Alp22.ru

Промышленное строительство
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Обозначение конденсаторов на схеме

Обозначение конденсаторов на схеме

В электротехнике используются конденсирующие элементы разных типов и размеров. При чтении чертежей электрику необходимо знать обозначение конденсаторов на схеме и различать изображения устройств разных видов.

Типы конденсаторных элементов

О конденсаторе

Это устройство обладает способностью хранения электрического заряда. Между его пластинами располагается слой диэлектрика, создающий изоляцию для пары проводящих поверхностей. Основной характеристикой устройства является емкость – способность к накоплению заряда. С точки зрения технологии, наиболее распространенные типы конденсаторов – электролитические и электростатические. Выбор используемого элемента зависит от особенностей электросхемы и того, какую функцию он должен выполнять.

Обозначение конденсаторов на схемах

В отношении того, как именно обозначается конденсатор на схеме, существует строгая стандартизация: устройство узнается по паре параллельных друг другу близко расположенных вертикальных черт. Эти линии символизируют обкладки. Устройство полагается подписывать литерой С, возле нее обозначить порядковый номер устройства в электросхеме. Рядом с этими обозначениями или под ними указывают значение емкости.

Условные обозначения конденсаторов

В России существует система условных графических обозначений, включающая УГО конденсатора. Визуальной репрезентации этих устройств, а также резисторов посвящен отдельный ГОСТ, входящий в Единую систему конструкторской документации. Используются также международные стандарты – IEEE.

Конденсатор с постоянной емкостью

Такие элементы выпускаются с поляризацией и без нее. Неполяризованные изделия мелкого размера имеют широкую сферу применения, их можно подсоединять в разных направлениях. На схеме их обозначают двумя параллельными короткими черточками, находящимися под прямым углом к линиям соединения. На корпусе устройства указывают его емкость, нередко без единиц измерения (0,1 – это 1 микрофарад).

Важно! За рубежом иногда используют аббревиатуру MFD для указания емкости. Она означает микрофарады.

Графическая репрезентация элемента с постоянной емкостью

Код номера конденсатора

Первая пара знаков показывает емкость, цифра следом за ними – количество нулей. Единица измерения – пикофарад. Иногда на такой маркировке присутствуют буквы, они обозначают допуск в процентах и номинальное напряжение.

Поляризованные конденсаторы

Самым распространенным типом полярного конденсаторного элемента является электролитический. Такие изделия выпускаются в форме цилиндров или в осевом исполнении. Первый вариант несколько компактнее и дешевле. Выводы у него находятся с одной из сторон, тогда как у осевых вариантов – на разных. Поскольку устройства относительно крупные, на их корпусах указываются номинальное напряжение (оно у них относительно низкое) и емкость.

Важно! При подключении этих изделий необходимо строго соблюдать полярность, иначе они могут выйти из строя или даже взорваться.

Так в схемах показывают поляризованные элементы

Танталовые конденсаторы

Эти изделия крайне компактны, ставят их в тех случаях, когда важно минимизировать габариты. В прошлом их маркировали двумя цветными полосами (каждый цвет соответствовал цифре) и пятнышком белого или серого цвета (в первом случае значение полос в микрофарадах делили на 10, во втором – на 100). Если повернуть предмет пятном на себя, на правой стороне будет находиться полюс «плюс». Возле выводов также рисовалась полоса, указывающая напряжение. Современные модели маркируются цифровыми значениями параметров.

Переменные конденсаторы

Из-за очень малой емкости эти детали имеют узкую сферу применения – в основном они используются в радиосхемах. Графически переменные элементы изображаются традиционным символом из пары коротких параллелей, зачеркнутых наклонной стрелой. Емкость указывают не четкой цифрой, а диапазоном.

Обозначение переменных изделий

Конденсаторы-триммеры

Это суперминиатюрные изделия, монтируемые прямо на печатную плату. Поскольку показатель емкости меняется только при настроечных работах, такие элементы получили название подстроечных. Графическое представление отличается от стандартного для переменных конденсаторов только тем, что вместо острия стрела снабжена перпендикулярной черточкой.

Ионистор

Это изделие с двухслойным строением и довольно большой емкостью (до 10 Ф). На границе электродной поверхности и электролита у таких устройств возникает пространство статичных носителей заряда. В отличие от электролитических вариаций, способ хранения энергии здесь – электростатическое поле. Сочетание большой площади поверхности и малой толщины пространства обеспечивает столь высокий показатель емкости. Обозначается как символ конденсаторного элемента с перпендикулярной ему вертикальной линией, помещенный в круг. При этом в верхней правой и нижней левой четвертях, на которые символ и вертикаль делят круг, находятся линии, сходные с графиком полусинусоиды.

Температурный коэффициент конденсатора

Этот показатель отражает склонность емкостного значения меняться под действием температурных колебаний. Рабочий показатель температуры сильно влияет на долговечность элемента. Коэффициент зависит от вида элемента, например, у изделий из керамики он небольшой, у электролитических – значительный.

Маркировка отечественных конденсаторов

Постсоветские производители маркируют свои изделия довольно подробно и унифицировано. В редких случаях возможны некоторые отличия в обозначениях.

Ёмкость

Это параметр всегда указывается первым, для дробных чисел его кодировка состоит из трех знаков. Первая цифра – это целая часть числа, отражающего значение емкости, третья – дробная часть, на второй позиции находится буква, обозначающая единицу измерения: m – миллифарад, n – нанофарад, p – пикофарад. Например, 3n6 – 3,6 нанофарад. Целые значения указываются так: число и рядом единица измерения с добавленной буквой F (3 pF – 3 пикофарада).

Читайте так же:
Прибор для определения плотности грунта

Важно! Если номинал не указан, целая цифра говорит о том, что значение указывалось в пикофарадах, десятичная дробь – в микрофарадах.

Номинальное напряжение

Если размер изделия достаточный, показатель указывают по стандартной схеме: 180 В (или V) – 180 вольт. На миниатюрных конденсаторах значение кодируют латинской буквой, например, 160 В – литерой Q.

Дата выпуска

Ее принято указывать четырьмя цифрами: первые две – это последние цифры года выпуска, вторые две – месяц (9608 – август 1996 года).

Расположение маркировки на корпусе

Поскольку указание параметров очень важно для монтажа схемы, данные показатели помещают на корпусе устройства самой первой строкой. В начале всегда указывают емкость.

Цветовая маркировка отечественных радиоэлементов

Это кодировка с использованием 4 цветных полос, где каждый цвет соотносится с определенной цифрой. Первые две полосы показывают емкость в пикофарадах, следующая – допустимое отклонение, последняя – номинальное напряжение.

Маркировка конденсаторов импортного производства

У американских и других импортных изделий кодировка емкости выглядит так: начальные две цифры – значение в пикофарадах, третья – число нулей.

Цветовая маркировка импортных конденсаторов

Она состоит из пятерки полос. Начальная пара – емкостной показатель в пФ, следующая полоса – число нулей, четвертая – показатель возможного отклонения, пятая – номинал напряжения.

Данные о конденсаторах на схемах призваны информировать работающих с ними специалистов о видах используемых устройств и их основных характеристиках. При выборе используемого элемента нужно обращать внимание на маркировку.

Видео

Что делает многослойные керамические конденсаторы разными?

Вы можете обнаружить, что многослойные керамические конденсаторы (MLCC, Multilayer Ceramic Capacitors) доступны в широком диапазоне корпусов, размеров и диэлектрических материалов. В зависимости от их характеристик эти конденсаторы разделены классификацией диэлектриков на классы I, II и III. Существует несколько типов диэлектриков, каждый из которых имеет различные характеристики. Данная статья представляет различия между классами MLCC конденсаторов в характеристиках смещения постоянным напряжением, старения и пьезоэлектрического шума, присущих многим керамическим конденсаторам.

Обозначения

Стандарт 198 Американского союза электроники (EIA, Electronic Industries Alliance) определяет температурный коэффициент емкости (ТКЕ, он же TCC, temperature coefficient of capacitance) керамических конденсаторов. При использовании этих определений вы увидите такие обозначения диэлектриков MLCC конденсаторов, как Y5V, X7R и C0G. Каждая буква здесь имеет значение. Вы можете использовать таблицы ниже для расшифровки этих обозначений.

ppm – милионная доля, 10 -6 .

Расшифровка маркировки многослойных керамических конденсаторов (MLCC) с диэлектриками класса 1

БукваЗначащее число температурного коэффициента, ppm/°CЦифраМножитель значащего числаБукваДопустимое отклонение температурного коэффициента, ±ppm/°C
C–1G30
B0,31–10H60
L0,82–100J120
A0,93–1000K250
M1,04–10000L500
P1,55+1M1000
R2,26+10N2500
S3,37+100
T4,78+1000
U7,59+10000
Расшифровка маркировки многослойных керамических конденсаторов (MLCC) с диэлектриками классов 2 и 3

БукваМинимальная температура (°C)ЦифраМаксимальная температура (°C)БукваМаксимальное изменение емкости в температурном диапазоне (%)
Z+102+45A±1,0Класс 2
Y–304+65B±1,5
X–555+85C±2,2
6+105D±3,3
7+125E±4,7
8+150F±7,5
9+200P±10
R±15
S±22
*Lот +15 до –40
Tот +22 до –33Класс 3
Uот +22 до –56
Vот +22 до –82

Класс I

Иногда называемые как NP0, C0G считаются ультрастабильными. Используя таблицу для расшифровки «имени», мы можем увидеть, то ТКЕ для C0G составляет ±30 ppm/°C (±30 миллионных долей на градус Цельсия) в номинальном температурном диапазоне. Другими словами, емкость C0G будет меняться незначительно из-за изменений температуры.

Промышленные конденсаторы C0G от KEMET изготавливаются с использованием уникального состава цирконата кальция. Этот материал является параэлектрическим, что обеспечивает его стабильность при прикладывании постоянного напряжения.

Поскольку классификация не определяет используемый материал, другие производители могут использовать различные составы или разные наборы материалов.

Классы II и III

Диэлектрики классов II и III используют немного отличающуюся от класса I систему именования.

  1. Первая буква представляет собой самую низкую температуру.
  2. Вторая цифра представляет собой максимальную температуру.
  3. Третья буква указывает максимальное изменение емкости, которое будет происходить между минимальной и максимальной температурами в заданном диапазоне.

Например, давайте рассмотрим X7R в таблице классов II/III. X означает –55°C, 7 означает +125°C, а R означает изменение емкости ±15% в пределах указанного температурного диапазона.

Разница между классами II и III заключается в том, насколько емкость будет изменяться при определенной температуре. Как правило, в качестве диэлектрика классов II и III используется титанат бария. Данный материал является сегнетоэлектриком, который является источником нестабильности емкости.

Зависимость относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика от температуры Зависимость относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика от температуры

По мере увеличения класса некоторые из отрицательных характеристик диэлектрика усиливаются.

Изменения при прикладывании напряжения

Термины «смещение постоянным напряжением» или «коэффициент напряжения» относятся к потерям емкости при прикладывании напряжения. Этот эффект наблюдается в сегнетоэлектрических материалах, таких как титанат бария, используемый в большинстве конденсаторов X5R и X7R. В зависимости от состава диэлектрика эти конденсаторы могут потерять более 70% номинальной емкости при прикладывании напряжения!

Одним из способов достижения меньших размеров SMD конденсаторов при сохранении того же уровня емкости является уменьшение толщины диэлектрика. Это различие в конструкции приводит к тому, что более высокое напряжение дает бо́льшую потерю емкости.

K-SIM от KEMET позволяет моделировать напряжение на керамическом конденсаторе при прикладывании постоянного напряжения. Эта утилита также может отображать ожидаемое изменение емкости при прикладывании напряжения. Она доступна на ksim.kemet.com.

Диэлектрики класса I не реагируют на смещение по постоянному напряжению, особенно те, которые изготовлены с использованием цирконата кальция.

Старение

Старение – еще одна характеристика, проявляемая сегнетоэлектриками, или диэлектриками классов II и III. При изготовлении керамического конденсатора диэлектрик подвергается воздействию температур более 1000°C. Для устройств из титаната бария температура Кюри может находиться в диапазоне от 130°C до 150°C, в зависимости от конкретного состава.

При воздействии температуры Кюри кристаллическая структура выравнивается в тетрагональную форму. После охлаждения кристаллическая структура керамики изменяется до кубической. По мере этих изменений структуры также изменяется диэлектрическая проницаемость материала.

Со временем емкость будет продолжать снижаться. Можно перезагрузить этот цикл старения путем «перезагрузки» материала, подвергнув его температуре Кюри.

Как правило, вы можете найти скорость старения для определенного типа компонента в каталоге. Ниже приведен пример коэффициентов старения.

Показатели старения многослойных керамических конденсаторов (MLCC)

EIA кодPME – электроды из драгоценных металлов
BME – электроды из недрагоценных металлов
Типовое старение
(% / порядок часов)
Типовое время оценки
(час)
C0GPME/BMEне доступно
X7RBME2,01 000
X5RBME5,048

Изменение емкости многослойных керамических конденсаторов (MLCC) при старении Изменение емкости многослойных керамических конденсаторов (MLCC) при старении

Старения может изменяться в зависимости от серии компонентов, поэтому смотрите технические описания.

Микрофонный эффект

Наконец, кристаллическая структура титаната бария придает керамике свою пьезоэлектрическую, или микрофонную, характерную особенность. Когда к диэлектрическому материалу применяются внешние напряжения, молекулы титаната начинают колебаться назад и вперед. Электрические сигналы могут механически деформировать диэлектрик. Эта деформация, или движение, создает характерный «жужжащий» шум, который слышат некоторые пользователи при использовании керамических конденсаторов в своих проектах.

Пьезоэлектрический эффект

Пьезоэлектричество, также называемое пьезоэлектрическим эффектом, представляет собой способность материала генерировать напряжение и/или электрический сигнал (шум) при воздействии внешнего механического напряжения или вибрации.

По аналогии с термином «микрофонный», многослойные керамические конденсаторы (MLCC), построенные из сегнетоэлектрических материалов, являются по своей природе пьезоэлектрическими и могут преобразовывать внешнее напряжение, подобно тому, как микрофон преобразует звук, в электрический сигнал.

Пьезоэлектрический эффект многослойных керамических конденсаторов (MLCC) Пьезоэлектрический эффект многослойных керамических конденсаторов (MLCC)

Электрострикция

Электрострикция – это поведение всех диэлектриков, в которых материал испытывает механическую деформацию, или изменение формы, под воздействием электрического поля. Керамические диэлектрики классов II и III производятся с использованием сегнетоэлектрических материалов, которые проявляют большее влияние электрострикционного движения. Вы знаете эти керамические конденсаторы как типы X7R, X5R, Z5V и Y5V.

Когда происходит механическая деформация, результатом может быть звуковое излучение, такое как слышимый гул (т.е. «пение»).

Несколько конденсаторов, установленных на плате близко друг к другу, могут усиливать звук до такой степени, что он станет заметным.

Эффект электрострикции – «поющий» конденсатор Эффект электрострикции – «поющий» конденсатор

Заключение

Емкость на этикетке, возможно, не является той емкостью, которую вы в итоге получите. Характеристики, обсуждаемые в данной статье, могут изменить величину емкости, которая будет иметь место во время работы или срока службы вашей системы.

Конечно, этот пост не является полным описанием различий между керамическими диэлектриками. Существуют и другие тонкие различия, которые необходимо учитывать при использовании керамических конденсаторов. Но эта информация должна стать хорошей отправной точкой при выборе подходящего керамического конденсатора (MLCC).

На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.

В случае комментирования в качестве гостя (без регистрации на disqus.com) для публикации комментария требуется время на премодерацию.

Спрошу по другому: реально ли найти качественный конденсатор
0603 10мкф х 25в? Имею ввиду не слишком ли мал размер для соблюдения таких параметров?

Не совсем понятен вопрос. Что не так с максимальным напряжением?
Конденсаторы именно емкостью 10 мкФ и размером 0603 бывают на разные напряжения:
— 2,5 В — Murata GRM188C80E106ME47D, X6S
— 4 В — Murata GRM188R60G106ME47D, X5R
— 6,3 В — Murata GRM188R60J106ME47D, X5R
— 10 В — PDC FS18B106K100PBG, X5R
— 16 В — Murata GRM188R61C106KAALD, X5R
— 25 В — Murata GRM188R61E106M, X5R

А как же максимально допустимое рабочее напряжение конденсатора?
Реально ли : конденсатор 0603 10мкф на 25В?

Что такое конденсатор, как обозначается на схемах, единицы емкости

Знакомство с конденсатором для тех кто только начинает знакомиться с радиоэлектроникой и радиолюбительством. Что такое конденсатор. какие бывают конденсаторы, как они обозначаются на принципиальных схемах, единицы измерения емкости конденсаторов, включение конденсаторов.

Что такое конденсатор

Конденсатор, это радиодеталь, обладающая электрической емкостью. Конденсатор можно зарядить и он будет хранить заряд, апотом готов отдать его «по первому требованию». На первый взгляд это похоже на работу аккумулятора, но только на первый взгляд.

Конденсатор не является химическим источником тока, да и вообще источником тока. Конденсатор можно назвать временным хранилищем заряда. Заряд в нем можно пополнять и забирать. Во время зарядки и разрядки конденсатора через него протекает ток.

Напряжение на разряженном конденсаторе равно нулю. Но в процессе зарядки напряжение увеличивается, и как только достигает величины напряжения источника тока, заряд прекращается. С нарастанием напряжения на конденсаторе 8 процессе его зарядки ток зарядки уменьшается.

Физически конденсатор это две металлические пластины, разделенные тонким слоем изолятора. Так и есть. Выходит, что конденсатор пропускать электрический ток не может. Но в процессе зарядки и разрядки ток есть.

То есть, можно сказать, что конденсатор может пропускать изменяющийся ток. то есть, переменный. А постоянный он не пропускает. Это свойство широко используется в электронике и радиотехники для разделения переменного и постоянного токов, которые есть в одной и той же цепи.

Если сопротивление конденсатора постоянному току бесконечно (активное сопротивление), то на переменном токе он обладает весьма определенным реактивным сопротивлением, зависящим от емкости конденсатора и частоты переменного тока.

Еще конденсаторы применяют для задержки подачи напряжения, в таймерах. Там используется то свойство конденсатора, что скорость его заряда или разряда зависит от силы тока заряда или разряда. А если этот ток ограничить резистором, то чем больше будет сопротивление этого резистора, тем дольше будет процесс заряда или разряда.

Если у резистора основным параметром является сопротивление, то у конденсатора -емкость, которая выражается 8 фарадах. Величина 1F (одна фарада) довольно велика, поэтому чаще всего речь идет о микрофарадах, нанофарадах, пикофарадах. Конденсаторы так же как и резисторы бывают постоянные (емкость которых не измена), переменные и подстроечные (с ручкой для регулировки емкости).

Обозначение конденсатора на схемах

В отличие от постоянных резисторов, которые в большинстве своем похожи на бочонок с двумя выводами, постоянные конденсаторы бывают самых разных форм и размеров. Но разделить их можно на две группы, — полярные и неполярные. Разница в том, что у полярного конденсатора есть плюс и минус и подключать в схему его нужно с учетом полярности.

А у неполярного конденсатора выводы равнозначны. На рисунке 1 показаны обозначения конденсаторов, А — неполярный, Б — полярный. В -переменный, Г — подстроечный.

Обозначение конденсаторов на принципиальных схемах

Рис. 1. Обозначение конденсаторов на принципиальных схемах.

Кроме емкости, выраженной, чаще всего в пикофарадах или микрофарадах (иногда и в нанофарадах), другим важным параметром является максимально допустимое напряжение. Если к обкладкам (выводам) конденсатора приложить напряжение выше этой величины может произойти пробой изолятора и конденсатор выйдет из строя.

Если говорят что «конденсатор на 250V», это значит, что на конденсатор нельзя подавать напряжение больше 250V. Меньше -пожалуйста, начиная от нуля. Но больше этой величины, — ни в коем случае!

Таким образом, у конденсатора есть два основных параметра, — емкость, выраженная 8 десятичных долях Фарады (микрофарады, нанофарады, пикофарады), и максимальное напряжение, выраженное в Вольтах.

На схемах значение емкости обычно пишут 8 пикофарадах (р, pF, пФ) и микрофарадах (pF, м, мкФ). 1 мкФ = 1000000 пФ. Но встречаются обозначения и в нанофарадах (nF, п) обычно на зарубежных схемах. 1nF = 1000pF. Бывает что на схемах буква, обозначающая кратную приставку используется как децимальная запятая, например, 1500 р = 1,5n = 1N5 или 1n5.

На многих схемах зарубежной аппаратуры встречается замена греческой буквы «р» на латинскую «и». То есть, 10 микрофарад у них будет так: «10uF». Возможно, это связано с отсутствием греческого шрифта в программе с помощью которой нарисована схема.

Включение конденсаторов

Для получения нужной емкости иногда приходится соединять два конденсатора параллельно или последовательно (рис.2.). При параллельном соединении общая емкость рассчитывается как сумма емкостей:

При последовательном соединении приходится пользоваться более сложной формулой: Собщ = (С1«С2) / (С1+С2) .

Параллельное и последовательное включение конденсаторов, формулы для расчета емкости

Рис. 2. Параллельное и последовательное включение конденсаторов, формулы для расчета емкости.

Маркировка конденсаторов

Теперь о маркировке конденсаторов. Здесь как и у резисторов есть несколько стандартов. Если конденсатор достаточно больших размеров, то на нем емкость может быть так и указана, например, на стакане оксидного конденсатора емкостью 10 мкФ так и будет написано: 10 pF или 10 мкФ, далее будет указано напряжение, например, 25V, и отмечена полярность выводов, у отечественных конденсаторов возле положительного вывода будет «+», а у иностранных возле отрицательного вывода будет «-» или полоска.

На крупных неполярных конденсаторах тоже все будет написано просто и ясно, например, на конденсаторе типа К73-14 емкостью 0,22 мкФ на максимальное напряжение 250V будет так и написано: 0,22pF 250V.

Сложнее с маленькими керамическими или слюдяными неполярными конденсаторами. Места здесь для маркировки мало, поэтому придумывают сокращения. Например, на конденсаторах типа К10-7 в виде пластинок емкость указывается с использованием кратной приставки как децимальной запятой, вот несколько примеров такой маркировки:

  • 150 пФ — «150р» или «150п»
  • 1500 пФ — «1N5» или «1Н5»
  • 15000пФ (0,015 мкФ) — «15N» или «15Н» .

У зарубежных керамических конденсаторов используется такая же маркировка как у резисторов, только за основу идет не единицы Ом, а единицы Пикофарад. Обозначение состоит из трех цифр. Первые две —

значение в пФ, а третья — множитель, практически численно показывающая сколько нулей нужно приписать, чтобы получилось значение выраженное в пФ. Вот несколько примеров такого обозначения:

  • 15 пФ — «150» (к 15 приписать 0 нолей)
  • 150 пФ — «151»(к 15 приписать 1 ноль)
  • 1500 пф — «152» (к 15 приписать 2 ноля)
  • 0,015 мкФ (15000 пФ) — «153» (к 15 приписать 3 нуля).
  • 0,15 мкФ (150000 пФ) — «154» (к 15 приписать 4 нуля).

Эксперимент с конденсатором

Чтобы практически познакомиться со способностью конденсатора накапливать заряд можно провести один эксперимент. Возьмем оксидный конденсатор типа К50-35 емкостью 2200 мкФ и соберем схему, показанную на рисунке 3. Здесь мы будем заряжать конденсатор от батарейки, и разряжать через лампочку от карманного фонаря.

Когда переключатель S1 находится в показанном на схеме положении, через него и резистор R1 конденсатор С1 заряжается. Переключаем S1 в нижнее по схеме положение, и конденсатор С1 разряжается через лампочку Н1.

Схема простого эксперимента с конденсатором

Рис. 3. Схема простого эксперимента с конденсатором.

Теперь приступаем к делу. Переключаем S1 вниз по схеме и лампочка вспыхивает. Горит она недолго. Затем, возвращаем S1 в исходное положение. Конденсатор заряжается от батарейки. И снова переключаем S1 вниз по схеме.

Лампочка опять вспыхивает, так как на неё поступает заряд, накопленный конденсатором. Если слишком быстро переключать S1 лампа будет вспыхивать слабее, или вообще не будет вспыхивать, так как С1 не успевает зарядиться через R1.

Что такое конденсатор и как он используется

Конденсатор

Приветствую, друзья!

Мы уже рассматривали, как устроены «кирпичики», из которых собран компьютер.

Вы уже знаете, как устроены и как работают полупроводниковые диоды, полевые и биполярные транзисторы.

Вы уже знакомы с таким понятием, как SMD компоненты.

Давайте познакомимся с еще одной интереснейшей штуковиной — конденсатором.

Из всего многообразия конденсаторов мы рассмотрим лишь те, которые используются в компьютерах и периферийных устройствах.

Что такое конденсатор?

Электролитические и керамические конденсаторы

Конденсатор — это деталь с двумя выводами (двухполюсник), позволяющая накапливать энергию.

Конденсатор характеризуется такой величиной, как ёмкость.

Чем больше ёмкость конденсатора, тем больше энергии он может накопить и тем (грубо говоря) больше его габариты.

Конденсатор может не только накапливать энергию, но и отдавать ее.

Именно в таком режиме он чаще всего и работает.

Конденсатор, в отличие от транзистора, является пассивным компонентом, т.е. есть он не может генерировать или усиливать сигнал.

Как устроен конденсатор?

В простейшем случае конденсатор состоит из двух металлических пластин (обкладок) и диэлектрика (изолятора) между ними. Чем больше размер пластин и чем меньше зазор между ними, тем больше емкость конденсатора.

Вообще говоря, конденсатор накапливает на обкладках заряд (множество элементарных частиц, каждая из которых обладает элементарным зарядом). Чем больший заряд накоплен, тем большая запасена энергия. Ёмкость конденсатора зависит также и от вида диэлектрика.

Устройство конденсатора

Две пластины, разделенные тонким воздушным слоем (воздух — тоже диэлектрик), обладают очень небольшой емкостью, и в таком виде конденсаторы не используются.

С помощью специальных материалов и технологических ухищрений научились достаточно большую ёмкость втискивать в очень небольшой объём.

Самый характерный пример — электролитические конденсаторы.

В них две металлические обкладки в виде длинных полос (чаще всего из алюминиевой фольги) разделены слоем бумаги, пропитанной электролитом.

Электролит вызывает образование тонкой пленки оксида (окисла), которая является хорошим диэлектриком.

Вскрытый конденсатор

Поэтому электролитические конденсаторы называют ещё оксидными. Полосы сворачивают и помещают в цилиндрический алюминиевый корпус.

Обкладки конденсатора

Раньше выводы конденсаторов делали из меди – как из материала с высокой электропроводностью. Теперь же их нередко делают из более дешевых сплавов на основе железа. В этом можно убедиться, если поднести к ним магнит. Фирмачи научились экономить!

В керамических конденсаторах диэлектриком служит пластинка из керамики, а обкладками – напыленные на керамику пленки металлических сплавов.

В каких единицах измеряется емкость конденсатора?

Емкость конденсатора

Основная единица для измерения ёмкости – Фарад (Ф, старое название – Фарада).

Но это очень большая величина, поэтому на практике используются её производные — пикофарад (пФ, пикофарада), нанофарад (нФ, нанофарада), микрофарад (мкФ, микрофарада).

Один микрофарад = 1 000 нанофарад = 1 000 000 пикофарад.

В компьютерных блоках питания и в материнских платах используются электролитические конденсаторы ёмкостью несколько сотен или тысяч микрофарад.

Там же применяется малогабаритные керамические конденсаторы ёмкостью несколько сотен или тысяч пикофарад.

Керамические конденсаторы используются чаще всего в виде SMD компонентов.

Как обозначаются конденсаторы в электрических схемах?

Обозначение конденсаторов

Конденсаторы в электрических схемах обозначается в виде двух вертикальных черточек, разделенных небольшим пространством. Графическое изображение напоминает те самые две пластины, разделенные воздушным диэлектриком.

У электролитических конденсаторов возле одной из черточек (обкладок) помещается знак «+».

Это потому, что электролитические конденсаторы обычно имеют полярность, которую надо соблюдать при монтаже.

Отметим, что в некоторых случаях применяются электролитические неполярные конденсаторы.

Отрицательный вывод конденсатора

Рядом наносится значение ёмкости конденсатора.

А если конденсатор электролитический — то и величина его рабочего напряжения.

Записи вида 1000 p (1000 pF) и 3,9 n (3,9 nF) означают соответственно 1000 пикофарад и 3,9 нанофарад (или 3900 пикофарад).

Запись вида 1000uFx16V означает емкость 1000 микрофарад и рабочее напряжение 16 Вольт.

Напротив отрицательного электрода на корпусе конденсатора наносится соответствующая маркировка (знак «-»).

Где и как используются конденсаторы?

Перед тем как начать рассказывать об области применения конденсаторов, вспомним, что конденсатор это — две пластины, разделенные диэлектриком. Поэтому ток через конденсатор (в первом приближении) идти не может. Однако в цепи с конденсатором могут происходить процессы заряд и разряда. И во время этих процессов в цепи будут протекать токи заряда или разряда.

Таким образом, если переменное напряжение будет приложено к цепи с конденсатором, в ней будет протекать переменный ток. Поэтому конденсатор можно охарактеризовать такой величиной как емкостное сопротивление (обозначается в технической литературе как Хс).

Схема выпрямления с фильтром

Емкостное сопротивление зависит от ёмкости конденсатора и частоты приложенного напряжения. Чем ёмкость и частота больше, тем меньше емкостное сопротивление. На этих эффектах основано применение конденсаторов в схемах фильтрации источников питания.

В компьютерных блоках питания для получения постоянных напряжений +3,3, +5, и +12 В используется двухполупериодная схема выпрямление с двумя диодами и фильтрующим конденсатором. Без конденсатора на нагрузке будет пульсирующее напряжение одной полярности.

Эквивалентная схема выпрямителя с фильтром

Источник постоянного напряжения можно представить в виде эквивалентной схемы из генератора и двух сопротивлений, где R1 — это внутреннее сопротивление выпрямителя, а R2 — емкостное сопротивление конденсатора.

Генератор – это сумма постоянного и переменного напряжений (пульсирующее напряжение содержит в себе постоянную и переменную составляющую).

Таким образом, сигнал с генератора подается на частотно-зависимый делитель напряжения. Выходной сигнал снимается с нижнего плеча (конденсатора). Для постоянного напряжения сопротивление конденсатора очень велико, гораздо больше сопротивления выпрямителя. Поэтому уменьшения постоянного напряжения не происходит.

Для переменного напряжения сопротивления конденсатора очень мало, гораздо меньше сопротивления выпрямителя, поэтому происходит сильное ослабление переменной составляющей.

В реальной схеме ситуация несколько сложнее, так как к нижнему плечу делителя подключена нагрузка, обладающая сопротивлением. Поэтому полностью избавиться от пульсаций нельзя, можно только свести их к какому-то небольшому значению.

Фильтр нижних частот

Вообще, такая комбинация активного сопротивления и конденсатора называется фильтром нижних частот, который пропускает постоянную составляющую и какой-то диапазон низких частот.

Чем выше частота входного переменного напряжения, тем сильнее оно ослабляется.

Так как необходимо сильное подавление пульсаций переменного напряжения, то используется электролитические конденсаторы большой емкости.

Назначение керамических SMD конденсаторов на материнской плате — подавлять высокочастотные помехи, возникающие при переключении транзисторов в микросхемах. Таким образом, электролитические конденсаторы фильтруют относительно низкочастотные помехи и пульсации, а керамические — более высокочастотные.

Разделение переменной и постоянной составляющей

Приведем еще один пример разделения переменной и постоянной составляющей. Пусть в схеме на рисунке сигнал в точке А будет иметь постоянную составляющую 5 В и переменную амплитудой 2 В.

После конденсатора, в точке В будет уже только переменная составляющая той же амплитудой 2 В (если емкостное сопротивление конденсатора мало для такой частоты). Интересно, не правда ли?

По существу, это тоже частотно-зависимый делитель напряжения, где в виде нижнего плеча выступает сопротивление нагрузки. Такую комбинацию называют фильтром верхних частот, который не пропускает постоянную составляющие и низкие частоты, так как в емкостное сопротивление будет для них большим.

Заканчивая, отметим маленькую деталь: так как максимальное напряжение на конденсаторе будет равно сумме постоянной и переменной составляющей, его рабочее напряжение должно быть не менее этой величины.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector