Главная > Теория > Расчет емкости конденсатора
Конденсаторы – это компоненты, способные хранить электрозаряд или электрическую энергию. Простейшая форма элемента – это две пластины из металла с диэлектриком между ними, не допускающим электрического соединения обкладок. При подаче напряжения в межобкладочном пространстве образуется электрическое поле, с положительным зарядным знаком на одной пластине и с отрицательным – на другой. Распределение заряда одинаково с обеих сторон.
Различные типы конденсаторов
Что такое плоский конденсатор
Рисунок наглядно иллюстрирует сложность обращения с миниатюрной маркировкой. В некоторых ситуациях нельзя выпаивать компоненты из платы, чтобы не повредить соседние радиодетали чрезмерным нагревом. Объективные трудности возникают при механическом удалении надписей или отсутствии сопроводительной документации.
В любом случае до перехода к пpaктическим рекомендациям следует ознакомиться с теорией. Для упрощения рассматривают конструкцию из двух пластин. В цилиндрической конструкции применяют обкладки, свернутые в рулон. Однако при достаточно большой длине достаточно точные расчеты можно выполнить с применением представленных ниже формул.
В следующих условиях можно пренебречь краевыми и другими явлениями, которые способны исказить определение емкости конденсатора:
- свободный промежуток (толщина диэлектрика) значительно меньше размеров пластин;
- эти элементы установлены параллельно;
- отсутствуют внешние электромагнитные поля, либо их силовые параметры незначительны;
- температурный диапазон соответствует рабочему.
Если такое изделие подсоединить к источнику постоянного тока, на обкладках за определенный промежуток времени будут накоплены заряды разной полярности. В отмеченных условиях формируется поле с равномерным распределением силовых линий. Его напряженность (Е) описывается выражением:
E = q*e0* e*S,
где:
- q – это величина заряда;
- e0 – электрическая постоянная, которая определяется в идеальных условиях (вакуум) как 8,854 * 10-12 Ф*м-1;
- e – проницаемость воздушного слоя или другого диэлектрика (справочная величина);
- S – площадь обкладок (пластин).
От чего зависит электроемкость конденсатора
Измеритель емкости конденсаторов
Определить этот параметр можно по формуле:
C = d * e0*e * S.
Здесь, кроме отмеченных выше величин, добавлено расстояние (d) между пластинами. Понятна прямая зависимость от размеров обкладок, расстояния между ними, диэлектрических свойств промежуточного слоя.
Это соотношение объясняет необходимость применения рулонных конструкций. Типовое решение – создание чередующихся слоев из металлического проводника (фольга 8-15 мкм) и бумаги (6-7 мкм).
онструкции керамических дисковых, трубчатых и литых конденсаторов
На рисунке отмечены следующие детали:
- пластины;
- внутренние электроды;
- керамика (диэлектрик);
- выводы.
Уменьшение расстояния между обкладками, кроме ухудшения накопительных свойств, повышает вероятность электрического пробоя.
Маркировка SMD компонентов
SMD компоненты для поверхностного монтажа имеют очень малые размеры, поэтому для них разработана сокращенная буквенно-цифровая кодировка. Буква означает значение емкости в пикофарадах, цифра – множитель в виде степени десяти, например G4 – 1.8*105 пикофарад (180 nF). Если спереди две буквы, то первая означает производителя компонента или рабочее напряжение.
Электролитические конденсаторы SMD могут иметь на корпусе значение основного параметра в виде десятичной дроби, где вместо точки может быть вставлен символ μ (напряжение обозначается буквой V (5V5 – 5.5 вольт) или могут иметь кодированное значение, зависящее от производителя. Положительный вывод обозначается полосой на корпусе.
Маркировка конденсаторов имеет большое число вариантов. Особенно этим отличаются импортные конденсаторы. Часто можно встретить малогабаритные элементы, которые вовсе не имеют каких-либо обозначений. Определить параметры можно только непосредственным измерением или, глядя на обозначение конденсаторов на электрической схеме. Произведенные разными фирмами радиоэлементы могут иметь схожие обозначения, но различные параметры. Здесь расшифровка обозначений должна базироваться на том, какой производитель выпускает преимущественное количество подобных элементов в конкретном устройстве.
Заряд и разряд конденсаторов
Как подобрать конденсатор
Рабочий цикл начинается после подключения в цепь источника тока. Перемещение электронов в батарею повышает положительный потенциал на обкладке. Аналогичный процесс увеличивает отрицательный заряд второго рабочего элемента. Рост напряженности поля ограничен напряжением АКБ (U). Накопленную энергию (W) можно определить следующим образом:
W = d *q2/(2*e0*S) = (U2 * C)/2.
Рабочие циклы
Чтобы зарядить конденсатор через резистор, понадобится определенное время:
t = In (1-U (t)/ (Uип – Uн) * R * C,
где:
- U(t)/Uип/ Uн – напряжение изменения на конденсаторе/источника питания/ начального уровня, соответственно;
- C – электроемкость плоского конденсатора;
- R – электрическое сопротивление.
По этой формуле можно определить резистор, который надо установить в цепь для получения определенного временного интервала. Данная схема – пример простейшего функционального таймера. Для привода в действие исполнительного механизма к выходу можно подсоединить реле либо иной ключ с расчетом на необходимый уровень напряжения сpaбатывания. По аналогичной схеме происходит разрядка, показанная в нижней части рисунка.
Второй способ применения с пользой времени задержки – сглаживание пульсаций. Даже при сильном, но слишком коротком сигнале на входе напряжение на выходе не успеет измениться. Такое защитное устройство отличается простотой и надежностью при точном расчете компонентов схемы.
Пожалуйста, помогите c переводом:
В Италии призывают снять санкции с России
В северо-восточном регионе Италии Венето призывают ЕС и правительство Италии отменить санкции против России. Соответствующую резолюцию принял Региональный совет Венето. Об этом в среду, 11 апреля, сообщает агентство ANSA.
За резолюцию под названием «Российское или венецианское эмбарго» проголосовали 36 советников, против были восемь, двое воздержались.
Русский-Английский
Длина ущелья — 446 км. Его ширина в верхней части колеблется в пределах 6-30 км., в нижней — от 800 до 1000 метров. Максимальная глубина достигает отметки в 1700-1800 метров.
Русский-Английский
Все остальные причины (плохая успеваемость, неразделенная любовь, конфликт с учителем и т.д.) можно преодолеть, если ребенок знает, что дома его любят и ждут, и у него впереди светлое будущее. Полноценное общение ребенка с родителями научит быть уверенным в себе, относиться к происходящему с оптимизмом
Русский-Английский
Уважаемый друг! Ваше пожелание будет сделано, будут добавлены вам бонусы. До встречи
Русский-Английский
Расчёт ёмкости плоских конденсаторов
Конденсатор — для чего нужен, устройство и принцип работы
В идеальных условиях для определения емкости конденсатора (C0) можно применить формулу:
С0 = q/ U.
Диэлектрические свойства промежуточного слоя учитывают дополнением C = C0 * e.
Базовая единица (фарад или сокращенно Ф) слишком велика для типовых электротехнических схем. Поэтому применяют кратные уменьшительные приставки:
- миллифарад (мФ) – 10-3 Ф;
- микрофарад (мкФ) – 10-6 Ф;
- нанофарад (нФ) – 10-9 Ф;
- пикофарад (пФ) – 10-12 Ф.
Емкость один фарад соответствует накопленному единичному заряду (1 Кл), который создает разницу потенциалов на пластинах 1 В. По формуле емкости шара можно вычислить потенциал Земли –700 микрофарад.
Прочие способы измерения
Максимальной точности данных можно достигнуть при применении индикатора иммитанса. Проблема в том, что такие устройства требуют больших бюджетных вложений, зачастую имея цену более 100 тысяч рублей.
Еще один способ – собрать цепь из резистора и конденсатора. Предварительно у первого замеряют сопротивление, а также измеряют напряжение источника питания. Собрав цепь, емкостной элемент закорачивают, подключают цепь к питанию, замеряют напряжение и умножают на 0,95. После раскорачивания замеряют время, за которое напряжение упадет от 100 до 95%. Эту цифру надо поделить на утроенное резисторное сопротивление. Это и будет емкостной показатель в фарадах.
Единицу фарад используют для описания емкостных показателей, как конденсаторных устройств, так и проводников. Для правильного подбора деталей необходимо уметь расшифровывать маркировку на корпусе.
Допустимое напряжение
В предыдущих разделах показано, от чего зависит электроемкость конденсатора. Этот важнейший параметр корректируют с учетом необходимого класса точности. В сложных ситуациях применяют подстроечные модификации. Проверка тестером (осциллографом) поможет выполнить настройку схемы.
Однако для выбора подходящего компонента необходимо учитывать дополнительные хаpaктеристики:
- при поддержании заданного уровня номинального напряжения конденсатор выполняет свои функции в течение длительного срока службы;
- по удельной емкости определяют накопительные свойства в расчете на единицу объема;
- некоторые модели (с электролитом, оксидным диэлектриком) подключают с учетом полярности выводов.
Обязательно следует обратить внимание на допустимое напряжение. Превышение этого порога провоцирует пробой. Некоторые диэлектрики способны восстанавливать функциональность. Другие – полностью выходят из строя после подобного воздействия.
Длительные рабочие циклы в предельных режимах, внешний перегрев или естественное старение способны повысить внутреннее давление до взрывоопасного уровня. Уменьшают вероятность сильных повреждений встроенным клапаном. Также применяют специальные насечки на торцевой части корпуса, которые формируют линии планового разрыва при возникновении аварийной ситуации.
Для повышения точности выбора пользуются дополнительной справочной информацией. Потери и ухудшение основных параметров определяют по следующим критериям:
- электрическое и эквивалентное сопротивление изделия;
- паразитная индуктивность;
- самостоятельный разряд;
- зависимость емкости от температуры;
- остаточные явления поляризации.
К сведению. Если необходимые сведения в сопроводительных документах отсутствуют, узнать точные данные можно на официальном сайте производителя.
В следующем перечне приведены особенности распространенных видов конденсаторов:
- масляные с бумажным диэлектриком рассчитаны на сравнительно низкий частотный диапазон;
- энергонакопительные модели отличаются большими габаритами;
- гигроскопичность бумажных слоев без наполнителя ограничивает область применения средой с низкими показателями относительной влажности;
- диэлектрик из полиамида сохраняет работоспособность при высокой температуре (более +220°C), но значительно увеличивает себестоимость;
- поликарбонат обеспечивает отличные диэлектрические параметры и влагостойкость, но применяют такие изделия при температуре не выше +120°C;
- устойчивостью к внешним нeблагоприятным воздействиям отличаются стеклянные и керамические конденсаторы.
Отдельно следует отметить новое направление – со слоем диэлектрика из ионов лития. По сравнению с аналогичными аккумуляторами, конденсаторы менее опасны, так как конструкция блокирует химические реакции с выделением газа при повышении температуры.
Примеры расчетов
Вас могут заинтересовать и другие калькуляторы из группы «Электротехнические и радиотехнические калькуляторы»:
Электротехнические и радиотехнические калькуляторы
Электроника
— область физики и электротехники, изучающая методы конструирования и использования электронной аппаратуры и электронных схем, содержащих активные электронные элементы (диоды, транзисторы и интегральные микросхемы) и пассивные электронные элементы (резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы), а также соединения между ними.
Радиотехника
— инженерная дисциплина, изучающая проектирование и изготовление устройств, которые передают и принимают радиоволны в радиочастотной области спектра (от 3 кГц до 300 ГГц), также обрабатывают принимаемые и передаваемые сигналы. Примерами таких устройств являются радио- и телевизионные приемники, мобильные телефоны, маршрутизаторы, радиостанции, кредитные карточки, спутниковые приемники, компьютеры и другое оборудование, которое передает и принимает радиосигналы. В этой части Конвертера физических единиц TranslatorsCafe.com представлена группа калькуляторов, выполняющих расчеты в различных областях электротехники, радиотехники и электроники.
Соединение конденсаторов
Чтобы получить необходимую фиксированную емкость (без подстроечных компонентов) применяют параллельное, последовательное и комбинированное сочетания нескольких стандартных конденсаторов.
Расчёт последовательного соединения
В этом варианте на каждой паре пластин накапливается одинаковый заряд (q1 = q2 =…=qn). По закону Кирхгофа Uобщ= U1 + U2 +…+ Un. По базовым формулам и с учетом сделанных замечаний можно эквивалентное значение емкости (Сэкв) узнавать двумя способами:
- Сэкв = q/ (U1 + U2 +…+ Un);
- Cэкв = 1/С1 + 1/С2 +…+1/Сn.
Расчёт параллельного соединения
При таком подключении Uип =U1 = U2 =…= Un, общий заряд вычисляют по сумме накопленных значений на каждой рабочей паре пластин.
Эквивалентную емкость вычисляют по формуле:
Cэкв = q/U =С1 + С2 +…+Сn.
Правила расшифровки маркировки
Сначала разберемся с цифровой маркировкой конденсаторов
. Ели устройство имеет маленькие размеры, то для указания емкости используется стандарт EIA. При наличии в коде только двух цифр, после которых следует буква, их значение соответствует номинальной емкости. Третья цифра в коде представляет собой множитель нуля. Если она находится в диапазоне от 0 до 6, то к первым двум цифрам необходимо добавить соответствующее количество нулей. Скажем, обозначение «463» равно 46*10 3 .
Единицы измерения зависят от размеров устройства, и для маленьких это — пикофарады. В остальных случаях принято использовать микрофарады. Когда цифровое обозначение будет расшифровано, необходимо переходить к буквам. Когда они расположены в составе первых двух символов, то используется один из 2 способов:
- Буква «R» заменяет запятую — надпись 3R2 соответствует емкости в 3,2 пикофарады.
- Буква «р» используется в качестве десятичной запятой — р60 соответствует 0,6 пикофарадам. Буквы «n» и «m» выполняют аналогичную задачу, но соответствуют нано- и микрофараде.
Когда может помочь онлайн-калькулятор
Также может использоваться и смешанная маркировка конденсаторов
, расшифровка которой проводится похожим образом. Однако первая буква в этом случае указывает на минимальную рабочую температуру элемента. Затем следует номинальная емкость устройства и показатели предельных отклонений. На совсем маленьких устройствах может быть нанесен цветовой код. В такой ситуации вам может помочь расшифровать маркировку конденсаторов калькулятор онлайн . Это позволит сэкономить массу времени.
Как проверить емкость конденсатора
Если фабричные обозначения отсутствуют или повреждены, узнать номинал можно с помощью мультиметра в соответствующем режиме измерений.
На рисунке показан соответствующий диапазон положений переключателя типичного прибора
Проверять емкость можно по соотношению C =q/U с применением баллистического гальванометра. Этот специализированный прибор показывает заряд, проходящий через рабочую рамку. Аналогичное измерение не получится выполнить с применением серийного миллиамперметра, в котором привод стрелки обладает меньшей инерционностью. Для сравнения можно взять эталонный конденсатор с известной емкостью.
Проверка путём измерения времени зарядки
Вычислить емкость можно после преобразования рассмотренной выше формулы для таймера:
С = t/(In (1-U (t)/ (Uип – Uн) * R).
Для упрощенных расчетов надо запомнить, что за время t = C * 3R при подключении к источнику постоянного тока напряжение на выводах конденсатора увеличится до 95% от Uип. Соответственно, C = t/3R.
Измерение ёмкостного сопротивления
В частотно-зависимых цепях пригодится формула емкостного (Хс) сопротивления Xc = ½ * π * f *C, где f частота сигнала в цепи.
Проверка исправности тестером
Для уточнения исправности детали достаточно применить «прозвонку» или тестер. Токопроводящая цепь фиксируется в процессе заряда.
Другие виды маркировки
Кроме описанных выше способов кодирования информации о конденсаторах, иногда встречаются и другие, если они были выпущены достаточно давно. В подобной ситуации стоит обратиться к соответствующей справочной литературе
, чтобы сделать правильный выбор. В большинстве случаев вполне достаточно и рассмотренных выше вариантов. Советские конденсаторы маркируются аналогично импортным, но на них может быть использована кириллица для обозначения емкости.
Огромное разнообразие конденсаторов позволяет использовать их практически в любой схеме. Для правильного подбора параметров электрической сети необходимо четко владеть , которые имеют ключевое значение. Сложность возникает из-за того, что она разнится в большом количестве случаев – на нее влияет производитель, страна-экспортер, вид и параметры самого конденсатора, и даже его размеры.
В данной статье рассмотрим основные параметры конденсаторов, которые влияют на их маркировку, а также научимся правильно читать значения, нанесенные производителем даже на самые крохотные изделия.
