Как на схеме обозначается конденсатор: 3. Конденсаторы – Условные графические обозначения на электрических схемах – Компоненты – Инструкции

3. Конденсаторы – Условные графические обозначения на электрических схемах – Компоненты – Инструкции

Наряду с резисторами конденсаторы являются наиболее широко используемыми компонентами электрических цепей. Основные характеристики конденсатора — номинальная ёмкость и номинальное напряжение. Чаще всего в схемах используются постоянные конденсаторы, и гораздо реже — переменные и подстроенные. Отдельной группой стоят конденсаторы, изменяющие свою ёмкость под воздействием внешних факторов.

 

Общие условные графические обозначения конденсаторов постоянной ёмкости приведены на рис. 3.1 и их определяет соответствующий ГОСТ [2].
Номинальное напряжение конденсаторов (кроме так называемых оксидных) на схемах, как правило, не указывают. Только в некоторых случаях, например, в схемах цепей высокого напряжения рядом с обозначением номинальной ёмкости можно указывать и номинальное напряжение (см. рис. 3.1, С4). Для оксидных же конденсаторов (старое название электролитические) и особенно на принципиальных схемах бытовых электронных устройств это давно стало практически обязательным (рис. 3.2).

 

Подавляющее большинство оксидных конденсаторов — полярные, поэтому включать их в электрическую цепь можно только с соблюдением полярности. Чтобы показать это на схеме, у символа положительной обкладки такого конденсатора ставят знак «+», Обозначение С1 на рис. 3.2 — общее обозначение поляризованного конденсатора. Иногда используется.другое изображение обкладок конденсатора (см. рис.3.2, С2 и СЗ).

 
С технологическими целями   или при необходимости уменьшения габаритов в некоторых случаях в один корпус помещают два конденсатора, но выводов делают только три (один из них общий). Условное графическое обозначение

 

Для развязки цепей питания высокочастотных устройств по переменному току применяют так называемые проходные конденсаторы. У них тоже три вывода: два — от одной обкладки («вход» и «выход» ), а третий (чаще в виде винта) — от другой, наружной, которую соединяют с экраном или завёртывают в шасси. Эту особенность конструкции отражает условное графическое обозначение такого конденсатора (рис. 3.3, С1). Наружную обкладку обозначают короткой дугой, а также одним (С2) или двумя (СЗ) отрезками прямых линий с выводами от середины. Условное графическое обозначение с позиционным обозначением СЗ используют при изображении проходного конденсатора в стенке экрана. С той же целью, что и проходные, применяют опорные конденсаторы. Обкладку, соединяемую с корпусом (шасси), выделяют в обозначении такого конденсатора тремя наклонными линиями, символизирующими «заземление» (см. рис. 3.3, С4).

 

Конденсаторы переменной ёмкости (КПЕ) предназначены для оперативной регулировки и состоят обычно из статора и ротора. Такие конденсаторы широко использовались, например, для изменения частоты настройки радиовещательных приёмников. Как говорит само название, они допускают многократную регулировку ёмкости в определенных пределах. Это их свойство показывают на схемах знаком регулирования — наклонной стрелкой, пересекающей базовый символ под углом 45°, а возле него часто указывают минимальную и максимальную ёмкость конденсатора (рис. 3.4). Если необходимо обозначить ротор КПЕ, поступают так же, как и в случае проходного конденсатора (см. рис. 3.4, С2).
Для одновременного изменения ёмкости в нескольких цепях (например, в колебательных контурах) используют блоки, состоящие из двух, трех и большего числе КПЕ. Принадлежность КПЕ к одному блоку показывают на схемах штриховой линией механической связи, соединяющей знаки регулирования, и нумерацией секций (через точку в позиционном обозначении, рис. 3.5). При изображении КПЕ блока в разных, далеко отстоящих одна от другой частях схемы механическую связь не показывают, ограничиваясь только соответствующей нумерацией секций (см. рис. 3.5, С2.1, С2.2, С2.3).

 
Разновидность КПЕ — подстроенные конденсаторы. Конструктивно они выполнены так, что их ёмкость можно изменять только с помощью инструмента (чаще всего отвертки). В условном графическом обозначении это показывают знаком подстроечного регулирования — наклонной линией со штрихом на конце (рис. 3.6). Ротор подстроечного конденсатора обозначают, если необходимо, дугой (см. рис. 3.6, СЗ, С4).

 

 

 

Саморегулирумые конденсаторы (или нелинейные) обладают способностью изменять ёмкость под действием внешних факторов. В радиоэлектронных устройствах часто применяют вариконды (от английских слов vari(able) — переменный и cond(enser) — еще одно название конденсатора). Их ёмкость зависит от приложенного к обкладкам напряжения. Буквенный код варикондов — CU (U— общепринятый символ напряжения, см. табл. 1.1), УГО в этом случае — базовый символ конденсатора, перечеркнутый знаком нелинейного саморегулирования с латинской буквой U (рис. 3.7, конденсатор CU1).
Аналогично построено УГО термоконденсаторов. Буквенный код этой разновидности конденсаторов — СК (рис. 3,7, конденсатор СК2). Температура среды, естественно, обозначается символом tº

 

 

 

 

 

Маркировка постоянных конденсаторов.

Обозначение конденсаторов на схемах

Наряду с самыми распространенными радиокомпонентами резисторами, конденсаторы по праву занимают второе место по использованию в электрических цепях и схемах. Основные характеристиками конденсатора являются номинальная ёмкость и номинальное напряжение. Чаще всего в схемах радиоэлектроники применяются постоянные конденсаторы, и значительно реже – переменные и подстроенные.

Номинальное напряжение конденсаторов обычно на схемах не указывают, хотя иногда и встречается в некоторых случаях, например, в высоковольтных схемах питающего рентгеновского устройства с обозначением номинальной емкости часто пишут и номинальное напряжение. Для оксидных, их еще называют электролитических конденсаторов номинал напряжения, также очень часто указывают.

Большинство оксидных конденсаторов полярные, поэтому включать их в электрическую схемуь можно только с соблюдением полярности. Чтобы отобразить это на схеме, у символа положительной обкладки имеется знак «+» .

Для развязки цепей питания в высокочастотных схемах по переменному току применяют проходные конденсаторы . Они имеют три вывода: два – от одной обкладки («вход» и «выход»), а третий от другой, наружной, которую соединяют с экраном. Эту особенность конструкции отражает условное графическое обозначение такого конденсатора. Наружную обкладку рисуют короткой дугой, а также одним или двумя отрезками прямых линий с выводами от середины. С той же задачей, что и проходные, используют опорные конденсаторы. Обкладку, соединяемую с корпусом, выделяют в обозначении такого конденсатора тремя наклонными линиями, говорящим о « ».

Обозначение конденсаторов переменной емкости (КПЕ) на схемах

КПЕ используются для оперативной регулировки и состоят из статора и ротора. Такие конденсаторы широко применяются, например, для регулировки частоты радиовещательных и телевизионных приёмников. КПЕ допускают многократную регулировку ёмкости в заданных пределах.

Это их свойство отображается на схемах знаком регулировки – наклонной стрелкой, пересекающей базовый символ под углом 45° , а возле него обычно пишут минимальную и максимальную емкость). Если требуется обозначить ротор КПЕ, поступают так же, как и в случае проходного конденсатора

Для одновременного изменения емкости в нескольких цепях применяются блоки, из двух, грех и большего количества КПЕ. Принадлежность КПЕ к блоку указывают на схемах штриховой линией механической связи. При отображении КПЕ блока в разных частях схемы, механическую связь не показывают, ограничиваясь только соответствующей нумерацией секции.

Саморегулирумые конденсаторы (другое название нелинейные) обладают свойством изменять номинал емкость под действием внешних условий. В радиоэлектронных самоделках и конструкциях часто используют

вариконды . Их уровень емкости меняется в зависимости от приложенного к обкладкам напряжения. Буквенный код варикондов – CU , обозначаются на схемах с латинской буквой U

Аналогичным образом обозначают термоконденсаторы . 2 PF) конденсатор от фирмы Kemet.

Конденсаторы изготавливаются с различными типами диэлектриков: NP0, X7R, Z5U и Y5V …. Диэлектрик NP0(COG) обладает низкой диэлектрической проницаемостью, но хорошей температурной стабильностью (ТКЕ близок к нулю). SMD конденсаторы больших номиналов, изготовленные с применением этого диэлектрика наиболее дорогостоящие. Диэлектрик X7R имеет более высокую диэлектрическую проницаемость, но меньшую температурную стабильность. Диэлектрики Z5U и Y5V имеют очень высокую диэлектрическую проницаемость, что позволяет изготовить конденсаторы с большим значением емкости, но имеющих значительный разброс параметров. SMD конденсаторы с диэлектриками X7R и Z5U используются в цепях общего назначения.

В общем случае керамические конденсаторы на

основе диэлектрика с высокой проницаемостью обозначаются

согласно EIA тремя символами, первые два из которых указывают

на нижнюю и верхнюю границы рабочего диапазона температур, а

третий – допустимое изменение емкости в этом диапазоне. 6pF = 4. 7mF

Приведенные ниже принципы кодовой маркировки применяются такими известными фирмами как PANASONIC, HITACHI и др. Различают три основных способа кодирования.

Код содержит два или три знака (буквы или цифры), обозначающие рабочее напряжение и номинальную емкость. Причем буквы обозначают напряжение и емкость, а цифра указывает множитель. В случае двухзначного обозначения не указывается код рабочего напряжения.

Наряду с резисторами конденсаторы являются наиболее широко используемыми компонентами электрических цепей. Основные характеристики конденсатора — номинальная ёмкость и номинальное напряжение. Чаще всего в схемах используются постоянные конденсаторы, и гораздо реже — переменные и подстроенные. Отдельной группой стоят конденсаторы, изменяющие свою ёмкость под воздействием внешних факторов.

Общие условные графические обозначения конденсаторов постоянной ёмкости приведены на рис. 3.1 и их определяет соответствующий ГОСТ .
Номинальное напряжение конденсаторов (кроме так называемых оксидных) на схемах, как правило, не указывают. Только в некоторых случаях, например, в схемах цепей высокого напряжения рядом с обозначением номинальной ёмкости можно указывать и номинальное напряжение (см. рис. 3.1, С4 ). Для оксидных же конденсаторов (старое название электролитические) и особенно на принципиальных схемах бытовых электронных устройств это давно стало практически обязательным (

рис. 3.2 ).

Подавляющее большинство оксидных конденсаторов — полярные, поэтому включать их в электрическую цепь можно только с соблюдением полярности. Чтобы показать это на схеме, у символа положительной обкладки такого конденсатора ставят знак «+», Обозначение С1 на рис. 3.2 — общее обозначение поляризованного конденсатора. Иногда используется.другое изображение обкладок конденсатора (см. рис.3.2 , С2 и СЗ).

С технологическими целями или при необходимости уменьшения габаритов в некоторых случаях в один корпус помещают два конденсатора, но выводов делают только три (один из них общий). Условное графическое обозначение

Для развязки цепей питания высокочастотных устройств по переменному току применяют так называемые проходные конденсаторы .

У них тоже три вывода: два — от одной обкладки («вход» и «выход»), а третий (чаще в виде винта) — от другой, наружной, которую соединяют с экраном или завёртывают в шасси. Эту особенность конструкции отражает условное графическое обозначение такого конденсатора (рис. 3.3 , С1). Наружную обкладку обозначают короткой дугой, а также одним (С2) или двумя (СЗ) отрезками прямых линий с выводами от середины. Условное графическое обозначение с позиционным обозначением СЗ используют при изображении проходного конденсатора в стенке экрана. С той же целью, что и проходные, применяют опорные конденсаторы. Обкладку, соединяемую с корпусом (шасси), выделяют в обозначении такого конденсатора тремя наклонными линиями, символизирующими «заземление» (см. рис. 3.3 , С4).

Конденсаторы переменной ёмкости (КПЕ) предназначены для оперативной регулировки и состоят обычно из статора и ротора. Такие конденсаторы широко использовались, например, для изменения частоты настройки радиовещательных приёмников.

Как говорит само название, они допускают многократную регулировку ёмкости в определенных пределах. Это их свойство показывают на схемах знаком регулирования — наклонной стрелкой, пересекающей базовый символ под углом 45°, а возле него часто указывают минимальную и максимальную ёмкость конденсатора (рис. 3.4). Если необходимо обозначить ротор КПЕ, поступают так же, как и в случае проходного конденсатора (см. рис. 3.4, С2).
Для одновременного изменения ёмкости в нескольких цепях (например, в колебательных контурах) используют блоки, состоящие из двух, трех и большего числе КПЕ. Принадлежность КПЕ к одному блоку показывают на схемах штриховой линией механической связи, соединяющей знаки регулирования, и нумерацией секций (через точку в позиционном обозначении, рис. 3.5 ). При изображении КПЕ блока в разных, далеко отстоящих одна от другой частях схемы механическую связь не показывают, ограничиваясь только соответствующей нумерацией секций (см. рис. 3.5 , С2.1, С2.2, С2.3).

Разновидность КПЕ — подстроенные конденсаторы . Конструктивно они выполнены так, что их ёмкость можно изменять только с помощью инструмента (чаще всего отвертки). В условном графическом обозначении это показывают знаком подстроечного регулирования — наклонной линией со штрихом на конце (рис. 3.6 ). Ротор подстроечного конденсатора обозначают, если необходимо, дугой (см. рис. 3.6 , СЗ, С4).

Саморегулирумые конденсаторы (или нелинейные) обладают способностью изменять ёмкость под действием внешних факторов. В радиоэлектронных устройствах часто применяют вариконды (от английских слов vari(able) — переменный и cond(enser) — еще одно название конденсатора). Их ёмкость зависит от приложенного к обкладкам напряжения. Буквенный код варикондов — CU (U— общепринятый символ напряжения, см. табл. 1.1), УГО в этом случае — базовый символ конденсатора, перечеркнутый знаком нелинейного саморегулирования с латинской буквой U (рис. 3.7, конденсатор CU1).

Аналогично построено УГО термоконденсаторов. Буквенный код этой разновидности конденсаторов — СК (рис. 3,7 , конденсатор СК2). Температура среды, естественно, обозначается символом tº

Конденсаторы: описание, подключение, схема, характеристики

Содержание

• Назначение
• Основные характеристики и разновидности
• Применение
• Пример

---

Назначение конденсаторов

Конденсатор – своего рода аккумулятор с очень малой емкостью. Он быстро разряжается, но и очень быстро заряжается.

Работает это так. При подаче напряжения конденсатор, как губка, впитывает в себя энергию на протяжении некоторого времени и удерживает, пока напряжение не пропадет. При отключении питания, накопленную энергию конденсатор отдает в цепь примерно за то же время, что и копил ее. Что это за время и как его вычислить, узнаем чуть позже.

В анимации процесс накопления и отдачи энергии выглядит так:

Щелкая переключателем, мы подаем или отключаем питание в цепи, а вольтметр наглядно показывает, что происходит с напряжением на этом участке.

---

Основные характеристики и разновидности

• Номинальная ёмкость, измеряемая в Фарадах и обозначаемая в формулах буквой “С” латинской,
• Точность в процентах плюс-минус от номинала,
• Максимальное напряжение в Вольтах, превышение этого параметра выведет конденсатор из строя почти сразу.

По исполнению конденсаторы делятся на два вида: керамический и электролитический. Керамический не имеет полярности, подключать его можно как угодно, максимальная ёмкость ограничена 1 мкФ.

На схемах керамический конденсатор обозначается как две параллельные прямые линии:

Его подвид – переменный конденсатор (ёмкость которого может меняться механическим, электрическим способом или под воздействием температуры) – на схеме дополнительно снабжается стрелкой:

Для ёмкости побольше используются электролитические конденсаторы, они полярны, то есть при подключении нужно убедиться, что плюс контактирует с плюсом, а минус с минусом. -3, то есть 100 миллисекунд или 0,1 секунды.

Вообще, за время конденсатор заряжается или разряжается только на 63%, до 99% он делает это впятеро дольше, потому, что процесс протекает неравномерно. Но, чтобы отличать логический ноль от единицы вполне достаточно ⅔ заряда.

Заряд:

Разряд:

В цепи, где резистор отсутствует, сопротивление все равно существует, в проводах, контактах и других компонентах, но, как правило, суммарное сопротивление всех элементов очень мало, поэтому конденсатор, в такой схеме, разрядится почти мгновенно.

---

Применение

Конденсаторы в электронике применяются очень часто и для многих назначений. Чаще всего:

• для сглаживания пульсаций в питании,
• для сглаживания импульсов в сигналах,
• как источник дополнительной энергии при запуске мощного потребителя с большим стартовым током,
• как аккумулятор в случае отключения основного питания, как правило, чтобы успеть сохранить важную информацию в энергонезависимой памяти,
• для получения импульса большой мощности, превышающей возможности питания.

---

Пример

В качестве примера приведем альтернативный программному аппаратный способ борьбы с дребезгом кнопки и прочих механических переключателей, так называемую RC-цепь, состоящую из резистора и конденсатора. В некоторых ситуациях просто необходимо именно подавление дребезга, например, когда сигнал подключен к пину с включенным прерыванием. Но и в иных случаях он немного разгрузит контроллер и позволит сэкономить чуток его памяти.

К Ардуино подключено две кнопки: к пину 3 – кнопка без RC-цепи, только подтянута резистором 100 кОм к плюсу, к пину 2 – кнопка тоже подтянута к плюсу, но дополнительно оборудована RC-цепью.

На принципиальной схеме все выглядит немного проще и понятнее:

При нажатие на первую кнопку, на пин поступает сигнал с дребезгом:

Какие-то миллисекунды или даже микросекунды сигнал хаотически меняется из-за несовершенства механических контактов, особенно старых, грязных и окисленных. Когда есть возможность, этот период пропускается программно, контроллер делает повторное считывание через 5-20 мс.

С правильно рассчитанной RC-цепью такого безобразия нет. Нажатие кнопки с дребезгом теперь выглядит примерно так:

На нашей схеме установлен керамический конденсатор на 1 мкФ и резистор на 100 кОм, что, согласно формуле дает нам “постоянную времени” равную 10 мс. За 10 мс напряжение на пине гарантировано не упадет до уровня, который контроллер считает нулем, чего вполне хватит для сглаживания практически любого дребезга.

обозначения на схеме. Узнаем как читать обозначения радиодеталей на схеме?

В статье вы узнаете о том, какие существуют радиодетали. Обозначения на схеме согласно ГОСТу будут рассмотрены. Начать нужно с самых распространенных – резисторов и конденсаторов.

Чтобы собрать какую-либо конструкцию, необходимо знать, как выглядят в реальности радиодетали, а также как они обозначаются на электрических схемах. Существует очень много радиодеталей – транзисторы, конденсаторы, резисторы, диоды и пр.

Конденсаторы

Конденсаторы ­– это детали, которые встречаются в любой конструкции без исключения. Обычно самые простые конденсаторы представляют собой две пластины из металла. И в качестве диэлектрического компонента выступает воздух. Сразу вспоминаются уроки физики в школе, когда проходили тему о конденсаторах. В качестве модели выступали две огромные плоские железки круглой формы. Их приближали друг к другу, затем отдаляли. И в каждом положении проводили замеры. Стоит отметить, что вместо воздуха может использоваться слюда, а также любой материал, который не проводит электрический ток. Обозначения радиодеталей на импортных принципиальных схемах отличается от ГОСТов, принятых в нашей стране.

Обратите внимание на то, что через обычные конденсаторы не проходит постоянный ток. С другой же стороны, переменный ток через него проходит без особых трудностей. Учитывая это свойство, устанавливают конденсатор только там, где необходимо отделить переменную составляющую в постоянном токе. Следовательно, можно сделать схему замещения (по теореме Кирхгофа):

1. При работе на переменном токе конденсатор замещается отрезком проводника с нулевым сопротивлением.
2. При работе в цепи постоянного тока конденсатор замещается (нет, не емкостью!) сопротивлением.

Основной характеристикой конденсатора является электрическая емкость. Единица емкости – это Фарад. Она очень большая. На практике, как правило, используются конденсаторы, емкость которых измеряется в микрофарадах, нанофарадах, микрофарадах. На схемах конденсатор обозначается в виде двух параллельных черточек, от которых идут отводы.

Переменные конденсаторы

Существует и такой вид приборов, у которых емкость изменяется (в данном случае за счет того, что имеются подвижные пластины). Емкость зависит от размеров пластины (в формуле S – это ее площадь), а также от расстояния между электродами. В переменном конденсаторе с воздушным диэлектриком например, благодаря наличию подвижной части удается быстро менять площадь. Следовательно, будет меняться и емкость. А вот обозначение радиодеталей на зарубежных схемах несколько отличается. Резистор, например, на них изображается в виде ломаной кривой.

Одна из разновидностей переменных конденсаторов – подстроечные. Они активно применяются в схемах, в которых имеется сильная зависимость от паразитных емкостей. И если установить конденсатор с постоянным значением, то вся конструкция будет работать неправильно. Следовательно, нужно установить универсальный элемент, который после окончательного монтажа можно настроить и зафиксировать в оптимальном положении. На схемах обозначаются точно так же, как и постоянные, но только параллельные пластины перечеркнуты стрелкой.

Постоянные конденсаторы

Эти элементы имеют отличия в конструкции, а также в материалах, из которых они изготовлены. Можно выделить самые популярные типы диэлектриков:

1. Воздух.
2. Слюда.
3. Керамика.

Но это касается исключительно неполярных элементов. Существуют еще электролитические конденсаторы (полярные). Именно у таких элементов очень большие емкости – начиная от десятых долей микрофарад и заканчивая несколькими тысячами. Кроме емкости у таких элементов существует еще один параметр – максимальное значение напряжения, при котором допускается его использование. Данные параметры прописываются на схемах и на корпусах конденсаторов.

Стоит заметить, что в случае использования подстроечных или переменных конденсаторов указывается два значения – минимальная и максимальная емкость. По факту на корпусе всегда можно найти некоторый диапазон, в котором изменится емкость, если провернуть ось прибора от одного крайнего положения в другое.

Допустим, имеется переменный конденсатор с емкостью 9-240 (измерение по умолчанию в пикофарадах). Это значит, что при минимальном перекрытии пластин емкость составит 9 пФ. А при максимальном – 240 пФ. Стоит рассмотреть более детально обозначение радиодеталей на схеме и их название, чтобы уметь правильно читать технические документации.

Соединение конденсаторов

Сразу можно выделить три типа (всего существует именно столько) соединений элементов:

1. Последовательное – суммарная емкость всей цепочки вычислить достаточно просто. Она будет в этом случае равна произведению всех емкостей элементов, разделенному на их сумму.
2. Параллельное – в этом случае вычислить суммарную емкость еще проще. Необходимо сложить емкости всех входящих в цепочку конденсаторов.
3. Смешанное – в данном случае схема разбивается на несколько частей. Можно сказать, что упрощается – одна часть содержит только параллельно соединенные элементы, вторая – только последовательно.

И это только общие сведения о конденсаторах, на самом деле очень много о них можно рассказывать, приводить в пример занимательные эксперименты.

Резисторы: общие сведения

Эти элементы также можно встретить в любой конструкции – хоть в радиоприемнике, хоть в схеме управления на микроконтроллере. Это фарфоровая трубка, на которой с внешней стороны проведено напыление тонкой пленки металла (углерода – в частности, сажи). Впрочем, можно нанести даже графит – эффект будет аналогичный. Если резисторы имеют очень низкое сопротивление и высокую мощность, то используется в качестве проводящего слоя нихромовая проволока.

Основная характеристика резистора – это сопротивление. Используется в электрических схемах для установки необходимого значения тока в определенных цепях. На уроках физики проводили сравнение с бочкой, наполненной водой: если изменять диаметр трубы, то можно регулировать скорость струи. Стоит отметить, что от толщины токопроводящего слоя зависит сопротивление. Чем тоньше этот слой, тем выше сопротивление. При этом условные обозначения радиодеталей на схемах не зависят от размеров элемента.

Постоянные резисторы

Что касается таких элементов, то можно выделить наиболее распространенные типы:

1. Металлизированные лакированные теплостойкие – сокращенно МЛТ.
2. Влагостойкие сопротивления – ВС.
3. Углеродистые лакированные малогабаритные – УЛМ.

У резисторов два основных параметра – мощность и сопротивление. Последний параметр измеряется в Омах. Но эта единица измерения крайне мала, поэтому на практике чаще встретите элементы, у которых сопротивление измеряется в мегаомах и килоомах. Мощность измеряется исключительно в Ваттах. Причем габариты элемента зависят от мощности. Чем она больше, тем крупнее элемент. А теперь о том, какое существует обозначение радиодеталей. На схемах импортных и отечественных устройств все элементы могут обозначаться по-разному.

На отечественных схемах резистор – это небольшой прямоугольник с соотношением сторон 1:3, его параметры прописываются либо сбоку (если расположен элемент вертикально), либо сверху (в случае горизонтального расположения). Сначала указывается латинская буква R, затем – порядковый номер резистора в схеме.

Переменный резистор (потенциометр)

Постоянные сопротивления имеют всего два вывода. А вот переменные – три. На электрических схемах и на корпусе элемента указывается сопротивление между двумя крайними контактами. А вот между средним и любым из крайних сопротивление будет меняться в зависимости от того, в каком положении находится ось резистора. При этом если подключить два омметра, то можно увидеть, как будет меняться показание одного в меньшую сторону, а второго – в большую. Нужно понять, как читать схемы радиоэлектронных устройств. Обозначения радиодеталей тоже не лишним окажется знать.

Суммарное сопротивление (между крайними выводами) останется неизменным. Переменные резисторы используются для регулирования усиления (с их помощью меняете вы громкость в радиоприемниках, телевизорах). Кроме того, переменные резисторы активно используются в автомобилях. Это датчики уровня топлива, регуляторы скорости вращения электродвигателей, яркости освещения.

Соединение резисторов

В данном случае картина полностью обратна той, которая была у конденсаторов:

1. Последовательное соединение – сопротивление всех элементов в цепи складывается.
2. Параллельное соединение – произведение сопротивлений делится на сумму.
3. Смешанное – разбивается вся схема на более мелкие цепочки и вычисляется поэтапно.

На этом можно закрыть обзор резисторов и начать описывать самые интересные элементы – полупроводниковые (обозначения радиодеталей на схемах, ГОСТ для УГО, рассмотрены ниже).

Полупроводники

Это самая большая часть всех радиоэлементов, так как в число полупроводников входят не только стабилитроны, транзисторы, диоды, но и варикапы, вариконды, тиристоры, симисторы, микросхемы, и т. д. Да, микросхемы – это один кристалл, на котором может находиться великое множество радиоэлементов – и конденсаторов, и сопротивлений, и р-п-переходов.

Как вы знаете, есть проводники (металлы, например), диэлектрики (дерево, пластик, ткани). Могут быть различными обозначения радиодеталей на схеме (треугольник – это, скорее всего, диод или стабилитрон). Но стоит отметить, что треугольником без дополнительных элементов обозначается логическая земля в микропроцессорной технике.

Эти материалы либо проводят ток, либо нет, независимо от того, в каком агрегатном состоянии они находятся. Но существуют и полупроводники, свойства которых меняются в зависимости от конкретных условий. Это такие материалы, как кремний, германий. Кстати, стекло тоже можно отчасти отнести к полупроводникам – в нормальном состоянии оно не проводит ток, но вот при нагреве картина полностью обратная.

Диоды и стабилитроны

Полупроводниковый диод имеет всего два электрода: катод (отрицательный) и анод (положительный). Но какие же существуют особенности у этой радиодетали? Обозначения на схеме можете увидеть выше. Итак, вы подключаете источник питания плюсом к аноду и минусом к катоду. В этом случае электрический ток будет протекать от одного электрода к другому. Стоит отметить, что у элемента в этом случае крайне малое сопротивление. Теперь можно провести эксперимент и подключить батарею наоборот, тогда сопротивление току увеличивается в несколько раз, и он перестает идти. А если через диод направить переменный ток, то получится на выходе постоянный (правда, с небольшими пульсациями). При использовании мостовой схемы включения получается две полуволны (положительные).

Стабилитроны, как и диоды, имеют два электрода – катод и анод. В прямом включении этот элемент работает точно так же, как и рассмотренный выше диод. Но если пустить ток в обратном направлении, можно увидеть весьма интересную картину. Первоначально стабилитрон не пропускает через себя ток. Но когда напряжение достигает некоторого значения, происходит пробой, и элемент проводит ток. Это напряжение стабилизации. Очень хорошее свойство, благодаря которому получается добиться стабильного напряжения в цепях, полностью избавиться от колебаний, даже самых мелких. Обозначение радиодеталей на схемах – в виде треугольника, а у его вершины – черта, перпендикулярная высоте.

Транзисторы

Если диоды и стабилитроны можно иногда даже не встретить в конструкциях, то транзисторы вы найдете в любой (кроме детекторного приемника). У транзисторов три электрода:

1. База (сокращенно буквой “Б” обозначается).
2. Коллектор (К).
3. Эмиттер (Э).

Транзисторы могут работать в нескольких режимах, но чаще всего их используют в усилительном и ключевом (как выключатель). Можно провести сравнение с рупором – в базу крикнули, из коллектора вылетел усиленный голос. А за эмиттер держитесь рукой – это корпус. Основная характеристика транзисторов – коэффициент усиления (отношение тока коллектора и базы). Именно данный параметр наряду с множеством иных является основным для этой радиодетали. Обозначения на схеме у транзистора – вертикальная черта и две линии, подходящие к ней под углом. Можно выделить несколько наиболее распространенных видов транзисторов:

1. Полярные.
2. Биполярные.
3. Полевые.

Существуют также транзисторные сборки, состоящие из нескольких усилительных элементов. Вот такие самые распространенные существуют радиодетали. Обозначения на схеме были рассмотрены в статье.

Схема твоего приемника | HamLab

Чтобы правильно соединить детали приемника, ты пользовался рисунками. На них катушку, телефоны, детектор и другие детали и соединения ты видел такими, какими они выглядят в натуре. Это очень удобно для начала, пока приходится иметь дело с совсем простыми радиоконструкциями, в которые входит мало деталей. Но если попытаться изобразить таким способом устройство современного приемника, то получилась бы такая “паутина” проводов, в которой невозможно было бы разобраться. Чтобы этого избежать, любой электроприбор или радиоаппарат изображают схематически, т. е. при помощи упрощенного чертежа – схемы. Так делают не только в электро- и радиотехнике. Посмотри, например, на географическую карту. Судоходная могучая красавица Волга со всеми ее грандиозными сооружениям изображена на карте извивающейся змейкой. Такие крупные города, как Москва, Ленинград, Куйбышев, Владивосток и др., показаны всего лишь кружками. Леса, равнины, горы, моря, каналы изображены на географической .карте тоже упрощенно – схематически.

Различают два вида схем: принципиальные электрические и монтажные. Принципиальные электрические схемы обычно называют просто принципиальными схемами. На принципиальной схеме условными знаками изображают все детали радиотехнического устройства и порядок их соединения. “Читая” принципиальную схему, как географическую карту или чертеж какого-то механизма, легко разобраться в цепях и работе устройства. Но она не дает представления о размерах и размещении его деталей.

Монтажная схема в отличие от принципиальной показывает, как расположены в конструкции детали и соединительные проводники. Собирая приемник, усилитель или любой другой радиоаппарат или прибор, радиолюбитель располагает детали и проводники примерно так, как на монтажной схеме. Но монтаж и проверку правильности всех соединений производит по принципиальной схеме.

Уметь читать радиосхемы совершенно обязательно для каждого, кто хочет стать радиолюбителем. На рис. 33 ты видишь уже знакомые тебе детали и устройства и некоторые другие, с которыми придется иметь дело в дальнейшем. А рядом в кружках – их символические графические изображения на принципиальных схемах. Любую катушку без сердечника, которым может быть металлический или ферритовых стержень, независимо от ее конструкции и числа витков на схеме изображают в виде волнистой линии. Отводы катушек показывают черточками. Если катушка имеет неподвижный ферритовых сердечник, увеличивающий ее индуктивность, его обозначают жирной линией вдоль всей. катушки. Если таким сердечником настраивают контур приемника, как это было в опытном приемнике, его на схеме обозначают так же, но вместе с катушкой пересекают стрелкой.

Рис. 33. Условные графические обозначения некоторых
радиотехнических деталей и устройств на принципиальных схемах.

Любой конденсатор постоянной емкости изображают двумя короткими параллельными линиями, символизирующими две изолированные одна от другой пластины. Конденсаторы переменной емкости изображают так же, как и конденсаторы постоянной емкости, но пересеченными наискось стрелкой, что символизирует переменность емкости этого прибора. Гнезда для подключения провода антенны, головных телефонов или каких-то других устройств или деталей обозначают значками в виде вилки, а зажимы (разборные контакты) – кружками.

Новым для тебя является переключатель. Вместо того чтобы при настройке приемника раскручивать и скручивать проводники, как ты это делал, проводя опыты с первым приемником, выводы и отводы катушки можно соединить с металлическими контактами, размещенными на панели приемника, и в дальнейшем переключение их производить простой перестановкой ползунка переключателя.

Проводники, которыми соединяют детали, обозначают прямыми линиями. Если линии сходятся и в месте их пересечения стоит точка, значит проводники соединены. Отсутствие точки в месте пересечения проводников говорит о том, что они не соединены.

На принципиальных схемах рядом с символическими обозначениями ставят буквы, присвоенные этим деталям или устройствам. Конденсаторам присвоена латинская буква С, резисторам (их раньше называли сопротивлениями) – латинская буква R, катушкам – латинская буква L, головным телефонам – русские буквы Тф, переключателям и выключателям источников тока – буква В, батареям – буква Б, лампам – Л и т. д. Если на схеме несколько конденсаторов, катушек, резисторов или других деталей, то их нумеруют: рядом с буквой ставят цифру, например С1, С2, L1, L2, R1, R2.

На схемах иногда не показывают антенну, заземление, телефоны, ограничиваясь только обозначениями зажимов или гнезд для их подключения. Тогда возле этих зажимов или гнезд ставят соответствующие буквы: АН, Тф. Вот теперь, зная условные обозначения деталей, все варианты детекторного приемника, с которыми ты экспериментировал, можно изобразить их принципиальными схемами.

Принципиальная схема первого варианта опытного приемника показана на рис, 34, а. Ты настраивал приемник переключением заземленного проводника. Поэтому в схему введен переключатель В. Вспомни нашу “прогулку” по цепям приемника и соверши ее еще раз, но уже по принципиальной схеме. От начала катушки L ты попадешь к диоду Д и через него – к телефонам Тф, далее через телефоны по заземленному проводнику, переключатель В и витки катушки L – к исходной точке н. Это – детекторная цепь. Для токов высокой частоты путь из антенны в землю проходит через витки катушки и переключатель В. Это – антенный контур. Настройка контура приемника на радиостанции осуществляется переключателем скачкообразным изменением числа витков, включаемых в контур. Параллельно телефонам подключен блокировочный конденсатор С.

Рис. 34. Принципиальные схемы опытных вариантов детекторного приемника.
а-с настройкой переключением отводов катушки;
б – с настройкой конденсатором переменной емкости;
в – с настройкой ферритовым стержнем.

На схеме штриховыми линиями показав еще конденсатор Са В приемнике такой детали не было. Но символизирующая его электрическая емкость присутствовала – она образовывалась антенной н заземлением и как бы подключалась к настраиваемому контуру.

Принципиальная схема второго варианта опытного, приемника показана на рис. 34, б. Его входной настраиваемый контур состоит из катушки L, имеющей один отвод, введенного тобой конденсатора переменной емкости С2 антенного устройства и антенного конденсатора С1. Включение в контур верхней секции катушки соответствует приему радиостанций средневолнового диапазона, а обеих секций – приему радиостанций длинноволнового диапазона. Таким образом, в приемнике переход с одного диапазона на другой осуществляется переключателем В, а плавная настройка в каждом диапазоне – конденсатором переменной емкости С2.

Третьим вариантом был приемник, настраиваемый ферритовым стержнем. Принципиальная схема такого приемника изображена на рис. 34, в. Он, как видишь, однодиапазонный. Для приема радиостанций другого диапазона катушку L надо заменить, что ты и делал при проведения опытов с этим приемником. Для подключения головных телефонов предусмотрены гнезда Тф.

Конденсатор: определение, схема, характеристика, типы, рабочие

В электрической электронике компонент, используемый для хранения электрической энергии в электрическом поле, известен как «конденсатор». Это пассивное устройство, которое может накапливать электрический заряд на своих пластинах при подключении к источнику напряжения. Конденсаторы состоят из двух выводов, и их действие известно как емкость. Их можно найти во всех электроприборах, что делает их применение таким широким.

Сегодня вы познакомитесь с определением, характеристиками, схемой, типами и работой конденсатора.Вы также узнаете следующее:

• Диэлектрик конденсатора
• Емкость и заряд
• Емкости стандартные
• Конденсатор параллельно и последовательно
• энергии в конденсаторе, &
• Цветовой код конденсатора.

Что такое конденсатор?

Конденсатор – это компонент, который обладает способностью или способностью накапливать энергию в виде электрического заряда, создающего разность потенциалов (статическое напряжение) на своих пластинах.Электрический компонент очень похож на небольшую перезаряжаемую батарею. Проще говоря, конденсатор – это устройство, которое накапливает электрическую энергию в электрическом поле.

Результат конденсатора называется емкостью, которая может существовать между любыми двумя электрическими проводниками в непосредственной близости от цепи. Устройство предназначено для добавления емкости в цепь. Конденсаторы изначально назывались конденсаторными . Сегодня доступны различные типы конденсаторов, от очень маленьких конденсаторных бусинок, используемых в резонансных цепях, до конденсаторов для коррекции коэффициента мощности с большой мощностью.Однако все они выполняют одну и ту же задачу – накапливать заряд.

Кроме того, конденсатор состоит из двух или более параллельных проводящих (металлических) пластин, которые не соединены или не контактируют друг с другом. Однако они электрически разделены либо воздухом, либо каким-либо хорошим изолирующим материалом, например керамикой, вощеной бумагой, слюдой, пластиком или жидким гелем в какой-либо форме. Изолирующий слой между пластинами конденсатора известен как диэлектрик .

Характеристики конденсатора

Характеристики конденсатора можно определить по его температуре, номинальному напряжению, диапазону емкости и его использованию в конкретном приложении.Конденсаторы бывают разных типов и имеют свой уникальный набор характеристик и систем идентификации. Хотя некоторые из них легко распознать, некоторые по-прежнему могут вводить в заблуждение буквами, цветами или символами.

Лучший способ узнать характеристики конденсатора – это выяснить, к какому семейству принадлежит конденсатор: керамический, пленочный, пластиковый или электролитический. Большинство конденсаторов имеют одинаковое значение емкости, они могут иметь разное номинальное напряжение. Таким образом, если конденсатор с меньшим номинальным напряжением заменяется конденсатором с более высоким номинальным напряжением, повышенное напряжение может повредить меньший конденсатор.

Конденсатор с любым другим электронным компонентом может быть разработан с учетом ряда его характеристик. Эти характеристики можно найти в технических паспортах, которые предоставляет производитель конденсаторов. Ниже приведены важные из них.

Подробнее: Заряд конденсатора

Номинальная емкость, (в)

Номинальное значение емкости измеряется в пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ) или микрофарадах (мкФ). Он нанесен на корпус конденсатора цифрами, буквами или цветными полосами.Емкость конденсатора может изменяться в зависимости от частоты цепи (Гц) y в зависимости от температуры окружающей среды. Керамические конденсаторы меньшего размера могут иметь номинальное значение всего один пикофарад (1 пФ), в то время как более крупные электролитические конденсаторы могут иметь номинальное значение емкости до одного фарада (1 Ф).

Рабочее напряжение, (Вт)

Рабочее напряжение – еще одна важная характеристика конденсатора. Он определяет максимальное постоянное напряжение постоянного или переменного тока, которое может без сбоев подаваться на конденсатор в течение его срока службы.Обычно рабочее напряжение печатается на корпусе конденсатора с указанием его рабочего напряжения постоянного тока (WVDC).

Допуск, (±%)

Как и резисторы, конденсаторы также имеют допуски, выраженные как положительное или отрицательное значение в пикофарадах (± пФ) для конденсаторов малой емкости. Как правило, оно меньше 100 пФ или в процентах (±%) для конденсаторов более высокого номинала, как правило, выше 100 пФ. Значение допуска – это степень, в которой фактическая емкость может отклоняться от номинального значения и может находиться в диапазоне от -20% до + 80%.Таким образом, конденсатор емкостью 100 мкФ с допуском ± 20% будет законно изменяться от 80 мкФ до 120 мкФ и оставаться в пределах допуска.

Ток утечки

Диэлектрик, содержащийся в конденсаторе для разделения проводящих пластин, не является идеальным изолятором. Это приводит к очень слабому току, протекающему или «протекающему» через диэлектрик из-за влияния мощных электрических полей, создаваемых зарядом на пластинах при приложении постоянного напряжения питания. Небольшой поток постоянного тока в области наноампер (нА) известен как конденсаторы, ток утечки.Этот ток утечки возникает из-за того, что электроны физически проходят через диэлектрическую среду, вокруг ее краев или через ее выводы и со временем полностью разряжают конденсатор.

Температура рабочая, (Т)

Изменения рабочей температуры вокруг конденсатора могут повлиять на значение емкости из-за изменений диэлектрических свойств. Слишком горячий или слишком холодный воздух или окружающая температура повлияют на значение емкости конденсатора, что может изменить правильную работу схемы.Нормальный рабочий диапазон для большинства конденсаторов составляет от 30 ^o C до +125 ^o C с номинальным напряжением. Рабочая температура не должна превышать +70 ^o C, особенно для пластиковых конденсаторов.

Температурный коэффициент, (TC)

Это максимальное изменение емкости конденсатора в заданном диапазоне температур. Температурный коэффициент конденсатора обычно может быть выражен линейно в частях на миллион на градус Цельсия (PPM / C) или как процентное изменение в определенном диапазоне температур.Хотя некоторые конденсаторы являются нелинейными (конденсаторы класса 2), их значение увеличивается с повышением температуры, что дает им температурный коэффициент, который выражается как положительное значение «P». Некоторые конденсаторы уменьшают свое значение при повышении температуры, чтобы получить температурный коэффициент, который выражается как отрицательный «N».

Поляризация

Поляризация конденсатора обычно относится к электролитическому типу, но в основном к алюминиевому электролитическому, что касается их электрического соединения.Большинство электролитических конденсаторов являются поляризованными, то есть напряжение, подключенное к клеммам конденсатора, должно иметь правильную полярность, т. Е. Положительную полярность и отрицательную отрицательную. Неправильная поляризация может привести к разрушению оксидного слоя внутри конденсатора, что приведет к протеканию через устройство очень больших токов. Таким образом, в результате разрушения.

Эквивалентное последовательное сопротивление, (ESR)

Эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора – это импеданс конденсатора по переменному току, когда он используется на высоких частотах, и включает в себя сопротивление диэлектрического материала.Кроме того, сопротивление постоянному току выводных выводов, сопротивление постоянному току соединений с диэлектриком и сопротивление пластины конденсатора измеряются при определенной частоте и температуре.

В некотором смысле ESR противоположен сопротивлению изоляции, которое представляется как чистое сопротивление (без емкостного или индуктивного реактивного сопротивления) параллельно конденсатору. Идеальный конденсатор должен иметь только емкость, но ESR представлено как чистое сопротивление (менее 0,1 Ом), последовательно включенное с конденсатором (отсюда и название – эквивалентное последовательное сопротивление), которое зависит от частоты, что делает его ДИНАМИЧНОЙ величиной.

Схема конденсатора:

Типы конденсаторов

Существуют различные типы конденсаторов, от очень маленьких с деликатной подстройкой, используемых в генераторах или радиосхемах, до конденсаторов с металлическими банками большой мощности, используемых в схемах коррекции и сглаживания высокого напряжения. Ниже приведены различные типы конденсаторов, используемых в различных приложениях.

Конденсатор диэлектрический

Эти типы конденсаторов обычно являются переменными, где для настройки передатчиков, приемников и транзисторных радиоприемников требуется непрерывное изменение емкости.Конденсаторы с переменной диэлектрической проницаемостью представляют собой многопластинчатые конденсаторы с воздушным зазором, имеющие набор неподвижных пластин (лопатки статора) и набор подвижных пластин (лопатки ротора). Эти лопатки перемещаются между неподвижными пластинами.

Положение подвижных пластин относительно неподвижных пластин определяет общее значение емкости. Емкость обычно максимальна, когда два набора пластин полностью сцеплены вместе.

Обозначение переменного конденсатора

Кроме бесступенчатых конденсаторов, регулируемые конденсаторы предварительно заданного типа также называют подстроечными.Как правило, это небольшие устройства, которые можно отрегулировать или «предварительно установить» на определенное значение емкости с помощью небольшой отвертки, они доступны с очень малой емкостью 500 пФ или меньше и не имеют поляризации.

Пленочный конденсатор типа

Пленочные конденсаторы являются наиболее распространенными типами. Они состоят из относительно большого семейства конденсаторов, различающихся диэлектрическими свойствами, таких как полиэстер (майлар), полистирол, полипропилен, поликарбонат, металлизированная бумага, тефлон и т. Д.Эти типы конденсаторов доступны в диапазоне емкостей от 5 пФ до 100 мкФ в зависимости от фактического типа конденсатора и его номинального напряжения. Они также представлены в ассортименте форм и стилей корпусов, включая обертку и заливку (овальные и круглые), эпоксидные (прямоугольные и круглые), металлические герметичные (прямоугольные и круглые).

Пленочные конденсаторы, в которых в качестве диэлектрика используется полистирол, поликарбонат или тефлон, иногда называют «пластиковыми конденсаторами».

Конденсаторы керамические

Керамические конденсаторы обычно называют конденсаторами DISC. Они сделаны путем покрытия двух сторон небольшого фарфорового или керамического диска серебром и сложены вместе, образуя конденсатор. Когда требуется очень низкое значение емкости, следует использовать один керамический диск размером около 3-6 мм. Керамические конденсаторы имеют высокую диэлектрическую проницаемость (High-K) и доступны, так что относительно высокая емкость может быть получена при небольшом физическом размере.

Эти типы конденсаторов могут демонстрировать большие нелинейные изменения емкости в зависимости от температуры и в результате используются в качестве развязывающих или обходных конденсаторов, поскольку они также являются неполяризованными устройствами.

Конденсаторы электролитические

Электролитические конденсаторы обычно используются, когда требуются очень большие значения емкости. Вместо очень тонкого слоя металлической пленки для одного из электродов используется полужидкий раствор электролита в форме желе или пасты. Полужидкий раствор электролита служит вторым электродом (обычно катодом).

Диэлектрик представляет собой очень тонкий слой оксида, который выращивается электрохимическим способом при производстве, при этом толщина пленки составляет менее десяти микрон.Изолирующий слой настолько тонкий, что можно изготавливать конденсаторы с большим значением емкости при небольшом физическом размере, поскольку расстояние между пластинами d очень мало.

Большинство конденсаторов электролитического типа поляризованы, то есть напряжение постоянного тока, подаваемое на выводы конденсатора, должно иметь правильную полярность, то есть положительную полярность к положительной клемме и отрицательную к отрицательной клемме.

Принцип работы конденсатора

Работа конденсатора менее сложна и понятна.Физическая форма и конструкция практических конденсаторов сильно различаются, и существует множество доступных типов. Большинство конденсаторов имеют по крайней мере два электрических проводника, часто в виде металлических пластин или поверхностей, разделенных диэлектрической средой. Проводник может быть фольгой, тонкой пленкой, металлическим валиком или электролитом. Непроводящий диэлектрик увеличивает зарядную емкость конденсатора.

Конденсаторы

широко используются в составе электрических цепей многих распространенных электрических устройств.Идеальный конденсатор не рассеивает энергию, как резистор. Хотя в реальных условиях конденсаторы рассеивают небольшое количество, когда на выводы конденсатора подается разность электрических потенциалов (напряжение). Например, когда конденсатор подключен к батарее, на диэлектрике возникает электрическое поле, в результате чего чистый положительный заряд собирается на одной пластине, а чистый отрицательный заряд – на другой пластине.

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать больше о работе конденсатора:

Диэлектрик конденсатора

Помимо общего размера проводящих пластин и их расстояния или разнесения друг от друга, тип диэлектрического материала, используемого в конденсаторе, является еще одним фактором, который может повлиять на общую емкость.Это также известно как диэлектрическая проницаемость (ε) диэлектрика. Электропроводящие пластины конденсатора обычно изготавливаются из металлической фольги или металлической пленки, обеспечивающей поток электронов и заряд, но в качестве диэлектрика всегда используется изолятор. В качестве диэлектрика в конденсаторе могут использоваться различные типы изоляционных материалов. Они различаются своей способностью блокировать или пропускать электрический заряд.

Как упоминалось ранее, диэлектрический материал может быть изготовлен из нескольких изоляционных материалов или комбинации этих материалов.Чаще всего используются воздух, бумага, полиэстер, полипропилен, майлар, керамика, стекло, масло или множество других материалов.

Процесс, в котором диэлектрический материал или изолятор увеличивает емкость конденсатора по сравнению с воздухом, известен как диэлектрическая проницаемость, K. Диэлектрик с высокой диэлектрической проницаемостью является гораздо лучшим изолятором, чем диэлектрический материал с более низкой диэлектрической проницаемостью. Диэлектрическая проницаемость является безразмерной величиной, поскольку она относится к свободному пространству.

Заключение

Вот и все для этой статьи, где обсуждались определение, характеристики, схема, типы и работа конденсатора. Я надеюсь, что вы многому научитесь, если так, поделитесь с другими студентами. Спасибо за чтение, до встречи!

Напряжение конденсатора

– обзор

Допустимая пульсация высокого входного напряжения в импульсных преобразователях переменного тока в постоянный

Колебания напряжения конденсатора большой емкости можно выразить как ± (В _{AC_PEAK} −V _SAG ) / 2 × 100%.Например, из рисунка 14.1 видно, что при 85 В переменного тока и при 3 мкФ / Вт напряжение конденсатора будет изменяться от пикового значения 120 В (т.е. 85 × √2) до примерно 96 В. Таким образом, среднее значение составляет (120 + 96). / 2 = 108 В. Это составляет пульсацию напряжения 24 В / 108 В = 0,2, т. Е. 22% или ± 11%.

Мы понимаем, что входная пульсация на ступень высоковольтного импульсного преобразователя больше не находится в пределах обычно декларируемого «правила» пульсации входного напряжения <± 1% для выбора входной емкости типичного маломощного преобразователя постоянного тока в постоянный. .Фактически, в коммерческих приложениях переменного и постоянного тока пульсации входного напряжения до ± 15% могут считаться нормальными или, по крайней мере, приемлемыми / допустимыми, если нежелательными.

Как указывалось ранее, по нескольким причинам использование большой объемной емкости только для сглаживания пульсаций напряжения на самом деле не является коммерчески жизнеспособным вариантом и не помогает улучшить общую производительность системы. Так что на самом деле предпочтительно, чтобы мы, , научились терпеть, если не приветствовать, эту довольно высокую входную пульсацию – используя обходные пути к проблемам, которые он может вызвать.Например, мы знаем, что, по крайней мере, IC контроллера определенно нуждается в более качественной входной фильтрации, иначе она может «вести себя неправильно». Рекомендуемое решение этой проблемы – добавить небольшую маломощную низкочастотную RC-цепь непосредственно перед выводом питания микросхемы контроллера. Это снижает входную пульсацию , видимую IC , до более приемлемого уровня (около ± 1%). В этом случае пульсации высокого напряжения около ± 10% «ощущаются» только силовыми каскадами, и это считается приемлемым.

Мы понимаем, что некоторая пульсация, присутствующая на входной шине питания, также проходит на выходную шину питания любого преобразователя.Этот аспект обсуждался в Глава 12 . Для борьбы с этим эффектом к выходу преобразователя можно добавить LC «постфильтр» (возможно, просто с использованием дешевой стержневой катушки индуктивности, за которой следует конденсатор среднего размера).

Однако в конечном итоге нельзя отрицать, что пульсации входного напряжения, приложенные к секции преобразователя (мощности), довольно велики и действительно влияют на конструкцию преобразователя и общие характеристики (также на его входной фильтр электромагнитных помех). Повторяю, нет правильного ответа на вопрос, какова «правильная» величина пульсации – она ​​основана на оптимизации и тщательных компромиссах при проектировании.

8.3: Анализ начального и установившегося состояния RC-цепей

При анализе цепей резистор-конденсатор всегда помните, что напряжение на конденсаторе не может изменяться мгновенно. Если предположить, что конденсатор в цепи изначально не заряжен, то его напряжение должно быть равно нулю. В тот момент, когда цепь находится под напряжением, напряжение на конденсаторе все еще должно быть нулевым. Если на устройстве нет напряжения, значит, оно ведет себя как короткое замыкание. Мы называем это начальным состоянием. Таким образом, у нас есть первое правило относительно RC-цепей:

\ [\ text {При анализе постоянного тока конденсаторы сначала отображаются как закороченные.} \ label {8.8} \]

Рассмотрим схему рисунка 8.3.1. . Предположим, что \ (C_1 \) и \ (C_2 \) изначально не заряжены и на них нет напряжения.

Рисунок 8.3.1 : Базовая схема резистора-конденсатора (RC).

При подаче питания мгновенно происходит короткое замыкание двух конденсаторов. Если мы перерисуем схему для этого момента времени, мы придем к эквивалентной схеме, показанной на рисунке 8.3.2. .

Рисунок 8.3.2 : Базовая RC-схема, начальное состояние.

Учитывая этот эквивалент, мы видим, что замыкание \ (C_2 \) помещает \ (R_2 \) и \ (R_3 \) параллельно, однако они оба закорочены на \ (C_1 \). Остается только \ (R_1 \) в цепи вместе с источником \ (E \). В этот момент начнут протекать токи и, таким образом, начнется зарядка конденсаторов. По мере роста напряжения конденсатора ток начнет уменьшаться, и в конечном итоге конденсаторы перестанут заряжаться. В этот момент больше не будет протекать ток, и, таким образом, конденсатор будет вести себя как разомкнутый.Мы называем это устойчивым состоянием и можем сформулировать наше второе правило:

\ [\ text {В установившемся режиме конденсаторы отображаются как разомкнутые.} \ Label {8.9} \]

Продолжая пример, в установившемся режиме оба конденсатора ведут себя как размыкающиеся. Это показано на рисунке 8.3.3. . Это оставляет \ (E \) пропускать через \ (R_1 \) и \ (R_2 \). Это создаст простой делитель напряжения. Установившееся напряжение на \ (C_1 \) будет равно напряжению \ (R_2 \). Поскольку \ (C_2 \) также открыт, напряжение на \ (R_3 \) будет равно нулю, а напряжение на \ (C_2 \) будет таким же, как и на \ (R_2 \).

Рисунок 8.3.3 : Базовая RC-цепь, установившаяся.

На самом деле, практические конденсаторы можно рассматривать как идеальную параллельную емкость с очень большим сопротивлением (утечкой), так что у этих характеристик будет предел.

Пример 8.3.1

Учитывая схему рисунка 8.3.4 , найдите напряжение на резисторе 6 кОм как для начального, так и для установившегося режима, предполагая, что конденсатор изначально не заряжен.

Рисунок 8.3.4 : Схема для примера 8.2.4.

В исходном состоянии конденсатор трактуется как короткое замыкание. Эквивалентная схема начального состояния изображена ниже на рисунке 8.3.5. . Сразу видно параллельное соединение между резисторами 6 к \ (\ Omega \) и 3 к \ (\ Omega \). Эта комбинация эквивалентна 2 k \ (\ Omega \). Следовательно, мы можем использовать делитель напряжения, чтобы найти потенциал на 6 k \ (\ Omega \) (то есть на комбинации 2 k \ (\ Omega \)).

Рисунок 8.3.5 : Схема рисунка 8.3.3 , начальное состояние.

\ [V_ {6k} = E \ frac {R_x} {R_x + R_y} \ nonumber \]

\ [V_ {6k} = 24 В \ frac {2 k \ Omega} {2 k \ Omega +1 k \ Omega} \ nonumber \]

\ [V_ {6k} = 16 V \ nonumber \]

В установившемся режиме конденсатор будет полностью заряжен, его ток будет равен нулю, и мы рассматриваем его как обрыв. Схема замещения в установившемся режиме изображена ниже на рисунке 8.3.6. .

Рисунок 8.3.6 : Схема на Рисунке 8.3.3 , устойчивое состояние.

Резистор 3 кОм \ (\ Omega \) теперь не используется, оставляя нас с резистором 6 к \ (\ Omega \) последовательно с резистором 1 к \ (\ Omega \). Еще раз, делитель напряжения может использоваться для определения напряжения на 6 кОм \ (\ Omega \).

\ [V_ {6k} = E \ frac {R_x} {R_x + R_y} \ nonumber \]

\ [V_ {6k} = 24 В \ frac {6k \ Omega} {6k \ Omega +1 k \ Omega} \ nonumber \]

\ [V_ {6k} = 20,57 В \ nonumber \]

Схема конденсатора с параллельными пластинами

А из справочника [8].

Контекст 1

… его основная форма, конденсатор состоит из двух параллельных проводящих пластин, разделенных изолирующим слоем, называемым диэлектриком, как показано на рисунке 1. Конденсаторы могут заряжаться значительно быстрее, чем обычные батареи, поскольку не происходит никаких химических реакций, и их можно повторять десятки тысяч раз с высокой эффективностью без разрушения (6). …

Контекст 2

… плотность и дипольный момент можно настроить с помощью этого модифицированного мета-ПУ.Более высокий объем диполярной плотности достигается зеленым синтезом м-фенилендиамина и дифенилкарбоната, как показано на рисунке 10. Он имеет диэлектрическую проницаемость 5,6, что выше, чем у ароматического полиуретана, из-за увеличенной объемной дипольной плотности N в мета- Блок повторения PU с диэлектрическими потерями в слабом поле (<10 МВ / м) около 1,5% в диапазоне частот от 100 Гц до 1 МГц. ...

Контекст 3

… ArPTU 4,4 ´-дифенилметандиамина (MDA) с тиомочевиной в NMP путем поликонденсации с помощью микроволнового излучения имеет сверхвысокую плотность энергии (∼22 Дж / см 3) , низкие диэлектрические потери в сильных полях и высокой пробойной прочности (~ 1 ГВ / м) и молекулярная масса ~ 8000-12000 г / моль.Об этом полимере сообщил Shan Wu и его коллеги, и он показан на Рисунке 11 со сравнением ArPTU и BOPP. Высокое поле пробоя полярного аморфного полимера обусловлено наличием в аморфной структуре случайных диполей, которые обеспечивают значительно более сильное рассеяние на носителях заряда. …

Context 4

… синтезирован новый набор ароматической политиомочевины и охарактеризован для применения в конденсаторах, диэлектриках, показанных на рисунке 12, с помощью вычисления DFT.Диэлектрические постоянные, энергия запрещенной зоны (E g), диэлектрические потери (tanδ), среднечисловая молекулярная масса (M n), температура разложения (T d) и прочность на пробой перечислены в таблице 5. Диэлектрическая проницаемость для PDTC-HK511 показывает самый высокий среди других из-за его гибкой полярной кислородной группы внутри повторяющейся единицы. …

Контекст 5

… карбонат Мета-ароматическая полимочевина Рис. 10. Синтетический путь мета-ПУ из Ref. …

Контекст 6

… являются двумя дополнительными путями, с помощью которых возможно сшивание, через водородные связи или субмикроскопическое разделение фаз уретансодержащих блоков в основной цепи полимера, что приводит к диспергированию твердых областей, прикрепленных к матрице каучукоподобного материала (46). Полиэтиленгликольсодержащие полиуретаны, такие как полиуретан полиэтиленгликоль 200, полиуретан полиэтиленгликоль 600 и полиуретановый эластомер полипропиленгликоль 450, обладают низкими диэлектрическими постоянными. приложений, как показано на рисунке 13 и в таблице 6….

Контекст 7

… например, γ-фаза имеет самую большую плотность энергии 14 Дж / см 3 по сравнению с другими тремя фазами, которые находятся в диапазоне 1,5 Дж / см 3 (7 ). На рисунке 14 показаны результаты диэлектрической проницаемости при комнатной температуре трех образцов A, B и C, кристаллизованных из раствора при 60, 90 и 120 ° C с различным соотношением α- и β-фаз. Увеличение диэлектрических потерь с увеличением частоты, наблюдаемое в высокочастотных областях, связано с процессом β-релаксации, связанным с стеклованием PVDF….

Контекст 8

… Химическое пространство органического полимера (показано на рис. 15), состоящее из семи основных строительных блоков -CH 2, NH, CO, C 6 H 4, C 4 H 2 S , CS и O был выбран для начальных высокопроизводительных вычислений. Любой n-блочный полимер здесь был получен путем линейного соединения n блоков, каждый из которых был взят из семи возможностей, и вычисления DFT проводились приблизительно для 300 …

Context 9

…был применен к структуре с наименьшей энергией каждого полимера для вычисления диэлектрических постоянных и запрещенных зон, которые нанесены друг на друга на рисунке 16. Из DFPT диэлектрическая проницаемость вычисляется как два отдельных компонента: электронная часть, которая зависит от атомной поляризуемости. , и ионная часть, которая исходит от ИК-активных колебательных мод, присутствующих в системе. …

Контекст 10

… расчеты показали, что эти системы действительно демонстрируют лучшие диэлектрические постоянные по сравнению с органическими продуктами для данного значения ширины запрещенной зоны; полимеры на основе сложного эфира Sn были синтезированы и протестированы надлежащим образом.Как показано на Рисунке 17, некоторые из оловоорганических полиэфиров показали чрезвычайно высокие диэлектрические постоянные> 6 для запрещенной зоны> 6 эВ (Фиг.18). Сообщается о влиянии количества загрузки олова в повторяющихся звеньях полимера за счет изменения длины алифатических разделителей на такие свойства, как низкоэнергетические структурные мотивы, диэлектрические постоянные, диэлектрические потери и запрещенная зона по энергии. …

Контекст 11

… количества (5, (62) (63) (64). Расчеты DFT показали, что эти системы действительно демонстрируют лучшие диэлектрические постоянные по сравнению с органическими веществами для данного значения ширины запрещенной зоны; Sn полимеры на основе сложных эфиров были синтезированы и испытаны надлежащим образом.Как показано на Рисунке 17, некоторые из оловоорганических полиэфиров показали чрезвычайно высокие диэлектрические постоянные> 6 для запрещенной зоны> 6 эВ (Фиг.18). Сообщается о влиянии количества загрузки олова в повторяющихся звеньях полимера за счет изменения длины алифатических разделителей на такие свойства, как низкоэнергетические структурные мотивы, диэлектрические постоянные, диэлектрические потери и запрещенная зона по энергии. Это новое исследование предполагает увеличение диэлектрической проницаемости за счет включения атомов металла …

Контекст 12

… Новое исследование предполагает, что увеличение диэлектрической проницаемости за счет включения атомов металла, ковалентно связанных в основную цепь полимера, уменьшает, а в некоторых случаях устраняет трудности диспергирования, такие как агломерация частиц, наблюдаемая в наночастицах и нанокомпозитах. Сложные эфиры поли (диметилолова) синтезируют методом межфазной полимеризации, описанным Зилха и Каррахером, с некоторыми модификациями, как показано на фиг.19. двухосновная кислота и полимеризация происходили на границе образующихся мицелл….

Контекст 13

… диапазон стабильности от 215 до 265 ° C. Алифатические полиэфиры олова имеют диэлектрическую проницаемость 5,3–6,6 и большую ширину запрещенной зоны 4,7–6,7 эВ, что свидетельствует о высоком потенциале пробоя полимеров, как показано на рисунке 17 (63). Когда количество метиленовых спейсеров увеличивается с одного до трех, наблюдается уменьшение диэлектрической проницаемости и скачок ко вторым максимумам на шести метиленовых спейсерах, содержащих полимеры, как предсказано методом DFT….

Контекст 14

… успешный дизайн новых полимеров на основе Sn проложил путь к исследованию полимеров, содержащих различные металлы, выбранные из периодической таблицы. На рисунке 18 представлены результаты вычислений методом DFT для металлоорганических полимеров, состоящих из (соответственно) девяти различных атомов металла; Кроме того, для сравнения показаны все органические вещества, рассмотренные в предыдущем разделе. Системы на основе металлов явно превосходят чистые органические соединения с точки зрения высоких диэлектрических постоянных для данных значений ширины запрещенной зоны….

Контекст 15

… его основная форма, конденсатор состоит из двух параллельных проводящих пластин, разделенных изолирующим слоем, называемым диэлектриком, показанным на рисунке 1. Конденсаторы могут заряжаться значительно быстрее, чем обычные батареи. поскольку не происходит никаких химических реакций, и их можно повторять десятки тысяч раз с высокой эффективностью без разрушения. …

Контекст 16

… плотность и дипольный момент можно настроить с помощью этого модифицированного мета-PU.Более высокий объем дипольной плотности достигается зеленым синтезом м-фенилендиамина и дифенилкарбоната, как показано на рисунке 10. Он имеет диэлектрическую постоянную 5,6, что выше, чем у ароматического полиуретана, из-за увеличенной объемной дипольной плотности N в мета-полиуретане. повторяющийся блок с диэлектрическими потерями в слабом поле (<10 МВ / м) около 1,5% в диапазоне частот от 100 Гц до 1 МГц. ...

Контекст 17

… ароматическая политиомочевина (ArPTU) 4,4′-дифенилметандиамина (MDA) с тиомочевиной в NMP с помощью поликонденсации с помощью микроволнового излучения, как сообщается, имеет сверхвысокую плотность энергии (~ 22 Дж / cc), низкие диэлектрические потери в сильных полях и высокой пробойной прочности (~ 1 ГВ / м) и молекулярная масса от ~ 8000 до 12000 г / моль.Об этом полимере сообщает Shan Wu et al. и показан на рисунке 11 со сравнением ArPTU и BOPP. Высокое поле пробоя полярного аморфного полимера обусловлено наличием в аморфной структуре случайных диполей, которые обеспечивают значительно более сильное рассеяние на носителях заряда. …

Контекст 18

… ограничения 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 этого полимера является его неспособность образовывать свободно стоящие пленки в первую очередь из-за его низкой молекулярной массы.[44] Недавно был синтезирован новый набор ароматической политиомочевины и охарактеризован для применения в диэлектрике конденсаторов, показанных на рисунке 12, с помощью вычислений методом DFT. Диэлектрические постоянные, энергия запрещенной зоны (E g), диэлектрические потери (tanδ), среднечисловая молекулярная масса (M n), температура разложения (T d) и прочность на пробой перечислены в таблице 6. …

Контекст 19

… высокая диэлектрическая проницаемость при температуре перехода и высокие диэлектрические потери наблюдаются из-за введения второй фазы с высокой межфазной поляризацией, что указывает на двухфазную структуру.[47] Недавно была синтезирована новая серия полиуретана и охарактеризована для применения в диэлектрике, как показано на Рисунке 13 и Таблице 7. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 Полиуретаны обладают более высокими диэлектрическими постоянными по сравнению с полимочевинами из-за более высокого электроотрицательный атом кислорода (по сравнению с азотом) в повторяющейся единице полимера, что помогает улучшить ионную поляризуемость.Здесь аналогичная ситуация наблюдается с полимочевиной с количеством алифатических прокладок, снижающих диэлектрическую проницаемость материала. …

Контекст 20

… пример, γ-фаза имеет самую большую плотность энергии 14 Дж / куб.см по сравнению с другими тремя фазами, которые находятся в диапазоне 1,5 Дж / куб. [8] На рисунке 14 показаны результаты диэлектрической проницаемости при комнатной температуре трех образцов A, B и C, кристаллизованных из раствора при 60, 90 и 120 o C с различными пропорциями α и β фаз.Увеличение диэлектрических потерь с увеличением частоты, наблюдаемое в высокочастотных областях, связано с процессом β-релаксации, связанным с стеклованием PVDF. …

Контекст 21

… химическое пространство органического полимера (показано на рисунке 15), состоящее из семи основных строительных блоков: CH 2, NH, CO, C 6 H 4, C 4 H 2 S, CS и O-был выбран для начальных высокопроизводительных вычислений. Любой n-блок-полимер здесь был получен путем линейного соединения n блоков, каждый из которых был взят из 7 возможных, и расчеты DFT были выполнены для приблизительно 300 4-блок-полимеров….

Контекст 22

… Рисунок 15. Химическое подпространство полимеров, образованное линейными комбинациями 7 основных химических единиц. …

Контекст 23

… был применен к структуре с наименьшей энергией каждого полимера для вычисления диэлектрической проницаемости и ширины запрещенной зоны, которые нанесены друг на друга на рисунке 16. Из DFPT диэлектрическая проницаемость равна вычисляется как два отдельных компонента: электронная часть, которая зависит от атомной поляризуемости, и ионная часть, которая исходит от ИК-активных колебательных мод, присутствующих в системе….

Контекст 24

… Расчеты DFT показали, что эти системы действительно демонстрируют лучшие диэлектрические постоянные по сравнению с органическими веществами для данного значения ширины запрещенной зоны; полимеры на основе сложного эфира олова были синтезированы и испытаны надлежащим образом. Как показано на Рисунке 17, некоторые из оловоорганических полиэфиров показали чрезвычайно высокие диэлектрические постоянные> 6 для ширины запрещенной зоны> 6 эВ. . 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 Рисунок 18….

Контекст 25

… как показано на рисунке 17, некоторые из оловоорганических полиэфиров показали чрезвычайно высокие диэлектрические постоянные> 6 для ширины запрещенной зоны> 6 эВ. . 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 Рис. все органические и металлоорганические полимеры. …

Контекст 26

… новое исследование показывает, что увеличение диэлектрической проницаемости за счет включения атомов металла, ковалентно связанных в основную цепь полимера, уменьшает, а в некоторых случаях устраняет трудности диспергирования, такие как агломерация частиц, наблюдаемая в наночастицы и нанокомпозиты.Сложные эфиры поли (диметилолова) синтезируют методом межфазной полимеризации, описанным Зилха и Каррахером, с некоторыми модификациями, показанными на фиг.19. Во время реакции органическую фазу, содержащую диметилолово дихлорид в тетрагидрофурановом растворителе, добавляют к быстро перемешиваемому водному раствору депротонированной двухосновной кислоты. и полимеризация происходила на границе образующихся мицелл. …

Контекст 27

… Успешная разработка новых полимеров на основе Sn проложила путь к исследованию полимеров, содержащих различные металлы, выбранные из периодической таблицы.На рисунке 18 представлены результаты вычислений методом DFT для металлоорганических полимеров, состоящих из (соответственно) 9 различных атомов металла; Кроме того, для сравнения показаны все органические вещества, рассмотренные в предыдущем разделе. Системы на основе металлов явно превосходят чистые органические соединения с точки зрения высоких диэлектрических постоянных для данных значений ширины запрещенной зоны. …

Лаборатория 4 – Зарядка и разрядка конденсатора

Введение

Конденсаторы – это устройства, которые могут накапливать электрический заряд и энергию.Конденсаторы имеют несколько применений, например, в качестве фильтров в источниках питания постоянного тока и в качестве аккумуляторов энергии для импульсных лазеров. Конденсаторы пропускают переменный ток, но не постоянный, поэтому они используются для блокировки постоянной составляющей сигнала, чтобы можно было измерить переменную составляющую. Физика плазмы использует способность конденсаторов накапливать энергию. В физике плазмы часто требуются короткие импульсы энергии при чрезвычайно высоких напряжениях и токах. Конденсатор можно медленно заряжать до необходимого напряжения, а затем быстро разряжать для обеспечения необходимой энергии.Можно даже зарядить несколько конденсаторов до определенного напряжения, а затем разрядить их таким образом, чтобы получить от системы большее напряжение (но не больше энергии), чем было вложено. В этом эксперименте используется схема RC , которая является одной из простейших схем, в которой используется конденсатор. Вы изучите эту схему и способы изменения ее эффективной емкости, комбинируя конденсаторы последовательно и параллельно.

Обсуждение принципов

Конденсатор состоит из двух проводов, разделенных небольшим расстоянием.Когда проводники подключены к зарядному устройству (например, к батарее), заряд передается от одного проводника к другому до тех пор, пока разность потенциалов между проводниками из-за их равного, но противоположного заряда не станет равной разности потенциалов между клеммами. зарядного устройства. Количество заряда, накопленного на любом проводнике, прямо пропорционально напряжению, а константа пропорциональности известна как емкость . Это записывается алгебраически как Заряд C измеряется в единицах кулонов (C), напряжение

ΔV

в вольт (В) и емкость C в единицах фарад (F). Конденсаторы – физические устройства; Емкость – свойство устройства.

Зарядка и разрядка

В простой RC-цепи резистор и конденсатор соединены последовательно с батареей и переключателем. См. Рис.1.

Рисунок 1 : Простая RC-цепь

Когда переключатель находится в положении 1, как показано на рис. 1 (а), заряд на проводниках через некоторое время достигает максимального значения. Когда переключатель переведен в положение 2, как на рис.1 (b), аккумулятор больше не является частью цепи и, следовательно, заряд конденсатора не может быть восполнен. В результате конденсатор разряжается через резистор. Если мы хотим исследовать зарядку и разрядку конденсатора, нас интересует, что происходит сразу, после того, как переключатель перемещается в положение 1 или положение 2, а не дальнейшее поведение схемы в ее установившемся состоянии. Для схемы, показанной на рис. 1 (а), уравнение петли Кирхгофа можно записать как Решение уравнения.(2) является

(3)

Q = Q _f 1 – e ^{(−t / RC)} где

Q _f

представляет собой окончательный заряд на конденсаторе, который накапливается через бесконечный промежуток времени, R – сопротивление цепи, а C – емкость конденсатора. Из этого выражения вы можете видеть, что заряд растет экспоненциально во время процесса зарядки.См. Рис. 2 (а). Когда переключатель перемещается в положение 2, для схемы, показанной на рис. 1 (b), уравнение петли Кирхгофа теперь имеет вид Решение уравнения. (4) является

(5)

Q = Q ₀ e ^{(−t / RC)}

где

Q ₀

представляет начальный заряд на конденсаторе в начале разряда, т. е. при

t = 0.

Из этого выражения видно, что заряд экспоненциально затухает при разряде конденсатора, и что для полной разрядки требуется бесконечное количество времени.См. Рис. 2 (b).

Рисунок 2 : График изменения во времени

Постоянная времени

τ Произведение

RC

(имеющее единицы времени) имеет особое значение; это называется постоянной времени цепи. Постоянная времени – это время, необходимое для повышения заряда зарядного конденсатора до 63% от его конечного значения. Другими словами, когда

t = RC,

(6)

Q = Q _f 1 – e ⁻¹ а также

(7)

1 – е ⁻¹ = 0.632.

Другой способ описать постоянную времени – сказать, что это количество секунд, необходимое для того, чтобы заряд на разряжающемся конденсаторе упал до 36,8%

(e ^-1 = 0,368)

от своего начального значения. Мы можем использовать определение

(I = dQ / dt)

тока через резистор и уравнение. (3) Q = Q _f 1 – e ^{(−t / RC)} и уравнение. (5)

Q = Q ₀ e ^{(−t / RC)}

, чтобы получить выражение для тока во время процессов зарядки и разрядки.

(8)

зарядка: I = + I ₀ e ^{−t / RC}

(9)

разгрузка: I = −I ₀ e ^{−t / RC}

где в формуле. (8) Зарядка

: I = + I ₀ e ^{−t / RC}

и уравнение. (9)

разряд: I = −I ₀ e ^{−t / RC}

– максимальный ток в цепи в момент времени t = 0. Тогда разность потенциалов на резисторе будет выражаться следующим образом.

(10)

зарядка: ΔV = + ΔV _f e ^{−t / RC}

(11)

нагнетание: ΔV = – ΔV ₀ e ^{−t / RC}

Обратите внимание, что во время процесса разрядки ток будет течь через резистор в обратном направлении. Следовательно, I и

ΔV

в уравнении. (9)

разряда: I = −I ₀ e ^{−t / RC}

и уравнение. (11)

разряд: ΔV = – ΔV ₀ e ^{−t / RC}

отрицательны.Это напряжение как функция времени показано на рис.3.

Рисунок 3 : Напряжение на резисторе как функция времени

Полезно описывать зарядку и разрядку в терминах разности потенциалов между проводниками (т.е. «напряжение на конденсаторе»), поскольку напряжение на конденсаторе можно измерить непосредственно в лаборатории. Используя соотношение

Q = C ΔV,

Ур. (3) Q = Q _f 1 – e ^{(−t / RC)} и уравнение.(5)

Q = Q ₀ e ^{(−t / RC)}

, которые описывают зарядку и разрядку конденсатора, можно переписать в терминах напряжения. Просто разделите оба уравнения на

C,

, и отношения станут следующими.

(12)

зарядка: ΔV = ΔV _f 1 – e ^{(−t / RC)}

(13)

нагнетание: ΔV = ΔV ₀ e ^{(−t / RC)}

Обратите внимание, что эти два уравнения похожи по форме на формулу.(3) Q = Q _f 1 – e ^{(−t / RC)} и уравнение. 5

Q = Q ₀ e ^{(−t / RC)}

. График зависимости напряжения на конденсаторе от времени показан на рисунке 4 ниже.

Рисунок 4 : Напряжение на конденсаторе как функция времени

Переставив уравнение. (12) зарядка: ΔV = ΔV _f 1 – e ^{(−t / RC)} получаем Возьмите натуральный логарифм (ln) от обеих частей этого выражения и умножьте на –1, чтобы получить

(15)

−ln =.

График зависимости

−ln ((ΔV _f – ΔV) / ΔV _f )

от времени даст прямолинейный график с наклоном 1/ RC . Точно так же для процесса разряда уравнение. 13

разрядка: ΔV = ΔV ₀ e ^{(−t / RC)}

можно переписать, чтобы получить Возьмите натуральный логарифм (ln) от обеих частей этого выражения и умножьте на –1, чтобы получить

(17)

−ln =.

График зависимости

−ln (ΔV) / ΔV ₀ )

от времени даст прямолинейный график с наклоном 1/ RC .

Использование прямоугольной волны для имитации роли переключателя

В этом эксперименте вместо переключателя мы будем использовать генератор сигналов, который может генерировать периодические волновые формы различной формы, такие как синусоидальная волна, треугольная волна и прямоугольная волна. Также можно регулировать как частоту, так и амплитуду формы волны. Здесь мы будем использовать генератор сигналов для создания изменяющегося во времени напряжения прямоугольной формы на конденсаторе, аналогичного показанному на рис.5.

Рисунок 5 : Прямоугольная волна с периодом Τ

Выходное напряжение генератора сигналов изменяется назад и вперед от постоянного положительного значения до постоянного нуля вольт через равные интервалы времени t . Время

T = 2t

– это период прямоугольной волны. В течение первой половины цикла, когда напряжение положительное, это похоже на то, что переключатель находится в положении 1. Во второй половине цикла, когда напряжение равно нулю, это то же самое, что переключатель находится в положении 2. .Таким образом, прямоугольная волна, представляющая собой напряжение постоянного тока, которое периодически включается и выключается, служит одновременно аккумулятором и переключателем в схеме на рис. Генератор сигналов позволяет выполнять это переключение многократно, и можно оптимизировать сбор данных, регулируя частоту повторения. Эта частота будет зависеть от постоянной времени RC-цепи. Когда время t больше постоянной времени τ RC-цепи, у конденсатора будет достаточно времени для зарядки и разрядки, и напряжение на конденсаторе будет таким, как показано на рис.4.

Объектив

В этом эксперименте (смоделированный компьютером) осциллограф будет использоваться для отслеживания разности потенциалов и, следовательно, косвенно заряда конденсатора. Измерения напряжения будут использоваться двумя разными способами для вычисления постоянной времени цепи. Наконец, конденсаторы будут подключены параллельно, чтобы проверить их эквивалентную емкость.

Оборудование

• Печатная плата PASCO
• Сигнальный интерфейс с выходной мощностью
• Соединительные провода
• Программное обеспечение Capstone

Процедура

Распечатайте лист для этой лабораторной работы.Этот лист понадобится вам для записи ваших данных.

Настройка RC-цепи

Печатная плата RLC, которую вы будете использовать, среди других элементов состоит из трех резисторов и двух конденсаторов. См. Рис. 6 ниже. Теоретически вы можете использовать разные комбинации резисторов и конденсаторов. В этом эксперименте вы будете использовать резисторы 33 и 100 Ом и два конденсатора.

Рисунок 6 : Печатная плата RLC

1

Подключите крайнюю правую выходную клемму сигнального интерфейса к резистору 33 Ом в точке 2.

2

Чтобы обойти индуктор, подключите провод от точки 8 к точке 9.

3

Подключите точку 6 ко второй выходной клемме сигнального интерфейса, чтобы замкнуть цепь.

4

Подключите пробник напряжения к аналоговому каналу A.

5

Чтобы измерить напряжение на конденсаторе, подключите черный провод датчика напряжения к точке 6, а красный провод – к точке 9. Убедитесь, что земля интерфейса (вывод «-») подключена к той же стороне конденсатора, что и земля генератора сигналов (выход мощности).Подключение вашей схемы должно выглядеть так, как показано на рис.7.

Рисунок 7 : Принципиальная схема

Контрольная точка 1:
Попросите своего технического специалиста проверить соединения вашей цепи.

Процедура A: Постоянная времени контура

В этом эксперименте мы будем использовать компьютер для эмуляции осциллографа.

6

Откройте файл Capstone, связанный с этой лабораторной работой.Отобразится экран, аналогичный показанному на рис. 8.

Рисунок 8 : Начальный экран файла Capstone

7

Настройте генератор сигналов на создание положительной прямоугольной волны, выбрав положительную прямоугольную волну в окне генератора сигналов, как показано на рисунке 9 ниже.

Рисунок 9 : Окно генератора сигналов

8

Если это еще не установлено при открытии файла Capstone, настройте генератор сигналов на создание прямоугольной волны амплитудой 5 В с частотой 20 Гц и установите смещение напряжения на 5 В.

9

Включите генератор сигналов, щелкнув ON в окне генератора сигналов.

10

Чтобы контролировать сигнал, нажмите кнопку START в главном окне. Потребуется отрегулировать шкалы времени и напряжения, чтобы получить кривую сигнала, подобную показанной на рис. 10. Это позволит вам наблюдать, как напряжение на конденсаторе изменяется как функция времени. Для этого установите курсор на любое значение вдоль оси, которую вы хотите увеличить, и переместите курсор влево-вправо или вверх-вниз по мере необходимости.При правильном увеличении у вас будет только одна длина волны на графике, как на кривой на рис.10.

Рисунок 10 : Трасса сигнала

Если в любой момент вы захотите удалить записанный набор данных, нажмите кнопку Delete Last Run под графиком.

11

Нажмите кнопку Показать координаты из кнопок над графиком. См. Рис.11.

Рисунок 11 : Показать координаты

Когда активна функция отображения координат, показания напряжения и времени отображаются, куда бы вы их ни перетащили, как на рис.11. Используя этот инструмент, определите и запишите время начала (то есть, когда кривая начиналась от 0 вольт) на рабочем листе.

12

Вычислите 63,2% максимального напряжения,

ΔV _f ,

(которое должно быть 5 В), настройку амплитуды генератора сигналов. Используя Показать координаты , определите и запишите время начала (то есть, когда кривая началась вверх с 0 вольт) на рабочем листе.

13

Из этих двух значений времени определите и запишите время, необходимое для перехода сигнала от Δ V = 0 до Δ V = 0.632

ΔV _f .

Это ваше экспериментальное значение для RC .

14

В рабочем листе введите принятые значения сопротивления и емкости, которые напечатаны на печатной плате.

15

Вычислите экспериментальное значение емкости, используя свое экспериментальное значение для RC и принятое значение R . Запишите это на листе.

16

Вычислите ошибку в процентах, используя два значения емкости.См. Приложение Б.

Контрольная точка 2:
Попросите своего технического специалиста проверить ваши данные и расчеты, прежде чем продолжить.

Процедура B: Расчет емкости графическими методами

17

Запишите максимальное напряжение на листе.

18

Из записанных данных найдите с помощью интеллектуального инструмента моменты времени, когда Δ V = 1, 2, 3 и 4 вольта на восходящей части кривой.Запишите эту информацию в Таблицу данных 1 на рабочем листе. Примечание : Возможно, вам придется сильно увеличить масштаб, чтобы получить необходимую точность при использовании интеллектуального инструмента.

19

Выполните необходимые вычисления, чтобы заполнить Таблицу данных 1.

20

Используя Excel, постройте график

−ln ((ΔV _f – ΔV) / ΔV _f )

в зависимости от времени. См. Приложение G.

21

Используйте параметр линии тренда в Excel, чтобы нарисовать линию, наиболее подходящую для ваших данных, определить наклон линии и записать это значение на листе.См. Приложение H.

22

По значению крутизны определите постоянную времени и емкость. Запишите эти значения на листе.

23

Вычислите ошибку в процентах между этим значением емкости и принятым значением.

Контрольная точка 3:
Попросите своего технического специалиста проверить ваши данные, график и расчеты, прежде чем продолжить.

Процедура C: Измерение эффективной емкости

Емкость увеличивается непосредственно при параллельном подключении конденсаторов и в обратном порядке при последовательном подключении.Это противоположно правилу для резисторов. Для конденсаторов, подключенных параллельно, эффективная емкость определяется выражением

(18)

C _eff = C ₁ + C ₂ + C ₃ +. . .

а для конденсаторов, включенных последовательно, эффективная емкость равна

24

Подключите второй конденсатор (330 мк Ф) параллельно конденсатору, используемому в процедуре A, подключив провод от точки 6 к точке 7.

25

Переключите резистор на резистор 10 Ом, переместив соединение из точки 2 в точку 1.

26

Запишите другой набор данных, щелкнув START в главном окне. После того, как вы записали второй набор данных, вы можете захотеть отобразить только эти данные на графике и удалить набор данных 1. Для этого удалите первый прогон (см. Примечание к шагу 10). На графике вы будете видеть только одну длину волны.

27

В этой части эксперимента вы будете рассматривать разрядную часть кривой. Теперь начальное напряжение

ΔV ₀

будет наивысшим значением пика перед тем, как график начнет спадать.Запишите это значение на листе.

28

Из записанных данных найдите с помощью интеллектуального инструмента моменты времени, когда Δ В = 1, 2, 3 и 4 В на спадающей части кривой. ( Примечание : вам может потребоваться большое увеличение, чтобы получить необходимую точность при использовании интеллектуального инструмента). Запишите эту информацию в Таблицу данных 2 на рабочем листе.

29

Выполните необходимые вычисления, чтобы заполнить Таблицу данных 2.

30

Используя Excel, постройте график зависимости

−ln (ΔV) / ΔV ₀ )

от времени.

31

Используйте параметр линии тренда в Excel, чтобы нарисовать линию, наиболее подходящую для ваших данных, определить наклон линии и записать это значение на листе.

32

По значению наклона определите постоянную времени и запишите это значение в рабочий лист.

33

Вычислите

C _eff ,

эффективную емкость параллельной комбинации, используя принятое значение для R .

34

Сравните это экспериментальное значение с тем, что вы получили из уравнения.18

C _eff = C ₁ + C ₂ + C ₃ +. . .

и принятые значения емкости путем вычисления ошибки в процентах между двумя значениями.

Контрольная точка 4:
Попросите своего технического специалиста проверить ваши данные и расчеты, прежде чем продолжить.

Copyright © 2012 Advanced Instructional Systems, Inc. и Государственный университет Северной Каролины | Кредиты

Электрические свойства цепей RC:

В простейшем виде цепь R-C содержит сопротивление R, конденсатор C и электродвижущую силу ЭДС (обычно аккумулятор).Принципиальная схема цепи R-C выглядит так:

Когда тумблер находится в разомкнутом положении, показанном на схеме, конденсатор не подключен к электродвижущей силе, ЭДС, и, если конденсатор не был ранее заряжен, в конденсаторе не будет храниться зарядов (т. Е. Q = 0). и разность потенциалов между пластинами конденсатора, соответственно, также будет равна нулю.
Если переключатель переключен так, что он соединяет конденсатор с электродвижущей силой, заряды будут накапливаться на пластинах конденсатора, + на одной пластине, ^_ на другой.Это будет продолжаться до тех пор, пока накопленный заряд не создаст разность потенциалов (V _c ) между двумя пластинами, которая численно равна электродвижущей силе. То есть, когда:

V _c = e,

ток через соединительные провода прекратится (т. Е. I = 0).
Когда переключатель переведен в свое альтернативное положение, (i) ЭДС обходится, (ii) две пластины конденсатора соединены, и (iii) заряды, накопленные на конденсаторе, будут стремиться пройти через соединительный провод к противоположная пластина.Другими словами, заряженный конденсатор разрядится.
Об электрических свойствах цепей R-C следует помнить две важные вещи:

1. Когда конденсатор (C) полностью заряжен, выполняется следующее соотношение:

q = Ce

Уравнение 1a

где q – общее количество заряда, накопленного конденсатором, C – емкость конденсатора, а e – электродвижущая сила, которая фактически заряжает конденсатор.Обратите внимание, что q = 0, когда конденсатор разряжен. Также обратите внимание, что уравнение можно переставить так:

q / C = e = V c

Уравнение 1b

Это означает, что размещение избытка + на одной пластине конденсатора и избытка на другой пластине создаст разность потенциалов между пластинами.

2. Из-за наличия сопротивления (R) в цепи ток через цепь замедляется. В результате для изменения количества заряда, хранящегося на пластинах конденсатора, требуется время. Например, если вы начнете с полностью разряженного конденсатора , (т.е. q = 0 и V _c = 0) и подключите его к батарее, зарядка конденсатора будет описана экспоненциальным уравнением ,

q t = Ce (1 e -t / RC )

Уравнение 2a

и если C = 1, e = 10 и R = 1 график зависимости q _t отвремя будет выглядеть так:

Аналогичным образом, если бы вы начали с того же конденсатора в полностью заряженном состоянии (т.е. q = Ce и V _c = e ) и соедините две его пластины друг с другом, разряд конденсатора будет описан экспоненциальным уравнением:

q t = Ce e -t / RC

Уравнение 2b

и график q _t vs.время будет выглядеть так:

Упражнения:

1. Имея в виду уравнения 1b, 2a и 2b и определение тока, можете ли вы предсказать внешний вид графиков V _c и тока (I) в зависимости от времени для одной и той же цепи R-C?

2. Запустите моделирование электрических свойств RC-цепи и получите качественное представление о влиянии изменения e на электрическое поведение RC-цепи.

3. Величина RC называется постоянной времени цепи R-C и иногда обозначается как t (= RC).Исследуйте влияние изменения t на электрическое «поведение» RC-цепи, повторяя упражнение 2, на этот раз изменяя R и / или C. плазматическая мембрана возбудимых клеток (подсказка: вспомните модель эквивалентного контура)?

Электролитические конденсаторы – условные обозначения конденсаторов

При проектировании посадочных мест для электролитических конденсаторов важно разместить четкие указательные метки, чтобы показать ориентацию компонентов.Поскольку этот тип конденсаторов поляризован (они должны быть размещены в определенной ориентации), они должны иметь на печатной плате метки, помогающие определить, как их следует размещать. Четкость маркировки компонентов является ключом к тому, чтобы изготовление вашей конструкции проходило гладко, и синий дым не выходил из ваших конденсаторов. Тем более, что электролитические конденсаторы сделаны из тантала, поскольку они имеют тенденцию к катастрофическим последствиям, когда они включаются в обратном направлении.

Электролитический конденсатор

Электролитические конденсаторы

– один из самых популярных типов конденсаторов, используемых в конструкции платы.Они дешевы и обеспечивают хороший баланс физического размера и емкости. Есть четыре физических вида электролитических конденсаторов; Банка SMT, корпус SMT, PTH радиальный и PTH осевой. Каждый стиль обозначен немного по-своему. Обычно они отмечены полосой на катодной стороне конденсатора, указывающей отрицательный вывод, но есть некоторые исключения. Это отличается от типичного схематического обозначения с положительной или анодной маркировкой!

Схематическое обозначение

Типичный поляризованный конденсатор будет выглядеть, как показано на схеме ниже.Положительная или анодная сторона конденсатора отмечена знаком «+». Поскольку электролитические конденсаторы поляризованы, я использую на схемах символ (показанный ниже).

Схематический символ поляризованных конденсаторов, изображенных на Eagle.

SMT Может быть электролитический конденсатор

Эти конденсаторы отмечены на верхней части банки черной меткой. Однако цвет марки иногда зависит от производителя. Пластиковая основа конденсатора также имеет фаску с положительной или анодной стороны.

SMT Can Electrolytic Capactor: Маркировка указывает на отрицательную или катодную сторону.

Площадь основания типичного электролитического конденсатора SMT.

Электролитический конденсатор корпуса SMT

Конденсаторы этого типа обычно имеют внутри тантал или ниобий, но есть несколько электролитических полимеров. Стиль корпуса означает, что он имеет форму резистора 0805 или керамического конденсатора. В отличие от других корпусов для конденсаторов, они обычно имеют положительную или анодную маркировку.

Электролитические компоненты типа корпуса

SMT обычно имеют анодную / положительную маркировку. Осторожно!

Место для электролитических конденсаторов в корпусе SMT.

Радиальный электролитический конденсатор PTH

Радиальные крышки имеют как анод, так и катод, выходящие на одну сторону конденсатора. В 99% случаев они отмечены контрастной полосой на катоде или отрицательной стороне конденсатора.

Маркировка радиально поляризованных электролитических конденсаторов PTH.

Посадочное место для радиальных электролитических конденсаторов PTH.

Осевой электролитический конденсатор PTH

Конденсаторы осевого типа

используются не очень часто, но интересны тем, как они маркированы. Отрицательная или катодная полоса проходит по их стороне аналогично радиальному стилю, но на маркировке есть стрелка, указывающая, какая сторона отрицательная или катодная.

Электролитический осевой тип PTH. Катодная полоса указывает на катод.

Площадь основания для электролитического конденсатора осевого типа PTH.

В следующий раз на файлах посадочных мест…

Самая важная вещь, которую следует помнить, – это свериться с таблицей данных деталей и увидеть, как полярность обозначена на детали. Копирование того, как деталь выглядит на ваших платах, шелкография гарантирует гораздо больший успех при сборке платы. Я надеюсь, что это улучшит ваши следы на доске и упростит создание ваших продуктов и прототипов. В следующий раз в файлах посадочных мест мы поговорим о танталовых конденсаторах.

Ознакомьтесь с предыдущей публикацией из этой серии: Файлы отпечатков – диоды

Был ли этот пост полезным? Есть ли другие темы, которые вы хотели бы, чтобы мы обсудили? Если да, сообщите нам об этом в Твиттере.

Начни сегодня.

создать учетную запись

.