Базовая электроника - конденсаторы

Конденсатор - это пассивный компонент, способный хранить энергию в форме разности потенциалов между его пластинами. Он сопротивляется внезапному изменению напряжения. Заряд хранится в виде разности потенциалов между двумя пластинами, которые формируются как положительные и отрицательные в зависимости от направления накопления заряда.

Между этими двумя пластинами имеется непроводящая область, которая называется диэлектриком . Этим диэлектриком может быть вакуум, воздух, слюда, бумага, керамика, алюминий и т. Д. Название конденсатора дается используемым диэлектриком.

Символ и Единицы

Стандартные единицы измерения емкости - это Фарады. Как правило, доступные значения конденсаторов будут в порядке микрофарад, пикофарад и нанофарадов. Символ конденсатора показан ниже.

Символ конденсатора

Емкость конденсатора пропорциональна расстоянию между пластинами и обратно пропорциональна площади пластин. Кроме того, чем выше диэлектрическая проницаемость материала, тем выше будет емкость. Диэлектрическая проницаемость среды описывает, сколько электрического потока генерируется за единицу заряда в этой среде. На следующем рисунке показаны некоторые практические конденсаторы.

Конденсаторы

Когда две пластины, имеющие одинаковую площадь A и равную ширину, размещены параллельно друг другу с разнесением на расстояние d, и если к пластинам приложена некоторая энергия, то емкость этого конденсатора с параллельными пластинами можно обозначить как -

$$ С \: \: = \: \: \ гидроразрыва {\ varepsilon_ {0} \: \: \ varepsilon_ {г} \: \: d} {A}, $$

где

C = емкость конденсатора

$ \ varepsilon_ {0} $ = диэлектрическая проницаемость свободного пространства

$ \ varepsilon_ {r} $ = диэлектрическая проницаемость диэлектрической среды

d = расстояние между пластинами

A = площадь двух проводящих пластин

Конденсатор с параллельными пластинами

При подаче некоторого напряжения заряд оседает на двух параллельных пластинах конденсатора. Это отложение заряда происходит медленно, и когда напряжение на конденсаторе равно приложенному напряжению, зарядка прекращается, так как входящее напряжение равно уходящему напряжению.

Скорость зарядки зависит от значения емкости. Чем больше значение емкости, тем медленнее скорость изменения напряжения в пластинах.

Работа конденсатора

Конденсатор можно понимать как пассивный компонент с двумя выводами, который накапливает электрическую энергию. Эта электрическая энергия накапливается в электростатическом поле.

Первоначально отрицательные и положительные заряды на двух пластинах конденсатора находятся в равновесии. Конденсатор не склонен заряжаться или разряжаться. Отрицательный заряд формируется накоплением электронов, а положительный заряд - истощением электронов. Поскольку это происходит без какого-либо внешнего заряда, это состояние электростатического состояния. На рисунке ниже показан конденсатор со статическим зарядом.

Конденсатор Рабочая

Накопление и истощение электронов в соответствии с различными положительными и отрицательными циклами подачи переменного тока можно понимать как «течение тока». Это называется Током Смещения . Направление этого потока тока постоянно меняется, так как это переменный ток.

Зарядка конденсатора

Когда дается внешнее напряжение, электрический заряд превращается в электростатический заряд. Это происходит во время зарядки конденсатора. Положительный потенциал источника притягивает электроны от положительной пластины конденсатора, делая его более положительным. Хотя отрицательный потенциал источника питания, заставляет электроны к отрицательной пластине конденсатора, делая его более отрицательным. Рисунок ниже объясняет это.

Зарядка конденсатора

Во время этого процесса зарядки электроны движутся через источник постоянного тока, но не через диэлектрик, который является изолятором . Это смещение велико, когда конденсатор начинает заряжаться, но уменьшается по мере зарядки. Конденсатор прекращает зарядку, когда напряжение на конденсаторе равно напряжению питания.

VI

Давайте посмотрим, что происходит с диэлектриком, когда конденсатор начинает заряжаться.

Диэлектрическое поведение

Когда заряды оседают на пластинах конденсатора, образуется электростатическое поле. Сила этого электростатического поля зависит от величины заряда на пластине и диэлектрической проницаемости диэлектрического материала. Диэлектрическая проницаемость - это мера диэлектрика, определяющая, насколько далеко он пропускает электростатические линии.

Диэлектрик на самом деле является изолятором. У него есть электроны на самой внешней орбите атомов. Давайте посмотрим, как они влияют. Когда на пластинах нет заряда, электроны в диэлектрике движутся по круговой орбите. Это показано на рисунке ниже.

диэлектрический

Когда происходит осаждение заряда, электроны стремятся двигаться к положительно заряженной пластине, но они продолжают вращаться, как показано на рисунке.

Диэлектрическое поведение

Если заряд увеличивается дальше, орбиты расширяются больше. Но если он все еще увеличивается, диэлектрик ломается, закорачивая конденсатор. Теперь, когда конденсатор полностью заряжен, он готов к разрядке. Достаточно, если мы дадим им путь от отрицательной до положительной пластины. Электроны текут без какого-либо внешнего источника, поскольку на одной стороне слишком много электронов, а на другой почти нет электронов. Этот дисбаланс регулируется разрядом конденсатора.

Кроме того, когда обнаружен путь разряда, атомы в диэлектрическом материале стремятся попасть на свою нормальную круговую орбиту и, следовательно, заставляют электроны разряжаться. Этот тип разряда позволяет конденсаторам подавать высокие токи за короткий промежуток времени, как при вспышке камеры.

Цветовая кодировка

Чтобы узнать значение конденсатора, его обычно помечают, как показано ниже:

n35 = 0,35 нФ или 3n5 = 3,5 нФ или 35 н = 35 нФ и так далее.

Иногда маркировка будет как 100K, что означает, k = 1000pF. Тогда значение будет 100 × 1000 пФ = 100 нФ.

Хотя эти цифровые обозначения используются в настоящее время, международная схема цветового кодирования была разработана давно, чтобы понять значения конденсаторов. Цветовая маркировка указана ниже.

Цвет полосы Цифра А и В мультипликатор Допуск (т)> 10 пф Допуск (т) <10 пф Температурный коэффициент
черный 0 × 1 ± 20% ± 2.0pF
коричневый 1 × 10 ± 1% ± 0.1pF -33 × 10 -6
красный 2 × 100 ± 2% ± 0.25pF -75 × 10 -6
апельсин 3 × 1000 ± 3% -150 × 10 -6
желтый 4 × 10 000 ± 4% -220 × 10 -6
зеленый 5 × 100 000 ± 5% ± 0.5pF -330 × 10 -6
синий 6 × 1,000000 -470 × 10 -6
Фиолетовый 7 -750 × 10 -6
Серый 8 × 0,01 + 80%, -20%
белый 9 × 0,1 ± 10% ± 1.0pF
Золото × 0,1 ± 5%
Серебряный × 0,01 ± 10%

Эти показания были использованы для определения стоимости конденсаторов.

Значение конденсатора

В этих пятиполосных конденсаторах первые две полосы представляют цифры, третья - множитель, четвертая - допуск, а пятая - напряжение. Давайте посмотрим на пример, чтобы понять процесс кодирования цвета.

Пример 1 - Определите значение конденсатора с помощью цветового кода желтый, фиолетовый, оранжевый, белый и красный.

Решение - значение желтого цвета равно 4, фиолетового цвета равно 7, оранжевого цвета равно 3, что представляет множитель. Белый - это ± 10, что является значением допуска. Красный представляет напряжение. Но чтобы узнать номинальное напряжение, мы получили другую таблицу, из которой должна быть известна конкретная полоса, к которой относится этот конденсатор.

Следовательно, значение конденсатора составляет 47 нФ, 10% 250 В (напряжение для диапазона V)

В следующей таблице показано, как определяется напряжение в зависимости от полос, к которым относятся конденсаторы.

Цвет полосы Номинальное напряжение (В)
ТИП J ТИП К ТИП L ТИП М ТИП N
черный 4 100 10 10
коричневый 6 200 100 1,6
красный 10 300 250 4 35
апельсин 15 400 40
желтый 20 500 400 6,3 6
зеленый 25 600 16 15
синий 35 700 630 20
Фиолетовый 50 800
Серый 900 25 25
белый 3 1000 2.5 3
Золото 2000
Серебряный

С помощью этой таблицы номинальное напряжение для каждой группы конденсаторов известно в соответствии с заданным цветом. Тип номинального напряжения также указывает тип конденсаторов. Например, TYPE J - это погруженные танталовые конденсаторы, TYPE K - это слюдяные конденсаторы, TYPE L - это полистирольные конденсаторы, TYPE M - это электролитические конденсаторы 4-й группы, а TYPE N - электролитические конденсаторы 3-й группы. В наши дни цветовое кодирование было заменено простой печатью значений конденсаторов, как упоминалось ранее.

Емкостная реактивность

Это важный термин. Емкостное реактивное сопротивление - это сопротивление конденсатора потоку переменного тока или просто переменному току. Конденсатор сопротивляется изменению потока тока, и, следовательно, он демонстрирует некоторую оппозицию, которую можно назвать реактивным сопротивлением , поскольку частоту входного тока также следует учитывать вместе с сопротивлением, которое он предлагает.

Символ: X C

В чисто емкостной цепи ток I C опережает приложенное напряжение на 90 °.

Температурный коэффициент конденсаторов

Максимальное изменение емкости конденсатора в указанном температурном диапазоне может быть известно по температурному коэффициенту конденсатора. В нем говорится, что, когда температура превышает определенную точку, изменение емкости конденсатора, которое может произойти, понимается как температурный коэффициент конденсаторов .

Все конденсаторы обычно изготавливаются с учетом эталонной температуры 25 ° C. Следовательно, температурный коэффициент конденсаторов рассматривается для значений температур, которые выше и ниже этого значения.