Базовая электроника - Конденсаторы
Конденсатор - это пассивный компонент, который может накапливать энергию в виде разности потенциалов между пластинами. Он сопротивляется резкому изменению напряжения. Заряд сохраняется в виде разности потенциалов между двумя пластинами, которые могут быть положительными и отрицательными в зависимости от направления накопления заряда.
Между этими двумя пластинами присутствует непроводящая область, которая называется dielectric. Этот диэлектрик может быть вакуумным, воздушным, слюдяным, бумажным, керамическим, алюминиевым и т. Д. Название конденсатора определяется используемым диэлектриком.
Символ и единицы измерения
Стандартные единицы измерения емкости - фарады. Как правило, доступные конденсаторы имеют порядок микрофарад, пикофарад и нанофарад. Символ конденсатора показан ниже.
Емкость конденсатора пропорциональна расстоянию между пластинами и обратно пропорциональна площади пластин. Кроме того, чем выше диэлектрическая проницаемость материала, тем выше будет его емкость. Вpermittivityсреды описывает, сколько электрического потока генерируется на единицу заряда в этой среде. На следующем изображении показаны некоторые практические конденсаторы.
Когда две пластины, имеющие одинаковую площадь A и одинаковую ширину, размещаются параллельно друг другу на расстоянии d, и если к пластинам прикладывается некоторая энергия, то емкость этого конденсатора с параллельными пластинами можно обозначить как -
$$ C \: \: = \: \: \ frac {\ varepsilon_ {0} \: \: \ varepsilon_ {r} \: \: d} {A} $$
где
C = Емкость конденсатора
$ \ varepsilon_ {0} $ = диэлектрическая проницаемость свободного пространства
$ \ varepsilon_ {r} $ = диэлектрическая проницаемость диэлектрической среды
d = расстояние между пластинами
A = площадь двух проводящих пластин
При приложении некоторого напряжения заряд оседает на двух параллельных пластинах конденсатора. Это отложение заряда происходит медленно, и когда напряжение на конденсаторе становится равным приложенному напряжению, заряд прекращается, поскольку входящее напряжение равно выходному напряжению.
Скорость зарядки зависит от значения емкости. Чем больше значение емкости, тем меньше скорость изменения напряжения в пластинах.
Работа конденсатора
Конденсатор можно понимать как пассивный компонент с двумя выводами, который накапливает электрическую энергию. Эта электрическая энергия хранится в электростатическом поле.
Первоначально отрицательный и положительный заряды на двух пластинах конденсатора находятся в равновесии. Конденсатор не имеет тенденции к заряду или разрядке. Отрицательный заряд образуется за счет накопления электронов, а положительный заряд образуется за счет истощения электронов. Поскольку это происходит без какого-либо внешнего заряда, это состояниеelectrostaticсостояние. На рисунке ниже показан конденсатор со статическим зарядом.
Накопление и истощение электронов в соответствии с изменяющимися положительными и отрицательными циклами подачи переменного тока можно понимать как «протекание тока». Это называетсяDisplacement Current. Направление этого тока постоянно меняется, поскольку это переменный ток.
Зарядка конденсатора
При подаче внешнего напряжения электрический заряд преобразуется в электростатический. Это происходит во время зарядки конденсатора. Положительный потенциал источника питания притягивает электроны от положительной пластины конденсатора, делая его более положительным. В то время как отрицательный потенциал источника питания заставляет электроны двигаться к отрицательной пластине конденсатора, делая ее более отрицательной. Рисунок ниже объясняет это.
Во время этого процесса зарядки электроны проходят через источник постоянного тока, но не через dielectric который является insulator. Это смещение велико, когда конденсатор начинает заряжаться, но уменьшается по мере заряда. Конденсатор перестает заряжаться, когда напряжение на конденсаторе становится равным напряжению питания.
Посмотрим, что происходит с диэлектриком, когда конденсатор начинает заряжаться.
Диэлектрическое поведение
Когда заряды осаждаются на пластинах конденсатора, создается электростатическое поле. Сила этого электростатического поля зависит от величины заряда на пластине и диэлектрической проницаемости диэлектрического материала.Permittivity является мерой диэлектрика, насколько далеко он позволяет электростатическим линиям проходить через него.
Диэлектрик фактически является изолятором. У него есть электроны на самой внешней орбите атомов. Давайте посмотрим, как они пострадают. Когда на пластинах нет заряда, электроны в диэлектрике движутся по круговой орбите. Это показано на рисунке ниже.
Когда происходит осаждение заряда, электроны стремятся двигаться к положительно заряженной пластине, но все же продолжают вращаться, как показано на рисунке.
При дальнейшем увеличении заряда орбиты расширяются еще больше. Но если он все равно увеличивается, диэлектрикbreaks downзамыкание конденсатора. Теперь, когда конденсатор полностью заряжен, он готов к разрядке. Достаточно, если мы предоставим им путь от отрицательной пластины к положительной. Электроны текут без какого-либо внешнего питания, так как с одной стороны слишком много электронов, а с другой их почти нет. Этот дисбаланс корректируетсяdischarge конденсатора.
Кроме того, когда путь разряда обнаружен, атомы в диэлектрическом материале стремятся вернуться к своему нормальному состоянию. circular orbitи, следовательно, заставляет электроны разряжаться. Этот вид разряда позволяет конденсаторам выдавать большие токи за короткий промежуток времени, как во вспышке камеры.
Цветовое кодирование
Чтобы узнать стоимость конденсатора, он обычно помечается, как показано ниже -
n35 = 0,35 нФ или 3n5 = 3,5 нФ или 35n = 35 нФ и так далее.
Иногда маркировка будет иметь вид 100K, что означает k = 1000pF. Тогда значение будет 100 × 1000 пФ = 100 нФ.
Хотя эта числовая маркировка используется в наши дни, международная схема цветового кодирования была разработана давно, чтобы понять значения конденсаторов. Цветовая кодировка указана ниже.
Цвет ремешка | Цифры A и B | Множитель | Допуск (t)> 10pf | Допуск (t) <10pf | Температурный коэффициент |
---|---|---|---|---|---|
Черный | 0 | × 1 | ± 20% | ± 2,0 пФ | |
Коричневый | 1 | × 10 | ± 1% | ± 0,1 пФ | -33 × 10-6 |
Красный | 2 | × 100 | ± 2% | ± 0,25 пФ | -75 × 10-6 |
апельсин | 3 | × 1000 | ± 3% | -150 × 10-6 | |
Желтый | 4 | × 10 000 | ± 4% | -220 × 10-6 | |
Зеленый | 5 | × 100 000 | ± 5% | ± 0,5 пФ | -330 × 10 -6 |
Синий | 6 | × 1,000000 | -470 × 10 -6 | ||
Виолетта | 7 | -750 × 10 -6 | |||
Серый | 8 | × 0,01 | + 80%, -20% | ||
Белый | 9 | × 0,1 | ± 10% | ± 1.0 пФ | |
Золото | × 0,1 | ± 5% | |||
Серебряный | × 0,01 | ± 10% |
Эти показания использовались для определения номинала конденсаторов.
В этих пяти полосных конденсаторах первые две полосы представляют собой цифры, третья - множитель, четвертая - допуск, а пятая - напряжение. Давайте посмотрим на пример, чтобы понять процесс цветового кодирования.
Example 1 - Определите емкость конденсатора с цветовым кодом: желтый, фиолетовый, оранжевый, белый и красный.
Solution- Значение желтого - 4, фиолетового - 7, оранжевого - 3, что представляет множитель. Белый цвет составляет ± 10, что является значением допуска. Красный представляет напряжение. Но чтобы узнать номинальное напряжение, у нас есть другая таблица, из которой необходимо знать конкретную полосу, к которой принадлежит этот конденсатор.
Следовательно, емкость конденсатора составляет 47 нФ, 10% 250 В (напряжение для диапазона V).
В следующей таблице показано, как определяется напряжение в зависимости от диапазона, к которому относятся конденсаторы.
Цвет ремешка | Номинальное напряжение (В) | ||||
---|---|---|---|---|---|
TYPE J | TYPE K | TYPE L | TYPE M | TYPE N | |
Черный | 4 | 100 | 10 | 10 | |
Коричневый | 6 | 200 | 100 | 1.6 | |
Красный | 10 | 300 | 250 | 4 | 35 год |
апельсин | 15 | 400 | 40 | ||
Желтый | 20 | 500 | 400 | 6.3 | 6 |
Зеленый | 25 | 600 | 16 | 15 | |
Синий | 35 год | 700 | 630 | 20 | |
Виолетта | 50 | 800 | |||
Серый | 900 | 25 | 25 | ||
Белый | 3 | 1000 | 2,5 | 3 | |
Золото | 2000 г. | ||||
Серебряный |
С помощью этой таблицы известно номинальное напряжение для каждой группы конденсаторов в соответствии с заданным цветом. Тип номинального напряжения также указывает на тип конденсаторов. Например, ТИП J - это погружные танталовые конденсаторы, ТИП K - слюдяные конденсаторы, ТИП L - это полистирольные конденсаторы, ТИП M - это конденсаторы с электролитической полосой 4, а ТИП N - конденсаторы с электролитической полосой 3. В наши дни цветовая кодировка была заменена простой печатью стоимости конденсаторов, как упоминалось ранее.
Емкостное реактивное сопротивление
Это важный термин. Емкостное реактивное сопротивление - это противодействие, предлагаемое конденсатором потоку переменного тока или просто переменного тока. Конденсатор сопротивляется изменению потока тока и, следовательно, демонстрирует некоторую оппозицию, которую можно назватьreactance, так как частота входного тока также должна учитываться вместе с сопротивлением, которое он предлагает.
Symbol: XC
В чисто емкостной схеме ток IC leads приложенное напряжение на 90 °
Температурный коэффициент конденсаторов
Максимальное изменение Capacitanceконденсатора в заданном температурном диапазоне можно узнать по температурному коэффициенту конденсатора. В нем говорится, что, когда температура превышает определенную точку, изменение емкости конденсатора, которое может произойти, понимается какtemperature coefficient of capacitors.
Все конденсаторы обычно изготавливаются с учетом эталонной температуры 25 ° C. Следовательно, температурный коэффициент конденсаторов учитывается для значений температур выше и ниже этого значения.