Принципът на работа на кондензатора и неговите технически характеристики

Предишна

Съдържание:

  • Как работи кондензаторът: историята на Лайденския буркан
  • Защо е необходим диелектрик в кондензатор?
  • Маркировка и технически характеристики на кондензатори

Трябва да се каже, че е минало много време, откакто фон Клайст - не военачалник, а свещеник - реши да държи буркан с вода в ръката си и електрод, спуснат в него. Ето защо днес има доста дизайни на кондензатори. Не обещаваме да ги разгледаме всички, но ще дадем представа за такива неща като принципа на работа на кондензатора и неговите технически характеристики. Надяваме се прегледът да бъде успешен.

Как работи кондензаторът: историята на Лайденския буркан

Най-лесно е да започнете със статичен заряд. Беше отбелязано, че проводникът е способен да натрупва електричество на повърхността си. Освен това плътността на разпространение е еднаква по цялата площ. Това е основната разлика между металите и диелектриците, при които зарядът се натрупва върху малка площ. Носителите на ток в металите са склонни да заемат крайна позиция поради факта, че се отблъскват. В резултат на това те се натрупват равномерно по цялата повърхност.

На този принцип дори са създадени генератори, способни да акумулират заряд с потенциал от няколко милиона волта. При докосване на тоководеща част човек просто изгаря до пепел. Кондензаторите работят по подобен начин. Те се състоят от проводници, чиято площ е значително увеличена. И това се постига с различни методи. Например в електролитните кондензатори алуминиевото фолио се навива на руло. В резултат на това малък цилиндър може да съдържа много метри метална лента. (Вижте също: Принципът на работа на магнитния стартер и неговите технически характеристики)

Видове кондензатори

Сега нека обясним как работи. Когато се появи заряд върху метал (и всяка проводяща повърхност), тогавазапочва разпределението по повърхността. През 1745 г. свещеникът и адвокат Евалд Юрген фон Клайст открива, че като държи бидон с вода в ръцете си, може да съхранява електричество вътре. В този случай дланта служи като една от проводящите обвивки, а обемът на течността (на външната повърхност) служи като друга. Стъклото е диелектрична бариера. Когато електродът е потопен във вода, носителите се стремят да заемат крайна позиция по цялата повърхност. Чрез стъклото полето действа върху дланта, където започват подобни процеси (зарядът привлича носители с противоположен знак).

По-късно те измислиха да увият контейнера с фолио и се появи бурканът Leyden - първият функционален кондензатор на Земята, изобретен от човека. Това се случи, след като Питър ван Мушенбрук беше поразен от силата на натрупания в процеса опит с токов удар. Стана му ясно, че подобни експерименти са опасни и ръката трябва да бъде заменена с нещо. Самият той пише, че не би опитал съдбата втори път, дори и заради кралство Франция. Датчанинът Даниел Гралат беше първият, който се досети да свърже паралелно банките на Лейден, осигурявайки по-висок капацитет на цялата система. По дизайн вече беше подобен на модерна оловно-киселинна батерия.

Смешно е, но подобни устройства са били използвани до 1900 г., когато въвеждането на радиокомуникациите е принудило да се търсят нови начини за решаване на проблема по отношение на факта, че са използвани относително високи честоти на електрически сигнали. В резултат на това се появиха първите хартиени кондензатори, където маслено платно разделяше два листа фолио, навити в цилиндър един от друг. Постепенно с развитието на производството като изолатори започват да се използват следните материали, например:

  • Керамика.
  • слюда.
  • Хартия.

    • Но истинският пробив в дизайна на кондензаторите се случи в момента, когато хората познаха качеството на диелектрикананесете оксиден слой върху металната повърхност. Говорим, разбира се, за електролитни кондензатори. При тях един от фолиевите цилиндри е бил покрит с оксид. Най-често за това се използва ецване (умишлено окисляване на материала под въздействието на агресивна среда), но ако изискванията за технически характеристики са високи, се използва анодиране. Това ви позволява да получите по-гладка повърхност в непосредствена близост до електрода с противоположния знак.

    каква е идеята Като капаци служат оксидирано фолио и хартия, импрегнирана с електролит. Те са разделени само от най-тънкия слой оксид, което прави възможно получаването на зашеметяващи мощности в единицата и десетки микрофаради в сравнително малък обем. В този случай техническите характеристики на кондензаторите са просто зашеметяващи. Втората ролка алуминиево фолио служи като обикновен проводник на електричество, тя е един от контактите. Оксидът има едно странно свойство - той провежда ток само в една посока. Следователно, когато електролитният кондензатор е свързан от грешната страна, възниква експлозия.

    Тоест, вместо да служи като диелектрик, разделителният слой става проводник. Поради рязкото повишаване на температурата в тази област започва лавинообразна реакция между метала и електролита, поради което кондензаторът набъбва. Много радиолюбители са виждали това и няма нужда да казвам, че няма много забавление в процеса. (Вижте също: Технически характеристики на луминесцентни лампи и лампи)

    Защо е необходим диелектрик в кондензатор?

    Беше забелязано, че ако поставите изолационен материал между плочите на кондензатора, капацитетът се увеличава. Учените дълго време озадачаваха това, докато не беше открита концепцията за диелектрична константа. Оказва се, че според теоремата на Гаус напрегнатостта на полето между плочите може да бъде свързана с капацитета на кондензатора. ИОказва се, че изолаторът реагира на натрупването на заряди от метали чрез събиране на носители с противоположен знак на повърхността му. Вярваме, че читателите вече са се досетили, че те от своя страна създават поле, насочено към тях, което предизвиква отслабване и увеличаване на капацитета на цялата структура.

    работа

    Диелектрик в кондензатора

    Трябва да се каже, че според таблиците хартията и керамиката не са най-добрите материали. Стойностите за сярна киселина достигат 150 единици, което е почти два порядъка по-високо. Освен това в чистата си форма това вещество е изолатор. Следователно може би ще дойде денят, когато принципът на работа на кондензатора ще се реализира не от разтвор, а от сярна киселина в нейната чиста форма. Все още не сме стигнали до оловни батерии, но те съхраняват енергия по съвсем различен начин. По този начин разглежданите опции не са единствените, но са много често срещани.

    В световен мащаб кондензаторите могат да бъдат разделени на две семейства:

  • Електролитен (полярно).
  • Неполярни.

    • Вече разказахме как са подредени първите. Разликата може да е в материала на кориците. Например титановият оксид има диелектрична константа, близка до сто. Ясно е, че такъв материал е по-добър за създаване на продукти от висок клас. Но цената хапе. За информация, бариевият титанат има още по-висока диелектрична константа. Така че почти всеки кондензатор се състои от капаци. А диелектрикът служи за увеличаване на капацитета на продукта. Най-често най-добрите модели кондензатори съдържат благородни метали, като паладий, платина и др.

    Маркировка и технически характеристики на кондензатори

    Трябва да се знае, че етикетирането на кондензаторите обикновено съдържа такъв параметър като максимално допустимото работно напрежение. Обозначението се дава в съответствие с GOST 25486, а след това поясненията следват индустриалните стандарти. Например номиналнаинсталиран съгласно GOST 28364. И е почти невъзможно да се намери отделен стандарт с електролитни кондензатори. Ние обаче го направихме и предлагаме на нашите читатели да разгледат GOST 27550. По-специално, всички видове кондензатори имат следната маркировка върху корпуса:

    Маркиране на повърхността

    • Лого на производителя.
    • Тип кондензатор.

    Тук е трудно да се каже нещо със сигурност, но повечето електролитни кондензатори имат маркировка под формата на буквата K и няколко цифри, често разделени с тире. Съответно можете да намерите подходящ стандарт или други материали в Интернет.

    • Съгласно правилата на GOST 28364 деноминацията се състои от 3, 4 или 5 символа, единият от които е буква.

    По-специално, n означава префикс пико, n означава нано, а μ означава микро. Ако в деноминацията има дробна част, тя се поставя на последно място, след буквата. Стойностите на капацитивните серии (непълни) са дадени в същия GOST 28364 с примери. Нормите на този стандарт прилагат ли се на практика? Само не за електролитни кондензатори. Това вероятно се дължи на големи купюри. Следователно можете лесно да намерите надпис като 2000 μF на всеки K50-6. Според GOST 28364 трябва да изглежда като 2m0. За електролитни кондензатори в тази част се използва GOST 11076. В него, заедно с кодирани обозначения (например според GOST 28364), е разрешено обичайното въвеждане (2000 μF). Виждате ли, предназначението на кондензаторите често определя начина, по който са етикетирани. Например, електролитът често служи като компонент на филтрите във веригата за захранване. Тук се изисква голям рейтинг и функционалността е много различна от начина, по който кондензаторът работи в разделителни клонове и вериги с променлив ток.

    • Ако според миналите норми работното напрежение в маркировката на кондензатора е на първо място,тогава в съвременните модели всичко обикновено е точно обратното. Означението е във волтове.

    Означение във волтове

    И това е точно работното, а не пробивното напрежение. Трябва да се знае, че кондензаторните блокове лесно изгарят при високи стойности. При равни други условия, колкото по-тънък е диелектричният слой, толкова по-лесно е. В този смисъл има противоречие между разстоянието между капаците (колкото по-малко, толкова по-високо от номинала) и желанието за увеличаване на работното напрежение.

    • Толерансът на капацитета често не е посочен.

    Освен това в процеса на стареене номиналната стойност надхвърля работните граници. Може да се каже, че това, за което ви трябва кондензатор, вече не можете да направите с помощта на такива остарели продукти. Радиолюбителите обаче могат да го направят по свой начин. Например, позвънете на кондензатора, определете новия му рейтинг с помощта на тестер и използвайте на свой собствен риск.

    • Буквата трябва да означава изцяло климатични кондензатори.
    • Преди да заредите кондензатора, опитайте се да разберете дали е полярен.

    В противен случай продуктът може да експлодира. И, разбира се, полярен кондензатор никога не трябва да се включва във верига с променлив ток. Няма един вид маркировка за тази сметка, но е договорено, че изискванията могат да бъдат посочени в индустриалните технически условия. Например, това могат да бъдат знаци плюс и минус. При вносните продукти отрицателният полюс обикновено се обозначава със светла лента върху тъмен корпус.

    • Обозначението се допълва с дата на издаване (месец, година) и цена.

    Ясно е, че последното вече не е актуално в съвременните икономически условия. Възможно е например да се посочи - преди анексирането на Крим, толкова, след - тази стойност. Разбира се, може да се прилага ЕС, както беше прието у нас едно време, но производителите са по-простимежду другото - те не обръщат внимание на такива дреболии като цена.

    Имайте предвид, че кондензаторът може да съхранява своя заряд за дълго време. Това крие риск от токов удар. Всеки ремонтник, който работи с радио оборудване, знае, че преди да се качите вътре в импулсно захранване, трябва да помислите как да разредите кондензатора. Най-често това се прави с помощта на крушка, която е забранена от стандартите, завинтена в патрона. Два оголени проводника се свързват към тоководещите части на веригата и импулсът запалва спиралата за кратко време. Между другото, същият дизайн често се поставя вместо предпазители, за да се разбере дали токът в тази верига е голям (означава наличието на неизправност и необходимостта от допълнителна диагностика).

    Откриването на неизправност на кондензатора изисква известно умение, но със специфични познания е напълно осъществимо. За това трябва да имате поне най-простия мултицет под ръка. Вече говорихме за това как да проверим кондензатора с тестер, така че препращаме читателите към подходящия преглед, а ние самите, с разрешението на уважаваната общественост, бързаме да се отклоним.

    Следваща

    Прочетете също: