Конденсаторы
В схеме замещения реальной катушки (рис. 1, в,г) L – индуктивность катушки и выводов, СL – емкость обмоток, выводов, сердечника, экрана, RCL – сопротивление потерь в емкости; RL – сопротивление потерь в катушке.
В схеме замещения реального конденсатора (рис. 1., д-e) LC – определяется конструкцией, размерами обкладок и ограничивает частотный диапазон применения, RC – сопротивление изоляции, RCL – сопротивление потерь, поскольку под действием переменного поля изменяется состояние диэлектрика, на что требуются затраты мощности.
Конденсаторы наравне с резисторами являются наиболее распространенными элементами электронных цепей. Конструктивно конденсатор представляет собой две обкладки, между которыми находится диэлектрик. Электрические характеристики и область применения конденсаторов зависят от типа диэлектрика между обкладками. Конденсаторы бывают как постоянной, так и переменной емкости. По способу изменения емкости конденсаторы бывают с механически и электрически управляемой емкостью.
Рис.1.9. Условное обозначение конденсаторов: а – постоянной емкости; б – электролитический полярный; в – переменной емкости; г – подстроенный; д – вариконд; е – дифференциальный; ж – многосекционный; з – варикап
В зависимости от типа диэлектрика конденсаторы постоянной емкости бывают: вакуумные, воздушные, с твердым неорганическим диэлектриком (слюдяные, керамические, стеклокера-мические, стеклоэмалевые, пленочные, стеклопленочные), с твердым органическим диэлектриком (бумажные, металлобумажные, фторопластовые, полиэтиленфталатные), электролитические (танталовые, титановые, алюминиевые). Условные обозначения конденсаторов показаны на рис.1.9.
Стабильность конденсатора определяется материалом диэлектрика и конструкцией. Часто стабильность конденсаторов в зависимости от времени характеризуется граничными значениями емкости.
Параметры постоянных конденсаторов следующие: номинальное значение емкости – емкость, значение которой указано в сопроводительной документации и обозначено на конденсаторе; допустимое отклонение емкости от номинального значения, в %; тангенс угла потерь или добротность; температурный коэффициент емкости ТКЕ; коэффициент старения конденсатора; сопротивление изоляции и ток утечки, которые характеризуют качество диэлектрика и используются при расчетах высокомегомных, времязадающих и слаботочных цепей; наименьший ток утечки имеют танталовые конденсаторы. Номинальное напряжение – зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов.
Слева — конденсаторы для поверхностного монтажа; справа — конденсаторы для объёмного монтажа; сверху — керамические; снизу — электролитические.
Керамический
подстроечный конденсатор
Различные конденсаторы для объёмного монтажа
В России условные графические обозначения конденсаторов на схемах должны соответствовать ГОСТ 2.728-74[2] либо международному стандарту IEEE 315—1975:Обозначение
На электрических принципиальных схемах номинальная ёмкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах (1 мкФ = 106 пФ) и пикофарадах, но нередко и в нанофарадах. При ёмкости не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, то есть постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения (пикоФарад). Для электролитических конденсаторов, а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах (В) или киловольтах (кВ). Например так: «10 мк x 10 В». Для переменных конденсаторов указывают диапазон изменения ёмкости, например так: «10 — 180». В настоящее время изготавливаются конденсаторы с номинальными ёмкостями из десятичнологарифмических рядов значений Е3, Е6, Е12, Е24, то есть на одну декаду приходится 3, 6, 12, 24 значения, так, чтобы значения с соответствующим допуском (разбросом) перекрывали всю декаду.
Конденсаторы переменной емкости по способу управления бывают механически или электрически управляемые. Подстроечные конденсаторы обычно имеют механическое управление и используются в процессе регулировки аппаратуры. Переменные и подстроечные конденсаторы характеризуются максимальной СM и минимальной Сm емкостями, коэффициентом перекрытия по емкости, ТКЕ, законом изменения емкости.
Для варикодов характерно, что при изменении приложенного напряжения происходит изменение диэлектрической проницаемости диэлектрика, что приводит к изменению емкости. При изменении обратного напряжения, приложенного к р-п-переходу, происходит расширение его запорного слоя, что равносильно изменению расстояния между обкладками конденсатора. Устройства, использующие свойства обратносмещенного р-n-перехода, называются варикапами.
Емкость конденсаторов от 1 до 9 999 пф обозначается целыми числами, соответствующими их емкости в пикофарадах без наименования.
Емкость конденсаторов, начиная от 0,01 мкФ (10000 пФ) и выше, выражается в микрофарадах. Если эта емкость меньше микрофарады, то она обозначается ее десятичными дробями, если она равна микрофараде или больше ее, то выражается числом целых микрофарад, причем для отличия от обозначения емкости в пикофарадах после последней цифры числа микрофарад ставятся запятая и нуль. Наименование не проставляется.
В отдельных, очень редких случаях, когда емкость конденсаторов равна долям пикофарады или выражается числом с десятыми или сотыми долями пикофарады, после численного значения емкости ставится наименование пФ.
Следовательно, если емкость конденсатора обозначена целым числом, то это указывает, что она выражена в пикофарадах. Число это проставляется рядом с наименованием конденсатора. Таким образом, C1 25 означает, что емкость конденсатора C1 равна 25 пФ.
Если емкость конденсатора обозначена числом, имеющим запятую и одну или несколько цифр после запятой, то это указывает, что емкость выражена в микрофарадах. Таким образом, C13 1,0 означает, что емкость конденсатора C13 равна 1 мкФ.
Применение конденсаторов
Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники.
Конденсаторы (совместно с катушками индуктивности и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п..
При быстром разряде конденсатора можно получить импульс большой мощности, например, в фотовспышках, электромагнитных ускорителях, импульсных лазерах с оптической накачкой, генераторах Маркса, (ГИН; ГИТ), генераторах Кокрофта-Уолтона и т. п.
Так как конденсатор способен длительное время сохранять заряд, то его можно использовать в качестве элемента памяти или устройства хранения электрической энергии.
В промышленной электротехнике конденсаторы используются для компенсации реактивной мощности и в фильтрах высших гармоник.
Конденсаторы способны накапливать большой заряд и создавать большую напряженность на обкладках, которая используется для различных целей, например, для ускорения заряженных частиц или для создания кратковременных мощных электрических разрядов (см. генератор Ван де Граафа).
Измерительный преобразователь (ИП) малых перемещений: малое изменение расстояния между обкладками очень заметно сказывается на ёмкости конденсатора.
ИП влажности воздуха, древесины (изменение состава диэлектрика приводит к изменению емкости).
В схемах РЗиА конденсаторы используются для реализации логики работы некоторых защит. В частности, в схеме работы АПВ использование конденсатора позволяет обеспечить требуемую кратность срабатывания защиты.
Измерителя уровня жидкости. Непроводящая жидкость, заполняет пространство между обкладками конденсатора, и ёмкость конденсатора меняется в зависимости от уровня