Как работает конденсатор в схеме: Зачем нужны электролитические конденсаторы и как их менять

Зачем нужны электролитические конденсаторы и как их менять

Рубрика: Статьи обо всем, Статьи про радиодетали Опубликовано 13.04.2020   ·   Комментарии: 0   ·   На чтение: 5 мин   ·   Просмотры:

Post Views: 763

Электролитические конденсаторы обладают большой емкостью. Они используются в основном в цепях питания, где требуется фильтрация напряжения от помех.

Их чего состоят

Больших емкостей можно добиться только с помощью химических источников.

Электролитические конденсаторы являются химическими источниками тока. У них, как и у аккумуляторов, есть катод, анод и электролит. А также те же самые недостатки, что и у аккумуляторов.

Поэтому, такие конденсаторы и называются электролитическими. Среди радиолюбителей и электронщиков они сокращенно называются электролитами.

По составу электролита они бывают: жидкого и сухого типа. Еще есть оксидно-полупроводниковые, а также оксидно-металлические.

Обозначаются на принципиальных схемах также, как и обычный, но только с указанием полярности в виде знака +.

Характеристики электролитического конденсатора

К характеристикам можно отнести емкость и рабочее напряжение. Они указаны на корпусе.

Маркировки у электролитов по сути нет, основана информация указывается на корпусе. Микрофарады обозначаются µF, а рабочее напряжение в V.

А вообще, есть еще понятие ESR.

Рабочее напряжение ни в коем случае нельзя превышать.

Преимущества и недостатки

Преимущества электролитических конденсаторов:

• Большая емкость;
• Компактность.

Недостатки:

• Со временем электролит высыхает, теряется емкость;
• Работает только на низких частотах;
• Ограничения по эксплуатационным условиям и риск вздутия/взрыва.

Разберём подробнее преимущества и недостатки электролитов.

Большая емкость

Электролитические конденсаторы обладают большой емкостью, и это их отличительная и самая главная особенность среди остальных конденсаторов.

Емкость обозначается в микрофарадах (мкФ), поскольку электролиты с меньшими значениями не выпускают.

Они обычно выпускаются от нескольких мкФ, до нескольких Ф (1 000 000 мкФ).

Компактность

Благодаря химическим источникам, конденсаторы большой емкости намного компактнее, чем если бы их делали керамическими или пленочными.

Емкость конденсатора можно увеличить только за счет его обкладок, диэлектрика и геометрии. Поэтому электролиты лидируют по соотношению емкость/габариты.

Ионисторы

Разновидность электролитических конденсаторов — это ионисторы. Они обладают большей емкостью (например, 3000 Ф), и работают в основном как резервный или автономный низковольтный источник питания схемы. А также поддерживает схему в спящем режиме без другого источника.

Высыхание электролита

Основная проблема таких конденсаторов – это высыхание электролита. Обычно такая проблема проявляется из-за того, что техникой долго не пользуются или нарушаются условия эксплуатации (перегрев корпуса). Из-за этого электролит начинает высыхать, поэтому происходит потеря емкости.

Можно восстановить емкость конденсатора путем разбавления засохшего электролита дистиллированной водой (как аккумулятор), но это не выгодно. Лучше и надежнее всего заменить старый на новый, аналогичный по параметрам.

Работа на низких частотах

Это скорее особенность, чем недостаток. Большие емкости — это высокое реактивное сопротивление для высоких частот.

Поэтому, такие конденсаторы используются в низкочастотных цепях. Например, в блоках питания в качестве фильтров и сглаживания пульсаций.

Когда конденсатор вздувается и взрывается

Так как конденсаторы такого типа являются химическими источниками, то необходимо соблюдать полярность подключения.

Конденсаторы, как и аккумуляторы, могут вздуваться и взрываться. Иногда это происходит из-за неправильного включения или перегрева.

Если вы подключите минус источника к плюсу конденсатора и плюс источника к минусу конденсатора, то сразу же начнется вскипание электролита. Такой эффект возникает из-за обратной химической реакции. Конденсатор может взорваться.

В старых конденсаторах типа К-50 корпус монолитный, и он взрывался громко и достаточно разрушительно.

В современных электролитах на корпусе есть небольшой надрез, который в случае вскипания электролита позволяет горячему пару выйти наружу.

Иногда они просто вдуваются без нарушения герметизации, а бывают и такие случаи, когда конденсатор полностью теряет герметичность.

Тем не менее, надрез на корпусе значительно уменьшил взрывы, поэтому конденсаторы теперь чаще вздуваются, а не взрываются.

На корпусах современных конденсаторов вертикальной чертой указывается минусовой контакт.

Внимательно устанавливайте и записывайте прежнее положение, ибо многие производители ставят свои обозначения.

Например, среди радиолюбителей обычно минусовые контакты рисуют в виде квадрата.

А производители печатных плат наоборот, рисуют квадратные контактные площадки под плюс конденсатора. И то, так делают не все.

Так как есть такая путаница среди и радиолюбителей и производителей, всегда обращайте на то. где указан плюсовой контакт. И записывайте прежнее положение детали, иначе это чревато взрывом.

Характерные признаки неисправности электролитов

К таким признакам можно отнести:

• Устройство не включается.
  Блок питания уходит в защиту или не запускается;
• Устройство включается, но сразу же выключается. Емкость конденсаторов высохла или потеряла свое прежнее значение, поэтому блок питания уходит в защиту;
• Перед неисправностью был писк в блоке питания. Обычно это означает, что конденсатор потерял герметичность и электролит начинает вытекать;
• Нет регулировки яркости в мониторе. Отсутствие нужной емкости приводит к нарушению работы всего устройства. Емкость в данном случае делает функцию настройки;
• Перед неисправностью был взрыв и неприятный запах. Неприятный запах – это электролит;
• Устройство включается через раз. Это значит, что есть большая вероятность протечки фильтра питания.

Внешние признаки неисправности электролитических конденсаторов:

• Вздутие корпуса;
• Повреждение корпуса:
• Наличие электролита под корпусом;
• Вздутие со стороны контактов (внизу корпуса, обычно еле заметно).

Также высокочастотные пульсации вредят электролитам. Поэтому чаще всего они выходят из строя в блоках питания, поскольку именно там много пульсаций.

Правила работы с электролитами

Внимание! Перед тем, как прикоснуться к плате неисправного источника, убедитесь, что емкости разряжены. Даже если неисправен преобразователь, а не электролит, то конденсаторы могут быть заряжены. Им попросту некуда девать свой заряд. Поэтому первым делом аккуратно и не касаясь щупом мультиметра, измерьте емкости с высоким напряжением. Если они заряжены, разрядите их с помощью лампочки.

Как менять старый на новый

Среди электронщиков есть два мнения. Первое это то, что менять нужно неисправный старый конденсатор менять на такой же старый. Это объясняется тем, что вся работы схемы «привыкла» к старому конденсатору.

Но технически правильно и обоснованное мнение – это то, что нужно ставить только новый и только подходящий по параметрам конденсатор. Нет никакого привыкания схемы. Да, многие компоненты устарели и не могут работать как прежде, но у конденсатора по сути нет ничего того, что кардинально влияло бы на ухудшение работоспособности всех схемы. Устройство наоборот, будет работать лучше.

Меняйте старые конденсаторы на новые, максимально близкие по параметрам. Например, емкость можно взять чуть больше, если речь идет о блоке питания. А если это цепь настройки, то увеличив или уменьшив емкость, так можно повлиять на весь режим работы схемы. Нужно действовать по ситуации.

Ставить конденсатор с меньшими рабочим напряжением, чем в схеме, категорически нельзя. Он начнет нагреваться и взорвется. Да, многие разработчики считают с запасом, но лучше не рисковать.

Также не стоит забывать о таком параметре, как ESR (эквивалентное последовательное сопротивление).

Post Views: 763

О развязке питания с примерами / Хабр

Когда я участвовал в проведении конкурса 7400, я понял, что многим из представленных логических схем для надежной работы не хватает простейших защитных элементов. Одним из самых часто встречающихся недостатков конструкции было отсутствие блокировочных емкостей. Позже, прочитав статью о законе Мёрфи, я решил немного написать о развязке и блокировочных конденсаторах.

Как человек, которого можно назвать старожилом в области электроники, я познакомился с проблемой отсутствия развязки на собственном опыте. Свою первую высокоскоростную схему я собрал, будучи стажером в крупной фирме по производству электроники. Та схема, цифровой частотомер, была собрана на логике семейства 74Fxx и работала на частоте 11 МГц (по тем временам это считалось очень много). Это была плата размером 23 × 16 см (Double Eurocard), содержащая около 40 микросхем, соединенных монтажом накруткой (wire wrap). Когда пришло время ее включать, я увидел, что схема не работает, как надо, а выдает полную ерунду.

Проверив несколько раз сборку, я рассказал о проблеме своему руководителю, а он взглянул на плату и сказал: «Не хватает блокировочных конденсаторов. Поставь их на питание около каждой микросхемы, тогда и поговорим.» Совершенно растерянный, я сделал, как было сказано, и — о чудо! — все сразу заработало. Почему, казалось бы, ни на что не влияющая емкость заставила схему работать? Мой руководитель рассказал мне о бросках тока при переключении, об индуктивности проводников и о развязке. Я признаю, что прошло несколько лет, прежде чем я действительно понял, что он тогда говорил, но урок был усвоен: всегда ставить конденсаторы на питание цифровых микросхем.

Термины «блокировочный конденсатор» и «развязка» — не случайные слова, а имеют в данном контексте вполне определенное значение:
развязка — действие, направленное на (частичное) отделение цепей питания микросхемы от общего источника питания;
блокировочный конденсатор — конденсатор, установленный таким образом, что он шунтирует питание микросхемы и действует как местный источник питания.

Почему это всё так важно? Взгляните, например, сюда:

Рисунок 1. Отсутствие блокировочноых конденсаторов.

Разве это похоже на цифровой сигнал? Такую ерунду вы получите без блокировочных конденсаторов.

Пожалуйста, обратите внимание, что тактовая частота не важна. Проблема заключается в восходящих и спадающих фронтах сигнала. Так, одни и те же соображения применимы для систем, работающих на частоте 1 Гц, 20 кГц или 50 МГц. Используемые частоты в примерах ниже выбраны такими, чтобы их было удобно наблюдать на осциллографе.

Следует отметить, что на высокой частоте сбой наступает быстрее, чем на низкой, за счет большего числа фронтов в единицу времени. Однако это не означает, что низкочастотные схемы будут работать надежно. Это далеко не так, они будут сбоить так же легко, согласно закону Мёрфи. Да, и кстати, вы подумали о ваших маленьких микроконтроллерах, работающих на частоте 16 МГц?

Чтобы увидеть, что происходит, нужно измерить токи, протекающие через схему. Вот простая экспериментальная установка, собранная для иллюстрации:

Рисунок 2. Подключение инвертора.

Рисунок 3. Измерительная схема.

Генератор импульсов подключен к инвертору 74HC04, нагруженному на емкость 10 пФ. Сигнал на выходе инвертора, TP1, показан на верхней осциллограмме. Источник питания подключен к выводам микросхемы 7 и 14. В разрыв земляного проводника включен токоизмерительный резистор 10 Ом.

Напряжение в точке TP2 пропорционально потребляемому микросхемой току и отображается на нижней осциллограмме. Блокировочный конденсатор может быть подключен или отключен при необходимости. Щупы осциллографа снабжены делителями 1:10, так что масштаб осциллограммы по вертикали нужно умножить на 10. Все неиспользуемые входы 74HC04 заземлены. Установка выглядит так:

Рисунок 4. Установка, собраннная на макетной плате.

Рисунок 5 показывает проблемы, возникающие на высоких и низких частотах. Картинки слева — без блокировочного конденсатора, справа — с ним.

Рисунок 5. Выходное напряжение (верхний канал) и потребляемый ток (нижний канал).
Сверху — тактовая частота 330 кГц, снизу — 3,3 МГц.
Слева — без блокировочного конденсатора, справа — с ним.

Некоторые наблюдения из рисунка 5:

• Измеренный ток — это только ток через ногу GND и блокировочный конденсатор. Он не в точности соответствует току, потребляемому микросхемой. Сложно измерять ток через ноги Vcc и GND одновременно (ограничения, накладываемые конструкцией осциллографа. — Прим. перев.). Однако, измерение тока через вывод GND достаточно для иллюстративных целей.
• При логической «1» на выходе наблюдается высокочастотный «звон». Его размах больше 2 В, и выбросы превосходят напряжение питания. Добавление блокировочного конденсатора снижает «звон» до практически несущественного уровня. Выброс все еще остается, но затухает гораздо быстрее
• Фронтам сигнала соответствуют выбросы («иголки») потребляемого тока. Добавление блокировочного конденсатора уменьшает эти выбросы и делает их симметричными при восходящем и спадающем фронтах. Диапазон выбросов от -22 до +45 мА без блокировочного конденсатора и от -32 до +36 мА — с ним.
• Симметричная форма тока при наличии блокировочного конденсатора говорит, что энергия запасается и извлекается обратно. Это очень важная особенность.
• Остаточный ВЧ звон во многом зависит от положения щупа осциллографа (не показано), что говорит о том, что схема содержит паразитные LC-элементы и радиочастотные антенны. Расположение на плате и взаимное положение соединительных проводов оказывает значительное влияние на амплитуду и частоту колебаний. Эти помехи не могут быть полностью устранены, но их можно сильно уменьшить, правильно разведя печатную плату.

Взглянем на фронты сигнала поближе:

Рисунок 6. Фронты выходного напряжения (верхний канал) и потребляемого тока (нижний канал).
Сверху — задний (спадающий) фронт, снизу — передний (восходящий) фронт.
Слева — без блокировочного конденсатора, справа — с ним.

Микросхема 74HC04 выполнена по технологии КМОП. Это означает, что статический потребляемый ток близок к нулю. Ток потребляется только при переключениях из «0» в «1» и из «1» в «0». При переключении все нагрузочные и паразитные емкости должны быть перезаряжены. Для экспериментальной схемы нагрузка имеет емкость 10 пФ. Сюда нужно добавить емкости выводов и паразитные емкости, которые составляют примерно 5+2 пФ. Щуп осциллографа имеет емкость 10 пФ, которую тоже нужно учесть. Таким образом, суммарная емкость нагрузки на выходе инвертора примерно 27 пФ.

Выходную емкость нужно зарядить от 0 до 5 В примерно за 4,3 нс. Приняв для простоты, что зарядный ток постоянный, оценим его величину:
Q = I · t = C · U
I = (5 · 27 · 10^-12)/(4,3 · 10^-9) = 31,4 мА

Это означает, что через выход инвертора при каждом переключении втекает или вытекает огромный (по меркам КМОП. — Прим. перев.) ток. Откуда черпается энергия на это? Конечно, из источника питания. На рисунке 6 хорошо видно, что ток не возникает мгновенно, а нарастает до определенного уровня, а затем падает снова. Такое поведение явно указывает на наличие индуктивных элементов.

Лучше всего это видно на рисунке 6 справа, где ток достигает максимума в тот момент, когда выходное напряжение падает до нуля. Затем ток падает, вызывая провал выходного напряжения. Расчетный ток достаточно хорошо совпадает с измеренным, учитывая, что была проведена лишь простейшая оценка.

Еще раз внимательно взглянем на нижнюю половину рисунка 6. Слева выходное напряжение не доходит до 5 В в течение некоторого времени, а справа — достигает почти сразу. Без блокировочного конденсатора микросхеме не хватает мощности питания для формирования крутого фронта, и напряжение застревает на уровне 4 вольт. Блокировочный конденсатор выдает необходимую мгновенную мощность на некоторое время.

Блокировочный конденсатор примерно в 4000 раз больше, чем емкость нагрузки, значит, следует ожидать, что падение напряжения питания будет в 4000 раз ниже (чем размах выходного напряжения. — Прим. перев.) — порядка 1-2 мВ.

При обратном переключении, из «1» в «0», как на рисунке 6 сверху, блокировочный конденсатор выступает в роли резервуара для принятия выделившейся энергии. Емкость нагрузки разряжается, и ток должен стечь на землю. Тем не менее, энергия не может быть мгновенно передана в источник питания, и блокировочный конденсатор будет временно хранить ее.

Основной источник питания не может обеспечить микросхему достаточной мощностью из-за индуктивности проводников. Каждый провод обладает паразитной индуктивностью, которая препятствует изменению тока. Из определения индуктивности:
U = L · dI / dt ⇒ dI = U · dt / L

Из этого уравнения видно, что изменение тока обратно пропорционально индуктивности. Иными словами, если возрастает индуктивность, становится труднее изменить ток за заданный промежуток времени, при прочих равных параметрах. Кроме того, изменение тока вызывает падение напряжения на индуктивности. Чем длиннее провод (или дорожка на плате) тем более высокую индуктивность он имеет, тем сильнее он сопротивляется быстрому изменению тока, и тем больше будет падение напряжения.

Блокировочный конденсатор является локальным накопителем энергии. Он всегда должен быть установлен как можно ближе к выводам питания микросхемы, чтобы свести к минимуму индуктивность проводников от конденсатора до микросхемы. Такая схема развязывает общие и локальные цепи питания.

Микросхема состоит из шести инверторов, поэтому схему можно изменить так, чтобы увеличить потребляемый ток:

Рисунок 7. Экспериментальная схема с дополнительной нагрузкой.

Рисунок 8. Выходное напряжение (верхний канал) и потребляемый ток (нижний канал) для схемы с дополнительной нагрузкой.
Сверху — тактовая частота 330 кГц, снизу — 3,3 МГц.
Слева — без блокировочного конденсатора, справа — с ним.

Обратите внимание на другой масштаб по оси Y для канала измерения тока, по сравнению с рисунками 5 и 6.

Ток через вывод GND теперь имеет выбросы около 70 мА при отсутствии блокировочного конденсатора. Если же последний установлен, снова наблюдаем симметричную форму выбросов амплитудой ±50 мА при восходящих и спадающих фронтах.

Обратите внимание, что фронт сигнала, как видно на рисунке 8 внизу слева, теперь гораздо более пологий. Микросхеме просто-напросто не хватает энергии для быстрого переключения. Установка блокировочного конденсатора (рисунок 8 справа) восстанавливает крутизну фронта до приемлемого уровня.

Рисунок 9. Фронты выходного напряжения (верхний канал) и потребляемого тока (нижний канал).
Слева — задний (спадающий) фронт, справа — передний (восходящий) фронт.
Блокировочный конденсатор установлен.

Подробное рассмотрение фронтов сигнала выявляет увеличенный по продолжительности выброс тока, что вызвано большими потребностями в энергии. Нагрузка микросхемы примерно в шесть раз выше, чем раньше (первый инвертор нагружен на входные емкости остальных инверторов, которые составляют 5 раз по 5 пФ).

Это был лишь простой пример — микросхема из шести инверторов. А теперь экстраполируйте вышесказанное на сложную логическую схему, содержащую множество элементов и множество внутренних соединений. В ней очень много паразитных емкостей, которые должны перезаряжаться при каждом изменении входных сигналов. Наконец, представьте себе микроконтроллер, состоящий из многих тысяч вентилей.

Изложенные выше объяснения и иллюстрации должны дать ясное понимание того, что блокировочный конденсатор — важный элемент, выполняющий свою специальную функцию. Он запасает энергию источника питания локально, выдает её при необходимости, а также принимает избытки энергии.

Локальное хранилище энергии постоянно пополняется из основного источника питания через проводник Vcc. В то же время, избыточная энергия должна быть сброшена в источник питания через проводник GND. Сброс энергии в блокировочный конденсатор повышает напряжение на нем, и, по сути, кратковременно создает на схеме локальную область с другим потенциалом. Устранение этого дисбаланса является очень важным и осуществляется при помощи заземления. (Здесь под заземлением понимается не подключение к массе нашей планеты, а соединение с общим проводом источника питания. — Прим. перев.)

Печатные платы часто имеют отдельные заземленные слои, которые очень эффективны для соединения элементов с общим проводником источника питания. Хорошо проработанная разводка земли имеет первостепенное значение для сброса избыточной энергии. Но будьте осторожны, в сплошном заземленном слое могут возникать вихревые токи, а многочисленные связи с общим проводом — образовывать т.н. земляные петли.

Всегда будет хорошей идеей обратиться к знакомому разработчику со стажем. Большинство ошибок уже было кем-либо допушено раньше, и нет никакой необходимости повторять их до бесконечности.

Что такое конденсатор | Принцип работы, виды, типы

Что такое конденсатор

Конденсатор или как в народе говорят – “кондер”, образуются от латинского “condensatus”, что означает как “уплотненный, сгущенный”. Он представляет из себя пассивный радиоэлемент, который обладает таким свойством, как сохранение электрического заряда на своих обкладках, если, конечно, перед этим его зарядить каким-нибудь источником питания.

Грубо говоря, конденсатор можно рассматривать как батарейку или аккумулятор электрической энергии. Но вся разница в том, что аккумулятор или батарейка имеют в своем составе источник ЭДС, тогда как конденсатор лишен этого внутреннего источника.

Из чего состоит конденсатор

Любой конденсатор состоит из двух или более металлических обкладок, которые не соприкасаются друг с другом. Для более полного понимания, как все это устроено в конденсаторе, давайте представим себе блин.

намажем его сгущенкой

 и сверху положим точно такой же блин

Должно выполняться условие: эти два блина не должны прикасаться  друг  с другом. То есть верхний блин должен лежать на сгущенке и не прикасаться с нижним блином. Тут, думаю, все понятно. Перед вами типичный “блинный конденсатор” :-). Вот таким образом устроены все конденсаторы, только вместо блинов используются тонкие металлические пластины, а вместо сгущенки различный диэлектрик. В качестве диэлектрика может быть воздух, бумага, электролит, слюда, керамика, и так далее. К каждой металлической пластине подсоединены проводки – это выводы конденсатора.

Схематически все это выглядит примерно вот так.

Как вы могли заметить, из-за диэлектрика конденсатор не может проводить ток. Но это относиться только к постоянному току. Переменный ток конденсатор пропускает через себя без проблем с небольшим сопротивлением, номинал которого зависит от частоты тока и емкости самого конденсатора.

Емкость конденсатора

Электрические заряды

Как вы знаете, существует два типа зарядов: положительный заряд и отрицательный заряд. Ну и все как обычно, одноименные заряды отталкивается, а разноименные  – притягиваются. Физика седьмой класс).

Давайте еще раз рассмотрим простую модель конденсатора.

Если мы соединим наш конденсатор с каким-нибудь источником питания постоянного тока, то мы его зарядим. В этот момент положительные заряды, которые идут от плюса источника питания, осядут на одной пластине, а отрицательные заряды с минуса источника питания – на другой.

Самое интересное то, что количество положительных зарядов будет равняться количеству отрицательных зарядов.

Даже если мы отсоединим источник питания постоянного тока, то у нас конденсатор так и останется заряженным.

Почему так происходит?

Во-первых, заряду некуда течь. Хотя с течением времени он все равно будет разряжаться. Это  зависит от материала диэлектрика.

Во-вторых, происходит взаимодействие зарядов. Положительные заряды притягиваются к отрицательным, но они не могут соединиться с друг другом, так как им мешает диэлектрик, который, как вы знаете, не пропускает электрический ток. В это время между обкладками конденсатора возникает электрическое поле, которое как раз и запасает энергию конденсатора.

Когда конденсатор заряжается, электрическое поле между обкладками становится сильнее. Соответственно, когда конденсатор разряжается, электрическое поле слабеет. Но как много заряда мы можем “впихнуть” в конденсатор? Вот здесь и применяется такое понятие, как емкость конденсатора.

Что такое емкость

Емкость конденсатора – это его способность накапливать заряд на своих пластинах в виде электрического поля.

Но ведь емкость может быть не только у конденсатора. Например, емкость бутылки 1 литр, или емкость бензобака – 100 литров и так далее. Мы ведь не можем впихнуть в бутылку емкость в 1 литр больше, чем рассчитана эта бутылка, так ведь? Иначе остатки жидкости просто не влезут в бутылку и будут выливаться из нее. Точно такие же дела и обстоят с конденсатором. Мы не сможем впихнуть в него заряда больше, если он не рассчитан на это. Поэтому, емкость конденсатора выражается формулой:

где

С – это емкость, Фарад

Q – количество заряда на одной из обкладок конденсатора, Кулоны

U – напряжение между пластинами, Вольты

Получается, 1 Фарад – это когда на обкладках конденсатора хранится заряд в 1 Кулон и напряжение между пластинами 1 Вольт. Емкость может принимать только положительные значения.

Значение в 1 Фарад – это слишком много. На практике в основном пользуются значениями микрофарады, нанофарады и пикофарады. Хочу вам напомнить, что приставка “микро” – это 10^-6 , “нано” – это 10^-9 , пико – это 10^-12 .

Плоский конденсатор и его емкость

Плоским конденсатором называют конденсатор, который состоит из двух одинаковых пластин, которые параллельны друг другу. Пластины могут быть разной формы. На практике чаще всего можно встретить квадратные, прямоугольные и круглые пластины. Давайте рассмотрим простой плоский квадратный конденсатор.

плоский конденсатор

где

d – расстояние между пластинами конденсатора, м

S – площадь самой наименьшей пластины, м²

ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика между обкладками конденсатора

Готовая формула для плоского конденсатора будет выглядеть так:

где

С – емкость конденсатора, ф

ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика

ε₀ – диэлектрическая постоянная, ф/м

S – площадь самой наименьшей пластины, м²

d – расстояние между пластинами, м

Да, знаю, у вас сразу возникает вопрос: “А что такое диэлектрическая постоянная?” Диэлектрическая постоянная – это постоянная величина, которая нужная для вычислений в некоторых формулах электромагнетизма. Ее значение равняется 8, 854 × 10^-12 ф/м.

Диэлектрическая проницаемость – эта величина зависит от типа диэлектрика, который находится между обкладками конденсатора. Например, для воздуха и вакуума это значение равняется 1, для некоторых других веществ можете посмотреть в таблице.

Какой можно сделать вывод из этой формулы? Хотите сделать конденсатор с огромной емкостью, делайте площадь пластин как можно больше, расстояние между пластинами как можно меньше и заправляйте вместо диэлектрика дистиллированную воду.

В настоящее время конденсаторы делают из нескольких пластин в виде слоеного торта. Это примерно выглядит вот так.

многослойный конденсатор

В этом случае формула такого конденсатора примет вид:

формула многослойного конденсатора

где n – это количество пластин

Максимальное рабочее напряжение на конденсаторе

Все конденсаторы имеют какое-то предельное напряжение, которое можно на них подавать. Дело все в том, что может произойти пробой диэлектрика, и конденсатор выйдет из строя. Чаще всего это напряжение пишут на самом корпусе конденсатора. Например, на электролитическом конденсаторе.

максимальное рабочее напряжение конденсатора

В технической документации этот параметр чаще всего обозначается, как WV, что с английского Working Voltage (рабочее напряжение), или DC WV – Direct Current Working Voltage – постоянное рабочее напряжение конденсатора.

Здесь есть один нюанс, о котором часто забывают. Дело в том, что на конденсаторе написано именно на какое постоянное напряжение он рассчитан, а не переменное. Если такой конденсатор, как на рисунке выше, с максимальным рабочим напряжением в 50 Вольт вставите в цепь переменного тока с источником питания, который выдает 50 Вольт переменного тока, то ваш конденсатор взорвется. Так как 50 Вольт переменного тока – это действующее напряжение. Его максимальное значение будет 50 × √2 = 70,7 Вольт, что намного больше, чем 50 Вольт.

Ток утечки конденсатора

Дело все в том, что какой бы ни был диэлектрик, конденсатор все равно рано или поздно разрядится, так как через диэлектрик, как ни странно, все равно течет ток. Величина этого тока у разных конденсаторов тоже разная. Электролитические конденсаторы обладают самым большим током утечки.

Также ток утечки зависит от напряжения между обкладками конденсатора. Здесь уже работает закон Ома: I=U/R_{диэлектрика} . Поэтому, никогда не стоит подавать напряжение больше, чем максимально рабочее напряжение, прописанное в даташите или на самом конденсаторе.

Неполярные конденсаторы

К неполярным конденсаторам относят конденсаторы, для которых неважна полярность. Такие конденсаторы обладают симметричностью. Обозначение неполярных конденсаторов на электросхемах выглядит вот так.

обозначение конденсатора на схеме

Конденсаторы переменной емкости

Эти виды конденсаторов имеют воздушный диэлектрик и могут менять свою емкость под действием внешней силы, например, такой как рука человека. Ниже на фото советские типы таких переменных конденсаторов.

переменные конденсаторы

Современные выглядят чуточку красивее

подстроечные конденсаторы

Переменный конденсатор от подстроечного отличается лишь тем, что переменный конденсатор крутят чаще, чем подстроечный. Подстроечный крутят раз в жизни)

На схемах обозначаются так.

переменный конденсатор обозначение на схеме

Слева -переменный, справа – подстроечный.

Пленочные конденсаторы

Пленочные конденсаторы являются самыми распространенными в большом семействе конденсаторов. Они названы так потому, что вместо диэлектрика здесь используется тонкая пленка, которая может состоять из полиэстера, полипропилена, поликарбоната, тефлона и много еще из чего. Такие конденсаторы идут от номинала 5 пФ и до 100 мкФ. Они могут быть сделаны по принципу бетерброда

А также по принципу рулета

Давайте рассмотрим К73-9 советский пленочный конденсатор.

к73-9 советский конденсатор

Что же у него внутри? Смотрим.

Как и ожидалось, рулончик из фольги с диэлектриком-пленкой

что внутри конденсатора

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы – это конденсаторы, которые изготавливают из керамики или фарфора, которые покрывают серебром. Берут диск квадратной или круглой формы, напыляют с с двух сторон серебро, выводят выводы и вуаля! Конденсатор готов! То есть и есть самый простой плоский конденсатор, о котором мы говорили выше в этой статье.

Хотите получишь емкость больше? Не вопрос! Складываем диски в бутерброд и увеличиваем емкость

Выглядеть керамические конденсаторы могут вот так:

керамические конденсаторыкерамические каплевидные конденсаторы

SMD конденсаторы

SMD конденсаторы – это керамические конденсаторы, которые построены по принципу бутерброда.

строение SMD конденсатора

Они используются в микроэлектронике, так как обладают крошечными размерами и удобны в плане промышленного производства с помощью роботов, которые автоматически расставляют SMD компоненты на плату.Такой тип конденсаторов вы без труда можете найти на платах своих мобильных телефонов, на материнских платах компьютеров, а также в современных гаджетах.

Полярные конденсаторы

Для полярных конденсаторов очень важно не путать выводы местами при монтаже. Плюсовая ножка должны подключаться к плюсу на схеме, а минусовая – к минусу. Обозначается полярные конденсаторы также, как и их собратья. Единственное отличие – это указание полярности такого конденсатора. Выглядеть на схемах они могут вот так.

обозначение полярных конденсаторов на схеме

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы используется в электронике и электротехнике, где требуются большие значения емкости. Также повелось название “электролиты”.

электролитические конденсаторы

Строение электролитических конденсаторов очень похоже на пленочные конденсаторы, которые также собраны по принципу рулета, но с одной только разницей. Вместо диэлектрика здесь используется оксид алюминия.

строение электролитического конденсатора

Давайте разберем один из таких электролитических конденсаторов во благо науки.

Снимаем его корпус и видим тот самый рулетик

Разматываем “рулетик” и видим, что между двумя обкладками металлической фольги у нас находится бумага, пропитанная каким-то раствором.

что внутри электролитического конденсатора

Некоторые ошибочно полагают, что бумага – это и есть тот самый диэлектрик, хотя это в корне неверно. Как она может быть диэлектриком, если она смочена в растворе, который проводит электрический ток?

На самом же деле диэлектриком в данном случае является тончайший слой оксида алюминия, который производится электрохимическим способом еще на производстве. Все это выглядит приблизительно вот так:

схема строения электролитического конденсатора

Слой оксида алюминия настолько тонкий, что можно изготавливать конденсаторы бешеной емкости с малыми габаритами. Вы ведь не забыли формулу емкости для плоского конденсатора?

где d – это и есть тот самый слой оксида алюминия. Чем он тоньше, тем больше емкость.

На полярных конденсаторах часто можно увидеть вот такой значок-стрелку, которая указывает на минусовый вывод конденсатора.

обозначение минусового вывода электролитического конденсатора

То есть  в электрических схемах с постоянным током вы должны обязательно соблюдать правило: плюс на плюс, а минус на минус. Если перепутаете, то конденсатор может бахнуть.

Танталовые конденсаторы

Танталовые конденсаторы доступны как в мокром так и в сухом исполнении. Хотя, в сухом исполнении они намного более распространены. Здесь в качестве диэлектрика используется оксид тантала. Оксид тантала обладает более лучшими свойствами, по сравнению с оксидом алюминия. Если самый большой минус электролитических конденсаторов – это их большой ток утечки, то танталовые конденсаторы лишены такого недостатка. Минус танталовых конденсаторов в том, что они рассчитаны на более низкое напряжение, чем их собраться – электролиты. Танталовые конденсаторы также полярные, как и электролитические конденсаторы.

Выглядеть танталовые конденсаторы могут вот так

 

танталовые конденсаторы

ну или так

танталовые конденсаторы капли

 

 

 

Ионисторы

Есть также  особый класс конденсаторов – ионисторы. Иногда их еще называют суперконденсаторами или золотыми конденсаторами. Нет, не потому, что  там есть золото. Сам принцип работы ионистора ценее, чем золото.  Для того, чтобы получить максимальную емкость мы должны намазать “сгущенку”(диэлектрик)  тонким-тонким слоем или увеличить площадь блинов (металлических пластин). Так как без конца увеличивать слой блинов очень затратно, разработчики решили уменьшить слой диэлектрика. Так как диэлектрический слой между обкладками ионистора , то есть “слой сгущенки”, составляет 5-10 нанометров, следовательно емкость ионистора достигает впечатляющих значений! Вы только представьте, какой заряд может накопить такой суперконденсатор!

Емкость таких конденсаторов может достигать до десятка фарад. Поверьте, это очень много. Ионисторы выглядят, как обычные таблетки, а  также могут выглядеть как цилиндрические конденсаторы. Для того, чтобы различить их от конденсаторов, достаточно взглянуть на емкость, которая на них указана. Если там единицы Фарад, то это однозначно ионистор!

ионистор

большой ионистор

В настоящее время ионисторы стали очень широко применяться в электронике и электротехнике. Они заменяют маленькие батарейки с малым напряжением, потому что ионистор конструктивно пока что не могут сделать на напряжение более нескольких Вольт. Но можно соединить их последовательно и набрать нужное напряжение. Но удовольствие это не дешевое :-).

Они также очень быстро заряжаются, так как их сопротивление ограничено только их выводами.  А исходя из закона Ома, чем меньше сопротивление проводника, тем большая сила тока течет по нему и следовательно тем быстрее заряжается ионистор. Заряжать и разряжать ионисторы можно почти бесконечно.

Конденсатор в цепи постоянного тока

Итак, берем блок питания постоянного напряжения и выставляем на его крокодилах напряжение 12 Вольт. Лампочку берем тоже на 12 Вольт. Теперь в разрыв цепи вставляем конденсатор.

Нет, лампочка не горит.

А  вот если исключить конденсатор из цепи и подключить напрямую к лампочке, то лампа горит.

Отсюда напрашивается вывод: постоянный ток через конденсатор не течет! То есть в цепи постоянного тока идеальный конденсатор оказывает бесконечно большое сопротивление.

Если честно, то в самый начальный момент подачи напряжения ток все-таки течет на доыли секунды. Все зависит от емкости конденсатора.

Конденсатор в цепи переменного тока

Для того, чтобы узнать, как ведет себя конденсатор в цепи переменного тока, нам надо собрать простейшую схему, которая представляет из себя делитель напряжения. Смысл опыта такой: с помощью генератора частоты мы будем менять только частоту, а амплитуду оставим неизменной. По сути красная точка нам будет показывать сигнал с генератора частоты, а желтая – сигнал на резисторе. Снимая сигнал с резистора, мы можем косвенно узнать, как ведет себя конденсатор исходя из законов делителя напряжения.

С помощью осциллографа мы будем снимать сигнал с красной и желтой точек относительно земли.

Думаю, этот генератор частоты вполне пойдет.

Для начала возьмем конденсатор на 1мкФ и резистор на 100 ом.

 

Далее за дело берется цифровой осциллограф OWON SDS 6062. Что такое осциллограф и с чем его едят, читаем здесь.  Будем использовать сразу два канала, то есть на одном экране будут высвечиваться сразу два сигнала. Здесь на экране уже видны наводки от сети 220 Вольт. Не стоит на это обращать внимание.

Красная осциллограмму снимаем с красной точки в цепи, а желтую – с желтой точки в цепи.

Зависимость сопротивления от частоты и сдвиг фаз

Поехали. Итак, если у нас частота нулевая, то это значит постоянный ток. Постоянный ток, как мы уже видели, конденсатор не пропускает. С этим вроде бы разобрались. Но что будет, если подать переменный ток с частотой в 100 Герц?

На дисплее осциллографа были выведены такие параметры, как частота сигнала и его амплитуда (эти параметры помечены белой стрелочкой).

F – это частота

Ma – амплитуда

Красная синусоида показывает сигнал, который выдает нам китайский генератор частоты. Желтая синусоида – это то, что мы уже получаем на нагрузке. В нашем случае нагрузкой является резистор. Ну вот, собственно, и все.

Как вы видите на осциллограмме, с генератора выходит синусоидальный сигнал с частотой в 100 Герц и амплитудой в 2 Вольта, а на резисторе напряжение всего каких-то 136 мВ.

Как вы могли заметить, амплитуда желтого сигнала стала меньше. Это говорит нам о том, что конденсатор стал пропускать переменный ток, но его сопротивление до сих пор очень большое.

Но здесь можно заметить еще одну особенность: осциллограмма напряжения на резисторе сигнала сдвинулась влево, то есть она опережает сигнал с генератора частоты, или научным языком, появляется сдвиг фаз. Опережает именно фаза, а не сам сигнал. Если бы опережал сам сигнал, то у нас бы тогда получилось, что сигнал на резисторе появлялся бы по времени раньше, чем сигнал, поданный на него через конденсатор. Получилось бы какое-те перемещение во времени :-), что конечно же, невозможно.

Сдвиг фаз – это разность между начальными фазами двух измеряемых величин. В данном случае – напряжения. Для того, чтобы произвести замер сдвига фаз, должно быть условие, что у этих сигналов одна и та же частота. Амплитуда может быть любой. Ниже на рисунке приведен этот самый сдвиг фаз или, как еще его называют, разность фаз:

Давайте увеличим частоту  на генераторе до 500 Гц

На резисторе уже получили 560 мВ. Сдвиг фаз уменьшается. Получается, что мы чуть-чуть увеличили частоту, и сопротивление конденсатора стало меньше.

Увеличиваем частоту до 1 КГц

На резисторе у нас напряжение 1 Вольт. Напряжение не резисторе растет с увеличением частоты. Это говорит о том, что сопротивление конденсатора стало еще меньше.

Ставим частоту 5 КГц

Амплитуда 1,84 Вольта и сдвиг фаз явно становится меньше

Увеличиваем до 10 КГц

Амплитуда уже почти  такая же как и на входе. Сдвиг фаз менее заметен.

Ставим 100 КГц.

Сдвига фаз почти нет. Напряжение не резисторе почти сравнялось с напряжением генератора частоты. Это говорит о том, что конденсатор почти не оказывает сопротивление на высоких частотах.

Получился парадокс. Постоянный ток конденсатор не пропускает, а вот токи высокой частоты – без проблем!

Отсюда делаем глубокомысленные выводы:

Чем больше частота, тем меньшее сопротивление конденсатор оказывает переменному току. Сдвиг фаз убывает с увеличением частоты почти до нуля. На бесконечно низких частотах его величина составляет 90 градусов или π/2.

Если построить обрезок графика, то получится типа что-то этого:

Зависимость сопротивления от номинала конденсатора

Итак, мы с вами узнали, что сопротивление конденсатора зависит от частоты. Но только ли от частоты? Давайте возьмем конденсатор емкостью в 0,1 микрофарад, то есть номиналом в 10 раз меньше, чем предыдущий и снова прогоним по  этим же частотам.

Смотрим и анализируем значения:

Внимательно сравните амплитудные значения желтого сигнала на одной и той же частоте, но с разными номиналами конденсатора. Например, на частоте в 100 Гц  и номиналом конденсатора в 1 мкФ амплитуда желтого сигнала равнялась 136 милливольт, а на этой же самой частоте амплитуда желтого сигнала, но с конденсатором в 0,1 мкФ уже была 101 милливольт (в реальности еще меньше из за помех). На частоте 500 Герц –  560 милливольт и 106 милливольт соответственно, на частоте в 1 Килогерц – 1 Вольт и 136 милливольт и так далее.

Отсюда вывод напрашивается сам собой: при уменьшении номинала конденсатора его сопротивление становится больше.

Формула сопротивления конденсатора

С помощью физико-математических преобразований физики и математики вывели формулу для расчета сопротивления конденсатора. Прошу любить и жаловать:

где, Х_С  – это сопротивление конденсатора, Ом

П – постоянная и равняется приблизительно 3,14 

F – частота, измеряется в Герцах

С – емкость,  измеряется в Фарадах

Так вот, поставьте в эту формулу частоту в  ноль Герц. Частота в ноль Герц – это и есть постоянный ток. Что получится? 1/0=бесконечность или очень большое сопротивление. Короче говоря, обрыв цепи.

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

При последовательном соединении  конденсаторов

последовательное соединение конденсаторов

 

Их общая емкость будет вычисляться по формуле

последовательное сопротивление конденсаторов формула

 

 а при параллельном соединении

параллельное соединение конденсаторов

 

их общая емкость будет вычисляться по формуле

формула параллельного соединения конденсаторов

 

Также в интернете нашел очень интересное видео по теме конденсаторов

 

Похожие статьи по теме “конденсатор”

ESR конденсатора

Как проверить конденсатор мультиметром

RC цепь

Конденсатор в цепи переменного и постоянного тока: что это такое, виды

Элементная база для конструирования электронных устройств усложняется. Приборы объединяются в интегральные схемы с заданным функционалом и программным управлением. Но в основе разработок — базовые приборы: конденсаторы, резисторы, диоды и транзисторы.

Что такое конденсатор?

Прибор, который накапливает электроэнергию в виде электрических зарядов, называется конденсатором.

Количество электричества или электрический заряд в физике измеряют в кулонах (Кл). Электрическую ёмкость считают в фарадах (Ф).

Уединенный проводник электроёмкостью в 1 фараду — металлический шар с радиусом, равным 13 радиусам Солнца. Поэтому конденсатор включает в себя минимум 2 проводника, которые разделяет диэлектрик. В простых конструкциях прибора — бумага.

Работа конденсатора в цепи постоянного тока осуществляется при включении и выключении питания.Только в переходные моменты меняется потенциал на обкладках.

Конденсатор в цепи переменного тока перезаряжается с частотой, равной частоте напряжения источника питания. В результате непрерывных зарядов и разрядов ток проходит через элемент. Выше частота — быстрее перезаряжается прибор.

Сопротивление цепи с конденсатором зависит от частоты тока. При нулевой частоте постоянного тока величина сопротивления стремится к бесконечности. С увеличением частоты переменного тока сопротивление уменьшается.

Где применяются конденсаторы?

Работа электронных, радиотехнических и электрических устройств невозможна без конденсаторов.

В электротехнике прибор используется для сдвига фаз при запуске асинхронных двигателей. Без сдвига фаз трехфазный асинхронный двигатель в переменной однофазной сети не функционирует.

Конденсаторы с ёмкостью в несколько фарад — ионисторы, используются в электромобилях, как источники питания двигателя.

Для понимания, зачем нужен конденсатор, нужно знать, что 10-12% измерительных устройств работают по принципу изменения электрической ёмкости при изменении параметров внешней среды. Реакция ёмкости специальных приборов используется для:

• регистрации слабых перемещений через увеличение или уменьшение расстояния между обкладками;
• определения влажности с помощью фиксирования изменений сопротивления диэлектрика;
• измерения уровня жидкости, которая меняет ёмкость элемента при заполнении.

Трудно представить, как конструируют автоматику и релейную защиту без конденсаторов. Некоторые логики защит учитывают кратность перезаряда прибора.

Ёмкостные элементы используются в схемах устройств мобильной связи, радио и телевизионной техники. Конденсаторы применяют в:

• усилителях высоких и низких частот;
• блоках питания;
• частотных фильтрах;
• усилителях звука;
• процессорах и других микросхемах.

Легко найти ответ на вопрос, для чего нужен конденсатор, если посмотреть на электрические схемы электронных устройств.

Принцип работы

В цепи постоянного тока положительные заряды собираются на одной пластине, отрицательные — на другой. За счет взаимного притяжения частицы удерживаются в приборе, а диэлектрик между ними не дает соединиться. Тоньше диэлектрик — крепче связаны заряды.

Конденсатор берет нужное для заполнения ёмкости количество электричества, и ток прекращается.

При постоянном напряжении в цепи элемент удерживает заряд до выключения питания. После чего разряжается через нагрузки в цепи.

Переменный ток через конденсатор движется иначе. Первая ¼ периода колебания — момент заряда прибора. Амплитуда зарядного тока уменьшается по экспоненте, и к концу четверти снижается до нуля. ЭДС в этот момент достигает амплитуды.

Во второй ¼ периода ЭДС падает, и элемент начинает разряжаться. Снижение ЭДС вначале небольшое и ток разряда, соответственно, тоже. Он нарастает по той же экспоненциальной зависимости. К концу периода ЭДС равна нулю, ток — амплитудному значению.

В третьей ¼ периода колебания ЭДС меняет направление, переходит через нуль и увеличивается. Знак заряда на обкладках изменяется на противоположный. Ток уменьшается по величине и сохраняет направление. В этот момент электрический ток опережает по фазе напряжение на 90°.

В катушках индуктивности происходит наоборот: напряжение опережает ток. Это свойство стоит на первом месте при выборе, какие цепи использовать в схеме: RC или RL.

В завершении цикла при последней ¼ колебания ЭДС падает до нуля, а ток достигает амплитудного значения.

«Ёмкость» разряжается и заряжается по 2 раза за период и проводит переменный ток.

Это теоретическое описание процессов. Чтобы понять, как работает элемент в цепи непосредственно в устройстве, рассчитывают индуктивное и емкостное сопротивление цепи, параметры остальных участников, и учитывают влияние внешней среды.

Характеристики и свойства

К параметрам конденсатора, которые используют для создания и ремонта электронных устройств, относят:

1. Ёмкость — С. Определяет количество заряда, которое удерживает прибор. На корпусе указывается значение номинальной ёмкости. Для создания требуемых значений элементы включают в цепь параллельно или последовательно. Эксплуатационные величины не совпадают с расчетными.
2. Резонансная частота — fр. Если частота тока больше резонансной, то проявляются индуктивные свойства элемента. Это затрудняет работу. Чтобы обеспечить расчетную мощность в цепи, конденсатор разумно использовать на частотах меньше резонансных значений.
3. Номинальное напряжение — Uн. Для предупреждения пробоя элемента рабочее напряжение устанавливают меньше номинального. Параметр указывается на корпусе конденсатора.
4. Полярность. При неверном подключении произойдет пробой и выход из строя.
5. Электрическое сопротивление изоляции — Rd. Определяет ток утечки прибора. В устройствах детали располагаются близко друг к другу. При высоком токе утечки возможны паразитные связи в цепях. Это приводит к неисправностям. Ток утечки ухудшает емкостные свойства элемента.
6. Температурный коэффициент — TKE. Значение определяет, как ёмкость прибора меняется при колебаниях температуры среды. Параметр используют, когда разрабатывают устройства для эксплуатации в тяжелых климатических условиях.
7. Паразитный пьезоэффект. Некоторые типы конденсаторов при деформации создают шумы в устройствах.

Виды конденсаторов

Емкостные элементы классифицируют по типу диэлектрика, применяемого в конструкции.

Бумажные и металлобумажные конденсаторы

Элементы используются в цепях с постоянным или слабо пульсирующим напряжением. Простота конструкции оборачивается пониженной на 10-25% стабильностью характеристик и возросшей величиной потерь.

В бумажных конденсаторах обкладки из алюминиевой фольги разделяет бумага. Сборки скручивают и помещают в корпус в форме цилиндра или прямоугольного параллелепипеда.

Приборы работают при температурах -60…+125°C, с номинальным напряжением у низковольтных приборов до 1600 В, высоковольтных — выше 1600 В и ёмкостью до десятков мкФ.

В металлобумажных приборах вместо фольги на диэлектрическую бумагу наносят тонкий слой металла. Это помогает изготовить элементы меньших размеров. При незначительных пробоях возможно самовосстановление диэлектрика. Металлобумажные элементы уступают бумажным по сопротивлению изоляции.

Электролитические конденсаторы

Конструкция изделий напоминает бумажные. Но при изготовлении электролитических элементов бумагу пропитывают оксидами металлов.

В изделиях с электролитом без бумаги оксид наносится на металлический электрод. У оксидов металлов односторонняя проводимость, что делает прибор полярным.

В некоторых моделях электролитических элементов обкладки изготавливают с канавками, которые увеличивают площадь поверхности электрода. Зазоры в пространстве между пластинами устраняют с помощью заливания электролитом. Это улучшает емкостные свойства изделия.

Большая ёмкость электролитических приборов — сотни мкФ, используется в фильтрах, чтобы сглаживать пульсации напряжения.

Алюминиевые электролитические

В приборах этого типа анодная обкладка делается из алюминиевой фольги. Поверхность покрывают оксидом металла — диэлектриком. Катодная обкладка — твердый или жидкий электролит, который подбирается так, чтобы при работе восстанавливался слой оксида на фольге. Самовосстановление диэлектрика продлевает время работы элемента.

Конденсаторы такой конструкции требуют соблюдения полярности. При обратном включении разорвет корпус.

Приборы, внутри которых располагаются встречно-последовательные полярные сборки, используют в 2 направлениях. Ёмкость алюминиевых электролитических элементов достигает нескольких тысяч мкФ.

Танталовые электролитические

Анодный электрод таких приборов изготовляют из пористой структуры, получаемой при нагреве до +2000°C порошка тантала. Материал внешне напоминает губку. Пористость увеличивает площадь поверхности.

С помощью электрохимического окисления на анод наносят слой пентаоксида тантала толщиной до 100 нанометров. Твердый диэлектрик делают из диоксида марганца. Готовую конструкцию прессуют в компаунд — специальную смолу.

Танталовые изделия используют на частотах тока свыше 100 кГц. Ёмкость создается до сотен мкФ, при рабочем напряжении до 75 В.

Полимерные

В конденсаторах используются электролит из твердых полимеров, что дает ряд преимуществ:

• увеличивается срок эксплуатации до 50 тыс. часов;
• сохраняются параметры при нагреве;
• расширяется диапазон допустимых пульсаций тока;
• сопротивление обкладок и выводов не шунтирует ёмкость.

Пленочные

Диэлектрик в этих моделях — пленка из тефлона, полиэстера, фторопласта или полипропилена.

Обкладки — фольга или напыление металлов на пленку. Конструкция используется для создания многослойных сборок с увеличенной площадью поверхности.

Пленочные конденсаторы при миниатюрных размерах обладают ёмкостью в сотни мкФ. В зависимости от размещения слоев и выводов контактов делают аксиальные или радиальные формы изделий.

В некоторых моделях номинальное напряжение 2 кВ и выше.

В чем отличие полярного и неполярного?

Неполярные допускают включение конденсаторов в цепь без учета направления тока. Элементы применяются в фильтрах переменных источников питания, усилителях высокой частоты.

Полярные изделия подсоединяют в соответствии с маркировкой. При включении в обратном направлении прибор выйдет из строя или не будет нормально работать.

Полярные и неполярные конденсаторы большой и малой ёмкости отличаются конструкцией диэлектрика. В электролитических конденсаторах, если оксид наносится на 1 электрод или 1 сторону бумаги, пленки, то элемент будет полярным.

Модели неполярных электролитических конденсаторов, в конструкциях которых оксид металла нанесли симметрично на обе поверхности диэлектрика, включают в цепи с переменным током.

У полярных на корпусе присутствует маркировка положительного или отрицательного электрода.

От чего зависит ёмкость?

Главная функция и роль конденсатора в цепи заключается в накоплении зарядов, а дополнительная — не допускать утечек.

Величина ёмкости конденсатора прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости среды и площади пластин, и обратно пропорциональна расстоянию между электродами. Возникает 2 противоречия:

1. Чтобы увеличить ёмкость, электроды нужны как можно толще, шире и длиннее. При этом размеры прибора увеличивать нельзя.
2. Чтобы удерживать заряды и обеспечить нужную силу притяжения, расстояние между пластинами делают минимальным. При этом ток пробоя уменьшать нельзя.

Для разрешения противоречий разработчики применяют:

• многослойные конструкции пары диэлектрик и электрод;
• пористые структуры анодов;
• замену бумаги на оксиды и электролиты;
• параллельное включение элементов;
• заполнение свободного пространства веществами с повышенной диэлектрической проницаемостью.

Размеры конденсаторов уменьшаются, а характеристики становятся лучше с каждым новым изобретением.

где плюс, где минус по внешнему виду

Многие виды электрических конденсаторов полярности не имеют и поэтому их включение в схему не представляет трудностей. Электролитические накопители заряда составляют особый класс, т.к. имеют положительные и отрицательные выводы, поэтому при их подключении часто возникает задача — как определить полярность конденсатора.

Как определить полярность электролитического конденсатора?

Существует ряд способов, как проверить расположение плюса и минуса на корпусе устройства. Полярность конденсатора определяется следующим образом:

• по маркировке, т.е. по нанесенным на его корпус надписям и рисункам;
• по внешнему виду;
• с помощью универсального измерительного прибора — мультиметра.

Важно правильно определить положительные и отрицательные контакты, чтобы после монтажа при подаче напряжения схема не вышла из строя.

По маркировке

Маркировка накопителей заряда, в том числе электролитических, зависит от страны, компании-производителя и стандартов, которые со временем меняются. Поэтому вопрос о том, как определить полярность на конденсаторе, не всегда имеет простой ответ.

Обозначение плюса конденсатора

На отечественных советских изделиях обозначался только положительный контакт — знаком «+». Этот знак наносился на корпус рядом с положительным выводом. Иногда в литературе плюсовой вывод электролитических конденсаторов называют анодом, поскольку они не только пассивно накапливают заряд, но и применяются для фильтрации переменного тока, т.е. обладают свойствами активного полупроводникового прибора. В ряде случаев знак «+» ставят и на печатной плате, вблизи от положительного вывода размещенного на ней накопителя.

На изделиях серии К50-16 маркировку полярности наносят на дно, выполненное из пластмассы. У других моделей серии К50, например К50-6, знак «плюс» нанесен краской на нижнюю часть алюминиевого корпуса, рядом с положительным выводом. Иногда по низу также маркируются изделия импортные, произведенные в странах бывшего социалистического лагеря. Современная отечественная продукция отвечает общемировым стандартам.

Маркировка конденсаторов типа SMD (Surface Mounted Device), предназначенных для поверхностного монтажа (SMT — Surface Mount Technology), отличается от обыкновенной. Плоские модели имеют черный или коричневый корпус в виде маленькой прямоугольной пластины, часть которой у положительного вывода закрашена серебристой полосой с нанесенным на нее знаком «плюс».

Обозначение минуса

Принцип маркировки полярности импортных изделий отличается от традиционных стандартов отечественной промышленности и состоит в алгоритме: «чтобы узнать, где плюс, сначала нужно найти, где минус». Местоположение отрицательного контакта показывают как специальные знаки, так и цвет окраски корпуса.

Например, на черном цилиндрическом корпусе на стороне отрицательного вывода, иногда называемого катодом, нанесена светло-серая полоса по всей высоте цилиндра. На полосе напечатана прерывистая линия, или вытянутые эллипсы, или знак «минус», а также 1 или 2 угловые скобки, острым углом направленные на катод. Модельный ряд с другими номиналами отличается синим корпусом и бледно-голубой полосой на стороне отрицательного контакта.

Применяют для маркировки и другие цвета, следуя общему принципу: темный корпус и светлая полоса. Такая маркировка никогда полностью не стирается и поэтому всегда можно уверенно определить полярность «электролита», как для краткости на радиотехническом жаргоне называют электролитические конденсаторы.

Корпус емкостей SMD, изготовленных в виде металлического алюминиевого цилиндра, остается неокрашенным и имеет естественный серебристый цвет, а сегмент круглого верхнего торца закрашивается интенсивным черным, красным или синим цветом и соответствует позиции отрицательного вывода. После монтажа элемента на поверхность печатной платы частично закрашенный торец корпуса, указывающий полярность, хорошо просматривается на схеме, поскольку по сравнению с плоскими элементами имеет большую высоту.

На поверхность платы наносится соответствующее маркировке обозначение полярности цилиндрического SMD-прибора: это окружность с заштрихованным белыми линиями сегментом, где располагается отрицательный контакт. Однако следует учесть, что некоторые фирмы-производители предпочитают белым цветом отмечать положительный контакт прибора.

По внешнему виду

Если маркировка стерлась или неясна, то определение полярности конденсатора иногда возможно путем анализа внешнего вида корпуса. У многих емкостей с расположением выводов на одной стороне и не подвергавшихся монтажу плюсовая ножка длиннее, чем отрицательная. Изделия марки ЭТО, ныне устаревшие, имеют вид 2 цилиндров, поставленных друг на друга: большего диаметра и небольшой высоты, и меньшего диаметра, но существенно более высокий. Контакты расположены по центру торцов цилиндров. Положительный вывод смонтирован в торце цилиндра большего диаметра.

У некоторых мощных электролитов катод выведен на корпус, который соединен пайкой с шасси электрической схемы. Соответственно, положительный вывод изолирован от корпуса и расположен на его верхней части.

Полярность широкого класса зарубежных, а теперь и отечественных электролитических конденсаторов, определяется по светлой полосе, ассоциированной с отрицательным полюсом прибора. Если же ни по маркировке, ни по внешнему виду полярность электролита определить нельзя, то и тогда задача «как узнать полярность конденсатора» решается путем применения универсального тестера — мультиметра.

С помощью мультиметра

Перед проведением экспериментов важно собрать схему так, чтобы испытательное напряжение источника постоянного тока (ИП) не превышало 70-75% от номинала, указанного на корпусе накопителя или в справочнике. Например, если электролит рассчитан на 16 В, то ИП должен выдавать не более 12 В. Если номинал электролита неизвестен, начинать эксперимент следует с малых значений в диапазоне 5-6 В, и затем постепенно повышать напряжение на выходе ИП.

Конденсатор должен быть полностью разряжен — для этого нужно соединить его ножки или выводы накоротко на несколько секунд металлической отверткой или пинцетом. Можно подключить к ним лампу накаливания от карманного фонарика, пока она не потухнет или резистор. Затем следует внимательно осмотреть изделие — на нем не должно быть повреждений и вздутий корпуса, особенно защитного клапана.

Потребуются следующие устройства и компоненты:

• ИП — батарея, аккумулятор, блок питания компьютера или специализированное устройство с регулируемым выходным напряжением;
• мультиметр;
• резистор;
• монтажные принадлежности: паяльник с припоем и канифолью, бокорезы, пинцет, отвертка;
• маркер для нанесения знаков полярности на корпус проверяемого электролита.

Затем следует собрать электрическую схему:

• параллельно резистору с помощью «крокодилов» (т.е. щупов с зажимами) присоединить мультиметр, настроенный на измерение постоянного тока;
• плюсовую клемму ИП соединить с выводом резистора;
• другой вывод резистора соединить с контактом емкости, а ее 2 контакт присоединить к минусовой клемме ИП.

Если полярность подключения электролита правильная, мультиметр ток не зафиксирует. Т.о., контакт, соединенный с резистором, будет плюсовым. В противном случае мультиметр покажет наличие тока. В этом случае с минусовой клеммой ИП был соединен плюсовой контакт электролита.

Другой способ проверки отличается тем, что мультиметр, параллельно подключенный к сопротивлению, переводится в режим измерения постоянного напряжения. В этом случае при правильном подключении емкости прибор покажет напряжение, величина которого затем будет стремиться к нулю. При неправильном подключении напряжение сначала будет падать, но потом зафиксируется на ненулевой величине.

Согласно 3 способу прибор, измеряющий постоянное напряжение, присоединяется параллельно не сопротивлению, а проверяемой емкости. При правильном подключении полюсов емкости напряжение на ней достигнет величины, выставленной на ИП. Если же минус ИП будет соединен с плюсом емкости, т.е. неправильно, напряжение на конденсаторе поднимется до значения, равного половине величины, выдаваемой ИП. Например, если на клеммах ИП 12 В, то на емкости будет 6 В.

После окончания проверок емкость следует разрядить так же, как и в начале эксперимента.

Обозначение конденсаторов на схеме: как это происходит

Если требуется устройство для накопления заряда в схеме, используются конденсаторы. При рассмотрении элементов учитывается их удельная емкость, а также плотность энергии. Предусмотрено множество типов устройств, отличающихся по сборке и предназначению.

Описание

Конденсатор является двухполюсным элементом, которой служит уплотнителем. Основная задача — удержание переменной емкости в цепи. В момент подачи напряжения происходит перезарядка элемента. Далее осуществляется процесс накопления заряда и энергии электрического поля.

Конденсатор на схеме

Обозначение на схемах

Конденсатор на схеме может по-разному обозначаться в зависимости от цепи. Для понимания маркировки стоит рассмотреть распространённые типы элементов:

• с постоянной емкостью;
• поляризованные;
• танталовые;
• переменные;
• триммеры;
• ионисторы.

Обозначение конденсаторов на схеме связано с ГОСТом 2.728-74. Речь идет о межгосударственном стандарте, в котором прописана маркировка.

Поляризованные

Обозначение электролитических конденсаторов на схемах можно описать, как две горизонтальные полоски со знаком плюс. При рассмотрении товаров есть разделение на полярные и неполярные типы. Те и другие включаются в схему и отличаются по параметрам. Весь секрет заключается в процессе изготовления.

Поляризованный тип

Интересно! На примере алюминиевых моделей видно, что они производятся с обкладкой в фольге. Она выступает в качестве катода и является отличным проводником.

На схеме конденсатор может подсоединяться параллельно либо последовательно. Если взглянуть на цепь, на ней отображается постоянная, а также переменная емкость. Надписи пишутся сокращённо, однако по маркировке можно узнать точное значение. Представленные варианты отличаются высокой степенью стабильности, поэтому применяются в бытовой технике.

Отечественные аналоги продаются в замкнутых корпусах и являются компактными. Поляризованные конденсаторы могут быть пленочными либо керамическими. Учитывается электрика, а также показатель напряжения. Накопитель может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Полупроводниковые конденсаторы считаются наиболее распространёнными, и в цепи обозначаются с показателем предельной ёмкости. В промышленности востребованными остаются твердотельные компоненты, которые применяются в платах управления.

Танталовые

Элементы данного типа обозначаются двумя горизонтальными полосками. они производятся с покрытием диоксида марганца. Компоненты являются востребованными, поскольку обладают высокой мощностью, и по всем параметрам обходят алюминиевые элементы. Весь секрет кроется в использовании сухого электролита.

Танталовые модели

К основным особенностям стоит прописать такое:

• термостабильность,
• отсутствие утечек,
• высокое напряжение,
• значительный срок годности.

Вместе с тем в цепи конденсаторы страдают при повышенной температуре. У них низкий ток заряда, есть проблема с частотой. Электронная промышленность движется вперёд, поэтому танталовые типы всё чаще используются в платах управления.

Важно! Элементы востребованы по причинам компактных размеров и высокого напряжения.

Если рассматривать твердотельные модификации, они состоят из диэлектрика, защитного покрытия, а также катода с анодом. В цепи компоненты не бояться пониженных частот, поскольку учитывается высокое значение импеданса. Графический показатель рассчитывается, как отношение индуктивности к определенной емкости.

Дополнительно при рассмотрении схем конденсатора берется в расчет показатель фильтрации сигналов. Как правило, он не превышает 100 км. Чтобы элемент работал должным образом, определяется безопасный уровень тока и частоты.

Рассчитывается максимальная мощность компонента и уровень сопротивления, относительно рабочей частоты. В документации графической формы указывается параметр ESR, он демонстрирует мощность рассеивания. В цепи существует ряд факторов, влияющих на показатели:

• сигнал;
• максимальная температура;
• корректирующий множитель.

Чтобы просчитать среднюю частоту по схеме, рассчитывается среднеквадратичный ток. Для этого берется в расчет минимальное значение емкости и номинальная мощность. Если рассматривать печатные платы, конденсаторы могут обозначать значениями FR4, FR5, G10. Рядом с элементами подписывается параметр емкости.

Важно! При осмотре схемы учитываются размеры контактных зон.

Правила установки танталовых изделий:

• требуется паяльная паста;
• выбор места;
• доступные способы пайки.

Чтобы танталовый конденсатор эффективно работал на плате, подбирается паяльная паста и наносится толщиной в 0.02 мм. Некоторые используют материалы с флюсом, такое также допускается. Основная проблема — это подбор оптимального режима пайки. При установке танталового конденсатора обращается внимание на маркировку, стоит обращать внимание на обозначение ёмкости.

Также показана полярность, номинальное напряжение. Проще всего восстанавливать конденсаторы стандартных типоразмеров. Процесс производится вручную либо на фабрике. Там с этой целью используются конвекционные либо инфракрасные печи. Помимо ручной пайки известным считается волновой метод.

Ручная пайка

Основное требование — поддержание оптимальной температуры для подогрева контакта. После пайки следует заняться чисткой. С этой целью подойдут растворы Prelete, Chlorethane, Terpene. Важное требование — это отсутствие такого элемента, как дихлорметан.

Переменные

Конденсаторы переменного типа изображены с перечеркнутыми двумя горизонтальными полосками. Особенность данного типа заключается в изменении емкости посредством воздействия механической силы. Напряжение на обкладке может изменяться, учитываются показатели в колебательных контурах.

Устройства применимы в схеме приемника либо передатчика. Элементы используются на пару со стабилизаторами, тримерами. Переменные конденсаторы, наравне с подстрочными элементами применяются в колебательных контурах. Их основная задача — измерение резонансной частоты. Как вариант, компоненты встречаются в цепях радиоприемника, используются на пару с усилителями.

Переменный тип

Если говорить об антенных устройствах, конденсаторы незаменимые для генераторов частоты. В качестве основы применяются твердые резисторы и органическая плёнка. На рынке представлены керамические варианты компактных размеров. Есть товары с одной или двумя секциями, у которых отличаются показатели емкости.

Если рассматривать многосекционные модели, они обозначаются, как 6 горизонтальных полосок в цепи. Также существует построечный тип для радиоаппаратуры. За основу элемента взят воздушный диэлектрик, который используется в цепи переменного тока. Конденсаторы применимы в блоках питания и фильтрах.

Важно! Радиолюбители знают о проблеме с низкой частотой и необходимостью подгонки ёмкости.

Конденсаторы-триммеры

Данный тип конденсаторов на схеме обозначен в виде двух горизонтальных полосок со стрелкой. Речь идёт о компактных элементах, использующихся в печатных платах. У них крайне низкие показатели емкости, учитывается незначительная частота. По структуре модель отличается от переменных конденсаторов.

Триммеры

Ионистор

Ионистор на схеме показан, как стандартный электролитический конденсатор — две горизонтальные полоски со знаком плюс. Элемент производится без диэлектрика и не обладает потенциальным зарядом. Знак «+» показывает полярность конденсатора на схеме.

По структуре ионистор содержит сепаратор, уплотнительный изолятор, а также электроды. Если смотреть параметры, учитывается такое:

• внутреннее сопротивление,
• предельный ток,
• номинальное напряжение,
• уровень саморазряда,
• предельная емкость,
• срок годности.

В принципиальной сети элемент используется в блоках питания. Также он подходит для таймера, других цифровых устройств. Даже если заглянуть в смартфон либо планшет, на плате найдётся данный элемент.

Ионистор

Температурный коэффициент

Когда изменяется температура окружающей среды, емкость конденсатора также меняется. Чтобы отслеживать данный коэффициент, берется в расчет показатель ТКЕ. По формуле он представляет собой соотношение начальной емкости и изменения температуры. Первоначально отслеживаются нормальные условия работы компонента.

При значительном повышении температуры используются линейные уравнения, в которых задаются показатели рабочих условий функционирования конденсатора. Также указывается стартовая ёмкость в качестве ориентира. Показатель ТКЕ необходим для подготовки описания к элементам.

Показатель ТКЕ

Если взглянуть на спецификацию, прописываются все параметры. При подборе компонентов пользователи желают знать, как устройство реагирует на изменение температуры. Чаще всего речь идет о постоянном показателе, поэтому стоит рассматривать график с диапазоном рабочих температур.

Маркировка

Если взглянуть на схему, отечественные компоненты отмечаются с набором характеристик:

• ёмкость,
• номинальное напряжение,
• дата выпуска,
• расположение маркировки на корпусе,
• цветовая маркировка отечественных радиоэлементов.

Важно разбираться в показателях, уметь расшифровывать аббревиатуры. Таким образом, получится точно определить тип конденсатора.

Маркировка отечественных радиоэлементов

Ёмкость

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (Ф), микрофарадах (мкФ) или пикофарадах (пФ) и прописываться рядом со значком элемента. На схемах учитывается постоянный, переменный, саморегулирующийся параметр. Номинальная емкость дублируется на корпусе конденсатора. Так, на элементе могут указываться обозначения:

• 5П1 — 5,1 пФ.
• h2 — 100 пФ.
• 1Н — 1000 пФ.

Номинальная емкость

Номинальное напряжение

Показатель номинального напряжения измеряется в вольтах, регулируется ГОСТом 9665 — 77. Если взглянуть на схему, встречается надпись С1 100В. В данном случае говорится о номинальном напряжении в 100 вольт. Таким образом, определяется электролитическая прочность компонента. Специалист способен рассчитать толщину диэлектрика, учитывая прочие факторы.

Номинальное напряжение

Зная показатель напряжения сети, открывается представление о сфере использования элемента. Если не учитывать данный параметр, конденсатор может не справится с возложенной на него нагрузкой. Весь секрет заключается в типе используемой обкладки. Также в расчет берутся рабочие температуры.

Дата выпуска

Если присмотреться к элементам, в конце маркировки оказывается 4 цифры. Они показывают год, а также месяц изготовления элемента. К примеру, на конденсаторе может быть указано «9608». Из этого следует, что элемент изготовлен в 1996 году, в августе месяце. Правила нанесения маркировки прописаны в ГОСТе 30668-2000.

Маркировки по ГОСТу 30668-2000

Расположение маркировки на корпусе

Чтобы быстро отыскать необходимую информацию на корпусе конденсатора, маркировка находится на передней стороне. Если рассмотреть плёночный компонент, либо другой тип, регламент четко прописан в ГОСТе и дублируется в технических инструкциях. Производитель обязательно использует цветовые индикаторы полосками. и цифровые обозначения.

Цветовая маркировка отечественных радиоэлементов

По цветовой маркировке можно узнать информацию о множителе, номинальной емкости и даже рабочей температуре.

• Золотистый цвет (указывает на низкий параметр множителя — 0.01 допуск составляет не более 5%).
• Серебристый (множитель 0.1, показатель допуска не больше 10%).
• Чёрный (множитель 1, допуск 20%).
• Коричневый (указывает на емкость 1 мкФ, множитель равняется 10, а допуск не более 1%).
• Красный (говорит о номинальной емкости 2 пф, множитель составлять 10 в квадрате, допуск около 2%).
• Оранжевый (это элемент с ёмкостью 3 пф, множитель 10 в третьей степени).
• Жёлтый цвет (элементы с емкостью 4 пф, множитель у них 10 в четвёртой степени).
• Зелёный цвет (элементы с множителем 10 в пятой степени, показатель 4 пф)
• Голубой цвет (на 6 пф, множитель 10 в 6 степени, отклонения 0.25 процентов).
• Фиолетовый (допуск от 0.1 процентов, параметр множителя 10 в седьмой степени, а емкость 7 пФ).
• Серый (допуск 0.05 процентов, ёмкость 8 пф, множитель — 10 в восьмой степени).
• Белый (элемент на 9 пф, множитель 10 в девятой степени).

Цвета конденсаторов

Маркировка конденсаторов импортного производства

Рассматривая маркировку импортных конденсаторов, необходимо понимать, что первые цифры показывают емкости. Далее следует количество нолей и потом показателя ЕТК. Ниже указывается допустимое рабочее напряжение, к примеру, взять электролитический конденсатор с ёмкостью 100 пф, на нём будет обозначение «100n». Также прописывается допустимое напряжение, например, 120 вольт.

Выше подробно расписаны типы конденсаторов. Каждый из элементов имеет определённое обозначение на схеме. Чтобы разбираться в них, стоит изучить таблицу со значениями и цветами.

Как измерить значение индуктора или конденсатора с помощью осциллографа — метод резонансной частоты

Резисторы, индукторы и конденсаторы являются наиболее часто используемыми пассивными компонентами почти во всех электронных схемах. Из этих трех номиналы резисторов и конденсаторов обычно указываются сверху либо в виде цветового кода резистора, либо в виде числовой маркировки. Также сопротивление и емкость можно измерить с помощью обычного мультиметра. Но большинство индукторов, особенно с ферритовым и воздушным сердечником, почему-то не имеют какой-либо маркировки.Это становится довольно раздражающим, когда вам нужно выбрать правильное значение индуктора для вашей схемы или вы восстановили его со старой электронной печатной платы и захотели узнать его стоимость.

Прямым решением этой проблемы является использование измерителя LCR, который может измерять значение катушки индуктивности, конденсатора или резистора и отображать его напрямую. Но не у всех есть измеритель LCR под рукой, поэтому в этой статье мы научимся использовать осциллограф для измерения значения индуктивности или конденсатора , используя простую схему и несложные вычисления.Конечно, если вам нужен более быстрый и надежный способ сделать это, вы также можете создать свой собственный LC-метр, который использует ту же технику вместе с дополнительным MCU для считывания отображаемого значения.

Необходимые материалы

• Осциллограф
• Генератор сигналов или простой ШИМ-сигнал от Arduino или другого MCU
• Диод
• Известный конденсатор (0,1 мкФ, 0,01 мкФ, 1 мкФ)
• Резистор (560 Ом)
• Калькулятор

Чтобы измерить значение неизвестной катушки индуктивности или конденсатора, нам нужно построить простую схему, называемую цепью резервуара.Эту схему также можно назвать схемой LC, резонансной схемой или настроенной схемой . Цепь резервуара — это цепь, в которой индуктор и конденсатор будут подключены параллельно друг другу, и когда цепь запитана, напряжение и ток на ней будут резонировать на частоте, называемой резонансной частотой. Давайте разберемся, как это происходит, прежде чем двигаться дальше.

Как работает контур резервуара?

Как уже говорилось ранее, типичная баковая цепь просто состоит из параллельно соединенных индуктора и конденсатора.Конденсатор — это устройство, состоящее всего из двух параллельных пластин, которое способно накапливать энергию в электрическом поле, а индуктор — это катушка, намотанная на магнитный материал, который также способен накапливать энергию в магнитном поле.

Когда схема запитана, конденсатор заряжается, а затем, когда питание отключается, конденсатор разряжает свою энергию в катушку индуктивности. К тому времени, когда конденсатор истощает свою энергию в катушке индуктивности, катушка индуктивности заряжается и будет использовать свою энергию, чтобы протолкнуть ток обратно в конденсатор с противоположной полярностью, так что конденсатор снова зарядится.Помните, что индукторы и конденсаторы меняют полярность при зарядке и разрядке. Таким образом, напряжение и ток будут колебаться взад и вперед, создавая резонанс, как показано на изображении GIF выше.

Но это не может произойти вечно, потому что каждый раз, когда конденсатор или индуктор заряжается и разряжается, некоторая энергия (напряжение) теряется из-за сопротивления провода или в виде магнитной энергии, и постепенно величина резонансной частоты будет исчезать, как показано на ниже формы волны.

Как только мы получим этот сигнал на нашем прицеле, мы можем измерить частоту этого сигнала, которая представляет собой не что иное, как резонансную частоту , тогда мы можем использовать приведенные ниже формулы для вычисления значения индуктора или конденсатора.

  FR = 1 / / 2π √LC 
 

В приведенных выше формулах F _R — это резонансная частота, а затем, если мы знаем значение конденсатора, мы можем вычислить значение индуктора, и аналогично мы знаем значение индуктивности, мы можем рассчитать значение конденсатора.

Установка для измерения индуктивности и емкости

Довольно теории, теперь давайте построим схему на макете. Здесь у меня есть индуктор, значение которого я должен узнать, используя известное значение индуктивности. Схема, которую я использую здесь, показана ниже

.

Конденсатор C1 и индуктор L1 образуют цепь резервуара, диод D1 используется для предотвращения попадания тока обратно в источник сигнала ШИМ, а резистор 560 Ом используется для ограничения тока через цепь.Здесь я использовал свой Arduino для генерации сигнала ШИМ с переменной частотой, вы можете использовать генератор функций, если он у вас есть, или просто использовать любой сигнал ШИМ. Прицел подключается через контур резервуара. Моя аппаратная установка выглядела как ниже , когда цепь была завершена. Вы также можете увидеть мой неизвестный индуктор с горячим сердечником здесь

Теперь включите схему, используя сигнал ШИМ, и посмотрите на резонансный сигнал на осциллографе. Вы можете попробовать изменить номинал конденсатора, если вы не получаете четкого сигнала резонансной частоты, обычно 0.Конденсатор 1 мкФ должен работать с большинством катушек индуктивности , но вы также можете попробовать с более низкими значениями, такими как 0,01 мкФ. Как только вы получите резонансную частоту, она должна выглядеть примерно так.

Как измерить частоту резонанса с помощью осциллографа?

Для некоторых людей кривая будет выглядеть так, для других вам, возможно, придется немного подправить. Убедитесь, что зонд осциллографа установлен на 10x, так как нам нужен развязывающий конденсатор. Также установите временное деление на 20 мкс или меньше, а затем уменьшите величину до менее 1 В.Теперь попробуйте увеличить частоту сигнала ШИМ, если у вас нет генератора сигналов, попробуйте уменьшить значение конденсатора, пока не заметите резонансную частоту. Как только вы получите резонансную частоту, включите осциллограф в одну последовательность. режим, чтобы получить четкую форму волны, подобную показанной выше.

После получения сигнала мы должны измерить частоту этого сигнала . Как вы можете видеть, величина сигнала уменьшается по мере увеличения времени, поэтому мы можем выбрать любой полный цикл сигнала.У некоторых осциллографов может быть режим измерения, чтобы делать то же самое, но здесь я покажу вам, как использовать курсор. Поместите первую строку курсора в начало синусоиды, а второй курсор — в конец синусоиды, как показано ниже, чтобы измерить период частоты. В моем случае период времени был выделен на рисунке ниже . Моя область видимости также отображает частоту, но для целей обучения просто учитывайте период времени, вы также можете использовать линии графика и значение деления времени, чтобы найти период времени, если ваша область не отображает его.

Мы измерили только период времени сигнала, чтобы узнать частоту , мы можем просто использовать формулы

  Ф = 1 / Т  

Таким образом, в нашем случае значение периода времени составляет 29,5 мкс, что составляет 29,5 × 10 ^-6 . Таким образом, значение частоты будет

.

  F = 1 / (29,5 × 10 -6 ) = 33,8 кГц  

Теперь у нас есть резонансная частота 33.8 × 10 ³ Гц и емкость конденсатора 0,1 мкФ, что составляет 0,1 × 10 ^-6 Ф, подставляя все это в формулы, получаем

  FR = 1 / 2π √LC 
  33,8 × 10  3  = 1 / 2π √L (0,1 x 10 -6 )  

Решая для L, получаем

  L = (1 / (2π x 33,8 x 10  3 )  2  / 0,1 × 10 -6  
  = 2,219 × 10 -4  
  = 221 × 10 -6  

  L ~ = 220 мкГн  

Итак, значение неизвестной индуктивности рассчитано как 220 мкГн, аналогично вы также можете рассчитать значение конденсатора, используя известную индуктивность. Я также пробовал это с несколькими другими известными значениями индуктивности, и, похоже, они работают нормально. Вы также можете найти полную работу в видео, прикрепленном ниже .

Надеюсь, вы поняли статью и узнали что-то новое. Если у вас возникли проблемы с тем, чтобы это работало для вас, оставьте свои вопросы в разделе комментариев или воспользуйтесь форумом для получения дополнительной технической помощи.

PPT — Цель: понять, как конденсаторы работают в схемах. Презентация PowerPoint

Цель: понять, как конденсаторы работают в схемах. Цели: узнать, как конденсаторы работают параллельно. Узнать, как конденсаторы работают последовательно. Изучить, как конденсаторы работают в комбинации последовательного и параллельного. Узнать о RC-цепях.

Конденсаторы, подключенные параллельно. • Представьте себе разделение ручья, и у вас есть две плотины бок о бок. • Эти плотины будут параллельны и независимы (в некоторой степени) друг от друга. • Вода, которую вы можете хранить, будет просто суммой того, что хранит каждая дамба.• Параллельно подключенные конденсаторы такие же.

Эффективная емкость • Эффективная емкость схемы представляет собой сумму каждой емкости. • Итак, C = C1 + C2 +… + Clast • Давайте попробуем. У вас есть 3 конденсатора параллельно. • Их емкости — 1Ф, 10Ф и 5Ф. Какая эффективная емкость цепи?

Последовательные конденсаторы • Этот вариант немного сложнее. • Это похоже на серию плотин. • Каждое влияет на следующее.• В этом случае добавляются обратные. • Итак, эффективная емкость: • 1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 +… + 1 / Clast

Пример задачи • Давайте сделаем 2 последовательно соединенных конденсатора. • Конденсаторы имеют емкости 5 Ф и 3 Ф. • Какова эффективная емкость?

Пример задачи • Давайте сделаем 2 последовательно соединенных конденсатора. • Конденсаторы имеют емкости 5 Ф и 3 Ф. • Какова эффективная емкость? • 1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 = 1/5 + 1/3 • Обратите внимание, что здесь есть трюк! • (показано на плате) • Обратите внимание на то, что емкость действительно падает! • Это потому, что мы менее эффективно накапливаем заряд.

Гибридные цепи • Часто вы получаете гибридную схему. • Это схема, в которой компоненты включены последовательно и параллельно. • Вы должны разбить такие схемы на части и решить их. • Для этого попробуйте найти что-то, что вы можете изолировать, затем решите эту часть и замените. • Давайте попробуем вместе.

Гибридные цепи • Для показанной цепи C1 = 5F, C2 = 3F и C3 = 10F. • Что мы можем выделить в первую очередь? • Они включены последовательно или параллельно?

Гибридные цепи • Для показанной цепи C1 = 5F, C2 = 3F и C3 = 10F.• Что мы можем выделить в первую очередь? • Изолируем C1 и C2. • Они параллельны, поэтому мы их добавляем. • Итак, C12 = C1 + C2 = 8F.

Гибридные цепи • Для показанной цепи C1 = 5F, C2 = 3F и C3 = 10F. C12 = 8F • Теперь у нас есть схема с 2 конденсаторами, C3 и C12. • Они включены последовательно или параллельно?

Гибридные цепи • Для показанной цепи C1 = 5F, C2 = 3F и C3 = 10F. C12 = 8F • Теперь у нас есть схема с 2 конденсаторами, C3 и C12.• Поскольку они расположены последовательно, мы складываем обратным образом. • Используя уловку, которую мы использовали ранее, чтобы сделать это быстрее, мы получаем, что C = (8 * 10) / (8 + 10) F • Или C = 4,4 F

Давайте попробуем еще 1. • Это похоже на домашнее задание, но не совсем точно: • (нарисовано на доске) • C1 = 5 F, C2 = 1 F • C3 = 8 F, C4 = 4F • Какая эффективная емкость (разрыв на части!)?

Давайте попробуем еще 1. • C1 = 5 F, C2 = 1 F • C3 = 8 F, C4 = 4F • Какая эффективная емкость (разорвать на части!)? • Мы можем объединить две части, которые расположены параллельно — C1 / C2 и C3 / C4.• C12 = C1 + C2 = 6F • C34 = C3 + C4 = 12F

Давайте попробуем еще 1. • Какая эффективная емкость (разорвать на части!)? • C12 = C1 + C2 = 6F • C34 = C3 + C4 = 12F • Теперь у нас есть 2 последовательно соединенных конденсатора, C12 и C34. • Итак, C = (C12 * C34) / (C12 + C34) • C = 72/18 F = 4F

RC-цепи • Если у вас есть цепь с резистором и конденсатором, у вас есть RC-цепь . • Резисторы — это объекты, препятствующие прохождению заряда. • Скорость потока заряда называется током. • RC-цепи позволяют контролировать ток.• Поэтому они используются в устройствах отсчета времени.

Зарядка конденсатора в RC-цепи • В RC-цепи конденсатор заряжается экспоненциально. • То есть к постоянной времени, называемой «постоянной времени», добавляется часть максимально допустимого заряда. • Сумма, добавляемая после первой постоянной времени: • Q = Qmax * (1 — e-1) • Здесь Qmax — это максимальный заряд (или Qmax = CV), а e — натуральный логарифм (e1 = 2,71)

Зарядка конденсатора в RC-цепи • В RC-цепи конденсатор заряжается экспоненциально.• Постоянная времени: • τ = RC • И Q = Qmax * (1 — et / τ) • Также обратите внимание, что ln (ex) = x • Кроме того, Vcapacitor = Vbattery * (1 — et / τ) • И ток равен: • I (t) = (Vbattery / R) * et / τ

Попробуйте один: • Аналогично HW2: • У вас есть резистор 0,9 Ом и конденсатор 5,2 Ф, подключенный к 28 Аккумулятор V. • Найдите: • A) Постоянную времени • B) Максимальный заряд конденсатора • C) Используйте свой ответ из A и B, чтобы найти количество заряда на конденсаторе через 12 секунд.

Попробуйте один: • Аналогично HW2: • У вас есть резистор на 0,9 Ом и конденсатор 5,2 Ф, подключенные к батарее 28 В. • Найдите: • A) Постоянную времени • τ = RC = 0,9 * 5,2 = 4,68 с • B) Максимальный заряд конденсатора • Q = CV = 5,2 * 28 = 145,6 C • C) Используйте свой ответ из A и B. чтобы узнать количество заряда конденсатора через 12 сек. • Q = Qmax * (1 — e-t / τ) = 145,6 C * (1 — e-12 / 4,68) • Q = 134 C

Еще одно: • Резистор равен 2.6 Ом • Конденсатор 2,3 Ф • Аккумулятор 10 В • Сколько времени потребуется для зарядки до 90% от максимума? • Подсказка: какое здесь значение (1 — e-t / τ)? • 2-й совет, если вы получите A = eb • Тогда B = ln (a)

Еще один: • Резистор — 2,6 Ом • Конденсатор — 2,3 Ф • Аккумулятор — 10 В • Сколько времени потребуется для зарядки до 90% от максимума? • (1 — et / τ) = 0,9 (таким образом, 90%) • Итак, et / τ = 0,1 и –t / τ = ln (0,1) = -2,3 • Итак, t = 2,3 * τ • τ = RC = 2,6 * 2,3 = 5,98 • Итак, t = 2,3 * 5.98 = 13,8 с

вывод • Мы узнали, как найти эффективные емкости для конденсаторов параллельно (сумма) и последовательно (сумма обратных величин). • Мы научились разбивать гибридные схемы на части. • Мы узнали, как рассчитать постоянную времени (τ = RC) и как это применимо к зарядке конденсатора в RC-цепи.

Измерительный трансформатор потенциала 2

ЗАДАЧА 2. Прочтите текст и переведите его с английского на русский.

Электрическая цепь или сеть — это путь, по которому может течь электрический ток. Простая схема состоит из источника питания, двух проводников, каждый из которых подключен к клемме источника, и устройства, через которое может протекать электричество. Это устройство называется нагрузкой и крепится к проводам. Если все детали правильно соединены, ток течет и лампа загорается. Такая схема называется «замкнутой». Напротив, если провода отключены, цепь называется «разомкнутой» или «разорванной».Цепь может открываться и закрываться устройством, называемым переключателем. Нагрузки могут превратить электрическую энергию в более полезную форму. Вот несколько примеров: лампочки, которые преобразуют электрическую энергию в световую; электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую; динамики, которые преобразуют энергию в звук.

Источник обеспечивает электрическую энергию, потребляемую нагрузкой. Это может быть аккумуляторная батарея или генератор. Переключатель прерывает ток, подаваемый на нагрузку источником, и позволяет нам контролировать поток.Когда через сеть проходит чрезмерно высокий ток, происходит короткое замыкание. Это может произойти при падении сопротивления или нарушении изоляции. Чтобы предотвратить короткое замыкание, лучше всего использовать предохранители, которые плавятся, когда через них проходит слишком большой ток, тем самым прерывая цепь.

ЗАДАЧА 3. Сопоставьте слова с их определениями.

1. нагрузка 2. переключатель 3. источник 4. предохранитель 5. замкнутый контур 6.разорванная цепь

а) устройство, которое прерывает цепь б) цепь, в которой провода отключены в) устройство, обеспечивающее питание г) полная цепь без обрывов д) устройство, потребляющее электроэнергию е) защитное устройство

ЗАДАНИЕ 4. Прочтите текст еще раз и ответьте на следующие вопросы.

1. Из чего состоит простая схема? 2. Что происходит с лампой в замкнутой цепи? 3.Вы можете назвать несколько примеров нагрузок? 4. Что такое генератор? 5. Какова функция переключателя? 6. Когда происходит короткое замыкание? 7. Что можно использовать для предотвращения короткого замыкания? 8. Как работает предохранитель?

ЗАДАНИЕ 5. Дополните текст словами из поля. Потом послушайте и проверьте.

ток, включение, ветвь, количество, плюс, приборы, продолжить, перегорает, путь

1) цепи можно соединить двумя разными способами: последовательно или параллельно.Если компоненты расположены один за другим, образуя единый 2) между клеммами и компонентами, схема называется последовательной схемой. В схеме этого типа 3) протекает от отрицательного вывода к 4) выводу, проходя через все компоненты схемы. Это означает, что 5) энергии, проходящей через все компоненты в серии, одинаковы. Основным недостатком последовательной схемы является то, что когда один компонент в тракте 6), вся цепь перестает работать (например,г. Елочные огни).

Параллельная цепь состоит из нескольких путей, соединяющих различные компоненты. Каждый отдельный путь называется 7) схемы. Ток от источника разделяется и течет по разным ветвям. В отличие от последовательных цепей, если один из компонентов в параллельной цепи перегорает, другие цепи 8) срабатывают. Параллельные цепи обычно используются для 9) соединения дома, так что каждая розетка может работать независимо. Например, вам не обязательно 10) свет в вашей комнате, чтобы розетка телевизора работала.

ЗАДАЧА 6. Прочтите текст и найдите синонимы для следующих слов: чрезмерный, нагружающий, реагирующий на высокие температуры, настроенный, тающий, клиенты.

В электрическую цепь можно добавить предохранитель

А, чтобы защитить ее от воздействия чрезмерного напряжения. Это предохранительное устройство, изготовленное из термочувствительного сплава, подключено последовательно к цепи, которую оно должно защищать. Если через цепь протекает чрезмерный ток, сплав станет жидким и разомкнется.Автоматический выключатель играет важную роль в доме для защиты цепей от перегрузки, перегрева и коротких замыканий. Преимущество автоматического выключателя в том, что его можно вернуть в исходное положение после перегрузки, заменив предохранитель. Профессиональный электрик всегда должен предоставлять своим клиентам карту электросхемы в доме, чтобы с ней было легче работать в случае неисправности.

БЛОК 5

Задание 1. Изучите новые слова и словосочетания.

резистор

	введение	[ˌɪntrə’dʌkʃ (ə) n]	, г.
	сравнить	[kəm’pɛə]
	сжатие	[kəm’preʃ (ə) n]
	в обиход
	достижения	[ə’ʧiːv]
	диод	[‘daɪəud]
	конденсатор	[kə’pæsɪtə]
		[rɪ’zɪstə]
	отдельный	[‘sep (ə) rət]
	требуется	[rɪ’kwaɪə]
	карбон	[‘kɑːb (ə) n]
	керамика	[sə’ræmɪks]
	диэлектрик	[daɪɪ’lektrɪk]
	вольфрам	[‘tʌŋstən]
	создать	[krɪ’eɪt]
	указать	[‘spesɪfaɪ]	;
	передатчик	[trænz’mɪtə], [træns’mɪtə]
	приемник	[rɪ’siːvə]
	комплекс	[‘kɔmpleks]
	соединение	[ˌɪntəkə’nekʃ (ə) n]
	упростить	[‘sɪmplɪfaɪ]
	логический	[‘lɔʤɪk (ə) l]
	собрать	[ə’sembl]
	доска	[бд]	, г.
	заглушка	[plg]	, г.
	уменьшение	[dɪ’kriːs]
	подход	[ə’prəuʧ]
	результат в / от	[rɪ’zʌlt]	— /
	воплощать
	плотность
	составляют
	на квадратный дюйм	[skwɛə]

ЗАДАЧА 2.Изучите следующие правила произношения окончаний причастия II и разделите все обычные глаголы из БЛОКОВ 1–5 на три столбца в зависимости от того, как произносятся их окончания.

-изд

[id] [t] [d]

[т, д] глухие согласные звонкие согласные и гласные

хотел нажал играл, позвонил

ЗАДАНИЕ 3. Изучите следующую таблицу Past Simple и правила ее использования.

Мы используем когда говорим о:

Прошлые действия, которые сейчас завершены (вчера играл в компьютерные игры.)

Прошлая привычка (я всегда ходил в школу пешком)

Серия действий в прошлом (я забрал свои вещи, ушел из дома и пошел в университет).

Временные ссылки : мгновение назад, вчера, позавчера, два дня назад, на прошлой неделе

Прошлое простое

?	+	—
Что когда где Почему Как Сколько Сколько Который	сделал	я ты мы Oни он она Это	играть в?	я Мы Вы играли в Их пошли Он она Это	я Мы Вы Они не играли / не ходили Он она Это

ЗАДАЧА 4.Заполните пробелы в тексте ниже и переведите с английского на русский.

A.S. Попов (1859–1906) (быть) в 1895 г. преподавателем физики. Он (установил) приемник в 1895 году и (прочитал) доклад об этом на заседании Русского физико-химического общества 25 апреля (7 мая по новому стилю) 1895 года. Он (демонстрирует) первый в мире радиоприемник, который он (называет) прибором для обнаружения и регистрации электрических колебаний. С помощью этой аппаратуры Попов (может) регистрировать электрические возмущения, в том числе атмосферные.В марте 1896 года он (дает) еще одну демонстрацию перед тем же обществом. На этой встрече слова Генриха Герца (передавать) по беспроволочной телеграфии азбукой Морзе и, аналогично принятые перед выдающейся научной аудиторией, Попов (стать) изобретателем радио, 7 мая ежегодно отмечается как «День радио» в России.

Маркони (изобретает) систему очень успешной беспроводной телеграфии и (вдохновляет) и (контролирует) ее применение. Такова история многих изобретателей беспроводного телеграфа, которые работали с оборудованием друг друга, добавляя к ним новые идеи и новые улучшения.Это будет терпеливое, настойчивое исследование законов природы, вдохновленное любовью к знаниям.

ЗАДАНИЕ 5. Заполните пропуски глаголами в прошлом. Послушайте запись и проверьте свои ответы.

ТОМАС ЭДИСОН

Американский изобретатель Томас Эдисон (живёт) и (работает) в США всю свою жизнь. Он (быть) самым продуктивным изобретателем на свете. За свою жизнь он (запатентовал) 1093 различных изобретения, в том числе электрическую лампу накаливания (похожую на обычную лампочку, которую мы знаем сегодня), кинопроектор и фонограф.Он также (основал) первую промышленную исследовательскую лабораторию. Эдисон (есть) медленный старт в жизни. Его исключили из школы, потому что люди (не осознают), что он (быть) глухим, думая вместо этого, что он (не может) учиться. Его мать (учила) его дома, где он построил свою лабораторию к тому времени, когда ему (быть) 10 лет.

ЗАДАЧА 6. Прочтите приведенный ниже текст и переведите его.

МАСШТАБНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ

Самая прогрессивная технология современной индустриальной эпохи — это электроника.Появление транзистора в свое время казалось чудом компактности по сравнению со стеклянной вакуумной трубкой. Теперь размер электронных устройств уменьшался на 10 каждые пять лет, что привело к сильному сжатию. Когда термин «микроэлектроника» впервые вошел в употребление, кремниевый кристалл размером в десятую часть квадратного дюйма мог содержать от 10 до 20 транзисторов вместе с несколькими диодами, конденсаторами и резисторами. Теперь такие микросхемы могут содержать тысячи отдельных электронных компонентов.

До появления транзистора каждый тип компонента в электронной схеме был сделан из одного или нескольких материалов с требуемыми электрическими характеристиками.Например, углерод использовался для изготовления резисторов, керамики и диэлектрика для конденсаторов, вольфрам — для эмиттеров в электронных лампах и так далее. Эти компоненты затем использовались как строительные блоки при создании схемы с заданными характеристиками и откликами. Цепи были объединены в системы, такие как радиопередатчик, радиоприемник, радар или компьютер.

С самого начала электроника была технологией сложных соединений. Небольшой радар может легко иметь столько же соединений, сколько и нефтеперерабатывающий завод.Чтобы упростить конструкцию системы и уменьшить количество соединений, инженеры разработали серию стандартных схемных модулей. Каждый модуль выполнял определенную функцию и использовался как логический строительный блок для создания систем. Транзистор можно легко собрать с резисторами и конденсаторами примерно такого же размера на небольшой пластиковой плате. Эти модульные печатные платы размером с игральную карту затем можно было соединять вместе по мере необходимости.

По мере развития транзисторной технологии было важно уменьшить размер компонентов и длину межсоединений.Это ограничение и сложность системного дизайна сделали необходимость поиска новой технологии. В результате появилась микроэлектроника, воплощенная в интегральной схеме. Это позволило изготавливать (в составе единого кремниевого кристалла) транзисторы, диоды, резисторы и конденсаторы, объединяющие их в целостную схему. Технология, которая производит такие электронные схемы высокой плотности, называется крупномасштабной интеграцией, или БИС. Хотя у этого термина нет точного определения, он обычно используется для интегральных схем, которые содержат 100 или более «вентилей» или отдельных схемных функций с плотностью «от 50 000 до 100 000 компонентов на квадратный дюйм».Если бы верхнее значение могло быть достигнуто в кубическом дюйме материала, плотность электронных компонентов была бы примерно четверть плотности нервных клеток в человеческом мозге. Сейчас кажется неизбежным, что микроэлектронные схемы, включая БИС, вскоре найдут свое применение во множестве новых приложений, которые окажут большое влияние на промышленность и повседневную жизнь.

ЗАДАНИЕ 7. Ответьте на следующие вопросы и перескажите текст.

1. Как называется технология производства электроники высокой плотности? 2.Что вызвало проблему миниатюризации? 3. Что означает термин ворота? 4. Что показалось чудом компактности? 5. Какие материалы использовались для различных компонентов схемы? 6. Для чего использовались эти схемы? 7. Что было сделано для упрощения конструкции системы? 8. Почему было важно уменьшить размер компонентов?

ЗАДАЧА 8. Заполните пропуски предлогами: из, в, в, по, с.

Без понимания вопросов чистой науки мы не можем следить за рассказами по радио.Она начинается, вероятно, Джозефом Генри, американским физиком, который в 1842 году обнаружил, что электрические разряды являются колеблющимися. Гигантский шаг вперед был сделан Джеймсом Максвеллом, шотландским физиком и одним из великих математических гениев 19 века. С помощью чисто математических рассуждений Максвелл показал, что все электрические и магнитные явления могут быть уменьшены напряжениями и движениями среды, которую он назвал эфиром. Сегодня мы знаем, что этой электрической среды не существует в реальности. Тем не менее, концепция эфира очень помогла и позволила Максвеллу выдвинуть свою теорию о том, что скорость электрических волн воздуха должна быть равна скорости световых волн, причем обе являются волнами одного и того же вида, просто разной длины.

ЗАДАЧА 9. Используйте суффиксы и префиксы, чтобы изменить форму слов в скобках.

В 1878 году Дэвид Хьюз; американец (физик) сделал еще одно важное открытие в предыстории радио и его основных компонентов. Он обнаружил, что неплотный контакт в цепи, содержащей батарею и телефон (приемник) (изобретенный Беллом в 1876 году), вызовет в приемнике звуки, соответствующие тем, которые попали на диафрагму мундштука.

В 1883 году Джордж Фицджеральд, ирландец (физик), предложил метод, с помощью которого (электромагнитные) волны могут создаваться разрядом конденсатора. Затем мы должны обратиться к Генриху Герцу, знаменитому немецкому физику, который первым создал, обнаружил и измерил эти волны и тем самым (экспериментально) подтвердил теорию эфирных волн Максвелла. В своих экспериментах он показал, что эти волны способны (отражать), (преломлять), (поляризовать), (дифрактировать) и (интерферировать).

В первые годы своего (развития) радио (связь) называлось (проводным) телеграфом и телефоном.Это название было слишком длинным для удобства и позже было изменено на радио, которое происходит от известного латинского слова «радиус» — прямой линии, проведенной от центра круга к точке на его окружности. Беспроводная связь (передача) была названа радио (передача) или просто радио.

Термин «радио» теперь означает (излучение) волн передающими станциями, их (распространение) в пространстве и прием принимающими станциями. Радиотехника стала (тесно) ассоциироваться со многими другими отраслями науки и (инженерии), и сейчас трудно ограничить слово радио каким-либо простым определением.

БЛОК 6

Задание 1. Изучите новые слова и словосочетания.

	вакуумный клапан	[‘vækjuːm]
	выполняет функцию	[‘fʌŋkʃ (ə) n]
	незаменимый	[ˌɪndɪ’spen (t) səbl]	, г.
	радар	[‘reɪdɑː]
	оборудование	[ɪ’kwɪpmənt]
	недостаток	[‘drɔːbæk]
	отходы	[вест]
	тепла	[высокий]	, г.
	требуется	[rɪ’kwaɪə]
	усиление	[ˌæmplɪfɪ’keɪʃn]
	размер	[daɪ’menʃn]
	лучистый	[‘reɪdɪənt]
	чувствителен к	[‘sensɪtɪv]
	примесь	[əd’mɪksʧə]
	частица	[‘pɑːtɪkl]
	давление	[‘preʃə]
	переход	[‘ʤʌŋkʃən]	, г.
	излучатель	[i’mitər]	, г.
	усилитель мощности
	присадка	[‘dəupənt]
	получить	[əb’teɪn]	, г.

ЗАДАЧА 2.Прочтите текст ниже и переведите его.

ТРАНЗИСТОРЫ

До изобретения транзисторов для выполнения этих функций использовались электронные (вакуумные) клапаны. Электронные клапаны — замечательные устройства. Помимо незаменимого использования в радио и телевизорах, они выполняют много другой работы. Они используются в радиолокационной и киноаппаратуре. Они являются основными элементами электронного мозга. Но у электронных клапанов есть несколько недостатков. Они тратят много электроэнергии.Один из элементов вакуумного клапана должен быть нагрет, чтобы он испускал электроны. Для этого обогрева требуется электричество и выделяется нежелательное тепло, которое требует специального охлаждающего оборудования, чтобы избавиться от этого тепла.

Транзистор — это полупроводниковое устройство для усиления электрических сигналов. Применение транзисторов вместо электронных ламп позволило создать компактные электронные устройства небольших размеров, потребляющие очень мало энергии. Транзисторы успешно используются для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую с помощью тепловых элементов.Они широко используются для преобразования лучистой энергии в электричество с помощью фотоэлементов или так называемых солнечных батарей. Источники света и лазеры также построены на основе транзисторов.

Транзисторы чрезвычайно чувствительны к внешним воздействиям. Даже тысячные доли процента примесей изменяют свои электропроводящие свойства в сотни тысяч раз. Они очень чувствительны к действию света, ядерных частиц, давления и т. Д.

Транзисторы изготовлены из небольших кристаллов германия.Германий — это элемент кристаллической формы. Кристалл германия, используемый в типичном транзисторе, может иметь площадь меньше 1/8 дюйма и толщину менее 1/32 дюйма. Используются разные типы транзисторов, и их количество находится в стадии разработки. Разработана очень тонкая технология получения транзисторов с заданными физическими свойствами путем введения в них примесей золота, меди, никеля, цинка. В настоящее время большое значение имеет транзистор транзисторного типа. Этот транзистор содержит три отдельные области полупроводника, каждая из которых имеет омический вывод.Один из переходов называется эмиттером, другой — коллектором. Этот транзистор является усилителем мощности.

Транзисторы в настоящее время тоже изготавливаются из кремния. Кремний не является ни хорошим проводником, ни хорошим изолятором, поэтому он и другие твердые вещества, такие как германий, известны как полупроводники. Как полупроводник, кремний очень чувствителен к примесям, которые называются легирующими добавками. Если вы добавите к кремнию всего 0,0001% легирующей примеси, вы можете увеличить проводимость в 1000 раз.Транзистор состоит из кремния двух типов. Один тип был легирован бором, который дает ему положительный заряд, и называется кремнием p-типа. Другой тип был легирован фосфором, который придает ему отрицательный заряд — это кремний n-типа. При легировании кристалла кремния легирующими добавками p- и n-типа образуется p-n-переход.

Транзисторы произвели революцию в радиотехнике и электронике. Из-за своего небольшого размера, отсутствия накала и других свойств транзисторы позволяют изготавливать устройства, которые не могут быть изготовлены с использованием электронных ламп.

ЗАДАНИЕ 3. Ответьте на следующие вопросы и перескажите текст.

1. Какой элемент является наиболее распространенным на этой планете? 2. Почему важно использовать кремний? 3. Почему полиэтилен используется для изоляции? 4. Кремний — это изолятор или проводник? 5. Как называются примеси? 6. Что можно сделать, легируя полупроводник примесями? 7. Какие типы полупроводников могут образовываться при легировании примесями? 8. Что такое p-n переход?

ЗАДАЧА 4.Выберите правильный ответ по тексту.

1) Согласно тексту, какой элемент лучше всего подходит для изготовления транзисторов?

а) кислород

б) кремний

в) медь

2) Согласно тексту полиэтилен устойчив к электричеству и используется для

а) изоляционный.

б) изготовление электрического кабеля.

в) регулирующий ток.

3) Какой из этих материалов не является материалом с очень низким сопротивлением?

а) германий

б) медь

в) железо

4) Какие из этих характеристик не характерны для кремния?

а) Он прочный.

б) Если имеет способность проводить электричество.

в) Если часто используется как изолятор.

5) легирующие примеси

а) элементы, устойчивые к электричеству.

б) примеси, к которым кремний очень чувствителен.

в) самые распространенные элементы на Земле.

ЗАДАНИЕ 5. Найдите слова, противоположные по смыслу.

Твердый, внизу, справа, жидкость, изолятор, вверху, увеличение, положительный, падение, высокий, левый, маленький, проводник, отрицательный, много, низкий.

ЗАДАЧА 6. Переведите слова, обратите внимание на суффиксы.

1. сопротивление, сопротивление, сопротивление

2. Изоляция, изоляция, изолятор, изолированный, изоляционный

3. проводимость, проводник, проводимость, проводимость, проводимость, проводимость

4. электричество, электрик, электрик, электрификация, электрика

ЗАДАЧА 7. Измените предложения с активных на пассивные.

1.В настоящее время люди используют кремний для производства транзисторов. Сегодня кремний

2. Обычно мы изолируем медный провод полиэтиленом. Обычно медный провод

3. Для изготовления электрического кабеля используем железо и медь. Электрический кабель

4. Вы можете увеличить проводимость кремния, добавив к нему легирующую добавку. Электропроводность кремния

5. Можно сформировать p-n переход, легируя кристалл кремния легирующими добавками p- и n-типа. P-n переход

6. Профессор подал напряжение на один из контактов, чтобы показать нам работу p-n перехода.Напряжение

ЗАДАЧА 8. Заполните пропуски предлогами: to, with, of, on, in, through, at, into

1. Полупроводниковый чип — это крошечная плата из кремния и германия. 2. Все элементы можно разделить на три группы; в первую группу входят элементы стойкие … электричество; второй — элементы низкого сопротивления; и последний включает полупроводники. 3. Он сказал, что лучше заизолировать этот кусок медной проволоки полиэтиленом.4. Если мы посмотрим на схему p-n-p перехода, то мы увидим, что справа находится эмиттер, слева — коллектор, а посередине — база. 5. Компас — это устройство, очень чувствительное к магнитному полю земли. 6. Каждый слой полупроводникового материала легирован небольшим количеством примесей. 7. Вы должны подключить каждую из двух частей системы к отдельным источникам питания. 8. Этот метод может быть применен при производстве новых электронных устройств. 9. Давайте посмотрим на Периодическую таблицу элементов Менделеева.Такие элементы, как водород, кислород, углерод и азот, размещены вверху таблицы, а такие элементы, как свинец, золото, ртуть — внизу. 10. Говорят, что ток течет в вакууме только в одном направлении.

ЗАДАНИЕ 9. Сопоставьте слова с их значениями.

а) переход б) электричество в) транзистор г) кремний д) кислород е) вести г) сырье з) напряжение я) изолировать j) сопротивляться

1.электронное устройство, намного меньшее, чем радиоклапан, используемое в радиоприемниках, обычно сделанное из силикона. 2. один из самых распространенных элементов, полупроводник, используемый в различных электронных устройствах. 3. химический элемент, газ без цвета, вкуса и запаха, присутствующий в воздухе, необходимый для существования всех форм жизни. 4. в натуральном виде, не изготовлен для использования. 5. не поддаваться влиянию чего-либо. 6. накройте или отделите что-либо непроводящими материалами, чтобы предотвратить прохождение электричества.7. свойство проводимости, развивающееся внутри вещества и вокруг него при трении с целью получения света. 8. передавать, позволять проходить или проходить. 9. электрическая сила, измеряемая в вольтах. 10. присоединение или присоединение.

ЗАДАНИЕ 10. Прослушайте запись и заполните пропуски.

ИЗМЕНЕНИЕ ГОСУДАРСТВА

Многие 1) могут существовать более чем в одном состоянии как 2), 3) или газ. В каком состоянии они находятся в 4) своей температуре и 5).При определенных температурах, при нормальном атмосферном давлении некоторые вещества 6) находятся в состоянии. Жидкости, например, могут превращаться в твердые вещества или 7), а газы могут конденсироваться в жидкости. Элементы изменяют свое состояние под нормальным давлением при определенных температурах, известных как 8) (или замерзание) и 9) (или конденсация).

ЗАДАЧА 11. Посмотрите видеоролик о принципе работы MOSFET транзистора и ответьте на вопросы.

1. Что означает MOSFET? 2. Какая подложка показана на видео? 3.Какие белые и зеленые цвета используются для отображения? 4. Что означает красный цвет? 5. Что используется для изготовления изоляционного слоя? 6. Что наносится поверх изоляционного слоя? 7. Из каких элементов состоит MOSFET, показанный на видео? 8. Какие два элемента имеют один и тот же источник тока? 9. Как мы можем увеличить ток между истоком и стоком? 10. Где используются полевые МОП-транзисторы?

ЧАСТЬ 7

Задание 1. Изучите новые слова и словосочетания.

	оборудование	[ɪ’kwɪpmənt]
	ЦП / процессор
	память / хранилище	[‘stɔːrɪʤ]	,,
	периферийные устройства	[pə’rɪfərəl]
	устройство ввода
	устройство вывода
	поставка	[sə’plaɪ]
	дисплей	[dɪs’pleɪ]	, г.
	постоянный	[‘pɜːmənənt]
	клавиатура	[‘kiːbɔːd]
	оборудование	[‘hɑːdwɛə]
	программное обеспечение	[‘sɔftwɛə]
	точный	[‘ækjərət]
	решение	[dɪ’sɪʒn]
	умножение	[mʌltɪplɪ’keɪʃən]
	отдел	[dɪ’vɪʒən]
	вычитание	[səb’trækʃən]
	дополнение	[ə’dɪʃən]
	выполнить	[пə’фм]
	пользователь	[‘juːzə]
	общаться	[kə’mjuːnɪkeɪt]
	процедура	[prə’siːʤə]	, г. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Найти: