Все конденсаторы имеют максимальное номинальное напряжение, и при выборе конденсатора необходимо учитывать величину напряжения, подаваемого на конденсатор. Максимальное напряжение, которое можно приложить к конденсатору без повреждения его диэлектрического материала, обычно указывается в технических характеристиках как: WV (рабочее напряжение) или WV DC (рабочее напряжение постоянного тока).
Если напряжение, приложенное к конденсатору, становится слишком большим, диэлектрик разрушается (так называемый электрический пробой), и между пластинами конденсатора возникает дуга, что приводит к короткому замыканию. Рабочее напряжение конденсатора зависит от типа используемого диэлектрического материала и его толщины.
Рабочее напряжение постоянного тока конденсатора - это максимальное напряжение постоянного тока, а НЕ максимальное напряжение переменного тока, поскольку конденсатор с номинальным напряжением постоянного тока 100 вольт постоянного тока не может безопасно подвергаться воздействию переменного напряжения 100 вольт. Поскольку переменное напряжение, среднеквадратичное значение которого составляет 100 Вольт, будет иметь пиковое значение более 141 Вольта! (√2 х 100).
Тогда конденсатор, который должен работать при 100 В переменного тока, должен иметь рабочее напряжение не менее 200 В. На практике конденсатор следует выбирать так, чтобы его рабочее напряжение постоянного или переменного тока было как минимум на 50 процентов больше, чем максимальное эффективное напряжение, которое к нему прикладывается.
Еще одним фактором, влияющим на работу конденсатора, является утечка через диэлектрик. Диэлектрическая утечка возникает в конденсаторе в результате нежелательного тока утечки, протекающего через диэлектрический материал.
Обычно предполагается, что сопротивление диэлектрика чрезвычайно велико и является хорошим изолятором, блокирующим протекание постоянного тока через конденсатор (как в идеальном конденсаторе) от одной обкладки к другой.
Однако если диэлектрический материал повреждается из-за чрезмерного напряжения или перегрева, ток утечки через диэлектрик станет чрезвычайно высоким, что приведет к быстрой потере заряда на обкладках и перегреву конденсатора, что в конечном итоге приведет к его преждевременному выходу из строя. Никогда не используйте конденсатор в цепи с более высоким напряжением, чем рассчитано на конденсатор, иначе он может нагреться и взорваться.
Введение в обзор конденсаторов
В этом уроке мы увидели, что задача конденсатора — сохранять электрический заряд на своих пластинах. Количество электрического заряда, которое конденсатор может хранить на своих обкладках, известно как значение его емкости и зависит от трех основных факторов.
* Площадь поверхности – площадь поверхности A двух проводящих пластин, составляющих конденсатор; чем больше площадь, тем больше емкость.
* Расстояние – расстояние d между двумя пластинами, чем меньше расстояние, тем больше емкость.
* Материал диэлектрика – тип материала, который разделяет две пластины, называемый «диэлектриком», чем выше диэлектрическая проницаемость диэлектрика, тем больше емкость.
Мы также видели, что конденсатор состоит из металлических пластин, которые не соприкасаются друг с другом, а разделены материалом, называемым диэлектриком. Диэлектриком конденсатора может быть воздух или даже вакуум, но обычно это непроводящий изоляционный материал, такой как вощеная бумага, стекло, слюда, различные виды пластмасс и т. д. Диэлектрик обеспечивает следующие преимущества:
- Диэлектрическая проницаемость является свойством диэлектрического материала и варьируется от одного материала к другому, увеличивая емкость в k раз.
- Диэлектрик обеспечивает механическую поддержку между двумя пластинами, позволяя пластинам располагаться ближе друг к другу, не соприкасаясь.
- Диэлектрическая проницаемость диэлектрика увеличивает емкость.
- Диэлектрик увеличивает максимальное рабочее напряжение по сравнению с воздухом.
Конденсаторы можно использовать во многих различных приложениях и схемах, таких как блокировка постоянного тока при передаче аудиосигналов, импульсов или переменного тока или других форм сигналов, изменяющихся во времени. Эта способность блокировать постоянный ток позволяет использовать конденсаторы для сглаживания выходных напряжений источников питания, для устранения нежелательных всплесков сигналов, которые в противном случае могли бы привести к повреждению или ложному срабатыванию полупроводниковых или цифровых компонентов.
Конденсаторы также можно использовать для регулировки частотной характеристики аудиосхемы или для соединения отдельных каскадов усилителя, которые необходимо защитить от передачи постоянного тока.
При использовании в источниках постоянного тока конденсатор имеет бесконечное сопротивление (разомкнутая цепь), на очень высоких частотах конденсатор имеет нулевое сопротивление (короткое замыкание). Все конденсаторы имеют максимальное рабочее напряжение постоянного тока (WVDC), поэтому рекомендуется выбирать конденсатор с номинальным напряжением как минимум на 50 % выше напряжения питания.
В этом вводном уроке по конденсаторам мы увидели, что существует большое разнообразие стилей и типов конденсаторов, каждый из которых имеет свои преимущества, недостатки и характеристики. Включение всех типов сделало бы этот раздел руководства очень большим, поэтому в следующем уроке о конденсаторах я ограничу их наиболее часто используемыми типами.