Что такое конденсатор и для чего он нужен в схемах
Конденсатор — это вторая по популярности радиодеталь после резистора. Он важен и незаменим, участвует в формировании сигналов и фильтрации питания. А ведь изначально, самым первым конденсатором была лейденская банка, которая была изобретена в 1745 году. С тех пор конденсаторы стали неотъемлемой частью электроники.
Принцип работы
Эта радиодеталь хорошо демонстрирует явление электростатической индукции. Разберем на примере.
Если подключить к конденсатору постоянный источник тока, то в начальный момент времени ток начнет скапливаться на обкладках конденсатора. Это происходит за счет электростатической индукции. Сопротивление практически равно нулю.
Чем больше емкость — тем больше может накопиться зарядов на обкладках конденсатора, т.е. электрического тока.
Основное свойство конденсатора — это емкость. Она зависит от площади пластин, расстояния между ними и материала диэлектрика, которым заполняют пространство между обкладками.
По мере накопления зарядов, поле начинает ослабевать, а сопротивление нарастает. Почему так происходит? Места на обкладках все меньше, одноименные заряды на них действуют друг на друга, а напряжение на конденсаторе становится равным источнику тока. Такое сопротивление называется реактивным, или емкостным. Оно зависит от частоты тока, емкости радиодеталей и проводов.
Когда на обкладках не останется места для электрического тока, то и ток в цепи прекратится. Электростатическая индукция пропадает. Теперь остается электрическое поле, которое держит заряды на своих обкладках и не отпускает их. А электрическому току некуда деваться. Напряжение на конденсаторе станет равным ЭДС (напряжению) источнику тока.
Между обкладками находится диэлектрик, который препятствует прохождению постоянного тока. Это именно барьер для постоянного тока. Потому, что постоянный ток создает и постоянное напряжение. А постоянное напряжение может создавать электростатическую индукцию только при замыкании цепи, то есть, когда конденсатор заряжается.
Так конденсатор может сохранять энергию до тех пор, пока к нему не подключится потребитель.
Конденсатор и цепь постоянного тока
По мере зарядки, лампочка начинает тусклее светиться.
Постоянный 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 снова заряжаться, поскольку меняется полярность источника.
Чем выше частота — тем меньше реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора.
Соединение конденсаторов.
Назначение и функции конденсаторов
Конденсатор играет огромную роль как в аналоговой, так и цифровой технике. Они бывают электролитическими и керамическими, и отличаются своими свойствами, но не общей концепцией. Примеры использования:
- Фильтрует высокочастотные помехи;
- Уменьшает и сглаживает пульсации;
- Разделяет сигнал на постоянные и переменные составляющие;
- Накапливает энергию;
- Может использоваться как источник опорного напряжения;
- Создает резонанс с катушкой индуктивности для усиления сигнала.
Примеры использования
А в блоках питания используется тот же принцип, как и в предыдущей схеме по питанию, но здесь емкость нужна гораздо больше. На этой схеме емкость элеткролита может быть как 1000 мкФ, так и 10 000 мкФ.
Еще на диодный мост можно параллельно включить керамические конденсаторы, которые будут шунтировать схему от высокочастотных наводок и шума сети 220 В.
Фазовые искажения
Конденсатор может искажать переменный сигнал по фазе. Это происходит из-за неверного расчета емкости, общего сопротивления и взаимодействия с другими радиодеталями. Не стоит забывать и о том, что любая радиодеталь имеет как реактивное, так и активное сопротивление.
Сначала лучше проверить
Для начала этот элемент нужно обесточить. Понятно, что не надо именного его лишать источника питания. Достаточно отключить электроприбор и отсоединить вилку от розетки. Если подойти к этому вопросу кардинально, то для безопасности можно на распредщитке отключить все автоматические выключатели, отвечающие за подачу электричества в помещение.
Теперь нам нужен специальный прибор — мультиметр, чтобы узнать заряжен ли конденсатор.
Нам нужно понять какое напряжение на выводах элемента. В зависимости от показаний выбирается и способ разрядки:
- Если показания меньше 10 вольт необходимости в разрядке нет.
- Если на дисплее замеры в пределах 10–99 вольт, разрядить можно отверткой.
- Если значения от 100 вольт и выше рекомендуется применить разрядное устройство.
Важно! Не прикасайтесь голыми руками к выводам — остаточное напряжение может нанести удар током или ожог.
Конденсаторы для запуска электродвигателя: какие нужны, как подключить.
- Номинальную емкость;
- Допуски по емкости;
- Допустимое переменное напряжение;
- Потери в диэлектрике;
- Температурный коэффициент;
- Разрешенная импульсная нагрузка;
- Номинальная мощность;
- Частота.
Разряжаем отверткой
ВНИМАНИЕ! Разряжать отверткой можно только конденсаторы небольшой ёмкости и с безопасным напряжением. Запрещено разряжать конденсатор, подключенный к источнику питания.
Для начала нам нужна подходящая отвертка с изолирующей рукояткой. Как правило, рукоятки выполнены из резины или пластика. Оба материала способны создать безопасный барьер между рукой металлической частью отвертки.
Если нет уверенности в том, что у вас именно изолирующая отвертка, рекомендуется купить новую, на которой есть логотип с предельно допустимым напряжением.
Такие инструменты продаются в отделах электротоваров в любом хозяйственном отделе. Подойдёт как плоская, так и крестовая отвертка.
Держите отвертку так, чтобы она касалась обеих ножек одновременно, только тогда процесс разряда произойдёт нормально.
Для контроля можно замкнуть выводы отверткой еще раз.
Проверить степень разрядки можно все тем же мультиметром.
Для электролитических конденсаторов.
При соединении электролитических конденсаторов (электролитов) строго соблюдайте полярность! При параллельном соединении всегда подключайте минусовой вывод одного конденсатора к минусовому выводу другого,а плюсовой вывод с плюсовым.
Параллельное соединение электролитов
Схема параллельного соединения
В последовательном соединении электролитов ситуация обратная. Необходимо подключать плюсовой вывод к минусовому. Получается что-то вроде последовательного соединения батареек.
Последовательное соединение электролитов
Схема последовательного соединения
Желательно, чтобы для составного конденсатора подбирались конденсаторы одного типа (плёночные, керамические, слюдяные, металлобумажные). Лучше всего будет, если они взяты из одной партии, так как в таком случае разброс параметров у них будет небольшой.
Конечно, возможно и смешанное (комбинированное) соединение, но в практике оно не применяется (я не видел ). Расчёт ёмкости при смешанном соединении обычно достаётся тем, кто решает задачи по физике или сдаёт экзамены 
Тем же, кто не на шутку увлёкся электроникой непременно надо знать, как правильно соединять резисторы и рассчитывать их общее сопротивление!
