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 . Этот диэлектрик может быть вакуумным, воздушным, слюдяным, бумажным, керамическим, алюминиевым и т. Д. Название конденсатора дается используемым диэлектриком.
Символ и Единицы
Стандартные единицы измерения емкости — это Фарады. Как правило, доступные значения конденсаторов будут иметь порядок микрофарад, пикофарад и нанофарадов. Символ конденсатора показан ниже.
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.
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 varepsilon0 varepsilonгdA,
куда
C = емкость конденсатора
varepsilon0 = диэлектрическая проницаемость свободного пространства
varepsilonr = диэлектрическая проницаемость диэлектрической среды
d = расстояние между пластинами
A = площадь двух проводящих пластин
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 образуется в результате накопления электронов, а положительный заряд — в результате истощения электронов. Поскольку это происходит без какого-либо внешнего заряда, это состояние электростатического состояния. На рисунке ниже показан конденсатор со статическим зарядом.
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.
Во время этого процесса зарядки электроны движутся через источник постоянного тока, а 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.
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.
Когда происходит осаждение заряда, электроны стремятся двигаться к положительно заряженной пластине, но они продолжают вращаться, как показано на рисунке.
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, он обычно помечается 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 |
| оранжевый | 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 | ||
| Виолетта | 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.
В этих пяти полосных 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 диапазонов, 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 |
| оранжевый | 15 | 400 | 40 | ||
| желтый | 20 | 500 | 400 | 6,3 | 6 |
| зеленый | 25 | 600 | 16 | 15 | |
| синий | 35 | 700 | 630 | 20 | |
| Виолетта | 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 оппозиция, предлагаемая конденсатором потоку переменного тока или просто переменному току. Конденсатор противостоит изменению потока тока и, следовательно, демонстрирует некоторую оппозицию, которую можно назвать реактивным сопротивлением , поскольку частоту входного тока также следует учитывать наряду 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.