Что такое электрическая емкость плоского конденсатора: единица измерения и формула

Электроемкость проводников

Проводники могут не только проводить через себя электрический ток, но и накапливать заряд. Эта мощность характеризуется таким параметром, как электрическая мощность.

Электрическая мощность Do = q/φ C — электрическая мощность Ф q — электрический заряд Кл φ — потенциал В

Определение

Если диэлектрик, например эбонитовый стержень, наэлектризовать трением, то электрические заряды будут сосредоточены в точках контакта с электризующимся материалом. В то же время другой конец палочки может насытиться зарядами противоположного знака и эта электризация сохранится.

Совершенно иначе ведут себя проводники, помещенные в электрическое поле. Заряды распределяются по его поверхности, образуя определенный электрический потенциал. Если поверхность плоская, как палка, нагрузки будут распределяться равномерно. Под действием внешнего электрического поля в проводнике электроны распределяются таким образом, что внутри него поддерживается баланс взаимной компенсации отрицательных и положительных зарядов.

Внешнее электрическое поле притягивает к поверхности проводника электроны, тем самым компенсируя положительные заряды ионов. По отношению к проводнику возникает электростатическая индукция и заряды на его поверхности называются индуцированными. В этом случае на концах проводника плотность заряда будет несколько выше.

В металлическом шаре заряды распределены равномерно по всей поверхности. Наличие полости любой конфигурации никак не влияет на процесс распределения.

Однако если проводник удалить из зоны действия поля, его заряды перераспределятся таким образом, что он снова станет электрически нейтральным.

На рис. 1 представлена ​​схема заряженного диэлектрика с разными полюсами и проводника, удаленного из зоны действия электростатического поля. Поскольку диэлектрик сохраняет полученные заряды, одинокий проводник восстановил свою нейтральность.

Распределение нагрузки

Интересное явление наблюдается с двумя проводниками, разделенными диэлектриком. Если одному из них придать положительный заряд, а другому отрицательный, то после удаления источника электризации заряды на поверхности проводников останутся. Следовательно, заряженные проводники имеют разность потенциалов.

Заряды, накопленные в диэлектрике, уравновешивают внутренние взаимодействия в каждом из проводников, препятствуя их разрядке. Величина заряда зависит от площади поверхности параллельных проводников и свойств диэлектрика между ними.

Свойство накопления заряда называется электрической емкостью. Точнее, это характеристика проводника, физическая величина, определяющая меру его способности накапливать электрический заряд.

Накопленное электричество можно снять с проводников путем их короткого замыкания или зарядки. На практике для увеличения емкости используют параллельные пластины или длинные полоски тонкой фольги, разделенные диэлектриком. Полоски свернуты в плотный цилиндр, чтобы уменьшить объем. Такие конструкции называются конденсаторами.

На рис. 2 показана схема простого конденсатора с плоскими пластинами.

Схема простого конденсатора

Существуют и другие типы конденсаторов:

• переменные;
• электролитический;
• окись;
• бумага;
• комбинированные и другие.

Важной характеристикой конденсатора, как и других систем хранения, является его электрическая емкость.

Единицы измерения

За единицу измерения электрической емкости принят фарад: 1 Ф = 1 Кл/1В. Так как величина в фарадах огромна, на практике для измерения емкости она малопригодна. Поэтому используются префиксы:

• мили (м) = 10-3;
• микро(мк) = 10-6;
• нано(n)=10-9;
• пик (пк) = 10-12;

Например, электрическая емкость 1 мкФ = 0,000001 Ф. Параметр зависит от геометрических размеров, конфигурации проводника и материала диэлектрика.

Конденсаторы

Способность накапливать заряд — полезная штука, поэтому и придумали конденсаторы. Это устройства, которые помогают использовать электрическую емкость проводников в практических целях.

Конденсатор состоит из двух или более проводящих пластин (обкладок), разделенных диэлектриком. Между проводящими пластинами образуется электрическое поле, силовые линии которого все идут от одной пластины к другой.

Зарядка конденсатора — это процесс накопления заряда на двух его пластинах. Заряды на них равны по величине и противоположны по знаку.

Емкость конденсатора измеряется отношением заряда одной из обкладок к разности потенциалов между обкладками:

Емкость конденсатора С = кв/U C — электрическая мощность Ф q — электрический заряд Кл U — напряжение (разность потенциалов) В

Согласно закону сохранения заряда, если пластины заряженного конденсатора соединить проводником, то заряды нейтрализуются, переходя с одной пластины на другую. Вот так разрядился конденсатор.

Любой конденсатор имеет ограничение по напряжению. Если оно окажется слишком большим, произойдет пробой диэлектрика, т е разряд будет происходить непосредственно через диэлектрик. Такой конденсатор уже не подойдет.

Принцип работы конденсаторов

Когда цепь подключена к источнику электрического тока, электрический ток начинает течь через конденсатор. В начале прохождения тока через конденсатор его сила имеет максимальное значение, а напряжение минимальное. По мере накопления устройством заряда ток полностью падает, а напряжение растет.

В процессе накопления заряда на одной пластине накапливаются электроны, а на другой — положительные ионы. Заряд между пластинами не течет из-за наличия диэлектрика. Затем устройство накапливает заряд. Это явление называется накоплением электрических зарядов, а конденсатор – накоплением электрического поля.

Характеристики и свойства

Параметры конденсатора, используемые для создания и ремонта электронных устройств, включают:

1. Емкость — C. Определяет количество заряда, которое держит устройство. Номинальное значение емкости указано на коробке. Для создания необходимых значений элементы включаются в цепь параллельно или последовательно. Рабочие значения не соответствуют расчетным.
2. Резонансная частота — fр. Если частота тока больше резонансной, то проявляются индуктивные свойства элемента. Это затрудняет работу. Для обеспечения расчетной мощности в схеме целесообразно использовать конденсатор на частотах ниже резонансных значений.
3. Номинальное напряжение — Un. Для предотвращения пробоя элемента рабочее напряжение устанавливается ниже номинального. Параметр указан на коробке конденсатора.
4. Полярность. Если соединение неправильное, это приведет к поломке и отказу.
5. Сопротивление электрической изоляции — Rd Определяет ток утечки устройства. В устройствах детали расположены близко друг к другу. При большом токе утечки возможны паразитные соединения в цепях. Это приводит к неисправностям. Ток утечки ухудшает емкостные свойства элемента.
6. Температурный коэффициент — ТКЕ. Значение определяет, как емкость устройства изменяется при колебаниях температуры окружающей среды. Параметр используется при разработке устройств для работы в суровых погодных условиях.
7. Паразитный пьезоэлектрический эффект. Некоторые типы конденсаторов при деформации создают шум в устройствах.

Как устроен конденсатор

Конденсатор состоит из двух или более металлических пластин с диэлектрическим материалом между ними.
Электроны начинают двигаться, но не могут преодолеть диэлектрик, поэтому между пластинами накапливается электрический заряд.

Бумага с покрытием из оксида алюминия, слюда, электролит, керамика и подобные материалы обладают хорошими диэлектрическими свойствами.

Заряды на разных пластинах равны по величине, но противоположны по знаку.

От чего зависит емкость и заряд конденсатора

Емкость конденсатора — физическая величина, по которой оценивается его способность выполнять свои функциональные задачи.

Практическое значение емкости выражается в способности электрического устройства накапливать заряд.

Величина напряжения на пластинах прямо пропорционально влияет на количественные характеристики заряда на пластинах.
Формула емкости выглядит так

С = кв/U,

где С — емкость конденсатора,

q — означает количество заряда на одной из пластин,

U — разность потенциалов на пластинах.
Приведенная выше формула расчета в основном является теоретической.

Существует другое определение емкости, более полезное в практическом смысле.

Формула C = єS/d обозначает его отношение к площади S пластин, расстоянию между пластинами d и свойствам диэлектрика є.

Из формулы следует, что чем больше площадь пластин, тем больше нагрузка, которая может быть на них возложена, и тем больше расстояние между пластинами,
тем слабее заряженные частицы будут притягиваться друг к другу, увеличивая их шансы покинуть пластину.

Максимальная диэлектрическая проницаемость материала, расположенного между пластинами, увеличивает емкость конденсатора без изменения общих характеристик.

Виды конденсаторов

Особенность электрической емкости в том, что она зависит от формы проводника. Для каждого типа проводника существует своя формула расчета электрической емкости.

Проще всего рассчитать емкость плоского конденсатора. Планарный конденсатор состоит из двух металлических пластин, между которыми помещено диэлектрическое вещество.

Электрическая емкость плоского конденсатора — электрическая мощность Ф — относительная диэлектрическая проницаемость среды — — электрическая постоянная М/ж — площадь плиты [м2] — расстояние между пластинами [м]

Самый популярный конденсатор цилиндрический. Он состоит из двух металлических цилиндров, вложенных друг в друга, и диэлектрика, заполняющего пространство между ними. Рассмотрим формулу емкости такого конденсатора.

Емкость цилиндрического конденсатора — электрическая мощность Ф — относительная диэлектрическая проницаемость среды — — электрическая постоянная М/ж — длина цилиндра [м] — радиусы цилиндров [м] — функция натурального логарифма, зависящая от радиусов цилиндров

Сферический конденсатор состоит из двух вложенных друг в друга проводящих сфер и непроводящей жидкости, заполняющей пространство между ними.

Емкость сферического конденсатора — электрическая мощность Ф — относительная диэлектрическая проницаемость среды — — электрическая постоянная М/ж — радиусы сферы [м]

Подытожим все, что мы узнали, в шпаргалке:

Плоский конденсатор

Определение 2

Плоский конденсатор представляет собой две противоположно заряженные пластины, разделенные тонким диэлектрическим слоем, как показано на рисунке 1.

Формула расчета электрической мощности записывается в виде

C=εε0Sd, где S – площадь оболочек, d – расстояние между ними, ε – диэлектрическая проницаемость вещества. Меньшее значение d способствует более близкому совпадению расчетной емкости конденсатора с фактической.

Фото 1

При известной емкости конденсатора, заполненного N слоями диэлектрика, толщина слоя с номером i равна di, расчет диэлектрической проницаемости этого слоя εi проводят по формуле:

C=ε0Sd1ε1+d2ε2+…+dNεN.

Сферический конденсатор

Определение 3

Когда проводник имеет форму шара или сферы, то замкнутая внешняя оболочка представляет собой концентрическую сферу, что означает, что конденсатор имеет сферическую форму.

Он состоит из двух концентрических проводящих сферических поверхностей, пространство между пластинами которых заполнено диэлектриком, как показано на рис. 2. Емкость рассчитывается по формуле:

C=4πεε0R1R2R2-R1, где R1 и R2 — радиусы пластин.

Фигура 2

Вам нужна помощь учителя? Опишите задачу и наши специалисты помогут вам. Опишите задачу

Цилиндрический конденсатор

Емкость цилиндрического конденсатора равна:

C=2πεε0llnR2R1, где l — высота цилиндров, R1 и R2 — радиусы пластин. Конденсатор этого типа имеет две коаксиальные поверхности проводящих цилиндрических поверхностей, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3

Определение 4

Важной характеристикой конденсаторов является напряжение пробоя, напряжение, при котором возникает электрический разряд через слой диэлектрика.

Umax зависит от толщины слоя и свойств диэлектрика, конфигурации конденсатора.

Полярные

Полярные конденсаторы – это устройства, которые имеют полярность, то есть плюс и минус.

Важно, чтобы плюсовой контакт был соединен с «плюсом» блока питания, а минусовой — с его «минусом».

Обратная полярность может даже привести к взрыву конденсатора.

К полярным относятся тантал, ионисторы, конденсаторы с электролитическим диэлектриком.

Танталовые

В танталовых конденсаторах электролитического типа в качестве диэлектрика используется спеченный танталовый порошок из оксида тантала, отсюда и название.
Такой диэлектрик снижает ток утечки почти до нуля.

Недостатком является невозможность работы на электрических цепях с высоким напряжением.

Танталовый конденсатор состоит из 4 элементов: анода, диэлектрика, электролита и катода.

В отличие от электролитического тантала они имеют меньшую собственную индуктивность, поэтому их можно использовать на высоких частотах.

Компактность танталовых приборов позволяет использовать их в качестве составных частей электрических схем.

Ионисторы

Ионисторы относятся к разряду электрохимических конденсаторов.

Особенностью конструкции является сочетание свойств обычного конденсатора и аккумулятора.

Пространство между электродами заполнено твердым электролитом на основе рубидия и подобных материалов.

Такая конструкция исключает самопроизвольный разряд ионистора.

Быстрая зарядка и разрядка позволяет использовать его в некоторых типах электрических цепей вместо аккумулятора.

Аккумулятор, в отличие от ионистора, потребует значительного времени для зарядки.

Емкость ионистора характеризуется повышенным значением среди всех электролитических приборов.

Ионистор работает только с источником постоянного напряжения.

Электролитические

Широкое распространение получили электролитические конденсаторы, у которых одна из обкладок выполнена в виде алюминиевой фольги.
Другая пластина представляет собой твердый или жидкий электролит, обеспечивающий движение заряженных частиц для сохранения оксидной пленки.

Емкость электролитического конденсатора на сегодняшний день является самой большой по отношению емкости к объему элемента.

В фильтрах установлены электролитические элементы, но важна полярность.

По сравнению с танталовыми конденсаторами электролитические конденсаторы имеют значительный ток утечки.

Процессы переноса заряженных частиц происходят медленно, что увеличивает количество выделяемого тепла.
Отсюда перегрев и низкий срок службы.

Неполярные

Неполярные конденсаторы хорошо работают при любом варианте подключения их к электрической цепи.

Это связано со сходной структурой материалов, образующих границу между пластиной и диэлектриком.

Стороны равны. Все это приводит к тому, что при установке конденсатора не нужно соблюдать полярность.

В качестве неполярных электрических устройств применяют в основном сухие, реже электролитические, изготовленные по модифицированной технологии.

Керамические

Керамические конденсаторы обладают высокими электрическими характеристиками, небольшими размерами и приемлемой стоимостью.

Элементы устанавливаются в цепи радиоаппаратуры.
Керамические конденсаторы делятся на

• с фиксированной мощностью
• тюнинг.

Элементы с постоянной емкостью — устанавливаются в цепях генераторов и гетеродинов.

Триммер: используется для настройки параметров колебательных контуров.

Широкое применение благодаря разнообразию емкостей, широкому диапазону рабочих напряжений,
стандартные размеры аналогичны керамическим приборам разных производителей.

Пленочные

Особенностью таких устройств будет диэлектрик в виде пленки.
Пленка изготавливается из ПТФЭ, фольги, полипропилена, поликарбоната и подобных материалов.
Металлическая пленка или фольга наносится или прижимается к диэлектрику.

За счет большого количества слоев получается увеличение площади, соответственно значительно увеличивается вместимость.

Из достоинств пленочного конденсатора следует отметить относительно высокую надежность, стабильность теплового состояния при действии нагрузок, вызванных переменным током.

К недостаткам можно отнести низкое значение диэлектрической проницаемости.

Пленочные конденсаторы применяются в цепях постоянного тока, различных фильтрах и резонансных контурах.

Smd

В цепях управления некоторых типов плат используются небольшие SMD-конденсаторы в виде маленьких кирпичиков.
Радиоэлемент устанавливается на приборную панель с помощью линейки поверхностного монтажа.
Смд устройства бывают следующих видов:

• электролитический
• керамический;
• тантал

Керамические конденсаторы SMD, имеющие диэлектрик с высокой проницаемостью, маркируются тремя буквами.
Первые две буквы обозначают верхний и нижний максимально допустимые пределы диапазона рабочих температур,
третья буква используется для обозначения отклонений емкости для измеряемых диапазонов.

Небольшой размер Smd конденсаторов не всегда позволяет нанести маркировку на коробку, иначе она будет очень маленькой.

В таких случаях не обойтись без специального измерительного прибора, например, мультиметра.

Переменные

Конденсаторы переменной емкости (КПИ) состоят из части металлических пластинчатых секций.
Один из них плавно перемещается относительно второго.
Во время движения получается, что подвижные пластины (ротор) попадают в зазоры неподвижной пластины (статора).
В результате процесса изменяется площадь перекрытия одних пластин другими, в результате чего изменяется емкость конденсатора.
Диэлектрическим слоем в этом случае является воздух.

Конденсаторы, устанавливаемые в небольшие устройства, используют твердый диэлектрик, например PTFE или полиэтилен.

В старых радиоприемниках устройство использовалось для настройки на определенную частоту в колебательном контуре работающей радиостанции.

Энергия конденсатора

Конденсатор, как и всякая система заряженных тел, обладает энергией. Чтобы зарядить конденсатор, необходимо совершить работу по разделению отрицательного и положительного зарядов. По закону сохранения энергии эта работа будет равна энергии конденсатора.

Нетрудно доказать, что заряженный конденсатор обладает энергией. Для этого вам понадобится электрическая цепь, содержащая лампу накаливания и конденсатор. Когда конденсатор разрядится, лампа начнет мигать; это будет означать, что энергия конденсатора была преобразована в тепловую и световую энергию.

Чтобы вывести формулу энергии плоского конденсатора, нам понадобится формула энергии электростатического поля.

Энергия электростатического поля Wp = qEd Wp – энергия электростатического поля [Дж] q — электрический заряд Кл E — напряженность электрического поля [В/м] d — расстояние от груза [м]

В случае конденсатора d будет расстоянием между пластинами.

Заряд на обкладках конденсатора по модулю одинаков, поэтому можно рассматривать напряженность поля, создаваемую только одной из обкладок.

Напряженность поля пластины равна Е/2, где Е — напряженность поля в конденсаторе.

В однородном поле от одной пластины находится заряд q, распределенный по поверхности другой пластины.

Итак, энергия конденсатора:

Wp = qEd/2

Разность потенциалов между пластинами конденсатора можно представить как произведение напряжения на расстояние:

У = Эд

Поэтому:

Wp = qU/2

Эта энергия равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин.

Подставив в формулу разность потенциалов или заряд, используя выражение для электрической емкости конденсатора С = q/U, получим три различные формулы для энергии конденсатора:

Мощность конденсатора Wp = qU/2 Wp – энергия электростатического поля [Дж] q — электрический заряд Кл U — напряжение конденсатора В

Мощность конденсатора Wp = q2/2C Wp – энергия электростатического поля [Дж] q — электрический заряд Кл C — емкость конденсатора Ф

Мощность конденсатора Wp = 2/2 мкм Wp – энергия электростатического поля [Дж] C — емкость конденсатора Ф U — напряжение конденсатора В

Эти формулы справедливы для любого конденсатора.

Максимальное рабочее напряжение на конденсаторе

Напряжение, подаваемое на конденсатор, не должно превышать максимальное напряжение, так как может произойти пробой диэлектрика и выход элемента из строя.

Для анализа работы конденсатора в цепи переменного тока в качестве критерия сравнения необходимо принять значение амплитуды напряжения с максимально возможным значением.

Это означает, что если указано максимальное постоянное напряжение WV, то в действительности при подключении к сети оно должно быть в 1,4 меньше.

Величина и значение потери у конденсатора

Ток утечки конденсатора является критическим фактором, особенно применительно к силовой электронике.
Потери напрямую связаны со свойствами диэлектрика.

Никакой диэлектрик не способен со стопроцентной гарантией изолировать металлические пластины.

Ток всегда будет течь через изолятор, более или менее в зависимости от свойств диэлектрика, и энергия будет потеряна.
Помимо изолирующей способности диэлектрика, на ток утечки влияют следующие факторы:

• комнатная температура;
• срок службы конденсатора без напряжения, температуры;
• величина тока утечки прямо пропорциональна приложенному к пластинам напряжению.

Восстановить работоспособность конденсатора после длительного хранения можно, подав на него рабочее напряжение с выдержкой несколько минут.

На этом этапе окислительный слой снова нарастает и восстанавливает работоспособность конденсатора.

Конденсатор в цепи электрического тока

Принцип работы конденсатора прост: подается напряжение и накапливается заряд.
Вариатор ведет себя по-разному в двух вариантах электрической схемы.

Постоянного

Если в цепь с подключенным конденсатором подать ток, стрелка на амперметре будет двигаться, после чего быстро вернется в прежнее положение.

Это связано с тем, что устройство быстро заряжается и ток пропал.

Постоянный ток не может проходить через пластины, разделенные диэлектриком.

Практическое применение конденсатора в такой схеме вызывает много вопросов.

В условиях постоянного тока конденсатор работает, но кратковременно.

Переходные процессы в виде загрузки и выгрузки снимают все сомнения.

Конденсаторы являются одним из наиболее распространенных компонентов электронных цепей постоянного тока.

Переменного

При подключении переменного напряжения полюса конденсатора меняются с положительного на отрицательный в зависимости от частоты источника напряжения.

При этом электроны движутся сначала к одному, а затем к другому.

При этом избыточный заряд остается на пластинах, что фактически создает ток во внешней цепи.

Конденсатор в цепи переменного тока действует как резистор.

Сопротивления конденсатора в зависимости от

Сопротивление конденсатора зависит от частоты приложенного к нему напряжения и коэффициента емкости.

Частоты и сдвига фаз

Накопитель заряда одной и той же емкости на разных частотах имеет разный уровень сопротивления.

Он растет или сжимается.

По мере увеличения частоты входного напряжения сопротивление (также называемое емкостным) уменьшается.

На низких частотах наблюдается фазовый сдвиг входного напряжения и напряжения на нагрузке.

С увеличением частоты фазовый сдвиг уменьшается.

Когда частота достигает определенного уровня, фазовый сдвиг стремится к нулю.

Хс = 1/ωС,

где ω — круговая частота, равная произведению 2πf,

C — емкость цепи в фарадах.

Номинала конденсатора

Емкость конденсатора влияет на процесс заряда и разряда при прохождении через него переменного тока.

Устройство с меньшей емкостью будет заряжаться быстрее и будет заряжаться снова.

Сопротивление переменному току будет выше, чем при медленной зарядке и разрядке.

Отсюда вывод: емкость обратно пропорциональна номиналу конденсатора.

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

Наиболее популярный тип соединения конденсаторов — параллельное.
При таком подключении электрическая емкость увеличивается, а напряжение остается первоначальным.

К одной точке можно подключить несколько конденсаторов.

Так как электрическая емкость конденсаторов равна площади пластин, то общая емкость при таком типе соединения пропорциональна сумме емкостей всех конденсаторов в цепи.

Сообщение = C1+C2.

При последовательном соединении конденсаторов общая емкость уменьшается, а напряжение на конденсаторе увеличивается.

Конденсаторы подключены так, что только первый и последний имеют доступ к источнику ЭДС/тока одной из их пластин.

Заряд одинаков на всех пластинах, но внешние получают заряд от источника, а внутренние образуются за счет разделения зарядов, ранее нейтрализовавших друг друга.

Рассчитать емкость последовательного соединения двух конденсаторов можно по формуле

Мисс = С1*С2/ С1+С2.

Формулы для вычисления

Измерения емкости проводятся по специально выведенной формуле.

Электрическая емкость (C) представляет собой отношение между зарегистрированным зарядом (Q) и результирующим потенциалом (U).

Формула, используемая для измерения емкости, выглядит следующим образом:
С=Q/V .

Единицей измерения является фарад, который обозначается буквой Ф.

Емкость в 1 фарад будет хранить заряд q = 1 кулон при напряжении на обкладках U = 1 вольт.

Так как конденсаторы имеют разные типы, то и формулы разные.

Посредством математических выражений

Математическое выражение для определения емкости конденсатора С = q * U в единицах измерения в системе СИ каждой из входящих в формулу
физические величины определяют стоимость 1 фарад.

Как зависит емкость от среды диэлектрика

Влияние изолятора на емкость конденсатора зависит от проводящих свойств вещества внутри этой прокладки.

Изолирующая способность межпластинчатого проводника называется диэлектрической проницаемостью.

Учитывая характеристики диэлектрика, формула емкости для плоского устройства принимает вид:
С = є0є С/д,

где под буквой є значение диэлектрической проницаемости изолятора,
є0 – постоянная величина, равная диэлектрической проницаемости вакуума (воздуха).

На практике используется коэффициент, указывающий, во сколько раз применяемый диэлектрик уменьшает электрическое поле по сравнению с воздухом.

Рабочий стол:

Как измерить емкость

Существует несколько способов измерения емкости конденсатора с помощью приборов и различных методик.

Мультиметром

Сначала, прежде чем приступить к измерению емкости конденсатора, его следует разрядить до полного исчезновения тока.

В качестве примера: сделайте это с помощью отвертки, замыкающей штифты.

Если пренебречь этим нюансом, мультиметр может сломаться.

Измерить емкость мультиметром можно следующим образом:
активировать режим «Сх» и установить предел измерения 2000 пФ, если он есть.

В стандартном приборе она составляет 20 мкФ;

Установите конденсатор в соответствующие гнезда на мультиметре или используйте щупы для подключения конденсатора.

Значение емкости будет отображаться на экране прибора.

Осциллографом

Для измерения помимо осциллографа потребуется собрать схему из проверяемых конденсатора, резистора и генератора синусоидальных колебаний.

Точки подключения осциллографа к схеме — до резистора и после конденсатора.

Частота колебаний генератора изменяется до получения на экране осциллографа синусоидальных кривых одинаковой амплитуды.

Это сделано для точности измерений.

Вы представляете, как рассчитать емкость конденсатора по амплитудным значениям напряжений?

Для этого нужно воспользоваться формулой UR/UC*2πfR, подставив в нее измеренные значения.

С его помощью вычисляют ток утечки конденсатора и косвенно, через уменьшение напряжения на заранее известном резисторе.

Осциллограф может рассчитать емкость конденсаторов от 20 пФ до 200 мкФ.

Тестером не имеющим прямой функции

Чтобы найти вариант, как определить емкость с помощью тестера без функции измерения емкости,
следует обратить внимание на формулу мгновенного значения тока при его заряде или разряде i = C dU/dt.

Дело тут в том, что помимо тестера и секундомера нужно собрать схему с блоком питания,

конденсатор и резистор с большим сопротивлением для увеличения продолжительности процесса заряда или разряда.

Сняв все показания с тестера и секундомера, можно достаточно приблизительно рассчитать и узнать емкость.

Зная, как определить емкость конденсатора современными приборами, не составит труда разобраться с прибором времен СССР.

На экране отображаются не цифры, а отклонение стрелки, за которым важно внимательно следить.

Измерение емкости проводят только на незаряженном конденсаторе.

Поднесите щупы к контактам конденсатора, если он исправен, то стрелка сначала отклонится, после чего примет исходное положение по мере заряда.

Скорость движения стрелки зависит от объема контейнера.

Если стрелка на тестере не сдвинулась, или это значение минимальное или сместилось и зависло в одном положении, это показатель неисправности конденсатора.

Мостовыми измерителями

Емкость конденсатора измеряется сравнением с эталонной емкостью.

Для чего делается мостовая схема, где одно плечо работает с образцовым электроприбором, другое с которым его испытывают.

Мостовые чтения могут быть реализованы на цифровых носителях.

Единицы расчета

Математическое выражение фарада

C=Q/V, где C — электрическая емкость, Q — зарегистрированная нагрузка, V — приложенное напряжение.

Диэлектрическая проницаемость

D = εF, где D — электрическая индукция в среде, ε — диэлектрическая проницаемость среды, F — сила взаимодействия между зарядами в вакууме.

Маркировка конденсаторов

На корпусе каждого конденсатора есть специальная маркировка — буква и цифра.

По сравнению с резисторами маркировка емкости и код отклонения емкости довольно сложны и разнообразны.

Иногда обозначения наносят прописными буквами: МФ (микрофарады), фд — фарады.

Также на коробке есть положительные и отрицательные символы, помогающие определить полярность конденсатора.

Способы обозначения конденсатора

Единицей измерения емкости конденсатора является фарад, поэтому на корпусе элемента всегда присутствует буква F или F:

• 1 миллифарад = 10-3 фарад = 1 мФ;
• 1 микрофарад = 10-6 фарад = 1 мкФ;
• 1 нанофарад = 10-9 фарад = 1 нФ;
• 1 пикофарад = 10-12 фарад = 1 пФ.

Если элемент не имеет номинала, то целочисленное значение указывает на то, что емкость указана в пикофарадах.
В случае емкость указывается отклонением, если обозначена буква J, то диапазон отклонения менее 5%, буква М — 20%.

Какие параметры могут быть указаны в маркировке

Для конденсаторов важны три параметра:

• способность;
• номинальное напряжение (рабочее;
• допуск емкости.

Первые два понятны. Стоит только отметить, что на некоторых конденсаторах может быть не указано номинальное напряжение. Если ожидается высокое напряжение, сверьтесь с данными производителя.

Ёмкость

Первым и наиболее важным параметром конденсатора является емкость. В этом смысле значение этой характеристики находится первым и кодируется буквенно-цифровым обозначением. Поскольку единицей измерения емкости является фарад, буквенное обозначение содержит символ кириллицы «Ф» или символ латинского алфавита «F».

Так как фарад является большой величиной, а используемые в промышленности элементы имеют гораздо меньшие номиналы, единицы измерения имеют различные уменьшительные приставки (тысяча, микро, нано, пико). Для их обозначения также используются буквы греческого алфавита.

• 1 миллифарад равен 10-3 фарад и обозначается как 1мФ или 1мФ.
• 1 микрофарад равен 10-6 фарад и обозначается как 1 мкФ или 1Ф.
• 1 нанофарад равен 10-9 фарад и обозначается как 1нФ или 1нФ.
• 1 пикофарад равен 10-12 фарад и обозначается как 1пФ или 1пФ.

Если значение емкости выражается дробным числом, то вместо запятой ставится буква, обозначающая размерность единиц измерения. Так, обозначение 4n7 следует читать как 4,7 нанофарад или 4700 пикофарад, а надпись вида n47 соответствует емкости 0,47 нанофарад или 470 пикофарад.

В том случае, если конденсатор не промаркирован номиналом, целочисленное значение указывает на то, что емкость указана в пикофарадах, например, 1000, а значение, выраженное десятичной дробью, указывает на номинал в микрофарадах, например, 0,01.

Емкость, указанная на коробке, редко соответствует реальному параметру и отклоняется от номинального значения в определенных пределах. Точное значение емкости, которое требуется при изготовлении конденсаторов, зависит от материалов, используемых для их производства. Разброс параметров может варьироваться от тысячных долей до десятков процентов.

Значение допустимого отклонения емкости указывается на корпусе конденсатора после номинального значения путем написания буквы латинского или русского алфавита. Например, латинская буква J (русская буква I в вышеприведенном обозначении) указывает на диапазон отклонения 5 % в ту или иную сторону, а буква М (русская Б) — 20%.

Такой параметр, как температурный коэффициент емкости, редко включается в маркировку и применяется в основном к малогабаритным элементам, используемым в электрических схемах цепей установки времени. Для идентификации используется буквенно-цифровая или цветовая система обозначения.

Существует также комбинированный знак букв и цветов. Его варианты настолько разнообразны, что для точного определения значения этого параметра для каждого конкретного типа конденсатора требуется обращение к ГОСТу или справочникам по соответствующим радиодеталям.

Номинальное напряжение

Напряжение, при котором конденсатор будет работать в течение заданного срока службы при сохранении своих характеристик, называется номинальным напряжением. Для конденсаторов достаточных размеров этот параметр относится непосредственно к корпусу элемента, где цифрами указано номинальное значение напряжения, а буквами — в каких единицах оно выражено.

Например, обозначение 160В или 160В указывает на то, что номинальное напряжение составляет 160 вольт. Наибольшие напряжения указаны в киловольтах — кВ. На малогабаритных конденсаторах номинальное значение напряжения кодируется одной из букв латинского алфавита. Например, буква I соответствует номинальному напряжению 1 вольт, а буква Q соответствует 160 вольтам.

Дата выпуска

Согласно «ГОСТ 30668-2000 Изделия электронной техники. Маркировка», указываются буквы и цифры, указывающие год и месяц выпуска.

Дата изготовления того или иного производства может отображаться не только в виде цифр, но и в виде букв. Каждому году соответствует буква латинского алфавита. Месяцы с января по сентябрь пронумерованы от одного до девяти. Месяц октябрь связан с числом ноль. Ноябрю соответствует латинская буква N, а декабрю — D.

Код года

1990 г	К
1991 г	Б
1992 г	С
1993 г	Д
1994 г	Мне
1995	Ф
1996	ЧАС
1997 г	Я
1998 г	К
1999 г	Л
2000 г	МЕТРО
2001 г	Север
2002 г	П
2003 г	Р
2004 г	Да
2005 г	Т
2006 г	Ты
2007 г	В
2008 г	Вт
2009 г	Икс
2010	К
2011	Б
2012	С
2013	Д
2014	Мне
2015	Ф
2016	ЧАС
2017	Я
2018	К
2019	Л

Расположение маркировки на корпусе

Маркировка играет важную роль в любом продукте. Часто наносится на переднюю линию тела и имеет емкостное значение. Эта же линия предполагает размещение на ней так называемого значения допуска. Если оба рисунка не помещаются на этой линии, то это можно сделать на следующей.

Аналогичная система используется для нанесения пленочных конденсатов. Расположение элементов должно располагаться в соответствии с определенным регламентом, который выпускается ГОСТ или ТУ на элемент индивидуального типа.

Таблица маркировки конденсаторов

Емкость конденсаторов может измеряться в микрофарадах (мкФ), нанофарадах (нФ), пикофарадах (пФ) и обозначается специальным кодом. Эта таблица поможет вам разобраться в обозначениях маркировки для различных классификаций измерений и правильно подобрать аналоги для замены. Есть универсальный измерительный прибор для радиодеталей. Он может измерять индуктивность, ESR и потери электролитических конденсаторов. Также проверяет транзисторы (в т.ч. MOSFET), диоды, стабилитроны, кварцы. Тип детали определяется автоматически и отображает значения. В этом обзоре тестера ESR я описал это устройство.

мкФ (мкФ)нФ (нФ)пФ (пФ)Код (Код)

1 мкФ	1000 нФ	1000000 пФ	105
0,82 мкФ	820 нФ	820000 пФ	824
0,8 мкФ	800 нФ	800000пФ	804
0,7 мкФ	700 нФ	700000пФ	704
0,68 мкФ	680 нФ	680000пФ	624
0,6 мкФ	600 нФ	600000пФ	604
0,56 мкФ	560 нФ	560000пФ	564
0,5 мкФ	500 нФ	500000пФ	504
0,47 мкФ	470 нФ	470000пФ	474
0,4 мкФ	400 нФ	400000пФ	404
0,39 мкФ	390 нФ	390000пФ	394
0,33 мкФ	330 нФ	330000 пФ	334
0,3 мкФ	300 нФ	300000пФ	304
0,27 мкФ	270 нФ	270000пФ	274
0,25 мкФ	250 нФ	250000пФ	254
0,22 мкФ	220 нФ	220000пФ	224
0,2 мкФ	200 нФ	200000пФ	204
0,18 мкФ	180 нФ	180000пФ	184
0,15 мкФ	150 нФ	150000пФ	154
0,12 мкФ	120 нФ	120000пФ	124
0,1 мкФ	100 нФ	100000пФ	104
0,082 мкФ	82 нФ	82000пФ	823
0,08 мкФ	80 нФ	80000пФ	803
0,07 мкФ	70 нФ	70000пФ	703
0,068 мкФ	68 нФ	68000пФ	683
0,06 мкФ	60 нФ	60000пФ	603
0,056 мкФ	56 нФ	56000 пФ	563
0,05 мкФ	50 нФ	50000пФ	503
0,047 мкФ	47 нФ	47000пФ	473
0,04 мкФ	40 нФ	40000пФ	403
0,039 мкФ	39 нФ	39000пФ	393
0,033 мкФ	33 нФ	33000пФ	333
0,03 мкФ	30 нФ	30000пФ	303
0,027 мкФ	27 нФ	27000пФ	273
0,025 мкФ	25 нФ	25000пФ	253
0,022 мкФ	22 нФ	22000пФ	223
0,02 мкФ	20 нФ	20000пФ	203
0,018 мкФ	18 нФ	18000пФ	183
0,015 мкФ	15 нФ	15000 пФ	153
0,012 мкФ	12 нФ	12000 пФ	123
0,01 мкФ	10 нФ	10000пФ	103
0,0082 мкФ	8,2 нФ	8200пФ	822
0,008 мкФ	8 нФ	8000пФ	802
0,007 мкФ	7 нФ	7000пФ	702
0,0068 мкФ	6,8 нФ	6800пФ	682
0,006 мкФ	6 нФ	6000пФ	602
0,0056 мкФ	5,6 нФ	5600пФ	562
0,005 мкФ	5 нФ	5000 пФ	502
0,0047 мкФ	4,7 нФ	4700пФ	472
0,004 мкФ	4 нФ	4000пФ	402
0,0039 мкФ	3,9 нФ	3900пФ	392
0,0033 мкФ	3,3 нФ	3300пФ	332
0,003 мкФ	3 нФ	3000пФ	302
0,0027 мкФ	2,7 нФ	2700пФ	272
0,0025 мкФ	2,5 нФ	2500 пФ	252
0,0022 мкФ	2,2 нФ	2200пФ	222
0,002 мкФ	2 нФ	2000пФ	202
0,0018 мкФ	1,8 нФ	1800пФ	182
0,0015 мкФ	1,5 нФ	1500пФ	152
0,0012 мкФ	1,2 нФ	1200 пФ	122
0,001 мкФ	1 нФ	1000 пФ	102
0,00082 мкФ	0,82 нФ	820пФ	821
0,0008 мкФ	0,8 нФ	800 пФ	801
0,0007 мкФ	0,7 нФ	700пФ	701
0,00068 мкФ	0,68 нФ	680пФ	681
0,0006 мкФ	0,6 нФ	600пФ	621
0,00056 мкФ	0,56 нФ	560пФ	561
0,0005 мкФ	0,5 нФ	500пФ	52
0,00047 мкФ	0,47 нФ	470пФ	471
0,0004 мкФ	0,4 нФ	400пФ	401
0,00039 мкФ	0,39 нФ	390пФ	391
0,00033 мкФ	0,33 нФ	330пФ	331
0,0003 мкФ	0,3 нФ	300пФ	301
0,00027 мкФ	0,27 нФ	270 пФ	271
0,00025 мкФ	0,25 нФ	250пФ	251
0,00022 мкФ	0,22 нФ	220пФ	221
0,0002 мкФ	0,2 нФ	200пФ	201
0,00018 мкФ	0,18 нФ	180 пФ	181
0,00015 мкФ	0,15 нФ	150пФ	151
0,00012 мкФ	0,12 нФ	120пФ	121
0,0001 мкФ	0,1 нФ	100пФ	101
0,000082 мкФ	0,082 нФ	82пФ	820
0,00008 мкФ	0,08 нФ	80пФ	800
0,00007 мкФ	0,07 нФ	70пФ	700
0,000068 мкФ	0,068 нФ	68пФ	680
0,00006 мкФ	0,06 нФ	60пФ	600
0,000056 мкФ	0,056 нФ	56пФ	560
0,00005 мкФ	0,05 нФ	50 пФ	500
0,000047 мкФ	0,047 нФ	47пФ	470
0,00004 мкФ	0,04 нФ	40 пФ	400
0,000039 мкФ	0,039 нФ	39пФ	390
0,000033 мкФ	0,033 нФ	33 пФ	330
0,00003 мкФ	0,03 нФ	30 пФ	300
0,000027 мкФ	0,027 нФ	27пФ	270
0,000025 мкФ	0,025 нФ	25пФ	250
0,000022 мкФ	0,022 нФ	22пФ	220
0,00002 мкФ	0,02 нФ	20 пФ	200
0,000018 мкФ	0,018 нФ	18пФ	180
0,000015 мкФ	0,015 нФ	15пФ	150
0,000012 мкФ	0,012 нФ	12пФ	120
0,00001 мкФ	0,01 нФ	10 пФ	сто
0,000008 мкФ	0,008 нФ	8пФ	080
0,000007 мкФ	0,007 нФ	7пФ	070
0,000006 мкФ	0,006 нФ	6пФ	060
0,000005 мкФ	0,005 нФ	5пФ	050
0,000004 мкФ	0,004 нФ	4пФ	040
0,000003 мкФ	0,003 нФ	3пФ	030
0,000002 мкФ	0,002 нФ	2пФ	020
0,000001 мкФ	0,001 нФ	1пФ	010

Маркировка конденсаторов тремя цифрами

При такой отметке первые две цифры определяют мантиссу разрядности, а последняя определяет показатель степени по основанию 10, иными словами, насколько нам нужно возвести число 10, или еще проще, сколько нулей надо добавить после цифр первые 2 цифры.

Полученное таким образом число соответствует емкости в пикофарадах. Если первая цифра «0», то емкость меньше 1 пФ (010 = 1,0 пФ). Если последняя цифра «9», то это означает, что показатель степени «-1», что мы должны умножить мантиссу на 10 в степени «-1», то есть разделить ее на 10.

код пикофарад, пФ, пФнанофарад, нФ, нФмикрофарад, мкФ, мкФ

109	1,0 пФ
159	1,5 пФ
229	2,2 пФ
339	3,3 пФ
479	4,7 пФ
689	6,8 пФ
сто	10 пФ	0,01 нФ
150	15пФ	0,015 нФ
220	22пФ	0,022 нФ
330	33 пФ	0,033 нФ
470	47пФ	0,047 нФ
680	68пФ	0,068 нФ
101	100пФ	0,1 нФ
151	150пФ	0,15 нФ
221	220пФ	0,22 нФ
331	330пФ	0,33 нФ
471	470пФ	0,47 нФ
681	680пФ	0,68 нФ
102	1000 пФ	1 нФ
152	1500пФ	1,5 нФ
222	2200пФ	2,2 нФ
332	3300пФ	3,3 нФ
472	4700пФ	4,7 нФ
682	6800пФ	6,8 нФ
103	10000пФ	10 нФ	0,01 мкФ
153	15000 пФ	15 нФ	0,015 мкФ
223	22000пФ	22 нФ	0,022 мкФ
333	33000пФ	33 нФ	0,033 мкФ
473	47000пФ	47 нФ	0,047 мкФ
683	68000пФ	68 нФ	0,068 мкФ
104	100000пФ	100 нФ	0,1 мкФ
154	150000пФ	150 нФ	0,15 мкФ
224	220000пФ	220 нФ	0,22 мкФ
334	330000 пФ	330 нФ	0,33 мкФ
474	470000пФ	470 нФ	0,47 мкФ
684	680000пФ	680 нФ	0,68 мкФ
105	1000000 пФ	1000 нФ	1 мкФ

Маркировка конденсаторов четырьмя цифрами

Все то же самое, что и выше, только первые три цифры определяют мантиссу, а последняя — показатель степени по основанию 10, для получения емкости в пикофарадах.

Пример обозначения:

1622 = 162*102 пФ = 16200 пФ = 16,2 нФ

Буквенно-цифровая маркировка

При такой маркировке буква указывает на десятичный знак и обозначение (мкФ, нФ, пФ), а цифры на значение емкости:

15p = 15 пФ, 22p = 22 пФ, 2n2 = 2,2 нФ, 4n7 = 4,7 нФ, µ33 = 0,33 мкФ

Буква R также используется для обозначения, она используется для обозначения емкостей в микрофарадах. А если перед «R» стоит ноль, значит, емкость в пикофарадах.

Пример буквенно-цифровой маркировки обозначения:

0R5=0,5 пФ, R47=0,47 мкФ, 6R8=6,8 мкФ

Код конденсаторов импортного производства

Импортные устройства, как и российские, маркируются по международным стандартам.
Этот нормативный документ подразумевает применение трехзначного кода. Первые две цифры обозначают емкость в пикофарадах.
Третья цифра указывает количество нулей, например, если емкость меньше 1 пикофарад, цифра будет видна как «0».

Кодовая для конденсаторов поверхностного монтажа

Маркировка электролитических конденсаторов SMD состоит из емкости и рабочего напряжения.

Например, 108 В, где емкость 10 пФ, а рабочее напряжение 8 вольт.

Знак плюс находится рядом с полосой.

Существует три основных метода кодирования:
двух- или трехзначный код (буквы или цифры), указывающий рабочее напряжение и номинальную емкость.

Индикаторы обозначаются буквой, а цифра – множителем;
четыре символа, обозначающие напряжение и номинальную емкость.

Первая буква – рабочее напряжение, следующие символы – емкость в пикофарадах, последняя цифра – количество нулей;

если площадь тела большая, код размещается на двух строках.
Верхняя строка – номинальная емкость, нижняя – рабочее напряжение.

Кодировка маленьких по размерам устройств

В корпусах советских радиодеталей пикофарад принято было обозначать целым числом (например, 25). Если в такой части параметр указан числом, содержащим десятичную дробную часть, подразумеваются микрофарады. Сами буквенные обозначения (пФ, мкФ и им подобные) в корпусах не принимались.

Важно! Что касается российской продукции, то нанофарады и микрофарады обозначаются традиционными аббревиатурами, в которых буква Ф сокращена (получается «н» и «мк» соответственно). Емкость, исчисляемая в пикофарадах, указывается только цифрой, как и у советских деталей.

Когда перед числом стоит латинская приставка, обозначающая число, кратное единице, последнее должно считаться сотыми. Например, n45 означает 0,45 нанофарад. Когда префикс находится в середине числа, вместо него предполагается запятая: 4u3 — 4,3 мкФ. Применяется также трехзначная пикофарадная кодировка: когда последняя из цифр не больше 6, для получения емкостного значения к первым двум цифрам нужно приписать соответствующее этой цифре количество нулей (340 — 34 пикофарад, 342-3400). Числа 7, 8 и 9 соответствуют умножению двузначного числа на 0,001, 0,01 и 0,1 соответственно.

Также используется обозначение наименований товаров цветными полосами. Указание емкостного параметра регулируется стандартом EIA.

Кодировка больших по размерам устройств

Для крупных компонентов, таких как алюминиевые электролитические компоненты, данные параметров, включая значение емкости, указаны на поверхности корпуса. Обычно емкость таких деталей выражается в микрофарадах. Буквы M или MFD символизируют именно этот агрегат. Трехзначная аббревиатура может обозначаться и строчными буквами: mfd.

Маркировка крупных деталей

Цветовая кодировка керамических конденсаторов.

На коробку конденсаторов слева направо или сверху вниз нанесены цветные полосы. Как правило, значение емкости кодируется первыми тремя полосками. Каждому цвету в первых двух полосках соответствует свой номер: черный — номер 0; коричневый – 1; красный 2; апельсин — 3; желтый – 4; зеленый — 5; синий — 6; фиолетовый – 7; серый — 8; белая — 9. Таким образом, если, например, первая полоса коричневая, а вторая желтая, это соответствует числу -14. Но это число не будет значением номинальной емкости конденсатора, его еще нужно умножить на коэффициент, закодированный третьей полоской.

В третьей полосе цвета имеют следующие значения: оранжевый — 1000; желтый — 10000; зеленый — 100000. Допустим, цвет третьей полоски нашего конденсатора желтый. Умножение 14 на 10 000 дает емкость в пикофарадах -140 000, иначе 140 нанофарад или 0,14 микрофарад. Четвертая полоса указывает допустимые отклонения от номинальной емкости (погрешность), в процентах: белая — ±10%; черный — ±20%. Пятая полоска – номинальное рабочее напряжение. Красный цвет — 250 Вольт, желтый — 400.

Цветовая кодировка электролитических конденсаторов.

Что касается малогабаритных электролитических конденсаторов, то их номинальная емкость кодируется двумя черточками и цветным пятном. Первая и вторая полоски определяют число, а точка определяет множитель. Цветовая маркировка первых двух полосок электролитических конденсаторов полностью соответствует маркировке керамических конденсаторов. Только надо иметь в виду, что значение емкости «электролитов» получается в микрофарадах, а не в пикофарадах как у керамических конденсаторов. Цвет пятна, означающий множитель: черный — 1; коричневый – 10; красный — 100; серый — 0,01; белый — 0,1; Например, цвет первой полоски синий (цифра 6), второй — оранжевый (цифра 3), с коричневым пятном (множитель — 10). Это означает 63 * 10 = 630 микрофарад. Если электролитический конденсатор имеет третью полоску, то определяют его номинальное напряжение: белого цвета — 3 вольта; желтый – 6,3 вольта; черный — 10 вольт; зеленый – 16 вольт; синий – 20 вольт; серый – 25 вольт; розовый — 35 вольт.

Положительный вывод этих электролитических конденсаторов толще отрицательного.

Цветовая маркировка отечественных радиоэлементов

С производством линий с так называемым автоматическим типом установки также появилось применение цвета, а также его непосредственное значение во всей системе.

На сегодняшний день наиболее часто используемое приложение использует четыре цвета. В этом случае прибегали к использованию четырех полос. Таким образом, первая полоска вместе со второй представляет значение емкости в так называемых пикофарадах. Третья полоса указывает допустимое отклонение. А четвертая полоса, в свою очередь, означает напряжение номинального типа.

Приводим пример, как обозначается тот или иной элемент: емкость: 23*106 пикофарад (24 Ф), допустимое отклонение от номинала: ±5%, номинальное напряжение: 57 В.

Применение конденсаторов

Конденсатор есть в каждом современном устройстве. Давайте рассмотрим два наиболее очевидных примера.

Пример раз — вспышка

Без конденсора вспышка фотоаппарата работала бы не так, как мы привыкли, а с большими задержками, а вдобавок быстро разряжалась бы батарея. Конденсатор в этом случае работает как аккумулятор. Аккумулирует заряд аккумулятора и сохраняет его до тех пор, пока он не понадобится. Когда нам нужна вспышка, конденсатор разряжается, чтобы она сработала и птичка улетела.

Пример два — тачскрин

Сенсорный экран телефона работает по принципу, аналогичному конденсатору. В самом смартфоне, конечно, тоже много конденсаторов, но этот принцип гораздо интереснее.

Дело в том, что человеческий организм тоже умеет проводить электричество, у него даже есть сопротивление и электрическая емкость. Итак, мы можем рассматривать палец человека как пластину конденсатора: тело — это проводник, почему бы и нет? Но если вы приложите палец к металлической пластине, вы получите плохой конденсатор.

В экран телефона встроен массив микроскопических пластин. Когда мы кладем палец на один из них, мы получаем нечто вроде конденсатора. Когда мы кладем палец на другую пластину, другой конденсатор. Телефон постоянно проверяет записи, и если обнаруживает, что одна из них вдруг изменила свою электрическую емкость, значит, рядом есть палец. Координаты пластины с измененной емкостью передаются в операционную систему телефона и она уже решает, что с этими координатами делать.

Кстати, то же самое можно сделать, если взять обычную колбаску и подвигать ею по экрану смартфона. Сенсорный экран будет реагировать на все прикосновения, точно так же, как он реагирует на человеческий палец.

Это не единственный способ реализации сенсорного экрана, но один из лучших на сегодняшний день. Айфон использует его.

Идея суперконденсатора

Электричество — чрезвычайно универсальная форма энергии с одним недостатком: ее трудно быстро накопить. Химические батареи способны хранить большое количество энергии, но для полной зарядки требуется несколько часов. Конденсаторы лишены этого недостатка — их можно заряжать практически мгновенно. Но его емкость не позволяет хранить большое количество энергии, поэтому идея суперконденсатора, сочетающего в себе лучшие качества химического и электростатического накопления электричества, кажется очень заманчивой.

Несмотря на функциональное сходство, аккумуляторы и конденсаторы устроены совершенно по-разному. Гальванические элементы работают по принципу высвобождения электрической энергии во время химической реакции веществ внутри них. Когда запас активных реагентов исчерпывается, они перестают генерировать разность потенциалов и для нового цикла требуют инициирования обратных химических реакций током для восстановления активных веществ. Основные недостатки аккумуляторов по сравнению с конденсаторами:

• короткий жизненный цикл;
• низкая удельная мощность;
• узкий диапазон температур заряда и разряда;
• неспособность быстро отказаться от всех источников энергии.

Однако обычные конденсаторы не используются в качестве активных источников напряжения из-за их малой емкости. Теоретические и практические суперконденсаторы (ультраконденсаторы) отличаются от обычных суперконденсаторов очень высокой емкостью при высокой плотности запасаемой энергии, что позволяет рассматривать их как альтернативу химическим элементам.

Самые большие коммерческие устройства имеют емкость в несколько тысяч фарад, но их емкости пока не сравнимы с батареями, поэтому такие устройства используются для хранения зарядов в течение относительно короткого промежутка времени. Они нашли широкое применение в качестве электрического эквивалента механических маховиков для сглаживания напряжения источников питания, например, в ветряных турбинах или системах рекуперативного торможения в электромобилях.

Первые ультраконденсаторы появились в середине прошлого века и имели не очень впечатляющие емкости. С тех пор достижения в области материалов привели к утончению диэлектрического слоя до одной молекулы, создавая устройства с исключительными характеристиками. Дальнейшее развитие наноиндустрии стало основой для кардинальных изменений в накоплении электроэнергии. Возможно, в ближайшем будущем на смену суперконденсаторам на основе молекулярно-структурированных пластин и диэлектрического слоя придут капризные и опасные для окружающей среды химические батареи.

Некоторые практические конструкции конденсаторов

На практике применяются различные конструкции планарных конденсаторов. Конструкция устройства определяет его возможности и область применения.

Конденсатор переменной ёмкости

Обычный тип переменного конденсатора (VPC) состоит из блока подвижных и неподвижных пластин, разделенных воздухом или твердым изолятором. Подвижные пластины вращаются вокруг оси, увеличивая или уменьшая площадь перекрытия . При удалении подвижного блока зазор между электродами остается неизменным, но увеличивается и среднее расстояние между пластинами. Диэлектрическая проницаемость изолятора также остается неизменной. Вместимость регулируется изменением площади пластин и среднего расстояния между ними.

KPI в самой высокой (слева) и самой низкой (справа) позиции емкости

Оксидный конденсатор

Раньше такой конденсатор называли электролитическим. Он состоит из двух полосок фольги, разделенных диэлектрической бумагой, пропитанной электролитом. Первая полоска служит пластиной, вторая пластина служит электролитом. Диэлектрик представляет собой тонкий слой оксида на одной из металлических полосок, а вторая полоска служит токосъемником.

Благодаря тому, что оксидный слой очень тонкий и электролит находится очень близко к нему, удалось получить достаточно большие емкости при умеренных размерах. Платой этому стало низкое рабочее напряжение — оксидный слой не обладает высоким электрическим сопротивлением. При увеличении рабочего напряжения необходимо значительно увеличить габариты конденсатора.

Еще проблема в том, что оксид имеет одностороннюю проводимость, поэтому такие емкости используются только в цепях постоянного тока с соблюдением полярности.

Ионистор

Как показано выше, традиционные методы увеличения емкости конденсаторов имеют естественные ограничения. Поэтому настоящим прорывом стало создание ионисторов.

Хотя это устройство считается промежуточным звеном между конденсатором и батареей, но по сути оно все же является конденсатором.

Расстояние между пластинами резко сокращается благодаря использованию двойного электрического слоя. Пластины представляют собой слои противоположно заряженных ионов. Значительно увеличить площадь плит стало возможным за счет вспененных пористых материалов. В результате можно получить суперконденсаторы емкостью до сотен фарад. Врожденная болезнь таких устройств — низкое рабочее напряжение (обычно в пределах 10 вольт).

Развитие техники не стоит на месте: лампы во многих областях заменены биполярными транзисторами, которые, в свою очередь, заменены однополярными триодами. При проектировании схем по возможности стараются избавиться от индуктивностей. И конденсаторы не потеряли своих позиций в течение второго века, их конструкция принципиально не изменилась с момента изобретения лейденской банки, и перспективы на окончание их карьеры отсутствуют.