Конденсатор — это 2-ая по популярности радиодеталь после резистора. Он важен и незаменим, участвует в формировании сигналов и фильтрации питания. А ведь вначале, самым первым конденсатором была лейденская банка, которая была придумана в 1745 году. С того времени конденсаторы стали неотъемлемой частью электроники.
Общая концепция
Конденсатор состоит из 2-ух проводящих обкладок и диэлектрика между ними. И больше ничего. На вид обычная радиодеталь, но работает на больших и низких частотах по-разному.
Обозначается на схеме 2-мя параллельными линиями.
Механизм работы
Эта радиодеталь отлично показывает явление электростатической индукции. Разберем на примере.
Если подключить к конденсатору неизменный источник тока, то в исходный момент времени ток начнет накапливаться на обкладках конденсатора. Это происходит за счет электростатической индукции. Сопротивление фактически равно нулю.
Электрическое поле за счет электростатической индукции притягивает разноименные заряды на две обратные обкладки. Это свойство материи именуется емкостью. Емкость есть у всех материалов. И даже у диэлектриков, но у проводников она существенно больше. Потому обкладки конденсатора выполнены из проводника.
Чем больше емкость — тем больше может накопиться зарядов на обкладках конденсатора, т.е. электрического тока.
Основное свойство конденсатора — это емкость. Она находится в зависимости от площади пластинок, расстояния между ними и материала диэлектрика, которым заполняют место между обкладками.
По мере скопления зарядов, поле начинает слабеть, а сопротивление наращивается. Почему так происходит? Места на обкладках меньше, одноименные заряды на них действуют друг на друга, а напряжение на конденсаторе становится равным источнику тока. Такое сопротивление именуется реактивным, либо емкостным. Оно находится в зависимости от частоты тока, емкости радиодеталей и проводов.
Когда на обкладках не остается места для электрического тока, то и ток в цепи закончится. Электростатическая индукция теряется. Сейчас остается электрическое поле, которое держит заряды на собственных обкладках и не отпускает их. А электрическому току некуда деваться. Напряжение на конденсаторе станет равным ЭДС (напряжению) источнику тока.
А что будет, если повысить ЭДС (напряжение) источника тока? Электрическое поле начнет все посильнее давить на диэлектрик, так как места на обкладках уже нет. Но если напряжение на конденсаторе превзойдет допустимые познания, то диэлектрик пробьет. И конденсатор станет проводником, заряды освободятся, и ток пойдет по цепи. Как тогда применять конденсатор для больших напряжений? Можно прирастить размер диэлектрика и расстояние между обкладками, но при всем этом миниатюризируется емкость детали.
Между обкладками находится диэлектрик, который препятствует прохождению неизменного тока. Это конкретно барьер для неизменного тока. Так как неизменный ток делает и неизменное напряжение. А неизменное напряжение может создавать электростатическую индукцию только при замыкании цепи, другими словами, когда конденсатор заряжается.
Так конденсатор может сохранять энергию до того времени, пока к нему не подключится потребитель.
Конденсатор и цепь неизменного тока
Добавим в схему лампочку. Она зажгется только во время зарядки.
Еще одна принципиальная особенность — когда происходит процесс зарядки током, то напряжение отстает от тока. Напряжение вроде бы догоняет ток, так как сопротивление наращивается плавненько, по мере зарядки. Электрические зарядам необходимо время, дабы переместиться к обкладкам конденсатора. Так именуется время зарядки. Оно находится в зависимости от емкости, частоты и напряжения.
По мере зарядки, лампочка начинает тусклее светиться.
Лампочка затухает при полной зарядке.
Неизменный электрический ток не проходит через конденсатор только после его зарядки.
Цепь с переменным током
А что если поменять полярность на источнике тока? Тогда конденсатор начнет разряжаться, и опять заряжаться, так как изменяется полярность источника.
Электростатическая индукция появляется повсевременно, если электрический ток переменный. Всякий раз, когда ток начинает поменять свое направление, начинается процесс зарядки и разрядки.
Потому, конденсатор пропускает переменный электрический ток.
Чем выше частота — тем меньше реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора.
Предназначение и функции конденсаторов
Конденсатор играет гигантскую роль как в аналоговой, так и цифровой технике. Они бывают электролитическими и глиняними, и отличаются своими качествами, но не общей концепцией. Примеры применения:
- Фильтрует высокочастотные помехи;
- Уменьшает и сглаживает пульсации;
- Делит сигнал на неизменные и переменные составляющие;
- Копит энергию;
- Может употребляться как источник опорного напряжения;
- Делает резонанс с катушкой индуктивности для усиления сигнала.
Примеры применения
В усилителях обычно применяются для защиты сабвуферов, фильтрации питания, термостабилизации и разделение неизменной составляющей от переменной. А электролитические в автономных схемах с микроконтроллерами могут длительно обеспечивать питание за счет большой емкости.
В данной схеме транзистор VT1 повсевременно открыт, дабы усиливать звук без искажений. Но если вход замнется либо на него поступи неизменный ток, то транзистор раскроется, перейдет в насыщение и перегреется. Дабы этого не допустить, нужен конденсатор. С1 позволяет отделить постоянную оставляющую от переменной. Переменный сигнал просто проходит на базу транзистора, а неизменный сигнал не проходит.
С2 вместе с резистором R3 делает функцию термостабилизации. Когда усилитель работает, транзистор греется. Это может внести преломления в сигнал. Потому, резистор R3 помогает удержать рабочую точку при нагреве. Но когда транзистор холодный и стабилизации не нужна резистор может уменьшить мощность усилителя. Потому, в дело вступает С2. Он проводит через себя усиленный сигнал шунтируя резистор, тем, не снижая номинальную мощность схемы. Если его емкость будет ниже расчетной, он начнет заносить фазовые преломления в выходной сигнал.
Дабы схема отменно работала, непременно не плохое питание. Когда схема в пиковые значения потребляет больше тока, то это всегда мощная нагрузка на источник питания. С3 фильтрует помехи по питанию и помогает понизить нагрузку. Чем больше емкость — тем лучше звук, но до определенных значений, все находится в зависимости от схемы.
А в блоках питания применяется тот же принцип, как и в предшествующей схеме по питанию, но тут емкость нужна еще больше. На этой схеме емкость элеткролита может быть как 1000 мкФ, так и 10 000 мкФ.
Еще на диодный мост можно параллельно включить глиняние конденсаторы, которые будут шунтировать схему от высокочастотных наводок и шума сети 220 В.
Фазовые преломления
Конденсатор может искажать переменный сигнал по фазе. Это происходит из-за неправильного расчета емкости, общего сопротивления и взаимодействия с другими радиодеталями. Не следует забывать и о том, что неважно какая радиодеталь имеет как реактивное, так и активное сопротивление.
