Конденсаторы – маленькие резервуары для электричества, незаменимые в радиоэлектронике
В статье Вы узнаете, что такое конденсатор. Как его применяют в разных сферах, какие они бывают и в чем их различие. Советы как выбрать.
По частоте использования в электросхемах, конденсаторы, в частоте использования, уступают только резисторам.
По своей сути, конденсаторами называют маленькие резервуары электричества. Именно внутри конденсаторов хранятся электроны, которые притягиваются к положительному полюсу и на какое-то время задерживаются там. В том случае, когда напряжение, приложенное к конденсатору, пропадает, то притянутые электроны начнут постепенно растворяться, а само устройство – терять заряд. Но именно постепенное исчезновение электронов в конденсаторе обуславливает его основное предназначение – сглаживание перепадов напряжения в электросхемах.
Разберём более подробно функции конденсаторов:
- Данные устройства используются для создания простейших таймеров.
В связке с резистором, конденсатор представляет собой электронный метроном, при помощи которого становится возможным отсчитать какой-то определённый промежуток времени.
- Сглаживание напряжения.
В блоках питания всегда присутствуют конденсаторы, которые помогают преобразовать переменный ток в постоянный ток. Именно конденсаторы, плавно накапливая и отдавая электроны, помогают сглаживать пульсацию переменного напряжения и, видоизменяя его, даровать устройству на выходе постоянный ток.
Разберём основные функции этих маленьких накопителей:
- Устанавливают пределы постоянного тока.
Если соединить накопитель и источник сигнала микрофона, то конденсатор будет пропускать переменный ток, но пропускать постоянный. В современном мире эта функция конденсаторов используется практически во всех усилителях.
- Конденсатор помогает подстраивать частоту переменного тока.
Данное устройство так же может выступать в роли простейшего фильтра, который способен отсекать заданные значения переменного тока, выше или ниже необходимых параметров.
Если заглянуть во внутренний мир конденсатора (что настоятельно не рекомендуется, чтобы устройство не вышло из строя), мы чаще всего сможем увидеть две металлические пластины с небольшим зазором, в пространстве которого проложен диэлектрический материал или изолятор.
Чаще всего, внутри конденсаторов, в качестве диэлектриков, используют слюду, пластик или специальную бумагу.
Ёмкость конденсатора
Вычисляется в специальных единицах измерения – фарадах (Ф). Вполне естественно: чем больше ёмкость накопителя, тем большее количество электронов компонент может накопить за один приём.
Следует отметить, что ёмкость в 1Ф достаточно велика, чаще всего, современные конденсаторы, расположенные в радиоэлектронных схемах, имеют ёмкость микрофарадах (миллионная доля 1 Ф), нанофарадах (миллиардная доля 1Ф) и даже пикофарадах (миллионная миллионной 1Ф). Конечно же, для удобства отображения, данные миллионно-миллиардные приставки сокращаются при помощи специальных аббревиатур: мкФ, нФ и пФ соответственно. В связи с этим, конденсатор в 10 мкФ имеет ёмкость в 10 миллионных фарада и т.д.
Каждый конденсатор имеет так называемое «рабочее напряжение» или максимальное напряжение на радиоэлементе, которое он может выдержать без ущерба для конструкции. При превышении пороговых значений, электрический ток способен разорвать конденсатор (для этого, на корпусе, чаще всего в верхней части, есть специальные насечки, чтобы элемент «умирал» плавно и в одном направлении, а не взрывался хаотично). Практически всегда выход конденсатора из строя происходит из-за того, что внутри радиоэлемента, пробивая диэлектрическую подкладку, между металлическими пластинами проходит искра, нарушая работу устройства (создаёт короткое замыкание).
В современной радиоэлектронике, типичные конденсаторы, используемые в схемах постоянного тока, имеют пороговое напряжение в 16 и 50В.
Ёмкость таких конденсаторов имеет огромный запас прочности: учитывая то, что чаще всего, напряжение в схемах постоянного тока варьируется в значениях от 3,3 до 12В, «стандартные» ёмкости типовых конденсаторов сполна обеспечивают безопасность использования.
Какой выбрать?
Чаще всего, радиолюбители выбирают конденсаторы, исходя из диэлектрического материала, присутствующего внутри: тантал, оксид алюминия, керамика, полипропилен, слюда, полистирен или бумага.
Проблема заключается в том, что некоторые компьютерные и бытовые устройства предусматривают использование конденсаторов, наполненных именно тем или иным диэлектриком. Поэтому, при замене неисправного конденсатора на схеме, не стоит «бодаться» с разработчиком устройства, впаивая свои вариации радиоэлемента, но следует побеспокоиться и найти ровно тот конденсатор, который предусмотрен заводом-изготовителем.
Это обусловлено тем, что каждый диэлектрик по-своему влияет на максимальную ёмкость конденсатора и предназначен только для использования в том месте, где он расположен по задумке конструктора:
- Керамический:
Имеет диапазон ёмкостей от 1пФ до 2,2 мкФ и чаще всего используется в фильтрах или как блокировочные устройства;
- Слюдяной:
Диапазон ёмкостей от 1пФ до 1мкФ и чаще всего используется в таймерах, осцилляторы и точных схемах;
- Металлизированный фольговый:
Имеет ёмкость до 100пФ и используется в источниках питания или для блокировки постоянного тока;
- Поликарбонатный:
Имеет диапазон ёмкости от 0,001 до 100мкФ и применяется в большинстве современных фильтрах;
- Полиэстеровый:
Имеет ёмкость от 0,001 до 100мкФ и так же используется в фильтрах;
- Полистиреновый:
Имеет ёмкость от 10пФ до 10мкФ и чаще всего используются в схемах подстройки и таймерах;
- Бумажный фольговый:
Имеет ёмкость от 0,001 до 100мкФ и чаще всего используется в схемах общего применения;
- Танталовый:
Имеет ёмкость от 0,001 до 1000мкФ и чаще всего используется как блокировочный или развязывающий конденсатор;
- Алюминиевый электролитический:
Имеет ёмкость от 10 до 220000мкФ и используется в сложных фильтрах или как блокировочный или развязывающий конденсатор.
Размеры и формы
Следует отметить и тот факт, что современные конденсаторы имеют довольно скромные размеры в отличие от своих предшественников.
Возможность изготовить маленькие, накопительные компоненты для электросхем появилась относительно недавно. К примеру, ещё несколько десятилетий назад, конденсатор ёмкостью 1мкФ имел размеры среднестатистической хлебницы. Сегодняшнее развитие технологий позволяет изготавливать аналогичные конденсаторы для больших схем размерами, сопоставимыми с ладонью среднестатистического мужчины. И чем дальше идёт прогресс, тем меньше будут данные радиоэлементы в будущих схемах, позволяя использовать конденсаторы большой ёмкости в обычных, бытовых устройствах и компьютерах.
Конденсаторы имеют самую разнообразную форму: от цилиндрической до шаровидной, в зависимости от материала исполнения. Впрочем, не следует полагаться на одну визуальную составляющую, так как в некоторых схемах, конденсаторы могут выглядеть совершенно по-иному.
Ёмкость и маркировка конденсатора
У внимательного читателя, скорее всего, возникнет закономерный вопрос: как определить ёмкость конденсатора визуально, без бесед с производителями и продавцами? Вопрос закономерен, так как может сложиться такая ситуация, когда при починке старого устройства, уже и «концов не сыщешь», если проблема заключается именно в этом радиоэлементе.
На помощь приходит маркировка: некоторые накопители имеют на боку графическое отображение своей ёмкости (если позволяет размер корпуса). Однако самые мелкие собратья, например дисковые или слюдяные конденсаторы, из-за своих размеров, имеют на корпусе маркировку только из трёх цифр, в которых отображается допуск номинала и ёмкость.
Казалось бы, что всё на ладони и никаких проблем не должно возникнуть при определении ёмкости того или иного конденсатора. Однако почти всегда есть противная приставка «но», которая кардинально меняет суть.
Дело в том, что система счисления на конденсаторах опирается на пикофарады, а не на микрофарады, что казалось бы логичнее. Именно поэтому, если на маркировке указано значение «103» - это значит, что после цифр «1» и «0» следует дописать ещё три ноля, чтобы получить реальную ёмкость в 10 тысяч пикофарад.
На некоторых конденсаторов, помимо цифр встречается буква «R».
R – это позиция десятичной точки. То есть, если на радиоэлементе написано 4R3, то ёмкость конденсатора равняется 4,3мкФ.
Помимо буквы «R», на конденсаторах встречаются прочие буквенные обозначения. Каждая буква – это специальный код, указывающий на возможные отклонения от заявленных показателей. Так, самый большой разброс «отклонений» скрывает в себе буква «Z» и равняется разбросу от +80 до -20 процентов. Самый качественный конденсатор в этом случае будет иметь литеру «B», которая прямо указывает на то, что максимальные отклонения возможны в значении 0,1пФ.
Впрочем, если маркировка не помогает или истёрлась со временем, то ёмкость радиоэлемента всегда можно измерить при помощи мультиметра, который позволяет производить данные измерения.
То, что не позволяет измерить мультиметр – это параметры воздействия холода и тепла.
Да, изготовитель учёл и воздействие данных факторов на ёмкость конденсатора. К примеру, если на борту радиоэлемента гордо красуется надпись «NP0» - это означает то, что ёмкость конденсатора изменяется на 0 процентов во время отрицательных температур (N –нагатив или отрицательные температуры, а P – позитив или положительные температуры).
Следует сказать, что на самых новых конденсаторах присутствует более сложная система маркировки «ELA». Например, код Y5P, где «Y» отображает нижний предел температур, цифра «5» - верхний предел температур, а буква «А» - максимальное изменение ёмкости в диапазоне допустимых температур. В случае обнаружения подобной маркировки, следует обратиться к специальным таблицам в сети «интернет», где будет подробная расшифровка всех значений.
Маркировка может и не пригодиться, так как перепайка одинаковых конденсаторов с одной схемы на другую не требует каких то точных вычислений. Однако то, что нужно обязательно знать при осуществлении данной операции (особенно с конденсаторами ёмкостью от 1мкФ) - это то, что большая часть конденсаторов (танталовые и алюминиевые) имеют свою полярность. При этом многие конденсаторы содержат только символы «+» и «-» (без отображения противоположности). И это следует обязательно учитывать при перепайке.
Конденсатор – довольно «простой» элемент любой электросхемы. Однако помимо вышесказанного, можно привести ещё несколько страниц текста, в которых всё подробнее и подробнее раскрывать роль накопителя.
В связи с этим возникает вопрос: «так ли прост конденсатор»?
Ответ очевиден: «даже если конденсатор и прост, то в сочетании с резисторами, диодами и СИДами, данный элемент становится неотъемлемой основой всех сложнейших приборов современности». Именно поэтому, изучение конденсаторов – важнейший шаг в мир радиотехники.