Конденсатор
Самый простой конденсатор состоит из двух металлических пластин (обкладок), разделенных тонким слоем диэлектрика (изолятора), в качестве которого может служить воздух, фарфор, слюда, керамика, бумага или другой материал, обладающий достаточно большим сопротивлением.
Единицей электрической емкости конденсатора является фарада (Ф) — дань памяти великому английскому ученому Майклу Фарадею.
В радиоэлектронике используются конденсаторы, емкость которых составляет дробные единицы фарад: пикофарады (пФ), нанофарады (нФ), микрофарады (мкФ).
1 Ф (фарада) = 1000000 мкФ (микрофарад)
1 мкФ (микрофарада) = 1000 нФ (нанофарад) = 1000000 пФ (пикофарад)
1 нФ (нанофарад) = 1000 пФ (пикофарад)
керамические конденсаторы
Конденсаторы, как и резисторы, существуют постоянные и переменные. В зависимости от материала диэлектриков современные конденсаторы бывают: бумажные, керамические, слюдяные, электролитические и другие.
Наибольшее распространение имеют керамические конденсаторы. Емкость керамических конденсаторов составляет единицы — тысячи пикофарад.
обозначение электролитического конденсатора на схемах
Самой большой емкостью обладают электролитические конденсаторы, у которых в качестве изолятора используется тончайший слой окисла, получаемый электролитическим способом. Емкость электролитических конденсаторов может достигать тысяч микрофарад. Электролитические конденсаторы, как правило, полярные, т. е. имеют положительный и отрицательный полюса. Нарушение правильной полярности при включении электролитического конденсатора в цепь недопустимо, так как может вывести его из строя.
электролитические конденсаторы
На корпусе конденсаторов наряду со значением их емкости и величиной ее возможного отклонения от номинала обычно указывается значение рабочего электрического напряжения. На конденсаторах, в основном, указано номинальное рабочее напряжение при постоянном токе. Включение конденсатора в цепь, напряжение в которой превосходит его рабочее напряжение, не допускается, так как происходит разрушение изолятора, вследствие чего конденсатор выходит из строя.
Конденсаторы, емкость которых можно менять в заданных интервалах, называются конденсаторами переменной емкости и подстроечными.
Для конденсаторов постоянной емкости на схеме рядом с условным графическим обозначением указывают значение емкости. При емкости менее 0,01 мкФ (10000 пФ) ставят число пикофарад без обозначения размерности, например, 15, 220, 9100. Для емкости 0,01 мкФ и более ставят число микрофарад.
У электролитических конденсаторов возле одной из обкладок ставят плюс. Такой же знак обычно стоит и на корпусе конденсатора около соответствующего вывода. Также чаще всего указывают номинальное напряжение.
Для конденсаторов переменной емкости и подстроечных указывают пределы изменения емкости при крайних положениях ротора, например, 6. 30, 10. 180, 6. 470.
При обозначении номинала на зарубежных керамических конденсаторах часто используется специальная кодировка, при которой последняя цифра в числе обозначает количество нулей (емкость в пикофарадах). Например:
| Маркировка конденсатора | Номинал |
| 471 | 470 пФ |
| 103 | 10 000 пФ (0.01 мкФ) |
| 104 | 100 000 пФ (0.1 мкФ) |
| 154 | 150 000 пФ (0.15 мкФ) |
| 334 | 330 000 пФ (0.33 мкФ) |
Рассмотрим процесс накопления конденсатором электрической энергии. Подсоединим обкладки конденсатора к полюсам источника тока. В момент замыкания цепи на обкладках конденсатора начнет накапливаться заряд. Как только напряжение на конденсаторе уравнивается с напряжением источника, процесс заряда конденсатора закончится и ток в цепи станет равным нулю. Таким образом, по окончании заряда цепь постоянного тока окажется разомкнутой. Если теперь несколько увеличить напряжение источника, то конденсатор накопит еще некоторый заряд. Чем больше емкость конденсатора, тем больший заряд будет на его обкладках при заданном значении напряжения между обкладками.
Если цепь конденсатора и источника постоянного тока разорвать, то конденсатор остается заряженным. Заряженный конденсатор может быть использован в качестве источника энергии, которая накоплена в нем в виде энергии электрического поля зарядов на обкладках. Именно таким образом используют конденсатор в солнечных двигателях BEAM-роботов. Источником электроэнергии при этом является солнечная батарея.
Посмотрим, что произойдет, если теперь подключить заряженный конденсатор, например, к светодиоду (с учетом полярностей). В получившейся цепи снова потечет ток (ток разряда конденсатора). Этот ток имеет направление, противоположное току заряда, то есть вытекает из положительно заряженной обкладки конденсатора как из положительного полюса источника. По мере разряда напряжение на конденсаторе уменьшится, и ток в цепи начнет убывать. В момент окончания разряда энергия конденсатора окажется полностью израсходованной, и ток в цепи исчезнет.
Преобразовать пикофарад в микрофарад (пФ в мкФ):
С помощью этого калькулятора можно ввести значение для конвертации вместе с исходной единицей измерения, например, ‘236 пикофарад’. При этом можно использовать либо полное название единицы измерения, либо ее аббревиатуруНапример, ‘пикофарад’ или ‘пФ’. После ввода единицы измерения, которую требуется преобразовать, калькулятор определяет ее категорию, в данном случае ‘Ёмкость’. После этого он преобразует введенное значение во все соответствующие единицы измерения, которые ему известны. В списке результатов вы, несомненно, найдете нужное вам преобразованное значение. Как вариант, преобразуемое значение можно ввести следующим образом: ’17 пФ в мкФ‘ или ’82 пФ сколько мкФ‘ или ’42 пикофарад -> микрофарад‘ или ’16 пФ = мкФ‘ или ’73 пикофарад в мкФ‘ или ’12 пФ в микрофарад‘ или ’29 пикофарад сколько микрофарад‘. В этом случае калькулятор также сразу поймет, в какую единицу измерения нужно преобразовать исходное значение. Независимо от того, какой из этих вариантов используется, исключается необходимость сложного поиска нужного значения в длинных списках выбора с бесчисленными категориями и бесчисленным количеством поддерживаемых единиц измерения. Все это за нас делает калькулятор, который справляется со своей задачей за доли секунды.
Кроме того, калькулятор позволяет использовать математические формулы. В результате, во внимание принимаются не только числа, такие как ‘(7 * 43) пФ’. Можно даже использовать несколько единиц измерения непосредственно в поле конверсии. Например, такое сочетание может выглядеть следующим образом: ‘236 пикофарад + 708 микрофарад’ или ’21mm x 29cm x 2dm = ? cm^3′. Объединенные таким образом единицы измерения, естественно, должны соответствовать друг другу и иметь смысл в заданной комбинации.
Если поставить флажок рядом с опцией ‘Числа в научной записи’, то ответ будет представлен в виде экспоненциальной функции. Например, 8,099 999 926 29 × 10 27 . В этой форме представление числа разделяется на экспоненту, здесь 27, и фактическое число, здесь 8,099 999 926 29. В устройствах, которые обладают ограниченными возможностями отображения чисел (например, карманные калькуляторы), также используется способ записи чисел 8,099 999 926 29E+27. В частности, он упрощает просмотр очень больших и очень маленьких чисел. Если в этой ячейке не установлен флажок, то результат отображается с использованием обычного способа записи чисел. В приведенном выше примере он будет выглядеть следующим образом: 8 099 999 926 290 000 000 000 000 000. Независимо от представления результата, максимальная точность этого калькулятора равна 14 знакам после запятой. Такой точности должно хватить для большинства целей.
Что измеряется в фарадах
Начиная свой путь в электрике, ученик или любитель радиоэлектроники вскоре сталкивается с такой единицей измерения, как фарад. Он должен знать, что измеряется в фарадах, какие существуют дольные и кратные единицы, какие из них чаще всего применяются в конденсаторных элементах. Помимо этого, требуется располагать соответствующей таблицей и знать, сколько микрофарад на 1 киловатт двигателя нужно употребить для приведения его в рабочее состояние.
Образцы конденсаторных устройств разных типов
Понятие емкости, правила измерения
Данная величина показывает, какое количество электронов (или других заряженных частиц) должно переместиться от одного объекта к другому для получения необходимого значения напряжения. Последнее возникает по той причине, что при перемещении частиц между объектами образуется разница потенциалов.
Единицей измерения емкостного значения является фарад (на письме обозначается заглавной кириллической литерой Ф). Когда при перенесении заряда в 1 Кулон напряжение меняется на 1 Вольт, значение емкости между перенесенными объектами составляет 1 Фарад. Формула зависимости емкости от напряжения имеет такой вид:
С (емкость) = Q (заряд)/U(напряжение).
Если мастер собрался измерять емкость используемого в радиоэлектронной схеме конденсатора, ему потребуется такой прибор, как мультиметр. С задачей способен справиться даже бюджетный аппарат, при этом наибольшая точность демонстрируется при работе с пленочными конденсаторными элементами. Для максимально точных замеров можно воспользоваться измерителем иммитанса, но данный прибор отличается очень высокой ценой (около 120 тыс. руб.). При использовании мультиметра нужно придерживаться следующего алгоритма:
- Отсоединить электроцепь от источника нагрузки. Проверить отсутствие питания, установив на устройстве режим замера напряжения и поставив щупы к источнику: показатель должен быть равен нулю.
- Снять заряд с конденсатора пассивным способом (подождать 20-30 минут) или активным (с помощью резистора). Для маленьких элементов нужен прибор с сопротивлением более 2 кОм. С достаточно крупными конденсаторами (например, в фотоаппаратах и бытовой технике) лучше вообще не работать в домашних условиях без подготовки – они накапливают опасно высокий заряд. Для разрядки такого элемента требуется резистор на 20 кОм и 5 Вт, подсоединенный через изолированный провод диаметром 3,3 мм2, предназначенный для эксплуатации под напряжением до 600 В.
- Отключить конденсатор от цепи. После этого поставить мультиметр в режим замера емкости. Если прибор снабжен несколькими настроечными диапазонами, нужно поставить тот, что с наибольшей вероятностью окажется верным (сориентироваться можно по маркировке). При наличии клавиши Rel нужно нажать ее, чтобы емкость сошла со щуповых элементов.
- Щупы помещаются к выводам конденсатора. При тестировании поляризованных элементов надо обязательно соблюдать полярность. Теперь нужно дождаться вывода данных на дисплей. Если высветилось слово overload (или OL), показатель слишком высокий для обнаружения данным прибором или в данном диапазоне (во втором случае нужно выбрать другой диапазон).
Важно! Нельзя подключать мультиметр к конденсаторному элементу, на корпусе которого имеются проколы или выпуклые места. Такие элементы вообще не стоит эксплуатировать – при подключении питания они способны взорваться.
Процесс измерения емкости конденсатора мультиметром
Конденсатор, прибор с нормированной емкостью
Это устройство специально заточено под изменение показателя напряжения в соответствии с накапливаемым зарядом. Конденсаторными свойствами могут обладать разные объекты, но главное отличие прибора – наличие у него фиксированной емкости. При возникновении между обкладками элемента емкостью в 1 Ф заряда в 1 Кулон между ними возникает напряжение в 1 В.
Важно! Начинающие проектировщики схем часто делают ошибки, основанные на игнорировании невозможности мгновенного изменения напряжения на устройстве. Если подсоединенный к конденсатору транзистор открывается максимально быстро, он перегреется или вовсе сгорит. При замыкании выводов заряженного устройства сила тока будет очень высокой, но все же не бесконечной. Она ограничена сопротивлением элемента и его выводных деталей.
Приборы используются не только в радиоэлектронике, но и, например, при работе с двигателями. При применении пускового конденсатора и добавочной обмотки на 1 кВт мощности потребуется 70 микрофарад емкости. Зная это, можно рассчитать общее требуемое количество емкости.
Область применения
Эта единица измерения используется не только для емкости конденсаторов, но и других проводниковых элементов (например, проводов). Поскольку 1 фарад – емкость довольно значительная, небольшие промышленные конденсаторные элементы чаще имеют номиналы, составляющие сотые, тысячные и т.д. доли фарада, например, микрофарады обозначение мкФ. У ионисторных сверхвысокоемких элементов показатель, напротив, может измеряться в килофарадах.
Эквивалентное представление
Данную величину можно выразить, используя другие единицы измерения: Ф=с4*А2*м-2*кг-1 (секунда, ампер, метр и килограмм, соответственно). Если использовать формулу, базирующуюся на напряжении и заряде, получается: Ф=Кл*В-1 (кулон и вольт).
Кратные и дольные единицы
Чаще всего в электронике используются элементы с небольшими емкостями, в связи с чем у начинающих работать со схемами возникают вопросы: пФ это сколько фарад, 100 nf сколько микрофарад и так далее. В связи с этим надлежит иметь при себе таблицу перевода одних единиц в другие. К наиболее часто используемым дольным единицам относятся:
- микрофарад (мкФ) – 0,000001 Ф;
- нанофарад (нФ) – 0,000000001 Ф;
- пикофарад (пФ) – 0,000000000001 Ф.
Из кратных единиц используется килофарад (кФ), равный тысяче фарад. Такие показатели характерны для ионисторов. У обычных конденсаторов емкость, как правило, измеряется максимум десятками фарад.
В Советском Союзе на электросхемах и корпусах конденсаторов была тенденция указывать емкостным значением целое число (к примеру, 35). Подразумевать пикофарады, а дробное с одной цифрой после запятой – обозначало микрофарады. Буквы в таких маркировках емкости не использовались. На современных отечественных конденсаторах при указании емкости в пикофарадах измерительные единицы после числа обычно не пишут. Если указаны буквы «мк», подразумеваются микрофарады, если «н» – нанофарады. За рубежом используют маркировку из цветных полос.
Таблица перевода одних дробных емкостных единиц в другие
Связь с единицами измерения в других системах
В системе Гаусса существует такая измерительная единица, как статфарад (статФ). Она примерно равна 1,11 пФ и обозначает емкость шарообразного тела с диаметром 2 см в условиях вакуума.
Абфарад (абФ) – сверхкрупная единица измерения электрической емкости, равная 1000000000 Ф (или 1 гигафараду – ГФ).
Применение конденсаторов
Данная категория элементов очень широко применяется во всех областях электроники и ряде других отраслей промышленности. Среди основных сфер применения стоит обозначить:
- телевизионную и звуковоспроизводящую аппаратуру;
- радиолокационные приборы (здесь конденсаторы помогают генерировать импульсы и увеличивать их мощность);
- телефонные и телеграфные аппараты – в них устройства применяются с целью разделения типов цепей (по частоте, переменности-постоянности) и погашения искр в контактах;
- измерительные электронные приборы;
- лазеры (увеличение мощности импульсов);
- предохранение от перенапряжения в электроэнергетических установках;
- электросварочные работы с применением разряда;
- блокировку генерируемых машинами радиопомех;
- запуск электродвигателей и создание фазового сдвига в добавочной обмотке;
- генераторы, применяемые во время испытаний электротехники для получения импульсов тока и напряжения.
Размеры конденсаторных элементов
Конденсаторные элементы используются в очень широком спектре сфер – от печатных плат (миниатюрные smd-компоненты) до мощных двигателей и генераторов импульсов. Для корректного подбора конденсатора нужно уметь расшифровывать маркировку и обозначения на схемах, в частности, ориентироваться в обозначениях емкости устройств.
Маркировка конденсаторов
В этом случае первые две цифры определяют мантиссу, а последняя — показатель степени по основанию 10, для получения номинала в пикофарадах. Последняя цифра «9» обозначает показатель степени «-1». Если первая цифра «0», то емкость менее 1пФ (010 = 1.0пФ).
| код | пикофарады, пФ, pF | нанофарады, нФ, nF | микрофарады, мкФ, μF |
| 109 | 1.0 пФ | ||
| 159 | 1.5 пФ | ||
| 229 | 2.2 пФ | ||
| 339 | 3.3 пФ | ||
| 479 | 4.7 пФ | ||
| 689 | 6.8 пФ | ||
| 100 | 10 пФ | 0.01 нФ | |
| 150 | 15 пФ | 0.015 нФ | |
| 220 | 22 пФ | 0.022 нФ | |
| 330 | 33 пФ | 0.033 нФ | |
| 470 | 47 пФ | 0.047 нФ | |
| 680 | 68 пФ | 0.068 нФ | |
| 101 | 100 пФ | 0.1 нФ | |
| 151 | 150 пФ | 0.15 нФ | |
| 221 | 220 пФ | 0.22 нФ | |
| 331 | 330 пФ | 0.33 нФ | |
| 471 | 470 пФ | 0.47 нФ | |
| 681 | 680 пФ | 0.68 нФ | |
| 102 | 1000 пФ | 1 нФ | |
| 152 | 1500 пФ | 1.5 нФ | |
| 222 | 2200 пФ | 2.2 нФ | |
| 332 | 3300 пФ | 3.3 нФ | |
| 472 | 4700 пФ | 4.7 нФ | |
| 682 | 6800 пФ | 6.8 нФ | |
| 103 | 10000 пФ | 10 нФ | 0.01 мкФ |
| 153 | 15000 пФ | 15 нФ | 0.015 мкФ |
| 223 | 22000 пФ | 22 нФ | 0.022 мкФ |
| 333 | 33000 пФ | 33 нФ | 0.033 мкФ |
| 473 | 47000 пФ | 47 нФ | 0.047 мкФ |
| 683 | 68000 пФ | 68 нФ | 0.068 мкФ |
| 104 | 100000 пФ | 100 нФ | 0.1 мкФ |
| 154 | 150000 пФ | 150 нФ | 0.15 мкФ |
| 224 | 220000 пФ | 220 нФ | 0.22 мкФ |
| 334 | 330000 пФ | 330 нФ | 0.33 мкФ |
| 474 | 470000 пФ | 470 нФ | 0.47 мкФ |
| 684 | 680000 пФ | 680 нФ | 0.68 мкФ |
| 105 | 1000000 пФ | 1000 нФ | 1 мкФ |
2. Маркировка четырьмя цифрами.
Эта маркировка аналогична описанной выше, но в этом случае первые три цифры определяют мантиссу, а последняя — показатель степени по основанию 10, для получения емкости в пикофарадах. Например:
1622 = 162*10 2 пФ = 16200 пФ = 16.2 нФ.
3. Буквенно-цифровая маркировка.
При такой маркировке буква указывает на десятичную запятую и обозначение (мкФ, нФ, пФ), а цифры — на значение емкости:
15п = 15 пФ , 22p = 22 пФ , 2н2 = 2.2 нФ , 4n7 = 4,7 нФ , μ33 = 0.33 мкФ
Очень часто бывает трудно отличить русскую букву «п» от английской «n».
Иногда для обозначения десятичной точки используется буква R. Обычно так маркируют емкости в микрофарадах, но если перед буквой R стоит ноль, то это пикофарады, например:
0R5 = 0,5 пФ , R47 = 0,47 мкФ , 6R8 = 6,8 мкФ
4. Планарные керамические конденсаторы.
Керамические SMD конденсаторы обычно или вообще никак не маркируются кроме цвета (цветовую маркировку не знаю, если кто расскажет — буду рад, знаю только, что чем светлее — тем меньше емкость) или маркируются одной или двумя буквами и цифрой. Первая буква, если она есть обозначает производителя, вторая буква обозначает мантиссу в соответствии с приведенной ниже таблицей, цифра — показатель степени по основанию 10, для получения емкости в пикофарадах. Пример:
N1 /по таблице определяем мантиссу: N=3.3/ = 3.3*10 1 пФ = 33пФ
S3 /по таблице S=4.7/ = 4.7*10 3 пФ = 4700пФ = 4,7нФ
| маркировка | значение | маркировка | значение | маркировка | значение | маркировка | значение |
| A | 1.0 | J | 2.2 | S | 4.7 | a | 2.5 |
| B | 1.1 | K | 2.4 | T | 5.1 | b | 3.5 |
| C | 1.2 | L | 2.7 | U | 5.6 | d | 4.0 |
| D | 1.3 | M | 3.0 | V | 6.2 | e | 4.5 |
| E | 1.5 | N | 3.3 | W | 6.8 | f | 5.0 |
| F | 1.6 | P | 3.6 | X | 7.5 | m | 6.0 |
| G | 1.8 | Q | 3.9 | Y | 8.2 | n | 7.0 |
| H | 2.0 | R | 4.3 | Z | 9.1 | t | 8.0 |
5. Планарные электролитические конденсаторы.
Электролитические SMD конденсаторы маркируются двумя способами:
1) Емкостью в микрофарадах и рабочим напряжением, например: 10 6.3V = 10мкФ на 6,3В.
2) Буква и три цифры, при этом буква указывает на рабочее напряжение в соответствии с приведенной ниже таблицей, первые две цифры определяют мантиссу, последняя цифра — показатель степени по основанию 10, для получения емкости в пикофарадах. Полоска на таких конденсаторах указывает положительный вывод. Пример:
, по таблице «A» — напряжение 10В, 105 — это 10*10 5 пФ = 1 мкФ, т.е. это конденсатор 1 мкФ на 10В
| буква | e | G | J | A | C | D | E | V | H (T для танталовых) |
K | 2A |
| напряжение (Вольт) |
2,5 | 4 | 6,3 (иногда 63) |
10 | 16 | 20 | 25 | 35 | 50 | 80 | 100 |
