Конденсатор
Конденсатор – это радиодеталь, по сути, крошечный аккумулятор, способный в кратчайшие сроки заряжаться, при наличии в цепи напряжения, и быстро приходить в исходное состояние, разряжаясь (отдавая свой заряд), когда напряжение скачет вниз, тем самым, компенсируя провалы в напряжении электрической цепи.
Одним из основных показателей конденсатора – емкость (единица измерения Фарад), она показывает, какой величины заряд способен удержать конденсатор. Неизменным остается правило: чем больше емкость конденсатора, тем меньше скорость его разрядки и заряда.На данный момент одни из самых распространенных конденсаторов являются электролитические и керамические. Для керамических конденсаторов неважно полосовая ориентация, так как они имеют малые размеры и соответственно малые емкости (до 1μF). Электролитические конденсаторы имеют весьма большие емкости, и их подключение уже играет большую роль. По сути, конденсатор состоит из двух пластин, расположенных на определенном расстоянии друг от друга по разные стороны диэлектрика. Данные пластины конденсатора накапливают заряд, одна – отрицательный, вторая – положительный; вследствие чего создается внутри конденсатора напряжение. Благодаря диэлектрику между пластинами напряжение не способно преобразоваться во внутренний ток, способный уровнять пластины. Наиболее частое применение конденсатора в электротехнике в качестве резервного конденсатора (для стабилизации напряжения питания) или в качестве фильтрующего конденсатора (для выделения сигнала путем разделения изменяющейся и постоянной составляющих напряжения). Теперь немного поподробнее об этих случаях применения конденсаторов:
Много схем рассчитано на питание от стабильного, постоянного питания (например, 12v). Т.к. идеальных источников питания не существует, то те, которые есть при резком изменении потребления тока разработанного устройства (при включении одного из более-менее мощного компонента), источник питания не успевает мгновенно «среагировать» и вследствие чего происходит кратковременный провал (на тысячные доли вольта) напряжения. Также если провод от схемы до источника питания довольно длинный, то он работает как приемник и может улавливать помехи и этим вносить изменения в уровень напряжения.
Такие колебания ничего не значат, если главными запитанными компонентами является электродвигатели, системы освещения и т.д., но если речь идет о логических цепях, то срабатывание переключения от логической единицы к логическому нулю и обратно происходит, основываясь на изменениях малых напряжениях. Вот в этом случае могут привести систему к непредсказуемому поведению провалы в напряжении или помехи в цепи питания. Для устранения подобных сбоев, непосредственно между источником питания и схемой устанавливают резервный конденсатор. Конденсатор заряжается до полного насыщения и служит резервным запасом напряжения, когда напряжение питания устройства полное. В случае, если уровень напряжения резко падает, резервный конденсатор играет роль быстрого «восполнителя» провала напряжения, до тех пор пока не нормализуется подача напряжения питания. На практике данную работу резервный конденсатор проводит множество раз в секунду. Для данной роли подходят керамические конденсаторы номиналом от 10 до 100нФ (nF). Более емкие конденсаторы с данной ролью не справляются, т.к. их скорость заметно меньше и они не в состоянии быстро восполнять провалы напряжения. В одном устройстве такие резервные конденсаторы могут находиться в большом количестве и стоять они будут перед каждой частью схемы требующей стабильного источника питания. Фильтрующий конденсатор используют для снятия сигнала в форме изменяющегося напряжения определенного диапазона с сенсора. Такими сенсорами являются активные антенны Wi-Fi, микрофоны мобильных телефонов и т.д.
Рассмотрим пример с микрофоном. В состоянии покоя (тишины), сопротивление микрофона велико, но когда на него воздействует звуковая волна затвор полевого транзистора внутри микрофона «открывается» и сопротивление начинает уменьшаться. Данная процедура происходит многократно каждую секунду.
Для передачи звука мы должны выбрать только диапазон волн воспринимаемый человеческим ухом, а именно 20 Гц – 20 кГц. Чтобы извлечь из напряжения только сигнал звуковой волны, но не шумы питания, используют фильтрующий электролитический конденсатор 10 мкФ. Не стоит забывать, то выходной сигнал получается отрицательным напряжением и чтобы сделать его обратно положительным и усилить используют операционный усилитель. Если соединить выход с выход с землей, то ток последует из земли к выходу.
Расчет суммарной емкости конденсаторов аналогичен расчету суммарного сопротивления резисторов, только при условии обратного соединения.
При параллельном соединении конденсаторов их суммарная емкость равняется сумме емкостей каждого из конденсаторов Cсумм = C1 + С2. При последовательном соединении конденсаторов их суммарная емкость равняется произведению емкостей, деленному на сумму емкостей конденсаторов Cсумм = C1 * С2 / (C1 + С2).
В datasheet на каждый тип конденсатора указано его предельное допустимое напряжение. При незначительном его превышении происходит пробой диэлектрика, но при значительном и резком – к взрыву конденсатора.
Однажды у меня наступил момент, когда я захотел сделать что-то «этакое» своими руками, выбрал понравившуюся схему, и начал разбираться. Не рабочей аппаратуры было навалом, и я подумал, что проблем с наличием необходимых компонентов не будет. Так и получилось, но проблема состояла в непонятности маркировки компонентов (деталей) дисковых керамических конденсаторов. Смотря на схему и смотря на детали, не мог понять что куда , а точнее с порядком номиналов керамических конденсаторов. Эти непонятные 103, 104, 100 и т.д. После в каком-то источнике прочитал о маркировке керамических конденсаторов, что последняя цифра, означает количество нулей в конце номинала керамического конденсатора, за исключением в конце кодировки цифры 9 – отсутствие нулей. Вроде все разъяснилось, но не надолго . Следующим вопрос стал, а первые цифры что означают? Пикофарады (пФ/pF), нанафарады (нФ/nF) или микрофарады (мкФ/μF). Чтобы Вы так не мучались, а сразу легко могли определять номинал керамических конденсаторов по их цифровой кодировке, привожу простую таблицу:
Информация взята с http://best-chart.ru
