Практическая часть пособия. Глава 1.2. Светодиоды, резисторы, конденсаторы, регуляторы напряжения. Глава 1.2.2. Конденсаторы

Данное пособие подойдёт для студентов первых курсов, обучающихся по направлению "Электроника" и смежных с ним специальностей, а также для начинающих радиолюбителей и схемотехников.

В пособии будет представлена необходимая базовая теория и практические задачи для её закрепления.

Ссылки на полное оглавление пособия, на предыдущую на следующую главы.

Приятного чтения!

Конденсатор представляет из себя маленький перезаряжаемый аккумулятор. Его ёмкость настолько мала, что конденсатор заряжается за долю секунды. Затем он столь же быстро разряжается. После того, как конденсатор исчерпает свой запас электроэнергии, процесс зарядки снова повторяется.

Если конденсатор большой ёмкости заряжен высоким напряжением, то он может удерживать это напряжение в течение нескольких минут и даже часов. Заряд такой силы способен убить человека.

Из чего же состоит конденсатор?

Внутри конденсатора нет электрического соединения. Два его вывода соединены внутри с обкладками, которые находятся на небольшом расстоянии друг от друга и разделены изолирующим веществом – диэлектриком. Следовательно, постоянный ток не может проходить через конденсатор. Тем не менее, если Вы подключите конденсатор к источнику питания, он начнёт заряжаться, потому что заряд на одной пластине притягивает противоположный заряд на другой пластине.

Существует несколько видов конденсаторов – элекролитические и керамические (рис.1.2.3.1). Основные их отличие друг от друга - для электролитических конденсаторов крайне важно соблюдение полярности, иначе он попросту не будет работать, однако, при этом они обладают большей ёмкостью. В свою очередь, керамические конденсаторы не имеют полярности, поэтому не важно, как вы их подключаете, однако, они обладают небольшой ёмкостью и поэтому накапливают относительно малый заряд.

Рис.1.2.3.1. Графическое и схематическое изображение керамических и электролитических конденсаторов.

Основные характеристики конденсаторов

Рис.1.2.3.2. Пример кодирования номинала керамического конденсатора.

Номинал в пФ записан на корпусе. Первые 2 цифры — основание, 3-я — множитель. Например:

§ 220 = 22 × 100 пФ = 22 пФ;

§ 471 = 47 × 101 пФ = 470 пФ;

§ 103 = 10 × 103 пФ = 10 000 пФ = 10 нФ;

§ 104 = 10 × 104 пФ = 100 000 пФ = 100 нФ.

Поведение конденсаторов

§ Если подаваемое напряжение больше внутреннего накопленного, конденсатор будет заряжаться.

§ Если внешнее напряжение меньше внутреннего, конденсатор будет отдавать заряд.

Рис.1.2.3.3. Графическое изображение заряжания и разряжения конденсаторов в цепи.

Время заряда и разряда конденсатора

Для связывания уровня заряда конденсатора с временем используют понятие «постоянной времени τ»:

Как быстро заряжается/разряжается конденсатор? Ответ:

§ За τ секунд конденсатор заряжается или разряжается на 63%

§ За 5×τ секунд конденсатор заряжается или разряжается на 99%

Если резистора в схеме нет, его роль исполняет паразитное сопротивление проводов, разъёмов, дорожек, составляющее доли Ом.

Рис.1.2.3.4. Процесс заряжания и разряжения конденсаторов в цепи. За каждый интервал времени τ конденсатор заряжается/разряжается на 63% от величины заряда предыдущего интервала времени.