УСТРОЙСТВО КОНДЕНСАТОРА

Аннотация. Электроника и электротехника - без них невозможно представить современный мир. Устройства, которые мы используем каждый день, от телефонов до компьютеров, от автомобилей до самолетов, все они содержат множество электрических компонентов и деталей, которые выполняют различные функции. Один из таких элементов – конденсатор.

Ключевые слова: конденсатор, диэлектрик, емкость, ток, напряжение.

Введение

Некоторые конденсаторы стоят не больше рубля, но их производство в мировом масштабе исчисляется миллиардами долларов. Принципы изготовления конденсаторов стали известны еще 250 лет назад, когда в 1745 г. в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и нидерландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор - 'лейденскую банку' - в ней диэлектриком были стенки стеклянной банки, откуда и возникло название. Эти принципы не изменились до сих пор, однако совершенствование технологий и применение новых материалов позволили значительно улучшить конструкцию конденсаторов.

Определение конденсатора

Конденсатор – это электрическое устройство, состоящее из двух параллельных проводников, которые разделены диэлектриком и служащее для накопления электрической энергии. Диэлектрик - это материал, который не проводит электрический ток и который обычно состоит из некоторого вида изоляции. Когда на конденсатор подается электрический ток, электроны собираются на одном из проводников, создавая положительный заряд на одном проводнике и отрицательный заряд на другом. Когда ток отключается, конденсатор сохраняет этот заряд. Это позволяет использовать конденсаторы для различных целей.

Виды конденсаторов

Конденсаторы могут быть классифицированы по различным параметрам, включая электроемкость, рабочее напряжение, ток утечки и допустимую температуру. Электроемкость - это основной параметр конденсатора, измеряемый в фарадах. Фарад - это единица измерения электрической ёмкости, которая определяет, сколько заряда может хранить конденсатор при данном напряжении. Рабочее напряжение - это максимальное напряжение, которое может выдержать конденсатор без разрыва диэлектрика. Ток утечки - это ток, который может протекать через конденсатор, когда он не подключен к источнику питания. Высокий ток утечки может привести к сбоям в работе устройства. Допустимая температура - это максимальная температура, которая может быть применена к конденсатору без повреждения его диэлектрика. Конденсаторы могут быть электролитическими или неэлектролитическими. Электролитические конденсаторы используют жидкость или гель в качестве диэлектрика. Они имеют более высокую емкость, чем неэлектролитические конденсаторы. Неэлектролитические конденсаторы используют сплошные диэлектрики, такие как керамика или полимеры. Они имеют более низкую емкость, но лучше справляются с высокими частотами.

Устройство конденсаторов

Конструкции современных конденсаторов отличаются разнообразием, но можно выделить несколько типичных вариантов:

- пакетная конструкция. Используется в стеклоэмалевых, керамических и стеклокерамических конденсаторах. Пакеты образованы чередующимися слоями обкладок и диэлектрика. Обкладки могут изготавливаться из фольги, а могут представлять собой слои на диэлектрических пластинах – напыленный или нанесенный вжиганием. Каждый пакетный конденсатор имеет верхнюю и нижнюю обкладки, имеющие контакты с торцов пакета. Выводы изготавливаются из проволоки или ленточных полосок. Пакет опрессовывается, герметизируется, покрывается защитной эмалью.

- трубчатая конструкция. Такую конструкцию могут иметь высокочастотные конденсаторы. Они представляют собой керамическую трубку с толщиной стенки 0,25 мм. На ее наружную и внутреннюю стороны способом вжигания наносится серебряный проводящий слой. Снаружи деталь обрабатывается изоляционным веществом. Внутреннюю обкладку выводят на наружный слой для присоединения к ней гибкого вывода.

- дисковая конструкция. Эта конструкция, как и трубчатая, применяется при изготовлении высокочастотных конденсаторов. Диэлектриком в дисковых конденсаторах является керамический диск. На него вжигают серебряные обкладки, к которым подсоединены гибкие выводы.

- литая секционированная конструкция. Применяется в монолитных многослойных керамических конденсаторах, используемых в современной аппаратуре, в том числе с интегральными микросхемами. Деталь, имеющая 2 паза, изготавливается литьем керамики. Пазы заполняют серебряной пастой, которую закрепляют методом вживания. К серебряным вставкам припаивают гибкие выводы.

- рулонная конструкция. Характерна для бумажных пленочных низкочастотных конденсаторов с большой емкостью. Бумажная лента и металлическая фольга сворачиваются в рулон.

Принцип работы конденсаторов

Принцип работы конденсатора заключается в накоплении заряда на пластинах при подаче разности потенциалов. Электрическое поле, созданное между пластинами, обеспечивает силу, притягивающую заряды к пластинам. Как только достигнута определенная разность потенциалов, заряд перестает двигаться и наступает состояние равновесия. При отключении источника напряжения заряд на пластинах сохраняется, и конденсатор может выступать как временное хранилище электрической энергии.

Области применения конденсаторов

Конденсаторы могут быть использованы для различных целей. Например, в электронных цепях конденсаторы используются для фильтрации и сглаживания переменного тока, чтобы получить постоянный ток. Они также используются в цепях таймеров и осцилляторов для генерации сигналов с определенной частотой. Кроме того, конденсаторы используются в блоках питания, чтобы хранить заряд и обеспечивать энергию при скачке нагрузки. Они также используются в электромоторах и выводятся на коллектор, чтобы уменьшить искрение при изменении скорости вращения. Конденсаторы имеют множество применений в электронике и электротехнике. Они используются как в простых радиоприемниках, так и в сложных системах управления и обработки сигналов. Несмотря на некоторые ограничения, конденсаторы остаются одним из самых важных электронных элементов и продолжают широкое применение в области электронной техники и электроники.

Однако, конденсаторы имеют несколько ограничений. Во-первых, они могут быть очень большими и занимать много места в электронной плате. Во-вторых, они могут иметь низкий коэффициент мощности, что приводит к потере энергии в цепи. В-третьих, конденсаторы могут иметь высокий ток утечки, который может привести к сбою в работе устройства.

Достоинства и недостатки

К достоинствам конденсаторов можно отнести:

1. Хранение электрического заряда: Конденсаторы используются для

хранения электрического заряда и обеспечивают временное хранение энергии. Они могут легко заряжаться и разряжаться.

2. Фильтрация и сглаживание переменного тока: Конденсаторы могут

использоваться для фильтрации и сглаживания переменного тока. Они могут преобразовывать нестабильный и импульсный ток в постоянный ток.

3. Использование в блоках питания: Конденсаторы используются в блоках

питания, чтобы хранить заряд и обеспечивать энергию при скачке нагрузки.

А к недостаткам отнесем:

1. Место: Конденсаторы могут быть очень большими и занимать много

места в электронной плате.

2. Коэффициент мощности: Конденсаторы могут иметь низкий

коэффициент мощности, что приводит к потере энергии в цепи.

3. Рабочее напряжение: Конденсаторы имеют рабочее напряжение,

которое не может быть превышено. Если напряжение превышает допустимый порог, конденсатор может разорваться.

4. Цена: Некоторые типы конденсаторов могут быть дорогими и

недоступны для большинства потребителей.

Заключение

Конденсаторы - это важные компоненты в электронике и электротехнике. Они используются для хранения заряда, фильтрации сигналов и обеспечения энергии в различных приложениях. Есть множество различных типов конденсаторов с разными параметрами, которые могут быть использованы для разных целей. Несмотря на некоторые ограничения, конденсаторы остаются важными и широко используемыми элементами в электронной технике и электронике.