Tipični kondenzator sa oznakom kola "C" pripada kategoriji najčešćih radio komponenti koje rade u AC i DC krugovima. U prvom slučaju koristi se kao blokirni element i kapacitivno opterećenje, au drugom - kao filterska veza u ispravljačkim krugovima s pulsirajućom strujom. Kondenzator u AC kolu izgleda kao onaj prikazan na donjoj slici.

Za razliku od druge uobičajene radio komponente koja se zove otpornik, kondenzator u AC kolu uvodi reaktivnu komponentu u njega, što dovodi do stvaranja faznog pomaka između primijenjene emf i struje uzrokovane njome. Hajde da se detaljnije upoznamo s tim što su reaktivna komponenta i kapacitivna reaktancija.

Uključivanje sinusoidnog EMF-a u kolo

Vrste inkluzija

Kao što je poznato, kondenzator u krugu istosmjerne struje (bez naizmjenične komponente) ne može raditi.

Bilješka! Ova izjava se ne odnosi na filtere za izglađivanje gdje teče pulsirajuća struja, kao ni na specijalna kola za blokiranje.

Posmatra se potpuno drugačija slika ako uzmemo u obzir uključivanje ovog elementa u krug izmjenične struje, u kojem se počinje ponašati aktivnije i može obavljati nekoliko funkcija odjednom. U ovom slučaju, kondenzator se može koristiti u sljedeće svrhe:

• Za blokiranje DC komponente, uvijek prisutne u bilo kojem elektronskom kolu;
• U cilju stvaranja otpora na putu širenja visokofrekventnih (HF) komponenti obrađenog signala;
• Kao kapacitivni element opterećenja koji postavlja frekvencijske karakteristike kola;
• Kao element oscilatornih kola i specijalnih filtera (NF i HF).

Iz svega navedenog odmah je jasno da se u velikoj većini slučajeva kondenzator u kolu naizmjenične struje koristi kao frekvencijsko ovisan element koji može imati određeni utjecaj na signale koji kroz njega teku.

Najjednostavniji tip inkluzije

Procesi koji se dešavaju tokom ovog uključivanja prikazani su na donjoj slici.

Oni se mogu opisati uvođenjem koncepta harmonijske (sinusoidalne) emf, izražene kaoU = Uo cos ω t, i izgledaju ovako:

• Kako se EMF varijabla povećava, kondenzator se puni električnom strujom I koja teče kroz njega, a koja je maksimalna u početnom trenutku vremena. Kako se kapacitet puni, vrijednost struje punjenja postupno opada i potpuno je nula u trenutku kada EMF dostigne svoj maksimum;

Bitan! Takva višesmjerna promjena struje i napona dovodi do formiranja između njih faznog pomaka od 90 stupnjeva karakterističnog za ovaj element.

• Time se završava prva četvrtina periodične oscilacije;
• Nadalje, sinusoidni EMF postupno se smanjuje, zbog čega se kondenzator počinje prazniti, a u to vrijeme struja koja raste u amplitudi teče u krugu. U ovom slučaju se uočava isto fazno kašnjenje koje je bilo u prvom kvartalu perioda;
• Po završetku ove faze, kondenzator se potpuno isprazni (sa EMF jednakim nuli), a struja u krugu dostiže svoj maksimum;
• Kako se reverzna struja (pražnjenja) povećava, kapacitet se ponovo puni, zbog čega se struja postupno smanjuje na nulu, a EMF dostiže svoju vršnu vrijednost (to jest, cijeli se proces vraća na početnu točku).

Nadalje, svi opisani procesi se ponavljaju sa frekvencijom određenom frekvencijom vanjskog EMF-a. Fazni pomak između struje i EMF-a može se smatrati vrstom otpora na promjenu napona na kondenzatoru (njegovo zaostajanje za strujnim fluktuacijama).

Kapacitet

Koncept kapaciteta

Proučavanjem procesa koji se odvijaju u krugovima na koje je priključen kondenzator, otkriveno je da se vremena punjenja i pražnjenja za različite uzorke ovog elementa značajno razlikuju jedno od drugog. Na osnovu ove činjenice uveden je koncept kapacitivnosti, definisan kao sposobnost kondenzatora da akumulira naelektrisanje pod uticajem datog napona:

Nakon toga, promjena naboja na njegovim pločama tokom vremena može se predstaviti kao:

Ali poštoQ= C.U., onda kroz jednostavne proračune dobijamo:

I = CxdU/dt = ω C Uo cos ω t = Io sin(ω t+90),

odnosno struja teče kroz kondenzator na takav način da počinje da vodi napon za 90 stepeni u fazi. Isti rezultat se dobija kada se koriste drugi matematički pristupi ovom električnom procesu.

Vektorska reprezentacija

Radi veće jasnoće, elektrotehnika koristi vektorsku reprezentaciju razmatranih procesa, a za kvantificiranje usporavanja reakcije uvodi se koncept kapacitivnosti (pogledajte sliku ispod).

Vektorski dijagram također pokazuje da je struja u krugu kondenzatora 90 stepeni ispred napona u fazi.

Dodatne informacije. Prilikom proučavanja "ponašanja" zavojnice u krugu sinusne struje, otkriveno je da u njemu, naprotiv, zaostaje u fazi s naponom.

U oba slučaja postoji razlika u faznim karakteristikama procesa, što ukazuje na reaktivnu prirodu opterećenja u naizmjeničnom EMF kolu.

Zanemarujući diferencijalne proračune koje je teško opisati, da bismo predstavili otpor kapacitivnog opterećenja dobijamo:

Iz toga slijedi da je otpor koji stvara kondenzator obrnuto proporcionalan frekvenciji naizmjeničnog signala i kapacitetu elementa ugrađenog u krug. Ova ovisnost vam omogućava da na osnovu kondenzatora izgradite takve krugove ovisne o frekvenciji kao što su:

• Integrirajući i diferencirajući lanci (zajedno sa pasivnim otpornikom);
• NF i HF filter elementi;
• Reaktivni krugovi koji se koriste za poboljšanje karakteristika opterećenja energetske opreme;
• Rezonantna kola serijskog i paralelnog tipa.

U prvom slučaju, pomoću kapacitivnosti, moguće je proizvoljno mijenjati oblik pravokutnih impulsa, povećavajući njihovo trajanje (integracija) ili ga skraćujući (diferencijacija).

Filterski lanci i rezonantna kola se široko koriste u linearnim krugovima različitih klasa (pojačala, pretvarači, generatori i slični uređaji).

Grafikon kapacitivnosti

Dokazano je da struja teče kroz kondenzator samo pod uticajem harmonijski promenljivog napona. U ovom slučaju, jačina struje u krugu je određena kapacitivnošću datog elementa, pa što je veći kapacitet kondenzatora, to je veća njegova vrijednost.

Ali možemo pratiti i inverznu vezu, prema kojoj otpor kondenzatora raste sa smanjenjem parametra frekvencije. Kao primjer, razmotrite grafikon prikazan na donjoj slici.

Iz gornje zavisnosti mogu se izvući sljedeći važni zaključci:

• Za konstantnu struju (frekvencija = 0) Xc je jednak beskonačnosti, što znači da u njoj ne može teći;
• Na vrlo visokim frekvencijama, otpor ovog elementa teži nuli;
• Pod svim ostalim stvarima, određuje se kapacitetom kondenzatora instaliranog u krugu.

Od posebnog interesa su pitanja distribucije električne energije u krugovima naizmjenične struje u kojima je uključen kondenzator.

Rad (snaga) u kapacitivnom opterećenju

Slično kao i kod induktivnosti, prilikom proučavanja “ponašanja” kondenzatora u varijabilnim EMF krugovima, otkriveno je da u njima nema potrošnje energije zbog faznog pomaka U i I. Ovo posljednje se objašnjava činjenicom da se električna energija u početnoj fazi procesa (tokom punjenja) pohranjuje između ploča kondenzatora, a u drugoj fazi se vraća izvoru (vidi sliku ispod).

Kao rezultat toga, kapacitivnost spada u kategoriju reaktivnih ili bezvodnih opterećenja. Međutim, takav zaključak se može smatrati čisto teorijskim, jer u stvarnim krugovima uvijek postoje obični pasivni elementi koji nemaju reaktivni, već aktivni ili vati otpor. To uključuje:

• Otpornost olovne žice;
• Vodljivost dielektričnih zona u kondenzatoru;
• Kontaktno raspršivanje;
• Aktivni otpor zavoja zavojnica i sl.

S tim u vezi, u svakom stvarnom električnom kolu uvijek postoje gubici aktivne snage (njena disipacija), određeni u svakom slučaju pojedinačno.

Posebnu pažnju treba obratiti na unutrašnje gubitke povezane sa curenjem kroz dielektrik i lošu izolaciju između ploča (ploča). Okrenimo se sljedećim definicijama, uzimajući u obzir stvarno stanje stvari. Stoga se gubici povezani s kvalitativnim karakteristikama dielektrika nazivaju dielektrikom. Troškovi energije koji se pripisuju nesavršenosti izolacije između ploča obično se klasifikuju kao gubici zbog curenja u elementu kondenzatora.

Na kraju ovog pregleda zanimljivo je pratiti jednu analogiju koja predstavlja procese koji se odvijaju u kondenzatorskom kolu sa elastičnom mehaničkom oprugom. I zaista, opruga, poput ovog elementa, akumulira potencijalnu energiju u sebi tokom jednog dijela periodične oscilacije, a u drugoj fazi je vraća nazad u kinetičkom obliku. Na osnovu ove analogije može se prikazati cijela slika ponašanja kondenzatora u kolima s promjenjivim EMF-om.

Video

Dosta je napisano o kondenzatorima, vrijedi li dodati još par hiljada riječi na milione koji već postoje? Ja ću to dodati! Vjerujem da će moja prezentacija biti korisna. Na kraju krajeva, to će biti urađeno uzimajući u obzir.

Šta je električni kondenzator

Govoreći na ruskom, kondenzator se može nazvati "uređajem za skladištenje". Ovako je još jasnije. Štaviše, upravo je ovo ime prevedeno na naš jezik. Staklo se takođe može nazvati kondenzatorom. Samo ono akumulira tečnost u sebi. Ili torbu. Da, torba. Ispostavilo se da je to i uređaj za pohranu podataka. U njemu se akumulira sve što unesemo. Kakve veze ima električni kondenzator s tim? To je isto kao čaša ili vrećica, ali samo akumulira električni naboj.

Zamislite sliku: električna struja prolazi kroz kolo, na njegovoj putanji se susreću otpornici i provodnici i, bam, pojavljuje se kondenzator (staklo). Šta će se desiti? Kao što znate, struja je tok elektrona, a svaki elektron ima električni naboj. Dakle, kada neko kaže da struja prolazi kroz kolo, zamislite milione elektrona koji teku kroz kolo. Upravo ti isti elektroni, kada im se na putu pojavi kondenzator, akumuliraju se. Što više elektrona stavimo u kondenzator, to će biti veći njegov naboj.

Postavlja se pitanje: koliko se elektrona može akumulirati na ovaj način, koliko će stati u kondenzator i kada će mu se to „dobiti“? Saznajmo. Vrlo često se za pojednostavljeno objašnjenje jednostavnih električnih procesa koristi poređenje s vodom i cijevima. Koristimo i ovaj pristup.

Zamislite cijev kroz koju teče voda. Na jednom kraju cijevi nalazi se pumpa koja silom pumpa vodu u ovu cijev. Zatim mentalno postavite gumenu membranu preko cijevi. Šta će se desiti? Membrana će se početi rastezati i naprezati pod utjecajem pritiska vode u cijevi (pritisak koji stvara pumpa). Protezat će se, rastezati, rastezati, i na kraju će elastična sila membrane ili uravnotežiti silu pumpe i protok vode će se zaustaviti, ili će se membrana slomiti (ako ovo nije jasno, zamislite balon koji će pukne ako se previše pumpa)! Ista stvar se dešava u električnim kondenzatorima. Samo tamo, umjesto membrane, koristi se električno polje, koje raste kako se kondenzator puni i postupno uravnotežuje napon izvora napajanja.

Dakle, kondenzator ima određeni granični naboj koji može akumulirati i nakon prekoračenja kojeg će doći do dielektrični slom u kondenzatoru slomit će se i prestati biti kondenzator. Vjerovatno je vrijeme da vam kažem kako kondenzator radi.

Kako radi električni kondenzator?

U školi su vam rekli da je kondenzator stvar koja se sastoji od dvije ploče i praznine između njih. Ove ploče su se zvale kondenzatorske ploče i na njih su bile spojene žice za dovod napona na kondenzator. Dakle, moderni kondenzatori se ne razlikuju mnogo. Svi također imaju ploče i između ploča je dielektrik. Zahvaljujući prisutnosti dielektrika, poboljšane su karakteristike kondenzatora. Na primjer, njegov kapacitet.

Moderni kondenzatori koriste različite vrste dielektrika (više o tome u nastavku), koji se stavljaju između ploča kondenzatora na najsofisticiranije načine kako bi se postigle određene karakteristike.

Princip rada

Opći princip rada je prilično jednostavan: napon se primjenjuje i naboj se akumulira. Fizički procesi koji se sada dešavaju ne bi trebali da vas mnogo zanimaju, ali ako želite, o tome možete pročitati u bilo kojoj knjizi o fizici u odeljku o elektrostatici.

Kondenzator u DC kolu

Ako svoj kondenzator stavimo u električni krug (slika ispod), spojimo ampermetar u seriju s njim i dovedemo jednosmernu struju u kolo, igla ampermetra će se nakratko trznuti, a zatim će se zamrznuti i pokazati 0A - nema struje u kolu. Šta se desilo?

Pretpostavit ćemo da je prije nego što je struja dovedena u kolo, kondenzator bio prazan (ispražnjen), a kada je struja dovedena, počeo se puniti vrlo brzo, a kada je bio napunjen (električno polje između ploča kondenzatora uravnotežilo je izvor energije ), tada je struja stala (ovdje je grafikon napunjenosti kondenzatora).

Zbog toga kažu da kondenzator ne propušta jednosmjernu struju. U stvari, prođe, ali za vrlo kratko vrijeme, što se može izračunati pomoću formule t = 3*R*C (Vrijeme punjenja kondenzatora do 95% nominalne zapremine. R je otpor kola, C je kapacitivnost kondenzatora) Ovako se kondenzator ponaša u jednosmernoj struji kola Ponaša se potpuno drugačije u promjenljivom kolu!

Kondenzator u AC kolu

Šta je naizmjenična struja? To je kada elektroni prvo „trče“ tamo, pa nazad. One. smjer njihovog kretanja se stalno mijenja. Zatim, ako naizmjenična struja prolazi kroz krug s kondenzatorom, tada će se na svakoj od njegovih ploča akumulirati naboj "+" ili "-". One. AC struja će zapravo teći. To znači da naizmjenična struja teče "neometano" kroz kondenzator.

Cijeli ovaj proces se može modelirati metodom hidrauličnih analogija. Slika ispod prikazuje analogni AC krug. Klip gura tečnost napred i nazad. To uzrokuje rotaciju radnog kola naprijed-nazad. Ispada da je to naizmjenični tok tekućine (čitamo naizmjeničnu struju).

Postavimo sad kondenzatorski medel u obliku membrane između izvora sile (klipa) i radnog kola i analizirajmo šta će se promeniti.

Izgleda da se ništa neće promijeniti. Kao što je tečnost vršila oscilatorne pokrete, tako i dalje čini, kao što je zbog toga oscilovao impeler, tako će i dalje oscilirati. To znači da naša membrana nije prepreka promjenjivom protoku. Isto će važiti i za elektronski kondenzator.

Činjenica je da iako elektroni koji se kreću u lancu ne prelaze dielektrik (membranu) između ploča kondenzatora, izvan kondenzatora njihovo kretanje je oscilatorno (naprijed-nazad), tj. teče naizmjenična struja. Eh!

Dakle, kondenzator prolazi naizmjeničnu struju i blokira jednosmjernu struju. Ovo je vrlo zgodno kada trebate ukloniti DC komponentu u signalu, na primjer, na izlazu/ulazu audio pojačala ili kada trebate pogledati samo promjenjivi dio signala (mreškanje na izlazu DC izvor napona).

Reaktancija kondenzatora

Kondenzator ima otpor! U principu, to bi se moglo pretpostaviti iz činjenice da jednosmjerna struja ne prolazi kroz njega, kao da je otpornik s vrlo velikim otporom.

Izmjenična struja je druga stvar - ona prolazi, ali doživljava otpor kondenzatora:

f - frekvencija, C - kapacitivnost kondenzatora. Ako pažljivo pogledate formulu, vidjet ćete da ako je struja konstantna, onda je f = 0, a zatim (neka mi militantni matematičari oproste!) X c = beskonačnost. I nema jednosmjerne struje kroz kondenzator.

Ali otpor naizmjenične struje mijenjat će se ovisno o njegovoj frekvenciji i kapacitetu kondenzatora. Što je veća frekvencija struje i kapacitivnost kondenzatora, to se manje opire ovoj struji i obrnuto. Što se napon brže mijenja
napona, što je struja kroz kondenzator veća, to objašnjava smanjenje Xc sa povećanjem frekvencije.

Usput, još jedna karakteristika kondenzatora je da ne oslobađa snagu i ne zagrijava se! Stoga se ponekad koristi za prigušivanje napona tamo gdje bi se otpornik dimio. Na primjer, za smanjenje mrežnog napona sa 220V na 127V. I dalje:

Struja u kondenzatoru je proporcionalna brzini napona primijenjenog na njegove terminale

Gdje se koriste kondenzatori?

Da, gde god se zahtevaju njihova svojstva (nepropuštanje jednosmerne struje, sposobnost akumulacije električne energije i promene otpora u zavisnosti od frekvencije), u filterima, u oscilatornim krugovima, u multiplikatorima napona, itd.

Koje vrste kondenzatora postoje?

Industrija proizvodi mnogo različitih tipova kondenzatora. Svaki od njih ima određene prednosti i nedostatke. Neki imaju nisku struju curenja, drugi imaju veliki kapacitet, a treći imaju nešto drugo. Ovisno o ovim pokazateljima, odabiru se kondenzatori.

Radio amateri, pogotovo početnici poput nas, ne zamaraju se previše i klade se na ono što mogu pronaći. Ipak, trebali biste znati koje glavne vrste kondenzatora postoje u prirodi.

Na slici je prikazano vrlo konvencionalno razdvajanje kondenzatora. Sastavio sam ga po svom ukusu i sviđa mi se jer se odmah vidi da li postoje promjenljivi kondenzatori, koje vrste trajnih kondenzatora postoje i koji se dielektrici koriste u običnim kondenzatorima. Općenito, sve što je potrebno radio-amateru.

Imaju nisku struju curenja, male dimenzije, nisku induktivnost i sposobni su za rad na visokim frekvencijama i u krugovima istosmjerne, pulsirajuće i naizmjenične struje.

Proizvode se u širokom rasponu radnih napona i kapaciteta: od 2 do 20.000 pF i, ovisno o dizajnu, izdržavaju napone do 30 kV. Ali najčešće ćete pronaći keramičke kondenzatore s radnim naponom do 50V.

Iskreno, ne znam da li se sada oslobađaju. Ali prije se liskun koristio kao dielektrik u takvim kondenzatorima. A sam kondenzator se sastojao od paketa liskunastih ploča, na svaku od kojih su ploče nanesene s obje strane, a zatim su takve ploče skupljene u "paket" i spakovane u kutiju.

Obično su imali kapacitet od nekoliko hiljada do desetina hiljada pikoforada i radili su u rasponu napona od 200 V do 1500 V.

Papirni kondenzatori

Takvi kondenzatori imaju kondenzatorski papir kao dielektrik, a aluminijske trake kao ploče. Duge trake aluminijske folije sa trakom papira u sendviču između njih se motaju i pakuju u kućište. To je trik.

Takvi kondenzatori dolaze u kapacitetima u rasponu od hiljada pikoforada do 30 mikroforada, i mogu izdržati napone od 160 do 1500 V.

Priča se da ih sada cijene audiofili. Nisam iznenađen - imaju i jednostrane provodničke žice...

U principu, obični kondenzatori sa poliesterom kao dielektrikom. Raspon kapacitivnosti je od 1 nF do 15 mF pri radnom naponu od 50 V do 1500 V.

Kondenzatori ovog tipa imaju dvije neosporne prednosti. Prvo, mogu se napraviti sa vrlo malom tolerancijom od samo 1%. Dakle, ako piše 100 pF, onda je njegov kapacitet 100 pF +/- 1%. A drugi je da njihov radni napon može doseći i do 3 kV (i kapacitet od 100 pF do 10 mF)

Elektrolitički kondenzatori

Ovi kondenzatori se razlikuju od svih ostalih po tome što se mogu spojiti samo na jednosmjerni ili pulsirajući strujni krug. Oni su polarni. Imaju plus i minus. To je zbog njihovog dizajna. A ako se takav kondenzator uključi u obrnutom smjeru, najvjerovatnije će nabubriti. A prije su također eksplodirali veselo, ali nesigurno. Postoje elektrolitski kondenzatori od aluminijuma i tantala.

Aluminijski elektrolitski kondenzatori su dizajnirani gotovo kao i papirni kondenzatori, s jedinom razlikom što su ploče takvog kondenzatora papir i aluminijske trake. Papir je impregniran elektrolitom, a na aluminijsku traku se nanosi tanak sloj oksida koji djeluje kao dielektrik. Ako primijenite izmjeničnu struju na takav kondenzator ili ga vratite na izlazne polaritete, elektrolit će proključati i kondenzator će otkazati.

Elektrolitički kondenzatori imaju prilično veliki kapacitet, zbog čega se, na primjer, često koriste u krugovima ispravljača.

To je vjerovatno sve. Iza kulisa su ostali kondenzatori sa dielektrikom od polikarbonata, polistirena i vjerovatno mnogih drugih vrsta. Ali mislim da će ovo biti suvišno.

Nastavlja se...

U drugom dijelu planiram pokazati primjere tipične upotrebe kondenzatora.

Konstantan napon i podesi napon na njegovim krokodilima na 12 Volti. Uzimamo i sijalicu od 12 volti. Sada ubacujemo kondenzator između jedne sonde napajanja i sijalice:

Ne, ne gori.

Ali ako to uradite direktno, svijetli:

Ovo nameće zaključak: DC struja ne teče kroz kondenzator!

Da budem iskren, u samom početnom trenutku primjene napona, struja još uvijek teče djelić sekunde. Sve ovisi o kapacitetu kondenzatora.

Kondenzator u AC kolu

Dakle, da bismo saznali da li izmjenična struja teče kroz kondenzator, potreban nam je alternator. Mislim da će ovaj generator frekvencije raditi sasvim dobro:

Pošto je moj kineski generator jako slab, umjesto sijalice koristit ćemo običnu od 100 Ohma. Uzmimo i kondenzator kapaciteta 1 mikrofarad:

Zalemimo nešto ovako i šaljemo signal iz generatora frekvencije:

Onda prelazi na posao. Šta je osciloskop i čemu služi, pročitajte ovde. Koristićemo dva kanala odjednom. Na jednom ekranu će se istovremeno prikazati dva signala. Ovdje na ekranu već možete vidjeti smetnje iz mreže od 220 volti. Ne obraćajte pažnju.

Primijenit ćemo naizmjenični napon i gledati signale, kako kažu profesionalni elektroničari, na ulazu i izlazu. Istovremeno.

Sve će izgledati otprilike ovako:

Dakle, ako je naša frekvencija nula, onda to znači konstantnu struju. Kao što smo već vidjeli, kondenzator ne propušta jednosmjernu struju. Čini se da je ovo riješeno. Ali šta se dešava ako primenite sinusoidu sa frekvencijom od 100 Herca?

Na displeju osciloskopa prikazao sam parametre kao što su frekvencija i amplituda signala: F je frekvencija Ma – amplituda (ovi parametri su označeni bijelom strelicom). Prvi kanal je označen crvenom, a drugi žutom bojom, radi lakše percepcije.

Crveni sinusni val pokazuje signal koji nam daje kineski generator frekvencije. Žuti sinusni talas je ono što već dobijamo pri opterećenju. U našem slučaju, opterećenje je otpornik. Pa, to je sve.

Kao što možete vidjeti na oscilogramu iznad, isporučujem sinusoidni signal iz generatora sa frekvencijom od 100 Hertz i amplitudom od 2 Volta. Na otporniku već vidimo signal iste frekvencije (žuti signal), ali njegova amplituda je nekih 136 milivolti. Štaviše, signal se pokazao pomalo "čupavim". To je zbog takozvanog „“. Šum je signal male amplitude i slučajnih promjena napona. To može biti uzrokovano samim radio elementima, a mogu biti i smetnje koje se hvataju iz okolnog prostora. Na primjer, otpornik "stvara buku" vrlo dobro. To znači da je "čupavost" signala zbir sinusoida i šuma.

Amplituda žutog signala je postala manja, a čak se i grafik žutog signala pomera ulevo, odnosno ispred crvenog signala, ili naučno rečeno, izgleda fazni pomak. Predstoji faza, a ne sam signal. Da je sam signal bio ispred, onda bismo imali signal na otporniku da se pojavi ranije nego signal koji se na njega primjenjuje kroz kondenzator. Rezultat bi bio neka vrsta putovanja kroz vrijeme :-), što je, naravno, nemoguće.

Fazni pomak- Ovo razlika između početnih faza dvije mjerene veličine. U ovom slučaju, napetost. Da bi se izmjerio fazni pomak, mora postojati uslov da ovi signali istu frekvenciju. Amplituda može biti bilo koja. Slika ispod prikazuje upravo ovaj fazni pomak ili, kako se još naziva, fazna razlika:

Povećajmo frekvenciju na generatoru na 500 Herca

Otpornik je već primio 560 milivolti. Fazni pomak se smanjuje.

Povećavamo frekvenciju na 1 kiloherc

Na izlazu već imamo 1 volt.

Postavite frekvenciju na 5 kiloherca

Amplituda je 1,84 Volta, a fazni pomak je očito manji

Povećajte na 10 kiloherca

Amplituda je skoro ista kao na ulazu. Fazni pomak je manje primjetan.

Postavili smo 100 kiloherca:

Gotovo da nema pomaka faze. Amplituda je skoro ista kao na ulazu, odnosno 2 volta.

Odavde izvlačimo duboke zaključke:

Što je frekvencija veća, kondenzator ima manji otpor naizmjeničnom strujom. Fazni pomak se smanjuje sa povećanjem frekvencije na skoro nulu. Na beskonačno niskim frekvencijama njegova veličina je 90 stepeni iliπ/2 .

Ako nacrtate dio grafa, dobit ćete nešto poput ovoga:

Nacrtao sam napon vertikalno i frekvenciju horizontalno.

Dakle, naučili smo da otpor kondenzatora ovisi o frekvenciji. Ali zavisi li samo od frekvencije? Uzmimo kondenzator kapaciteta 0,1 mikrofarada, odnosno nominalne vrijednosti 10 puta manje od prethodnog, i ponovo ga pokrenemo na istim frekvencijama.

Pogledajmo i analizirajmo vrijednosti:

Pažljivo usporedite vrijednosti amplitude žutog signala na istoj frekvenciji, ali s različitim vrijednostima kondenzatora. Na primjer, pri frekvenciji od 100 Hertz i vrijednosti kondenzatora od 1 μF, amplituda žutog signala je bila 136 milivolti, a na istoj frekvenciji amplituda žutog signala, ali sa kondenzatorom od 0,1 μF, je već bila 101 milivolt (u stvarnosti, čak i manje zbog smetnji). Na frekvenciji od 500 Herca - 560 milivolti i 106 milivolti, respektivno, na frekvenciji od 1 kiloherca - 1 volt i 136 milivolti, i tako dalje.

Odavde se nameće zaključak: Kako se vrijednost kondenzatora smanjuje, njegov otpor raste.

Koristeći fizičke i matematičke transformacije, fizičari i matematičari su izveli formulu za izračunavanje otpora kondenzatora. Molim vas volite i poštujte:

gdje, X C je otpor kondenzatora, Ohm

P - konstantna i iznosi približno 3,14

F– frekvencija, mjerena u hercima

WITH– kapacitivnost, mjerena u Faradima

Dakle, stavite frekvenciju u ovoj formuli na nula Herca. Frekvencija od nula Herca je jednosmerna struja. Šta će se desiti? 1/0=beskonačnost ili vrlo visok otpor. Ukratko, prekinuto kolo.

Zaključak

Gledajući unaprijed, mogu reći da smo u ovom eksperimentu dobili (visokopropusni filter). Upotrebom jednostavnog kondenzatora i otpornika, te primjenom takvog filtera na zvučnik negdje u audio opremi, u zvučniku ćemo čuti samo škripave visoke tonove. Ali bas frekvencija će biti prigušena takvim filterom. Ovisnost otpora kondenzatora o frekvenciji ima vrlo široku primjenu u radio elektronici, posebno u raznim filterima gdje je potrebno potisnuti jednu frekvenciju i proći drugu.

To se lako može potvrditi eksperimentima. Možete zapaliti sijalicu tako što ćete je povezati na AC napajanje preko kondenzatora. Zvučnik ili slušalice će nastaviti da rade ako su spojene na prijemnik ne direktno, već preko kondenzatora.

Kondenzator se sastoji od dvije ili više metalnih ploča razdvojenih dielektrikom. Ovaj dielektrik je najčešće liskun, zrak ili keramika, koji su najbolji izolatori. Sasvim je prirodno da jednosmjerna struja ne može proći kroz takav izolator. Ali zašto kroz njega prolazi naizmjenična struja? Ovo se čini tim čudnijim jer ista keramika u obliku, na primjer, porculanskih valjaka savršeno izolira žice naizmjenične struje, a liskun savršeno funkcionira kao izolator u električnim glačama i drugim grijačima koji ispravno rade na izmjeničnu struju.

Kroz neke eksperimente mogli bismo “dokazati” još čudniju činjenicu: ako se u kondenzatoru dielektrik s relativno lošim izolacijskim svojstvima zamijeni drugim dielektrikom koji je bolji izolator, tada će se svojstva kondenzatora promijeniti tako da prolazak naizmjenične struje kroz kondenzator neće biti ometano, već naprotiv, olakšano. Na primjer, ako spojite sijalicu na strujni krug naizmjenične struje kroz kondenzator s papirnim dielektrikom, a zatim zamijenite papir tako odličnim izolatorom; kao staklo ili porcelan iste debljine, sijalica će početi da gori jače. Takav eksperiment će dovesti do zaključka da naizmjenična struja ne samo da prolazi kroz kondenzator, već i da prolazi što lakše što je bolji izolator njegov dielektrik.

Međutim, bez obzira na svu prividnu uvjerljivost takvih eksperimenata, električna struja - ni direktna ni naizmjenična - ne prolazi kroz kondenzator. Dielektrik koji razdvaja ploče kondenzatora služi kao pouzdana prepreka na putu struje, bez obzira na to što je - naizmjenična ili izravna. Ali to ne znači da neće biti struje u cijelom krugu u koji je kondenzator spojen.

Kondenzator ima određenu fizičku osobinu koju nazivamo kapacitivnost. Ovo svojstvo sastoji se od sposobnosti akumulacije električnih naboja na pločama. Izvor električne struje može se grubo usporediti s pumpom koja pumpa električne naboje u krug. Ako je struja konstantna, električni naboji se pumpaju cijelo vrijeme u jednom smjeru.

Kako će se kondenzator ponašati u DC kolu?

Naša "električna pumpa" će pumpati naboje na jednu od svojih ploča i ispumpati ih sa druge ploče. Sposobnost kondenzatora da zadrži određenu razliku u broju naelektrisanja na svojim pločama naziva se njegovim kapacitetom. Što je veći kapacitet kondenzatora, to više električnih naboja može biti na jednoj ploči u odnosu na drugu.

U trenutku kada je struja uključena, kondenzator nije napunjen - broj naboja na njegovim pločama je isti. Ali struja je uključena. “Električna pumpa” je počela da radi. Ubacio je punjenja na jednu ploču i počeo da ih ispumpava sa druge. Jednom kada u strujnom kolu počne kretanje naelektrisanja, to znači da struja počinje da teče u njemu. Struja će teći sve dok se kondenzator potpuno ne napuni. Kada se dostigne ovo ograničenje, struja će prestati.

Stoga, ako postoji kondenzator u DC krugu, nakon što je zatvoren, struja će teći u njemu onoliko dugo koliko je potrebno da se kondenzator potpuno napuni.

Ako je otpor kruga kroz koji se kondenzator puni relativno mali, tada je vrijeme punjenja vrlo kratko: traje beznačajan djelić sekunde, nakon čega struja prestaje.

Drugačija je situacija u krugu naizmjenične struje. U ovom krugu, "pumpa" pumpa električne naboje u jednom ili drugom smjeru. Nakon što je jedva stvorio višak naboja na jednoj ploči kondenzatora u odnosu na broj na drugoj ploči, pumpa ih počinje pumpati u suprotnom smjeru. Naboji će kontinuirano kružiti u krugu, što znači da će, unatoč prisutnosti neprovodnog kondenzatora, u njemu postojati struja - struja punjenja i pražnjenja kondenzatora.

Od čega će zavisiti veličina ove struje?

Pod veličinom struje podrazumijevamo broj električnih naboja koji teče u jedinici vremena kroz poprečni presjek provodnika. Što je kapacitet kondenzatora veći, to će biti potrebno više naboja da se on "puni", što znači da će struja u kolu biti jača. Kapacitet kondenzatora ovisi o veličini ploča, udaljenosti između njih i vrsti dielektrika koji ih razdvaja, njegovoj dielektričnoj konstanti. Porculan ima veću dielektričnu konstantu od papira, tako da pri zamjeni papira porculanom u kondenzatoru, struja u kolu se povećava, iako je porculan bolji izolator od papira.

Veličina struje zavisi i od njene frekvencije. Što je frekvencija veća, to će biti veća struja. Lako je razumjeti zašto se to događa ako zamislimo da posudu kapaciteta, na primjer, 1 litara napunimo vodom kroz cijev i zatim je ispumpamo odatle. Ako se ovaj proces ponavlja jednom u sekundi, tada će 2 litre vode proći kroz cijev u sekundi: 1 litar u jednom smjeru i 1 litar u drugom. Ali ako udvostručimo učestalost procesa: punimo i praznimo posudu 2 puta u sekundi, tada će 4 litre vode proći kroz cijev u sekundi - povećanje učestalosti procesa sa istim kapacitetom posude dovelo je do odgovarajuće povećanje količine vode koja teče kroz cijev.

Iz svega rečenog mogu se izvući sljedeći zaključci: električna struja – ni direktna ni naizmjenična – ne prolazi kroz kondenzator. Ali u krugu koji povezuje izvor izmjenične struje s kondenzatorom, struja punjenja i pražnjenja ovog kondenzatora teče. Što je veći kapacitet kondenzatora i što je veća frekvencija struje, to će ova struja biti jača.

Ova karakteristika naizmjenične struje izuzetno se široko koristi u radiotehnici. Emisija radio talasa se takođe zasniva na tome. Da bismo to učinili, pobuđujemo naizmjeničnu struju visoke frekvencije u predajnoj anteni. Ali zašto struja teče u anteni, budući da ona nije zatvoreno kolo? Teče jer postoji kapacitet između antene i žica protivtega ili uzemljenja. Struja u anteni predstavlja struju punjenja i pražnjenja ovog kondenzatora, ovog kondenzatora.

Govorilo se o elektrolitskim kondenzatorima. Uglavnom se koriste u DC krugovima, kao rezervoari filtera u ispravljačima. Također, ne možete bez njih u razdvajanju strujnih krugova tranzistorskih kaskada, stabilizatora i tranzistorskih filtera. Istovremeno, kao što je rečeno u članku, ne propuštaju jednosmjernu struju, a sa naizmjeničnom strujom uopće ne žele raditi.

Postoje nepolarni kondenzatori za krugove naizmjenične struje, a njihovi brojni tipovi ukazuju na to da su radni uvjeti vrlo raznoliki. U slučajevima kada je potrebna visoka stabilnost parametara i dovoljno visoka frekvencija, koriste se vazdušni i keramički kondenzatori.

Parametri takvih kondenzatora podložni su povećanim zahtjevima. Prije svega, to je visoka preciznost (mala tolerancija), kao i beznačajan temperaturni koeficijent TKE kapacitivnosti. U pravilu se takvi kondenzatori postavljaju u oscilatorne krugove prijemne i odašiljačke radio opreme.

Ako je frekvencija niska, na primjer, frekvencija svjetlosne mreže ili frekvencija audio raspona, onda je sasvim moguće koristiti papirne i metalno-papirne kondenzatore.

Kondenzatori sa papirnim dielektrikom imaju obloge od tanke metalne folije, najčešće od aluminijuma. Debljina ploča se kreće od 5...10 µm, što zavisi od dizajna kondenzatora. Između ploča nalazi se dielektrik od kondenzatorskog papira impregniranog izolacijskim sastavom.

Kako bi se povećao radni napon kondenzatora, papir se može polagati u nekoliko slojeva. Cijelo ovo pakovanje je smotano kao tepih i smješteno u okruglo ili pravougaono tijelo. U ovom slučaju, naravno, zaključci se izvlače iz ploča, ali tijelo takvog kondenzatora nije povezano ni s čim.

Papirni kondenzatori se koriste u niskofrekventnim kolima pri visokim radnim naponima i značajnim strujama. Jedna takva vrlo česta primjena je povezivanje trofaznog motora na jednofaznu mrežu.

U metalno-papirnim kondenzatorima ulogu ploča ima tanak sloj metala, istog aluminija, raspršen u vakuumu na kondenzatorski papir. Dizajn kondenzatora je isti kao i papirnih kondenzatora, iako su dimenzije znatno manje. Opseg primjene oba tipa je približno isti: krugovi istosmjerne, pulsirajuće i naizmjenične struje.

Dizajn papirnih i metalno-papirnih kondenzatora, osim kapacitivnosti, ovim kondenzatorima daje i značajnu induktivnost. To dovodi do činjenice da se na nekoj frekvenciji papirni kondenzator pretvara u rezonantni oscilatorni krug. Stoga se takvi kondenzatori koriste samo na frekvencijama ne većim od 1 MHz. Na slici 1 prikazani su papirni i metalno-papirni kondenzatori proizvedeni u SSSR-u.

Slika 1.

Antikni metalno-papirni kondenzatori imali su svojstvo samozalječenja nakon kvara. To su bili kondenzatori tipa MBG i MBGCh, ali su sada zamijenjeni kondenzatorima s keramičkim ili organskim dielektrikom tipa K10 ili K73.

U nekim slučajevima, na primjer, u analognim uređajima za pohranu, ili na drugi način, uređajima za uzorkovanje i zadržavanje (SSD), posebni zahtjevi su nametnuti kondenzatorima, posebno niska struja curenja. Tada u pomoć dolaze kondenzatori, čiji su dielektrici izrađeni od materijala visokog otpora. Prije svega, to su fluoroplastični, polistirenski i polipropilenski kondenzatori. Liskuna, keramički i polikarbonatni kondenzatori imaju nešto manji otpor izolacije.

Ovi isti kondenzatori se koriste u impulsnim kolima kada je potrebna visoka stabilnost. Prvenstveno za formiranje različitih vremenskih kašnjenja, impulsa određenog trajanja, kao i za podešavanje radnih frekvencija različitih generatora.

Da bi vremenski parametri kruga bili još stabilniji, u nekim slučajevima preporučuje se korištenje kondenzatora s višim radnim naponom: nema ništa loše u ugradnji kondenzatora s radnim naponom od 400 ili čak 630 V u krug s naponom od 12V. Takav kondenzator će, naravno, zauzeti više prostora, ali će se povećati i stabilnost cijelog kruga u cjelini.

Električna kapacitivnost kondenzatora se mjeri u Faradima F (F), ali je ova vrijednost vrlo velika. Dovoljno je reći da kapacitet Zemlje ne prelazi 1F. U svakom slučaju, upravo to piše u udžbenicima fizike. 1 Farad je kapacitivnost pri kojoj je, s nabojem q od 1 kulona, ​​razlika potencijala (napon) na pločama kondenzatora 1V.

Iz svega rečenog proizilazi da je Farad veoma velika vrijednost, pa se u praksi češće koriste manje jedinice: mikrofaradi (μF, μF), nanofaradi (nF, nF) i pikofaradi (pF, pF). Ove vrijednosti se dobijaju upotrebom višestrukih i višestrukih prefiksa, koji su prikazani u tabeli na slici 2.

Slika 2.

Moderni dijelovi postaju sve manji i manji, pa nije uvijek moguće na njih staviti pune oznake, sve se više koriste različiti sistemi simbola. Svi ovi sistemi u obliku tabela i objašnjenja za njih mogu se naći na Internetu. Kondenzatori namijenjeni za SMD montažu najčešće nemaju nikakve oznake. Njihovi parametri se mogu pročitati na pakovanju.

Kako bi se saznalo kako se kondenzatori ponašaju u krugovima naizmjenične struje, predlaže se izvođenje nekoliko jednostavnih eksperimenata. Istovremeno, ne postoje posebni zahtjevi za kondenzatore. Najčešći papirni ili metalno-papirni kondenzatori su sasvim prikladni.

Kondenzatori provode naizmjeničnu struju

Da biste to vidjeli vlastitim očima, dovoljno je sastaviti jednostavan krug prikazan na slici 3.

Slika 3.

Prvo morate uključiti lampu kroz paralelno spojene kondenzatore C1 i C2. Lampa će svijetliti, ali ne baš jako. Ako sada dodamo još jedan kondenzator C3, sjaj lampe će se primjetno povećati, što ukazuje da se kondenzatori opiru prolasku naizmjenične struje. Štaviše, paralelna veza, tj. Povećanje kapacitivnosti smanjuje ovaj otpor.

Otuda zaključak: što je veći kapacitet, manji je otpor kondenzatora prolasku naizmjenične struje. Ovaj otpor se naziva kapacitivnim i označava se u formulama kao Xc. Xc također ovisi o frekvenciji struje; što je veća, to je Xc manji. O tome će biti riječi malo kasnije.

Još jedan eksperiment se može izvesti pomoću brojila električne energije, nakon što su svi potrošači prvo isključeni. Da biste to učinili, trebate spojiti tri kondenzatora od 1 µF paralelno i jednostavno ih priključiti u utičnicu. Naravno, morate biti izuzetno oprezni, ili čak zalemiti standardni utikač na kondenzatore. Radni napon kondenzatora mora biti najmanje 400V.

Nakon ovog povezivanja, dovoljno je jednostavno promatrati mjerač kako biste se uvjerili da je na svom mjestu, iako je prema proračunima takav kondenzator po otpornosti ekvivalentan žarulji sa žarnom niti snage oko 50 W. Pitanje je zašto se brojač ne okreće? O tome će također biti riječi u sljedećem članku.