Закрыть

Как измерить большую емкость конденсатора – Как измерить емкость конденсатора своими руками

Содержание

Устройство конденсатора его назначение, характеристики и параметры

Конденсаторы

Конденсатор – электронный компонент, предназначенный для накопления электрического заряда. Способность конденсатора накапливать электрический заряд зависит от его главной характеристики – емкости. Емкость конденсатора (С) определяется как соотношение количества электрического заряда (Q) к напряжению (U).

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (F) – единицах, названых в честь британского ученого физика Майкла Фарадея. Емкость в один фарад (1F) равняется количеству заряда в один кулон (1C), создающему напряжение на конденсаторе в один вольт (1V). Вспомним, что один кулон (1С) равняется величине заряда, прошедшего через проводник за одну секунду (1 sec) при силе тока в один ампер (1A).

Однако кулон, это очень большое количество заряда относительно того, сколько способно хранить большинство конденсаторов. По этой причине, для измерения емкости обычно используют микрофарады (µF или uF), нанофарады (nF) и пикофарады (pF).

  • 1µF = 0.000001 = 10-6
     F
  • 1nF = 0.000000001 = 10-9 F
  • 1pF = 0.000000000001 = 10-12 F

Плоский конденсатор

Существует множество типов конденсаторов различной формы и внутреннего устройства. Рассмотрим самый простой и принципиальный — плоский конденсатор. Плоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин проводника (обкладок), электрически изолированных друг от друга воздухом, или специальным диэлектрическим материалом (например бумага, стекло или слюда).

Устройство конденсатора

Заряд конденсатора. Ток

По своему предназначению конденсатор напоминает батарейку, однако все же он сильно отличается по принципу работы, максимальной емкости, а также скорости зарядки/разрядки.

Рассмотрим принцип работы плоского конденсатора. Если подключить к нему источник питания, на одной пластине проводника начнут собираться отрицательно заряженные частицы в виде электронов, на другой – положительно заряженные частицы в виде ионов. Поскольку между обкладками находиться диэлектрик, заряженные частицы не могут «перескочить» на противоположную сторону конденсатора. Тем не менее, электроны передвигаются от источника питания — до пластины конденсатора. Поэтому в цепи идет электрический ток.

В самом начале включения конденсатора в цепь, на его обкладках больше всего свободного места. Следовательно, начальный ток в этот момент встречает меньше всего сопротивления и является максимальным. По мере заполнения конденсатора заряженными частицами ток постепенно падает, пока не закончится свободное место на обкладках и ток совсем не прекратится.

Время между состояниями «пустого» конденсатора с максимальным значением тока, и «полного» конденсатора с минимальным значением тока (т.е. его отсутствием), называют переходным периодом заряда конденсатора.

 Напряжение между обкладками

В самом начале переходного периода зарядки, напряжение между обкладками конденсатора равняется нулю. Как только на обкладках начинают появляться заряженные частицы, между разноименными зарядами возникает напряжение. Причиной этому является диэлектрик между пластинами, который «мешает» стремящимся друг к другу зарядам с противоположным знаком перейти на другую сторону конденсатора.

На начальном этапе зарядки, напряжение быстро растет, потому что большой ток очень быстро увеличивает количество заряженных частиц на обкладках. Чем больше заряжается конденсатор, тем меньше ток, и тeм медленнее растет напряжение. В конце переходного периода, напряжение на конденсаторе полностью прекратит рост, и будет равняться напряжению на источнике питания.

Как видно на графике, сила тока конденсатора напрямую зависит от изменения напряжения.

Формула для нахождения тока конденсатора во время переходного периода:

  • Ic — ток конденсатора
  • C — Емкость конденсатора
  • Vc/t – Изменение напряжения на конденсаторе за отрезок времени

Разряд конденсатора

После того как конденсатор зарядился, отключим источник питания и подключим нагрузку R. Так как конденсатор уже заряжен, он сам превратился в источник питания. Нагрузка R образовала проход между пластинами. Отрицательно заряженные электроны, накопленные на одной пластине, согласно силе притяжения между разноименными зарядами, двинутся в сторону положительно заряженных ионов на другой пластине.

В момент подключения R, напряжение на конденсаторе то же, что и после окончания переходного периода зарядки. Начальный ток по закону Ома будет равняться напряжению на обкладках, разделенном на сопротивление нагрузки.

Как только в цепи пойдет ток, конденсатор начнет разряжаться. По мере потери заряда, напряжение начнет падать. Следовательно, ток тоже упадет. По мере понижения значений напряжения и тока, будет снижаться их скорость падения.


Время зарядки и разрядки конденсатора зависит от двух параметров – емкости конденсатора C и общего сопротивления в цепи R. Чем больше емкость конденсатора, тем большее количество заряда должно пройти по цепи, и тем больше времени потребует процесс зарядки/разрядки ( ток определяется как количество заряда, прошедшего по проводнику за единицу времени). Чем больше сопротивление R, тем меньше ток. Соответственно, больше времени потребуется на зарядку.

Продукт RC (сопротивление, умноженное на емкость) формирует временную константу ? (тау). За один ? конденсатор заряжается или разряжается на 63%. За пять ? конденсатор заряжается или разряжается полностью.

Для наглядности подставим значения: конденсатор емкостью в 20 микрофарад, сопротивление в 1 килоом и источник питания в 10В. Процесс заряда будет выглядеть следующим образом:

Устройство конденсатора. От чего зависит емкость

Емкость плоского конденсатора зависит от трех основных факторов:

  • Площадь пластин — A
  • Расстояние между пластинами – d
  • Относительная диэлектрическая проницаемость вещества между пластинами — ?


Площадь пластин

Чем больше площадь пластин конденсатора, тем больше заряженных частиц могут на них разместится, и тем больше емкость.

Расстояние между пластинами

Емкость конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Для того чтобы объяснить природу влияния этого фактора, необходимо вспомнить механику взаимодействия зарядов в пространстве (электростатику).

Если конденсатор не находится в электрической цепи, то на заряженные частицы, расположенные на его пластинах влияют две силы. Первая — это сила отталкивания между одноименными зарядами соседних частиц на одной пластине. Вторая – это сила притяжения разноименных зарядов между частицами, находящимися на противоположных пластинах. Получается, что чем ближе друг к другу находятся пластины, тем больше суммарная сила притяжения зарядов с противоположным знаком, и тем больше заряда может разместится на одной пластине.

Относительная диэлектрическая проницаемость

Не менее значимым фактором, влияющим на емкость конденсатора, является такое свойство материала между обкладками как относительная диэлектрическая проницаемость. Это безразмерная физическая величина, которая показывает во сколько раз сила взаимодействия двух свободных зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме.

Материалы с более высокой диэлектрической проницаемостью позволяют обеспечить большую емкость. Объясняется это эффектом 

поляризации – смещением электронов атомов диэлектрика в сторону положительно заряженной пластины конденсатора.

Поляризация создает внутренне электрическое поле диэлектрика, которое ослабляет общую разность потенциала (напряжения) конденсатора. Напряжение U препятствует притоку заряда Q на конденсатор. Следовательно, понижение напряжения способствует размещению на конденсаторе большего количества электрического заряда.

Ниже приведены примеры значений диэлектрической проницаемости для некоторых изоляционных материалов, используемых в конденсаторах.

  • Бумага – от 2.5 до 3.5
  • Стекло – от 3 до 10
  • Слюда – от 5 до 7
  • Порошки оксидов металлов – от 6 до 20

Номинальное напряжение

Второй по значимости характеристикой после емкости является максимальное номинальное напряжение конденсатора. Данный параметр обозначает максимальное напряжение, которое может выдержать конденсатор. Превышение этого значения приводит к «пробиванию» изолятора между пластинами и короткому замыканию. Номинальное напряжение зависит от материала изолятора и его толщины (расстояния между обкладками).

Следует отметить, что при работе с переменным напряжением нужно учитывать именно пиковое значение (наибольшее мгновенное значение напряжения за период). Например, если эффективное напряжение источника питания будет 50В, то его пиковое значение будет свыше 70В. Соответственно необходимо использовать конденсатор с номинальным напряжением более 70В. Однако на практике, рекомендуется использовать конденсатор с номинальным напряжением не менее в два раза превышающим максимально возможное напряжение, которое будет к нему приложено.

Ток утечки

Также при работе конденсатора учитывается такой параметр как ток утечки. Поскольку в реальной жизни диэлектрик между пластинами все же пропускает маленький ток, это приводит к потере со временем начального заряда конденсатора.

data-matched-content-rows-num="4,8" data-matched-content-columns-num="1,4" data-matched-content-ui-type="image_stacked" data-ad-format="autorelaxed">

xn--80aanab4adj2bicdg1q.xn--p1ai

как определить и узнать по маркировке, сопротивление резистора и мультиметр

Конденсатор представляет собой систему из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводниковРазличных конденсаторов настолько много, что на объяснение обозначения и применения понадобится много времени. Отличить их не сложно, они изготавливаются разной формы и из разных материалов, но каждый обладает свойственными только ему характеристиками, к которым относят его емкость. Данный показатель очень важен, так как он способен определить качество работы агрегата или целой цепи, что очень важно.

Определение емкости конденсатора по маркировке

Практически каждая электрическая схема, включает в себя различные элементы, которые определяют ее назначение и правильность работы. Помимо разнообразных резисторов и транзисторов, схемы включают себя конденсаторы.

При маркировке емкостей конденсаторов в микрофарадах применяется цифровая маркировка

Конденсаторы классифицируют по следующим параметрам:

  • Назначение;
  • Защита от внешних факторов;
  • Изменение емкости;
  • Способ монтажа.

Конденсаторы служат для изменения работы электрического тока в данном участке цепи. В отличие от резисторов, маркировка конденсаторов более разнообразна. Их различают по форме (цилиндрические, плоские), по материалу (электролитические, керамические (СМД – SMD), пленочные), и их не сложно отличить.

Единицей принятой для измерения емкости, является фарад – Ф. Существует несколько видов маркировки: uF, mF – 1мкФ (один микрофарад), что равно 10-6, nF – 1 нанофарад – 10-9, pF – mmF – uuF – (пикофарад) – 10-12.

И для того, чтобы определить емкость конденсатора необходимо прочесть маркировку нанесенную на его корпус. Так же стоит учитывать, что маркировка может отличаться от привычных значений. Например, при обнаружении на конденсаторе значения MF, не будет являться (мегафарадом), данное значение соответствует (кикрофарад). Еще одним отличием может быть маркировка в виде (fd), что означает только наименование (фарад).

На некоторые виды конденсаторов наноситься маркировка для обозначения допуска (значение допустимого отклонения от номинального значения емкости). Предположим, маркировка конденсатора представляет собой – 5000 uF (-50%+50%). И если посчитать, то это значит, что допустимое отколонение от номинальной емкости составляет – 5000 + (5000х0,5) = 7500, и 5000 – (5000:0,5) = 2500.

В случаях, когда проценты не указываются, допустимое отклонение определяется буквой или цифрой идущей после числового ряда.

Так же, к маркировке емкости конденсаторов относят один важный параметр как допустимое рабочее напряжение, которое обозначается в виде букв – V, DVC. Данное значение является максимальным рабочим напряжением для конденсатора.

Для полярных конденсаторов используют обозначения для контактов (анод и катод). Если такой маркировки на конденсаторе нет, значит он не поляризован.

Емкость конденсатора: как померить самостоятельно

Бывают ситуации, когда маркировка на конденсаторе совершенно не читаема, или просто отсутствует. Но вам необходимо узнать его емкость. Существуют различные методы расчетов и вычислений, но самым точным является способ с использованием мультиметра.

Данный способ поможет узнать:

  • Емкость;
  • Нет ли короткого замыкания;
  • Обрыва цепи.

Выполненные из различных материалов и в разнообразной форме, конденсаторы имеют очень важную отличительную особенность, они способны накапливать некоторое количество электрического заряда, которого вполне достаточно, что бы вывести из строя измерительный прибор. Поэтому первое, что нужно сделать перед измерением емкости конденсатора мультиметром, разрядить его. Сделать это можно используя обычную изолированную отвертку. Необходимо просто замкнуть контакты конденсатора.

Далее, мультиметр выставляем в положение для измерения емкости (на шкале должны быть соответствующие обозначения (600 uF – 2 nF) – от 600 микрофарад до 2 нанофарад. Разряжаем конденсатор.

Обратите внимание! Если конденсатор является полярным, то подсоединение его контактов должно быть соответствующим катоду и аноду.

Подсоединяем щупы мультиметра к конденсатору. Так как, емкость не известна, измерение стоит начать с минимального значения на мультиметре. В случае, если емкость конденсатора не соответствует значению на приборе или произошел обрыв, на дисплее будет показываться единица. Путем переключения значений находим нужное. Так же для рассчета емкости конденсатора используются формула t = RC.

Данный метод используется для всех видов конденсаторов (например, керамического или электролитического).

Как правильно определить сопротивление резистора мультиметром

Для точного измерения сопротивления определенного резистора, не нужно обладать специальными знаниями в области электротехники. Для этого понадобится набор инструментов и четкое следование инструкции.

Для того, чтобы замерять сопротивление резистора мультиметром , нам нужно повернуть крутилку на "измерение сопротивления"

Для работы потребуется:

  • Мультиметр;
  • Паяльник;
  • Резисторы.

В первую очередь, необходимо убедиться, что мультиметр работает исправно. Проверьте качество контактов измерительных щупов с проводниками, а так же постоянство показаний на дисплее прибора.

Далее, если резистор, проверка которого должна быть осуществлена, находится в составе какой – либо микросхемы, его нужны выпаять. Обусловлено это тем, что показания на измерительном приборе будут соответствовать сопротивлению всех элементов цепи.

После того, как резистор извлечен, а мультиметр прошел проверку на исправность, можно переходить к измерению сопротивления. Для этого, находим на шкале мультиметра обозначения для измерения сопротивления. Они представлены в виде греческой буквы омега. И предположительно определив сопротивление резистора, выставляем нужное значение на мультиметре.

Важно знать! При измерении сопротивления резистора, недопустимо касание щупов руками, так как к сопротивлению резистора, добавится сопротивление вашего тело, и значения на дисплее не будут соответствовать правильным. Щуп придерживать можно только одной рукой.

Например, если резистор с сопротивлением предположительно в 1 кОм (1000 Ом) до 10 кОм (10000 Ом), значение на мультиметре выбираем немного большее (20 кОм). Если значение подобрано несоответственно, то на дисплее мультиметра будет показана единица.

Специальный прибор для определения емкости конденсатора

Определить емкость конденсатора представляется возможным разными способами, в том числе и мультиметром. Но очень часто, заявленная емкость (например 6000мкф), в несколько раз превышает значения на измерительном приборе (не более 600 мкф), поэтому определить емкость таких конденсаторов не возможно используя обычный мультиметр. Для этих целей существуют специализированные приборы для определения емкости.

Прибор состоит:

  • Корпус;
  • Дисплей;
  • Переключатель со шкалой;
  • Две кнопки.

Корпус прибора выполнен из обычного пластика в различной цветовой гамме. Прибор оснащен жидкокристаллическим дисплеем высокой информативности. Ниже дисплея располагаются две кнопки (с лева и справа). Левая, служит для фиксации показаний на дисплее, правая включает и выключает подсветку дисплея.

Между кнопками, сразу под дисплеем находится коннектор, при помощи которого призводятся замеры емкости конденсаторов малого размера. Ниже располагается переключатель с нанесенной на корпус шкалой для измерения. Значения шкалы варьируются от 200 пкф (покофарад), до 20000 мкф (микрофарад).

Важной особенностью прибора является возможность установки нулевого значения показаний.

В самом низу располагаются гнезда для подключения измерительных щупов, изоляция которых выполнена из мягкого пластика.

Данный измерительный прибор служит для одной определенной цели, но несомненно обладает большими возможностями.

Как выглядит формула емкости конденсатора (видео)

Для построения различных электрических схем, а так же для их правильной работы используются определенные радиодетали. В свою очередь данные элементы цепи нужно подобрать и проверить на работоспособность, что можно сделать, используя полученные знания.



Добавить комментарий

6watt.ru

как найти, отчего зависит напряжение на этом элементе

Конденсатор — это электротехнический элемент, позволяющий накапливать заряд. Самая простая его форма представляет две пластины, разделенные слоем диэлектрика. Если на пластины подать напряжение, то оно сохранится какое-то время после его снятия. Важно знать, в чем измеряется емкость конденсатора, для правильного построения схем с этими элементами.

Применение в технике

Конденсаторы применяются в различной электро- и радиоаппаратуре. Эти элементы способны накапливать заряд и поддерживать напряжение (например, сетевое) на должном уровне во время незначительных перебоев с питанием. Конденсаторы большой емкости сами используются как питающие элементы для малогабаритной мобильной аппаратуры. Они еще называются ионисторы. Их недостатком является необходимость частого подзаряда.

Большое значение имеют эти элементы и в фильтрующих устройствах, приборах, задача которых не пропустить помехи в полезный сигнал, или уловить нужный сигнал в постоянном напряжении повышенного уровня.

Без конденсаторов не обходится ни один генератор переменного сигнала. Их назначение — задать частоту генерации, период и другие временные параметры. Здесь используются очень точные элементы, с допуском по номиналу не более 1%.

Конденсаторы бывают как постоянной, так и переменной емкости. Элементы переменной емкости используются в аппаратуре, требующей настройки на разные частоты. Например, это широко используется в настройке радиочастот в FM -приемниках.

Формулы для расчета конденсаторов

Для решения задач техники и прикладных теоретических расчетов нужно знать законы, по которым электрические величины взаимодействуют друг с другом. Эти законы выражаются формулами. Например, напряжение на конденсаторе зависит от его емкости и заряда, накопленного им.

Определение емкости

Это значение зависит от нескольких параметров. Чтобы его рассчитать, нужно знать, в чем измеряется емкость конденсатора. Эта величина эквивалентна тому, сколько кулон заряда накапливается элементом при напряжении в 1 вольт, приложенном к нему. Измеряется она в фарадах. Емкость этих элементов зависит также и от их формы.

  • Плоские конденсаторы — самая простая разновидность накопителей заряда. Как найти емкость конденсатора, имеющего плоскую форму, можно узнать, если определить все параметры, влияющие на это. На его емкость влияет расстояние между его обкладками (токопроводящие пластины) d, площадь самих обкладок S, диэлектрическая проницаемость вещества между обкладками ε и электрическая постоянная ε0, которая равна 8,85 ⋅ 10-12 фарад на метр. Формула конденсатора такова:

С = ε ⋅ ε0 ⋅ S/d

  • Цилиндрический конденсатор также состоит из двух заряженных обкладок, обе они имеют форму цилиндров, расположенных один внутри другого. Внутренний цилиндр цельный, внешний — полый. Расстояние между обкладками равно разности радиусов этих цилиндров. Формулу емкости конденсатора можно представить такой же, как в предыдущем случае, с той разницей, что площадь обкладок рассчитывается исходя из их высоты и радиуса:

С = 2 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ h ⋅ R вн /(R нар — R вн) = ε ⋅ ε0 ⋅ S / d

где h — высота обкладки,

Rвн — внутренний радиус, R нар — наружный радиус,

π = 3,14.

  • Зарядом может обладать не только тело с двумя обкладками, но и проводящий шарообразный объект. Если подать на него напряжение, а потом измерить потенциал между ним и землей, то потенциал будет ненулевым. Формула для расчета шарообразного накопителя заряда:

С = 4 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ R

где R — радиус шара.

Если в формулу подставить радиус Земли и диэлектрическую проницаемость воздуха, можно получить значение емкости Земли в фарадах. После расчетов:

С (Земли) = 700 микрофарад

Такую емкость могут иметь современные электролитические конденсаторы.

Если разместить один шар внутри другого и подать между ними напряжение, то полученная конструкция тоже будет накапливать заряд между поверхностями шаров. Определение емкости такой конструкции можно провести по формуле:

С = ε ⋅ ε0 ⋅4⋅π ⋅ R1 ⋅ R2 / (R2 — R1)

где R2 и R1 — радиусы соответствующих шарообразных поверхностей.

Емкость конденсатора зависит также и от типа используемого диэлектрика. Наиболее распространены керамические, электролитические, бумажные, воздушные и слюдяные наполнители.

Вычисление энергии

Накопители заряда обладают и другими параметрами. Один из них — это энергия. При зарядке конденсатора на его обкладках накапливается потенциальная энергия.

Она создаёт силу, притягивающую разноименно заряженные пластины, а также ток, который питает электроприборы, если использовать ионистор как источник питания. Энергию можно выразить как зависимость от напряжения обкладок и емкости:

W = C ⋅ U 2 /2

Ток утечки через диэлектрик

Ток утечки появляется в элементе, если есть пути протекания электрического тока с одной обкладки на другую. Чем менее изолирующими свойствами обладает диэлектрик, тем больше будет ток утечки. Особенно это применимо к конденсаторам с диэлектриком в виде промасленной бумаги. Этот параметр зависит и от конструкции элемента, и от загрязненности его корпуса. Если элемент негерметичен, ток утечки может увеличиваться при проникании влаги внутрь корпуса. Этот ток можно рассчитать по закону Ома:

I ут = U/R d

где I ут — ток утечки,

U — напряжение на обкладках,

R d — сопротивление изоляции диэлектрика.

Соединение элементов

При создании схем применяется различное соединение элементов. Элементы схемы могут быть соединены:

  • Параллельно;
  • Последовательно;
  • Параллельно — последовательно (смешанно).

Как найти ёмкость параллельно соединенных элементов? Нужно понять, что является общим при таком типе соединения. Так как напряжение прикладывается одновременно ко всем обкладкам, то оно является общим. Заряд же будет для каждого своим. По формуле:

q = C ⋅ U, здесь q — суммарный заряд, то есть

q = ΣC i ⋅ U = U ⋅ ΣC i

С общее будет равняться сумме всех С.

При последовательном соединении элементов общим для всех них будет заряд. В то же время напряжение будет для каждого из них разным, и общее будет складываться из всех по отдельности.

U = q / C, здесь U — сумма напряжений на всех элементах

U общее = q ⋅ Σ (1/ C i)

1/С общее = 1/С 1 +1/С 2 +… +1/C i

При таком соединении значение общей емкости будет меньше самого маленького значения этой величины в группе.

В случае использования смешанного соединения необходимо вычислить отдельно общую емкость для параллельного и отдельно для последовательного соединения. После этого по формуле последовательного соединения найти общее для двух получившихся величин значение.

220v.guru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *