Un condensator conduce curentul. Condensator electric. Tipuri de condensatoare. Cel mai simplu tip de includere

Un condensator într-un circuit de curent alternativ sau de curent continuu, care este adesea numit simplu condensator, constă dintr-o pereche de plăci acoperite cu un strat de izolație. Dacă acest dispozitiv este furnizat curent, acesta va primi o încărcare și o va păstra pentru o perioadă de timp. Capacitatea sa depinde în mare măsură de distanța dintre plăci.

Condensatorul poate fi realizat în diferite moduri, dar esența lucrării și elementele sale principale rămân neschimbate în orice caz. Pentru a înțelege principiul de funcționare, este necesar să luați în considerare cel mai simplu model al acestuia.

Cel mai simplu dispozitiv are două plăci: una dintre ele este încărcată pozitiv, cealaltă, dimpotrivă, negativ. Deși aceste taxe sunt opuse, ele sunt egale. Se atrag cu o anumită forță, care depinde de distanță. Cu cât plăcile sunt mai aproape una de cealaltă, cu atât este mai mare forța de atracție dintre ele. Datorită acestei atracții, dispozitivul încărcat nu se descarcă.

Cu toate acestea, este suficient să așezi orice conductor între cele două plăci și dispozitivul se va descărca instantaneu. Toți electronii de pe placa încărcată negativ se vor transfera imediat pe cea încărcată pozitiv, rezultând egalizarea sarcinii. Cu alte cuvinte, pentru a elimina încărcarea din condensator, trebuie doar să scurtcircuitați cele două plăci ale acestuia.

Circuitele electrice sunt de două tipuri - permanent sau variabile. Totul depinde de modul în care curge curentul electric în ele. Dispozitivele de pe aceste circuite se comportă diferit.

Pentru a lua în considerare modul în care se va comporta un condensator într-un circuit DC, trebuie să:

Luați o sursă de curent continuu și determinați valoarea tensiunii. De exemplu, „12 volți”.
Instalați un bec nominal pentru aceeași tensiune.
Instalați un condensator în rețea.

Nu va avea niciun efect: becul nu se va aprinde, dar dacă scoateți condensatorul din circuit, va apărea lumina. Dacă dispozitivul este conectat la o rețea de curent alternativ, pur și simplu nu se va închide și, prin urmare, nici un curent electric nu va putea trece aici. Permanent - nu poate trece prin rețeaua în care este conectat condensatorul. Totul se datorează plăcilor acestui dispozitiv, sau mai bine zis, dielectricului care separă aceste plăci.

Vă puteți asigura că nu există tensiune în rețeaua de curent continuu în alte moduri. Puteți conecta orice la rețea, principalul lucru este că o sursă de curent electric constant este inclusă în circuit. Elementul care va semnala absența tensiunii în rețea sau, dimpotrivă, prezența acesteia, poate fi și orice aparat electric. Cel mai bine este să folosiți un bec în aceste scopuri: acesta va străluci dacă există curent electric și nu se va aprinde dacă nu există tensiune în rețea.

Putem concluziona că condensatorul nu este capabil să conducă curent continuu prin el însuși, dar această concluzie este incorectă. De fapt, un curent electric apare imediat după aplicarea tensiunii, dar dispare instantaneu. În acest caz, trece în doar câteva fracțiuni de secundă. Durata exactă depinde de cât de încăpător este dispozitivul, dar de obicei acest lucru nu este luat în considerare.

Pentru a determina dacă va curge curent alternativ, dispozitivul trebuie conectat la circuitul corespunzător. Principala sursă de electricitate în acest caz ar trebui să fie un dispozitiv care generează curent alternativ.

Curentul electric direct nu trece prin condensator, ci curentul alternativ, dimpotrivă, circulă, iar dispozitivul rezistă constant curentului electric care trece prin el. Mărimea acestei rezistențe este legată de frecvență. Dependența aici este invers proporțională: cu cât frecvența este mai mică, cu atât rezistența este mai mare. Dacă să sursă de curent alternativ conectați condensatorul, atunci valoarea maximă a tensiunii de aici va depinde de puterea curentului.

Un circuit simplu format din:

Sursa actuala. Trebuie să fie variabilă.
Consumator de curent electric. Cel mai bine este să folosiți o lampă.

Cu toate acestea, merită să ne amintim un lucru: lampa se va aprinde numai dacă dispozitivul are o capacitate destul de mare. Curentul alternativ are un astfel de efect asupra condensatorului, încât dispozitivul începe să se încarce și să se descarce. Iar curentul care trece prin rețea în timpul reîncărcării crește temperatura filamentului lămpii. Drept urmare, strălucește.

Curentul de reîncărcare depinde în mare măsură de capacitatea dispozitivului conectat la rețeaua AC. Dependența este direct proporțională: cu cât capacitatea este mai mare, cu atât este mai mare valoarea care caracterizează puterea curentului de reîncărcare. Pentru a verifica acest lucru, trebuie doar să măriți capacitatea. Imediat după aceasta, lampa va începe să strălucească mai puternic, deoarece filamentele sale vor fi mai încălzite. După cum puteți vedea, un condensator, care acționează ca unul dintre elementele unui circuit de curent alternativ, se comportă diferit față de un rezistor constant.

Când un condensator de curent alternativ este conectat, încep să apară procese mai complexe. Un instrument precum un vector vă va ajuta să le înțelegeți mai bine. Ideea principală a vectorului în acest caz va fi că puteți reprezenta valoarea unui semnal care variază în timp ca produs al unui semnal complex, care este o funcție a axei care reprezintă timpul și un număr complex, care, pe dimpotrivă, nu are legătură cu timpul.

Deoarece vectorii sunt reprezentați printr-o anumită mărime și un anumit unghi, ei pot fi desenați sub forma unei săgeți care se rotește în planul de coordonate. Tensiunea de pe dispozitiv rămâne ușor în urma curentului, iar ambii vectori prin care sunt desemnați se rotesc în sens invers acelor de ceasornic pe plan.

Un condensator dintr-o rețea de curent alternativ poate fi reîncărcat periodic: fie capătă o anumită sarcină, fie, dimpotrivă, o eliberează. Aceasta înseamnă că conductorul și sursa de curent alternativ din rețea schimbă în mod constant energie electrică între ele. Acest tip de electricitate în inginerie electrică se numește reactiv.

Condensatorul nu permite trecerea curentului electric direct prin rețea. În acest caz, va avea o rezistență egală cu infinitul. Curentul alternativ este capabil să treacă prin acest dispozitiv. În acest caz, rezistența are o valoare finită.

În care un alternator produce o tensiune sinusoidală. Să ne uităm la ce se întâmplă în circuit când închidem cheia. Vom lua în considerare momentul inițial când tensiunea generatorului este zero.

În primul trimestru al perioadei, tensiunea la bornele generatorului va crește, începând de la zero, iar condensatorul va începe să se încarce. Un curent va apărea în circuit, dar în primul moment de încărcare a condensatorului, în ciuda faptului că tensiunea de pe plăcile sale tocmai a apărut și este încă foarte mică, curentul din circuit (curent de încărcare) va fi cel mai mare. Pe măsură ce sarcina condensatorului crește, curentul din circuit scade și ajunge la zero în momentul în care condensatorul este încărcat complet. În acest caz, tensiunea de pe plăcile condensatorului, urmând strict tensiunea generatorului, devine în acest moment maximă, dar de semn opus, adică îndreptată spre tensiunea generatorului.

Orez. 1. Modificarea curentului și tensiunii într-un circuit cu capacitate

Astfel, curentul se grăbește cu cea mai mare forță în condensatorul fără încărcare, dar începe imediat să scadă pe măsură ce plăcile condensatorului sunt umplute cu încărcături și coboară la zero, încărcându-l complet.

Să comparăm acest fenomen cu ceea ce se întâmplă cu curgerea apei într-o conductă care leagă două vase comunicante (Fig. 2), dintre care unul este umplut, iar celălalt gol. De îndată ce scoateți supapa care blochează calea apei, apa va curge imediat din vasul din stânga sub presiune mare prin țeavă în vasul din dreapta gol. Cu toate acestea, imediat presiunea apei în conductă va începe să slăbească treptat, din cauza nivelării nivelurilor din vase, și va scădea la zero. Curgerea apei se va opri.

Orez. 2. Modificarea presiunii apei în conducta care conectează vasele comunicante este similară cu schimbarea curentului în circuit în timpul încărcării condensatorului

În mod similar, curentul curge mai întâi într-un condensator neîncărcat și apoi slăbește treptat pe măsură ce se încarcă.

Odată cu începutul celui de-al doilea trimestru al perioadei, când tensiunea generatorului începe lent la început, apoi scade din ce în ce mai repede, condensatorul încărcat va fi descărcat la generator, ceea ce va provoca un curent de descărcare în circuit. Pe măsură ce tensiunea generatorului scade, condensatorul se descarcă din ce în ce mai mult, iar curentul de descărcare în circuit crește. Direcția curentului de descărcare în acest trimestru al perioadei este opusă direcției curentului de încărcare în primul trimestru al perioadei. În consecință, curba curentă, după ce a depășit valoarea zero, este acum situată sub axa timpului.

Până la sfârșitul primului semiciclu, tensiunea de pe generator, precum și de pe condensator, se apropie rapid de zero, iar curentul din circuit atinge încet valoarea maximă. Reținând că mărimea curentului din circuit este mai mare, cu cât este mai mare cantitatea de sarcină transferată de-a lungul circuitului, va deveni clar de ce curentul atinge maximul atunci când tensiunea de pe plăcile condensatorului și, prin urmare, sarcina condensatorului, scade rapid.

Odată cu începutul celui de-al treilea trimestru al perioadei, condensatorul începe să se încarce din nou, dar polaritatea plăcilor sale, precum și polaritatea generatorului, se schimbă în sens opus, iar curentul continuă să curgă în aceeași direcție. , începe să scadă pe măsură ce condensatorul este încărcat.La sfârșitul celui de-al treilea trimestru al perioadei, când tensiunile între generator și condensator ating maximul, curentul devine zero.

În ultimul sfert al perioadei, tensiunea, în scădere, scade la zero, iar curentul, schimbându-și direcția în circuit, atinge valoarea maximă. Se încheie astfel perioada, după care începe următoarea, repetându-se exact pe cea precedentă etc.

Asa de, sub influența tensiunii alternative de la generator, condensatorul este încărcat de două ori pe perioadă (primul și al treilea trimestru al perioadei) și descărcat de două ori (al doilea și al patrulea trimestru al perioadei). Dar, deoarece alternarea una după alta este însoțită de fiecare dată de trecerea curenților de încărcare și de descărcare prin circuit, putem concluziona că .

Puteți verifica acest lucru folosind următorul experiment simplu. Conectați un condensator cu o capacitate de 4-6 microfarad la rețeaua de curent alternativ printr-un bec electric de 25 W. Lumina se va aprinde și nu se va stinge până când circuitul nu este întrerupt. Aceasta indică faptul că curentul alternativ a trecut prin circuit cu capacitatea. Cu toate acestea, a trecut, desigur, nu prin dielectricul condensatorului, dar în fiecare moment de timp a reprezentat fie curentul de încărcare, fie curentul de descărcare al condensatorului.

Dielectricul, după cum știm, este polarizat sub influența câmpului electric care apare în el atunci când condensatorul este încărcat, iar polarizarea lui dispare atunci când condensatorul este descărcat.

În acest caz, dielectricul cu curentul de polarizare care apare în el servește ca un fel de continuare a circuitului pentru curent alternativ și întrerupe circuitul pentru curent continuu. Dar curentul de deplasare este generat numai în dielectricul condensatorului și, prin urmare, nu are loc un transfer de sarcină prin circuit.

Rezistența furnizată de un condensator la curentul alternativ depinde de valoarea capacității condensatorului și de frecvența curentului.

Cu cât capacitatea condensatorului este mai mare, cu atât este mai mare sarcina transferată prin circuit în timpul încărcării și descărcării condensatorului și, prin urmare, cu atât curentul în circuit este mai mare. O creștere a curentului în circuit indică faptul că rezistența acestuia a scăzut.

Prin urmare, Pe măsură ce capacitatea crește, rezistența circuitului la curentul alternativ scade.

O creștere crește cantitatea de sarcină transferată prin circuit, deoarece încărcarea (precum și descărcarea) condensatorului trebuie să apară mai repede decât la o frecvență joasă. În același timp, o creștere a cantității de sarcină transferată pe unitatea de timp este echivalentă cu o creștere a curentului din circuit și, în consecință, cu o scădere a rezistenței acestuia.

Dacă reducem cumva treptat frecvența curentului alternativ și reducem curentul la constant, atunci rezistența condensatorului conectat la circuit va crește treptat și va deveni infinit de mare (circuit deschis) până la apariția acesteia.

Prin urmare, Pe măsură ce frecvența crește, rezistența condensatorului la curentul alternativ scade.

Așa cum rezistența unei bobine la curentul alternativ este numită inductivă, rezistența unui condensator este de obicei numită capacitivă.

Prin urmare, Capacitatea este mai mare, cu atât capacitatea circuitului și frecvența curentului care îl furnizează sunt mai mici.

Capacitatea este notată cu Xc și măsurată în ohmi.

Dependența capacității de frecvența curentului și capacitatea circuitului este determinată de formula Xc = 1/ωС, unde ω - frecvența circulară egală cu produsul lui 2π f, C-capacitatea circuitului în faradi.

Reactanța capacitivă, ca și reactanța inductivă, este de natură reactivă, deoarece condensatorul nu consumă energia sursei de curent.

Formula pentru un circuit cu capacitate este I = U/Xc, unde I și U sunt valorile efective ale curentului și tensiunii; Xc este capacitatea circuitului.

Proprietatea condensatoarelor de a oferi rezistență ridicată la curenții de joasă frecvență și de a trece cu ușurință curenții de înaltă frecvență este utilizată pe scară largă în circuitele echipamentelor de comunicație.

Cu ajutorul condensatoarelor, de exemplu, se realizează separarea curenților continui și curenții de joasă frecvență de curenții de înaltă frecvență necesari funcționării circuitelor.

Dacă este necesar să blocați calea curentului de joasă frecvență în partea de înaltă frecvență a circuitului, un mic condensator este conectat în serie. Oferă o rezistență mare la curentul de joasă frecvență și, în același timp, trece cu ușurință curentul de înaltă frecvență.

Dacă este necesar să se prevină intrarea curentului de înaltă frecvență, de exemplu, în circuitul de alimentare al unei stații radio, atunci se folosește un condensator mare, conectat în paralel cu sursa de curent. În acest caz, curentul de înaltă frecvență trece prin condensator, ocolind circuitul de alimentare al stației de radio.

Rezistență activă și condensator într-un circuit de curent alternativ

În practică, există adesea cazuri când un circuit este în serie cu o capacitate.Rezistența totală a circuitului în acest caz este determinată de formula

Prin urmare, rezistența totală a unui circuit format din rezistență activă și capacitivă la curent alternativ este egală cu rădăcina pătrată a sumei pătratelor rezistenței active și capacitive ale acestui circuit.

Legea lui Ohm rămâne valabilă pentru acest circuit I = U/Z.

În fig. Figura 3 prezintă curbele care caracterizează relațiile de fază dintre curent și tensiune într-un circuit care conține rezistență capacitivă și activă.

Orez. 3. Curent, tensiune și putere într-un circuit cu un condensator și rezistență activă

După cum se poate vedea din figură, curentul în acest caz conduce tensiunea nu cu un sfert de perioadă, ci mai puțin, deoarece rezistența activă a încălcat natura pur capacitivă (reactivă) a circuitului, așa cum demonstrează faza redusă. schimb. Acum, tensiunea la bornele circuitului va fi determinată ca suma a două componente: componenta reactivă a tensiunii u c, care merge pentru a depăși capacitatea circuitului, și componenta activă a tensiunii, care își depășește rezistența activă.

Cu cât rezistența activă a circuitului este mai mare, cu atât defazajul între curent și tensiune va fi mai mic.

Curba de schimbare a puterii în circuit (vezi Fig. 3) de două ori în timpul perioadei a dobândit un semn negativ, care este, după cum știm deja, o consecință a naturii reactive a circuitului. Cu cât circuitul este mai puțin reactiv, cu atât defazajul dintre curent și tensiune este mai mic și cu atât sursa de curent consumă mai multă putere.

De ce un condensator nu trece curentul continuu, dar permite trecerea curentului alternativ?

Un condensator nu trece curentul; se poate încărca și descărca
La curent continuu, condensatorul se încarcă o dată și apoi devine inutil în circuit.
Pe un curent pulsatoriu, atunci când tensiunea crește, se încarcă (acumulează energie electrică), iar când tensiunea de la nivelul maxim începe să scadă, returnează energie în rețea, stabilizând în același timp tensiunea.
Pe curent alternativ, când tensiunea crește de la 0 la maxim, condensatorul se încarcă, când scade de la maxim la 0, se descarcă, returnând energia înapoi în rețea, când se schimbă polaritatea, totul se întâmplă exact la fel dar cu o polaritate diferită. .
Curentul curge doar atâta timp cât condensatorul se încarcă.
Într-un circuit de curent continuu, condensatorul se încarcă relativ repede, după care curentul scade și practic se oprește.
Într-un circuit de curent alternativ, condensatorul este încărcat, apoi tensiunea își schimbă polaritatea, începe să se descarce și apoi se încarcă în direcția opusă etc. - curentul curge constant.
Ei bine, imaginați-vă un borcan în care puteți turna apă doar până se umple. Dacă tensiunea este constantă, banca se va umple și apoi curentul se va opri. Și dacă tensiunea este variabilă, în borcan se toarnă apă - se toarnă - se umple etc.
condensatorul funcționează atât în curent alternativ, cât și în curent continuu, deoarece este încărcat în curent continuu și nu poate transfera acea energie nicăieri; pentru aceasta, o ramură inversă este conectată la circuit printr-un comutator pentru a schimba polaritatea pentru a o descărca și face loc pentru una noua portiuni, care nu alterneaza pe rotatie, candrumul se incarca si se descarca datorita schimbarii polaritatilor....
Multumesc baieti pentru informatiile minunate!!!
în termeni pur fizici: un condensator este o întrerupere a circuitului, deoarece garniturile sale nu se ating între ele, există un dielectric între ele. și după cum știm, dielectricii nu conduc electricitatea. prin urmare, curentul continuu nu trece prin el.
Cu toate că.. .
Un condensator dintr-un circuit DC poate conduce curentul în momentul în care este conectat la circuit (are loc încărcarea sau reîncărcarea condensatorului); la sfârșitul procesului tranzitoriu, nu trece curent prin condensator, deoarece plăcile sale sunt separate printr-un dielectric. Într-un circuit de curent alternativ, acesta conduce oscilații de curent alternativ prin reîncărcarea ciclică a condensatorului.
iar pentru curent alternativ, condensatorul face parte din circuitul oscilant. joacă rolul unui dispozitiv de stocare a energiei electrice și, în combinație cu o bobină, coexistă perfect, transformând energia electrică în energie magnetică și înapoi la o viteză/frecvență egală cu propria lor omega = 1/sqrt(C*L)
exemplu: un astfel de fenomen precum fulgerul. Cred că am auzit. deși acesta este un exemplu prost, încărcarea are loc acolo prin electrificare, din cauza frecării aerului atmosferic pe suprafața pământului. dar defectarea întotdeauna, ca într-un condensator, are loc numai atunci când este atinsă așa-numita tensiune de avarie.
Nu stiu daca te-a ajutat asta :)
Un condensator nu permite curentului să treacă prin el însuși. Condensatorul acumulează mai întâi sarcini pe plăcile sale - pe o placă există un exces de electroni, pe cealaltă există o lipsă - și apoi le cedează, ca urmare, în circuitul extern, electronii merg înainte și înapoi - funcționează departe de o farfurie, alergați la a doua, apoi înapoi. Adică, mișcarea electronilor înainte și înapoi în circuitul extern este asigurată; curentul curge în el - dar nu în interiorul condensatorului.
Câți electroni poate accepta o placă de condensator la o tensiune de un volt se numește capacitatea condensatorului, dar de obicei se măsoară nu în trilioane de electroni, ci în unități convenționale de capacitate - farazi (microfarads, picofarads).
Când se spune că curentul trece printr-un condensator, aceasta este pur și simplu o simplificare. Totul se întâmplă ca și cum curentul ar curge prin condensator, deși, de fapt, curentul curge doar din exteriorul condensatorului.
Dacă ne aprofundăm în fizică, redistribuirea energiei în câmp între plăcile unui condensator se numește curent de deplasare, spre deosebire de curentul de conducție, care este mișcarea sarcinilor, dar curentul de deplasare este un concept din electrodinamică asociat cu ecuațiile lui Maxwell. , un cu totul alt nivel de abstractizare.

S-au scris multe despre condensatori, merită să mai adăugați câteva mii de cuvinte la milioanele care există deja? O sa-l adaug! Cred că prezentarea mea va fi utilă. La urma urmei, se va face ținând cont.

Ce este un condensator electric

Vorbind în rusă, un condensator poate fi numit „dispozitiv de stocare”. Este și mai clar așa. Mai mult, exact așa este tradus acest nume în limba noastră. O sticlă poate fi numită și condensator. Numai că acumulează lichid în sine. Sau o geantă. Da, o geantă. Se pare că este și un dispozitiv de stocare. Acumulează tot ce punem acolo. Ce legatura are condensatorul electric cu el? Este la fel ca un pahar sau o pungă, dar acumulează doar o sarcină electrică.

Imaginați-vă o imagine: un curent electric trece printr-un circuit, rezistențele și conductorii se întâlnesc pe calea acestuia și, bam, apare un condensator (sticlă). Ce se va intampla? După cum știți, curentul este un flux de electroni și fiecare electron are o sarcină electrică. Astfel, când cineva spune că un curent trece printr-un circuit, îți imaginezi milioane de electroni care curg prin circuit. Acești electroni se acumulează atunci când un condensator apare în calea lor. Cu cât punem mai mulți electroni în condensator, cu atât sarcina acestuia va fi mai mare.

Se pune întrebarea: câți electroni pot fi acumulați în acest fel, câți vor încăpea în condensator și când va „obține suficient”? Să aflăm. Foarte des, pentru o explicație simplificată a proceselor electrice simple, se folosește o comparație cu apă și țevi. Să folosim și această abordare.

Imaginează-ți o conductă prin care curge apa. La un capăt al conductei se află o pompă care pompează cu forță apă în această conductă. Apoi puneți mental o membrană de cauciuc peste țeavă. Ce se va intampla? Membrana va începe să se întindă și să se încordeze sub influența presiunii apei din conductă (presiunea creată de pompă). Se va întinde, întinde, întinde și, în cele din urmă, forța elastică a membranei fie va echilibra forța pompei și fluxul de apă se va opri, fie membrana se va rupe (dacă acest lucru nu este clar, atunci imaginați-vă un balon care va sparge daca se pompa prea mult)! Același lucru se întâmplă și în cazul condensatoarelor electrice. Numai acolo, în loc de membrană, se folosește un câmp electric, care crește pe măsură ce condensatorul este încărcat și echilibrează treptat tensiunea sursei de alimentare.

Astfel, condensatorul are o anumită sarcină limitativă pe care o poate acumula și, după depășirea acesteia, va apărea defalcare dielectrică a unui condensator se va rupe și va înceta să mai fie un condensator. Probabil este timpul să vă spunem cum funcționează un condensator.

Cum funcționează un condensator electric?

La școală ți s-a spus că un condensator este un lucru care constă din două plăci și un gol între ele. Aceste plăci au fost numite plăci de condensator și firele au fost conectate la ele pentru a furniza tensiune la condensator. Deci condensatoarele moderne nu sunt foarte diferite. Toate au și plăci și există un dielectric între plăci. Datorită prezenței unui dielectric, caracteristicile condensatorului sunt îmbunătățite. De exemplu, capacitatea sa.

Condensatoarele moderne folosesc diferite tipuri de dielectrici (mai multe despre aceasta mai jos), care sunt înfundate între plăcile condensatorului în cele mai sofisticate moduri pentru a atinge anumite caracteristici.

Principiul de funcționare

Principiul general de funcționare este destul de simplu: se aplică tensiune și se acumulează sarcina. Procesele fizice care au loc acum nu ar trebui să te intereseze prea mult, dar dacă vrei, poți citi despre asta în orice carte de fizică din secțiunea electrostatică.

Condensator în circuit DC

Dacă plasăm condensatorul nostru într-un circuit electric (Fig. de mai jos), conectăm un ampermetru în serie cu acesta și aplicăm curent continuu circuitului, acul ampermetrului se va zvâcni scurt, apoi va îngheța și va afișa 0A - nici un curent în circuit. Ce s-a întâmplat?

Vom presupune că înainte ca curentul să fie aplicat circuitului, condensatorul a fost gol (descărcat), iar când a fost aplicat curent, acesta a început să se încarce foarte repede și când a fost încărcat (câmpul electric dintre plăcile condensatorului a echilibrat sursa de alimentare). ), apoi curentul s-a oprit (iată un grafic al încărcării condensatorului).

Acesta este motivul pentru care se spune că un condensator nu permite trecerea curentului continuu. De fapt, trece, dar pentru un timp foarte scurt, care poate fi calculat folosind formula t = 3*R*C (Timpul de încărcare a condensatorului la 95% din volumul nominal. R este rezistența circuitului, C este capacitatea condensatorului) Acesta este modul în care condensatorul se comportă într-un curent de circuit DC Se comportă complet diferit într-un circuit variabil!

Condensator în circuitul de curent alternativ

Ce este curentul alternativ? Acesta este momentul în care electronii „fug” mai întâi acolo, apoi înapoi. Acestea. direcția mișcării lor se schimbă tot timpul. Apoi, dacă curentul alternativ trece prin circuitul cu condensatorul, atunci fie o sarcină „+”, fie o sarcină „-” se va acumula pe fiecare dintre plăcile sale. Acestea. Curentul AC va curge de fapt. Aceasta înseamnă că curentul alternativ curge „neobstrucționat” prin condensator.

Acest întreg proces poate fi modelat folosind metoda analogiilor hidraulice. Imaginea de mai jos arată un analog al unui circuit de curent alternativ. Pistonul împinge lichidul înainte și înapoi. Acest lucru face ca rotorul să se rotească înainte și înapoi. Se dovedește a fi un flux alternativ de lichid (citim curent alternativ).

Să plasăm acum un condensator medel sub forma unei membrane între sursa de forță (piston) și rotor și analizăm ce se va schimba.

Se pare că nimic nu se va schimba. Așa cum lichidul a efectuat mișcări oscilatorii, tot așa continuă, așa cum rotorul a oscilat din această cauză, așa va continua să oscileze. Aceasta înseamnă că membrana noastră nu este un obstacol în calea debitului variabil. Același lucru va fi valabil și pentru un condensator electronic.

Cert este că, deși electronii care circulă într-un lanț nu traversează dielectricul (membrana) dintre plăcile condensatorului, în afara condensatorului mișcarea lor este oscilativă (înainte și înapoi), adică. curge de curent alternativ. Eh!

Astfel, condensatorul trece curentul alternativ și blochează curentul continuu. Acest lucru este foarte convenabil atunci când trebuie să eliminați componenta DC din semnal, de exemplu, la ieșirea/intrarea unui amplificator audio sau atunci când trebuie să vă uitați numai la partea variabilă a semnalului (undă la ieșirea unui DC sursa de tensiune).

Reactanța condensatorului

Condensatorul are rezistenta! În principiu, acest lucru ar putea fi presupus din faptul că curentul continuu nu trece prin el, de parcă ar fi un rezistor cu o rezistență foarte mare.

Un curent alternativ este o altă problemă - trece, dar experimentează rezistență de la condensator:

f - frecvența, C - capacitatea condensatorului. Dacă te uiți cu atenție la formulă, vei vedea că dacă curentul este constant, atunci f = 0 și apoi (fie ca matematicienii militanti să mă ierte!) X c = infinit.Și nu există curent continuu prin condensator.

Dar rezistența la curentul alternativ se va modifica în funcție de frecvența sa și de capacitatea condensatorului. Cu cât frecvența curentului și capacitatea condensatorului sunt mai mari, cu atât rezistă mai puțin la acest curent și invers. Cu cât tensiunea se schimbă mai repede
tensiune, cu cât curentul prin condensator este mai mare, acest lucru explică scăderea Xc odată cu creșterea frecvenței.

Apropo, o altă caracteristică a condensatorului este că nu eliberează putere și nu se încălzește! Prin urmare, uneori este folosit pentru a amortiza tensiunea acolo unde rezistorul ar fuma. De exemplu, pentru a reduce tensiunea rețelei de la 220V la 127V. Și mai departe:

Curentul dintr-un condensator este proporțional cu viteza tensiunii aplicate la bornele acestuia

Unde se folosesc condensatoarele?

Da, oriunde sunt necesare proprietățile lor (nepermiterea trecerii curentului continuu, capacitatea de a acumula energie electrică și de a le modifica rezistența în funcție de frecvență), în filtre, în circuite oscilatorii, în multiplicatori de tensiune etc.

Ce tipuri de condensatoare există?

Industria produce multe tipuri diferite de condensatoare. Fiecare dintre ele are anumite avantaje și dezavantaje. Unele au un curent de scurgere redus, altele au o capacitate mare, iar altele au altceva. În funcție de acești indicatori, condensatorii sunt selectați.

Radioamatorii, în special începătorii ca noi, nu se chinuie prea mult și pariază pe ceea ce pot găsi. Cu toate acestea, ar trebui să știți ce tipuri principale de condensatoare există în natură.

Imaginea arată o separare foarte convențională a condensatoarelor. L-am compilat după gustul meu și îmi place pentru că este imediat clar dacă există condensatoare variabile, ce tipuri de condensatoare permanenți există și ce dielectrici sunt folosiți în condensatoarele obișnuite. În general, tot ce are nevoie un radioamator.

Au curent de scurgere redus, dimensiuni mici, inductanță scăzută și sunt capabile să funcționeze la frecvențe înalte și în circuite de curent continuu, pulsatoriu și alternativ.

Sunt produse într-o gamă largă de tensiuni și capacități de funcționare: de la 2 la 20.000 pF și, în funcție de proiectare, suportă tensiuni de până la 30 kV. Dar cel mai adesea veți găsi condensatoare ceramice cu o tensiune de funcționare de până la 50V.

Sincer, nu știu dacă vor fi eliberați acum. Dar anterior, mica era folosită ca dielectric în astfel de condensatoare. Iar condensatorul în sine a constat dintr-un pachet de plăci de mică, pe fiecare dintre care plăci erau aplicate pe ambele părți, apoi astfel de plăci erau colectate într-un „pachet” și ambalate într-o carcasă.

De obicei, aveau o capacitate de câteva mii până la zeci de mii de picoforad-uri și funcționau într-un interval de tensiune de la 200 V la 1500 V.

Condensatoare de hârtie

Astfel de condensatoare au hârtie de condensator ca dielectric și benzi de aluminiu ca plăci. Fâșii lungi de folie de aluminiu cu o fâșie de hârtie prinsă între ele sunt rulate și ambalate într-o carcasă. Asta e trucul.

Astfel de condensatoare au capacități care variază de la mii de picoforad-uri la 30 de microforad-uri și pot rezista la tensiuni de la 160 la 1500 V.

Se zvonește că acum sunt apreciați de audiofili. Nu sunt surprins - au și fire conductoare cu o singură față...

În principiu, condensatoare obișnuite cu poliester ca dielectric. Gama de capacități este de la 1 nF la 15 mF la o tensiune de funcționare de la 50 V la 1500 V.

Condensatorii de acest tip au două avantaje incontestabile. În primul rând, pot fi făcute cu o toleranță foarte mică de doar 1%. Deci, dacă spune 100 pF, atunci capacitatea sa este de 100 pF +/- 1%. Și al doilea este că tensiunea lor de funcționare poate ajunge până la 3 kV (și capacitatea de la 100 pF la 10 mF)

Condensatoare electrolitice

Acești condensatori diferă de toți ceilalți prin faptul că pot fi conectați numai la un circuit de curent continuu sau pulsatoriu. Sunt polari. Au un plus și un minus. Acest lucru se datorează designului lor. Și dacă un astfel de condensator este pornit invers, cel mai probabil se va umfla. Și înainte au explodat și ei vesele, dar nesigure. Există condensatoare electrolitice din aluminiu și tantal.

Condensatoarele electrolitice din aluminiu sunt proiectate aproape ca condensatoarele de hârtie, singura diferență fiind că plăcile unui astfel de condensator sunt hârtie și benzi de aluminiu. Hârtia este impregnată cu electrolit, iar pe banda de aluminiu se aplică un strat subțire de oxid, care acționează ca un dielectric. Dacă aplicați curent alternativ unui astfel de condensator sau îl întoarceți la polaritățile de ieșire, electrolitul va fierbe și condensatorul va eșua.

Condensatorii electrolitici au o capacitate destul de mare, motiv pentru care sunt, de exemplu, adesea folosiți în circuitele redresoare.

Probabil asta e tot. Lăsați în culise sunt condensatori cu un dielectric din policarbonat, polistiren și probabil multe alte tipuri. Dar cred că acest lucru va fi de prisos.

Va urma...

În partea a doua am de gând să arăt exemple de utilizări tipice ale condensatorilor.

Un condensator (capac) este o „baterie” mică care se încarcă rapid atunci când există tensiune în jurul său și se descarcă rapid înapoi atunci când nu există suficientă tensiune pentru a menține o încărcare.

Caracteristica principală a unui condensator este capacitatea sa. Este indicat prin simbol C, unitatea sa de măsură este Farad. Cu cât capacitatea este mai mare, cu atât condensatorul poate menține mai multă sarcină la o anumită tensiune. De asemenea decât Mai mult capacitatea, cel Mai puțin viteza de încărcare și descărcare.

Valori tipice utilizate în microelectronică: de la zeci de picofarads (pF, pF = 0,000000000001 F) la zeci de microfarads (μF, μF = 0,000001). Cele mai comune tipuri de condensatoare sunt ceramice și electrolitice. Cele ceramice au dimensiuni mai mici și au de obicei o capacitate de până la 1 µF; nu le pasă care dintre contacte va fi conectată la plus și care la minus. Condensatoarele electrolitice au capacități de la 100 pF și sunt polari: un contact specific trebuie conectat la pozitiv. Piciorul corespunzător plusului se face mai lung.

Un condensator este format din două plăci separate printr-un strat dielectric. Plăcile acumulează sarcină: una este pozitivă, cealaltă este negativă; creând astfel tensiune în interior. Dielectricul izolator previne transformarea tensiunii interne în curent intern, care ar egaliza plăcile.

Încărcare și descărcare

Luați în considerare această diagramă:

În timp ce comutatorul este în poziția 1, tensiunea este creată pe condensator - se încarcă. Încărca Q pe placă la un anumit moment în timp se calculează prin formula:

C- capacitate, e- exponent (constant ≈ 2,71828), t- timpul de la începutul încărcării. Sarcina de pe a doua placă este întotdeauna exact aceeași ca valoare, dar cu semnul opus. Dacă rezistorul Rîndepărtați, va rămâne doar o mică rezistență a firelor (aceasta va deveni valoarea R) și încărcarea va avea loc foarte rapid.

Prin trasarea funcției pe un grafic, obținem următoarea imagine:

După cum puteți vedea, sarcina nu crește uniform, ci invers exponențial. Acest lucru se datorează faptului că, pe măsură ce sarcina se acumulează, aceasta creează din ce în ce mai multă tensiune inversă V c, care „rezistă” V în.

Totul se termină cu asta V c devine egală ca valoare V în iar curentul nu mai curge cu totul. În acest moment se spune că condensatorul a atins punctul de saturație (echilibru). Încărcarea ajunge la maxim.

Amintindu-ne de Legea lui Ohm, putem descrie dependența curentului din circuitul nostru atunci când încărcăm un condensator.

Acum că sistemul este în echilibru, puneți comutatorul în poziția 2.

Plăcile condensatoarelor au sarcini de semne opuse, creează tensiune - apare un curent prin sarcină (Load). Curentul va curge în direcția opusă față de direcția sursei de alimentare. Descărcarea se va produce și în sens invers: la început încărcarea se va pierde rapid, apoi, cu o scădere a tensiunii creată de aceasta, din ce în ce mai lent. Dacă pentru Q 0 desemnați sarcina care a fost inițial pe condensator, apoi:

Aceste valori de pe grafic arată astfel:

Din nou, după un timp, sistemul va ajunge într-o stare de repaus: toată încărcarea se va pierde, tensiunea va dispărea și fluxul de curent se va opri.

Dacă utilizați din nou comutatorul, totul va începe într-un cerc. Deci condensatorul nu face altceva decât să rupă circuitul când tensiunea este constantă; și „funcționează” când tensiunea se schimbă brusc. Această proprietate determină când și cum este utilizată în practică.

Aplicare în practică

Printre cele mai comune în microelectronică sunt următoarele modele:

Condensator de rezervă (capac de bypass) - pentru a reduce ondulațiile de tensiune de alimentare

Filtru condensator - pentru a separa componentele de tensiune constantă și în schimbare, pentru a izola semnalul

Condensator de rezerva

Multe circuite sunt proiectate pentru a oferi o putere constantă și stabilă. De exemplu, 5 V. Sursa de alimentare le furnizează. Dar sistemele ideale nu există și, în cazul unei schimbări bruște a consumului de curent al dispozitivului, de exemplu, atunci când o componentă este pornită, sursa de alimentare nu are timp să „reacționeze” instantaneu și pe termen scurt. are loc căderea de tensiune. În plus, în cazurile în care firul de la sursa de alimentare la circuit este suficient de lung, acesta începe să acționeze ca o antenă și, de asemenea, introduce zgomot nedorit în nivelul de tensiune.

De obicei, abaterea de la tensiunea ideală nu depășește o miime de volt, iar acest fenomen este absolut nesemnificativ atunci când vine vorba de alimentarea, de exemplu, a LED-urilor sau a unui motor electric. Dar în circuitele logice, în care comutarea zero logic și logic unul are loc pe baza modificărilor tensiunilor mici, zgomotul sursei de alimentare poate fi confundat cu un semnal, ceea ce va duce la comutare incorectă, care, ca un efect de domino, va pune sistemul. într-o stare imprevizibilă.

Pentru a preveni astfel de defecțiuni, un condensator de rezervă este plasat direct în fața circuitului

În momentele în care tensiunea este plină, condensatorul este încărcat până la saturație și devine o sarcină de rezervă. De îndată ce nivelul de tensiune pe linie scade, condensatorul de rezervă acționează ca o baterie rapidă, eliberând încărcătura acumulată anterior pentru a umple golul până când situația revine la normal. O astfel de asistență la sursa principală de alimentare apare de un număr mare de ori în fiecare secundă.

Dacă gândim din alt punct de vedere: condensatorul extrage componenta alternativă din tensiunea continuă și, trecând-o prin el însuși, o duce de la linia de alimentare la pământ. Acesta este motivul pentru care condensatorul de rezervă este numit și „condensator bypass”.

Ca rezultat, tensiunea netezită arată astfel:

Condensatoarele tipice utilizate în aceste scopuri sunt condensatoarele ceramice cu o valoare nominală de 10 sau 100 nF. Celulele electrolitice mari sunt prost potrivite pentru acest rol, deoarece sunt mai lente și nu își vor putea elibera rapid încărcarea în aceste condiții, unde zgomotul este de înaltă frecvență.

Într-un singur dispozitiv, condensatorii de rezervă pot fi prezenți în multe locuri: în fața fiecărui circuit, care este o unitate independentă. De exemplu, Arduino are deja condensatori de rezervă care asigură funcționarea stabilă a procesorului, dar înainte de a alimenta ecranul LCD conectat la acesta, trebuie să-l instalezi pe al tău.

Filtru condensator

Un condensator de filtru este folosit pentru a elimina semnalul de la senzor, care îl transmite sub forma unei tensiuni variabile. Exemple de astfel de senzori sunt un microfon sau o antenă Wi-Fi activă.

Să ne uităm la schema de conectare pentru un microfon electret. Microfonul electret este cel mai comun și omniprezent: acesta este tipul utilizat în telefoanele mobile, accesoriile pentru computer și sistemele de adresare publică.

Microfonul necesită alimentare pentru a funcționa. În stare de tăcere, rezistența sa este mare și se ridică la zeci de kiloohmi. Când este expus la sunet, poarta tranzistorului cu efect de câmp construit în interior se deschide și microfonul își pierde rezistența internă. Pierderea și restabilirea rezistenței are loc de multe ori în fiecare secundă și corespunde fazei undei sonore.

La ieșire, ne interesează doar tensiunea în acele momente în care există sunet. Dacă nu ar exista condensator C, ieșirea ar fi întotdeauna afectată suplimentar de tensiunea de alimentare constantă. C blochează această componentă constantă și permite trecerea numai a abaterilor, care corespund sunetului.

Sunetul audibil, care ne interesează, este în intervalul de frecvență joasă: 20 Hz - 20 kHz. Pentru a izola semnalul sonor de tensiune, și nu zgomotul de putere de înaltă frecvență, ca C Se folosește un condensator electrolitic lent de 10 µF. Dacă s-ar folosi un condensator rapid, să zicem 10 nF, semnalele non-audio ar trece la ieșire.

Rețineți că semnalul de ieșire este furnizat ca tensiune negativă. Adică, atunci când ieșirea este conectată la masă, curentul va curge de la sol la ieșire. Valorile de vârf ale tensiunii în cazul unui microfon sunt de zeci de milivolți. Pentru a inversa tensiunea și a crește valoarea acesteia, ieșirea V afară de obicei conectat la un amplificator operațional.

Conectarea condensatoarelor

În comparație cu conexiunea rezistențelor, calculul valorii finale a condensatoarelor arată invers.

Când este conectat în paralel, capacitatea totală se însumează:

Când este conectat în serie, capacitatea finală este calculată folosind formula:

Dacă există doar doi condensatori, atunci cu o conexiune în serie:

În cazul particular a doi condensatori identici, capacitatea totală a conexiunii în serie este egală cu jumătate din capacitatea fiecăruia.

Caracteristici limită

Documentația pentru fiecare condensator indică tensiunea maximă admisă. Depășirea acestuia poate duce la defectarea dielectricului și la explozia condensatorului. Pentru condensatoarele electrolitice, polaritatea trebuie respectată. În caz contrar, fie electrolitul se va scurge, fie va avea loc din nou o explozie.