных параметров – собственной индуктивности и сопротивления потерь. На высоких частотах любой конденсатор можно рассматривать как последовательный колебательный контур, образуемый ёмкостью , собственной индуктивностью и сопротивлением потерь . Резонансная частота конденсатора равна:

Обозначение конденсаторов на схемах

На электрических принципиальных схемах номинальная ёмкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах или пикофарадах (1 мкФ = 106 пФ). При ёмкости не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, т.е. постфикс опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения (пикоФарад). Для электролитических конденсаторов, а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах(В) или киловольтах(кВ). Например так: . Для переменных конденсаторов указывают диапазон изменения ёмкости, например так: .

Характеристики конденсаторов

Основные параметры конденсаторов

Ёмкость конденсаторов

Основной характеристикой конденсатора является его электрическая ёмкость (точнее номинальная ёмкость), которая определяет его заряд в зависимости от напряжения на обкладках (q = CU). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до сотен микрофарад. Однако существуют конденсаторы с ёмкостью до десятков фарад.

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

Если у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшй площади. При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна

Эта ёмкость всегда меньше минимальной ёмкости конденсатора, входящего в батарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможность пробоя конденсаторов, так как на каждый конденсатор приходится лишь часть разницы потенциалов источника напряжения. Если площадь обкладок всех конденсаторов, соединённых последовательно, одинакова, то эти конденсаторы можно представить в виде одного большого конденсатора, между обкладками которого находится стопка из пластин диэлектрика всех составляющих его конденсаторов.

Удельная ёмкость конденсаторов

Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью – отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.

Номинальное напряжение конденсаторов

Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение – значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах. Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается.

Номинальное напряжение конденсаторов

Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение – значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах. Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается.

Полярность конденсаторов

Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса. Взрывы электролитических конденсаторов – довольно распространённое явление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения (актуально для импульсных устройств). Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают клапан или выполняют насечку на корпусе (часто можно заметить её в форме буквы X, K или Т на торце). При повышении внутреннего давления открывается клапан или корпус разрушается по насечке, испарившийся электролит выходит в виде едкого газа, и давление спадает без взрыва и осколков.

Паразитные параметры конденсаторов

Реальные конденсаторы, помимо ёмкости, обладают также собственными сопротивлением и индуктивностью. С высокой степенью точности, эквивалентную схему реального конденсатора можно представить следующим образом:

Электрическое сопротивление изоляции конденсатора – r

Эквивалентное последовательное сопротивление – R

Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR) обусловлено главным образом электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контакта(-ов) между ними, а также потерями в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор. В большинстве случаев этим параметром можно пренебречь, но иногда (напр., в случае использования электролитических конденсаторов в фильтрах импульсных блоков питания) достаточно малое его значение может быть жизненно важным для надёжности устройства (см., напр., Capacitor plague(англ.)).

Эквивалентная последовательная индуктивность – L

Тангенс угла потерь

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ) конденсаторов

где ?T – увеличение температуры в °C или °К относительно нормальных условий, при которых специфицировано значение ёмкости. TKE применяется для характеристики конденсаторов со значительной линейной зависимостью ёмкости от температуры. Однако ТКЕ определяется не для всех типов конденсаторов. Для характеристики конденсаторов с выраженной нелинейной зависимостью обычно указывают предельные величины отклонений от номинала в рабочем диапазоне температур.

Диэлектрическое поглощение конденсаторов

Если заряженный конденсатор быстро разрядить до нулевого напряжения путём подключения низкоомной нагрузки, а затем снять нагрузку и наблюдать за напряжением на выводах конденсатора, то мы увидим, что напряжение медленно повышается. Это явление получило название диэлектрическое поглощение или адсорбция электрического заряда. Конденсатор ведёт себя так, словно параллельно ему подключено множество последовательных RC-цепочек с различной постоянной времени. Интенсивность проявления этого эффекта зависит в основном от свойств диэлектрика конденсатора. Наименьшим диэлектрическим поглощением обладают конденсаторы с тефлоновым (фторопластовым) диэлектриком. Подобный эффект можно наблюдать и на большинстве электролитических конденсаторов, но в них он является следствием химических реакций между электролитом и обкладками.

Классификация конденсаторов(типы конденсаторов)

  • Конденсаторы вакуумные (обкладки без диэлектрика находятся в вакууме).
  • Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
  • Конденсаторы с жидким диэлектриком.
  • Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.
  • Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные – бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.
  • Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего своей огромной удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металле, являющийся анодом. Вторая обкладка (катод) – это или электролит (в электролитических конденсаторах) или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги.
    Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:
  • Постоянные конденсаторы – основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы).
  • Переменные конденсаторы – конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термоконденсаторы). Применяются, например, в радиоприемниках для перестройки частоты резонансного контура.
  • Подстроечные конденсаторы – конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости.
  • Подстроечные конденсаторы – конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости.
  • зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространенные низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляюшие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

    Краткое обозначение!Типы конденсаторов:
    БМ – бумажный малогабаритный
    БМТ – бумажный малогабаритный теплостойкий
    КД – керамический дисковый
    КЛС – керамический литой секционный
    КМ – керамический монолитный
    КПК-М – подстроечный керамический малогабаритный
    КСО – слюдянной опресованный
    КТ – керамический трубчатый
    МБГ – металлобумажный герметизированный
    МБГО – металлобумажный герметизированный однослойный
    МБГТ – металлобумажный герметизированный теплостойкий
    МБГЧ – металлобумажный герметизированный однослойный
    МБМ – металлобумажный малогабаритный
    ПМ – полистироловый малогабаритный
    ПО – пленочный открытый
    ПСО – пленочный стирофлексный открытый

    Кратные и дольные единицы ёмкости в системе Си

    Таблица кодов ёмкостей в пико, микро и нано Фарадах

    Конденсаторы для «чайников»

    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

    Лучше начать с простого и описать основные принципы работы конденсаторов, прежде чем переходить к настоящим устройствам. Идеальный конденсатор состоит из двух проводящих пластинок, разделённых диэлектриком. Заряд собирается на пластинах, но не может перетекать между ними – диэлектрик обладает изолирующими свойствами. Так конденсатор накапливает заряд.

    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 εr 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


    Танталовый конденсатор поверхностного размещения

    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

    Целое семейство конденсаторов использует полимерные плёнки в качестве диэлектриков, а плёнка либо находится между витыми или перемежающимися слоями металлической фольги, либо имеет металлизированный слой на поверхности. Их рабочее напряжение может доходить до 1000 В, но высокими ёмкостями они не обладают – это обычно от 100 пФ до единиц мкФ. У каждого вида плёнки есть свои плюсы и минусы, но в целом всё семейство отличается более низкими ёмкостью и индуктивностью, чем у электролитических. Посему они используются в высокочастотных устройствах и для развязывания в электрически шумных системах, а также в системах общего назначения.

    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.

    35. Электродинамика Читать 0 мин.

    35.441. Цепи

    Через конденсатор постоянный ток не течёт.

    Напряжение на параллельных участках цепи одинаково.

    В системе отключенных конденсаторов заряд всегда остаётся постоянным. Напряжение и ёмкость может меняться.

    Выделившееся количество теплоты равно разности начальной и конечной энергии:

    ― начальная энергия системы [Дж];

    Ек ― конечная энергия системы [Дж].

    Начальные и конечные энергии определяются энергиями конденсаторов и катушек индуктивности входящих в цепь.

    После установления равновесия, напряжение есть только на конденсаторах, не подключенных параллельно к резисторам.

    Конденсатор в цепи постоянного тока

    Плоский конденсатор представляет собой пластинки, на которых может скапливаться заряд. Между пластинками находится пространство, заполненное диэлектриком (или воздухом в роли диэлектрика). Поскольку диэлектрики ― вещества, плохо проводящие ток, от одной пластины конденсатора через слой диэлектрика на другую пластину заряд перейти не может, а значит, через конденсатор ток не проходит. Если на участке цепи находится такой конденсатор ― этот участок «заблокирован», тока в нем нет.

    Если на участке цепи находится конденсатор не заряженный, или заряженный частично, а цепь подключают к источнику тока ― на обкладках конденсатора начинает скапливаться заряд. Это означает, что на этом участке цепи до конденсатора есть ток ― до тех пор, пока конденсатор не заряжен полностью.

    Если цепь от источника тока отключить, и в ней есть заряженный конденсатор ― конденсатор начинает разряжаться. Заряды с одной обкладки конденсатора пытаются перейти на другую, по «длинному пути» ― через всю цепь, создавая, таким образом, ток. Ток в такой цепи будет до тех пор, пока конденсатор не разрядится.

    Пример: Пусть в цепи есть два резистора с сопротивлениями R1 и R2, источник ЭДС ε, и конденсатор емкостью C:

    Конденсатор C полностью заряжен. В этом случае токи в цепи не проходят через участок цепи FG ― его словно нет в цепи, и в расчетах параметров цепи он не учитывается. Ток считается выходящим из положительно заряженной клеммы источника ЭДС (тонкая и длинная) к входящим в отрицательно заряженную клемму (жирная короткая черта):

    Конденсатор разряжен или заряжен не док конца. В этом случае конденсатор только заряжается, и ток в цепи через точку F проходит – вплоть до обкладки конденсатора – но дальше, в точку G ток не проходит.

    Конденсатор заряжен, но от источника ЭДС цепь отключена. В этом случае ток идет через всю цепь ― пока конденсатор может служить источником зарядов и пока полностью не разрядится. Когда конденсатор разрядится ― ток в цепи прекратится.

    Напряжения на всех параллельных участках цепи равны ― это основное свойство параллельного подключения. Вне зависимости от того, находится на ветви резистор, или конденсатор. Таким образом, во всех случаях для примера выше, напряжение на конденсаторе C равно напряжению на резисторе R1, и равно напряжению на резисторе R2. Благодаря этому свойству, зная, например, энергию, скопившуюся на заряженном конденсаторе, или его заряд, можно вычислить напряжение на резисторах.

    Заряженный конденсатор, отключенный от цепи. У заряженного конденсатора на обкладках находится определенное количество заряда. Если конденсатор отключить от цепи ― заряду некуда переместиться, и он остается на конденсаторе неизменным. Получить дополнительный заряд, если он заряжен не до конца, конденсатору тоже неоткуда. Заряд конденсатора, отключенного от цепи, постоянен.

    Электроемкость конденсатора ― это его физико-геометрическая характеристика, показывающая, как много заряда он может скопить. Электроемкость конденсатор не зависит ни от заряда на его обкладках, ни от напряжения в цепи.

    Электроемкость конденсатора равна C = $frac = frac$ , где

    C ― электроемкость конденсатора, [Ф];

    (φ2 – φ1) ― разность потенциалов на обкладках конденсатора, [В];

    U ― напряжение на обкладках конденсатора [В].

    Электроемкость плоского конденсатора зависит от размеров его пластин, расстояния между ними, а также типа диэлектрика, который заполняет пространство между пластинами.

    Электроемкость плоского конденсатора равна C = $frac$ , где

    C ― ёмкость конденсатора [Ф];

    ε ― диэлектрическая проницаемость;

    ε0 ― электрическая постоянная;

    S ― площадь обкладок конденсатора [м2];

    d ― расстояние между обкладками [м].

    В электрической цепи за счет сопротивления, которое преодолевают движущиеся в материале заряды, выделяется тепло. Количество теплоты, которая выделяется в цепи, равно разности начальной и конечной энергии всей системы Q = ¸ где

    ― начальная энергия системы [Дж];

    ― конечная энергия системы [Дж].

    В цепи энергия скапливается на конденсаторах (энергия электрического поля) и на катушках индуктивности (энергия магнитного поля). Поэтому энергия электромагнитных сил в цепи в любой момент равна сумме энергий на конденсаторах и на катушках, которые входят в цепь.

    Энергия электрического поля заряженного конденсатора равна We = $frac <2>= frac <2>= frac<2C>$ , где

    We ― энергия электрического поля конденсатора, [Дж];

    C ― электроемкость конденсатора, [Ф];

    U ― напряжение на обкладках конденсатора, [В];

    q ― заряд на обкладках конденсатора, [Кл].

    Энергия магнитного поля катушки индуктивности равна E = $frac<2>$ , где

    E ― энергия магнитного поля катушки [Дж];

    L ― индуктивность катушки [Гн];

    I ― сила тока в катушке [А].

    Состояние равновесия и зарядка конденсаторов

    Пример 1: в цепи, изображенной на рисунке, есть ЭДС и резисторы с сопротивлениями R1 и R2, оба конденсатора емкостями C1 и C2 разряжены.

    Ток от источника ЭДС до конденсатора C1 будет идти до тех пор, пока конденсатор C1 не будет полностью заряжен. При этом от конденсатора C1 дальше заряды не проходят ― ни на резисторы R1 и R2, ни на конденсаторC2. Как только конденсатор C1 полностью заряжается, в системе наступает состояние равновесия ― напряжение на конденсаторе становится равным ЭДС, весь возможный заряд конденсатор принял. Поскольку ток через него не прошел до конденсатора C2 ― этот конденсатор так и остался незаряженным. Напряжение есть лишь на конденсаторе C1, а на конденсаторе C2напряжение равно нулю. Зарядка конденсатораC1:

    После того, как конденсатор C1 заряжен, ток в цепи прекращается.

    Пример 2: в цепи, изображенной на рисунке, есть ЭДС и резисторы с сопротивлениями R1 и R2, все три конденсатора емкостями C1, C2 и C3 разряжены.

    Ток, выходя из источника ЭДС, разделяется на два тока ― один питает подзарядку конденсатораC1, а другой ― конденсатораC2. Состояние равновесия наступает, когда оба конденсатора полностью заряжены ― в цепи ток больше не проходит. Но так как ток дальше конденсаторов не проходит ― конденсатор C3 не получает заряд, и остается разряженным. Напряжение на конденсаторе C3 равно нулю.

    Зарядка конденсаторов C1 иC2:

    После того, как конденсаторыC1 и C2 заряжены, ток в цепи прекращается.

    Как проверить конденсатор мультиметром

    Мультиметр – это электроизмерительное устройство с различными функциями. С его помощью можно проверять напряжение, силу тока, а также производные от этих величин – сопротивление и емкость. С помощью мультиметра можно проверить и работоспособность различных электронных компонентов. В этой статье мы с вами узнаем, как проверить мультиметром конденсатор и его емкость.

    Конденсатор и емкость

    Конденсаторы используются практически во всех микросхемах и являются частой причиной ее неработоспособности. Так что в случае неисправности устройства следует проверять в первую очередь именно этот элемент.

    Виды конденсаторов по типу диэлектрика:

    • вакуумные;
    • с газообразным диэлектриком;
    • с неорганическим диэлектриком;
    • с органическим диэлектриком;
    • электролитические;
    • твердотельные.

    Обычно используются электролитические конденсаторы

    Основные неисправности конденсаторов:

    • Электрический пробой. Обычно вызван превышением допустимого напряжения.
    • Обрыв. Связан с механическими повреждениями, встрясками, вибрациями. Причиной может служить некачественная конструкция и нарушение эксплуатационных условий.
    • Повышенные утечки. Сопротивление между обкладками изменяется, и это приводит к низкой емкости конденсатора, которая не способна сохранять заряд.

    Все эти причины приводят к тому, кто конденсатор становится непригодным для дальнейшего использования.

    В данном случае присутствует протечка электролита

    Перед проверкой конденсатора

    Т.к. конденсаторы накапливают электрический заряд, перед проверкой их следует разряжать. Это можно сделать отверткой – жалом нужно прикоснуться к выводам, чтобы образовалась искра. Затем можно прозванивать компонент. Проверку конденсатора можно сделать как мультитестером, так и при помощи лампочек и проводов. Первый способ является более надежным и дает более точные сведения об электронном элементе.

    До начала проверки следует осмотреть конденсатор. Если он имеет трещины, нарушение изоляции, подтеки или вздутие, поврежден внутренний электролит и прибор сломан. Его нужно поменять на работающее устройство. При отсутствии внешних повреждений придется использовать мультиметр.

    Перед проведением измерений нужно определить вид конденсатора – полярный или неполярный. У первого обязательно должна соблюдаться полярность, иначе прибор выйдет из строя. Во втором случае определение плюсового и минусового выходов не требуется, но измерения будут проводиться по другой технологии.

    Определить полярность можно по метке на корпусе. На детали должна быть черная полоса с обозначением нуля. Со стороны этой ножки расположен отрицательный контакт, а с противоположной – положительный.

    Измерение емкости в режиме сопротивления

    Переключатель мультиметра следует установить в режим сопротивления (омметра). В этом режиме можно посмотреть, есть ли внутри конденсатора обрыв или короткое замыкание. Для проверки неполярного конденсатора выставляется диапазон измерений 2 МОм. Для полярного изделия ставится сопротивление 200 Ом, так как при 2 МОм зарядка будет производиться быстро.

    Сам конденсатор нужно отпаять от схемы и поместить его на стол. Щупами мультиметра нужно коснуться выводов конденсатора, соблюдая полярность. В неполярной детали соблюдать плюс и минус не обязательно.

    Измерение в режиме сопротивления

    Когда щупы прикоснутся к ножкам, на дисплее появится значение, которое будет возрастать. Это вызвано тем, что мультитестер будет заряжать компонент. Через некоторое время значение на экране достигнет единицы – это значит, что прибор исправен. Если при проверке сразу же загорается 1, внутри устройства произошел обрыв и его следует заменить. Нулевое значение на дисплее говорит о том, что внутри конденсатора произошло короткое замыкание.

    Если проверяется неполярный конденсатор, значение должно быть выше 2. В ином случае прибор является не рабочим.

    Аналоговое устройство

    Вышеописанный алгоритм подходит для цифрового тестера. При использовании аналогового устройства проверка производится еще проще – нужно наблюдать лишь за ходом стрелки. Щупы подключаются так же, режим – проверка сопротивления. Плавное перемещение стрелки свидетельствует о том, что конденсатор исправен. Минимальное и максимальное значение при подключении говорят о поломке электронной детали.

    Важно отметить, что проверка в режиме омметра производится для деталей с емкостью выше 0Ю25 мкФ. Для меньших номиналов используются специальные LC-метры или тестеры с высоким разрешением.

    Модели мультиметров на Aliexpress

    Измерение емкости конденсатора

    Емкость является основной характеристикой конденсатора. Она указывается на внешней оболочке прибора, и при наличии тестера можно замерить реальное значение и сравнить его с номиналом.

    Переключатель мультиметра переводится в диапазон измерений. Значение ставится равное или близкое к номиналу, указанному на компоненте. Сам конденсатор устанавливается в специальные отверстия –CX+ (если они есть на мультиметре) или с помощью щупов. Подключаются щупы так же, как и при измерении в режиме сопротивления.

    При подключении щупов на мониторе должно появиться значение сопротивления. Если оно близко к номинальной характеристике, конденсатор исправен. Когда расхождение полученного и номинального значений отличаются более чем на 20% , устройство пробито, и его нужно поменять.

    Измерение емкости через напряжение

    Проверка работоспособности детали может производиться и при помощи вольтметра. Значение на мониторе сравнивается с номиналом, и из этого делается вывод об исправности устройства. Для проверки нужен источник питания с меньшим напряжением, чем у конденсатора.

    Соблюдая полярность, нужно подключить щупы к выводам на несколько секунд для зарядки. Затем мультиметр переводится в режим вольтметра и проверяется работоспособность. На дисплее тестера должно появиться значение, схожее с номинальным. В ином случае прибор сломан.

    Другие способы проверки

    Можно проверить конденсатор, не выпаивая его из микросхемы. Для этого нужно параллельно подключить заведомо исправный конденсатор с такой же емкостью. Если устройство будет работать, то проблема в первом элементе, и его следует поменять. Такой способ применим только в схемах с небольшим напряжением!

    Иногда проверяют конденсатор на искру. Его нужно зарядить и металлическим инструментом с заизолированной рукояткой замкнуть выводы. Должна появиться яркая искра с характерным звуком. При малом разряде можно сделать вывод, что деталь пора менять. Проводить данное измерение нужно в резиновых перчатках. К этому методу прибегают для проверки мощных конденсаторов, в том числе пусковых, которые рассчитаны на напряжение более 200 Вольт.

    Использовать способы проверки без специальных приборов нежелательно. Они небезопасны – при малейшей неосторожности можно получить электрический удар. Также будет нарушена объективность картины – точные значения не будут получены.

    Сложности проверки

    Основной сложностью при определении работоспособности конденсатора мультиметром является его выпаивание из схемы. Если оставить компонент на плате, на измерение будут влиять другие элементы цепи. Они будут искажать показания.

    В продаже существуют специальные тестеры с пониженным напряжением на щупах, которые позволяют проверять конденсатор прямо на плате. Малое напряжение сводит к минимуму риск повреждения других элементов в цепи.

    Как проверить емкость – видео ролики в Youtube

    Отличное видео с описанием процесса проверки конденсаторов и поиска неисправностей от популярных ютуб-блогеров.

    Как проверить конденсатор мультиметром

    Одной из самых распространённых причин неисправности электронной техники, это выход из строя конденсатора. Любая электроника, бытовая техника и цифровые процессоры все имеют в своем оборудовании конденсаторы и достаточно одной незначительной неисправности конденсатора, что бы весь механизм прекратил выполнять свои функции.

    Как проверить конденсатор мультиметром

    Я рад снова видеть все вас на страницах сайта «Электрик в доме». Сегодня мы познакомимся и изучим одну из самых используемых деталей в электронике – конденсатор. История создания первого конденсатора относит нас назад в 1745 год («лейденская банка»).

    В наше время, в век технологий нас со всех сторон окружает электротехнические машины и оборудование. Вы конечно хорошо знакомы с конденсатором и если не сталкивались технически, то слышали о нем однозначно.

    Одной из самых распространённых причин неисправности электронной техники, это выход из строя конденсатора. Любая электроника, бытовая техника и цифровые процессоры все имеют в своем оборудовании конденсаторы и достаточно одной незначительной неисправности конденсатора, что бы весь механизм прекратил выполнять свои функции.

    Вот почему, в случае неисправности оборудования, первым делом необходимо обратить ваше внимание на работоспособность в схеме конденсаторов. И сделать это можно только при помощи электронного прибора, так как визуально определить состояние невозможно, если нет внешних повреждений.

    Для этих целей и предназначен недорогой прибор мультиметр, выполняющий многие функции. Об одной из них — проверки сопротивления, я уже знакомил вас в своей предыдущей статье. Этот же материал предназначен для изучения методики проверки конденсатора мультиметром.

    С этой проблемой ко мне обратился один из моих подписчиков. Следуя уже своей традиции, я как всегда, буду излагать материал просто и доступно для легко понимания всем желающим.

    Проверка конденсатора мультиметром

    Для лучшего усвоения материала, начнем с небольшой теории:

    • Устройство и принцип работы мультиметра;
    • Виды и особенности конденсаторов.

    Устройство (прибор) предназначенное для накопления электрического заряда – это основное определение конденсатора. Конструктивно он состоит из определенного корпуса, внутри которого расположены две параллельные металлические пластины. Между пластинами установлена прокладка (диэлектрик). Площадь пластин напрямую влияет на величину электрического заряда. Чем больше площадь пластин, тем больше величина накопленного заряда.

    Конденсаторы могут быть двух видов: полярными и неполярными.

    Конденсаторы полярные.

    Определить какой вид конденсаторов достаточно не сложно, уже название вам дает подсказку, что «полярные» должны иметь полярность, то есть иметь (+ плюс) и (- минус). Их подключение в электросхему строго регламентировано в соответствие полярности. Плюс подключается к плюсу, минус к минусу. При нарушении этого правила — конденсатор не будет работать, а вместе с ним и вся схема.

    Все полярные конденсаторы заполнены электролитом (твердым или жидким), поэтому их классифицируют как электролитические. Их физические параметры (емкость) находится в следующих параметрах 0.1 ÷ 100000 мкФ.

    Конденсаторы неполярные

    Неполярные конденсаторы, как вы уже поняли, не имеют полярности и не требуют строгого соблюдения условий подключений. У них нет ни плюса, ни минуса. Роль диэлектрика у них могут выполнять: бумага, стекло, керамика и слюда. Их физические параметры (емкость) незначительна и находится в следующем диапазоне (от нескольких микрофарад до нескольких пикофарад).

    Забегая вперед, сразу хочу ответить на ваши вопросы, зачем нам с вами необходимо знать эти технические тонкости. Это очень важно, так как к каждому типу конденсаторов применима своя методика проверки мультиметром. И пред началом проверки, мы должны первым делом, установить тип конденсатора. Это очень важный момент. Прошу вас обратить на это внимание!

    Как проверить конденсатор с помощью приборов

    Любую проверку конденсаторов необходимо начинать с внешнего осмотра, на наличие внешних признаков повреждений корпуса (трещин, вздутия). Достаточно часто происходит повреждение электролита, что приводит к повышению давления на внутреннюю поверхность оболочки и последующее ее вздутие.

    После того как визуальный осмотр окончен и мы не установили внешних повреждений конденсатора, необходимо продолжить проверку специальным прибором, в нашем случае мультиметром. Этот простейший прибор поможет нам установить емкость конденсатора и обрывы внутри.

    Перед проверкой незабываем, установить тип конденсатора, более подробно об этом написано выше. Продолжаем процесс проверки с соблюдением полярности, для этого подключаем плюсовой щуп к плюсовому контакту конденсатора и соответственно минусовой щуп к контакту минус.

    Проверяя неполярный конденсатор, подключение мультиметра проводим произвольно без соблюдения правила полярности. Единственное, что здесь необходимо выполнить, это выставить переключатель мультиметра на отметку 2 Мом. Это важно, так как при меньшем значении дисплей прибора отобразит — «1» (единицу), что укажет на неисправность конденсатора.

    Проверяем конденсатор мультиметром в режиме омметра

    Для примера мы свами выполним проверку четырех конденсаторов: два полярных (диэлектрических) и два неполярных (керамических).

    Но перед проверкой мы должны обязательно разрядить конденсатор , при этом достаточно замкнуть его контакты при помощи любого металла.

    Для того чтобы перейти в режим (омметра) сопротивления, мы перемещаем переключатель в группу измерения сопротивления, для того чтобы установить наличие обрыва или короткого замыкания.

    Итак, первым делом проверим полярные кондиционеры (5.6 мкФ и 3.3 мкФ), установленных ранее у неработающих энергосберегающих лампочек

    Разряжаем конденсаторы путем замыкания их контактов обычной отверткой. Вы можете использовать, удобный для вас, любой другой металлический предмет. Главное чтобы к нему плотно прилегали контакты. Это позволит нам получить точные показания прибора.

    Следующим шагом выставляем переключатель на шкалу 2 МОм и соединяем контакты конденсатора и щупы прибора. Далее наблюдаем на дисплее быстро увиливающие параметры сопротивления.

    Вы спросите меня, в чем дело и почему на дисплее мы наблюдаем «плавающие показатели» сопротивления? Это объяснить довольно просто, поскольку питание прибора (батарейка) имеет постоянное напряжение и за счет этого происходит зарядка конденсатора.

    С течением времени конденсатор все больше и больше накапливает заряд (заряжается), тем самым увеличивая сопротивление. Емкость конденсатора влияет на скорость зарядки. Как только конденсатор получит полную зарядку, значение его сопротивления будет соответствовать значению бесконечности, а мультиметр на дисплее покажет «1». Это параметры рабочего конденсатора.

    Нет возможности показать картинку на фотографии. Так для следующего экземпляра емкостью 5.6 мкФ, показатели сопротивления начинаются с 200 кОм и плавно возрастают до тех пор, пока не преодолеют показатель 2 МОм. Эта процедура не занимает более -10 сек.

    Для следующего конденсатора емкостью 3.3 мкФ происходит все аналогично, но время процесса занимает менее — 5 сек.

    Проверить следующую пару неполярных конденсаторов можно точно также по аналогии с предыдущими конденсаторами. Соединяем щупы прибора и контакты, следим за состоянием сопротивления на дисплее прибора.

    Рассмотрим первый «150nК». Вначале его сопротивление несколько снизится примерно до 900 кОм, затем следует его плавное увеличение до определенной отметки. Время процесса занимает — 30 сек.

    При этом на мультиметре модели МБГО переключатель устанавливаем на шкалу 20 МОм (сопротивление приличное, очень быстро идет зарядка)

    Процедура классическая, снимаем заряд при помощи замыкания контактов отверткой:

    Смотрим на дисплей, отслеживая показатели сопротивления:

    Делаем вывод, что в результате проверки все представленные конденсаторы исправны.

    Как проверить емкость конденсатора

    Главный показатель, основная характеристика всех конденсаторов — это «емкость». Измеряя эту характеристику и сравнивая ее с указанными параметрами на корпусе, мы сможем выяснить, исправен кондиционер или нет. Есть приборы, которые легко позволят вам выполнить эту проверку.

    Но можно ли проверить емкость конденсатора, как в нашем случае, мультиметром . Если вы будет проверять емкость при помощи щупов, вы не получите желаемого результата. Как же быть?

    В этом нам помогут разъемы «гнезда» -CX+(«-» и «+» — это полярность подключения)

    Для этого примера мы будем использовать кондер «150нФ». Маркировка 150nK:

    Устанавливаем переключатель на отметку – ближайшее большее значение. В нашем случае это 200 нФ. Следующим шагом вставляем ножки конденсатора в разъемы -CX+. (не обращаем внимание на полярность, наш кондер неполярный). Дисплей показывает значение емкости– 160.3 нФ, что совпадает с номинальными показателями.

    Продолжаем проверку конденсатора с емкостью 4700 пФ. Устанавливаем переключатель на шкале в положение 20 n.

    Теперь вставляем ножки в разъёмы прибора и наблюдаем на дисплее параметры 4750 пФ. Вы это можете увидеть на фото. Параметры точно соответствуют параметрам заявленным производителем.

    Запомните, если показатели сильно отличаются от номинальных параметров или вообще равны нулю, это говорит нам, что конденсатор не рабочий и его необходимо заменить.

    Как проверить конденсатор при помощи прибора ESR-METR

    Недавно я приобрел ESR-METR и я решил выполнить им ту же самую проверку.

    Методика проверки очень проста. Прибор необходимо откалибровать, в моем случае в комплекте идет специальная перемычка, при помощи которой замыкается нужная группа контактов на колодке 1-4. Нажимаем кнопку и прибор автоматический калибруется, сообщив нам об этом на своем экране. После калибровки не забываем разрядить конденсатор и подключаем его к нужным нам разъемам. и производим измерение.

    Каждый конденсатор обладает и паразитными свойствами, например сопротивлением. Из фото видно, что емкость конденсатора соответствует заявленным характеристикам, а также присутствует паразитное последовательное сопротивление номиналом 1.2 Ом, из за этого потери на данном конденсаторе составляют 0,5%.

    В нашем случает этот показатель великоват, что говорит о высыхании конденсатора, устанавливать его в схему не рекомендуется.

    На этом все. Если у Вас есть замечания или предложения по данной статье, прошу написать администратору сайта.

  • Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий